北航开发高楼清洗用机器人（作者：Dragon_kai）

zhouw

从20世纪50年代起，为了外形美观，同时也为了得到更好的采光效果，许多高层建筑都采用
了玻璃幕墙，这就带来了玻璃壁面的清洗问题。

　　传统常用的幕墙清洗方式无非是“人工＋吊板”或“人工＋吊篮”。前者利用一条简陋
的绳索悬挂木板载人擦拭（即我们通常所说的“蜘蛛人”），不仅效率低，而且易出事故。
目前，一些国家和地区已经通过立法对包括擦窗作业在内的人工高空攀爬进行了限制。后者
利用吊装机悬挂吊篮载人擦拭，相对较为安全，但前期设备投资较大，清洗成本高。基于这
种情况，高层建筑清洗机器人应运而生。清洗机器人的特点是高效灵活、适应性强、价格适
中，但由于现代建筑艺术的个性化讲究，所以清洗作业的自动化仍面临着来自对象化的巨大
挑战。

　　

高楼清洗机器人家族又添新丁


　　作为一种全新的清洗概念和作业方式，目前，世界上已有德国、日本和以色列等国正在
积极地研制、开发高层建筑清洗类机器人，但总体来看，各国在实现复杂运动和清洗功能的

　　目前，北京航空航天大学机器人研究所与北京金汛新世纪机器人制造有限公司正在合作
研制开发一种新型高楼清洗机器人，暂命名为“蓝天洁友”。该项目由国家863计划正式批
准立项，并得到国家大剧院业主委员会的大力支持，2004年底交付使用。

　　“蓝天洁友”机器人只是北航机器人研究所研制的“蓝天”品牌系列中的一款，专门用
于清洗特殊的球形或椭球形幕墙表面。清洁个性化的建筑物要求清洗类机器人“一把钥匙开
一把锁”，因此，研制人员提出了“面向对象设计”的口号。该项目的负责人之一、北航机
器人研究所博士生导师宗光华教授认为，国外清洁机器人发展不起来的原因之一，就是难以
应付诸多用户的不同需求，而蓝天系列产品的优势则是可以利用中国便宜的智力资源和一定
的技术优势来满足不同用户的各种胃口。尽管每款新型机器人暂时不会大批量生产，但采用
“全线产品，用户订制”的系列化发展战略，不仅有利于打开用户市场，获得资金支持，反
过来也可以促进、完善蓝天品牌的系列化。

　　
第一份工作是清洗国家大剧院


　　据悉，从外观上看，即将建成的国家大剧院为周边有水池环绕的半个透明椭球体，表面
由6000平方米玻璃板和30000平方米钛板组成。每块板大约二三平方米，需要一一定制，这
给清洗机器人的设计和作业带来了很多困难。北航机器人研究所没有放弃这样一项富有意义

　　因为椭球形建筑长短轴不同，导致俯仰角不同，而且椭球表面纬线间宽度是变化的，所
以研制人员量体裁衣，利用事先沿纬线方向安装在曲面玻璃间的金属导轨作为机器人的行进
轨道，通过“自攀爬”运动，解决了机器人在幕墙表面自由行走的难题。为避免划伤幕墙表
面的玻璃板和钛板，执行清洁功能的机器人本体将不拖带钢丝绳及其他任何管缆，完全独立
自主地攀爬和作业。机器人本体安装的摄像头起监控作用，当认为有必要干预时，地面操作
员可通过无线遥控方式对其进行指挥。由于每块钛板的四角都装有发光灯泡，故在执行清洗
任务时，还要考虑周围复杂的“地形”，这对机器人的智能提出了更高要求。

　　为了协调复杂的运动和繁冗的清洗功能，研制人员不得不用16个电机控制机器人的行为
。当机器人的两只前爪抓住金属边框后，内部驱动装置会让它的身体上移，使两只后爪到达
刚才前爪所处的位置，并牢牢抓住边框，如此往复下去，就构成了机器人的向上攀爬运动。
当横向移动时，机器人的腹部自动落下滚动轮压紧在导轨上，驱动机械爪沿幕墙纬线方向移
动。机器人爬升到指定清洁高度后，就会在地面工作人员的指挥下弹出刷子和刮板开始清洗

　　
令人看好的市场开发前景


　　就目前阶段而言，高楼清洗类机器人进入市场仍存在一定困难。首先是技术方面有待完
善，此外，作为一种全新的清洗概念和作业方式，它必然要经历一个传统方式的退出和人们
对新事物的接受、认同过程。但是，在建筑设计突显个性的时代，为了改善市容环境，营造
良好的生活空间，用清洁机器人代替传统的清洗方式可谓大势所趋。据悉，目前全国已建造
了数百万平方米的大型玻璃幕墙，而五星级饭店的玻璃幕墙按规定每年至少要清洗4次。这
将是一个庞大的潜在市场。

　　谈到为什么开发玻璃幕墙清洁市场时，宗光华教授认为需要将该项产品的研制与市场化
放到我国建筑业宏观发展的大背景下加以分析。“申奥和申博的成功已然成为我国建筑行业
发展的两大发动机，现在，到处都在建筑，可以预计，10年之内，‘世界的工地’在中国。
”谈到自己与学生们辛勤培育的新产品，宗教授满怀信心：“对于新产品，我们需要有一个
培育期，我们正在积极地创造切入市场的机会，现在我们已经看到了曙光。”

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从20世纪50年代起，为了外形美观，同时也为了得到更好的采光效果，许多高层建筑都采用
了玻璃幕墙，这就带来了玻璃壁面的清洗问题。

　　传统常用的幕墙清洗方式无非是“人工＋吊板”或“人工＋吊篮”。前者利用一条简陋
的绳索悬挂木板载人擦拭（即我们通常所说的“蜘蛛人”），不仅效率低，而且易出事故。
目前，一些国家和地区已经通过立法对包括擦窗作业在内的人工高空攀爬进行了限制。后者
利用吊装机悬挂吊篮载人擦拭，相对较为安全，但前期设备投资较大，清洗成本高。基于这
种情况，高层建筑清洗机器人应运而生。清洗机器人的特点是高效灵活、适应性强、价格适
中，但由于现代建筑艺术的个性化讲究，所以清洗作业的自动化仍面临着来自对象化的巨大
挑战。

　　

高楼清洗机器人家族又添新丁


　　作为一种全新的清洗概念和作业方式，目前，世界上已有德国、日本和以色列等国正在
积极地研制、开发高层建筑清洗类机器人，但总体来看，各国在实现复杂运动和清洗功能的

　　目前，北京航空航天大学机器人研究所与北京金汛新世纪机器人制造有限公司正在合作
研制开发一种新型高楼清洗机器人，暂命名为“蓝天洁友”。该项目由国家863计划正式批
准立项，并得到国家大剧院业主委员会的大力支持，2004年底交付使用。

　　“蓝天洁友”机器人只是北航机器人研究所研制的“蓝天”品牌系列中的一款，专门用
于清洗特殊的球形或椭球形幕墙表面。清洁个性化的建筑物要求清洗类机器人“一把钥匙开
一把锁”，因此，研制人员提出了“面向对象设计”的口号。该项目的负责人之一、北航机
器人研究所博士生导师宗光华教授认为，国外清洁机器人发展不起来的原因之一，就是难以
应付诸多用户的不同需求，而蓝天系列产品的优势则是可以利用中国便宜的智力资源和一定
的技术优势来满足不同用户的各种胃口。尽管每款新型机器人暂时不会大批量生产，但采用
“全线产品，用户订制”的系列化发展战略，不仅有利于打开用户市场，获得资金支持，反
过来也可以促进、完善蓝天品牌的系列化。

　　
第一份工作是清洗国家大剧院


　　据悉，从外观上看，即将建成的国家大剧院为周边有水池环绕的半个透明椭球体，表面
由6000平方米玻璃板和30000平方米钛板组成。每块板大约二三平方米，需要一一定制，这
给清洗机器人的设计和作业带来了很多困难。北航机器人研究所没有放弃这样一项富有意义

　　因为椭球形建筑长短轴不同，导致俯仰角不同，而且椭球表面纬线间宽度是变化的，所
以研制人员量体裁衣，利用事先沿纬线方向安装在曲面玻璃间的金属导轨作为机器人的行进
轨道，通过“自攀爬”运动，解决了机器人在幕墙表面自由行走的难题。为避免划伤幕墙表
面的玻璃板和钛板，执行清洁功能的机器人本体将不拖带钢丝绳及其他任何管缆，完全独立
自主地攀爬和作业。机器人本体安装的摄像头起监控作用，当认为有必要干预时，地面操作
员可通过无线遥控方式对其进行指挥。由于每块钛板的四角都装有发光灯泡，故在执行清洗
任务时，还要考虑周围复杂的“地形”，这对机器人的智能提出了更高要求。

　　为了协调复杂的运动和繁冗的清洗功能，研制人员不得不用16个电机控制机器人的行为
。当机器人的两只前爪抓住金属边框后，内部驱动装置会让它的身体上移，使两只后爪到达
刚才前爪所处的位置，并牢牢抓住边框，如此往复下去，就构成了机器人的向上攀爬运动。
当横向移动时，机器人的腹部自动落下滚动轮压紧在导轨上，驱动机械爪沿幕墙纬线方向移
动。机器人爬升到指定清洁高度后，就会在地面工作人员的指挥下弹出刷子和刮板开始清洗

　　
令人看好的市场开发前景


　　就目前阶段而言，高楼清洗类机器人进入市场仍存在一定困难。首先是技术方面有待完
善，此外，作为一种全新的清洗概念和作业方式，它必然要经历一个传统方式的退出和人们
对新事物的接受、认同过程。但是，在建筑设计突显个性的时代，为了改善市容环境，营造
良好的生活空间，用清洁机器人代替传统的清洗方式可谓大势所趋。据悉，目前全国已建造
了数百万平方米的大型玻璃幕墙，而五星级饭店的玻璃幕墙按规定每年至少要清洗4次。这
将是一个庞大的潜在市场。

　　谈到为什么开发玻璃幕墙清洁市场时，宗光华教授认为需要将该项产品的研制与市场化
放到我国建筑业宏观发展的大背景下加以分析。“申奥和申博的成功已然成为我国建筑行业
发展的两大发动机，现在，到处都在建筑，可以预计，10年之内，‘世界的工地’在中国。
”谈到自己与学生们辛勤培育的新产品，宗教授满怀信心：“对于新产品，我们需要有一个
培育期，我们正在积极地创造切入市场的机会，现在我们已经看到了曙光。”