CN108011589B - 一种光伏电池智能位置检测与反馈控制矫正装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏电池智能位置检测与反馈控制矫正装置，其特征在于包括一个内环控制系统和一个外环控制系统；内环控制系统包括工业相机、图像数据采集卡、面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法、位置矫正非线性反馈控制器、第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器；外环控制系统包括基于有监督学习的协调控制器、第五伺服电机、第六伺服电机、检测传输带、矫正传输带。本发明采用了人工智能进行位置图像处理与识别，非线性控制器驱动多个机械手指进行位置矫正，从而为光伏电池特性曲线检测与分拣的自动化与智能化提供了精确位置矫正装置。
Description
技术领域
本发明属于机电自动化领域，具体涉及一种光伏电池智能位置检测与反馈控制矫正装置，采用了人工智能进行位置图像处理与识别，非线性控制器驱动多个机械手指进行位置矫正，从而为光伏电池特性曲线检测与分拣的自动化与智能化提供了精确位置矫正装置。
背景技术
太阳能可再生能源正逐步替代常规能源,成为保护地球生态环境的清洁能源之一。太阳能电池是光伏发电系统的重要组成部分,与系统的工作效率和发电量有密切关系,提高太阳能电池的能量转换效率可以增加太阳能的利用率。由于实际应用中存在一些因素会对太阳能电池的特性产生影响,这些电池单元之间的特性或者性能不一致或不相近,就可能导致不必要的能源浪费,甚至会出现减少电池寿命的现象。因此,在配置光伏电池阵列时,需要对其特性进行测试,选择满足要求的电池阵列,提高光伏发电系统的工作效率。
太阳能电池光伏器件伏安特性测试系统,属于光电测试装置,能够解决现有测试系统必须采用人工操作的方式设定辐照度值、测定辐照度值与测试样品电池过程不能同时进行的问题。
已有市场产品，针对光伏电池的特性分析和检测方法研究的基础上,设计了基于低功耗单片机的便携式特性测试仪,对光伏电池单元特性进行测量分析,为各种光伏电池的组装提供科学的数据。然而，这类简易装置无法与规模化光伏电池生产配套，仅适用于抽样检测。近期，我们公布了一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统架构与控制流程，是实现光伏检测与分拣系统的智能化与自动化的核心架构与技术基础。
当前，人工智能2.0在我国兴起，图像识别是一种典型的人工智能技术，它利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对像的技术。一般工业使用中，采用工业相机拍摄图片，然后再利用软件根据图片灰阶差做进一步识别处理。如果能够结合图像识别技术进行光伏电池位置检测对光伏电池产业升级有推动作用。
机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。若矫正装置采用了特制机器手，可以大幅度地减少人工操作误差。
为了进一步提升全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制精度。基于人工智能最新技术，这里公布一种光伏电池智能位置检测与反馈控制矫正装置的发明创新。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种光伏电池智能位置检测与反馈控制矫正装置，采用了人工智能进行位置图像处理与识别，非线性控制器驱动多个机械手指进行位置矫正，从而为光伏电池特性曲线检测与分拣的自动化与智能化提供了精确位置矫正装置。
一种光伏电池智能位置检测与反馈控制矫正装置，包括一个内环控制系统和一个外环控制系统。内环控制系统包括工业相机、图像数据采集卡、面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法、位置矫正非线性反馈控制器、第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器。外环控制系统包括基于有监督学习的协调控制器、第五伺服电机、第六伺服电机、检测传输带、矫正传输带。
所述控制系统工作原理如下。当光伏电池置放于检测传输带的视觉检测工位的时候，外环控制系统的基于有监督学习的协调控制器将发送控制信号触发工业相机拍摄光伏电池区域图像；图像经信号线传输给图像数据采集卡将数字信号转换为基于像素的图像；图像进一步传输在微处理期内进行数据处理，具体而言采用了一种面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法，即一类图像识别人工智能方法，从而提取出光伏电池的坐标误差与角度误差；角度误差和坐标误差经信号线，作为位置矫正非线性反馈控制器的反馈控制信号，经过非线性坐标变换转换和非线性控制器变换转化为第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机的控制信号，令第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器产生不同的进给量；从而矫正光伏电池的位置误差。
所述外环控制系统的工作原理包括两方面作用；一方面，采用基于有监督学习的协调控制器对第五伺服电机和第六伺服电机进行驱动或停止，保证检测传输带上的光伏电池停留在视觉检测工位的位置，也能保证矫正传输带上的光伏电池停留在矫正工位的位置，从而配合内环控制系统正常工作；另一方面，采用基于有监督学习的协调控制器对基于图像人工智能的光伏电池位置传感器(包括：工业相机、图像数据采集卡、面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法)，以及位置矫正非线性反馈控制器进行协调控制。所以，外环控制系统主要作用是协调各单元在合适的时间或事件下，做合理的控制动作，避免系统出现紊乱。
所述第一末端执行器和第三末端执行器布置在光伏电池的一侧，第二末端执行器和第四末端执行器布置在光伏电池的另一侧。没有布置末端执行器的方向为矫正传输带的传输方向，该方向上布置了两个触发机构，既：第一挡片、第二档片；当光伏电池触碰到第一挡片或第二档片，触发了相应的触位开关，发送触发信号给基于有监督学习的协调控制器；然后，基于有监督学习的协调控制器触发矫正非线性反馈控制器工作。
所述基于图像人工智能的光伏电池位置传感器的输出信号为位置矫正信号和角度矫正信号，它们以队列的形式将预存到矫正非线性反馈控制器里，供矫正非线性反馈控制器读取，并用于光伏电池的位置矫正。所谓队列是指，基于图像人工智能的光伏电池位置传感器的面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法处理的前一帧或者前几帧图像按照时间顺序排列，矫正非线性反馈控制器遵循FIFO原则，读取数据。因此，视觉检测工位和位置矫正工位，可以独立操作；不会产生实时影响。当然，位置矫正工位与视觉检测工位相比，产生一定的时滞作用。
所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机分别独立驱动了第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器，使得第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器可以产生独立的伸缩变量，互不影响。由此可见，一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器等同于工业机器手的四根手指，具有灵活的操控能力；另一方面，第一末端执行器和第三末端执行器布置在光伏电池的一侧，第二末端执行器和第四末端执行器布置在光伏电池的另一侧，它们的相互作用即可以产生矫正传输带光伏电池的横向平移，也可以光伏电池在矫正传输带平面上转动，由于纵向方向受第一挡片和第二挡片的限制，几乎不产生偏移(或者说，工业应用中这个方向控制精度要求不高)；最终，光伏电池的较小的位置偏差或较小的转角偏差得到精确的纠正。
本发明的有益效果如下：
(1)采用了基于机器视觉的智能特征提取方法，对光伏电池的位置和角度偏差做无损检测，为矫正控制器提供可靠的高精度反馈信号；
(2)采用了非线性控制器，将基于视觉的极坐标误差转换为若干个末端执行器的线性控制动作，并实现对光伏电池位置和角度偏差进行矫正；
(3)采用了基于事件驱动的外围协调控制程序，允许视觉检测工位、矫正工位、智能图像采集与处理、以及矫正控制进行协调控制，避免系统产生动作紊乱；
(4)采用了不同传输带以及传输带的独立控制，使得视觉检测工位和矫正工位相互独立，避免两个工位同时操作影响光伏电测位置检测和矫正动作的效率。
附图说明
图1本发明的架构示意图。
图2本发明的机器手末端执行器布局示意图。
图3本发明的机器手末端执行器矫正光伏电池过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种光伏电池智能位置检测与反馈控制矫正装置，包括一个内环控制系统和一个外环控制系统。内环控制系统包括工业相机、图像数据采集卡、面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法、位置矫正非线性反馈控制器、第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器。外环控制系统包括基于有监督学习的协调控制器、第五伺服电机、第六伺服电机、检测传输带、矫正传输带。
所述控制系统工作原理如下:
当光伏电池放置在检测传输带的视觉检测工位的时候，外环控制系统的基于有监督学习的协调控制器发送控制信号，触发工业相机拍摄光伏电池区域图像；拍摄的图像Ⅰ经信号线传输给图像数据采集卡，图像数据采集卡将数字信号转换为基于像素的图像Ⅱ；图像Ⅱ进一步传输在微处理器内进行数据处理，具体而言采用了一种面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法，即一类图像识别人工智能方法，从而提取出光伏电池的坐标误差与角度误差；角度误差和坐标误差经信号线，作为位置矫正非线性反馈控制器的反馈控制信号，经过非线性坐标变换转换和非线性控制器变换转化为第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机的控制信号，令第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器产生不同的进给量；从而矫正光伏电池的位置误差。
所述外环控制系统的工作原理包括两方面作用；一方面，采用基于有监督学习的协调控制器对第五伺服电机和第六伺服电机进行驱动或停止，保证检测传输带上的光伏电池停留在视觉检测工位的位置，也能保证矫正传输带上的光伏电池停留在矫正工位的位置，从而配合内环控制系统正常工作；另一方面，采用基于有监督学习的协调控制器对基于图像人工智能的光伏电池位置传感器(包括：工业相机、图像数据采集卡、面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法)，以及位置矫正非线性反馈控制器进行协调控制。所以，外环控制系统主要作用是协调各单元在合适的时间或事件下，做合理的控制动作，避免系统出现紊乱。
基于图2，对本发明的机器手末端执行器作进一步说明。
所述第一末端执行器和第三末端执行器布置在光伏电池的一侧，第二末端执行器和第四末端执行器布置在光伏电池的另一侧。没有布置末端执行器的方向为矫正传输带的传输方向，该方向上布置了两个触发机构，既：第一挡片、第二档片；当光伏电池触碰到第一挡片或第二档片，触发了相应的触位开关，发送触发信号给基于有监督学习的协调控制器；然后，基于有监督学习的协调控制器触发矫正非线性反馈控制器工作。
所述基于图像人工智能的光伏电池位置传感器的输出信号为位置矫正信号和角度矫正信号，它们以队列的形式将预存到矫正非线性反馈控制器里，供矫正非线性反馈控制器读取，并用于光伏电池的位置矫正。所谓队列是指，基于图像人工智能的光伏电池位置传感器的面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法处理的前一帧或者前几帧图像按照时间顺序排列，矫正非线性反馈控制器遵循FIFO原则，读取数据。因此，视觉检测工位和位置矫正工位，可以独立操作；不会产生实时影响。当然，位置矫正工位与视觉检测工位相比，产生一定的时滞作用。
基于图3，对本发明的机器手末端执行器矫正光伏电池过程作进一步说明。
所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机分别独立驱动了第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器，使得第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器可以产生独立的伸缩变量，互不影响。由此可见，一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器等同于工业机器手的四根手指，具有灵活的操控能力；另一方面，第一末端执行器和第三末端执行器布置在光伏电池的一侧，第二末端执行器和第四末端执行器布置在光伏电池的另一侧，它们的相互作用即可以产生矫正传输带光伏电池的横向平移，也可以光伏电池在矫正传输带平面上转动，由于纵向方向受第一挡片和第二挡片的限制，几乎不产生偏移(或者说，工业应用中这个方向控制精度要求不高)；最终，光伏电池的较小的位置偏差或较小的转角偏差得到精确的纠正。
Claims (1)
1.一种光伏电池智能位置检测与反馈控制矫正装置，其特征在于包括一个内环控制系统和一个外环控制系统；内环控制系统包括工业相机、图像数据采集卡、面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法、位置矫正非线性反馈控制器、第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器；外环控制系统包括基于有监督学习的协调控制器、第五伺服电机、第六伺服电机、检测传输带、矫正传输带；
当光伏电池放置在检测传输带的视觉检测工位时，外环控制系统的基于有监督学习的协调控制器发送控制信号，触发工业相机拍摄光伏电池区域图像；拍摄的图像Ⅰ经信号线传输给图像数据采集卡，图像数据采集卡将数字信号转换为基于像素的图像Ⅱ；图像Ⅱ进一步通过面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法，提取出光伏电池的坐标误差与角度误差；角度误差和坐标误差的信号线作为位置矫正非线性反馈控制器的反馈控制信号，经过非线性坐标变换转换和非线性控制器变换转化为第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机的控制信号，令第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器产生不同的进给量；从而矫正光伏电池的位置误差；
所述外环控制系统采用基于有监督学习的协调控制器对第五伺服电机和第六伺服电机进行驱动或停止，保证检测传输带上的光伏电池停留在视觉检测工位的位置，保证矫正传输带上的光伏电池停留在矫正工位的位置，从而配合内环控制系统正常工作；
所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机分别独立驱动了第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器，使得第一末端执行器、第二末端执行器、第三末端执行器、第四末端执行器能够产生独立的伸缩变量；第一末端执行器和第三末端执行器布置在光伏电池的一侧，第二末端执行器和第四末端执行器布置在光伏电池的另一侧；没有布置末端执行器的方向为矫正传输带的传输方向，该方向上布置有第一挡片、第二档片两个触发机构，当光伏电池触碰到第一挡片或第二档片，触发了相应的触位开关，发送触发信号给基于有监督学习的协调控制器；然后，基于有监督学习的协调控制器触发位置矫正非线性反馈控制器工作；
所述外环控制系统采用基于有监督学习的协调控制器对基于图像人工智能的光伏电池位置传感器以及位置矫正非线性反馈控制器进行协调控制；基于图像人工智能的光伏电池位置传感器包括工业相机、图像数据采集卡、面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法；
所述基于图像人工智能的光伏电池位置传感器的输出信号为位置矫正信号和角度矫正信号，位置矫正信号和角度矫正信号以队列的形式预存到位置矫正非线性反馈控制器里，供位置矫正非线性反馈控制器读取，并用于光伏电池的位置矫正；所谓队列是指基于图像人工智能的光伏电池位置传感器的面向光伏电池位置检测的图像识别智能算法处理的前一帧或者前几帧图像按照时间顺序排列，位置矫正非线性反馈控制器遵循FIFO原则，读取数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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