CN106863282A - 一种大转角智能太阳追踪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大转角智能太阳追踪器，包括动平台和定平台，动平台和定平台之间安装有第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV，第一支链I与第三支链III结构相同且对称设置，第二支链II与第四支链IV结构相同且对称设置；第一支链I包括第一连杆，第一连杆的上端通过球副与动平台相连，第一连杆的下端与第一虎克铰连接，第一虎克铰通过第一连接块与定平台通过第一移动副连接；第二支链II包括第二连杆，第二连杆的上端通过第二虎克铰与动平台相连，第二连杆的下端与第二连接块通过转动副连接，第二连接块与定平台通过第二移动副连接。本发明的四条支链与动平台、定平台构成了一个空间并联闭环结构，可实现空间内的二维平动和二维转动运动。

Description

一种大转角智能太阳追踪器

技术领域

本发明属于并联机器人领域，特别涉及一种应用于定位、气象、雷达等环境下能够实现精确跟踪的四自由度单平台大转角智能太阳追踪器。

背景技术

并联机构通常由动平台、静平台及两平台之间的若干支链组成，具有刚度大、速度快、精度高的优点，在工业机器人、运动模拟器、并联机床等领域得到广泛应用。近些年，国外已将陆续将部分机构构型应用于工业生产中（如:delta机构），而国内则较少，而且很少应用在生产生活中。

在运动模拟器、姿态调平、太阳能追踪以及并联机床等领域，通常需要实现大位移、大转角，实现较大工作空间范围内的运动。

国内太阳能发电普遍采用固定式太阳能电池安装方式，尽管这种安装方式结构简单、成本较低，但是无法精确跟踪太阳位置，光能转换效率较低。现有研究中，也存在部分运动型太阳能机构，单轴或双轴等多为串联机构精度不高。其中双轴的跟踪精度相对较高，太阳板能达到的转换效率相对较大，但遇到恶劣天气难以保证装置的安全性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有两个平动自由度和两个转动自由度的大转角智能太阳追踪器。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种大转角智能太阳追踪器，包括动平台和定平台，所述动平台和定平台之间安装有第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV，所述第一支链I与所述第三支链III结构相同且对称设置，所述第二支链II与所述第四支链IV结构相同且对称设置；所述第一支链I包括第一连杆，所述第一连杆的上端通过球副与所述动平台相连，所述第一连杆的下端与第一虎克铰连接，所述第一虎克铰通过第一连接块与所述定平台通过第一移动副连接；所述第二支链II包括第二连杆，所述第二连杆的上端通过第二虎克铰与动平台相连，所述第二连杆的下端与第二连接块通过转动副连接，所述第二连接块与所述定平台通过第二移动副连接。

上述方案中，所述第二支链II和所述第四支链IV中，所述转动副的轴线与所述第二连接块的移动方向垂直；所述第二虎克铰两条轴线互相垂直，所述第二虎克铰上其中一条轴线与所述第二连接块的移动方向平行。

上述方案中，所述定平台由四个相同的钢制底座构成，所述四个钢制底座呈十字形排列，每个钢制底座上安装有滑台模组，所述滑台模组上安装有移动导轨，所述第一连接块和所述第二连接块能够在对应的移动导轨上移动。

上述方案中，所述滑台模组上安装有伺服电机，所述伺服电机为所述滑台模组的移动提供动力源。

上述方案中，还包括控制系统，所述控制系统由单片机及外围电路组成，并与天气预报终端接口连接，构成物联网平台闭环太阳追踪器。

上述方案中，四个钢制底座放置在楔子形的支架的斜边上。

上述方案中，所述支架的斜边与水平面呈30度—60度的角度。

本发明的有益效果：第一支链、第二支链、第三支链和第四支链分别与动平台、定平台连接形成一个空间并联闭环机构，通过四个输入运动驱动动平台运动，实现两个平动自由度和两个转动自由度。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例一结构示意图。

图2为本发明第一、三支链的结构示意图。

图3为本发明第二、四支链的结构示意图。

图4为本发明实施例二结构示意图。

图5为整个大转角智能太阳追踪器的工作流程示意图。

图中：Ⅰ.第一支链；Ⅱ.第二支链；Ⅲ.第三支链；Ⅳ.第四支链；1.动平台；2.球副；3.第一连杆；4.第一虎克铰；5.第一连接块；6.第一移动副；7.定平台；8.第二虎克铰；9.第二连杆；10.转动副；11.第二连接块；12.第二移动副；13.滑台模组；14.支架。

具体实施方式

本发明的一种转角智能太阳追踪器，结合附图及实施例详细说明如下：

本实施例提出的大转角智能太阳追踪器，使用并联机构对太阳光进行跟踪，在东西方向上和南北方向上与太阳方向保持一致；采取自上而下的控制动平台（太阳能电池板）节约大量电能；该机构的旋转角度约为-70°~70°。驱动副处使用蜗轮蜗杆机构，当有外力的时候（如风力）发生自锁，防止动平台移动；遥控锁定装置，保护设施。

实施例一：本发明的一种大转角智能太阳追踪器，如图1所示，第一支链I和第三支链III结构相同；第二支链II和第四支链IV结构相同。具体说明如下：

如图2、图3所示，第一支链和第三支链均包括：球副2、第一连杆3、第一虎克铰4、第一连接块5、第一移动副6。第二支链和第四支链均包括：第二虎克铰8、第二连杆9、转动副10、第二连接块11、第二移动副12。

如图2所示，第一支链Ⅰ中，第一连杆3的上端部分通过球副2与动平台1相连，第一连杆3的下端部分与虎克铰4连接，第一虎克铰4通过连接块5与移动副6连接，移动副6与定平台7上的滑台模组连接。

如图3所示，第二支链Ⅱ中，第二连杆9的上端部分通过第二虎克铰8与动平台1相连，第二连杆9的下端部分与转动副10连接，转动副10通过第二连接块11与第二移动副12连接，第二移动副12与定平台7上的滑台模组连接。第二、四支链中，转动副10的轴线与定平台7滑台模组13上中心滑块的移动方向垂直；第二虎克铰的两条轴线互相垂直；其中的一条轴线与第二移动副轴线平行。

动平台1选用10mm厚的铝板，四条支链中的连杆均采用材质为碳纤维的碳纤维管，该型材具有密度小、强度高、抗拉性高等特点；而从动S副与动平台链接处使用外斜30°的结构，可充分增大S副转角运用。其中，球铰链、万向节选择标准件，而转动铰链可采用径向轴承实现。

当并联机构应用于大转角追踪太阳时，控制模块捕捉太阳信息并发出指令，电机收到指令进行工作，驱动滚珠丝杠，采用伺服电机为驱动方式,需要接收太阳光的工作室安装在动平台上。以第一支链为例，伺服电机驱动滚珠丝杠实现移动副的左右移动。

当太阳从东向西时，控制模块捕捉到天空中太阳的信息，第一支链的移动副略高速向右移动，第三支链的移动副略低速向右移动，此时机构动平台实现X轴的转动和Y轴方向的伴随移动。（设第二、四支链的第二滑台模组的连线为X轴，第一、三支链的第一滑台模组的连线为Y轴），这时第一、三两个伺服电机按控制驱动移动副前后进行工作，同时，分别调整第一、三支链移动副的速度，可以在东、西方向准确跟踪太阳。

当太阳偏南或偏北时,第二、四支链的移动副前后移动，此时机构动平台实现Y轴的转动和X轴的伴随移动，这时第二、四两个伺服电机按控制驱动移动副前后进行工作，此刻机构实现Y轴的转动，实现了南、北方向调整转角；同时，分别调整第二、四支链移动副的速度，可以在南、北方向准确跟踪太阳。

应用控制模块中的传感器捕捉天空太阳的角度信息并将信息发送给单片机，单片机根据这些信息计算出太阳的精确方位，给出并联机构动平台（太阳能电池板）的位姿，代入并联运动装备反解方程计算出驱动副的位置。然后单片机驱动并联机构的四个伺服电机控制运动副运动到相应的位置，使光照始终与太阳能电池板保持垂直,进而最大化的接收太阳能。应用现代物联网技术，实时与天气预报连接，在未来可发生恶劣天气时，主机可对所有追踪装置遥控关闭，进入锁定状态保护装置。

实施例二：本实施例的一种大转角智能太阳追踪器的机构如图4所示，与实施例一类似，同样包括结构相同的第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ、第四支链Ⅳ与动平台1以及定平台7。本实施例与实施例一不同的是：所述的四个滑台模组13放置在斜边与水平面呈30度—60度的楔子形支架14的斜边上。该实施方案适用于要求更大转角、工作空间的场合。实施例二在与实施例一在受同样载荷时，受力变化得到明显改善，在受力方面优于实施例一，适用于对转角、工作空间、受力要求更高的情况。

以上对本发明的描述仅仅是示意性的，而不是限制性的，所以，本发明的实施方式不局限于上述的具体实施方式。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，做出其他变化或变型，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大转角智能太阳追踪器，包括动平台(1)和定平台(7)，其特征在于，所述动平台(1)和定平台(7)之间安装有第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV，所述第一支链I与所述第三支链III结构相同且对称设置，所述第二支链II与所述第四支链IV结构相同且对称设置；所述第一支链I包括第一连杆（3），所述第一连杆（3）的上端通过球副（2）与所述动平台（1）相连，所述第一连杆（3）的下端与第一虎克铰（4）连接，所述第一虎克铰（4）通过第一连接块（5）与所述定平台7通过第一移动副6连接；所述第二支链II包括第二连杆（9），所述第二连杆（9）的上端通过第二虎克铰（8）与动平台（1）相连，所述第二连杆（9）的下端与第二连接块(11)通过转动副(10)连接，所述第二连接块(11)与所述定平台(7)通过第二移动副(12)连接。

2.根据权利要求1所述的一种大转角智能太阳追踪器，其特征在于，所述第二支链II和所述第四支链IV中，所述转动副(10)的轴线与所述第二连接块(11)的移动方向垂直；所述第二虎克铰（8）两条轴线互相垂直，所述第二虎克铰（8）上其中一条轴线与所述第二连接块(11)的移动方向平行。

3.根据权利要求1或2所述的一种大转角智能太阳追踪器，其特征在于，所述定平台(7)由四个相同的钢制底座构成，所述四个钢制底座呈十字形排列，每个钢制底座上安装有滑台模组(13)，所述滑台模组(13)上安装有移动导轨，所述第一连接块（5）和所述第二连接块(11)能够在对应的移动导轨上移动。

4.根据权利要求3所述的一种大转角智能太阳追踪器，其特征在于，所述滑台模组(13)上安装有伺服电机，所述伺服电机为所述滑台模组(13)的移动提供动力源。

5.根据权利要求4所述的一种大转角智能太阳追踪器，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统由单片机及外围电路组成，并与天气预报终端接口连接，构成物联网平台闭环太阳追踪器。

6.根据权利要求3所述的一种大转角智能太阳追踪器，其特征在于，四个钢制底座放置在楔子形的支架（14）的斜边上。

7.根据权利要求6所述的一种大转角智能太阳追踪器，其特征在于，所述支架（14）的斜边与水平面呈30度—60度的角度。