一、开发背景

随着城市化进程的持续推进，高层及超高层建筑数量显著增长，玻璃幕墙和大面积窗户的广泛应用使得清洁维护工作面临严峻挑战。当前传统清洁方式主要依赖"蜘蛛人"高空吊绳作业，存在安全风险突出，作业效率低下，质量参差不齐，综合成本高昂等问题。

二、产品定位与概述

本项目致力于研发一款面向商业楼宇、酒店、公共设施及高端住宅的专业化高空玻璃清洁机器人。产品集负压吸附、智能移动、自主清洁与精准感知等先进技术于一体，旨在通过自动化技术实现安全、高效、可靠的高空玻璃清洁作业，有效替代或辅助传统的高危人工作业。

三、产品核心功能包括：

（一）稳定吸附功能
基于负压吸附原理，确保机器人在垂直及倾斜玻璃表面的可靠附着，提供稳定的工作基础。

（二）自主移动与避障
通过优化的驱动系统与传感器阵列，实现玻璃面上的灵活移动与自动路径规划，具备智能识别边缘与障碍物的能力。

（三）高效清洁系统
集成扫刷、喷淋（可选）与刮净等多重清洁流程，确保清洁质量达到标准要求。

（四）智能控制模式
支持全自动程序化作业与手动遥控两种操作模式，可通过手机小程序进行便捷控制，显著提升操作灵活性与用户体验。

目前，本项目已成功获得科技项目的立项支持，并已申请两项国家发明专利。这些成果充分证明了项目的技术先进性与创新性，已获得相关权威机构的初步认可。项目的持续推进将为高空玻璃清洁行业带来革命性的变革。

一、设计原理

负压吸附原理（安全基础）：利用大气压强，通过真空发生装置（无刷风机）将机器人与玻璃接触面间密闭空间内的空气抽出，形成内部压力远低于外部大气压力的状态。该压力差作用于机器人的有效吸附面积上，产生垂直于玻璃表面的强大吸附力，用以克服机器人自重、清洁载荷及外部风载，是机器人高空作业安全的根本保障。经反复测试，本产品平均吸附力可达2800 N/cm²，远超2000 N/cm²的行业标准。

差速转向原理（运动基础）：采用双侧履带独立驱动的架构。通过精确控制左右两侧驱动电机的转速与转向，即可实现机器人的直行、转向乃至原地旋转。该原理摒弃了复杂的机械转向机构，使控制更为精准、结构更为简单可靠。

传感器反馈控制原理（智能基础）：构建了以"感知-决策-执行"为核心的闭环控制系统。通过多传感器（主要是红外传感器）实时采集机器人自身状态与外部环境信息，由主控制器（STM32）进行数据融合与智能决策，最终输出指令动态调整执行器（风机、电机）的状态，从而实现自适应吸附、自主避障与精确的路径跟踪。

二、设计方案

本机器人采用模块化设计理念，共分为四大核心系统模块，各模块之间通过主控制器协同工作，形成一个有机的整体。

核心部件配置：采用高性能无刷直流风机作为真空源，其具有转速高、寿命长、电磁干扰小的优点。配合一体成型的低压损真空腔室及高性能耐磨橡胶密封圈，共同构成吸附力的生成单元。

集成化设计：创新性地将真空泵、储气罐（用于稳定气压波动）、电源及控制单元高度集成于一个模块内。此举有效缩短了气动回路，减少了能量损耗，提升了系统响应速度，并便于维护。

智能闭环控制：系统内置高精度负压传感器，实时监测腔体内压力。主控制器STM32根据此反馈数据，通过PID等先进控制算法动态调节风机的驱动功率，确保在任何工况下（如启动、转向、遇风）吸附力都能稳定在预设的安全阈值之上，实现了安全与节能的统一。

动力与传动系统：采用两台大扭矩直流无刷电机，分别独立驱动两侧的履带。传动机构上，引入了蜗轮蜗杆设计，其具备传动平稳、噪音小、结构紧凑的优点，更重要的是具备反向自锁特性，可在意外断电时为机器人提供额外的安全保障，防止其下滑。

迭代优化历程：驱动系统经历了三代迭代优化。从初代的12V供电、低转速电机，升级为24V供电、更高扭矩和转速的电机（如MOTOR20-180），有效解决了早期版本存在的抗拒力不足和自由调速不灵的问题，性能提升近10倍。

行走机构设计：履带采用摩擦系数高的特种橡胶材料制成。其接地部分经过精心设计，采用线性分布的附着方案，确保履带与玻璃表面实现最大化接触，压力分布均匀，从而提供强劲的牵引力并有效防止打滑。
主控核心架构：以STM32系列微控制器作为整个系统的"大脑"。该芯片性能稳定、接口丰富、计算能力强，负责所有传感器的数据采集、逻辑判断以及对各执行器的指令下发。

环境感知系统：通过优化红外传感器的数量与布局，在机身四周构建了一个可靠的感知网络。这些传感器能够精准地探测玻璃的边缘、窗框以及其他障碍物，为自主导航与安全避障提供数据基础。

智能决策与执行：在全自动模式下，机器人可执行预设的Z型（高效覆盖）和M型（边界强化）清洁路径。
    避障逻辑：当红外传感器检测到危险时，系统会立即中断当前运动，并根据预设策略执行转向或停止指令。
    双模式控制：支持全自动作业与手动遥控一体化。用户可通过熟悉的手机小程序对机器人进行实时遥控，灵活应对复杂场景或进行定点清洁，操作简单，响应延迟低。