CN106502279B - 一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统及方法，包括控制装置、处理器、执行装置以及安装在机械臂上的数据采集装置，所述控制装置以及数据采集装置均与处理器的信号输入端电连接，处理器的信号输出端与执行装置电连接；所述机械臂包括垂直臂、水平臂、刷架升降机构和刷架；本发明通过在传统的太阳能清洗装置上进行改进，使得太阳能清洗装置能够精确定位，从而能够更加快速的对太阳能板进行自动追踪清洗，提高太阳能电池板的光能转化效率，减少了作业时间，且能够提高清洗的质量，避免对电池板造成损坏。

Description

一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统及方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池板清洗装置的控制系统领域，具体涉及一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统及方法。

背景技术

太阳能光伏发电厂是目前大面积推广的清洁能源形式，其电池板需要经常清除表面浮尘才能够有效的发电。目前常用的太阳能电池板清洗装备主要有车辆式和轨道式装备两类，轨道式装备对场地建设要求高，因此成本也高，不利于推广，而车辆式装备往往采用机械臂的方式进行清洗，而机械臂的运行操作往往需要消耗工人大量的时间，导致清洗效率低，而且由于其数量众多且结构的易碎性使清洁工作变得比较困难，拥有自动化程度高的清洁设备也变得愈来愈重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统及方法，使得清洗装置可以快速准确的定位在太阳能电池板的上方，并且实行自动跟踪清洗电池板。

本发明为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统，其特征在于：包括控制装置、处理器、执行装置以及安装在机械臂上的数据采集装置，所述控制装置以及数据采集装置均与处理器的信号输入端电连接，处理器的信号输出端与执行装置电连接； 所述机械臂包括可旋转且可伸缩的垂直臂、可伸缩的水平臂、刷架升降机构和刷架，所 述垂直臂由相互套接的两个立筒组成，且垂直臂的伸缩由伸缩油缸来驱动，垂直臂的下端 可旋转设置在清洗装置的机架上，且垂直臂的旋转由液压转动马达驱动，所述垂直臂通过 转台限位装置限定其转动的角度，所述水平臂由通过轨道套接的多节水平臂架组成，且水 平臂的伸缩由伸缩油缸来驱动，所述水平臂铰接在垂直臂的顶端，并通过变幅油缸可调节 水平臂的仰角大小，所述刷架升降机构的上端与水平臂的端头之间铰接，刷架升降机构的 下端与刷架铰接，且通过刷架变幅机构可调节刷架升降机构与刷架角度，所述刷架升降机 构与刷架变幅机构均采用电动推杆机构； 所述控制装置包括操作面板和显示器，所述操作面板上设置有一个示教按键、一个臂 架摇杆和三个功能键，所述三个功能键为“一键收臂”功能按键、三位键和自动跟踪刷洗 键，所述三位键上拨为“左展臂”，下拨为“右展臂”，中间为零位，所述臂架摇杆可以用来手 动调节机械臂；所述操作面板和显示器均安装在控制室，所述操作面板和显示器电连接； 所述数据采集装置包括长度传感器一、长度传感器二、长度传感器三、长度传感器四、 长度传感器五和距离检测传感器，所述长度传感器一设置在垂直臂的底端，用于监测垂直 臂的伸出长度状态，所述长度传感器二设置在变幅油缸的底端，用于监测变幅油缸的伸出 长度状态；所述长度传感器三设置在水平臂侧面的前端，用于监测水平臂的伸出长度状态，所述长度传感器四设置在刷架升降机构的顶端，用于监测刷架升降机构的伸出长度状态， 所述长度传感器五设置在刷架变幅机构的底端，用于监测刷架变幅推杆的伸出长度状态， 所述距离检测传感器设置在刷架的下表面，用于监测刷架与太阳能电池板之间的距离； 所述处理器包括依次相连的输入电路，可编程控制器以及输出电路； 所述执行装置包括控制刷架升降机构和刷架变幅机构的处理器，还包括控制垂直臂伸 缩油缸、液压转动马达、变幅油缸和水平臂伸缩油缸的多路阀； 作为本发明一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统的进一步改进：所述刷 架上设置的距离检测传感器有4个，所述距离检测传感器为超声波距离检测传感器； 一种基于太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统的方法，其特征在于：包括一 键展臂、跟踪刷洗、一键收臂和示教编程； A、一键展臂 一键展臂的工作方式分为两种：左展臂和右展臂，分别对应清洗刷架的左限位和右限 位，机械臂的初始状态是一键收臂后停留的状态，即是清洗刷架位于中限位；操作员可以按 照系统默认的程序执行，也可以进行示教编程；左展臂即是由机械臂从中限位往车辆左限 位展开的动作组成，机械臂的初始状态是一键收臂后停留的状态，当操作员将控制装置上 的展臂开关向上拨到左展臂时，控制装置执行默认程序，即水平臂向前伸出，当控制装置检 测水平距离达到预设值d时，水平臂进行顺时针回转，当回转到左限位时，回转停止，与此同 时垂直臂向上伸出，直至垂直长度大于e，当控制装置检测到垂直长度大于e后，水平臂上前 伸出，直至到达人工设定距离f时，当控制装置检测到水平长度到达设定距离f时，垂直臂向 下收缩，直至到达人工设定距离g处，此时左展臂过程结束； 右展臂即是由臂架从中限位往车辆右限位展开的动作组成，机械臂的初始状态是一键 收臂后停留的状态，当操作员通过将控制装置上的展臂开关向下拨到右展臂时，控制装置 执行默认程序，即水平臂向前伸出，当控制装置检测水平距离到达d处时，水平臂进行逆时 针回转，当回转到右限位时，回转停止，与此同时垂直臂向上伸出，直至垂直长度大于e，当 控制装置检测到垂直长度大于e后，水平臂上前伸出，直至到达人工设定位置，当控制装置 检测到水平长度到达设定距离f后，垂直臂向下收缩，直至到达人工设定距离g处，此时右展 臂过程结束； B、跟踪刷洗 展臂过程结束，在显示器上设定刷盘与光伏板的距离，车辆开始行驶，按下自动跟踪刷 洗按钮，刷架自动跟踪系统工作； 所述步骤中显示器上设定刷盘和光伏板的距离，显示器把该设定信号通过CAN总线传 给控制器，控制器通过超声波传感器检测刷盘和太阳能光伏板之间的距离实时数据，通过 PID算法控制刷架变幅机构，使得刷盘始终和光伏板保持平行，控制刷架升降机构使得刷盘 始终和光伏板保持恒定的距离； C、一键收臂 一键收臂即当车辆完成清洁工作后将机械臂收至中限位的一种操作，操作员可以按照 系统默认的程序执行，也可以进行示教编程，当操作员结束了本次的清洁任务时，机械臂一 般停留在左限位或右限位，所以默认程序动作分为从左侧收臂和从右侧收臂两种情况，这 两种情况都是系统根据机械臂所在位置自动判定的；程序开始时，先执行清洗刷架上升动作，以防止对其它动作的干涉，清洗刷架上升到位后，系统对机械臂的垂直长度进行判断， 如果垂直长度大于a，则执行机械臂下降动作，直到垂直长度小于或等于a；此时程序再根据 机械臂是位于车辆左侧或是右侧，进而决定执行回转的方向；在进行回转动作时，系统检测 水平长度是否等于b，如果小于b，则执行水平臂伸的动作，相反，则执行水平臂缩的动作，当 回转到位后，水平臂上的距离传感器发出指令给控制装置，此时控制装置输出水平臂缩的 信号，直至水平长度小于或等于c，此时收臂架动作结束； D、示教编程 所述示教编程即当操作员按下操作面板上的示教按键时，控制装置会存储下之后每节 机械臂做的动作及停留的位置，直至再次按下示教按钮时，停止存储，当操作员再次执行收 臂或展臂时，每节机械臂会把存储的位置作为设定位置进行使用。

有益效果 本发明提供的一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统及方法可以增强太 阳能光伏板清洗设备的操控便捷性，而且能够使得清洗装置精确定位从而能够更加快速的 对太阳能板进行清洗，提高太阳能电池板的光能转化效率，减少了作业时间，且能够提高清 洗的质量，避免对电池板造成损坏。

附图说明

图1是本发明刷架自适应跟踪系统及方法的一键展臂程序流程图； 图2是本发明刷架自适应跟踪系统及方法的一键收臂程序流程图； 图3是本发明刷架自适应跟踪系统及方法的系统结构原理流程图； 图4是本发明刷架自适应跟踪系统及方法的电气原理示意图； 图5是本发明刷架自适应跟踪系统及方法的结构示意图； 图中：1、垂直臂，2、水平臂，3、刷架升降机构，4、刷架、5、变幅油缸，6刷架变幅机构，7、 操作面板，8、轨道，9、长度传感器一，10、长度传感器二，11、长度传感器三，12、长度传感器 四，13、长度传感器五，14、距离检测传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细的描述， 如图所示，一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统，其特征在于：包括控制 装置、处理器、执行装置以及安装在机械臂上的数据采集装置，所述控制装置以及数据采集 装置均与处理器的信号输入端电连接，处理器的信号输出端与执行装置电连接；

所述机械臂包括可旋转且可伸缩的垂直臂1、可伸缩的水平臂2、刷架升降机构3和刷架 4，所述垂直臂1由相互套接的两个立筒组成，且垂直臂1的伸缩由伸缩油缸来驱动，垂直臂1 的下端可旋转设置在清洗装置的机架上，且垂直臂1的旋转由液压转动马达驱动，所述垂直 臂1通过转台限位装置限定其转动的角度，所述水平臂2由通过轨道8套接的多节水平臂架 组成，且水平臂2的伸缩由伸缩油缸来驱动，所述水平臂2铰接在垂直臂1的顶端，并通过变 幅油缸5可调节水平臂2的仰角大小，所述刷架升降机构3的上端与水平臂2的端头之间铰 接，刷架升降机构3的下端与刷架4铰接，且通过刷架变幅机构6可调节刷架升降机构3与刷架4角度，所述刷架升降机构3与刷架变幅机构6均采用电动推杆机构； 所述控制装置包括操作面板7和显示器，所述操作面板7上设置有一个示教按键、一个 臂架摇杆和三个功能键，所述三个功能键为“一键收臂”功能按键、三位键和自动跟踪刷洗 键，所述三位键上拨为“左展臂”，下拨为“右展臂”，中间为零位，所述臂架摇杆可以用来手 动调节机械臂；所述操作面板7和显示器均安装在控制室，所述操作面板7和显示器电连接； 所述数据采集装置包括长度传感器一9、长度传感器二10、长度传感器三11、长度传感 器四12、长度传感器五13和距离检测传感器14，所述长度传感器一9设置在垂直臂1的底端， 用于监测垂直臂1的伸出长度状态，所述长度传感器二10设置在变幅油缸5的底端，用于监 测变幅油缸5的伸出长度状态；所述长度传感器三11设置在水平臂2侧面的前端，用于监测 水平臂2的伸出长度状态，所述长度传感器四12设置在刷架升降机构3的顶端，用于监测刷 架升降机构3的伸出长度状态，所述长度传感器五13设置在刷架变幅机构6的底端，用于监 测刷架变幅推杆6的伸出长度状态，所述距离检测传感器14设置在刷架4的下表面，用于监 测刷架4与太阳能电池板之间的距离； 所述处理器包括依次相连的输入电路，可编程控制器以及输出电路； 所述执行装置包括控制刷架升降机构3和刷架变幅机构6的处理器，还包括控制垂直臂1伸缩油缸、液压转动马达、变幅油缸5和水平臂2伸缩油缸的多路阀；

2 .一种基于权利要求1所述的太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统的方法， 其特征在于：包括一键展臂、跟踪刷洗、一键收臂和示教编程； A、一键展臂 一键展臂的工作方式分为两种：左展臂和右展臂，分别对应清洗刷架4的左限位和右限 位，机械臂的初始状态是一键收臂后停留的状态，即是清洗刷架4位于中限位；操作员可以 按照系统默认的程序执行，也可以进行示教编程；左展臂即是由机械臂从中限位往车辆左 限位展开的动作组成，机械臂的初始状态是一键收臂后停留的状态，当操作员将控制装置 上的展臂开关向上拨到左展臂时，控制装置执行默认程序，即水平臂2向前伸出，当控制装 置检测水平距离达到预设值d时，水平臂2进行顺时针回转，当回转到左限位时，回转停止， 与此同时垂直臂1向上伸出，直至垂直长度大于e，当控制装置检测到垂直长度大于e后，水 平臂2上前伸出，直至到达人工设定距离f时，当控制装置检测到水平长度到达设定距离f 时，垂直臂1向下收缩，直至到达人工设定距离g处，此时左展臂过程结束； 右展臂即是由臂架从中限位往车辆右限位展开的动作组成，机械臂的初始状态是一键 收臂后停留的状态，当操作员通过将控制装置上的展臂开关向下拨到右展臂时，控制装置 执行默认程序，即水平臂2向前伸出，当控制装置检测水平距离到达d处时，水平臂2进行逆 时针回转，当回转到右限位时，回转停止，与此同时垂直臂1向上伸出，直至垂直长度大于e， 当控制装置检测到垂直长度大于e后，水平臂2上前伸出，直至到达人工设定位置，当控制装 置检测到水平长度到达设定距离f后，垂直臂1向下收缩，直至到达人工设定距离g处，此时 右展臂过程结束； B、跟踪刷洗 展臂过程结束，在显示器上设定刷盘4与光伏板的距离，车辆开始行驶，按下自动跟踪 刷洗按钮，刷架自动跟踪系统工作； 所述步骤中显示器上设定刷盘和光伏板的距离，显示器把该设定信号通过CAN总线传给控制器，控制器通过超声波传感器检测刷盘和太阳能光伏板之间的距离实时数据，通过 PID算法控制刷架变幅机构，使得刷盘始终和光伏板保持平行，控制刷架升降机构使得刷盘 始终和光伏板保持恒定的距离； C、一键收臂 一键收臂即当车辆完成清洁工作后将机械臂收至中限位的一种操作，操作员可以按照 系统默认的程序执行，也可以进行示教编程，当操作员结束了本次的清洁任务时，机械臂一 般停留在左限位或右限位，所以默认程序动作分为从左侧收臂和从右侧收臂两种情况，这 两种情况都是系统根据机械臂所在位置自动判定的；程序开始时，先执行清洗刷架4上升动 作，以防止对其它动作的干涉，清洗刷架4上升到位后，系统对机械臂的垂直长度进行判断， 如果垂直长度大于a，则执行机械臂下降动作，直到垂直长度小于或等于a；此时程序再根据机械臂是位于车辆左侧或是右侧，进而决定执行回转的方向；在进行回转动作时，系统检测水平长度是否等于b，如果小于b，则执行水平臂2伸的动作，相反，则执行水平臂2缩的动作，当回转到位后，水平臂上的距离传感器发出指令给控制装置，此时控制装置输出水平臂2缩的信号，直至水平长度小于或等于c，此时收臂架动作结束； D、示教编程 所述示教编程即当操作员按下操作面板7上的示教按键时，控制装置会存储下之后每 节机械臂做的动作及停留的位置，直至再次按下示教按钮时，停止存储，当操作员再次执行 收臂或展臂时，每节机械臂会把存储的位置作为设定位置进行使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统，其特征在于：包括控制装置、处理器、执行装置以及安装在机械臂上的数据采集装置，所述控制装置以及数据采集装置均与处理器的信号输入端电连接，处理器的信号输出端与执行装置电连接；

所述机械臂包括可旋转且可伸缩的垂直臂（1）、可伸缩的水平臂（2）、刷架升降机构（3）和刷架（4），所述垂直臂（1）由相互套接的两个立筒组成，且垂直臂（1）的伸缩由伸缩油缸来驱动，垂直臂（1）的下端可旋转设置在清洗装置的机架上，且垂直臂（1）的旋转由液压转动马达驱动，所述垂直臂（1）通过转台限位装置限定其转动的角度，所述水平臂（2）由通过轨道（8）套接的多节水平臂架组成，且水平臂（2）的伸缩由伸缩油缸来驱动，所述水平臂（2）铰接在垂直臂（1）的顶端，并通过变幅油缸（5）可调节水平臂（2）的仰角大小，所述刷架升降机构（3）的上端与水平臂（2）的端头之间铰接，刷架升降机构（3）的下端与刷架（4）铰接，且通过刷架变幅机构（6）可调节刷架升降机构（3）与刷架（4）角度，所述刷架升降机构（3）与刷架变幅机构（6）均采用电动推杆机构； 所述控制装置包括操作面板（7）和显示器，所述操作面板（7）上设置有一个示教按键、 一个臂架摇杆和三个功能键，所述三个功能键为“一键收臂”功能按键、三位键和自动跟踪 刷洗键，所述三位键上拨为“左展臂”，下拨为“右展臂”，中间为零位，所述臂架摇杆可以用 来手动调节机械臂；所述操作面板（7）和显示器均安装在控制室，所述操作面板（7）和显示 器电连接，显示器用于把刷盘和光伏板的距离的设定信号传给控制器，控制器通过超声波传感器检测刷盘和太阳能光伏板之间的距离实时数据，通过控制刷架变幅机构使得刷盘始终和光伏板保持平行，控制刷架升降机构使得刷盘始终和光伏板保持恒定的距离；所述数据采集装置包括长度传感器一（9）、长度传感器二（10）、长度传感器三（11）、长 度传感器四（12）、长度传感器五（13）和距离检测传感器（14），所述长度传感器一（9）设置在 垂直臂（1）的底端，用于监测垂直臂（1）的伸出长度状态，所述长度传感器二（10）设置在变 幅油缸（5）的底端，用于监测变幅油缸（5）的伸出长度状态；所述长度传感器三（11）设置在 水平臂（2）侧面的前端，用于监测水平臂（2）的伸出长度状态，所述长度传感器四（12）设置 在刷架升降机构（3）的顶端，用于监测刷架升降机构（3）的伸出长度状态，所述长度传感器 五（13）设置在刷架变幅机构（6）的底端，用于监测刷架变幅推杆（6）的伸出长度状态，所述 距离检测传感器（14）设置在刷架（4）的下表面，用于监测刷架（4）与太阳能电池板之间的距 离； 所述处理器包括依次相连的输入电路，可编程控制器以及输出电路； 所述执行装置包括控制刷架升降机构（3）和刷架变幅机构（6）的处理器，还包括控制垂 直臂（1）伸缩油缸、液压转动马达、变幅油缸（5）和水平臂（2）伸缩油缸的多路阀。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统，其特征在于：所述刷架（4）上设置的距离检测传感器（14）有4个，所述距离检测传感器（14）为超声波距离检测传感器。

3.一种基于权利要求1所述的太阳能电池板清洗装置的刷架自适应跟踪系统的方法，其特征在于：包括一键展臂、跟踪刷洗、一键收臂和示教编程； A、一键展臂 一键展臂的工作方式分为两种：左展臂和右展臂，分别对应清洗刷架（4）的左限位和右 限位，机械臂的初始状态是一键收臂后停留的状态，即是清洗刷架（4）位于中限位；操作员 可以按照系统默认的程序执行，也可以进行示教编程；左展臂即是由机械臂从中限位往车 辆左限位展开的动作组成，机械臂的初始状态是一键收臂后停留的状态，当操作员将控制装置上的展臂开关向上拨到左展臂时，控制装置执行默认程序，即水平臂（2）向前伸出，当 控制装置检测水平距离达到预设值d时，水平臂（2）进行顺时针回转，当回转到左限位时，回 转停止，与此同时垂直臂（1）向上伸出，直至垂直长度大于e，当控制装置检测到垂直长度大 于e后，水平臂（2）上前伸出，直至到达人工设定距离f时，当控制装置检测到水平长度到达 设定距离f时，垂直臂（1）向下收缩，直至到达人工设定距离g处，此时左展臂过程结束； 右展臂即是由臂架从中限位往车辆右限位展开的动作组成，机械臂的初始状态是一键 收臂后停留的状态，当操作员通过将控制装置上的展臂开关向下拨到右展臂时，控制装置 执行默认程序，即水平臂（2）向前伸出，当控制装置检测水平距离到达d处时，水平臂（2）进 行逆时针回转，当回转到右限位时，回转停止，与此同时垂直臂（1）向上伸出，直至垂直长度 大于e，当控制装置检测到垂直长度大于e后，水平臂（2）上前伸出，直至到达人工设定位置， 当控制装置检测到水平长度到达设定距离f后，垂直臂（1）向下收缩，直至到达人工设定距 离g处，此时右展臂过程结束； B、跟踪刷洗 展臂过程结束，在显示器上设定刷盘（4）与光伏板的距离，车辆开始行驶，按下自动 跟踪刷洗按钮，刷架自动跟踪系统工作； 所述步骤中显示器上设定刷盘和光伏板的距离，显示器把设定信号通过CAN总线传 给控制器，控制器通过超声波传感器检测刷盘和太阳能光伏板之间的距离实时数据，通过 PID算法控制刷架变幅机构，使得刷盘始终和光伏板保持平行，控制刷架升降机构使得刷盘 始终和光伏板保持恒定的距离；C、一键收臂 一键收臂即当车辆完成清洁工作后将机械臂收至中限位的一种操作，操作员可以按照 系统默认的程序执行，也可以进行示教编程，当操作员结束了本次的清洁任务时，机械臂一 般停留在左限位或右限位，所以默认程序动作分为从左侧收臂和从右侧收臂两种情况，这 两种情况都是系统根据机械臂所在位置自动判定的；程序开始时，先执行清洗刷架（4）上升 动作，以防止对其它动作的干涉，清洗刷架（4）上升到位后，系统对机械臂的垂直长度进行 判断，如果垂直长度大于a，则执行机械臂下降动作，直到垂直长度小于或等于a；此时程序 再根据机械臂是位于车辆左侧或是右侧，进而决定执行回转的方向；在进行回转动作时，系 统检测水平长度是否等于b，如果小于b，则执行水平臂（2）伸的动作，相反，则执行水平臂 （2）缩的动作，当回转到位后，水平臂上的距离传感器发出指令给控制装置，此时控制装置 输出水平臂（2）缩的信号，直至水平长度小于或等于c，此时收臂架动作结束； D、示教编程 所述示教编程即当操作员按下操作面板（7）上的示教按键时，控制装置会存储下之后 每节机械臂做的动作及停留的位置，直至再次按下示教按钮时，停止存储，当操作员再次执 行收臂或展臂时，每节机械臂会把存储的位置作为设定位置进行使用。

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