CN110064613A - 一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人 - Google Patents

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张宏扬
林晨星
董庆国
刘齐舟
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Abstract

本发明公开了一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，包括有矩形框结构的安装框架，固定于安装框架内的控制系统与蓄电池，两组分别通过对应双向转换系统连接于安装框架两端部内的平移行走系统，两组连接于安装框架内的清扫行走系统，两组分别连接于安装框架两侧的清扫系统，以及固定于安装框架上的检测系统。本发明可以完成对屋顶光伏电站任意位置的清扫，不需要固定轨道和移动的平台系统，节约成本，灵活性强。本发明不需要辅助设备，机器人的X方向与Y方向可以自主选择行走，通过控制系统可以到达孤立组件，完成孤立组件的清扫，在屋顶光伏电站的应用具有更大的前景，尤其是灰尘比较多的厂房屋顶更具优势。

Description

一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人
技术领域
本发明涉及清扫机器人领域，具体是一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人。
背景技术
光伏发电是一种清洁能源，已在全世界得到广泛运用。光伏组件是太阳能电站电能产生的根源，光伏组件的效率直接决定着太阳能电站的发电量。如果灰尘附着在光伏组件表面，影响了光线的透射率，进而影响组件表面接收到的辐射量，就会影响发电效率，还有因为灰尘距离电池片的距离很近，会形成阴影，就会在光伏组件局部形成热斑效应进而降低组件的发电效率，甚至烧毁组件，因此，保持光伏组件清洁是保证光伏电站最大发电能力的有效途径。目前清扫机器人有很多种，一是地面电站清扫机器人，二屋顶电站清扫机器人，尤其以屋顶电站的清扫机器人最难开发；屋顶电站组件安装在屋顶，屋顶电站组件的安装包含有检修通道和采光带，将电站分割为一块一块的独立的矩阵，每个矩阵为一个独立的小单元，每个矩阵与另外的矩阵之间是采光带或检修带，传统的做法一是在两个矩阵之间的采光带或检修带搭建过度的通道，二是每个矩阵使用一台单自由度的清扫设备清扫，N个矩阵就需要N个清扫设备，这两种做法造成安装工程工作节拍繁琐，工作量大，周期长，系统稳定性差，设备和人工成本高，容易出现各种故障，运行的稳定性较差；现有技术采用的是需要安装固定轨道的机器人(设备)技术方案，这种技术方案很难对每块组件完成清扫，电站在安装的时候，要避开一些障碍物，造成电站的部分组件有时是孤立的组件，此时孤立组件的清扫相当麻烦，传统的做法专门再曾加一台清扫设备清扫孤立的组件，此种做法成本高，施工麻烦，这几块如果不清扫将对整个组串产生重要的影响，如果组串中有一块未清扫，相当于整块组件都未清扫，对电站的影响较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，可实现双向行走和自动清扫功能，适用于屋顶光伏电站的清扫。
本发明的技术方案为：
一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，包括有安装框架，固定于安装框架内且位于安装框架中部的控制系统与蓄电池，两组分别通过对应双向转换系统连接于安装框架两端部内的平移行走系统，两组连接于安装框架内的清扫行走系统，两组分别连接于安装框架两侧的清扫系统，以及固定于安装框架上的检测系统；所述的安装框架是由多个竖直封板连接而成的矩形框结构；
所述的控制系统与蓄电池位于两组平移行走系统之间，每组平移行走系统均包括有平移行走框架、固定于平移行走框架内侧壁上的平移行走驱动电机、两组分别转动连接于平移行走框架两外侧壁上的平移传动轮和缠绕于每组平移传动轮上的平移行走履带，所述的两组平移传动轮的输入端均与平移行走驱动电机的输出轴固定连接；
所述的双向转换系统包括有电动推杆、上推杆轴、下推杆轴、两组从动连杆、第一传动轴和第二传动轴，所述的电动推杆位于两组从动连杆之间，两组从动连杆相互平行，所述的电动推杆的顶端铰接于上推杆轴上，电动推杆的底端铰接于下推杆轴上，上推杆轴的两端铰接于安装框架上，下推杆轴的两端铰接于对应一组平移行走系统的平移行走框架上，两组从动连杆的顶端均铰接于第一传动轴上，两组从动连杆的底端均铰接于第二传动轴上，第一传动轴的两端铰接于安装框架上，第二传动轴的两端铰接于对应一组平移行走系统的平移行走框架上；
所述的两组清扫行走系统均包括有固定于安装框架上的清扫行走驱动电机、两组分别位于对应平移行走系统两端的清扫行走传动轮和缠绕于清扫行走传动轮上的清扫行走履带，其中一组清扫行走传动轮与清扫行走驱动电机的输出轴固定连接，其中一组清扫行走传动轮通过清扫行走传动轴与另一组清扫行走传动轮传动连接；
所述的两组清扫系统均包括有固定于安装框架一端头处的清扫驱动电机、与清扫驱动电机连接的清扫传动轴和固定于清扫传动轴上的旋转滚刷，所述的清扫传动轴与清扫行走传动轴相互平行，清扫传动轴的一端与清扫驱动电机的输出轴固定连接，清扫传动轴的另一端通过轴承与安装框架的另一端头连接，所述的旋转滚刷的底端与清扫行走履带的底端位于同一水平面；
所述的检测系统为四个分别固定于安装框架四个拐角处的位移传感器，四个位移传感器、平移行走驱动电机、电动推杆、清扫行走驱动电机、清扫驱动电机均与控制系统连接，所述的平移行走驱动电机、电动推杆、清扫行走驱动电机、清扫驱动电机、控制系统均与蓄电池连接实现供电。
所述的平移行走框架是由竖直封板组成的矩形框结构，所述的两组平移传动轮均包括有平移主动轮、多个平移辅助轮、平移从动轮和平移张紧轮，所述的平移主动轮与平移行走驱动电机的输出轴固定连接，多个平移辅助轮位于平移主动轮和平移从动轮之间，平移行走履带缠绕于平移主动轮、多个平移辅助轮和平移从动轮上，所述的平移张紧轮位于平移行走履带的外圈紧贴平移行走履带的外壁。
所述的双向转换系统的每组从动连杆均包括有两个相互平行的从动连杆，每组第一传动轴均包括有两个相互平行且位于同一水平面的第一传动轴，每组第二传动轴均包括有两个相互平行且位于同一水平面的第二传动轴，两组从动连杆中，位于电动推杆两侧且相互平行的两个从动连杆的顶端与对应的一个第一传动轴铰接，位于电动推杆两侧且相互平行的两个从动连杆的底端与对应的一个第二传动轴铰接。
所述的电动推杆和两组从动连杆为交叉结构。
所述的两组清扫行走传动轮中，清扫行走传动轮为四个，每两个为一组，每个清扫行走传动轮上均缠绕有对应的清扫行走履带，每个清扫行走传动轮均包括有清扫行走主动轮、多个清扫行走辅助轮、清扫行走从动轮和清扫行走张紧轮，其中一组清扫行走传动轮的两个清扫行走主动轮均与清扫行走驱动电机的输出轴固定连接，其中一组清扫行走传动轮的两个清扫行走主动轮通过清扫行走传动轴与另一组清扫行走传动轮的两个清扫行走主动轮传动连接，多个清扫行走辅助轮位于对应的清扫行走主动轮和清扫行走从动轮之间，清扫行走履带缠绕于清扫行走主动轮、多个清扫行走辅助轮和清扫行走从动轮上，清扫行走张紧轮位于对应的清扫行走履带的内圈且紧贴清扫行走履带的内壁。
所述的清扫行走系统的清扫行走传动轴选用传动空心轴。
所述的清扫系统还包括有多个固定连接于安装框架外侧壁上的安装隔板，多个安装隔板沿安装框架轴向均匀分布，所述的清扫驱动电机固定于邻近安装框架一端头处的安装隔板上，相邻的安装隔板之间均通过轴承连接有清扫传动轴，多个清扫传动轴之间相互固定连接，每个清扫传动轴上都固定有对应的旋转滚刷。
所述的安装框架的底端固定有多个沿安装框架轴向固定的辅助刷条，多个辅助刷条的底端与清扫行走履带的底端位于同一水平面。
所述的安装框架的底端固定有多个限位轮，多个限位轮的底端均高于旋转滚刷的底端。
本发明的优点：
本发明可以凭单台小清扫设备就可以完成对整个屋顶光伏电站，以及电站光伏矩阵任意位置进行清扫，同时不需要增设固定轨道的辅助措施，不需要安装让机器人越过采光带或检修带的辅助轨道，不需要安装移动的平台系统，达到大幅度节约设备成本和人工成本，显著的缩短安装时间，具有很强的灵活性。本发明可以轻松的通过采光带及检修通道，不需要辅助设备，机器人的X方向与Y方向可以自主选择行走，通过控制系统可以到达孤立组件，完成孤立组件的清扫，在屋顶光伏电站的应用具有更大的前景，尤其是灰尘比较多的厂房屋顶更具优势。
附图说明
图1是本发明的俯视图。
图2是本发明平移行走系统的俯视图。
图3是本发明平移行走系统的主视图。
图4是本发明双向转换系统的主视图。
图5是本发明双向转换系统的俯视图。
图6是本发明清扫行走系统的俯视图。
图7是本发明清扫行走系统的侧视图。
图8是本发明清扫系统的俯视图。
图9是是本发明清扫系统的侧视图。
图10为本发明清扫光伏电站矩阵组件的运行轨迹图。
图11是本发明清扫光伏电站孤立组件的运行轨迹图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，包括有安装框架1，固定于安装框架1内且位于安装框架1中部的控制系统2与蓄电池3，两组分别通过对应双向转换系统5连接于安装框架1两端部内的平移行走系统4，两组连接于安装框架1内的清扫行走系统6，两组分别连接于安装框架1两侧的清扫系统7，以及固定于安装框架1上的检测系统；安装框架1是由多个竖直封板连接而成的矩形框结构；
见图2和图3，控制系统2与蓄电池3位于两组平移行走系统4之间，每组平移行走系统4均包括有平移行走框架41、固定于平移行走框架41内侧壁上的平移行走驱动电机42、两组分别转动连接于平移行走框架41两外侧壁上的平移传动轮和缠绕于每组平移传动轮上的平移行走履带43，两组平移传动轮的输入端均与平移行走驱动电机42的输出轴固定连接；其中，平移行走框架41是由竖直封板组成的矩形框结构，两组平移传动轮均包括有平移主动轮44、三个平移辅助轮45、平移从动轮46和平移张紧轮47，平移主动轮44与平移行走驱动电机42的输出轴固定连接，三个平移辅助轮45位于平移主动轮44和平移从动轮46之间，平移行走履带43缠绕于平移主动轮44、三个平移辅助轮45和平移从动轮46上，平移张紧轮47位于平移行走履带43的外圈紧贴平移行走履带47的外壁；
见图4和图5，双向转换系统5包括有电动推杆51、上推杆轴52、下推杆轴53、两组从动连杆54、第一传动轴55和第二传动轴56，电动推杆51位于两组从动连杆54之间，两组从动连杆54相互平行，电动推杆51的顶端铰接于上推杆轴52上，电动推杆51的底端铰接于下推杆轴53上，上推杆轴52的两端铰接于安装框架5上，下推杆轴53的两端铰接于对应一组平移行走系统4的平移行走框架41上，电动推杆51和两组从动连杆54为交叉结构，每组从动连杆54均包括有两个相互平行的从动连杆，每组第一传动轴55均包括有两个相互平行且位于同一水平面的第一传动轴，每组第二传动轴56均包括有两个相互平行且位于同一水平面的第二传动轴，两组从动连杆中，位于电动推杆51两侧且相互平行的两个从动连杆54的顶端与对应的一个第一传动轴55铰接，位于电动推杆51两侧且相互平行的两个从动连杆54的底端与对应的一个第二传动轴56铰接；
见图6和图7，两组清扫行走系统6均包括有固定于安装框架1上的清扫行走驱动电机61、两组分别位于对应平移行走系统两端的清扫行走传动轮和缠绕于清扫行走传动轮上的清扫行走履带62；其中，两组清扫行走传动轮中，清扫行走传动轮为四个，每两个为一组，每个清扫行走传动轮上均缠绕有对应的清扫行走履带62，每个清扫行走传动轮均包括有清扫行走主动轮64、三个清扫行走辅助轮65、清扫行走从动轮66和清扫行走张紧轮67，其中一组清扫行走传动轮的两个清扫行走主动轮64均与清扫行走驱动电机61的输出轴固定连接，其中一组清扫行走传动轮的两个清扫行走主动轮64通过清扫行走传动轴63(传动空心轴)与另一组清扫行走传动轮的两个清扫行走主动轮64传动连接，三个清扫行走辅助轮65位于对应的清扫行走主动轮64和清扫行走从动轮66之间，清扫行走履带62缠绕于清扫行走主动轮64、三个清扫行走辅助轮65和清扫行走从动轮66上，清扫行走张紧轮67位于对应的清扫行走履带62的内圈且紧贴清扫行走履带的内壁；
见图8和图9，两组清扫系统7均包括有多个固定连接于安装框架1外侧壁上的安装隔板71，固定于邻近安装框架1一端头处安装隔板71上的清扫驱动电机72、与清扫驱动电机72连接的清扫传动轴73和固定于清扫传动轴73上的旋转滚刷74，安装隔板71沿安装框架1轴向均匀分布，清扫传动轴73与清扫行走传动轴63相互平行，相邻的安装隔板71之间均通过轴承连接有清扫传动轴73，多个清扫传动轴73之间相互固定连接，每个清扫传动轴73上都固定有对应的旋转滚刷74，旋转滚刷74的底端与清扫行走履带62的底端位于同一水平面，且安装框架1的底端固定有四个沿安装框架1轴向固定的辅助刷条75，四个辅助刷条75的底端与清扫行走履带62的底端位于同一水平面；其中，安装框架的底端固定有八个限位轮76，八个限位轮的底端均高于旋转滚刷的底端，在清扫过程中，旋转滚刷74在光伏电站组件上清扫会有轻微摆动，限位轮76的作用是限制摆动的幅度，控制旋转滚刷74与光伏电站组件的接触面积，从而控制旋转滚刷74与光伏电站组件的摩擦力。
检测系统为四个分别固定于安装框架1四个拐角处的位移传感器8(见图1)，四个位移传感器8、平移行走驱动电机42、电动推杆51、清扫行走驱动电机61、清扫驱动电机72均与控制系统2连接，平移行走驱动电机42、电动推杆51、清扫行走驱动电机61、清扫驱动电机72、控制系统2均与蓄电池3连接实现供电。
本发明的工作原理：
清扫模式，电动推杆51处于收缩状态，此时，平移行走系统4平移行走履带43的底端低于清扫行走系统6清扫行走履带62的底端，平移行走履带43不接触屋顶光伏组件上表面且有一个固定的距离，此时清扫行走系统6与清扫系统7工作，清扫平移系统6的清扫行走驱动电机61工作，清扫行走驱动电机61带动清扫行走传动轮转动，清扫行走传动轮驱动清扫行走履带62运动，机器人沿Y方向移动，同时清扫系统7的清扫驱动电机72工作，清扫驱动电机72带动清扫传动轴73上的旋转滚刷74转动，完成光伏组件的清洁；平移模式，电动推杆处于伸长状态，将机器人整体举升一个高度，此时，平移行走系统4平移行走履带43的底端高于清扫行走系统6清扫行走履带62的底端，清扫行走履带62不接触屋顶光伏组件上表面且有一个固定的距离，平移行走系统4的平移行走驱动电机42，平移行走驱动电机42带动平移传动轮转动，平移传动轮驱动平移行走履带43运动，机器人沿X方向移动，完成清扫位置的改变。
检测系统的四个位移传感器8安装在机器人接近四个角的位置，负责清扫运动方向与平移运动方向的位移检测，并将检测数据发送给控制系统2，控制系统2根据检测系统的数据实时控制平移行走驱动电机42和清扫行走驱动电机61的转速，确保机器人无偏、平稳前进。
如图10所示，在清扫行走运动中，机器人在清扫A1矩阵的结束后，进入A2矩阵清扫，两个矩阵中间有检修带，机器人的清扫行走系统6可以轻松的越过检修带，由于机器人的清扫行走系统6为履带行走模式，履带按需要的长度设计，清扫行走履带62接触组件的长度大于检修带宽度的2倍，机器人可以轻松的越过检修带；在A2矩阵清扫结束后进入A3矩阵清扫，机器人需要越过采光带，机器人需要做X方向的运动，此时平移行走系统4工作，由于平移行走系统4为左右双系统，平移行走系统4平移行走履带43的长度满足平移行走履带43可以同时接触A2矩阵的左边沿与A3矩阵的右边沿，使得机器人可以轻松平稳的越过采光带，进入A3矩阵完成清扫；A3矩阵清扫结束后机器人通过清扫行走系统6进入A4矩阵完成清扫。
本发明在清扫电站的孤立组件时，按如图11的运动方式，通过清扫行走系统6与平移行走系统4的转换完成孤立组件及全部电站的清扫。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，其特征在于：包括有安装框架，固定于安装框架内且位于安装框架中部的控制系统与蓄电池，两组分别通过对应双向转换系统连接于安装框架两端部内的平移行走系统，两组连接于安装框架内的清扫行走系统，两组分别连接于安装框架两侧的清扫系统，以及固定于安装框架上的检测系统；所述的安装框架是由多个竖直封板连接而成的矩形框结构；
所述的控制系统与蓄电池位于两组平移行走系统之间，每组平移行走系统均包括有平移行走框架、固定于平移行走框架内侧壁上的平移行走驱动电机、两组分别转动连接于平移行走框架两外侧壁上的平移传动轮和缠绕于每组平移传动轮上的平移行走履带，所述的两组平移传动轮的输入端均与平移行走驱动电机的输出轴固定连接；
所述的双向转换系统包括有电动推杆、上推杆轴、下推杆轴、两组从动连杆、第一传动轴和第二传动轴，所述的电动推杆位于两组从动连杆之间，两组从动连杆相互平行，所述的电动推杆的顶端铰接于上推杆轴上，电动推杆的底端铰接于下推杆轴上，上推杆轴的两端铰接于安装框架上，下推杆轴的两端铰接于对应一组平移行走系统的平移行走框架上，两组从动连杆的顶端均铰接于第一传动轴上，两组从动连杆的底端均铰接于第二传动轴上，第一传动轴的两端铰接于安装框架上，第二传动轴的两端铰接于对应一组平移行走系统的平移行走框架上；
所述的两组清扫行走系统均包括有固定于安装框架上的清扫行走驱动电机、两组分别位于对应平移行走系统两端的清扫行走传动轮和缠绕于清扫行走传动轮上的清扫行走履带，其中一组清扫行走传动轮与清扫行走驱动电机的输出轴固定连接，其中一组清扫行走传动轮通过清扫行走传动轴与另一组清扫行走传动轮传动连接；
所述的两组清扫系统均包括有固定于安装框架一端头处的清扫驱动电机、与清扫驱动电机连接的清扫传动轴和固定于清扫传动轴上的旋转滚刷，所述的清扫传动轴与清扫行走传动轴相互平行，清扫传动轴的一端与清扫驱动电机的输出轴固定连接，清扫传动轴的另一端通过轴承与安装框架的另一端头连接，所述的旋转滚刷的底端与清扫行走履带的底端位于同一水平面；
所述的检测系统为四个分别固定于安装框架四个拐角处的位移传感器，四个位移传感器、平移行走驱动电机、电动推杆、清扫行走驱动电机、清扫驱动电机均与控制系统连接，所述的平移行走驱动电机、电动推杆、清扫行走驱动电机、清扫驱动电机、控制系统均与蓄电池连接实现供电。
2.根据权利要求1所述的一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，其特征在于：所述的平移行走框架是由竖直封板组成的矩形框结构，所述的两组平移传动轮均包括有平移主动轮、多个平移辅助轮、平移从动轮和平移张紧轮，所述的平移主动轮与平移行走驱动电机的输出轴固定连接，多个平移辅助轮位于平移主动轮和平移从动轮之间，平移行走履带缠绕于平移主动轮、多个平移辅助轮和平移从动轮上，所述的平移张紧轮位于平移行走履带的外圈紧贴平移行走履带的外壁。
3.根据权利要求1所述的一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，其特征在于：所述的双向转换系统的每组从动连杆均包括有两个相互平行的从动连杆，每组第一传动轴均包括有两个相互平行且位于同一水平面的第一传动轴，每组第二传动轴均包括有两个相互平行且位于同一水平面的第二传动轴，两组从动连杆中，位于电动推杆两侧且相互平行的两个从动连杆的顶端与对应的一个第一传动轴铰接，位于电动推杆两侧且相互平行的两个从动连杆的底端与对应的一个第二传动轴铰接。
4.根据权利要求1所述的一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，其特征在于：所述的电动推杆和两组从动连杆为交叉结构。
5.根据权利要求1所述的一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，其特征在于：所述的两组清扫行走传动轮中，清扫行走传动轮为四个，每两个为一组，每个清扫行走传动轮上均缠绕有对应的清扫行走履带，每个清扫行走传动轮均包括有清扫行走主动轮、多个清扫行走辅助轮、清扫行走从动轮和清扫行走张紧轮，其中一组清扫行走传动轮的两个清扫行走主动轮均与清扫行走驱动电机的输出轴固定连接，其中一组清扫行走传动轮的两个清扫行走主动轮通过清扫行走传动轴与另一组清扫行走传动轮的两个清扫行走主动轮传动连接，多个清扫行走辅助轮位于对应的清扫行走主动轮和清扫行走从动轮之间，清扫行走履带缠绕于清扫行走主动轮、多个清扫行走辅助轮和清扫行走从动轮上，清扫行走张紧轮位于对应的清扫行走履带的内圈且紧贴清扫行走履带的内壁。
6.根据权利要求1所述的一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，其特征在于：所述的清扫行走系统的清扫行走传动轴选用传动空心轴。
7.根据权利要求1所述的一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，其特征在于：所述的清扫系统还包括有多个固定连接于安装框架外侧壁上的安装隔板，多个安装隔板沿安装框架轴向均匀分布，所述的清扫驱动电机固定于邻近安装框架一端头处的安装隔板上，相邻的安装隔板之间均通过轴承连接有清扫传动轴，多个清扫传动轴之间相互固定连接，每个清扫传动轴上都固定有对应的旋转滚刷。
8.根据权利要求1所述的一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，其特征在于：所述的安装框架的底端固定有多个沿安装框架轴向固定的辅助刷条，多个辅助刷条的底端与清扫行走履带的底端位于同一水平面。
9.根据权利要求1所述的一种自动化垂直双向行走控制的光伏电站清扫机器人，其特征在于：所述的安装框架的底端固定有多个限位轮，多个限位轮的底端均高于旋转滚刷的底端。
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