路灯灯罩清洁机器人设计与研究

潘月龙 朱火美

宁波财经学院 宁波 浙江 315000

摘要：本文主要研究内容是一种路灯灯罩清洁机器人，在国内面对如此庞大的路灯市场，对其进行怎么样的清洗也就成了一大难题。面对高而危险的路灯，我们迫切需要一个路灯灯罩清洁机器人来帮我们清洗路灯灯罩。而我们研究的目的就是设计一套完整的路灯清洁机器人，通过清洁装置、回转装置、爬行装置来确定灯的位置，实现清洁的整一个过程。

关键词：路灯灯罩清洁；机器人；机械结构

1 引言

随着当前社会的发展，科技的不断进步，路灯在我们的生活中变得不可或缺，路灯为我们在夜间出行提供了极大的方便，但路灯建设在外界环境中，长时间下来路灯灯罩会由于外界环境的因素而沾染灰尘，吸引虫子留下不明物等，因此路灯的照明度会受到影响。

路灯的照明度不够，不能起到其本身的作用，特别是在阴雨天气，由于其照明度不够，就会存在很大的安全隐患，特别是在车水马龙的当代，路灯就显得格外重要，它更是我们安全的保障。而且路灯一般会很高，在一些设施不完善的地方清洗起来十分不便，所以本文设计了一种路灯灯罩清洁机器人，根据攀爬特性，针对不同截面形状的灯杆的小型机器设备，能够实现跨步距离可控的自主连续攀爬。可方便的对路灯灯罩进行清洗，可以大大的降低人工的投入和给工人清洁时带来的安全隐患。

2 路灯灯罩清洁机器人的工作原理

该路灯灯罩清洁机器人利用两端的机械爪，运用传感器对灯杆进行抓附（面对灯杆粗大的情况，也可以使用电磁铁对其进行吸附），并运用各个关节的运动，向上进行跨步式的爬行。在遇到障碍物时，也能完美的跨越过去，通过拐点时，也可以轻而易举的通过，停留在灯罩附近，对其进行清洁操作。清洁操作分为两部分，第一部分是对准路灯灯罩，对其喷射洗涤剂和水，将其表面的污渍清洗干净；第二个部分是对灯罩表面进行擦拭，以免后续沾染上新的灰尘。操作完毕后即可原路返回，对下一个路灯进行同样的操作。

3 路灯灯罩清洁机器人主要构成

3.1 清洁装置

清洁装置是路灯灯罩清洁机器人的执行部分，主要用于对灯罩进行清洗与擦拭。我们设计的这款装置，水箱与连杆相结合，大大的缩小了其体积，使得机器人变得更加的灵活，本文设计的清洁装置具有如下两个功能：

1. 清洗：将灯罩表面的污渍冲洗干净。运用气压式喷射，对水进行雾化处理，使得水珠变得更加细腻，更加均匀，避免对灯罩产生损坏；

2. 擦拭：利用机器人的灵活性，运用超细纤维洗涤棉对灯罩表面进行全方面擦拭，避免划伤灯罩，同时灯罩也更为干净，起到了更好的照明作用。

3.2 回转装置

回转装置是由转轴和传感器组成，其作用便是连接各个连杆，拥有5个自由度，使机器人更加富有灵活性，主要能够监测来自外部的信息，在路径错误时向操作员显示超出数据，通过轴的远动使机器人有效的规避行程中的像路牌，岔路等障碍。（如图3.2所示）

图3.2结构简图

3.3 爬行装置

其主要作用是在爬行时，让机器人与杆之间建立一种连接，再使用传感器对其进行控制，按照图像控制输出的视野范围，输出机械臂产生的关节角度变量，让机器人顺利，安全的到达指定位置。现主要有两种形式来面对不同情况的出现：

1. 夹持型机械爪：面对截面小的路灯杆，则可利用伺服电机掌握握紧力的大小 ，牢牢握紧路灯杆，向上进行爬行，所以，其稳定性也相对有所保障（如图3.3所示）。其结构是利用关节的灵活性，来控制它的动作范围与力度。

图3.3机械爪简图

2. 吸附型机械爪：运用电磁铁的技术，可以使其结构变得更加简单，灵活多变。我们可以利用电磁铁的磁性有无可以用通、断电流控制，用电流的大小控制它的吸附能力，主要用于截面大，具有磁性的路灯杆。

4 前景分析

目前，研究的攀爬机器人具有的缺陷主要有尺寸相对庞大，动作缓慢、有的只能应用于金属表面或者玻璃表面的攀爬、还有的就是对桁架的截面形状有一定的要求等，一但换了接触材料，改变截面形状和大小就无法进行下一步的操作。其次，面对其它的清洗方式优势也是十分的明显：第一，人工带着清洁装置爬杆进行作业，存在很大的安全隐患，再加上马路上车流量庞大，很容易对人造成伤害；第二，使用大型的云梯车对其进行清理，操作复杂，成本价高，长期使用还会造成交通的拥堵；第三，路灯常年被日光暴晒和风吹雨打，难免会出现一些问题，特别是漏电问题，如果清洁工人未及时发现，很容易会对他的生命安全造成影响。

5 结论

随着科技的不断进步，一条条宽大的公路扑面而来，在这公路之上矗立起众多的电线杆、路灯杆等高层杆状建筑，随着时间的推移，路灯在外界因素的影响下，变得模糊不清，一个个清理路灯的浩大任务也随之而来。本文的路灯灯罩清洁机器人就是为了克服这一难题诞生出来，其主要由清洁装置、回转装置、爬行装置构成，运用爬行装置和回转装置进行上下的攀爬，路障的躲避，到达指定位置之后，再用清洁装置对路灯灯罩进行全方面的清洗。此机器人的诞生既方便我们的生活，也可以美化我们的城市。

参考文献

1. 李海峰.基于solidworks小型路灯清洗装置的三维模型设计[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2016(02):238.

2. 刘思南,马凝,杜巧玲.小型自适应翻转攀爬机器人的设计与实现[J].吉林大学学报(信息科学版),2019,37(03):322-331.DOI:10.19292/j.cnki.jdxxp.2019.03.016.

3. 杨书建,侯宇,卢蒙.关节-轮式爬杆机器人多姿态力学模型与稳定性研究[J].机械设计与制造,2020(03):254-257.DOI:10.19356/j.cnki.1001-3997.2020.03.061.

4. 杨峰,马书芳,朱向冰.测量灯罩表面污染程度的电路设计[J].电子设计工程,2013,21(21):107-109.DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2013.21.019.