CN106183766B - 太阳能面板清扫机器人动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能面板清扫机器人动力系统，包括一车体、一左前轮、一右前轮、一左驱动电机以及一右驱动电机。

Description

太阳能面板清扫机器人动力系统

技术领域

本发明涉及清扫机器人领域，特别涉及一种太阳能面板清扫机器人动力系统。

背景技术

在化石燃料日趋减少的情况下，作为一种新兴的可再生能源的太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，近十年来，太阳能应用技术在世界各国都得到迅猛发展。太阳能面板是指利用半导体材料在光照条件下发生的光生伏特效应(photovoltaic)将太阳能直接转换为电能的器件。有太阳光的地方就能发电，因此太阳能面板适用于从大型发电站到小型便携式充电器等多种场合，近年来得到飞速发展。

太阳能面板的工作环境只能是户外，影响其工作的最大问题并不是风雨雷电，而是常年累积的灰尘。太阳能面板上附着有灰尘或其它附着物，会影响面板板的透光率，阻碍光电效率，从而会严重影响面板直接获取阳光的效率，降低面板的能量吸收和转换效率，降低发电效率。现有技术的太阳能面板在使用中只能依靠人工定期完成清理工作，由于太阳能面板面积较大、大型电站同时使用的面板较多，而灰尘会反复累积，需要反复清洗；因此人力成本很高、清理效率低、清理效果较差。在很多场合，为了提高空间利用率，太阳能面板都是利用支架设置在高处，这就给清理工作带来更大的难度和风险。很多太阳能面板的用户为了降低清理成本只能选择不清理，这样只能被迫承担灰尘导致的电能损耗。这样，就需要有一个新的自动清理设备，对太阳能面板进行自动清理。

现有技术的清扫机器人一般都只能应用于水平地面上，不能适用于太阳能面板这样的斜坡平面。如果将现有的清扫机器人直接用在太阳能面板上，会导致以下问题。

（1）清扫机器人动力不足、不能自由行进、清扫效果差；由于太阳能面板的倾斜角度一般在10度~40度之间，现有清扫机器人在斜坡平面上不能自由行进，即使能勉强行进，很快就会将电量耗尽。

（2）清扫机器人会从太阳能面板上滑落；由于太阳能面板比较光滑，现有清扫机器人重量和车轮摩擦系数都比较小，摩擦力也比较小，行进困难，很容易滑落。

（3）清扫机器人不能按照规定路线行驶，行进中覆盖面积小，会从太阳能面板边缘处落下；现有清扫机器人一般是设置为遇到障碍物自动转向，由于太阳能面板上没有任何障碍物，自动行驶的清扫机器人只能在单一路径上行进，其行进过程中的覆盖面积小，必然会从太阳能面板边缘处落下。即使预先规划好路径，现有的清扫机器人在行进中容易受到重力及面板附着物的影响，也会很容易偏离路径，很难保证直线行驶；而且清扫机器人自身无法察觉，不能走遍整个面板，会留下大量清扫不到的空间。

（4）清扫机器人充电困难；由于太阳能面板高度比较高、面积较大，一旦将清扫机器人送上去之后，将其取下会比较困难，现有技术需要人工将清扫机器人搬离现场或人工取出电池，继而对其进行充电，从而不能长时间持续进行现场作业，而且由于很多太阳能面板都是用支架设置在高处，因此其充电操作非常麻烦，浪费大量人力。

（5）清扫机器人工作状态监控困难，由于太阳能面板可能会设置在高处，地面上的工作人员无法对其工作过程做到全程监控，即使清扫机器人发生故障，停止运行或者路线走偏，工作人员也无法及时得知。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种太阳能面板清扫机器人动力系统，以解决现有清扫机器人存在的控制困难、动力不足、不能自由行进、易滑落等技术问题。

为解决上述问题，本发明提供一种太阳能面板清扫机器人动力系统，包括一车体、一左前轮、一右前轮、一左驱动电机以及一右驱动电机。所述车体在至少一太阳能面板上行驶或驻留；所述左前轮安装在所述车体底面前部的左侧，包括一左前轮毂及一左前轮轴，所述左前轮轴设置于所述左前轮毂中心处；所述右前轮安装在所述车体面前部的右侧，包括一右前轮毂及一右前轮轴，所述右前轮轴设置于所述右前轮毂中心处；所述左驱动电机安装在所述车体底部，包括一左驱动转轴，连接至所述左前轮轴，用以控制所述左前轮的转速和旋转方向；所述右驱动电机安装在所述车体底部，包括一右驱动转轴，连接至所述右前轮轴，用以控制所述右前轮的转速和旋转方向。

进一步地，所述太阳能面板清扫机器人动力系统还包括一控制系统，分别连接至所述左驱动电机、所述右驱动电机，所述控制系统向所述左驱动电机、所述右驱动电机发送至少一控制指令，控制所述左驱动电机、所述右驱动电机的转速和旋转方向，进而调整所述左前轮、所述右前轮的转速和旋转方向。

进一步地，所述太阳能面板清扫机器人动力系统还包括一左后轮、一右后轮以及两个履带；所述左后轮安装在所述车体底面前部的左侧，包括一左后轮毂及一左后轮轴，所述左后轮毂与所述左前轮毂设于同一直线上，所述左后轮轴设置于所述左后轮毂中心处；所述右后轮安装在所述车体底面前部的右侧，包括一右后轮毂及一右后轮轴，所述右后轮毂与所述右前轮毂设于同一直线上，所述右后轮轴设置于所述右后轮毂中心处；所述右后轮轴连接至所述左后轮轴；两个履带皆为一柔性链环，其中一履带包覆在所述左前轮毂、所述左后轮毂的环形侧壁外部；另一履带包覆在所述右前轮毂、所述右后轮毂的环形侧壁外部。

进一步地，所述太阳能面板清扫机器人动力系统还包括至少一轮毂轮齿、至少一履带内齿、至少一防滑块或者至少一防滑花纹；所述轮毂轮齿均匀设置在所述左前轮毂、所述左后轮毂、所述右前轮毂、所述右后轮毂的环形侧壁外部表面；所述履带内齿均匀设置在所述履带的内侧壁表面，所述履带内齿与所述轮毂轮齿啮合；所述防滑块，突出于两个履带的外侧壁；所述防滑花纹下凹于两个履带的外侧壁。

进一步地，所述太阳能面板清扫机器人动力系统还包括至少一履带张紧装置；包括一上传动带、一下传动带、一上张紧部、一下压紧部、一弹性支撑部。所述上传动带为所述履带上部，其下表面设有至少一履带内齿；所述下传动带为所述履带下部，其上表面设有至少一履带内齿；所述上张紧部上端与所述上传动带下表面相切或啮合，用以张紧所述上传动带；所述下压紧部下端与所述下传动带上表面相切，用以压紧所述下传动带；所述弹性支撑部的一端连接至所述上张紧部，其另一端连接至所述下压紧部，用以支撑所述上张紧部及所述下压紧部。

进一步地，所述履带张紧装置还包括一个或两个履带侧板、至少一腰型孔、至少一安装轴；所述履带侧板设置于所述履带的一侧或两侧；所述腰型孔竖直式设于所述履带侧板的上部；每一安装轴一端上下滑动式设置于一腰型孔内；或者，每一安装轴两端上下滑动式设置于两个相对的腰型孔内，两个腰型孔分别位于两个履带侧板上。

进一步地，所述安装轴包括至少一齿轮安装轴；所述上张紧部包括至少一张紧齿轮，每一张紧齿轮通过一滚动轴承安装至一齿轮安装轴上，其上端与所述上传动带下表面啮合。

进一步地，所述安装轴还包括至少一传动轮安装轴；所述上张紧部还包括至少一张紧传动轮，每一张紧传动轮通过一滚动轴承安装至一传动轮安装轴上，其与所述张紧齿轮相切或啮合；一“V”形架，其上部的两端分别设有一传动轮安装轴，所述“V”形架上方设有一齿轮安装轴；其中，所述齿轮安装轴与所述传动轮安装轴平行，所述齿轮安装轴位于两个传动轮安装轴中间处的上方。或者，所述上张紧部还包括一“V”形架，其上部的两端分别设有一齿轮安装轴。

进一步地，所述下压紧部包括至少一张紧压板，与所述下传动带上表面相切；所述弹性支撑部包括一“∧”形弹性件，其上部的弯角处连接至所述上张紧部下端，其下部的两端分别连接至一张紧压板。

本发明优点在于，本发明采用履带及防滑块结构使得清扫机器人的车体可以在太阳能面板上自由行动而不会滑落；左右前轮用双电机分别驱动，动力较好，可以对车体的行进状况实现精确控制，使车体可以根据需要更灵活地调整行进方向和实现原地转弯，可以尽量增大行驶路径的覆盖范围。

附图说明

图1为本发明实施例中清扫机器人的整体外观示意图；

图2为本发明实施例中清扫机器人内部的结构示意图；

图3为本发明实施例中清扫机器人的分解结构示意图；

图4为本发明实施例中动力系统整体结构示意图；

图5为本发明实施例中动力系统去除履带外壳后的结构示意图；

图6为本发明实施例中第一种履带张紧装置的结构示意图；

图7为本发明实施例中第一种履带张紧装置去除履带侧板后的结构示意图；

图8为本发明实施例中第一种履带张紧装置去除履带后的结构示意图；

图9为本发明实施例中第二种履带张紧装置去除履带侧板后的结构示意图；

图10为本发明实施例中第三种履带张紧装置去除履带侧板后的结构示意图；

图11为本发明实施例中控制系统的结构框图；

图12为本发明实施例中在机器人上建立三维坐标系的示意图。

图中部件编号如下：

100太阳能面板清扫机器人/清扫机器人/机器人，300斜坡平面，400服务器；

1车体，2清扫装置，3动力系统，4控制系统，5电力系统；11车身；

21清扫电机，22滚刷，23传动机构；

31左前轮，32右前轮，33左后轮，34右后轮，35、左驱动电机，36右驱动电机，37履带，38轮毂轮齿，39履带张紧装置；

41数据采集单元，42处理器，43存储单元，44报警单元，45无线通信单元；51电池盒；

311左前轮毂，312左前轮轴，321右前轮毂，322右前轮轴，331左后轮毂， 341右后轮毂；

371履带外壳，372履带内齿，373防滑块，374上传动带，375下传动带；

391上张紧部，392下压紧部，393弹性支撑部，394履带侧板，395履带顶板，396腰型孔，397安装轴，398齿轮支架；

411加速度传感器，412磁传感器，413距离传感器，414计数器，415影像传感器；

3911 “V”形架，3912张紧传动轮，3913张紧齿轮，3914“V”形平板，3915横梁，3916圆柱齿轮，3917圆柱联动部；

3921张紧压板，3931 “∧”形弹性件；

3971齿轮安装轴，3972传动轮安装轴。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的一个优选实施例，证明本发明可以实施，所述实施例可以向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一部件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是附图中的方向，只是用来解释和说明本发明，而不是用来限定本发明的保护范围。

当某些部件被描述为“在”另一部件“上”时，所述部件可以直接置于所述另一部件上；也可以存在一中间部件，所述部件置于所述中间部件上，且所述中间部件置于另一部件上。当一个部件被描述为“安装至”或“连接至”另一部件时，二者可以理解为直接“安装”或“连接”，或者一个部件通过一中间部件间接“安装至”、或“连接至”另一个部件。

如图1~图3所示，本实施例提供一种太阳能面板清扫机器人100（以下简称清扫机器人或机器人），包括一车体1，车体1可以在至少一太阳能面板上行驶；车体1内部或外部设有一清扫装置2、一动力系统3、一控制系统4以及一电力系统5。

清扫装置2用以在车体行进过程中清扫太阳能面板；动力系统3用以调整车体1在太阳能面板上的行进方向和行驶速度，控制车体1行驶、停止或转向；控制系统4分别连接至动力系统3及清扫装置2，用以向动力系统3及清扫装置2发出各种控制信号。电力系统5分别连接至动力系统3、清扫装置2、控制系统4，用以为动力系统3、清扫装置2、控制系统4提供电力。

本实施例太阳能面板清扫机器人100在太阳能面板上正常工作中，当电力系统5启动时，控制系统4发出至少一行进控制指令和至少一清扫控制指令，动力系统3根据该行进控制指令，控制车体1沿着一事先规划的路径行驶；同时，清扫装置2根据该清扫控制指令启动清扫装置2，开始清扫太阳能面板。在车体1行驶过程中，控制系统4对动力系统3发出多个行进控制指令，如校偏指令、转弯指令、调头指令，等等，从而命令车体1在直线行进路线发生偏转的情况下回到原路线上，也即进行校偏处理；或者在一定条件下或一定位置转弯或者进行U字回转（调头），使得车体1可以根据事先规划的优化路径行驶。具体的导航方法、校偏方法、控制车体转弯或进行U字回转（调头）方法，在下文中有详细描述。在整个行驶过程中，无论车体1是何种行进方式，如直行、偏转、校偏、转弯或回转，清扫装置2始终保持工作状态。当控制系统4基于某些工作参数（如事先规划的路径全部走完或者电力系统5电量不足）发出停止行进的行进控制指令时，车体1停止行驶；同时控制系统4发出一清扫控制指令，关闭清扫装置2，停止清扫。

如图4、图5所示，在本实施例中，动力系统3设置于在车体1底部，用以带动车体1行进，包括一左前轮31、一右前轮32、一左后轮33、一右后轮34、一左驱动电机35、一右驱动电机36及两个履带37。

左前轮31安装在所述车体底面前部的左侧，包括一左前轮毂311及一左前轮轴312，左前轮轴312设置于左前轮毂311中心处；右前轮32安装在所述车体底面前部的右侧，包括一右前轮毂321及一右前轮轴322，右前轮轴322设置于右前轮毂321中心处；左后轮33安装在所述车体底面后部的左侧，包括一左后轮毂331及一左后轮轴332（图未示），左后轮毂331与左前轮毂311设于同一直线上，所述左后轮轴设置于左后轮毂331中心处；右后轮34安装在所述车体底面后部的右侧，包括一右后轮毂341及一右后轮轴（图未示），右后轮毂341与右前轮毂321设于同一直线上；所述右后轮轴设置于右后轮毂341中心处。所述右后轮轴直接连接或通过一传动装置（图未示）连接至所述左后轮轴。左驱动电机35、右驱动电机36通过一固定装置固定连接至车体1上，通过至少一导线连接至电力系统5，通过至少一信号线连接至控制系统4。左驱动电机35直接连接或通过一传动装置（图未示）连接至左前轮轴312，右驱动电机36直接连接或通过一传动装置（图未示）连接至右前轮轴322。两个履带37皆为一柔性链环，其中一履带37包覆在左前轮毂311、左后轮毂331的环形侧壁外部；另一履带37包覆在右前轮毂321、右后轮毂341的环形侧壁外部。每一履带37外部设有一个履带外壳371，用以保护履带及轮毂，防止有杂物进入履带或轮毂中，影响车体1正常行进。

本实施例中，控制系统4根据事先规划的优化路径向左驱动电机35、右驱动电机36发出至少一行进控制信号，使得左驱动电机35、右驱动电机36同步调整左前轮31、右前轮32的转速和旋转方向，进而调整车体1的行进方向和行进速度，使车体实现直行、校偏、90度转弯、U字回转（调头）等动作。

当需要车体直线前进时，控制系统4同时向左驱动电机35、右驱动电机36发出一直线行进控制指令，控制指令中包括相同的电机转速（例如左驱动电机、右驱动电机的转速都是60转/分钟）和驱动电机转轴的转动方向（如左驱动电机顺时针转、右驱动电机逆时针转），这样就会带动左前轮31、右前轮32同步向前转动，左后轮33、右后轮34为从动轮，在履带37的带动下也与左前轮31、右前轮32同步向前转动，使得整个车体1前进。

当需要车体1向右偏转时，控制系统4同时向左驱动电机35、右驱动电机36发出一校偏行进控制指令，左驱动电机35收到的控制指令中的电机转速比右驱动电机36收到的控制指令中的电机转速偏大，转速的差值取决于需要调整的偏差角度，偏差角度越小，转速差值也就越小。类似地，当需要车体1向左偏转时，左驱动电机35收到的控制指令中的电机转速比右驱动电机36收到的控制指令中的电机转速偏小。当车体1回到原来预设的行进方向后，控制系统4重新再发出直线行进控制指令，左驱动电机35、右驱动电机36的转速再次变为相同，使得车体1继续直线行进。

当需要车体做90度转弯时，控制系统4根据预设转弯半径的大小计算出左驱动电机35、右驱动电机36的转速和转动方向，如果转弯半径较大，其驱动电机的转动方向可以相反（一个顺时针、一个逆时针），左前轮31、右前轮32同步向前转动，或者设置成一个轮停止转动，从而实现行进中转弯的效果；如果转弯半径较小或者原地转弯，左驱动电机35、右驱动电机36的转动方向可以设计为相同，同为顺时针或同为逆时针，这样左前轮31、右前轮32就会一个向前转动、一个向后转动，车体1的一侧前进，另一侧后退，从而形成小半径转弯或原地转弯的效果。

当需要车体进行U字回转（也称为调头）时，需要车体在180度转弯后行驶至与原车道相邻的车道上；此时有一次性回转或者分阶段回转的技术方案。控制系统4根据预设转弯半径的大小计算出左驱动电机35、右驱动电机36的转速和转动方向。在一次性回转的方案中，转弯半径等同于车体宽度的一半，转弯内侧的前轮停止转动或极慢速度向前转动（若向左进行U字回转，则左前轮停止转动；若向右进行U字回转，则右前轮停止转动），转弯外侧的前轮快速向前转动，实现向左或向右的U字回转。分阶段回转的方案中，可以根据具体情况计算处不同的方案，本实施例中优选如下方案：先控制车体1先在原地向左或向右做90度转弯，然后再控制车体向前行驶一个车身宽度的距离，最后再控制车体在原地向左或向右做90度转弯，既可以实现向左或向右的U字回转，而且U字回转后刚好行驶在与前一车道相邻的车道上，从而使得本实施例的机器人行驶过的空间可以实现不重复、无死角的效果。

动力系统3还包括至少一轮毂轮齿38，均匀设置在左前轮毂311、左后轮毂331、右前轮毂321、右后轮毂341的环形侧壁外部表面；以及至少一履带内齿372，均匀设置在履带37的内侧壁表面，履带内齿372与轮毂轮齿38啮合，确保在两个前轮31、32转动时，履带37可以与两个轮毂相配合，得以正常使用。

由于太阳能面板相对比较光滑，而且还有一定的倾斜度，因此清扫机器人车体在行驶过程中容易滑落。为解决这一问题，如图4所示，动力系统3还包括至少一防滑块373，突出于两个履带37的外侧壁，防滑块373可以排列成有序的阵列，平均分布在整条履带37上。本实施例的车体1采用履带式结构、在履带外壁加装防滑块373，都是为了增大摩擦系数，增强抓地力，防止车体1在行进中滑落。类似地，本实施例的履带37上也可以设置至少一防滑花纹（图未示），下凹于两个履带的外侧壁，平均分布在整条履带上，其效果与防滑块相同。

本实施例中，动力系统3的技术效果在于，采用履带及防滑块结构使得清扫机器人的车体可以在太阳能面板上自由行动而不会滑落；左右前轮用双电机分别驱动，可以对车体的行进状况实现精确控制，使车体可以根据需要更灵活地调整行进方向和实现原地转弯，可以尽量增大行驶路径的覆盖范围。

如图6~图8所示，动力系统3还包括两个履带张紧装置39，每一履带张紧装置39分别设置在一个履带37内。履带在安装后，具有一定的松弛度，因此需要对该柔性链环进行张紧调节，以保证履带可以正常前进。现有技术是在履带前方加装诱导轮，诱导轮上配置分离机构和两个涡杆，通过调节分离机构和蜗杆来实现张紧。这种调节的方式和结构比较繁琐，且只能一次性的调整完毕，而不能在履带运行过程中进行实时调整。

本实施例提供以下三种履带张紧装置，如图6~图8所示，第一种履带张紧装置39包括一上张紧部391、一下压紧部392以及一弹性支撑部393。

履带37为一柔性链环，其内侧面设有均匀分布的履带内齿372。履带37包括一上传动带374、一下传动带375；上传动带374为履带37的上部，下传动带375为履带37的下部，上传动带374下表面与下传动带375上表面皆设有至少一履带内齿372。

上张紧部391上端与上传动带374下表面相切或啮合，用以张紧上传动带374，在履带运行中，上张紧部391与上传动带374滑动或滚动式连接。下压紧部下端与下传动带375上表面相切，用以压紧下传动带375；弹性支撑部393的一端连接至上张紧部391，其另一端连接至下压紧部392，用以支撑所述上张紧部及所述下压紧部。

如图6所示，履带张紧装置39可以包括两个履带侧板394，分别设置于履带37的两侧，两个履带侧板394可以通过一个履带顶板395连接在一起，组成一体化的履带外壳371，履带外壳371通过至少一螺栓固定连接至车体1的轮轴处。每一履带侧板394的上部设有至少一个竖直式的腰型孔396。履带张紧装置39还包括至少一安装轴397，其两端上下滑动式设置于两个相对的腰型孔396内，两个腰型孔396分别位于两个履带侧板394上。安装轴397及装配在安装轴397上的部件可以在腰型孔396所限制的范围内上下移动。履带张紧装置39还可以只包括一个履带侧板394，设置于机器人履带37的外侧；该履带侧板的上部设有竖直式的至少一腰型孔，安装轴397只有一端上下滑动式设置于一腰型孔396内。本实施例中优选在一个履带侧板设置三个腰型孔的方案，三个腰型孔呈“品”字形排列。

安装轴397包括至少一齿轮安装轴3971和至少一传动轮安装轴3972；本实施例优选一个齿轮安装轴3971和两个传动轮安装轴，齿轮安装轴3971与两个传动轮安装轴3972呈“品”字形排列。上张紧部391包括一“V”形架3911、至少一张紧传动轮3912以及至少一张紧齿轮3913，本实施例优选一个张紧齿轮3913和两个张紧传动轮3912，张紧齿轮3913与两个张紧传动轮312呈“品”字形排列。

“V”形架3911上部的两端分别设有一传动轮安装轴3972；“V”形架3911包括彼此平行设置的两片“V”形平板3914及两根横梁3915，每一横梁3915两端分别固定连接至两片“V”形平板3914；传动轮安装轴3972垂直于“V”形平板3914。齿轮安装轴3971设置于“V”形架3911上方，正对两个传动轮安装轴3972中间。

张紧传动轮3912通过一滚动轴承（图未示）安装至所述传动轮安装轴3972上；每一张紧齿轮通过一滚动轴承（图未示）安装至一齿轮安装轴3971上，其上端与上传动带374下表面啮合。

两个张紧传动轮3912设于张紧齿轮3913两侧的下方。张紧传动轮3912与所述张紧齿轮3913相切或啮合，二者可以实现传动；张紧齿轮3913、张紧传动轮上3912可以有齿轮面也可以有无齿轮面，若有齿轮面则二者啮合，若无齿轮面则二者相切。

本实施例中，张紧齿轮3913为双联直齿圆柱齿轮，具体包括两个圆柱齿轮3916和一圆柱联动部3917。两个圆柱齿轮3916与上传动带374下表面啮合；圆柱联动部3917设于两个圆柱齿轮3916之间；两个圆柱齿轮3916的直径相同；联动部3917直径小于圆柱齿轮3916的直径，每一张紧传动轮3912与张紧齿轮3913的联动部相切。

下压紧部392为至少一个张紧压板3921，优选两个，张紧压板3921与下传动带375上表面相切；弹性支撑部393包括一“∧”形弹性件3931，其上部的弯角处连接至上压紧部391下端，也即“V”形架3911下部的弯角处；其下部的两端分别连接至一个张紧压板3921。

“V”形架3911下端的弯角处有一弧形孔，“∧”形弹性件3931上部的弯角为一半圆角；带有半圆角的“∧”形弹性件3931的上部组接于该弧形孔内。 “∧”形弹性件3931下部的两端分别连接有一圆形钩环，分别连接至两个张紧压板3921上表面；具体地说，每一张紧压板3921上表面设有一凹槽，在凹槽内设有一张紧压板3921连接轴，每一圆形钩环对应连接至一张紧压板3921连接轴。

本实施例的履带在运行中，由于履带37为一柔性链环，其内表面的履带内齿与前后两个轮毂侧壁啮合，同时张紧齿轮3913也与上传动带374下表面啮合，履带37向前滚动时，带动张紧齿轮3913转动。

上述各部件组装在一起之前，“∧”形弹性件3931在不发生形变的情况下，其张角较小；将上述各部件组装好后，“∧”形弹性件发生形变，张开的角度增大，使得履带37处于张紧状态。此时，“∧”形弹性件具有恢复原先形状（张角较小状态）的趋势。

当带轮毂的履带前后运动时，履带37作用于张紧齿轮3913，带动张紧齿轮3913转动，即相当于受到履带3931的作用力，该作用力产生一向下的分力，推动张紧齿轮3913沿腰型孔396向下移动，此时，张紧传动轮3912与张紧齿轮3913相切，并受张紧齿轮3913的作用了向下移动，进一步压缩“∧”形弹性件3931，此时，“∧”形弹性件3931的张角继续增大，“∧”形弹性件3931形变加大，产生的弹力进一步增大。

当履带与张紧齿轮3913相离，或者张紧齿轮3913与传动轮相离时，“∧”形弹性件3931释放一部分被压缩的弹性势能，张角变小，再次将履带37张紧。如此往复循环，根据履带37的运动状态，弹性支撑部393可以实时调整张紧力，减少了部件之间的刚性摩擦，有利于增强部件的使用寿命。

如图9所示，本实施例还提供第二种履带张紧装置，其大部分技术方案与第一种履带装置相同，其区别技术特征在于，第二种履带张紧装置中，安装轴只包括至少一齿轮安装轴3971，而不包括传动轮安装轴3972，优选两个平行排列的齿轮安装轴3971。上张紧部391包括一“V”形架及至少一张紧齿轮3913，本实施例优选两个张紧齿轮3913，两个张紧齿轮3913呈品字排列。“V”形架3911上部的两端分别设有一齿轮安装轴3971，齿轮安装轴3971垂直于“V”形平板3914。下压紧部392为至少一张紧压板3921，与下传动带375上表面相切。弹性支撑部393为一个弹簧或多个弹簧组成的弹簧支架，也可以为橡胶垫，其一端连接至“V”形架3911下部的弯角处，其另一端连接至张紧压板3921。第二种履带张紧装置结构比较简单，成本较低，但张紧效果稍差，对弹性支撑部393的材质要求较高；其工作原理与第一种履带张紧装置类似，在此不作赘述。

如图10所示，本实施例还提供第三种履带张紧装置，其大部分技术方案与第二种履带装置相同，其区别技术特征在于，上张紧部391包括至少一张紧齿轮3913，优选一个，每一张紧齿轮3913通过一滚动轴承安装至一齿轮安装轴3971上；第三种履带张紧装置还包括一齿轮支架398，用以取代“V”形架，其上端安装有齿轮安装轴3971，其下端连接至弹性支撑部393。下压紧部392为至少一张紧压板3921，弹性支撑部393为一个弹簧或多个弹簧组成的弹簧支架，也可以为橡胶垫，其一端连接至齿轮支架398下端，其另一端连接至张紧压板3921。第三种履带张紧装置结构比较简单，成本较低，但张紧效果稍差，对弹性支撑部393及齿轮支架398的材质要求较高；其工作原理与第二种履带张紧装置类似，在此不作赘述。

本实施例中，履带张紧装置的技术效果在于，采用一种“滑动装配设计”，即在上张紧部391与下压紧部392之间加装一弹性支撑部393，通过腰型孔实现该张紧装置的上下滑动，已达到实时调整的目的；这种调整为柔性调整，是根据履带自身运行而实现的实时调整，能够改善刚性调整的部件磨损，降低部件之间的摩擦力，增加履带的使用寿命；调整后的履带，能够及时适应路面，具有该履带张紧装置的机器人，能够达到省电的目的；而且结构简单，组装方便。

如图11所示，本实施例中，控制系统4包括一数据采集单元41、一处理器42及至少一存储单元43。数据采集单元41包括多种传感器，用以采集车体1行进过程中的至少一工作参数；处理器42连接至数据采集单元41，根据所述工作参数向动力系统3发出至少一行进控制指令，根据所述工作参数向清扫装置2发出至少一清扫控制指令。存储单元43连接至处理器42，用以存储车体1行进过中的工作参数及预先计算或设置的其他参数。所述工作参数包括车体1的实时加速度数据、实时行进方向数据、液体分发容器实时液位数据、每一距离传感器与太阳能面板之间的距离、车体前方的影像等参数。预先计算或设置的其他参数包括工作人员预设的各种工作数据，如预先计算和规划好的清扫机器人行驶路径（优化路径），液体分发容器25内的液位数据报警阈值（达到此阈值时，报警单元报警）、液位数据停工阈值（达到此阈值时，抽水泵28停止运行），等等。

工作人员预先将规划好的优化路径录入至控制系统4，为清扫机器人车体提供路径导航，控制系统4根据所述优化路径进行运算和规划，并将何时启动、何时停止、何时直线行驶、何时向左或向右90度转弯、何时向左或向右90度进行U字回转等控制信息，以各种控制指令的方式发送给动力系统，以控制车体在行进中的动作。

在车体控制技术中，如何判断车体在斜坡平面上是否直线行驶、如何控制车体在斜坡平面上直线行驶是最基本的问题，如果车体在直线行驶过程中缺乏监管，一旦车体因为某些因素（如路面局部不平、路面上有障碍物等）发生偏转，就会发生越走越偏的现象，在本发明中，会导致机器人偏离既有的导航路径，不能在最短时间内走遍整个斜坡平面。在本实施例中，会导致清扫机器人作业完成后，太阳能面板上还有很多地方没有及时清理干净。

为了解决如何判断本实施例的机器人是否在斜坡上直线行驶的技术问题，本实施例提供了如下技术方案。

在控制系统4中，数据采集单元41包括至少一加速度传感器411，用以实时采集机器人100（或车体1）的加速度数据；加速度传感器411连接至处理器42，将车体1的加速度数据传送给处理器42，处理器42分析动态加速度数据，可以分析出在车体行驶过程中车体的受力方向及行进方向等。处理器42将机器人100的加速度数据建立三维坐标系并分解计算，定义机器人100行进方向为Y轴正方向，定义垂直于所述斜坡平面的方向为Z轴方向；所述X轴与所述Y轴所处平面与所述斜坡平面平行。根据加速度数据在X轴方向的向量，判断车体1是否有向左或向右偏离，若发生偏离，所述处理器向动力系统3发出至少一方向调整指令，使得车体1回到其原本的直线路线上；若没有偏离，处理器42判定车体1为直线行驶。

进一步地，为了保证直线行驶判断的精确性，除了用加速度传感器判定之外，还可以采用磁传感器技术对加速度传感器判定发现偏离路线的情况，再次进行判定，也就是磁传感器二次判定。为此，在控制系统4中，数据采集单元41还可以包括一磁传感器412，连接至处理器42，磁传感器412以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。本实施例中，磁传感器412用以实时采集行进方向数据，与根据优化路径数据预先设定的标准行进方向对比后进行判断，以确认车体是否为直线行驶，使得车体是否直线行驶的判断更加精确。

为了解决如何判断本实施例所述的太阳能面板清扫机器人（以下简称机器人）是否为直线行驶的技术问题，本实施例提供了一种清扫机器人100在斜坡平面300上直线行驶判定方法，可以包括如下各个步骤。由于太阳能面板为一斜坡平面，因此本判定方法可以用于判断太阳能面板清扫机器人是否为直线行驶。

步骤S1）如图12所示，在所述机器人上建立三维坐标系，定义所述机器人行进方向为Y轴正方向，定义垂直于所述斜坡平面的方向为Z轴方向；所述X轴与所述Y轴所处平面与所述斜坡平面平行。

步骤S2）定义所述机器人行进方向为Ts时，重力加速度g在所述三维坐标系三个方向上的标准分向量g_xs0、g_ys0、g_zs0。

步骤S3）生成一标准方向参数库；具体包括如下步骤：步骤S31）控制所述机器人在所述斜坡平面上沿着预设的一圆环路径做匀速圆周运动，所述匀速圆周运动的角速度为0.1~1.0度/秒；步骤S32）在所述机器人做圆周运动过程中，每隔一定时间间隔t₀实时采集并记录至少一组标准方向参数，所述时间间隔t₀为0.1-5.0秒；每一组标准方向参数包括所述机器人的一行进方向Ts及对应该行进方向的标准分向量g_xs0、g_ys0、g_zs0；以及步骤S33）根据至少一组标准方向参数生成一标准方向参数库。以角速度0.1度/秒，采集时间间隔t₀=1秒为例，机器人100在斜坡平面300上完成一次匀速圆周运动，大概需要3600秒，每隔1秒采集一次机器人的行进方向Ts及相应的加速度标准分向量g_xs0、g_ys0、g_zs0，这样就可以得到3600组不同方向的参数，将其记录为3600组标准方向参数。

步骤S4）控制所述机器人在所述斜坡平面上沿着预设的一直线路径向任一方向Tm直线行驶。

步骤S5）从所述标准方向参数库中调取对应该行进方向Tm的标准分向量g_xm0、g_ym0、g_zm0数据。

步骤S6）每隔一定时间间隔t实时采集一组实时方向参数，所述实时方向参数包括重力加速度g在所述三维坐标系三个方向上的实时分向量g_xm1、g_ym1、g_zm1，所述时间间隔t为0.1-1.0秒。

步骤S7）计算重力加速度g在所述X轴方向上的实时分向量与标准分向量的分向量差值g_xd=g_xm1 -g_xm0 。

步骤S8）判定所述机器人是否沿着预设的直线路径行驶；当g_xd等于0时，判定所述机器人沿着预设的直线路径行驶，返回步骤S6）；当g_xd不等于0时，判定所述机器人偏离预设的直线路径。

由于机器人100在斜坡平面300上的重力加速度g是一个定值，当机器人100在斜坡平面300上运行时，行进方向Ts及该方向加速度分向量数据g_xs、g_ys、g_zs应该是与标准数据库中的标准方向参数是一致的。在本实施例中，判断机器人是否直线行驶，本质上就是判断机器人是否相对于直线行进路线发生向左或向右的微小偏离，因此只需要判断重力加速度g在所述X轴方向上的实时分向量与标准分向量与是否相同即可，相同就没有偏离，不同就发生偏离，进一步地，可以根据分向量差值g_xd=g_xm1 -g_xm0是正数还是负数来判断是向左偏离还是向右偏离。

进一步地，本实施例还提供了另一种机器人在斜坡平面上直线行驶判定方法，在上述步骤S8）判定所述机器人偏离预设的直线路径之后还可以包括如下步骤：步骤S9）利用一磁传感器获取实时行进方向Tn；步骤S10）比对所述实时行进方向Tn与所述行进方向Tm，如果二者一致，判定所述机器人沿着预设的直线路径行驶，返回步骤S6）；如果二者不一致，判定所述机器人偏离预设的直线路径。在前次判定机器人偏离直线路径的情况下，对其进行二次判定，以避免出现意外，使得判断结果更加精确。

控制系统4发现机器人行驶路线发生偏移后，必须第一时间将其纠正过来，使得机器人可以尽早回到应有路线，这一过程可以称为校偏处理。为了解决如何控制所述机器人在斜坡平面上直线行驶的技术问题，本实施例提供了一种机器人在斜坡平面上直线行驶控制方法，可以包括如下步骤。

步骤S11）根据前文中步骤S1）-S8）或者步骤S1）-S10）所述的机器人在斜坡平面上直线行驶判定方法来判断一机器人是否沿着预设的直线路径行驶；若所述机器人偏离预设的直线路径，执行步骤S12）。

步骤S12）控制所述机器人在行驶过程中向所述Tm方向偏转；具体包括如下步骤：步骤S121）在标准方向参数库调取与所述实时方向参数对应的实际行进方向Tn；步骤S122）计算所述机器人需要调整的偏转方向和偏转角度；所述偏转角度为所述实际行进方向Tn与预设行进方向Tm的夹角角度；步骤S123）根据所述机器人需要调整的偏转方向和偏转角度，向动力系统3发出一方向调整指令，控制所述机器人向左或向右发生偏转。

步骤S13）控制所述机器人在所述斜坡平面上沿着Tm方向直线行驶；返回步骤S11）。

其中，所述机器人在斜坡平面上直线行驶的判定方法，如步骤S1）-S8），或步骤S1）-S10），可以在极短时间内根据一组加速度数据（及磁传感器数据）快速判断出车体在斜坡上是否直线行驶；由于加速度传感器可以实时采集数据，每隔一段时间就会采集一组数据；因此，上述的判定过程也是每隔一段时间就会定期判定一次。无论何时发现机器人（车体）在斜坡平面上过程中，偏离了直线路线，都可以判定此时机器人发生偏离。

其中，所述机器人在斜坡平面上直线行驶的控制方法，如步骤S11）~步骤S13），是基于前述的机器人在斜坡平面上直线行驶判定技术，当确认机器人发生偏离之后，第一时间调整机器人的行进方向，使其回复到原有方向的路径上来。

在本发明中，所述机器人在斜坡平面上直线行驶的判定方法与所述机器人在斜坡平面上直线行驶的控制方法配合使用，可以确保清扫机器人在直线行驶过程中不会发生偏离，从而可以确保清扫机器人可以沿着预先设定的优化导航路径，在最短时间内走遍整个太阳能面板，又快又好地将整个太阳能面板清扫干净。

根据时间最短、行驶路径最短的原则，机器人在一矩形斜坡上的优化导航路径很容易就可以规划和计算出来，控制系统可以使机器人可以沿着预先设定的优化导航路径行驶。

在本实施例中，数据采集单元41还可以包括至少一距离传感器413，包括但不限于超声波传感器及光脉冲传感器。距离传感器413设置于机器人100（车体1）外部边缘处，具体地说，可以设置在车体1（车身11）的四个角上，如图2所示，当机器人100在一矩形斜坡上行驶时，距离传感器413前端朝向矩形斜坡方向。距离传感器413连接至处理器42；用以实时采集距离传感器413与矩形斜坡的距离数据；处理器42根据距离传感器413与所述矩形斜坡的距离数据，判断车体1是否位于所述矩形斜坡的边缘处或角落处。

在本实施例中，距离传感器413数目为四个，分别设置于机器人（车体）的四个角落处；当只有两个距离传感器413能采集到所述距离数据时，处理器42判定机器人（车体）位于矩形斜坡300的边缘处，向动力系统3发出至少一转向指令（U字回转）；当只有一个距离传感器采集到所述距离数据时，所述处理器判定机器人（车体）位于矩形斜坡300的某一角落处，向动力系统3发出至少一转向指令（90度转弯或U字回转）。四个距离传感器413也可以分别设置于车体1每一侧边的中部，处理器发现某一侧边上的距离传感器413无法采集到距离数据时，就可以判断这一侧边位于矩形斜坡的边缘处；如果有两个相邻的侧边皆位于矩形斜坡边缘处，就可以判断车体1位于太阳能面板的某一角落处。距离传感器413数目也可以为八个，分别设置于车体1的四个角落处或车体1四个方向侧边的中部。

控制系统4还可以包括一计数器414，用以计算车体1在斜坡平面行驶中经过的角落，在机器人的一次工作中，每当处理器42判断出车体到达某一角落时，就在计数器上加一。处理器42通过计数器414反馈的技术结果可以清楚地知道车体1到达的角落的顺序（第几个角落）。

工作人员预先将规划好的优化路径录入至控制系统4的存储器，所述处理器并根据所述导航路径和机器人（车体）的实时位置向动力系统3发送控制指令，包括启动、停止、直行、向左或向右90度转弯、向左或向右U字回转（转到相邻车道上的180度转弯），以控制车体在行进中按照导航路径行驶。

数据采集单元41还包括一液位传感器259，连接至处理器42，用于实时采集液体分发容器25中的液位数据，在清扫装置工作中，控制系统4可以根据液体分发容器25内的实时液位数据向抽水泵28发送至少一抽水泵28控制信号以启动或停止抽水泵28的运行，或者控制液体排放速度。例如，当液体分发容器25内的实时液位数据降低到一预设阈值时，控制系统4可以发出一抽水泵28减速指令，控制抽水泵28减慢抽水速度；当液体分发容器25内的实时液位数据降低到最低点时，或者，当控制系统4发出一车体停止指令时，控制系统4可以发出一抽水泵28停止指令，控制抽水泵28停止运行。

控制系统4还包括至少一报警单元44，连接至处理器42，报警单元44可以为设置在车体外部的一红灯或蜂鸣器。当某一工作参数超过设定阈值时，所述报警单元发出报警信号，例如，当液体分发容器25中的液位数据低于某一预设阈值时，或者当电力系统5电力不足时，或者当所述清扫机器人发出故障时，报警单元44都可以发出报警信号以提醒用户。

数据采集单元41包括至少一影像传感器415或摄像头，连接至处理器42，设置于车体1前端（如图2、图3所示），用以采集车体1行进过程中车体1前方的影像，这些影像可以存储至所述存储单元以便于工作人员查看机器人的工作状态。

本实施例中，控制系统4的技术效果在于，提供多种清洁机器人在太阳能面板上行进的优化路径以及机器人在斜坡平面直线行进的控制方法，确保机器人可以不重复地走过太阳能面板的全部空间，覆盖面积大，不会从太阳能面板边缘处落下，既可以保证了清洁效果，又可以保证工作效率。

太阳能面板清扫机器人100还可以包括至少一无线通信单元45，无线连接至一服务器400，用于在太阳能面板清扫机器人100与服务器400之间建立通信。车体1前方的影像可以实时发送至服务器400，以便于工作人员实现清扫机器人在工作进程中的有效查看，有效解决现有技术中太阳能面板位于高处时，清扫机器人在面板上工作状态监控困难的技术问题。

在本实施例中，如图3所示，电力系统5为一个或一组设置在电池盒51内的一次性电池或可充电电池（图未示），需要工作人员定期将所述清扫机器人从太阳能面板上取下，对其进行更换电池处理或充电处理，使其可以继续工作。

本实施例提供一种太阳能面板清扫机器人，可以在太阳能面板上自由运行，有效去除面板上的灰尘及其他附着物，去污效果良好；本发明的清扫机器人在太阳能面板上运行过程中，按照设定的优化路径行驶，可以不重复地覆盖面板的全部空间，工作效率高；本发明的清扫机器人可以根据程序自动转弯或调头，实现自动控制，操作方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种太阳能面板清扫机器人动力系统，其特征在于，包括

一车体，在至少一太阳能面板上行驶或驻留；

一左前轮，安装在所述车体底面前部的左侧，包括

一左前轮毂；及

一左前轮轴，设置于所述左前轮毂中心处；

一右前轮，安装在所述车体底面前部的右侧，包括

一右前轮毂；及

一右前轮轴，设置于所述右前轮毂中心处；

一左驱动电机，安装在所述车体底部，包括

一左驱动转轴，连接至所述左前轮轴，用以控制所述左前轮的转速和旋转方向；

一右驱动电机，安装在所述车体底部，包括

一右驱动转轴，连接至所述右前轮轴，用以控制所述右前轮的转速和旋转方向；

两个履带，每一履带包括上传动带及下传动带；以及

至少一履带张紧装置，包括

一上张紧部，用以张紧所述上传动带；

一下压紧部，用以压紧所述下传动带；以及

一弹性支撑部，连接并支撑所述上张紧部及所述下压紧部；

一个或两个履带侧板，设置于所述履带的一侧或两侧；

至少一腰型孔，竖直式设于所述履带侧板的上部；以及

至少一安装轴，每一安装轴一端上下滑动式设置于一腰型孔内；或者，每一安装轴两端上下滑动式设置于两个相对的腰型孔内，两个腰型孔分别位于两个履带侧板上；所述安装轴为传动轮安装轴或齿轮安装轴；

所述上张紧部还包括：

一“V”形架，其上部的两端分别设有一传动轮安装轴，所述“V”形架上方设有一齿轮安装轴；所述齿轮安装轴与所述传动轮安装轴平行，所述齿轮安装轴位于两个传动轮安装轴中间处的上方；

至少一张紧齿轮，每一张紧齿轮通过一滚动轴承安装至一齿轮安装轴上，其上端与所述上传动带下表面啮合；以及

至少一张紧传动轮，每一张紧传动轮通过一滚动轴承安装至一传动轮安装轴上，其与所述张紧齿轮相切或啮合。

2.如权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人动力系统，其特征在于，还包括一控制系统，分别连接至所述左驱动电机、所述右驱动电机，所述控制系统向所述左驱动电机、所述右驱动电机发送至少一控制指令，控制所述左驱动电机、所述右驱动电机的转速和旋转方向，进而调整所述左前轮、所述右前轮的转速和旋转方向。

3.如权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人动力系统，其特征在于，还包括

一左后轮，安装在所述车体底面后部的左侧，包括

一左后轮毂，与所述左前轮毂设于同一直线上；

一左后轮轴，设置于所述左后轮毂中心处；

一右后轮，安装在所述车体底面后部的右侧，包括

一右后轮毂，与所述右前轮毂设于同一直线上；

一右后轮轴，设置于所述右后轮毂中心处；所述右后轮轴连接至所述左后轮轴；以及

所述两个履带皆为柔性链环，其中一履带包覆在所述左前轮毂、所述左后轮毂的环形侧壁外部；另一履带包覆在所述右前轮毂、所述右后轮毂的环形侧壁外部。

4.如权利要求3所述的太阳能面板清扫机器人动力系统，其特征在于，还包括

至少一轮毂轮齿，均匀设置在所述左前轮毂、所述左后轮毂、所述右前轮毂、所述右后轮毂的环形侧壁外部表面；

至少一履带内齿，均匀设置在所述履带的内侧壁表面，所述履带内齿与所述轮毂轮齿啮合；以及

至少一防滑块，突出于两个履带的外侧壁；或者，至少一防滑花纹，下凹于两个履带的外侧壁。

5.如权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人动力系统，其特征在于，

所述上传动带为所述履带上部，其下表面设有至少一履带内齿；

所述下传动带为所述履带下部，其上表面设有至少一履带内齿；

所述上张紧部上端与所述上传动带下表面相切或啮合；

所述下压紧部下端与所述下传动带上表面相切；

所述弹性支撑部一端连接至所述上张紧部，其另一端连接至所述下压紧部。

6.如权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人动力系统，其特征在于，

所述下压紧部包括至少一张紧压板，与所述下传动带上表面相切；

所述弹性支撑部包括

一“∧”形弹性件，其上部的弯角处连接至所述上张紧部下端，其下部的一端连接至一张紧压板，其另一端连接至另一张紧压板。