CN106000956A - 一种智能清洁机器人的自动充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种智能清洁机器人的自动充电系统。本发明智能清洁机器人的自动充电系统，其充电公头安装于智能清洁机器人上，充电母头通过螺栓安装于支架上，支架固定于机器人安装支架上，压缩弹簧套装于螺栓外，且位于充电母头与支架之间。通过压缩弹簧能够实现智能清洁机器人实现自动复位并充电，允许一定的复位偏差，不需要人工参与，且结构简单、安全可靠。

Description

一种智能清洁机器人的自动充电系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种智能清洁机器人的自动充电系统。

背景技术

光伏发电作为新型可再生绿色能源，以其强大的产品技术优势和发展潜力，得到了越来越多的普及和应用。我国的光伏电站主要分布在我国的甘肃、宁夏、青海、内蒙等地。由于太阳能电池方阵暴露在外，受周围环境影响大，极易受沙尘、大雪以及杂物覆盖的影响，造成太阳能电池板的发电效率降低、太阳能电池板的使用寿命减少、甚至烧坏太阳能电池板等影响，造成极大损失。目前光伏电站清扫的主要难点在于清洗维护难度大，成本高，清扫不彻底，清扫时间长。在清洁的过程中，已有的太阳能电池板清扫方式主要是有人工清扫、车载清洁设备、以及太阳能电池板上装毛刷清洁等方式。上述清扫方式不涉及自动充电或人工充电。近年来也有自动清扫设备出现，配备太阳能电池板自供电，不涉及自动充电装置。

现有的太阳能电池板的自动清洁机器人主要采用太阳能自供电方式，但是该方式需要在机器人上安装太阳能发电装置，投入成本高，增加设备成本，而且需要考虑天气等因素。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种智能清洁机器人的自动充电系统，其整个充电过程均不需要人工参与，且可以确保充电接触良好，确保操作人员和这个设备的接触安全。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能清洁机器人的自动充电系统，其包括充电公头、充电母头和压缩弹簧，所述充电公头可操作地安装于智能清洁机器人上；所述充电母头通过螺栓可操作地安装于支架上，所述支架固定于机器人的安装支架上，所述压缩弹簧套装于所述螺栓外，且位于所述充电母头与支架之间。

根据本发明，所述充电母头为圆环结构，充电公头为圆棒结构。

根据本发明，所述充电公头通过塞子安装于智能清洁机器人的连接板上。

根据本发明，还包括电量检测单元和电量控制单元；其中，

电量检测单元用于检测智能清洁机器人的电池的电量并将所检测到的电量发送给所述电量控制单元；

所述电量控制单元接收所检测的电量，当所检测到的电量低于预设的电量阈值时，所述电量控制单元控制智能清洁机器人移动，使得所述充电公头和充电母头连接，为智能清洁机器人的电池充电。

根据本发明，还包括电量检测单元和电量控制单元；其中，

电量检测单元用于检测智能清洁机器人的电池的电量并将所检测到的电量发送给所述电量控制单元；

所述电量控制单元接收所检测到的电量，当所检测到的电量低于清扫电量时，所述电量控制单元控制智能清洁机器人移动，使得所述充电公头和充电母头连接，为智能清洁机器人的电池充电；

所述清扫电量是指智能清洁机器人清洁太阳能电池板组件一次所需要消耗的电量。

本发明还提供了所述的自动充电系统在给智能清洁机器人进行自动充电中的应用。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明智能清洁机器人的自动充电系统，其充电公头安装于智能清洁机器人上，充电母头通过螺栓安装于支架上，支架固定于机器人安装支架上，压缩弹簧套装于螺栓外，且位于充电母头与支架之间。通过压缩弹簧能够实现智能清洁机器人实现自动复位并充电，允许一定的复位偏差，不需要人工参与，且结构简单、安全可靠。

附图说明

图1是本发明实施例智能清洁机器人的立体示意图；

图2是本发明实施例智能清洁机器人的正面示意图；

图3是本发明实施例智能清洁机器人的自动充电系统的示意图；

图4是本发明实施例智能清洁机器人的电池保护系统的示意图；

图5是本发明实施例智能清洁机器人的工作状态示意图。

图中：

1：光电启动系统；

2：机器人本体；21：侧板；22：连接板；23：支撑板；24：第二滚轮；25：第一滚轮；26：第三滚轮；

3：无水清洁系统；31：滚刷；32：刷毛；33：第二驱动电机；

5：控制系统；

6：自动充电系统；61：充电公头；62：充电母头；63：压缩弹簧；64：螺栓；65：支架；66：塞子；

7：电池保护系统；71：外壳；72：内盒；73：发热片；74：电池；75：石棉纤维；76：盖子；77：温度传感器；

9：太阳能电池板组件；91：侧壁；92：表面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的智能清洁机器人，用于太阳能电池板组件的清理，其包括机器人本体2、光电启动系统1、无水清洁系统3和控制系统5；

所述光电启动系统1设置在所述机器人本体2上，用于实时监测环境中的光照度并将检测到的光照度发送给所述控制系统5；

所述控制系统5接收所述光电启动系统1发送的光照度，并根据所述光照度控制所述机器人本体2和无水清洁系统3的开启与关闭；

所述无水清洁系统3安装于所述机器人本体2上，用于对太阳能电池板组件9进行清洁。

本发明通过在机器人本体2上搭载无水清洁系统3和控制系统，建立了光伏电站自动清洁及智能维护系统，使得光伏电站实现了“足不出户、智能运维”。

更加具体地，如图1、图2和图5所示，所述机器人本体2安装于太阳能电池板组件9的一端，且可在太阳能电池板组件9的上方往复移动；所述机器人本体2整体呈矩形框架结构；所述机器人本体2包括两个相对设置的侧板21，两个所述侧板21通过两个连接板22连接；在每个所述侧板21的下方均设有可沿所述太阳能电池板组件9的侧壁91滚动的第一滚轮25，在每个所述侧板21的内侧设有可沿所述太阳能电池板组件9的表面92滚动的第二滚轮24；在两个所述侧板21上的第一滚轮25之间的距离等于所述太阳能电池板组件9的宽度，这样保证了机器人本体2可以沿着太阳能电池板组件9的长度方向往复移动，进而实现了无水清洁系统3对太阳能电池板组件9的清洁。

通常的，在每个所述侧板21的外侧均设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机均与对应于所述侧板21上的第二滚轮24连接，用于驱动所述第二滚轮24转动；具体地，可以是使用联轴器将第一驱动电机与第二滚轮24的轴端连接，第一驱动电机带动对应的第二滚轮24转动，实现在太阳能电池板组件9的表面92上往复移动，一般的，第一驱动电机采用直流驱动电机。此处说到的对应具体为：位于同一侧板21上的第二滚轮24、位于同一侧板21外的第一驱动电机。第二滚轮24为主动轮，带动机器人本体2移动，第一滚轮25不具有动力，其是为了限制带动机器人本体2沿着太阳能电池板组件9的长度方向移动的。

如果太阳能电池板组件9的宽度较大，为了起到更好的支撑和清洗作用，机器人本体2的长度也需要相应的加长，通常的，在两个所述侧板21之间，且在所述连接板22的长度方向上的中点处设置有支撑板23，所述支撑板23用于连接两个所述侧板21，在所述支撑板23的两侧设置有第三滚轮26，所述第三滚轮26与对应的所述第二滚轮24同轴设置。

如图2所示，在每个侧板21上分别设有两个第二滚轮24，在支撑板23上设有两个第三滚轮26，其中如图2所示，右边的第三滚轮26与下方的侧板21的右边的第二滚轮24同轴设置，且通过轴进行连接，这样就保证了第一驱动电机带动该第二滚轮24转动时，该第二滚轮24通过轴也可以带动该第三滚轮26转动，实现驱动整个机器人本体2的移动。同样的道理，如图2所示，左边的第三滚轮26与上方的侧板21的左边的第二滚轮24同轴设置，且通过轴进行连接，这样就保证了第一驱动电机带动该第二滚轮24转动时，该第二滚轮24通过轴也可以带动该第三滚轮26转动，实现驱动整个机器人本体2的移动。这样保证了更好的动力。

本发明智能清洁机器人的无水清洁系统3包括两个滚刷31，在每个所述滚刷31的外侧均螺旋设置有刷毛32；其中一个滚刷31通过球面滚子轴承连接于所述支撑板23与其中一个侧板21上，另一个滚刷31通过球面滚子轴承连接于所述支撑板23与另一个侧板21上；所述两个滚刷31平行设置。

如图1和图2所示，在支撑板23上设置有第二驱动电机33，该第二驱动电机33用于驱动所述其中一个滚刷31转动，具体，采用联轴器连接第二驱动电机33与其中一个滚刷31的轴端，带动该滚刷31转动，两个滚刷31通过链轮链条实现传动，进而带动另一个滚刷31转动。这样保证了两个滚刷31的同步转动，且链轮链条传动对环境温度适应性强，低速传动平稳，结构简单，安装也比较方便，且成本低廉，采购也较为方便。通常的，本发明中的所有传动零部件、驱动零部件等均采用密封的方式设置，这样保证了在清洁太阳能电池板组件9的过程中，不会有灰尘等进去这些部件中，影响传动的效果。

另外，两个滚刷31均为定制滚刷，滚刷31的内芯采用直径为30mm的45号钢管制成，在其外层包裹有10mm的橡胶层，刷毛32的材质为尼龙，其有效部分为35mm长，采用螺旋形式植入橡胶层中。

两个滚刷31相互平行设置，且与所述连接板22之间呈角度设置，一般的该角度为2度，该角度的设计有利于灰尘顺着螺旋形式的刷毛32转动而下行，有效减小扬尘。如上面所说，除刷毛32之外的其他部件，如第一驱动电机、第二驱动电机、链轮链条、球面滚子轴承、联轴器等部件均做防尘密封，有效防止灰尘进入其内部损坏部件，延长设备使用寿命。该装置结构紧凑，质量轻便，且为耐低温设计，能适应中国北方寒冷的气候。

在工作的时候，如图5所示，滚刷31上的刷毛32与太阳能电池板组件有25mm的负差，即压下25mm，滚刷31随着太阳能电池板组件9的前进，在转动的过程中把太阳能电池板组件9上的灰尘和杂物清扫干净，并顺着螺旋状的刷毛32下落。该装置能高效的清洁太阳能电池板组件上的灰尘和杂物，有效解决现有技术的扬尘问题，并将所有元器件做防尘和耐低温(-40℃)设计，能有效提高设备的使用寿命，也能够适应我国北方地区冬天寒冷的气候。

本发明的智能清洁机器人还包括自动充电系统6，如图3所示，所述自动充电系统6包括充电公头61、充电母头62和压缩弹簧63，所述充电公头61通过塞子66安装于所述连接板22上，与电池进行连接，所述充电母头62通过螺栓64安装于支架65上；所述压缩弹簧63套装于所述螺栓64外，且位于所述充电母头62与支架65之间，充电母头62安装在机器人安装支架上，与电池电源适配器相连，电源适配器连接到220V电源上。具体地，在智能清洁机器人的初始位置处设置有机器人安装支架，固定充电母头62。

所述自动充电系统6还包括电量检测单元和电量控制单元；其中，

电量检测单元用于检测智能清洁机器人的电池的电量并发送给所述电量控制单元；所述电量控制单元接收智能清洁机器人的电池的电量，当电池的电量低于预设的电量阈值时，所述电量控制单元控制智能清洁机器人移动，使得所述充电公头61和充电母头62连接，为智能清洁机器人的电池充电。

当然，也可以不设定预设的电量阈值，将其修改为清扫电量，具体为：所述自动充电系统6还包括电量检测单元和电量控制单元；其中，电量检测单元用于检测智能清洁机器人的电池的电量并发送给所述电量控制单元；所述电量控制单元接收智能清洁机器人的电池的电量，当电池的电量低于清扫电量时，所述电量控制单元控制智能清洁机器人移动，使得所述充电公头61和充电母头62连接，为智能清洁机器人的电池充电；所述清扫电量是指智能清洁机器人清洁太阳能电池板组件一次所需要消耗的电量。

充电公头61和充电母头62的正负极材料均为铜，且为圆棒型和圆环，一般为：所述充电母头62为圆环结构，充电公头61为圆棒结构，便于充电公头61插入到充电母头62中。当智能清洁机器人工作完回到初始位置，充电公头61和充电母头62自动连接，并通过压缩弹簧63保证连接紧密，从而实现安全且自动充电。

通过压缩弹簧63可以确保充电公头61和充电母头62的接触良好，可为智能清洁机器人提供自动充电方案，简单安全可靠。能够实现智能清洁机器人复位自动充电，允许一定的复位偏差，不需要人工参与，且结构简单、安全可靠。且该装置也同样可以用于其他机器人充电装置中，只需要打孔，安装简单，适应性强。

本发明的智能清洁机器人还包括电池74和电池保护系统7，如图4所示，所述电池保护系统7包括内盒72、外壳71及温度传感器77；所述电池74放置于所述内盒72中，所述内盒72套装于外壳71内，在内盒72的内侧粘贴有发热片73，所述发热片73通过所述温度传感器77连接至电池74的输出端；在所述内盒72和外壳71之间填充有石棉纤维75；在所述外壳71的开口处设有与其连接的盖子76。出于成本和效果的考虑，电池74优选为锂电池，加热片73优选为PTC低温低功率加热片，内盒72和外壳71的材质均为铝合金。

所述电池保护系统7为处于低温环境中的电池74提供保护措施，延长电池74的使用寿命，耗能少，无需人工操作，简单易行可靠。

通过温度传感器77检测环境温度，当测试温度低于零下十五摄氏度时，加热片73开启工作，对铝合金的内盒72进行加热，使得电池74的环境温度上升，当温度超过零摄氏度后，加热片73断电停止加热，加热片73和温度传感器77的电源由电池74提供，不需要额外的电源，结构简单。在内盒72的外侧六个面均包裹石棉纤维75作为保温层，减少热量流失，加热片73的加热时间减少，延长使用寿命，且节能环保。整体置于铝合金材质的外壳71中，模块化设计，结构简单，使用方便，性能可靠，便于操作人员的安装和拆卸。

使用加热片73与温度传感器77自动控制电池74的环境温度，通过铝合金的内盒72传导热量，并利用石棉纤维75减少热量的流失，从而达到电池74周围的环境温度不低于零下15摄氏度，有效延长电池74的寿命。同时加热片73和温度传感器77以及石棉纤维75，都是市场上比较成熟且价格低廉的产品。

本发明的智能清洁机器人，控制系统5控制机器人本体2离开机器人安装支架(停靠位)、沿着太阳能电池板组件运动；往复运动结束后，控制系统5向无水清洁系统3发送结束清洁控制信号，并控制运动机器人返回到机器人安装支架上。具体为：控制系统5接收到的光照度小于预设的光照度阈值时，控制系统5向第一驱动电机和第二驱动电机发送控制信号，所述第一驱动电机驱动第二滚轮24滚动，带动机器人本体2沿所述太阳能电池板组件9往复移动，所述第二驱动电机驱动所述滚刷31转动；当所述控制系统5接收到的光照度大于预设的光照度阈值时，控制系统5向第一驱动电机和第二驱动电机发送控制信号，控制机器人返回停靠位。

通常的，24个小时或者48个小时之内(这个可以根据客户的要求自行设定)本发明的智能清洁机器人只会工作一次，当太阳光照小于预设的光照度阈值时，机器人自动启动，从太阳能电池板组件的一端运动至另一端，完成清扫工作，然后返回停靠位，通常的，可以安装接近开关，由接近开关检测发出信号至控制系统，控制系统发出指令使机器人本体2反向运动，直至停靠位，停止，并通过自动充电系统6进行充电。

本发明的智能清洁机器人还包括热岛检测系统，在机器人本体2的移动过程中，通过热岛检测系统可以检测出发生热岛效应的太阳能电池板，并且将该位置信息反馈给控制系统5，控制系统会提醒并标定发生热岛效应的太阳能电池板的具体位置。

具体，热岛检测系统还包括安装于所述机器人本体2上，用于检测太阳能电池板表面发热信息的热岛检测系统，所述热岛检测系统包括光热传感器和定位装置，所述光热传感器用于感应太阳能电池板表面的异常发热信息，并将该异常发热信息和产生该异常信息的太阳能电池板的具体位置反馈给所述控制系统5，能够随时了解太阳能电池板的发电情况，及时获知发生故障的电池板具体位置，并进行维护和更换，降低太阳能电池板组件排查维护成本。

需要说明的是，热岛效应是指在光伏板阵列(太阳能电池板组件)中，任一块电池片损坏或者长时间被遮荫，则该电池片不产生电流，且会形成反向偏压，消耗功率发热。

本发明还提供的所述的自动充电系统应用在给智能清洁机器人的自动充电。

综上所述，本发明智能清洁机器人的自动充电系统，其充电公头安装于智能清洁机器人上，充电母头通过螺栓安装于支架上，支架固定于机器人安装支架上，压缩弹簧套装于螺栓外，且位于充电母头与支架之间。通过压缩弹簧能够实现智能清洁机器人实现自动复位并充电，允许一定的复位偏差，不需要人工参与，且结构简单、安全可靠。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种智能清洁机器人的自动充电系统，其特征在于：包括充电公头(61)、充电母头(62)和压缩弹簧(63)，所述充电公头(61)可操作地安装于智能清洁机器人上；所述充电母头(62)通过螺栓(64)可操作地安装于支架(65)上，所述支架(65)固定于机器人的安装支架上，所述压缩弹簧(63)套装于所述螺栓(64)外，且位于所述充电母头(62)与支架(65)之间。

2.根据权利要求1所述的智能清洁机器人的自动充电系统，其特征在于：所述充电母头(62)为圆环结构，充电公头(61)为圆棒结构。

3.根据权利要求2所述的智能清洁机器人的自动充电系统，其特征在于：所述充电公头(61)通过塞子(66)安装于智能清洁机器人的连接板(22)上。

4.根据权利要求3所述的智能清洁机器人的自动充电系统，其特征在于：所述充电公头(61)和充电母头(62)的正负极材料均为铜。

5.根据权利要求1-4任一项所述的智能清洁机器人的自动充电系统，其特征在于：还包括电量检测单元和电量控制单元；其中，

电量检测单元用于检测智能清洁机器人的电池的电量并将所检测到的电量发送给所述电量控制单元；

所述电量控制单元接收所检测到的电量，当所检测到的电量低于预设的电量阈值时，所述电量控制单元控制智能清洁机器人移动，使得所述充电公头(61)和充电母头(62)连接，为智能清洁机器人的电池充电。

6.根据权利要求1-4任一项所述的智能清洁机器人的自动充电系统，其特征在于，还包括电量检测单元和电量控制单元；其中，

电量检测单元用于检测智能清洁机器人的电池的电量并将所检测到的电量发送给所述电量控制单元；

所述电量控制单元接收所检测到的电量，当所检测到的电量低于清扫电量时，所述电量控制单元控制智能清洁机器人移动，使得所述充电公头(61)和充电母头(62)连接，为智能清洁机器人的电池充电；

所述清扫电量是指智能清洁机器人清洁太阳能电池板组件一次所需要消耗的电量。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的自动充电系统在给智能清洁机器人进行自动充电中的应用。