CN105904465A - 太阳能电池自动定日跟踪机器人 - Google Patents

Abstract

太阳能电池自动定日跟踪机器人，包括带蜗轮的主体蜗轮立架，立架转动连接外壳，外壳的背日侧壁开孔处装有与蜗轮啮合并与电机相连传动蜗杆轴。外壳两侧通过外伸轴对称连接有太阳能电池板。在主体蜗轮立架下端有螺纹，且其上加工有四个均匀分布竖直向燕尾槽，以对应东南西北四个方向在空间定位安装，东西方向的两侧燕尾槽内配有棘轮托架座，棘轮螺母与主体蜗轮立架螺纹连接，并棘轮螺母套在棘轮托架座上，棘轮托架座外端部插入筒状螺旋升降滑槽上；在外壳内侧竖向槽内有滑销推转齿条，滑销推转齿条端头插入螺旋升降滑槽上的曲线滑槽内。在南北方向燕尾槽内配有每日调整初始仰角机构。运行时可始终保持太阳能电池板垂直太阳光线，明显提高太阳能电池板发电效率。

Description

太阳能电池自动定日跟踪机器人

技术领域

本发明涉及一种工业机器人，特别是一种太阳能电池自动定日跟踪机器人，本机器人通过数学建模于机械联动机构中，采用人工智能时间区域控制运行、原智能机械工位自动执行调节，可保证太阳能电池板精确按照天体自然运行规律，在一年四季的每一天白昼中的每一刻自动跟随太阳移动，保持太阳光线始终与太阳能电池板垂直，提高太阳通电池板的发电产能。

背景技术

目前太阳能电池板在室外安装大多采用固定式，即太阳能电池板的受光面处于朝阳方向，所谓朝阳是指以安装地春分、秋分当日白天中午处于太阳光线直射状态；但是平日里，或上午和下午，特别是早晨太阳初升或近傍晚太阳西下时，太阳光线与太阳能电池板的角度偏离较大，发电效率低，早晨到中午时间段太阳能电池板的发电效率逐渐提高，中午到晚上太阳能电池板的发电效率逐渐降低；况且,自然界太阳光的入射角,是随着冬至——春分——夏至——秋分——冬至的节气变化而每天变化的,这样,就造成现有固定式安装的太阳能电池板,对太阳旋转角和俯仰角的严重失真,这也造成了现有太阳能电池板发电效率的降低；而现有的定日跟踪器多为两轴分控式,其弊端是；成本高、故障率高、控制复杂、结构整合效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种可使太阳能电池板始终与太阳光线角度保持垂直、提高太阳能电池板发电效率的一维控制、多维联动的太阳能电池自动定日跟踪机器人，克服现有技术的不足。

本发明的太阳能电池自动定日跟踪机器人，包括主体蜗轮立架，在主体蜗轮立架的上端加工有蜗轮齿，在主体蜗轮立架上端通过转动轴承转动连接有旋转外壳体，旋转外壳体套装在主体蜗轮立架的外侧；在旋转外壳体上位于背日侧壁开孔处通过轴承支撑有与固定主体蜗轮立架上的蜗轮齿相啮合的传动蜗杆轴，传动蜗杆轴的端头通过齿轮传动机构与步进电机的输出轴相接，步进电机固定连接在旋转外壳体上；

在旋转外壳体的对日方向的两侧对称设有圆透孔，圆透孔内设有外伸轴，每个外伸轴的外端部通过花健连接有俯仰旋转法兰，外端头螺纹连接有法兰锁紧螺母，俯仰旋转法兰连接有太阳能电池板，外伸轴的内端头为俯仰旋转齿轮；

在主体蜗轮立架下端柱状外壁表面加工有螺纹，且其上加工有四个均匀分布的竖直向燕尾槽，主体蜗轮立架以四个燕尾槽对应东西南北四个方向在空间定位固定；东西方向的两侧燕尾槽内配有棘轮托架座，棘轮螺母与主体蜗轮立架螺纹连接，并棘轮螺母套在棘轮托架座上，棘轮托架座的外端部插入筒状的螺旋升降滑槽上，螺旋升降滑槽罩在主体蜗轮立架外侧；在旋转外壳体的内侧竖向槽内设有与俯仰旋转齿轮相啮合的滑销推转齿条，滑销推转齿条的端头插入螺旋升降滑槽上的曲线滑槽内；在主体蜗轮立架南北方向的燕尾槽内配有棘轮爪托架座，棘轮爪托架座外部自螺旋升降滑槽上的孔伸出，并在棘轮爪托架座外部的中间位置设有双向棘爪，双向棘爪由双向棘爪体和中柱转轴以及紧固螺钉组成，中柱转轴的上下两端分别插入棘轮爪托架座上的上下长槽内，双向棘爪与棘轮爪托架座之间设有对称的棘爪复位拉簧和棘爪复位扭簧，棘爪复位扭簧和棘爪复位拉簧使得中柱转轴的上下两端，紧紧拉压靠在棘轮爪托架座的上下长槽中心的等径圆壁处，双向棘爪与棘轮螺母外侧的棘轮齿相配；在滑销推转齿条上有锥面，该锥面与双向棘爪的端头相配。

所述的太阳能电池板通过电池连接架与所述的俯仰旋转法兰固定连接。

本发明的太阳能电池自动定日跟踪机器人，无论是一年中的任何一天的上午、中午还是下午，运行时可始终保持太阳能电池板垂直于太阳光线，明显提高太阳能电池板的发电效率。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的主视剖面图；

图2是图1所示的俯视剖面图；

图3是图1所示的左视剖视示意图；

图4是图1所示的B向局部剖视示意图；

图5是图4所示的C-C剖视示意图；

图6是螺旋升降滑槽展开示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示：5为管状法兰式主体蜗轮立架，可通过下端头螺纹固定于坚固在基础地面的立柱端头或中间，四个燕尾槽对应东西南北四个方向在空间定位固定。在主体蜗轮立架5上通过转动轴承7转动连接有筒状的旋转外壳6，旋转外壳6套装在主体蜗轮立架5的外侧，使旋转外壳6可相对于主体蜗轮立架5转动，具体的结构如下：主体蜗轮立架5上方轴肩处设有转动轴承7，旋转外壳6上端内侧周边使旋转外壳体6可相对于固定蜗轮5转动，即保证了旋转外壳6可相对于主体蜗轮立架5转动。

在旋转外壳体6的背日侧壁开孔处通过轴承和轴承座支撑有与固定蜗轮5相啮合的传动蜗杆轴4，该轴承座与旋转外壳体6可为一体结构或焊接固定，传动蜗杆轴4位于主体蜗轮立架5固定于基础地面后的背日方向，即主体蜗轮立架5的北半侧。传动蜗杆轴4的端头通过电机齿轮2和输入齿轮3组成的传动机构与步进电机1的输出轴相连接，步进电机1固定连接在旋转外壳体6上。步进电机1运行时，可通过齿轮传动机构带动传动蜗杆轴4旋转，旋转外壳6即可相对于主体蜗轮立架5转动。

如图1、4：在旋转外壳体6的对日方向的正交两侧位置对称设有圆透孔，在圆透孔内设有外伸轴。

如图4：每个外伸轴的外端部通过花健连接有俯仰旋转法兰16，外端头螺纹连接有法兰锁紧螺母17，俯仰旋转法兰16通过电池连接架18与太阳能电池板19连接。外伸轴的内端头为俯仰旋转齿轮9。

如图1、3、4、5：在主体蜗轮立架5下端柱状外壁表面加工有螺纹，且其上加工有四个均匀分布的竖直向燕尾槽。主体蜗轮立架5以四个燕尾槽对应东西南北四个方向在空间定位固定；东西方向的两侧燕尾槽内配有棘轮托架座15，棘轮螺母12与主体蜗轮立架5螺纹连接，并棘轮螺母12套在棘轮托架座15上，棘轮托架座15的外端部插入筒状的螺旋升降滑槽10上，棘轮螺母12的棘轮齿外径略小于螺旋升降滑槽10的内径，二者为间隙配合，螺旋升降滑槽10的径向定位可由棘轮螺母12外径或四个燕尾槽中的棘轮托架座15和棘轮爪托架座11共同决定；螺旋升降滑槽10罩在主体蜗轮立架5外侧。在旋转外壳体6的内侧竖向槽内设有与俯仰旋转齿轮9相啮合的滑销推转齿条8，滑销推转齿条8的端头插入螺旋升降滑槽10上的曲线滑槽内。在南北方向的燕尾槽内配有棘轮爪托架座11，棘轮爪托架座11外部自螺旋升降滑槽10上的孔伸出，并在棘轮爪托架座11外部的中间位置设有双向棘爪14，双向棘爪14由双向棘爪体14a和中柱转轴14b以及紧固螺钉组成，中柱转轴14b的上下两端分别插入棘轮爪托架座11的上下长槽内，双向棘爪14与棘轮爪托架座11之间设有对称的棘爪复位扭簧13a和棘爪复位拉簧13b，棘爪复位扭簧13a和棘爪复位拉簧13b使得中柱转轴14b的上下两端，紧紧拉、压靠在棘轮爪托架座11的上下长槽中心的等径圆壁处，双向棘爪14通过旋入螺旋升降滑槽10此处的滑槽镂空部分与棘轮螺母12外侧的棘轮齿相配；在滑销推转齿条8上有锥面，该锥面与双向棘爪14的两侧后端头相配。

工作过程如下：安装后，设定好本跟踪器工作的时域，步进电机1与电控装置相接，由时间控制器，控制系统的整体运行，早晨七点（可设定），跟踪器面对东方，随着太阳的升起，步进电机1接受指令信号发生转动，并通过齿轮传动机构（电机齿轮2和输入齿轮3）使转动蜗杆4也随之转动，由于与转动蜗杆4啮合的主体立架蜗轮5是固定不动的，就使得与转动蜗杆4转动连接的旋转外壳体6在蜗轮5上做圆周转动，即旋转外壳6相对于固定主体立架蜗轮5转动，这样，太阳能电池19就能够随着旋转外壳体6的转动而完成平面上的对太阳的旋转跟踪。与此同时，滑销推转齿条8在径向插入螺旋升降滑槽10的前端销头柱的作用下，在随着旋转外壳体6转动的同时，也沿着旋转外壳体6侧日侧内壁的竖直长方形滑道向上或下缓慢滑动，而与设置在滑销推转齿条8内侧的齿条相啮合的俯仰旋转齿轮9会随之发生转动，伸出旋转外壳体6的俯仰旋转齿轮9另一端又与俯仰旋转法兰16成花键配法兰锁紧螺母17的固定连接、俯仰旋转法兰16又与太阳能电池板19相连接，这样，当俯仰旋转齿轮9转动时，俯仰旋转法兰16和太阳能电池板19也就随之一起转动了；在旋转半周的过程中，滑槽高度的变化，就变成了太阳能电池板19对日角度的变化，到下午五点时（可设定），跟踪过程结束，完成了一天中对日光的水平和俯仰角度的两维定日跟踪。一天中，系统转动到下午五点至六点，或回转至早晨的初始状态时的早七点至六点，滑销推转齿条8转动到螺旋升降滑槽10的螺旋槽平直时段的镂空透孔处，此时系统可根据当前是“冬至——夏至”周期还是“夏至——冬至”周期，选择是否在此工位调节下一工作日的太阳能电池板19的对日跟踪轨迹，如选择调节，系统则会继续向该方向转动一定角度，进入下午五点至六点时域，随着滑销推转齿条8沿滑槽的移动，其前端销头柱的后段斜面渐近并挤压到双向拨转棘爪14，在与棘爪复位拉簧13 a和棘爪复位扭簧13b的共同作用下，使双向拨转棘爪14a和阶梯中柱转轴14b沿轴心偏转，其结果，使得挤压侧拨转棘爪14的棘爪与棘轮螺母12完全齿合，而呈三角形阶梯中柱转轴14b的一边恰好与爪托架座11上滑槽后壁贴合，拨转棘爪14被限制转动；滑销推转齿条8继续随系统平面转动，克服棘爪复位拉簧13a的拉力，推动双向拨转棘爪14按棘轮爪托架座11上设定的滑槽轨迹移动，并推动棘轮螺母12刚好转动转动一个齿角；由于棘轮螺母12传动螺纹固定在主体立架蜗轮5下端柱状外壁表面，所以，棘轮螺母12的转动，使得棘轮螺母12带动夹持它的棘轮爪托架座11和棘轮托架座15以及由它们固定螺旋升降滑槽10共同沿主体立架蜗轮5下端柱状外壁表面上的燕尾滑槽，竖直向上或向下产生移动，使得螺旋升降滑槽10的滑槽轨道高度整体上或下移，基于俯仰旋转法兰16和太阳能电池板19的旋转轴心高度不变，滑槽轨道高度的变化直接导致俯仰旋转齿轮9随之发生转动和太阳能电池板19每天定日跟踪初始角度的变化；比如，冬至和夏至时早晨七点的阳光对地面的入射角是不同的。当系统转过设定时域时，系统默认调节完毕，系统反转，滑销推转齿条8随系统返回，双向拨转棘爪14失去滑销推转齿条8的挤压力并在棘爪复位扭簧13b和棘爪复位拉簧13a的拉力作用下旋转、移动复位，回到棘轮齿间的初始位置，系统回到下一个工作日的起点。如在另一周期下，返回的系统在早七点到早六点的调节时域上，一对径向设置的滑销推转齿条8中的另一个，从相反方向上推动双向拨转棘爪14反转，棘轮螺母12随之反转，系统完成和上一周期呈反向的调节过程。周而复始，循回不断。本跟踪器通过数学建模于机械联动结构中，其机理高度契合太阳天体的运行机理，可保持太阳能电池板19始终与太阳光线相互垂直，提高了太阳能电池板19的发电效率。

Claims (2)

1.一种太阳能电池自动定日跟踪机器人，其特征在于：

包括主体蜗轮立架（5），在主体蜗轮立架（5）的上端加工有蜗轮齿，在主体蜗轮立架（5）上端通过转动轴承（7）转动连接有旋转外壳体（6），旋转外壳体（6）套装在主体蜗轮立架（5）的外侧；在旋转外壳体（6）上位于背日侧壁开孔处通过轴承支撑有与固定主体蜗轮立架（5）上的蜗轮齿相啮合的传动蜗杆轴（4），传动蜗杆轴（4）的端头通过齿轮传动机构与步进电机（1）的输出轴相接，步进电机（1）固定连接在旋转外壳体（6）上；

在旋转外壳体（6）的对日方向的两侧对称设有圆透孔，圆透孔内设有外伸轴，每个外伸轴的外端部通过花健连接有俯仰旋转法兰（16），外端头螺纹连接有法兰锁紧螺母（17），俯仰旋转法兰（16）连接有太阳能电池板（19），外伸轴的内端头为俯仰旋转齿轮（9）；

在主体蜗轮立架（5）下端柱状外壁表面加工有螺纹，且其上加工有四个均匀分布的竖直向燕尾槽，主体蜗轮立架（5）以四个燕尾槽对应东西南北四个方向在空间定位固定；东西方向上的燕尾槽内配装有棘轮托架座（15），棘轮螺母（12）与主体蜗轮立架（5）螺纹连接，并棘轮螺母（12）套在棘轮托架座（15）上，棘轮托架座（15）的外端部插入管状的螺旋升降滑槽（10）上，螺旋升降滑槽（10）罩在主体蜗轮立架（5）外侧；在旋转外壳体（6）的内侧竖向槽内设有与俯仰旋转齿轮（9）相啮合的滑销推转齿条（8），滑销推转齿条（8）的端头插入螺旋升降滑槽（10）上的曲线滑槽内；在主体蜗轮立架（5）南北方向上的燕尾槽内配有棘轮爪托架座（11），棘轮爪托架座（11）外部自螺旋升降滑槽（10）上的孔伸出，并在棘轮爪托架座（11）外部的中间位置设有双向棘爪（14），双向棘爪（14）由双向棘爪体（14a）和中柱转轴（14b）以及紧固螺钉组成，中柱转轴（14b）的上下两端分别插入棘轮爪托架座（11）的上下长槽内，双向棘爪（14）与棘轮爪托架座（11）之间设有对称的棘爪复位扭簧（13a）和棘爪复位拉簧（13b），棘爪复位扭簧（13a）和棘爪复位拉簧（13b）使得中柱转轴（14b）的上下两端，紧紧拉、压靠在棘轮爪托架座（11）的上下长槽中心的等径圆壁处，双向棘爪（14）与棘轮螺母（12）外侧的棘轮齿相配；在滑销推转齿条（8）上有锥面，该锥面与双向棘爪（14）的端头相配。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池自动定日跟踪机器人，其特征在于：所述的太阳能电池板（19）通过电池连接架（18）与所述的俯仰旋转法兰（16）固定连接。