终结蜘蛛人—朴蜂历时9年研发智能外墙清洗机器人ispider_机器人_机械系统

　　走在大街上，偶尔能看到挂在墙上清洗建筑外墙的“蜘蛛人”们，不禁要为他们的安全担忧。清洗建筑外墙玻璃这个看似不复杂又危险的工作，多年以来却始终没有被机器代替。智能外墙清洗机器人ispider或许能够改变这一情况。它由厦门朴蜂科技历时9年研制，目前样机的功能论证已经完成，正进行量产前准备。

　　ispider 能够模仿 “蜘蛛人” 的清洗流程，对大多数建筑外墙进行自动清洗。它体积和一个中学生接近，由设置在楼顶的可移动卷扬机构，通过钢丝绳牵引，对大楼外墙面进行清洗。这样一个人挂着水桶，拴根绳子，拿着抹布和刮水器就能完成的工作看似简单，然而朴蜂科技创始人张华龙告诉 36 氪，实际要远比想象中困难的多，这也是他们历时9年才完成研制的主要原因。具体里面的困难主要有几个方面：

　　首先，就是要能够识别不同的墙面，采取不同的清洗方案。为此，ipsider使用了机器视觉技术，在室外光照、温度和识别背景高度复杂的情形下，通过特殊的算法及高速并行处理方式，对墙面的材质变化进行识别，提供不同的清洗方案。同时对外墙框架线条的变化进行精细尺寸测量，确保清洗机械臂对高低不同的墙面能够进行全面地类似人工流程的清洗。

　　其次，还要保证姿态稳定。机器人在空中工作时，即有来自各个方向的风或其它干扰，又有工作过程中动作反作用力产生的姿态偏移，ispider的控制系统需要要在这些条件下，保证系统平稳地工作。因此ispider采用了类似无人机控系统的控制算法，对姿态和位置进行控制。张华龙也因此把ispider称作“半飞行器”。

　　ispider的控制系统由 10 个 CPU 组成神经元系统，以最快 200HZ 的反应速度，管理触觉，姿态，方向，速度，风压，识别等 50 多个传感器，以及 40 多个执行清洗和姿态控制的微型数字电机。在控制系统的保证下，ispider 可以像壁虎一样牢靠地吸附在墙面工作，也能像飞行器一样在强风中保持自身的姿态和安全。

　　此外，还要能够攀爬和越障。建筑外墙很多时候会有各种障碍，如窗台窗框等，机器人需要能够识别并越过这些障碍。ispider依靠毛刷和刮雨器工作臂交替伸缩落地，实现了攀爬并同时清洗窗框窗台等障碍物。与飞行器类似的姿态控制系统让ispider可以以飞行的方式跨过障碍。攀爬和越障使得ispider可以清洗目前90%以上的建筑外墙面。个别特殊墙面，朴蜂采用定制配件的方式解决。

　　最后，要小型和轻量化。现场人工可轻易搬动的小型轻量化系统是实用性的首要选择。为了实现小型和轻量化，朴蜂使用了多方面的技术：

　　参照航空飞行器进行结构设计，使用“翼盒”结构，尽可能减轻重量。

　　为了避免附带庞大的支持管线，使用了储能/重量比高的磷酸锂铁电池，可以使机器连续工作180米。

　　合计30余个电机，全部采用了体积小的数字化稀土永磁无刷航空电机，电机的转速可以无级调节，由中央CPU根据工况实时控制。

　　使用碳纤维与环氧树脂等复合材料，在保证强度前提下减轻重量，一次性整体热压成型水箱、壳体等部件。
内置循环水系统，避免了附带水管线，也可以降低耗水量。

　　通过以上多种技术，ispider最终工作车的不带水重量在40公斤以内，人工可搬运。

　　以上问题都是在研发过程中逐渐遇到和解决的。一开始他们以为1年半就能研发成功，后来不断遇到各种技术问题，多次想要放弃，后来又逐个突破，直到现在，研发基本完成，各项功能都完成验证。期间控制代码的编写和完善足足历时9年。

　　具体到清洁效果，张华龙表示，清洁效果比人工要好。ispider采用螺旋桨推动清洗机器人，并保持一定的压力，使其可伸缩的毛刷工作臂与待清洗面接触，由内置驱动装置驱动毛刷辊子高速旋转击打清洗面，配合喷水软化和冲洗污垢。这样即保证清洗力度，又可以提高移动速度，提高效率。

　　清洁速度方面，张华龙告诉36氪，ispider基于自学习技术，前后速度有所不同。第一次时，ispider会对建筑的外墙面情况进行学习，并通过GPRS与后台通信，清洗速度和人差不多，之后的清洗，由于机器已经熟悉了墙面情况，速度可以达到人的 10 倍。

　　设计完成后，他们并不打算量产出售设备，而是采用两步走方式进行商业运作。第一步在厦门成立清洗服务公司，使用 ispider 提供清洗服务，并可以针对不同的楼定制配件，跑通整套业务流程。第二步在其它城市采用加盟合作的方式进行扩展。据张华龙计算，量产的 ispider 成本在 20 多万，洗 3、4 栋楼就可以收回成本。

　　虽然功能验证完成，但作为工业产品，要实际投入应用，还需要经过各种可靠性测试，并综合成本，性能等因素完成量产版产品定型。目前版本的 ispider 在一栋 4 层楼上进行了近一年半的测试，设置了不同障碍修正完善了控制系统，最高也在一栋 20 层的楼上进行了运行测试，但后续还需要进行多轮试制和测试，才能最终量产定型。

　　朴蜂团队目前正在融资，用于量产前产品测试研制和首批产品制造。

转载请注明出处。