CN109433666B - 一种太阳能光伏板行走机器人的变轨机构及变轨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏板行走机器人的变轨机构及变轨方法，包括呈“人”字形的上轨和下轨；上轨包括转平轨道、水平过渡轨道一、爬升进深轨道、水平过渡轨道二和自动降轨；转平轨道用于将位于前端光伏板架上的行走机器人转移至水平过渡轨道一上；当自动降轨向下翻折时，自动降轨底部指向水平过渡轨道三；下轨包括转斜轨道、水平过渡轨道五、爬升轨道、水平过渡轨道四、进深轨道和水平过渡轨道三；转斜轨道用于将位于水平过渡轨道五上的行走机器人转移至后端光伏板架上。本发明解决了大面积铺设多排太阳能光伏板时，机器人无法在多排光伏板上跨越行走的缺陷，节省了搬运工作，同时减少了无效行程，将清扫及检测效率提高一倍。

Description

一种太阳能光伏板行走机器人的变轨机构及变轨方法
技术领域
本发明涉及光伏板清扫检测机器人技术领域，特别是一种太阳能光伏板行走机器人的变轨机构及变轨方法。
背景技术
传统能源日渐短缺，新能源的开发利用势在必行。而其中太阳能作为清洁能源，有着取之不尽用之不竭、环保等不可替代的优势，得到大力的推广利用。而太阳能光伏发电其转化率是十分重要的指标，不仅关系到太阳能的利用，而且关系到发电厂的效益。
目前，有超过一半的光伏电厂建设于条件恶劣地区，常年缺水多灰，沙尘严重，如果不及时清理太阳能电板表面的灰尘、污渍等，不仅严重影响发电效率，而且会造成热斑等现象，造成光伏电板的永久性损坏。由于太阳能电厂铺设面积较大，而且环境恶劣，太阳能的清扫检测工作量特别巨大，人工清扫成本较高，清扫车清扫受到客观环境限制不能被普遍采用，而且其工作量也较大。
比较理想的是通过机器人进行自动清扫，同时进行相关缺陷检测。然而，现有机器人只能作业一排光伏板，其他排得通过自动搬运车或人工进行机器人的搬运。另外，架设搬运轨道及设置搬运车及其不便，而且效率较低，控制繁琐。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种太阳能光伏板行走机器人的变轨机构及变轨方法，该太阳能光伏板行走机器人的变轨机构及变轨方法能将不同排光伏板架串接起来，一台机器人即可完成全部串接起来的光伏板作业，同时效率比搬运车模式效率提升至少一倍，作业里程增加一倍以上。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种太阳能光伏板行走机器人的变轨机构，用于连接相邻两排光伏板架；相邻两排光伏板架分别为前端光伏板架和后端光伏板架；光伏板架为倾斜设置，具有高边、低边和中线；其中，中线为高边和低边的对称线。
变轨机构呈“人”字形，包括上轨和下轨。
上轨包括从光伏板架侧开始依次连接铺设的转平轨道、水平过渡轨道一、爬升进深轨道、水平过渡轨道二和自动降轨。
水平过渡轨道一和水平过渡轨道二均为水平铺设，且水平过渡轨道二的高度大于水平过渡轨道一的高度；水平过渡轨道一的高度位于光伏板架的高边高度和低边高度之间。
转平轨道用于将位于前端光伏板架上的行走机器人转移至水平过渡轨道一上，爬升进深轨道用于连接水平过渡轨道一和水平过渡轨道二。
自动降轨与水平过渡轨道二的外侧端相铰接，并能上下翻折。
下轨包括从光伏板架侧开始依次连接铺设的转斜轨道、水平过渡轨道五、爬升轨道、水平过渡轨道四、进深轨道和水平过渡轨道三。
水平过渡轨道三、水平过渡轨道四和水平过渡轨道五均为水平铺设，水平过渡轨道三的高度低于水平过渡轨道二的高度，当自动降轨向下翻折时，自动降轨底部指向水平过渡轨道三；
水平过渡轨道五的高度大于水平过渡轨道四的高度；水平过渡轨道五的高度位于光伏板架的高边高度和低边高度之间。
进深轨道用于连接水平过渡轨道三和水平过渡轨道四，爬升轨道用于连接水平过渡轨道四和水平轨道五，转斜轨道用于将位于水平过渡轨道五上的行走机器人转移至后端光伏板架上。
自动降轨通过销轴和板簧与水平过渡轨道二的外侧端相连接；当板簧处于自然状态时，自动降轨与水平过渡轨道二位于同一个水平面；当行走机器人行走至自动降轨上时，自动降轨将向下翻折，自动降轨底部指向水平过渡轨道三；行走机器人从自动降轨转移至水平过渡轨道三，自动降轨恢复至水平状态。
转平轨道和转斜轨道均包括间距相等的高斜杆和低斜杆；高斜杆高端与光伏板架的高边相对接，低斜杆低端与光伏板架的低边相对接；转平轨道中高斜杆低端和低斜杆高端均与水平过渡轨道一相对接；转斜轨道中高斜杆低端和低斜杆高端均与水平过渡轨道五相对接。
水平过渡轨道一和水平过渡轨道五高度相等。
水平过渡轨道一和水平过渡轨道五的高度均等于光伏板架中线所在的水平面高度。
水平过渡轨道三的外侧设置有阻挡板，行走机器人上设置有行程开关。
水平过渡轨道二和水平过渡轨道三均位于相邻两排光伏板架的中心轴线上。
一种太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，包括如下步骤。
步骤1，机器人沿前端光伏板架行走到转平轨道，因转平轨道中上轨与下轨等距，机器人能够稳定行走于转平机构上。
步骤2，行走机器人经过转平轨道后，变为水平状态，行走至水平过渡轨道一上。
步骤3，行走机器人从水平过渡轨道一行走到爬升进深轨道上，将沿爬升进深轨道行走至相邻两排光伏板架之间间距的一半距离后，到达水平过渡轨道二。
步骤4，行走机器人前轮越过水平过渡轨道二，移动到自动降轨上，在重力作用下，将自动降轨向下压迫，自动降轨绕销轴向下旋转。
步骤5，随着行走机器人逐渐全部移动到自动降轨上，自动降轨受到机器人全部重力作用，并在行走机器人前进的过程中，绕销轴的转矩越来越大；行走机器人的重力在快离开自动降轨时处于力臂最大状态，因而能够克服板簧对自动降轨向上的作用力，自动降轨将旋转下降到底部，其底部远端架设于水平过渡轨道三上；行走机器人逐渐离开自动降轨，进入水平过渡轨道三；此时，自动降轨在板簧弹力作用下旋转至水平状态。
步骤6，行走机器人行走到水平过渡轨道三的末端，行走机器人的行程开关触碰到阻挡板后，反向行走，沿水平过渡轨道三行走到进深轨道上。
步骤7，行走机器人依次沿进深轨道、水平过渡轨道四和爬升轨道后，到达水平过渡轨道五，水平过渡轨道五与后端光伏板架处于同一竖向平面内。
步骤8，行走机器人沿转斜轨道移动，因转斜轨道中低斜杆和高斜杆等距布设，行走机器人能稳定行走其上，并移动到后端光伏板架上进行清扫作业。
步骤9，重复步骤1-8，实现一台机器人对全部光伏板架上光伏板的清扫作业。
本发明具有如下有益效果：本发明无需其他外力控制，可以实现机器人自动过渡到第二排光伏板架上。因其无需回到起点进行搬运，行走路径都在进行清扫检测，几乎全部有效，减少了空驶的行驶里程，将作业范围增加了至少一倍以上，时间节省了至少一半，取消了人工干预环节，极大提升了作业效率，增加了清扫检测频次，提升发电效率，降低成本。
附图说明
图1显示了本发明一种太阳能光伏板行走机器人的变轨机构的结构示意图。
图2显示了本发明中的变轨机构在多排光伏板架中的具体布设实例示意图。
图3显示了转平轨道的俯视图。
图4显示了转平轨道的侧视图。
图5显示了图1中B处的放大示意图。
图6显示了自动降轨下降时的结构示意图。
图7显示了自动降轨处于水平状态时的结构示意图。
其中有：
10.上轨；
11.转平轨道；111.高斜杆；112.高斜杆高端；113.高斜杆低端；114.低斜杆；115.低斜杆高端；116.低斜杆低端；
12.水平过渡轨道一；13.爬升进深轨道；14.水平过渡轨道二；
15.自动降轨；151.销轴；152.板簧；153.支撑横杆；
20.下轨；
21.水平过渡轨道三；211.阻挡板；22.进深轨道；23.水平过渡轨道四；24.爬升轨道；25.水平过渡轨道五；26.转斜轨道；
30.光伏板架；31.高边；32.低边；33.中线；34.前端光伏板架；35.后端光伏板架；
40.变轨机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在相邻两排光伏板架的一侧或两侧各设置一个本发明的变轨机构40。
当在相邻两排光伏板架30的一侧设置一个本发明的变轨机构40时，若干个变轨机构在若干排光伏板架之间呈如图2所示的交错布设，行走机器人每次将沿第一排光伏架板至最后一排光伏架板依次进行自动清扫。
当在相邻两排光伏板架的一侧设置一个本发明的变轨机构40时，行走机器人可以沿第一排光伏架板至最后一排光伏架板依次进行自动清扫；也可以反向从最后一排光伏架板向第一排光伏架板依次进行清扫，具体可以根据需要进行设置。
相邻两排光伏板架分别为前端光伏板架34和后端光伏板架35。这里所指的“前”和“后”，是沿行走机器人的行进方向进行区分的，也即行走机器人是从前端光伏板架行走至后端光伏板架。
如图3和图4所示，光伏板架为倾斜设置，具有高边31、低边32和中线33；其中，中线为高边和低边的对称线。
如图1所示，一种太阳能光伏板行走机器人的变轨机构，呈“人”字形，包括上轨10和下轨20。
上轨包括从前端光伏板架侧开始依次连接铺设的转平轨道11、水平过渡轨道一12、爬升进深轨道13、水平过渡轨道二14和自动降轨15。
水平过渡轨道一和水平过渡轨道二均为水平铺设。
水平过渡轨道一与前端光伏板架位于同一排，也即位于同一个竖向平面内；水平过渡轨道一的高度位于光伏板架的高边高度和低边高度之间，如图4所示，优选与光伏板架的中线所在水平面的高度相等。
水平过渡轨道二的高度大于水平过渡轨道一的高度，优选比水平过渡轨道一的高度高500mm，超过机器人自身高度约100mm以上。
水平过渡轨道二位于相邻两排光伏板架的中心轴线上，也即位于前端光伏板架和后端光伏板架的中心轴线上。
转平轨道用于将位于前端光伏板架上的行走机器人转移至水平过渡轨道一上。
如图3和图4所示，转平轨道包括间距相等的高斜杆111和低斜杆114，也即高斜杆所在竖向平面与低斜杆所在竖向平面相平行。
这里高斜杆和低斜杆中的“高”与“低”均与光伏板架的高边和低边相对应，与光伏板架的高边相连接的斜杆称为高斜杆，与光伏板架低边相连接的斜杆则称为低斜杆。
高斜杆高端112与前端光伏板架的高边相对接，低斜杆低端116与前端光伏板架的低边相对接；高斜杆低端和低斜杆高端均与水平过渡轨道一相对接。
进一步，高斜杆和低斜杆的两端均优选设置有弧形过渡。为保障行走机器人行走的平稳顺畅，轨道之间凡具有角度转换的地方均优选采用弧形过渡的方式。
进一步，高斜杆和低斜杆均优选为弧形杆，假如光伏板架倾斜角度为25°，转平时，高斜杆和低斜杆的倾斜角度将从25°变到0度；转斜时则相反。
高斜杆和低斜杆间距相等，故行走机器人能在转平轨道上稳定行走。
爬升进深轨道用于连接水平过渡轨道一和水平过渡轨道二，爬升进深轨道的两根平行长杆与水平过渡轨道一、水平过渡轨道二形成倾斜设置的平行四边形。
自动降轨与水平过渡轨道二的外侧端相铰接，并能上下翻折。
如图5所示，自动降轨优选通过销轴151和板簧152与水平过渡轨道二的外侧端相铰接。销轴两端的水平过渡轨道二和自动降轨上各优选设置一根支撑横杆153。
如图7所示，当板簧处于自然状态时，自动降轨与水平过渡轨道二基本位于同一个水平面，当使用一段时间后，自动降轨会略相下偏移，也在本申请的保护范围之内。当行走机器人行走至自动降轨上时，自动降轨将如图6所示向下翻折，自动降轨底部指向水平过渡轨道三；行走机器人从自动降轨转移至水平过渡轨道三，自动降轨将在板簧的弹力作用下恢复至水平状态。
当然作为替换，自动降轨的上下翻转，采用气缸或电缸等进行自动控制的方式，也在本申请的保护范围之内。板簧也可以通过其他弹簧或阻尼器替代。
下轨包括从后端光伏板架侧开始依次连接铺设的转斜轨道26、水平过渡轨道五25、爬升轨道24、水平过渡轨道四23、进深轨道22和水平过渡轨道三21。
水平过渡轨道三、水平过渡轨道四和水平过渡轨道五均为水平铺设。
水平过渡轨道五的高度位于光伏板架的高边高度和低边高度之间，优选等于水平过渡轨道一的高度。同时，水平过渡轨道五的高度优选大于水平过渡轨道四的高度。
水平过渡轨道五、水平过渡轨道四与后端光伏板架均优选位于同一个竖向平面内。
若水平过渡轨道五与后端光伏板架之间的距离为a，水平过渡轨道一与前端光伏板架之间的距离为b，水平过渡轨道四与后端光伏板架之间的距离为c，水平过渡轨道三与后端光伏板架外侧斜边所在竖向平面之间的距离为d，则d＞c＞a＝b。
水平过渡轨道三优选位于相邻两排光伏板架(也即前端光伏板架和后端光伏板架)的中心轴线上。
水平过渡轨道三的高度低于水平过渡轨道二的高度。
水平过渡轨道三的外侧优选设置有阻挡板211，行走机器人上设置有行程开关。
进深轨道用于连接水平过渡轨道三和水平过渡轨道四，进深轨道的两根平行导轨与水平过渡轨道三、水平过渡轨道四也形成平行四边形。
爬升轨道用于连接水平过渡轨道四和水平轨道五，转斜轨道用于将位于水平过渡轨道五上的行走机器人转移至后端光伏板架上。
转斜轨道的结构与转平轨道的结构相同，不同点在于：转斜轨道中高斜杆高端与后端光伏板架的高边相对接，转斜轨道中低斜杆低端与后端光伏板架的低边相对接；转斜轨道中高斜杆低端和低斜杆高端均与水平过渡轨道五相对接。
一种太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，包括如下步骤。
步骤1，机器人沿前端光伏板架行走到转平轨道，因转平轨道中上轨与下轨等距，机器人能够稳定行走于转平机构上。
步骤2，行走机器人经过转平轨道后，变为水平状态，行走至水平过渡轨道一上。
步骤3，行走机器人从水平过渡轨道一行走到爬升进深轨道上，将沿爬升进深轨道行走至相邻两排光伏板架之间间距的一半距离后，到达水平过渡轨道二。
步骤4，行走机器人前轮越过水平过渡轨道二，移动到自动降轨上，在重力作用下，将自动降轨向下压迫，自动降轨绕销轴向下旋转。
步骤5，随着行走机器人逐渐全部移动到自动降轨上，自动降轨受到机器人全部重力作用，并在行走机器人前进的过程中，绕销轴的转矩越来越大；行走机器人的重力在快离开自动降轨时处于力臂最大状态，因而能够克服板簧对自动降轨向上的作用力，自动降轨将旋转下降到底部，其底部远端架设于水平过渡轨道三上；行走机器人逐渐离开自动降轨，进入水平过渡轨道三；此时，自动降轨在板簧弹力作用下旋转至水平状态。
当形走机器人在自动降轨上行走时，自动降轨将以销轴为O点。
现对行走机器人的O点力矩进行分析如下：
Mo＝L*N
式中，Mo：行走机器人绕销轴的力矩；L:行走机器人的力臂长；N：行走机器人自重。
板簧的O点力矩为：
Mo’＝L1*K
式中，Mo’：板簧对O点力矩；L1:板簧力臂(基本固定不变)；K:板簧对自动降轨作用力。
则：Mo>Mo’
其中，随着行走机器人逐渐向自动降轨末端移动，造成板簧变形量逐渐增加，板簧变形是被动的，其中造成的阻力可以确保自动降轨不会突然快速旋转下降，便于行走机器人稳定行走。当行走机器人行走到自动降轨较远位置，板簧变形量不足以支撑自动降轨的旋转时，有水平过渡轨道三的支撑，自动降轨不会失控。
步骤6，行走机器人行走到水平过渡轨道三的末端，行走机器人的行程开关触碰到阻挡板后，反向行走，沿水平过渡轨道三行走到进深轨道上。
步骤7，行走机器人依次沿进深轨道、水平过渡轨道四和爬升轨道后，到达水平过渡轨道五，水平过渡轨道五与后端光伏板架处于同一竖向平面内。
步骤8，行走机器人沿转斜轨道移动，因转斜轨道中低斜杆和高斜杆等距布设，行走机器人能稳定行走其上，并移动到后端光伏板架上进行清扫作业。
步骤9，重复步骤1-8，实现一台机器人对全部光伏板架上光伏板的清扫作业。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，机器人沿前端光伏板架行走到转平轨道，因转平轨道中上轨与下轨等距，机器人能够稳定行走于转平机构上；
步骤2，行走机器人经过转平轨道后，变为水平状态，行走至水平过渡轨道一上；
步骤3，行走机器人从水平过渡轨道一行走到爬升进深轨道上，将沿爬升进深轨道行走至相邻两排光伏板架之间间距的一半距离后，到达水平过渡轨道二；
步骤4，行走机器人前轮越过水平过渡轨道二，移动到自动降轨上，在重力作用下，将自动降轨向下压迫，自动降轨绕销轴向下旋转；
步骤5，随着行走机器人逐渐全部移动到自动降轨上，自动降轨受到机器人全部重力作用，并在行走机器人前进的过程中，绕销轴的转矩越来越大；行走机器人的重力在快离开自动降轨时处于力臂最大状态，因而能够克服板簧对自动降轨向上的作用力，自动降轨将旋转下降到底部，其底部远端架设于水平过渡轨道三上；行走机器人逐渐离开自动降轨，进入水平过渡轨道三；此时，自动降轨在板簧弹力作用下旋转至水平状态；
步骤6，行走机器人行走到水平过渡轨道三的末端，行走机器人的行程开关触碰到阻挡板后，反向行走，沿水平过渡轨道三行走到进深轨道上；
步骤7，行走机器人依次沿进深轨道、水平过渡轨道四和爬升轨道后，到达水平过渡轨道五，水平过渡轨道五与后端光伏板架处于同一竖向平面内；
步骤8，行走机器人沿转斜轨道移动，因转斜轨道中低斜杆和高斜杆等距布设，行走机器人能稳定行走其上，并移动到后端光伏板架上进行清扫作业；
步骤9，重复步骤1-8，实现一台机器人对全部光伏板架上光伏板的清扫作业。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，其特征在于：基于一种太阳能光伏板行走机器人的变轨机构，变轨机构用于连接相邻两排光伏板架；相邻两排光伏板架分别为前端光伏板架和后端光伏板架；光伏板架为倾斜设置，具有高边、低边和中线；其中，中线为高边和低边的对称线；
变轨机构呈“人”字形，包括上轨和下轨；
上轨包括从光伏板架侧开始依次连接铺设的转平轨道、水平过渡轨道一、爬升进深轨道、水平过渡轨道二和自动降轨；
水平过渡轨道一和水平过渡轨道二均为水平铺设，且水平过渡轨道二的高度大于水平过渡轨道一的高度；水平过渡轨道一的高度位于光伏板架的高边高度和低边高度之间；
转平轨道用于将位于前端光伏板架上的行走机器人转移至水平过渡轨道一上，爬升进深轨道用于连接水平过渡轨道一和水平过渡轨道二；
自动降轨与水平过渡轨道二的外侧端相铰接，并能上下翻折；
下轨包括从光伏板架侧开始依次连接铺设的转斜轨道、水平过渡轨道五、爬升轨道、水平过渡轨道四、进深轨道和水平过渡轨道三；
水平过渡轨道三、水平过渡轨道四和水平过渡轨道五均为水平铺设；
水平过渡轨道三的高度低于水平过渡轨道二的高度，当自动降轨向下翻折时，自动降轨底部指向水平过渡轨道三；
水平过渡轨道五的高度大于水平过渡轨道四的高度；水平过渡轨道五的高度位于光伏板架的高边高度和低边高度之间；
进深轨道用于连接水平过渡轨道三和水平过渡轨道四，爬升轨道用于连接水平过渡轨道四和水平轨道五，转斜轨道用于将位于水平过渡轨道五上的行走机器人转移至后端光伏板架上。
3.根据权利要求2所述的太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，其特征在于：自动降轨通过销轴和板簧与水平过渡轨道二的外侧端相连接；当板簧处于自然状态时，自动降轨与水平过渡轨道二位于同一个水平面；当行走机器人行走至自动降轨上时，自动降轨将向下翻折，自动降轨底部指向水平过渡轨道三；行走机器人从自动降轨转移至水平过渡轨道三，自动降轨恢复至水平状态。
4.根据权利要求2所述的太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，其特征在于：转平轨道和转斜轨道均包括间距相等的高斜杆和低斜杆；高斜杆高端与光伏板架的高边相对接，低斜杆低端与光伏板架的低边相对接；转平轨道中高斜杆低端和低斜杆高端均与水平过渡轨道一相对接；转斜轨道中高斜杆低端和低斜杆高端均与水平过渡轨道五相对接。
5.根据权利要求2所述的太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，其特征在于：水平过渡轨道一和水平过渡轨道五高度相等。
6.根据权利要求5所述的太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，其特征在于：水平过渡轨道一和水平过渡轨道五的高度均等于光伏板架中线所在的水平面高度。
7.根据权利要求2所述的太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，其特征在于：水平过渡轨道三的外侧设置有阻挡板，行走机器人上设置有行程开关。
8.根据权利要求2所述的太阳能光伏板行走机器人的变轨方法，其特征在于：水平过渡轨道二和水平过渡轨道三均位于相邻两排光伏板架的中心轴线上。
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