CN106269624A - 太阳能面板清扫机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能面板清扫机器人,包括一车体,所述车体可以在至少一太阳能面板上行驶;所述车体内部或外部设有一清扫装置、一动力系统、一控制系统以及一电力系统。

Description

太阳能面板清扫机器人
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。
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
本发明的一个目的在于,提供一种太阳能面板清扫机器人,以解决传统的人工清理方式存在的人力成本高、清理效率低、清理效果差的技术问题。
为解决上述问题,本发明提供一种太阳能面板清扫机器人,包括一车体,所述车体可以在至少一太阳能面板上行驶;所述车体内部或外部设有一清扫装置、一动力系统、一控制系统以及一电力系统;其中,所述清扫装置用以清扫所述太阳能面板;所述动力系统用以调整所述车体在所述太阳能面板上的行进方向和行驶速度;所述控制系统分别连接至所述动力系统、所述清扫装置;所述控制系统向所述动力系统发出至少一行进控制指令,所述动力系统根据所述行进控制指令控制所述车体行驶;其中,所述控制系统向所述清扫装置发出至少一清扫控制指令,所述清扫装置根据所述清扫控制指令清扫或停止清扫所述太阳能面板。所述电力系统分别连接至所述动力系统、所述清扫装置、所述控制系统,用以为所述动力系统、所述清扫装置、所述控制系统提供电力。
本发明的另一个目的在于,提供一种太阳能面板清扫机器人,以解决现有技术的清扫机器人在斜坡上行进困难、易滑落的技术问题。
为解决上述问题,本发明提供一种太阳能面板清扫机器人,其中,所述动力系统包括一左前轮,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,固定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;以及一右驱动电机,安装在所述车体底部,包括一右驱动转轴,固定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。
本发明的另一个目的在于,提供一种太阳能面板清扫机器人,以解决现有技术的清扫机器人行进中覆盖面积小、从太阳能面板边缘处落下的技术问题。
为解决上述问题,本发明提供一种太阳能面板清扫机器人,其中,所述控制系统包括一数据采集系统,用以采集所述车体行进过程中的至少一工作参数;一处理器,连接至所述数据采集系统,用以向所述动力系统发出至少一行进控制指令,向所述清扫装置发出至少一清扫控制指令;以及至少一存储系统,连接至所述处理器,用以存储所述车体行进过程中的所述工作参数。
本发明的另一个目的在于,提供一种太阳能面板清扫机器人,以解决现有技术的清扫机器人在太阳能面板上工作状态监控困难的技术问题。
为解决上述问题,本发明提供一种太阳能面板清扫机器人,包括至少一无线通信系统,无线连接至一服务器,用于在所述太阳能面板清扫机器人与所述服务器之间建立通信。
本发明的另一个目的在于,提供一种太阳能面板清扫机器人,以解决现有技术的清扫机器人在太阳能面板上充电困难的技术问题。
为解决上述问题,本发明提供一种太阳能面板清扫机器人,其中,所述电力系统还包括至少一无线充电系统,包括一可充电电池,设置在所述车体内部,用于提供动力;至少一无线电力发射装置,设置在所述车体外部;每一无线电力发射装置包括一发射线圈,所述发射线圈连接至一电源;以及一无线电力接收装置,设置在所述车体内部或外表面;所述无线电力接收装置包括一接收线圈,所述接收线圈连接至所述可充电电池;其中,当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时,所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合,所述发射线圈将无线电能传输至所述接收线圈。
本发明优点在于,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实现转弯或调头,实现自动控制,操作方便;本发明的清扫机器人可以在太阳能面板上完成自动充电,无需将其从面板上反复取下,减少了操作流程,降低了维护难度和操作风险,可节省大量人力成本。
附图说明
图1为本发明实施例1中清扫机器人的整体外观示意图;
图2为本发明实施例1中清扫机器人内部的结构示意图;
图3为本发明实施例1中清扫机器人的分解结构示意图;
图4为本发明实施例1中一种清扫装置的结构示意图;
图5为本发明实施例1的另一种清扫装置的结构示意图;
图6为本发明实施例1中一种液体分发容器底部结构示意图;
图7为本发明实施例1在斜坡上时,液体分发容器工作状态结构示意图;
图8为本发明实施例1中一种液体分发容器结构示意图;
图9为本发明实施例1中另一种液体分发容器结构示意图;
图10为本发明实施例1中一种液体分发容器剖面结构示意图;
图11为本发明实施例1中液位传感器结构示意图;
图12为本发明实施例1中加注口盖体的剖面结构示意图;
图13为本发明实施例1中双向泄压阀的剖面结构示意图;
图14为本发明实施例1中动力系统整体结构示意图;
图15为本发明实施例1中动力系统去除履带外壳后的结构示意图;
图16为本发明实施例1中第一种履带张紧装置的结构示意图;
图17为本发明实施例1中第一种履带张紧装置去除履带侧板后的结构示意图;
图18为本发明实施例1中第一种履带张紧装置去除履带后的结构示意图;
图19为本发明实施例1中第二种履带张紧装置去除履带侧板后的结构示意图;
图20为本发明实施例1中第三种履带张紧装置去除履带侧板后的结构示意图;
图21为本发明实施例1中控制系统的结构框图;
图22为本发明实施例1中在机器人上建立三维坐标系的示意图;
图23为机器人用第一种路径导航方法在矩形斜坡上行驶的一种行驶路径示意图;
图24为机器人用第一种路径导航方法在矩形斜坡上行驶的另一种行驶路径示意图;
图25为机器人用第二种路径导航方法在矩形斜坡上行驶的一种行驶路径示意图;
图26为机器人用第二种路径导航方法在矩形斜坡上行驶的另一种行驶路径示意图;
图27为机器人用第三种路径导航方法在矩形斜坡上行驶的一种行驶路径示意图;
图28为机器人用第三种路径导航方法在矩形斜坡上行驶的另一种行驶路径示意图;
图29为机器人用第四种路径导航方法在矩形斜坡上行驶的一种行驶路径示意图;
图30为机器人用第四种路径导航方法在矩形斜坡上行驶的另一种行驶路径示意图;
图31为本发明实施例2中无线充电系统的结构示意图;
图32为本发明实施例2中发射线圈设置于太阳能面板下表面的状态示意图;
图33为本发明实施例2中接收线圈与发射线圈耦合时的一种工作状态示意图;
图34为本发明实施例2中发射线圈设置于两个太阳能面板连接处的缝隙下方的状态示意图;
图35为本发明实施例2中接收线圈与发射线圈耦合时的另一种工作状态示意图;
图36为本发明实施例2中无线电力发射装置的一种结构示意图;
图37为本发明实施例2中无线电力发射装置的另一种结构示意图;
图38为本发明实施例2中无线通信系统的结构示意图;
图39为本发明实施例3中充电面板嵌入至太阳能面板上的状态示意图;
图40为本发明实施例3中充电面板安装在太阳能面板边缘处的状态示意图。
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,200太阳能面板,300斜坡平面,400服务器,500充电面板;
1车体,2清扫装置,3动力系统,4控制系统,5电力系统,6无线充电系统;11车身;
21清扫电机,22滚刷,23传动机构,24杂物挡板,25液体分发容器,26喷头,27分叉管道,28抽水泵;
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;
61无线电力发射装置,62无线电力接收装置,63无线通信系统;
201太阳能面板连接处的缝隙;
211清扫电机转轴,221滚刷从动轴,231主动齿轮,232从动齿轮, 233双联齿轮;
251排液口,252柱形部,253锥形部,254容器盖板,255加注口,256加注口盖体,257双向泄压阀,258环形盖口,259液位传感器;
261喷嘴,271主管;
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;
611发射线圈,612直流电源,613逆变电路,614发射端控制器;
621接收线圈,622可充电电池,623整流电路,624DC-DC转换电路,625接收端控制器,626电池信息采集器,627无线充电开关,628电池管理器;
631发射端信号载入单元,632发射端信号导出单元,633接收端信号载入单元,634接收端信号导出单元;
2331大齿圈,2332小齿圈;
2541连接槽孔,2591长杆体,2592浮球传感器,2593圆盘形连接器,2594环形堵块,2595导线;
2571阀体,2572阀腔,2573密封阀块,2574密封挡块,2575第一通气孔,2576第二通气孔,2577第一弹性件,2578第二弹性件,2579环形肩部;
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;
6121太阳能发电模组,6122DC-DC稳压电路,6123交流电源, 6124 AC-DC适配器。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的三个优选实施例,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。
实施例1
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200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200;动力系统3用以调整车体1在太阳能面板200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200。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,在太阳能面板上驻留;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所示,本实施例所述的清扫装置2,包括一清扫电机21、一滚刷22及一传动机构23。
如图4、图5所示,本实施例中,清扫电机21包括一清扫电机转轴211;所述滚刷中心设有一滚刷从动轴221;传动机构23同时连接至清扫电机转轴211及滚刷从动轴221,清扫电机转轴211通过传动机构23带动滚刷从动轴221转动。滚刷22设置于车体1前端的下方,滚刷22下端直接与太阳能面板200相接触,用以清扫太阳能面板200。
传动机构23为两个以上彼此啮合的大小齿轮组成的齿轮组,用以将清扫电机转轴211的动力传送至滚刷从动轴221,同时使清扫电机21的输出转速减慢,进而以较慢的转速带动滚刷22转动。本实施例中,传动机构23包括一主动齿轮231、一从动齿轮232以及一双联齿轮233。主动齿轮231设置于清扫电机转轴211上,清扫电机转轴211垂直于主动齿轮231的轮面;从动齿轮232设置于滚刷从动轴221上,滚刷从动轴221垂直于从动齿轮232的轮面;滚刷从动轴221平行于清扫电机转轴211。双联齿轮233包括一体化制成的一大齿圈2331及一小齿圈2332,大齿圈2331与主动齿轮231啮合,小齿圈2332与从动齿轮232啮合。当清扫电机21启动时,清扫电机转轴211高速转动,经由双联齿轮233的减速处理后,滚刷从动轴221以较慢速度带动滚刷22转动,从而使得滚刷22可以清扫太阳能面板200。其中,清扫电机转轴211与滚刷从动轴221的转速比,取决于大齿圈2331与小齿圈2332的半径比。
滚刷22为螺旋式滚刷,螺旋式滚刷包括至少一螺旋叶片222,螺旋叶片222可以分成多个片状叶瓣223,叶瓣223之间等距设置,可以使得滚刷22与太阳能面板200全面接触,使得车体1行驶过的面板部分都可以被清扫到。本实施例的车体1在行进中,滚刷22持续清扫太阳能面板200上的灰尘等附着物。
如图5所示,清扫装置2还包括一杂物挡板24,固定安装至滚刷22的侧面,滚刷22中心的滚刷从动轴221与杂物挡板24平行。如图2所示,清扫装置2(清扫装置)设置于清扫机器人100的前端(即车体前部),清扫机器人100后端(即车体后部)包括一车身11,杂物挡板24设置于清扫装置2与车身11之间。在清扫过程中,杂物挡板24能有效将灰尘、琐屑、污水等杂物集中在一起,便于将其从面上清除,同时可以阻止杂物进入清扫装置2或动力系统3内,以防造成车体1内各个部件的损毁。
如图5所示,清扫装置2还包括一液体分发容器25、至少一喷头26以及一分叉管道27。
如图5~图10所示,液体分发容器25(可简称为容器25)为可拆卸的密封容器,用以存储有水或清洁剂溶液,其底部设有一排液口251;喷头26设置于滚刷22上方或侧方;每一喷头包括一喷嘴261,喷嘴261正对滚刷22方向;分叉管道27包括彼此连通的一主管271及至少一支管(图未示);主管271连通至排液口;每一支管连通至一喷头。本实施例中,优选两个喷头,分别设置于滚刷22两端,其喷嘴正对滚刷22;分叉管道27优选一分二式分叉管道,包括一根主管271及二根支管,将液体分发容器25中的水或清洁剂溶液传送至两个喷头26。
如图5、图6所示,清扫装置2还包括一抽水泵28,连接至控制系统4,从控制系统4获取至少一抽水泵控制信号;抽水泵28设置于主管27上,作为控制液体分发容器25排放液体的开关,根据所述抽水泵控制信号调整液体排放速度。
本实施例中,在滚刷22清扫太阳能面板过程中,控制系统4根据需要发出至少一抽水泵控制信号给抽水泵28,启动抽水泵28并调节抽水速度,使得液体分发容器25内的水或清洁剂溶液经由分叉管道27流出至喷头26,形成小液滴,呈发射状向滚刷22喷洒,使得喷洒后的液体尽量均匀落在滚刷22上,转动的滚刷22带动水或清洁剂落在太阳能面板上,同时利用滚刷22对面板进行清理,可以有效增强去污效果。当液体分发容器25内的液体余量不足或电力系统的电力不足时,或者当清扫工作量完成后,控制系统4发出一停止抽水控制信号给抽水泵28,以关闭抽水泵28。液体分发容器25内的液体余量的判断方法和电力系统5的电量余量的判断方法,在下文中有详细说明。
本实施例中,清扫装置2的技术效果在于,可以在清扫机器人100行进中完成太阳能面板200的清扫工作,如有必要还可以在待处理的面板上喷洒水或清洁剂,可以更好地清除顽固性污渍。清扫装置2的清扫速度快、效果好,无需人工监控或辅助,可以有效降低人力成本。
由于本实施例提供的清扫机器人是应用于太阳能面板200这样的斜坡平面上的,如果清扫装置中的液体分发容器可以采用普通的圆柱形水箱或长方体水箱,无论排液口如何设置,都不能保证排液口始终在容器最低点。在某些角度下,当液体分发容器内液体较少时,液面可能会低于排液口,这样部分液体就无法顺利排出。由于有些太阳能面板设置在高处,为清扫机器人补充液体操作麻烦,因此,液体分发容器内部的液体必须要尽可能地全部排出,使之得以充分利用,这样就需要设计一种特殊形状的液体分发容器25,确保无论车体向哪个方向行驶(上坡、下坡或水平行驶),容器中的液体都能够充分被抽出。
如图5~图10所示,本实施例提供一种液体分发容器25(简称为容器),用于在一斜坡平面上分发液体。太阳能面板清扫机器人在太阳能面板上行进过程中,车体内部的液体分发容器25可以分发液体。液体分发容器25主体为一密封良好的容器,主要包括彼此连接的一柱形部252和一锥形部253,锥形部253底部朝上倒置在柱形部252下方,锥形部253的底面连接至柱形部252的下底面,在锥形部253最下方的顶点(锥体的尖端)处设有一排液口251。
如图7所示,为了使得液体分发容器25中的液体能够全部被抽出,当液体分发容器25在斜坡平面300上任一方向移动时,必须保证排液口251始终位于液体分发容器25的最低点,因此,锥形部253的侧面与锥形部253底面的夹角要大于或等于斜坡平面300与水平面的夹角。在本实施例中,太阳能面板200即为斜坡平面300,为了确保液体分发容器25在太阳能面板200上任一方向移动时,排液口251始终位于液体分发容器25的最低点,锥形部253的侧面与锥形部253底面的夹角要大于或等于太阳能面板200与水平面的夹角,也即太阳能面板200的倾角;由于太阳能面板200的倾角一般在10度~40度之间,锥形部的侧面与锥形部底面的夹角的范围一般应该在15~45度之间;由于锥形部的侧面与锥形部底面夹角越大,整个液体分发容器25的容积就越小,因此可以根据太阳能面板200的倾角选择形状合适的锥形部,优选25度~35度。
如图7所示,液体分发容器25固定在清扫机器人100的车体内,液体分发容器25的中心轴线垂直于清扫机器人100的车体底面。锥形部253除了该排液口251以外的其它部分均高于排液口251中心处所在的水平面,保证排液口251始终位于液体分发容器25的最低点。
本实施例中提供两种方案,其一为:如图8所示,柱形部252为棱柱体,锥形部253为棱锥体,棱锥体的棱锥底面为棱柱体的下底面。本实施例优选棱柱体为四棱柱体,则所述棱锥体也为四棱锥体;同理,若所述棱柱体为三棱柱体,则所述棱锥体也为三棱锥体。其二为:如图9所示,柱形部252为圆柱体,锥形部253为圆锥体,圆锥体的底面即为圆柱体的下底面;在液体分发容器25占用的空间范围一定时,尽量增加容器的容量。
如图10所示,本发明所述的液体分发容器25,还包括一容器盖板254、一加注口255、一加注口盖体256及一双向泄压阀257。
容器盖板254固定安装至柱形部252的上底面处;加注口255设于容器盖板254上,并穿透该容器盖板254,加注口盖体256可拆卸式安装至加注口255,用以密封加注口255。双向泄压阀257穿透式安装至加注口盖体256,用以连接液体分发容器25的内部与外部,使得容器25内外气压平衡,液体可以从容器25内顺利排出。
在本实施例中,加注口255的水平截面为圆形,加注口255的周边设有垂直于容器盖板254的一圈环形盖口258,环形盖口258外侧面上设有第一螺纹(图未示)。加注口盖体256为圆柱形,其大小契合于加注口255,加注口盖体256的内侧壁设有第二螺纹(图未示),所述第二螺纹旋接于所述第一螺纹上,通过所述第一螺纹与所述第二螺纹的配合,使得加注口盖体256与加注口255可拆卸式连接。
液体分发容器25内存储的液体(水或清洁剂)皆为消耗品,需要定期对其进行补充。当容器内的液体全部耗尽之后,只需要旋开加注口盖体256,就可以向液体分发容器25内加注液体(水或清洁剂)。加注口盖体256与加注口255的连接处可以用密封液或密封件进一步密封,容器盖板254与柱形部252可以一体成型设计,也可以分别设计,只需保证容器盖板254与柱形部252连接处、加注口盖体256与加注口255的连接处密封良好即可。
如图10、图11所示,液体分发容器25内设有一液位传感器259,用于实时采集液体分发容器25中的液位数据,液位传感器259为控制系统4的一部分。本实施例中,液位传感器259包括一长杆体2591及套在长杆体上的一浮球传感器2592,浮球传感器2592漂浮在液体分发容器25内的液面上,随着液位的升降而沿着长杆体2591上升或下降。长杆体2591位于液体分发容器25内部高度最大的轴线上,也即液体分发容器25的中心轴线上,可以使浮球传感器2592尽可能多地获取全面精准的液位数据。容器盖板254中心设有一连接槽孔2541,长杆体2591穿过连接槽孔2541,且垂直于容器盖板254;长杆体2591上端设有一圆盘形连接器2593,固定连接至连接槽孔2541,长杆体2591下端设置于锥形部253的排液口251处附近。长杆体2591下端设有一突出的环形堵块2594,用以防止浮球传感器从长杆体2591上滑落。浮球传感器通过穿过长杆体2591内部的至少一导线2595连接至控制系统4的其他部件。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。
本实施例中,液体分发容器25的技术效果在于,无论车体1(或液体分发容器25)在斜坡平面300上朝向任何方向行驶,其排液口251始终位于整个容器25的最低点,使得容器25内存储的液体可以完全被排出,并得到充分利用,不会出现液体意外泄漏或者排液口251无法排液的状况。
在本实施例中,液体分发容器25整体为密封容器,只有其最低点处的排液口251可以排出液体,如果容器没有其他可以通气的孔,受大气压力的影响,液体就会很难从排液口251排出。如果容器的加注口255一直保持开放状态,一旦抽水泵28打开,容器内的液体就会加速持续流出,难以控制流速,而且会使得液体从加注口255挥发。为此,本实施例采用在加注口盖体256设置双向泄压阀257的技术方案,可以根据液体分发容器25液面上方气压的变化打开或关闭泄压阀。
如图12、图13所示,双向泄压阀257穿透式安装至加注口盖体256,用以可选择式连通液体分发容器25的内部与外部。双向泄压阀257包括一中空的阀体2571,阀体2571内设有一阀腔2572,阀腔2572内设有一密封阀块2573及一密封挡块2574。
阀体2571设计成一体式圆柱体,其阀腔2572也为一圆柱体密封空腔,阀体2571顶部设有一第一通气孔2575,将阀腔2572与容器25外部连通;阀体2571底面设有一第二通气孔2576,将阀腔2572与容器25内部连通。双向泄压阀257的阀体2571的顶部密封连接至加注口盖体256,本实施例中,阀体2571与加注口盖体256可一体成型,以减少部件的加工工序,如配置密封液或密封件等。
本实施例还可包括一第一弹性件2577以及一第二弹性件2578;第一弹性件2577上端固定至阀腔2572顶部,其下端连接至密封阀块2573;第二弹性件2578上端连接至密封阀块2573,其下端固定至阀腔2572底部。密封阀块2573可滑动式安装在阀腔2572内,密封挡块2574突出于阀腔2572侧壁的中部,阀腔2572内部侧壁为光滑侧壁;密封阀块2573在第一弹性件2577、第二弹性件2578共同作用下,可以向上或向下滑动。在阀腔内,密封阀块2573上方气压为空气大气压,密封阀块2573下方气压即为容器25液面上方的气压。
具体地说,密封阀块2573可以包括上段、中段、下段,皆为圆柱体形状。密封阀块2573包括一环形肩部2579,突出于密封阀块侧壁的中部,环形肩部2579即为中段,其上段、下段大小一致,环形肩部2579(中段)的底面直径大于上段、下段的底面直径;环形肩部2579的外侧壁与密封挡块2574外侧壁、阀腔2572内侧壁相切。环形肩部2579上方(上段)连接至第一弹性件2577,环形肩部2579下方(下段)连接至第二弹性件。本实施例中第一弹性件2577、第二弹性件2578优选一弹簧,也可以选择其他弹性件。
在抽水泵28停止运行状态下,液体分发容器25液面上方气压与外界大气压相同,第一弹性件2577、第二弹性件2578未发生形变或形变较小,密封阀块2573处于受力平衡、相对静止状态下,密封阀块2573最宽处(环形肩部)的侧壁与密封挡块2574侧壁、阀腔2572内侧壁相切,密封阀块2573与密封挡块2574将阀腔2572中部填满,阀腔2572的上部与阀腔2572的下部被密封式隔开,不能连通。
如果清扫机器人100处于运行状态下,清扫装置2正常工作,抽水泵28抽取液体,液体分发容器25内液面上方的气压变小,液体分发容器25内的气压小于外界的大气压,密封阀块2573上下两面产生气压差,大气压力克服两个弹性件2577、2578的弹力和密封阀块2573的重力,使得密封阀块2573向下滑动,环形肩部2579与密封挡块2574分离,环形肩部2579与阀腔2572内侧壁之间形成空气通道,在气压差的作用下,外界空气由此通道进入液体分发容器25内。当液体分发容器25内液面上方的气压与外界大气压相等(气压差为零)或趋于相等(气压差较小)时,液体分发容器25内外的气压达到新的平衡,在弹性件2577、2578的弹力作用下,密封阀块逐渐向上滑动,进而实现复位,环形肩部2579的侧壁与密封挡块2574侧壁、阀腔2572内侧壁再次相切,空气通道关闭。在清扫装置运行过程中,抽水泵28持续抽取液体,上述过程也会反复出现。当清扫装置停止工作时,或者,当液体分发容器25内液面下降到一定阈值时,或者,电力系统5的剩余电量下降到一定阈值时,抽水泵28被控制系统4关闭,停止抽取液体。
如果清扫机器人100处于静止状态下,清扫装置2停止运行,由于清扫机器人100放置在太阳能面板200上,在较长时间里持续受到阳光直射,液体分发容器25内的液体和空气温度可能会升高,由于热胀冷缩的物理现象,液体分发容器25内气压会大于外部大气压,密封阀块2572上下两面产生气压差,使得密封阀块2573向上滑动,环形肩部2579与密封挡块2574分离,环形肩部2579与阀腔2572内侧壁之间形成空气通道,在气压差的作用下,外界空气由此通道进入液体分发容器25内。当液体分发容器25内液面上方的气压与外界大气压相等(气压差为零)或趋于相等(气压差较小)时,液体分发容器25内外的气压达到新的平衡,在弹性件2577、2578的弹力作用下,密封阀块2573逐渐向下滑动,进而实现复位,环形肩部2579的侧壁与密封挡块2574侧壁、阀腔2572内侧壁再次相切,空气通道关闭。在清扫机器人静止状态下,液体分发容器25长时间置于阳光下,上述过程可能会反复出现,及时释放容器25内部气体压力,避免发生安全事故。
本实施例中,双向泄压阀257的技术效果在于,尽量确保液体分发容器25内外的气压维持平衡,使得抽水泵28可以从液体分发容器25正常抽取液体,或者及时释放容器内部气体压力,避免发生安全事故。
如图14、图15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14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14、图15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16~图18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16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;齿轮安装轴3971与传动轮安装轴3972平行,齿轮安装轴3971位于两个传动轮安装轴3972中间处的上方。本实施例优选一个齿轮安装轴3971和两个传动轮安装轴3972,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。“V”形架3911的下端连接至弹性支撑部393。
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下压紧部392,即一张紧压板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,分别连接至两个下压紧部392,也即张紧压板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19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组,也可以为橡胶垫,其一端连接至上张紧部391下端,即“V”形架3911下部的弯角处,其另一端连接至一下压紧部392,也即张紧压板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20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组,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21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22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gxs0、gys0、gzs0
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gxs0、gys0、gzs0;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gxs0、gys0、gzs0,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gxm0、gym0、gzm0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gxm1、gym1、gzm1,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gxd =gxm1 -gxm0
步骤S8)判定所述机器人是否沿着预设的直线路径行驶;当gxd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gxd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gxs、gys、gzs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gxd =gxm1 -gxm0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,如何使机器人可以沿着预先设定的优化导航路径行驶,本实施例提供一系列的控制方案和导航方法,导航方法是指使得机器人沿着导航路径行驶的控制方法。
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200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。
本实施例中公开四种机器人在矩形斜坡上行驶的路径导航方法,其详细内容详见下文。太阳能面板也是一种矩形斜坡,清扫机器人在太阳能面板上的行驶路径导航方法也适用于下文所述的机器人在矩形斜坡上行驶的路径导航方法。
本实施例中公开的第一种机器人在矩形斜坡上行驶的路径导航方法,包括如下步骤:步骤S101)设定所述矩形斜坡的左下角为导航起点;步骤S102)控制所述机器人从所述导航起点向所述矩形斜坡的左上角直线行驶; 步骤S103)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第一角落;若所述机器人未到达所述第一角落,返回步骤S102);若所述机器人到达所述第一角落,控制所述机器人向右转向90度;步骤S104)控制所述机器人直线行驶;步骤S105)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第二角落;若所述机器人未到达所述第二角落,返回步骤S104);若所述机器人到达所述第二角落,控制所述机器人向右进行U字回转;步骤S106)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第三角落;若所述机器人未到达所述第三角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第三角落,控制所述机器人直线行驶,并实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第四角落;若所述机器人未到达所述第四角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第四角落,控制所述机器人停止行驶;步骤S107)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的边缘处,若所述机器人到达所述矩形斜坡的一边缘处;控制所述机器人向左进行U字回转;步骤S108)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第三角落;若所述机器人未到达所述第三角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第三角落,实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第四角落;若所述机器人未到达所述第四角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第四角落,控制所述机器人停止行驶;步骤S109)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的边缘处,若所述机器人到达所述矩形斜坡的一边缘处;控制所述机器人向右进行U字回转;返回步骤S106)。
采用第一种路径导航方法的机器人在矩形斜坡上的行驶路径可以有很多种,由于矩形斜坡的长度、宽度与机器人长度、宽度的比例各不相同,所以机器人行驶路径的长短也各不相同,机器人停止行驶的位置也各不相同(停在左下角或右下角)。如图23、图24所示为机器人100使用第一种路径导航方法在矩形斜坡300上行驶的两种可能的行驶路径。
本实施例中公开的第二种机器人在矩形斜坡上行驶路径导航方法,包括如下步骤:步骤S201)设定所述矩形斜坡的右下角为导航起点;步骤S202)控制所述机器人从所述导航起点向所述矩形斜坡的右上角直线行驶; 步骤S203)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第一角落;若所述机器人未到达所述第一角落,返回步骤S202);若所述机器人到达所述第一角落,控制所述机器人向左转向90度;步骤S204)控制所述机器人直线行驶;步骤S205)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第二角落;若所述机器人未到达所述第二角落,返回步骤S204);若所述机器人到达所述第二角落,控制所述机器人向左进行U字回转;步骤S206)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第三角落;若所述机器人未到达所述第三角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第三角落,控制所述机器人直线行驶,并实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第四角落;若所述机器人未到达所述第四角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第四角落,控制所述机器人停止行驶;步骤S209)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的边缘处,若所述机器人到达所述矩形斜坡的一边缘处;控制所述机器人向右进行U字回转;返回步骤S206)。
采用第二种路径导航方法的机器人在矩形斜坡上的行驶路径可以有很多种,由于矩形斜坡的长度、宽度与机器人长度、宽度的比例各不相同,所以机器人行驶路径的长短也各不相同,机器人停止行驶的位置也各不相同(停在左下角或右下角)。如图25、图26所示为机器人100使用第二种路径导航方法在矩形斜坡300上行驶的两种可能的行驶路径。
本实施例中公开的第三种机器人在矩形斜坡上行驶路径导航方法,包括如下步骤:步骤S301)设定所述矩形斜坡的左下角为导航起点;步骤S302)控制所述机器人从所述导航起点向所述矩形斜坡的左上角直线行驶;步骤S303)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第一角落;若所述机器人未到达所述第一角落,返回步骤S302);若所述机器人到达所述第一角落,控制所述机器人向右进行U字回转;步骤S304)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第二角落;若所述机器人未到达所述第二角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第二角落,控制所述机器人直线行驶,并实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第三角落;若所述机器人未到达所述第三角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第三角落,控制所述机器人停止行驶;步骤S305)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的边缘处,若所述机器人到达所述矩形斜坡的一边缘处;控制所述机器人向左进行U字回转;步骤S306)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第二角落;若所述机器人未到达所述第二角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第二角落,控制所述机器人直线行驶,并实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第三角落;若所述机器人未到达所述第三角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第三角落,控制所述机器人停止行驶;步骤S307)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的边缘处,若所述机器人到达所述矩形斜坡的一边缘处;控制所述机器人向右进行U字回转;返回步骤S304)。
采用第三种路径导航方法的机器人在矩形斜坡上的行驶路径可以有很多种,由于矩形斜坡的长度、宽度与机器人长度、宽度的比例各不相同,所以机器人行驶路径的长短也各不相同,机器人停止行驶的位置也各不相同(停在左下角或右下角)。如图27、图28所示为机器人100使用第三种路径导航方法在矩形斜坡300上行驶的两种可能的行驶路径。
本实施例中公开的第四种机器人在矩形斜坡上行驶路径导航方法,包括如下步骤:步骤S401)设定所述矩形斜坡的右下角为导航起点;步骤S402)控制所述机器人从所述导航起点向所述矩形斜坡的右上角直线行驶;步骤S403)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第一角落;若所述机器人未到达所述第一角落,返回步骤S402);若所述机器人到达所述第一角落,控制所述机器人向左进行U字回转;步骤S404)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第二角落;若所述机器人未到达所述第二角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第二角落,控制所述机器人直线行驶,并实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第三角落;若所述机器人未到达所述第三角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第三角落,控制所述机器人停止行驶;步骤S405)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的边缘处,若所述机器人到达所述矩形斜坡的一边缘处;控制所述机器人向右进行U字回转;步骤S406)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第二角落;若所述机器人未到达所述第二角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第二角落,控制所述机器人直线行驶,并实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的第三角落;若所述机器人未到达所述第三角落,控制所述机器人直线行驶;若所述机器人到达所述第三角落,控制所述机器人停止行驶;步骤S407)实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的边缘处,若所述机器人到达所述矩形斜坡的一边缘处;控制所述机器人向左进行U字回转;返回步骤S404)。
采用第四种路径导航方法的机器人在矩形斜坡上的行驶路径可以有很多种,由于矩形斜坡的长度、宽度与机器人长度、宽度的比例各不相同,所以机器人行驶路径的长短也各不相同,机器人停止行驶的位置也各不相同(停在左下角或右下角)。如图29、图30所示为机器人100使用第四种路径导航方法在矩形斜坡300上行驶的两种可能的行驶路径。
在上述四种机器人在矩形斜坡上行驶路径导航方法中,判定所述机器人是否为直线行驶,或者控制所述机器人直线行驶,其具体方法在前文中已有详细描述,在此不作赘述。控制所述机器人向左或向右90度转弯,在前文动力系统介绍中已有详细描述,在此不作赘述。
在上述四种机器人在矩形斜坡上行驶路径导航方法中,实时检测所述机器人是否行进至所述矩形斜坡的一角落或一边缘处,具体包括如下步骤:步骤S1011)在所述机器人的左前部、右前部、左后部及右后部分别设置一距离传感器413,距离传感器413延伸至所述机器人的外部,距离传感器413朝向太阳能面板200;步骤S1012)依次为四个距离传感器413编号,将所述机器人的左前部、右前部、左后部及右后部设置的距离传感器413分别定义为传感器N1、传感器N2、传感器N3及传感器N4;步骤S1013)所述机器人根据任一时刻同时获取的传感器信号判断所述机器人的位置;当所述机器人同时获取传感器N3信号和传感器N4信号时,判定所述机器人到达所述矩形斜坡的一边缘处;当所述机器人只能获取传感器N4信号时,判定所述机器人到达所述矩形斜坡的第一角落或第二角落;当所述机器人只能获取传感器N3信号时,判定所述机器人到达所述矩形斜坡的第三角落或第四角落;步骤S1014)当判定所述机器人到达所述矩形斜坡的一角落,读取计数器的计数结果,以判断该角落的顺序(第几个角落)。
在上述四种机器人在矩形斜坡上行驶路径导航方法中,控制所述机器人向左进行U字回转,具体包括如下步骤:步骤S1031)控制所述机器人原地向左转向90度;步骤S1032)控制所述机器人直线行驶一定距离,所述一定距离等于所述机器人的宽度;以及步骤S1033)控制所述机器人原地向左转向90度。
在上述四种机器人在矩形斜坡上行驶路径导航方法中,控制所述机器人向右进行U字回转,具体包括如下步骤:步骤S1041)控制所述机器人原地向右转向90度;步骤S1042)控制所述机器人直线行驶一定距离,所述一定距离等于所述机器人的宽度;步骤S1043)控制所述机器人原地向右转向90度。
上述四种机器人在矩形斜坡上行驶路径导航方法,其技术效果在于,可以让机器人在最短时间内,无间断、不重复地以最短路径走遍矩形斜坡的每一个角落,实现对矩形斜坡的全面覆盖。在本实施例中,清扫机器人利用上述四种导航方法中的任一种都可以在短时间内走遍太阳能面板的每一个角落,对其进行有效清扫。由于清扫过程中会产生污水,可能会沿着太阳能面板向下滑落,因此,第三种、第四种导航方法的清理效果可能会比较差,优选第一种、第二种导航方法。
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。
实施例1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。
实施例2
实施例2与实施例1大部分技术方案相同,其区别技术特征在于,实施例2还包括一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统(可简称无线充电系统),如图31~图33所示,无线充电系统6包括设置在清扫机器人外部的至少一无线电力发射装置61,及设置在清扫机器人内部或外表面的一无线电力接收装置6262。每一无线电力发射装置61包括一发射线圈611,发射线圈611直接地或间接地连接至一电源;无线电力接收装置6262包括一接收线圈621,接收线圈621直接地或间接地连接至一可充电电池622;当接收线圈612位于发射线圈611上方时,接收线圈612与发射线圈611实现电磁感应耦合或磁共振耦合,发射线圈611将无线电能传输至接收线圈612。
从具体的技术原理及解决方案来说,目前无线充电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式,分别适用于近程、中短程与远程电力传送;本发明中采用的是电磁感应式和磁共振式,优选电磁感应式。在无线充电领域,目前最成熟、最普遍的是电磁感应式,其根本原理是利用电磁感应原理,类似于变压器,在发射端和接收端各有一个线圈,初级线圈上通一定频率的交流电,由于电磁感应在次级线圈中产生一定的电流,从而将能量从发射端转移到接收端。
本实施例中,为了保证太阳能面板的能量转化效率,无线电力发射装置61可以安装在太阳能面板200附近,但是不能影响面板的正常工作。如图32所示,发射线圈611可以设置于任一太阳能面板200的下表面,如图33所示,接收线圈612可以设置于清扫机器人100底部的下表面,接收线圈612安置于车体1的外部,在车体的最下方,使得接收线圈612与发射线圈611距离尽量拉近。鉴于太阳能面板200的厚度比较薄,一般只有几厘米,因此,本实施例中,接收线圈612也可以设置于清扫机器人100内部底层。
如图34所示,发射线圈611还可以设置于任意两块相邻太阳能面板200连接处的缝隙201下方,如果缝隙201比较大,发射线圈611可以设置于缝隙201内。如图35所示,接收线圈612在行驶至发射线圈611上方时停留,接收线圈612与发射线圈611耦合。
在发射线圈611上持续通有一定频率的交流电,当机器人行驶至发射线圈611上方时,发射端与接收端建立通信,由于电磁感应耦合的效果,在接收线圈612中也会产生一定频率的交流电流,从而将能量从无线电力发射装置61转移到无线电力接收装置62。机器人行驶至发射线圈611上方建立通信,接收线圈612可以在发射线圈611正上方,也可以在发射线圈611正上方附近,只要建立通信就可以实现无线充电,当接收线圈612位于发射线圈611正上方时,耦合效果最好,充电效率最高、充电速度最快。
电磁感应式无线充电技术的不足之处在于,电能传输的有效距离比较近,只能在数毫米至数厘米之间可以稳定高效地传输能量,因此在本实施例中,需要使得接收线圈612与发射线圈611之间的距离尽可能最近。当接收线圈612位于发射线圈611上方、接收线圈612与发射线圈611实现电磁感应耦合时,发射线圈611与接收线圈612的距离为1mm~40mm,优选2mm、5mm、10mm、15mm及20mm,以确保可以稳定高效地实现充电功能,便于安装和维护。发射线圈611与接收线圈612的距离是指,当发射线圈611与接收线圈612平行时,发射线圈611所在平面与接收线圈612所在平面的距离。在本实施例中,发射线圈611与接收线圈612之间存在的介质皆为非金属材质,二者之间的介质包括太阳能面板、机器人外壳、空气等,太阳能面板材质为标准硅材料、机器人外壳材质为硬质塑料(如高分子树脂材料)。太阳能面板内部、任意两块相邻太阳能面板连接处(如边框等)也不能有金属材料,当接收线圈612与发射线圈611实现电磁感应耦合时,一旦电磁场内存在金属,就会导致部件发热损毁,因此接收线圈612、发射线圈611附近不能存在金属。
如图31所示,无线电力发射装置61可以包括一直流电源612、一逆变电路613以及一发射端控制器614。直流电源612用于提供直流电流;逆变电路613输入端连接直流电源612,其输出端连接至发射线圈611;发射端控制器614连接至逆变电路613,用于控制逆变电路613的输出功率;逆变电路613用于将所述直流电流转换为可变频率和占空比的交流电流,并将所述交流电流输出给发射线圈611。
如图36所示,直流电源612可以为至少一太阳能发电模组6121,本实施例是直接应用于太阳能面板200的,因此太阳能发电后可以直接作为本实施例的直流电源,由于太阳能发电模组6121输出的直流电压不稳定,因此无线电力发射装置61还需要设置一DC-DC稳压电路6122,其输入端连接至太阳能发电模组6121,其输出端连接至逆变电路613的输入端;其中,DC-DC稳压电路6122用以对所述直流电流进行稳压处理,使得逆变电路613获得稳定的直流电流源。如图37所示,直流电源612还可以包括一交流电源6123以及一AC-DC适配器6124;交流电源6123用以提供交流电流;AC-DC适配器6124的输入端连接至交流电源6123,其输出端连接至逆变电路613的输入端;AC-DC适配器6124用于将所述交流电流转换为稳定的直流电流。
如图31所示,无线电力接收装置62还包括一整流电路623、一DC-DC转换电路624以及一接收端控制器625。整流电路623的输入端连接至接收线圈612,用于将接收线圈612输出的交流电流转换成直流电流;DC-DC转换电路624的输入端连接至整流电路623的输出端,其输出端连接至可充电电池622;接收端控制器625连接至DC-DC转换电路624;接收端控制器625内存储有可充电电池622的至少一充电曲线,根据充电曲线计算可充电电池622的最佳充电电压;其中,DC-DC转换电路624将整流电路623输出的直流电流的电压转换成可充电电池的最佳充电电压,并为可充电电池充电。接收端控制器625与清扫机器人100的控制系统4相连接,或者,接收端控制器625为控制系统4的一部分,当清扫机器人100行进至发射线圈上方时,接收线圈与发射线圈耦合,接收线圈中产生感应电流,接收端控制器625根据可充电电池的电量确认是否需要充电,如果需要充电,控制系统4发出至少一控制指令,使得清扫机器人100停止行进和清扫作业,驻留在太阳能面板200上持续进行充电;待充电完成后,控制系统4发出至少一控制指令,使得清扫机器人100继续行进和清扫作业。
如图31所示,无线电力接收装置62还包括一电池信息采集器626,一无线充电开关627以及一电池管理器628。
电池信息采集器626连接至可充电电池622,用于采集可充电电池622的剩余容量SOC值;无线充电开关627的一端连接至DC-DC转换电路624,其另一端连接至可充电电池622或整流电路623;电池管理器628的一端连接至电池信息采集器626,以实时获取可充电电池622的剩余容量SOC值;其另一端连接至无线充电开关627,以控制无线充电开关627闭合或断开;其中,当可充电电池622的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值时,电池管理器628控制无线充电开关627闭合;当可充电电池622的剩余容量SOC值大于或等于一充电容量阈值(如90%或100%)时,电池管理器628控制无线充电开关627断开。
太阳能面板清扫机器人在无线充电过程中,需要解决无线电力发射装置61与无线电力接收装置62实现数据通信的技术问题。
如图38所示,无线电力发射装置61与无线电力接收装置62组成一无线通信系统63,其中,无线电力发射装置61包括一发射端信号载入单元631,连接至发射线圈611;及一发射端信号导出单元632,连接至发射线圈611;无线电力接收装置62包括一接收端信号载入单元633,连接至接收线圈612;及一接收端信号导出单元634,连接至接收线圈612。
当接收线圈612与发射线圈611实现电磁感应耦合时,无线电力发射装置61与无线电力接收装置62实现载波通信;发射端信号载入单元631将要发射的信息以一载波频率K1调制后加载至发射线圈611的发射电流中,接收端信号导出单元634以调制频率K1将接收线圈612的接收电流中的信息解调后滤波导出;接收端信号载入单元633将要发射的信息以一载波频率K2调制后加载至接收线圈612的接收电流中,发射端信号导出单元632以调制频率K2将发射线圈611的发射电流中的信息解调后滤波导出。
当接收线圈612与发射线圈611实现磁共振耦合时,无线电力发射装置61与无线电力接收装置62实现载波通信;发射端信号载入单元631将要发射的信息以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的发射线圈611的发射电流中,接收端信号导出单元634从接收线圈612的接收电流中以磁共振频率K3为载波将所述信息解调并滤波导出;接收端信号载入单元633将要发射的信息以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的接收电流中,发射端信号导出单元632以磁共振频率K3为载波将所述信息解调并滤波导出。
太阳能面板清扫机器人在无线充电过程中,为了提高电能利用率、延长电池使用寿命及保障电池安全,需要解决根据可充电电池622的实时电量对充电功率进行实时调整的技术问题。为此,本实施例中,发射端控制器连接至发射端信号载入单元631、发射端信号导出单元632;接收端控制器625连接至接收端信号载入单元633、接收端信号导出单元634;接收端控制器625内存储有可充电电池622的至少一充电曲线,根据所述充电曲线实时获取可充电电池622的最佳充电电压,根据所述最佳充电电压计算最佳充电功率,发出至少一充电功率调整指令;当接收线圈612与发射线圈611实现电磁感应耦合时,接收端信号载入单元633将所述充电功率调整指令以一载波频率K2调制后加载至所述接收电流中,发射端信号导出单元632以调制频率K2将所述发射电流中的所述充电功率调整指令解调后滤波导出至所述发射端控制器614;或者,当接收线圈612与发射线圈611实现磁共振耦合时,接收端信号载入单元633将所述充电功率调整指令以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的接收电流中,发射端信号导出单元632以磁共振频率K3为载波将所述充电功率调整指令解调并滤波导出至所述发射端控制器614;所述发射端控制器614连接至所述逆变电路,根据所述充电功率调整指令调节发射线圈611的发射功率。
太阳能面板清扫机器人在无线充电过程中,为了提高电能利用率、提高无线充电效率,需要解决如何使发射线圈611和接收线圈612可以达到最佳耦合效果的技术问题。
在本实施例中,接收端控制器625实时检测接收线圈612中是否收到信号;若收到信号,发射线圈611和接收线圈612可以实现耦合,可以实现无线充电的效果,但此时可能并非最佳耦合状态。接收端控制器625若收到信号,检测接收线圈612中信号强度,并根据信号强度判断接收线圈612与发射线圈611的相对位置;控制系统4根据接收线圈612与发射线圈611的相对位置,发出至少一位置调整指令,控制清扫机器人调整其位置,使得接收线圈612位于发射线圈611正上方,发射线圈611、接收线圈612在太阳能面板200的垂直投影完全重合,使发射线圈611和接收线圈612可以达到最佳耦合效果。
本实施例中,还提供一种太阳能面板清扫机器人的无线充电方法,以解决现有的太阳能面板清扫机器人存在的充电操作复杂、维护成本较高等技术问题。
本实施例所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电方法,包括如下步骤:步骤S501)在至少一太阳能面板内部或其下方设置至少一无线电力发射装置,无线电力发射装置包括一发射线圈;将发射线圈设置于任一太阳能面板的下表面,或者,设置于任意两块相邻太阳能面板连接处的缝隙下方或缝隙内部;步骤S502)在所述清扫机器人内部或外表面设置一无线电力接收装置,无线电力接收装置包括一接收线圈;将所述接收线圈设置在所述清扫机器人内部底层或所述清扫机器人底部下表面;步骤S503)所述清扫机器人在太阳能面板上行进且进行清扫作业,所述清扫机器人在行进过程中实时检测所述接收线圈是否产生电流;步骤S504)当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时,所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合,所述接收线圈产生电流;步骤S505)判断所述清扫机器人的至少一可充电电池是否需要充电;若是,执行步骤S506);若否,返回步骤S503);步骤S506)所述清扫机器人停止行进及清扫作业,驻留在太阳能面板上,使得接收线圈与发射线圈保持耦合;步骤S507)发射线圈将无线电能传输至接收线圈,持续为所述可充电电池充电;步骤S508)电池管理器判断所述可充电电池电量是否充满;若电量已充满,停止充电;返回步骤S503),清扫机器人继续在太阳能面板上行进且进行清扫作业。
清扫机器人在太阳能面板上正常作业过程中,实时检测接收线圈是否产生电流,也就是时刻检测清扫机器人(接收线圈)附近是否存在与接收线圈耦合的发射线圈。当发现附近存在与接收线圈耦合的发射线圈之后,根据清扫机器人内可充电电池的残余电量,判断是否需要充电,如果需要充电,控制系统控制清扫机器人停止运行,开始为清扫机器人内可充电电池进行无线充电。在充电过程中,实时检测可充电电池是否已经充满,若已充满,停止充电,控制系统控制清扫机器人继续运行并进行清扫作业。
其中,在所述步骤S506)前还可以包括如下步骤:步骤S5061)根据接收线圈中电流的大小判断接收线圈与发射线圈的相对位置和相对距离;步骤S5062)所述清扫机器人调整其位置,使得接收线圈位于发射线圈正上方。在本实施例中,接收线圈612中产生电流若收到信号,发射线圈611与接收线圈612可以实现耦合,可以实现无线充电的效果,但此时可能并非最佳耦合状态。接收端控制器625根据接收线圈612中信号强度判断接收线圈612与发射线圈611的相对位置;控制系统4根据接收线圈612与发射线圈611的相对位置,发出至少一位置调整指令,控制清扫机器人调整其位置,使得接收线圈612位于发射线圈611正上方,使得发射线圈611、接收线圈612在太阳能面板200的垂直投影完全重合,使发射线圈611和接收线圈612可以达到最佳耦合效果。
其中,所述步骤S505)具体包括如下步骤:步骤S5051)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值;步骤S5052)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的电量阈值作对比;步骤S5053)若所述可充电电池的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值(如10%或15%或25%,等等)时,判断所述清扫机器人需要充电。预设电量阈值是根据太阳能面板附近发射线圈的分布情况来确定的,预设电量阈值要大于或等于清扫机器人到达下一个发射线圈消耗的电量。如果发射线圈是平均分布的,预设电量阈值要大于或等于清扫机器人在任意两个相邻发射线圈之间单程运行时消耗的电量。
其中,所述步骤S508)具体包括如下步骤:步骤S5081)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值;步骤S5082)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的充电容量阈值作对比;步骤S5083)若所述可充电电池的剩余容量SOC值大于或等于预设的充电容量阈值(如95%或100%)时,判断所述清扫机器人电量已充满,停止充电。清扫机器人的控制系统启动动力系统和清扫装置,控制所述清扫机器人继续工作。
本实施例优点在于,在太阳能面板上表面、内部或者附近设置多个无线充电发射装置,在清扫机器人内部或下表面设置多个无线充电接收装置。在清扫机器人在太阳能面板上作业过程中,当清扫机器人行驶至无线充电发射装置上方时,利用电磁感应耦合方式或磁共振耦合方式对清扫机器人进行无线充电;整个充电过程可以实现自动控制,无需人工将清扫机器人从太阳能面板上取下,使得清扫机器人可以在太阳能面板上自动运行、自动充电、自动断电,可以实现自动持续作业,有效降低管理及维护成本。
实施例3
有些太阳能面板内部或边缘处可能会设置有金属材料,这样,如果使用实施例2的技术方案,将发射线圈611设置于任一太阳能面板200的下表面或者设置于任意两块相邻太阳能面板200连接处的缝隙201下方或缝隙201内,在两个线圈实现电磁感应耦合时,就会导致部件发热损毁,此时,实施例2的技术方案不合适,需要有一个新的技术方案,使得无线充电系统可以工作。
为了解决上述问题,如图39、图40所示,实施例3提供一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统,大部分技术方案与实施例2相同,其区别技术特征在于,还可以包括至少一充电面板500,每一充电面板500嵌入至任一太阳能面板200上或设置于任一太阳能面板200边缘处;充电面板500上表面与太阳能面板200上表面位于同一平面上,充电面板500为非金属材质制成。
如图39所示,充电面板500嵌入至任一太阳能面板200上,是指在太阳能面板加工制作时,专门留出一特定的空间,用以嵌入充电面板500,嵌入后的充电面板500上表面与太阳能面板200上表面平齐,位于同一平面上。
如图40所示,充电面板500设置于太阳能面板200边缘处,是指在太阳能面板加工制作时,在太阳能面板的几条边的边缘处安装充电面板500,该充电面板500上表面与太阳能面板200上表面平齐,位于同一平面上。
发射线圈611可以设置于任一充电面板500内,也可以设置于任一充电面板的下表面,而不是设置于任一太阳能面板的下表面或者设置于任意两块相邻太阳能面板连接处的缝隙内。
为解决上述技术问题,实施例3提供另一种太阳能面板清扫机器人的无线充电方法,包括如下步骤:步骤S601)在至少一太阳能面板上嵌入至少一充电面板;和/或,在至少一太阳能面板边缘处设置至少一充电面板;所述充电面板上表面与太阳能面板上表面位于同一平面上;步骤S602)在至少一充电面板内部或外部设置至少一无线电力发射装置,所述无线电力发射装置包括一发射线圈,所述发射线圈连接至一电源;将所述发射线圈设置于任一充电面板内,或者,设置于任一充电面板上表面或下表面;步骤S603)在所述清扫机器人内部或外表面设置一无线电力接收装置,无线电力接收装置包括一接收线圈;将所述接收线圈设置在所述清扫机器人内部底层或所述清扫机器人底部下表面;步骤S604)所述清扫机器人在太阳能面板及所述充电面板上行进且进行清扫作业,所述清扫机器人在行进过程中实时检测所述接收线圈是否产生电流;步骤S605)当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时,所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合,所述接收线圈产生电流;步骤S606)判断所述清扫机器人的至少一可充电电池是否需要充电;若是,执行步骤S607);若否,返回步骤S604);步骤S607)所述清扫机器人停止行进及清扫,驻留在所述充电面板上,使得接收线圈与发射线圈保持耦合;步骤S608)发射线圈将无线电能传输至接收线圈,持续为所述可充电电池充电;步骤S609)电池管理器判断所述可充电电池电量是否充满;若电量已充满,停止充电;返回步骤S604),清扫机器人继续在所述充电面板及所述太阳能面板上行进且进行清扫作业。
清扫机器人在太阳能面板及所述充电面板上正常作业过程中,实时检测接收线圈是否产生电流,也就是时刻检测清扫机器人(接收线圈)附近是否存在与接收线圈耦合的发射线圈。当发现附近存在与接收线圈耦合的发射线圈之后,根据清扫机器人内可充电电池的残余电量,判断是否需要充电,如果需要充电,控制系统控制清扫机器人停止运行,开始为清扫机器人内可充电电池进行无线充电。在充电过程中,实时检测可充电电池是否已经充满,若已充满,停止充电,控制系统控制清扫机器人继续运行并进行清扫作业。
其中,在所述步骤S607)前还可以包括如下步骤:步骤S6071)根据接收线圈中电流的大小判断接收线圈与发射线圈的相对位置和相对距离;步骤S6072)所述清扫机器人调整其位置,使得接收线圈位于发射线圈正上方。在本实施例中,接收线圈612中产生电流若收到信号,发射线圈611与接收线圈612可以实现耦合,可以实现无线充电的效果,但此时可能并非最佳耦合状态。接收端控制器625根据接收线圈612中信号强度判断接收线圈612与发射线圈611的相对位置;控制系统4根据接收线圈612与发射线圈611的相对位置,发出至少一位置调整指令,控制清扫机器人调整其位置,使得接收线圈612位于发射线圈611正上方,使得发射线圈611、接收线圈612在充电面板500的垂直投影完全重合,使发射线圈611和接收线圈612可以达到最佳耦合效果。其中,所述步骤S606)具体包括如下步骤:步骤S6061)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值;步骤S6062)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的电量阈值作对比;步骤S6063)若所述可充电电池的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值(如10%或15%或25%,等等)时,判断所述清扫机器人需要充电。预设电量阈值是根据太阳能面板附近发射线圈的分布情况来确定的,预设电量阈值要大于或等于清扫机器人到达下一个发射线圈消耗的电量。如果发射线圈是平均分布的,预设电量阈值要大于或等于清扫机器人在任意两个相邻发射线圈之间单程运行时消耗的电量。
其中,所述步骤S609)具体包括如下步骤:步骤S6091)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值;步骤S6092)将所述可充电电池622的剩余容量SOC值与一预设的充电容量阈值作对比;步骤S6093)若所述可充电电池622的剩余容量SOC值大于或等于预设的充电容量阈值(如95%或100%)时,判断所述清扫机器人电量已充满,停止充电。清扫机器人的控制系统启动动力系统和清扫装置,控制所述清扫机器人继续工作。
本实施例优点在于,独立设置一充电面板,与太阳能面板位于同一平面上;即使在太阳能面板上存在金属材料,也可以使得接收线圈与发射线圈可以实现电磁感应耦合,进而实现对机器人的无线充电。整个充电过程可以实现自动控制,无需人工将清扫机器人从太阳能面板上取下,使得清扫机器人可以在太阳能面板上自动运行、自动充电、自动断电,可以实现自动持续作业,有效降低管理及维护成本。
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 (24)

1.一种太阳能面板清扫机器人,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;所述车体内部或外部设有
一清扫装置,用以清扫所述太阳能面板;
一动力系统,用以调整所述车体在所述太阳能面板上的行进方向和行驶速度;
一控制系统,分别连接至所述动力系统、所述清扫装置;以及
一电力系统,分别连接至所述动力系统、所述清扫装置、所述控制系统,用以为所述动力系统、所述清扫装置、所述控制系统提供电力;
其中,所述控制系统向所述动力系统发出至少一行进控制指令,所述动力系统根据所述行进控制指令控制所述车体行驶或驻留;
其中,所述控制系统向所述清扫装置发出至少一清扫控制指令,所述清扫装置根据所述清扫控制指令清扫或停止清扫所述太阳能面板。
2.如权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述清扫装置包括
一清扫电机,包括一清扫电机转轴;
一滚刷,其中心设有一滚刷从动轴;以及
一传动机构,同时连接至所述清扫电机转轴及所述滚刷从动轴,所述清扫电机转轴通过所述传动机构带动所述滚刷从动轴转动。
3.如权利要求2所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述传动机构包括
一主动齿轮,设置于所述清扫电机转轴上;
一从动齿轮,设置于所述滚刷从动轴上;以及
一双联齿轮,包括
一大齿圈,与所述主动齿轮啮合;及
一小齿圈,与所述从动齿轮啮合。
4.如权利要求2所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述清扫装置还包括
一液体分发容器,为可拆卸的密封容器,其底部设有一排液口;
至少一喷头,设置于所述滚刷上方或侧方;每一喷头包括一喷嘴,所述喷嘴正对所述滚刷;
一分叉管道,包括彼此连通的一主管及至少一支管;所述主管连通至所述排液口;每一支管连通至一喷头;以及
一抽水泵,设置于所述主管上。
5.如权利要求2所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述液体分发容器包括:
一柱形部;
一锥形部,其底面连接至所述柱形部的下底面;以及
一排液口,设于所述锥形部的顶点处;
其中,所述液体分发容器设置于一斜坡平面上;所述锥形部的侧面与锥形部底面的夹角大于或等于所述斜坡平面与水平面的夹角。
6.如权利要求5所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述液体分发容器还包括
一容器盖板,固定安装至所述柱形部的上底面处;
一加注口,穿透所述盖板;
一加注口盖体,可拆卸式安装至所述通气口;以及
一双向泄压阀,穿透式安装至所述加注口盖体。
7.如权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述动力系统包括
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;
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;
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;以及
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。
8.如权利要求7所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述动力系统还包括
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;以及
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、所述左后轮毂的一环形侧壁外部;另一履带包覆在所述右前轮毂、所述右后轮毂的一环形侧壁外部。
9.如权利要求8所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述动力系统还包括
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。
10.如权利要求8所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述动力系统还包括至少一履带张紧装置;每一履带张紧装置包括
一上传动带,其为所述履带上部,其下表面设有至少一履带内齿;
一下传动带;其为所述履带下部,其上表面设有至少一履带内齿;
一上张紧部,其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;
一下压紧部,其下端与所述下传动带上表面相切,用以压紧所述下传动带;以及
一弹性支撑部,其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。
11.如权利要求10所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述履带张紧装置还包括
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;
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,两个相对的腰型孔分别位于两个履带侧板上。
12.如权利要求11所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,
所述安装轴包括至少一齿轮安装轴及至少一传动轮安装轴;
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;
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;以及
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。
13.如权利要求10所述的太阳能面板清扫机器人,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,其下部的两端分别连接至一张紧压板。
14.如权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述控制系统包括
一数据采集系统,用以采集所述车体行进过程中的至少一工作参数;
一处理器,连接至所述数据采集系统,用以向所述动力系统发出至少一行进控制指令,向所述清扫装置发出至少一清扫控制指令;以及
至少一存储单元,连接至所述处理器,用以存储所述车体行进过程中的所述工作参数。
15.如权利要求14所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述数据采集系统包括至少一加速度传感器,连接至所述处理器,用以实时采集所述车体的至少一加速度数据;
所述处理器根据所述车体的加速度数据判断所述车体是否为直线行进;若所述车体发生偏离,所述处理器根据所述加速度数据向所述动力系统发出至少一方向调整指令。
16.如权利要求14所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述数据采集系统包括一磁传感器,连接至所述处理器,用以实时采集所述车体至少一行进方向数据;
所述处理器根据所述车体的行进方向数据判断所述车体是否为直线行进;若所述车体发生偏离,所述处理器根据所述行进方向数据向所述动力系统发出至少一方向调整指令。
17.如权利要求14所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述数据采集系统包括至少一距离传感器,设置于所述车体外部边缘处,且连接至所述处理器;所述距离传感器用以实时采集所述距离传感器与所述太阳能面板的至少一距离数据;所述处理器根据所述距离数据,判断所述车体是否位于所述太阳能面板的边缘处或角落处。
18.如权利要求14所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述数据采集系统包括一液位传感器,设置于一液体分发容器内,所述液位传感器连接至所述处理器,所述液位传感器用于实时采集液体分发容器中的液位数据。
19.如权利要求14所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述数据采集系统包括至少一影像传感器或摄像头,连接至所述处理器,设置于所述车体前端,用以采集所述车体行进过程中所述车体前方的影像。
20.如权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述控制系统还包括至少一无线通信系统,无线连接至一服务器,用于在所述太阳能面板清扫机器人与所述服务器之间建立通信。
21.如权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,还包括至少一无线充电系统,包括
一可充电电池,设置在所述车体内部,用于提供动力;
至少一无线电力发射装置,设置在所述车体外部;每一无线电力发射装置包括一发射线圈,所述发射线圈连接至一电源;以及
一无线电力接收装置,设置在所述车体内部或外表面;所述无线电力接收装置包括一接收线圈,所述接收线圈连接至所述可充电电池;
其中,当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时,所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合,所述发射线圈将无线电能传输至所述接收线圈。
22.如权利要求21所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,所述发射线圈设置于任一太阳能面板的下表面,或者,设置于任意两块相邻太阳能面板连接处的缝隙下方或缝隙内;所述接收线圈设置于所述清扫机器人内部底层,或者,设置于所述清扫机器人底部下表面。
23.如权利要求21所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,
所述无线充电系统还包括
至少一充电面板,每一充电面板嵌入至任一太阳能面板上或设置于任一太阳能面板边缘处;所述充电面板上表面与所述太阳能面板上表面位于同一平面上;
其中,所述发射线圈设置于任一充电面板内,或者,设置于任一充电面板的上表面或下表面;所述接收线圈设置于所述清扫机器人内部底层,或者,设置于所述清扫机器人底部下表面。
24.如权利要求21所述的太阳能面板清扫机器人,其特征在于,当所述接收线圈与所述发射线圈耦合时,所述发射线圈与所述接收线圈的距离为1mm~40mm;所述发射线圈与所述接收线圈之间的介质皆为非金属材质。
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