CN110420955B - 一种光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置及方法，本发明所涉及到的装置和方法可用于光伏组件的清扫机器人系统中，可使清扫机器人不受光伏组件的安装高度、角度及误差的影响，实现清扫机器人与各排光伏组件的准确定位；实现单台清扫机器人对多排光伏组件的自动清扫；实现对不同安装角度的光伏组件进行自动清扫；实现对不同安装高度的组件进行自动清扫。

Description

一种光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置及方法

技术领域

本发明涉及光伏组件清扫机器人技术领域，具体为一种光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置及方法。

背景技术

随着太阳能光伏电站的大规模建设，光伏电站面临着组件清洁问题。目前，光伏组件的清洁仍多为人工清洁方式，人工清洁方式效率低、成本高，且通常需要耗费大量的水资源。近几年人们研究开发的光伏板自动清洁机器人可以运用到光伏组件的清洁工作中来，但是由于机器人的投入成本较高，且各方面技术还不是很成熟，因此当下光伏组件清扫机器人的实际应用普及率较低，还无法做到大规模推广应用。

由于不同地区所在的纬度及气候等差异，为实现光伏组件的最大发电效率，各地区的光伏组件安装通常具有各自的最佳安装角度；不同地区、不同场地，光伏组件的安装角度和高度通常不同；即使同一片光伏场地，由于存在安装误差或地形变化，光伏组件在安装角度及安装高度上也不完全一致。由于这些差异性，使得大范围应用清洁机器人变得十分困难。当前，可应用的光伏组件清扫机器人及机器人与光伏组件的定位方法多是针对特定光伏排布场景进行设计，适应性较低，无法适用于多种不同的光伏排布场景。

综上所述，现在技术存在以下问题：1、现有的部分清扫机器人只能根据特定的应用场地，以固定的角度及安装高度与光伏组件在单一方向上对齐，只能针对特定排布方式的光伏组件进行清扫，同时，对光伏组件排布的整齐性要求较高，当光伏组件排布不整齐时，可能发生机器人卡死现象。2、现有具有调节功能的清扫机器人只能进行角度方向或高度方向的单一因素的定位，无法同时进行角度和高度方向的位置定位。3、现有部分清扫机器人采用桥接架的形式实现清扫机器人与不规则安装的光伏组件的位置定位，此种方式，在机器人部署时需要在光伏场地上安装额外的支架系统，增加了机器人的部署成本；同时，此种位置定位方法对桥接架的倾斜角度有要求，通常不能大于20度，限制了其应用范围，因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置及方法，能够实现清扫机器人在工作过程中，自动调整清扫小车的高度和倾斜角度，实现清扫机器人与不同安装角度和不同安装高度的多排光伏组件的自动准确定位，解决了单台清扫机器人对多排不规则安装方式的光伏组件的清扫问题，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置，包括清扫机器人停止位、光伏组件、清扫小车、行走轨道、行走轨道框及摆渡车，所述光伏组件一侧设置有多个行走轨道框，部分所述行走轨道框布置于每排光伏组件侧面的相应位置，所述行走轨道框上铺设有行走轨道，所述摆渡车设置于行走轨道上，所述摆渡车上活动设置有清扫小车，所述行走轨道上还设置有清扫机器人停止位。

优选的，所述摆渡车由摆渡车底盘、高度调节装置以及角度调节装置组成，摆渡车底盘位于摆渡车下端，所述摆渡车底盘为矩形框结构，所述摆渡车底盘下表面一端安装有摆渡车驱动装置和组件定位开关，所述摆渡车底盘中间位置两侧各安装有一套锁止电动推杆，所述摆渡车底盘上表面一端安装有高度调节装置，摆渡车底盘上表面另一端安装有角度调节装置；所述摆渡车中的高度调节装置由第一杆框、第二杆框以及后端电动推杆组成，所述第一杆框的下端与U型滑块铰支座相连，所述U型滑块铰支座安装于下端滑轨中并可沿下端滑轨自由滑动，所述第一杆框上端与第一杆框上端铰支座相连，所述第一杆框上端铰支座固定于清扫小车支撑框下表面中间偏上位置，所述第二杆框下端与第二杆框下端铰支座相连，所述第二杆框上端连接至第一杆框的中间位置，所述第一杆框和第二杆框之间通过后端电动推杆相连；所述摆渡车中的角度调节装置由第三杆框和前端电动推杆组成，所述第三杆框下端连接至第三杆框下端铰支座，所述第三杆框上端与上端滑块铰支座相连，所述上端滑块铰支座安装于上端滑轨中并可在上端滑轨中自由滑动，所述前端电动推杆的一端固定于摆渡车底盘上，所述前端电动推杆另一端与第三杆框上端相连。

优选的，在杆框杆件长度上所述第一杆框长度为第二杆框长度的两倍。

优选的，每排所述光伏组件近离行走轨道一侧两端分别设置有组件上端定位开关挡板及组件下端定位开关挡板，光伏组件旁的所述行走轨道框位于行走轨道内侧两端分别设置有锁止孔板，所述锁止孔板上设置有通孔，行走轨道框内侧任意一侧设置有组件定位开关挡板。

优选的，包括以下步骤：

步骤一：当光伏组件需要清洁时，清扫机器人系统开始工作，此时，摆渡车驱动装置启动，清扫小车搭载于摆渡车上从行走轨道一端的清扫机器人停止位出发，并沿行走轨道行进；

步骤二：在摆渡车沿行走轨道行进过程中，当摆渡车接近每排组件旁边，摆渡车底部的组件定位开关感应到位于组件旁行走轨道框上相应位置的组件定位开关挡板时，摆渡车减速停止，此时摆渡车与该排光伏组件在沿轨道方向上实现定位；

步骤三：当摆渡车完全停止后，摆渡车上两套锁止电动推杆开始工作，锁止电动推杆向下推出，插入位于行走轨道框上两侧锁止孔板的通孔中，将摆渡车与行走轨道框相固定；

步骤四：摆渡车高度调节装置动作，摆渡车后端电动推杆伸缩，推动第一杆框和第二杆框运动，其中，在运动过程中，第一杆框下端通过U型滑块铰支座沿下端滑轨水平移动，第一杆框上端做上下直线运行，并通过第一杆框上端铰支座和清扫小车支撑框带动清扫小车做高度方向的调节；

步骤五：在摆渡车后端电动推杆运动过程中，当摆渡车上端定位开关感应到组件上端定位开关挡板时，后端电动推杆停止动作，此时，清扫小车与光伏组件实现在高度方向上的定位；

步骤六：摆渡车角度调节装置动作。摆渡车前端电动推杆伸缩，推动第三杆框绕第三杆框下端铰支座转动，在第三杆框转动过程中，第三杆框通过上端滑块支座和清扫小车支撑框带动清扫小车绕第一杆框上端铰支座转动；

步骤七：在摆渡车前端电动推杆伸缩过程中，当摆渡车下端定位开关感应到组件下端定位开关挡板时，前端电动推杆停止动作，此时，清扫小车与光伏组件实现准确定位；

步骤八：摆渡车上的清扫小车启动，并从清扫小车支撑框驶上光伏组件对该排组件进行清洁，当清洁完成后，清扫小车沿光伏组件返回摆渡车清扫小车支撑框；

步骤九：摆渡车前端电动推杆伸缩，将清扫小车恢复至默认角度位置；

步骤十：摆渡车后端电动推杆伸缩，将清扫小车恢复至默认高度位置；

步骤十一：摆渡车锁止电动推杆动作，锁止电动推杆从行走轨道框上锁止孔板的通孔中收回，摆渡车与行走轨道框取消固定；

步骤十二：摆渡车驱动装置启动，摆渡车搭载清扫小车沿行走轨道前往下一排光伏组件；

步骤十三：当清扫小车和摆渡车电量充足时，重复执行步骤二到步骤十二，当清扫小车或摆渡车电量不足时，摆渡车搭载清扫小车返回清扫机器人停止位；

步骤十四：当清扫小车清扫完最后一排光伏组件时，摆渡车搭载清扫小车返回清扫机器人停止位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）该装置和方法可用于光伏组件的清扫机器人系统中，可使清扫机器人不受光伏组件的安装高度、角度及误差的影响，实现清扫机器人与各排光伏组件的准确定位。

（2）实现单台清扫机器人对多排光伏组件的自动清扫。

（3）实现对不同安装角度的光伏组件进行自动清扫；实现对不同安装高度的组件进行自动清扫。

附图说明

图1为光伏组件清扫机器人系统示意图。

图2为清扫机器人与光伏组件自动对齐示意图。

图3为摆渡车的结构示意图。

图4为清扫机器人定位传感器挡板设置示意图。

图中：1-清扫机器人停止位；2-光伏组件；3-清扫小车；4-行走轨道；5-行走轨道框；6-摆渡车；7-摆渡车底盘；8-第三杆框；9-摆渡车下端定位开关；10-前端电动推杆；11-上端滑轨；12-上端滑块铰支座；13-摆渡车上端定位开关；14-第一杆框上端铰支座；15-清扫小车支撑框；16-第一杆框；17-U型滑块铰支座；18-下端滑轨；19-摆渡车驱动装置；20-组件定位开关；21-后端电动推杆；22-第二杆框；23-锁止电动推杆；24-第二杆框下端铰支座；25-第三杆框下端铰支座；26-组件上端定位开关挡板；27-组件下端定位开关挡板；28-锁止孔板；29-组件定位开关挡板。

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。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置，包括清扫机器人停止位1、光伏组件2、清扫小车3、行走轨道4、行走轨道框5及摆渡车6，光伏组件2一侧设置有多个行走轨道框5，部分行走轨道框5布置于每排光伏组件2侧面的相应位置，为方便光伏清扫机器人在多排光伏组件之间移动，行走轨道框5上铺设有行走轨道4，摆渡车6设置于行走轨道4上，摆渡车6上活动设置有清扫小车3，行走轨道4上还设置有清扫机器人停止位1。

如图3所示，该摆渡车在结构上主要由摆渡车底盘7、高度调节装置以及角度调节装置组成。一方面，该摆渡车6具有换行功能，能够通过行走轨道5将清扫小车3运载至各排组件旁，并与组件准确对齐；另一方面，该摆渡车6具有高度和角度双向调节功能，能够克服各排光伏组件的安装误差，根据各排光伏组件2的安装高度和安装角度，自动调整清扫小车3的高度和角度，实现清扫小车3与各排光伏组件的准确定位，方便清扫小车3登上各排组件进行清扫。

在摆渡车6的主要结构中，摆渡车底盘7位于摆渡车下端，用于安装支撑摆渡车的相关零部件。摆渡车底盘7为矩形框结构，其下表面一端安装有摆渡车驱动装置19和组件定位开关20，中间位置两侧各安装有一套锁止电动推杆23。摆渡车底盘7上表面一端安装有高度调节装置，另一端安装有角度调节装置。

摆渡车中的高度调节装置主要由第一杆框16、第二杆框22以及后端电动推杆21组成。如图2所示，第一杆框16的下端与U型滑块铰支座17相连，U型滑块铰支座17安装于下端滑轨18中，并可沿下端滑轨18自由滑动。第一杆框16上端与第一杆框上端铰支座14相连，第一杆框上端铰支座14固定于清扫小车支撑框15下表面中间偏上位置。第二杆框22下端与第二杆框下端铰支座24相连，上端连接至第一杆框16的中间位置。在杆框杆件长度上，第一杆框16长度为第二杆框22长度的两倍。第一杆框16和第二杆框22之间通过后端电动推杆21相连，当摆渡车6的高度调节装置动作时，后端电动推杆21伸缩，推动第一杆框16动作，第一杆框16通过第一杆框上端铰支座14带动清扫小车支撑框15在第一杆框上端铰支座14位置做上下直线运动。

摆渡车中的角度调节装置主要由第三杆框8和前端电动推杆10组成。第三杆框8下端连接至第三杆框下端铰支座25，上端与上端滑块铰支座12相连，上端滑块铰支座12安装于上端滑轨11中，并可在上端滑轨11中自由滑动。前端电动推杆10的一端固定于摆渡车底盘7上，另一端与第三杆框8上端相连。当角度调节装置工作时，前端电动推杆10伸缩，推动第三杆框8绕第三杆框下端铰支座23转动，第三杆框8通过上端滑块铰支座12带动清扫小车支撑框15绕第一杆框上端铰支座14转动。

如图4所示，每排光伏组件近离行走轨道4一侧两端分别设置有组件上端定位开关挡板26及组件下端定位开关挡板27。组件旁的行走轨道框5位于行走轨道4内侧两端分别设置有锁止孔板28，锁止孔板28上设置有通孔，组件定位开关挡板29设置于行走轨道框5内侧任意一侧。

一种光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：当光伏组件2需要清洁时，清扫机器人系统开始工作。此时，摆渡车驱动装置19启动，清扫小车3搭载于摆渡车6上从行走轨道4一端的清扫机器人停止位1出发，并沿行走轨道4行进；

步骤二：在摆渡车6沿行走轨道4行进过程中，当摆渡车6接近每排组件旁边，摆渡车底部的组件定位开关20感应到位于组件旁行走轨道框5上相应位置的组件定位开关挡板29时，摆渡车6减速停止，此时摆渡车6与该排光伏组件在沿轨道方向上实现定位；

步骤三：当摆渡车6完全停止后，摆渡车上两套锁止电动推杆23开始工作，锁止电动推杆23向下推出，插入位于行走轨道框5上两侧锁止孔板28的通孔中，将摆渡车6与行走轨道框5相固定；

步骤四：摆渡车高度调节装置动作。摆渡车后端电动推杆21伸缩，推动第一杆框16和第二杆框22运动，其中，在运动过程中，第一杆框16下端通过U型滑块铰支座17沿下端滑轨18水平移动，第一杆框16上端做上下直线运行，并通过第一杆框上端铰支座14和清扫小车支撑框15带动清扫小车3做高度方向的调节；

步骤五：在摆渡车后端电动推杆21运动过程中，当摆渡车上端定位开关13感应到组件上端定位开关挡板26时，后端电动推杆21停止动作，此时，清扫小车3与光伏组件2实现在高度方向上的定位；

步骤六：摆渡车角度调节装置动作，摆渡车前端电动推杆10伸缩，推动第三杆框8绕第三杆框下端铰支座25转动，在第三杆框8转动过程中，第三杆框8通过上端滑块支座12和清扫小车支撑框15带动清扫小车3绕第一杆框上端铰支座14转动；

步骤七：在摆渡车前端电动推杆10伸缩过程中，当摆渡车下端定位开关9感应到组件下端定位开关挡板27时，前端电动推杆10停止动作，此时，清扫小车3与光伏组件2实现准确定位；

步骤八：摆渡车6上的清扫小车3启动，并从清扫小车支撑框15驶上光伏组件2对该排组件进行清洁，当清洁完成后，清扫小车3沿光伏组件2返回摆渡车清扫小车支撑框15；

步骤九：摆渡车前端电动推杆10伸缩，将清扫小车3恢复至默认角度位置；

步骤十：摆渡车后端电动推杆21伸缩，将清扫小车3恢复至默认高度位置；

步骤十一：摆渡车锁止电动推杆23动作，锁止电动推杆23从行走轨道框5上锁止孔板28的通孔中收回，摆渡车6与行走轨道框5取消固定；

步骤十二：摆渡车驱动装置19启动，摆渡车6搭载清扫小车3沿行走轨道4前往下一排光伏组件；

步骤十三：当清扫小车3和摆渡车6电量充足时，重复执行步骤二到步骤十二，当清扫小车3或摆渡车6电量不足时，摆渡车6搭载清扫小车3返回清扫机器人停止位1；

步骤十四：当清扫小车3清扫完最后一排光伏组件时，摆渡车6搭载清扫小车3返回清扫机器人停止位1。

该装置和方法可用于光伏组件的清扫机器人系统中，可使清扫机器人不受光伏组件的安装高度、角度及误差的影响，实现清扫机器人与各排光伏组件的准确定位；实现单台清扫机器人对多排光伏组件的自动清扫；实现对不同安装角度的光伏组件进行自动清扫；实现对不同安装高度的组件进行自动清扫。

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 (1)

1.一种光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置，其特征在于：包括清扫机器人停止位、光伏组件、清扫小车、行走轨道、行走轨道框及摆渡车，所述光伏组件一侧设置有多个行走轨道框，部分所述行走轨道框布置于每排光伏组件侧面的相应位置，所述行走轨道框上铺设有行走轨道，所述摆渡车设置于行走轨道上，所述摆渡车上活动设置有清扫小车，所述行走轨道上还设置有清扫机器人停止位；

所述摆渡车由摆渡车底盘、高度调节装置以及角度调节装置组成，摆渡车底盘位于摆渡车下端，所述摆渡车底盘为矩形框结构，所述摆渡车底盘下表面一端安装有摆渡车驱动装置和组件定位开关，所述摆渡车底盘中间位置两侧各安装有一套锁止电动推杆，所述摆渡车底盘上表面一端安装有高度调节装置，摆渡车底盘上表面另一端安装有角度调节装置；所述摆渡车中的高度调节装置由第一杆框、第二杆框以及后端电动推杆组成，所述第一杆框的下端与U型滑块铰支座相连，所述U型滑块铰支座安装于下端滑轨中并可沿下端滑轨自由滑动，所述第一杆框上端与第一杆框上端铰支座相连，所述第一杆框上端铰支座固定于清扫小车支撑框下表面中间偏上位置，所述第二杆框下端与第二杆框下端铰支座相连，所述第二杆框上端连接至第一杆框的中间位置，所述第一杆框和第二杆框之间通过后端电动推杆相连；所述摆渡车中的角度调节装置由第三杆框和前端电动推杆组成，所述第三杆框下端连接至第三杆框下端铰支座，所述第三杆框上端与上端滑块铰支座相连，所述上端滑块铰支座安装于上端滑轨中并可在上端滑轨中自由滑动，所述前端电动推杆的一端固定于摆渡车底盘上，所述前端电动推杆另一端与第三杆框上端相连；

在杆框杆件长度上所述第一杆框长度为第二杆框长度的两倍；

每排所述光伏组件近离行走轨道一侧两端分别设置有组件上端定位开关挡板及组件下端定位开关挡板，光伏组件旁的所述行走轨道框位于行走轨道内侧两端分别设置有锁止孔板，所述锁止孔板上设置有通孔，行走轨道框内侧任意一侧设置有组件定位开关挡板；

所述光伏清扫机器人与光伏组件对齐的自动定位装置的使用方法包括以下步骤：

步骤一：当光伏组件需要清洁时，清扫机器人系统开始工作，此时，摆渡车驱动装置启动，清扫小车搭载于摆渡车上从行走轨道一端的清扫机器人停止位出发，并沿行走轨道行进；

步骤二：在摆渡车沿行走轨道行进过程中，当摆渡车接近每排组件旁边，摆渡车底部的组件定位开关感应到位于组件旁行走轨道框上相应位置的组件定位开关挡板时，摆渡车减速停止，此时摆渡车与该排组件在沿轨道方向上实现定位；

步骤三：当摆渡车完全停止后，摆渡车上两套锁止电动推杆开始工作，锁止电动推杆向下推出，插入位于行走轨道框上两侧锁止孔板的通孔中，将摆渡车与行走轨道框相固定；

步骤四：摆渡车高度调节装置动作，摆渡车后端电动推杆伸缩，推动第一杆框和第二杆框运动，其中，在运动过程中，第一杆框下端通过U型滑块铰支座沿下端滑轨水平移动，第一杆框上端做上下直线运行，并通过第一杆框上端铰支座和清扫小车支撑框带动清扫小车做高度方向的调节；

步骤五：在摆渡车后端电动推杆运动过程中，当摆渡车上端定位开关感应到组件上端定位开关挡板时，后端电动推杆停止动作，此时，清扫小车与光伏组件实现在高度方向上的定位；

步骤六：摆渡车角度调节装置动作，摆渡车前端电动推杆伸缩，推动第三杆框绕第三杆框下端铰支座转动，在第三杆框转动过程中，第三杆框通过上端滑块支座和清扫小车支撑框带动清扫小车绕第一杆框上端铰支座转动；

步骤七：在摆渡车前端电动推杆伸缩过程中，当摆渡车下端定位开关感应到组件下端定位开关挡板时，前端电动推杆停止动作，此时，清扫小车与光伏组件实现准确定位；

步骤八：摆渡车上的清扫小车启动，并从清扫小车支撑框驶上光伏组件对该排组件进行清洁，当清洁完成后，清扫小车沿光伏组件返回摆渡车清扫小车支撑框；

步骤九：摆渡车前端电动推杆伸缩，将清扫小车恢复至默认角度位置；

步骤十：摆渡车后端电动推杆伸缩，将清扫小车恢复至默认高度位置；

步骤十一：摆渡车锁止电动推杆动作，锁止电动推杆从行走轨道框上锁止孔板的通孔中收回，摆渡车与行走轨道框取消固定；

步骤十二：摆渡车驱动装置启动，摆渡车搭载清扫小车沿行走轨道前往下一排光伏组件；

步骤十三：当清扫小车和摆渡车电量充足时，重复执行步骤二到步骤十二，当清扫小车或摆渡车电量不足时，摆渡车搭载清扫小车返回清扫机器人停止位；

步骤十四：当清扫小车清扫完最后一排光伏组件时，摆渡车搭载清扫小车返回清扫机器人停止位。