CN110752656B - 一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统及其方法，属于太阳能光伏组件智能充电设备技术领域。其技术方案为：一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统，自动充电系统包括光伏组件、换行小车、清扫小车，换行轨道，换行小车自动充电系统和清扫小车自动充电系统。本发明的有益效果为：本发明的清扫机器人系统中的换行小车和清扫小车在运行过程中自主进行充电，无需外界人员的参与；清扫机器人运行的电力全部来源于光伏组件本身，无需外接电源及相关设备；清扫机器人充电速度快，安全性高；清扫机器人续航里程大，清扫效率高。

Description

一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统及其方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏组件智能充电设备技术领域，尤其涉及一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统及其方法。

背景技术

在生态环境日趋恶化、化石燃料日趋紧张的今天，太阳能作为一种可再生的清洁能源越来越受重视。近年来，国内外都在大力推广太阳能光伏发电，积极进行光伏电站的建设。但是，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。对于长期运行的光伏系统而言，面板积灰是一个不容忽视的问题。光伏组件上的灰尘会降低组件的发电量，影响电池板的使用寿命，而传统的人工清洁方式清洁效率较低，耗时耗力。因此，近年来，越来越多的自动清洁机器人开始运用到光伏组件的清洁工作中来。其中，作为光伏清扫机器人中的关键技术，机器人系统中充电方案的好坏，极大的影响了机器人的可靠性和安全性以及运行效率。同时，由于机器人运行于户外，机器人系统在功能上应尽可能实现全面的自动化和智能化，在运行过程中减少人员维护干预。

现有的光伏清扫机器人充电方案，主要有以下几种：1、利用机器人自身携带的光伏组件发电为机器人系统电池补充电能；2、采用无线充电的充电方式；3、采用人工充电的充电方式。

然而，采用机器人自身携带光伏板组件补充电能的充电方式存在的问题是：由于光伏清扫机器人运行过程中耗电量较大，而光伏板片的发电功率较低，且受天气因素影响较大，故这种方式，每次完成充电的周期过长，效率较低，每次充完电后，机器人运行距离十分有限，续航不足，极大影响机器人的清扫效率。而现有的无线充电技术还不够成熟稳定，当设备在室外长期运行情况下，无线充电设备在充电过程中易损坏、故障率较高，且无线充电的充电速率较慢，不利于清扫机器人的快速充电，限制了清扫机器人的利用率。采用人工充电的充电方式，此种方式在清扫机器人的运行过程中需要专门的运维管理人员参与，当机器人电量不足时，需及时为机器人进行充电，这种方式需要耗费一定的人力资源，无法真正做到清扫机器人的全自动化的运行，增加了运维人员的工作量。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统及其方法，该自动充电系统是由机器人电源插头自动插拔装置和智能清扫机器人中的电源系统组成，在该自动充电系统中，采用大容量电池存储光伏组件电能，供智能清扫机器人系统使用，解决了户外机器人运行电力来源的问题；利用电源插头自动插拔装置的接触式充电方式，解决了机器人充电自动化、充电效率和充电安全性的问题；通过换行小车电池为清扫小车电池充电的方式，解决了清扫小车快速充电的问题。

本发明是通过如下措施实现的：一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统，其中，所述自动充电系统包括光伏组件、换行小车、清扫小车，换行轨道，换行小车自动充电系统和清扫小车自动充电系统；

所述换行轨道布置于各排光伏组件一侧，并与光伏组件边缘相平行，所述换行小车搭载所述清扫小车行走在所述换行轨道上，将所述清扫小车运载至各排光伏组件一侧，所述清扫小车滑动扣合在所述光伏组件边缘导轨上对光伏组件进行清扫。

作为本发明提供的一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统进一步优化方案，所述换行小车自动充电系统的光储电源为清扫机器人系统供电，所述光储电源布置于换行轨道的一侧，且位于所述光伏组件的下端，所述光储电源接入光伏组件的发电系统中，存储光伏组件产生的电能，作为清扫机器人系统供电来源；

为了扩大清扫小车的清扫范围，根据清扫小车的续航里程，若干个光储电源等间距沿所述换行轨道方向设置，用于在清扫机器人系统运行过程中向所述换行小车和清扫小车补充电能。

作为本发明提供的一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统进一步优化方案，所述换行小车自动充电系统中的充电装置位于换行小车底盘的中间位置和轨道侧边，由充电端和受电端两部分构成；

其中，受电端安装于换行小车底盘上，其包括推杆电机、电动推杆、换行小车充电公头、换行小车控制器以及换行小车电池；

所述电动推杆垂直于所述换行轨道方向并固定在电池安装托板上，并由推杆电机进行驱动；换行小车充电公头与换行小车控制器相连，并通过换行小车控制器连接至换行小车电池，在换行小车电池和换行小车控制器之间设置有断路器，用于手动设置换行小车控制系统电路的通断；

所述换行小车充电公头固定在所述电动推杆的末端，并在所述电动推杆的推动下做前后移动；

所述换行小车充电装置的充电端由换行小车充电母头和换行小车充电母头立柱组成；其中，换行小车充电母头立柱固定于传感器支架上，换行小车充电母头安装于其上端，且所述换行小车充电母头通过引线与所述光储电源连接，在换行小车自动充电系统工作时，换行小车充电公头在电动推杆的推动下向前推出，插入换行小车充电母头中后，换行小车控制器程序控制充电电路导通，实现光储电源对换行小车电池的充电。

作为本发明提供的一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统进一步优化方案，所述清扫小车自动充电系统由充电端和受电端组成；

其中，清扫小车自动充电的受电端位于所述清扫小车上，由清扫小车充电母头、清扫小车控制器和清扫小车电池构成；

所述清扫小车控制器和清扫小车电池固定安装于清扫小车框架上，所述清扫小车充电母头固定于所述清扫小车的外壳侧边，并通过所述清扫小车控制器与所述清扫小车电池相连；

所述清扫小车自动充电的充电端安装于所述换行小车上端的清扫小车支撑框上，由清扫小车充电公头和清扫小车充电公头立柱构成；所述清扫小车充电公头立柱垂直安装于所述清扫小车支撑框一边的纵梁上端，其上端固定所述清扫小车充电公头，所述清扫小车充电公头通过引线与所述换行小车电池相连，清扫小车清扫完光伏组件返回换行小车时，位于换行小车上的清扫小车充电公头插入位于清扫小车上的清扫小车充电母头后，清扫小车控制器程序控制固态继电器SSR导通，使得充电电路导通，实现换行小车电池对清扫小车电池的充电。

为了实现上述发明目的，本发明还提供一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统的充电方法，包括以下步骤：

步骤一、清扫机器人系统开始工作时，换行小车搭载清扫小车沿换行轨道行进，将清扫小车运载至光伏组件旁边；

步骤二、在换行小车接近光伏组件旁边并与光伏组件对齐的过程中，搭载于换行小车底盘上RFID检测识别位于传感器支架上RFID标签，识别该排光伏组件的位置号，并且换行小车开始减速；

步骤三：当安装于换行小车底盘上的定位开关感应到位于传感器支架上的定位开关挡板时，换行小车停止运动；

步骤四：换行小车锁止装置启动，将换行小车与换行轨道滑动扣合；

步骤五：换行小车控制系统根据RFID标签的识别结果，判断该排光伏组件位置是否设置有换行小车的充电设备；

步骤六：若步骤五中的该排光伏组件位置处设有换行小车的充电设备，则在换行小车锁止装置将换行小车完全固定后，换行小车控制器控制换行小车底盘上换行小车充电装置启动，推杆电机驱动电动推杆伸出，带动位于电动推杆端部的换行小车充电公头插入位于换行轨道侧边传感器支架上的换行小车充电母头中后，换行小车控制器控制固态继电器SSR导通，使得充电电路导通，通过光储电源对换行小车电池进行充电，若该排光伏组件位置没有换行小车充电设备，则进行步骤七；

步骤七：换行小车控制系统向清扫小车发送启动命令，清扫小车启动，滑动扣合在光伏组件边缘的导轨上进行清扫工作，并在清扫完成后，返回换行小车，在返回过程中，当清扫小车定位开关感应到换行小车上清扫小车定位开关挡板时，清扫小车停止，此时清扫小车充电母头插入位于清扫小车侧边的清扫小车充电公头中后，清扫小车控制器程序控制固态继电器SSR导通，使得充电电路导通，换行小车电池对清扫小车电池进行电能的补充；

步骤八：当清扫小车返回换行小车后，若此时换行小车处于充电状态，则等待清扫小车和换行小车电量冲至一定电量后，换行小车控制器程序控制固态继电器SSR关闭，使得充电电路断开，换行小车停止充电，推杆电机再次启动，驱动电动推杆将换行小车充电公头从换行小车充电母头中收回；若该排光伏组件位置不是充电位，则进行步骤九；

步骤九：换行小车锁止装置启动，将换行小车与换行轨道断开锁定；

步骤十：换行小车启动，继续搭载清扫小车前往下一排光伏组件进行清扫，并以此循环，直至清扫完全部光伏组件；

步骤十：当清扫完全部光伏组件后，换行小车搭载清扫小车返回起始位置，并且，在起始位置通过换行小车自动充电系统和清扫小车自动充电系统，对换行小车和清扫小车补充电能，为下一次清扫做准备。

本发明的有益效果为：本发明的清扫机器人系统中的换行小车和清扫小车在运行过程中自主进行充电，无需外界人员的参与；清扫机器人运行的电力全部来源于光伏组件本身，无需外接电源及相关设备；清扫机器人充电速度快，安全性高；清扫机器人续航里程大，清扫效率高。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例的整体结构示意图。

图3为本发明实施例的局部结构示意图。

图4为图3的局部结构示意图。

图5为图2的局部结构示意图。

图6为图2的A区局部放大结构示意图。

图7为图3的B局部放大结构示意图。

图8为本发明系统充电电路框图。

其中，附图标记为：1、光伏组件；2、清扫小车；3、清扫小车充电装置；4、换行小车；5、光储电源；6、换行小车充电装置；7、换行轨道；8、电池安装托板；9、断路器；10、换行小车控制器；11、换行小车充电公头；12、电动推杆；13、推杆电机；14、换行小车充电母头；15、传感器支架；16、换行小车充电母头立柱；17、RFID标签；18、RFID；19、定位开关挡板；20、换行小车锁止装置；21、定位开关；22、换行小车底盘；23、换行小车电池；24、清扫小车框架；25、清扫小车充电公头；26、清扫小车充电母头；27、清扫小车电池；28、清扫小车接近开关；29、清扫小车接近开关挡板；30、清扫小车支撑框；31、清扫小车充电公头立柱；32、清扫小车控制器。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

参见图1至图8，本发明是：一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统，其中，所述自动充电系统包括光伏组件1、换行小车4、清扫小车2，换行轨道7，换行小车自动充电系统和清扫小车自动充电系统；

所述换行轨道7布置于各排光伏组件1一侧，并与光伏组件1边缘相平行，所述换行小车4搭载所述清扫小车2行走在所述换行轨道7上，将所述清扫小车2运载至各排光伏组件1一侧，所述清扫小车2滑动扣合在所述光伏组件1边缘导轨上对光伏组件1进行清扫。

具体地，所述换行小车自动充电系统的光储电源5为清扫机器人系统供电，所述光储电源5布置于换行轨道7的一侧，且位于所述光伏组件1的下端，所述光储电源5接入光伏组件1的发电系统中，存储光伏组件1产生的电能，作为清扫机器人系统供电来源；

为扩大清扫小车2的清扫范围，根据清扫小车2的续航里程，将若干个光储电源5等间距沿所述换行轨道7方向设置，用于在清扫机器人系统运行过程中向所述换行小车4和清扫小车2补充电能。

具体地，所述换行小车自动充电系统中的充电装置位于换行小车底盘22的中间位置和轨道侧边，由充电端和受电端两部分构成；

其中，受电端安装于换行小车底盘22上，其包括推杆电机13、电动推杆12、换行小车充电公头11、换行小车控制器10以及换行小车电池23；

所述电动推杆12垂直于所述换行轨道7方向并固定在电池安装托板8上，并由推杆电机13进行驱动；换行小车充电公头11与换行小车控制器10相连，并通过换行小车控制器10连接至换行小车电池23，在换行小车电池23和换行小车控制器10之间设置有断路器9，用于手动设置换行小车控制系统电路的通断；

所述换行小车充电公头11固定在所述电动推杆12的末端，并在所述电动推杆12的推动下做前后移动；

所述换行小车充电装置6的充电端由换行小车充电母头14和换行小车充电母头立柱16组成；其中，换行小车充电母头立柱16固定于传感器支架15上，换行小车充电母头14安装于其上端，且所述换行小车充电母头14通过引线与所述光储电源5连接；在换行小车自动充电系统工作时，换行小车充电公头11在电动推杆12的推动下向前推出，插入换行小车充电母头14中后，换行小车控制器10程序控制充电电路导通，实现光储电源5对换行小车电池23的充电。

具体地，所述清扫小车自动充电系统由充电端和受电端组成；

其中，清扫小车自动充电的受电端位于所述清扫小车2上，由清扫小车充电母头26、清扫小车控制器32和清扫小车电池27构成；

所述清扫小车控制器32和清扫小车电池27固定安装于清扫小车框架24上，所述清扫小车充电母头26固定于所述清扫小车2的外壳侧边，并通过所述清扫小车控制器32与所述清扫小车电池27相连；清扫小车2清扫完光伏组件1返回换行小车4时，位于换行小车4上的清扫小车充电公头25插入位于清扫小车2上的清扫小车充电母头26后，清扫小车控制器10程序控制固态继电器SSR导通，使得充电电路导通，实现换行小车电池23对清扫小车电池27的充电。

所述清扫小车自动充电的充电端安装于所述换行小车4上端的清扫小车支撑框30上，由清扫小车充电公头25和清扫小车充电公头立柱31构成；所述清扫小车充电公头立柱31垂直安装于所述清扫小车支撑框30一边的纵梁上端，其上端固定所述清扫小车充电公头25，所述清扫小车充电公头25通过引线与所述换行小车电池27相连。

为了实现上述发明目的，本发明还提供一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统的充电方法，包括以下步骤：

步骤一、清扫机器人系统开始工作时，换行小车4搭载清扫小车2沿换行轨道7行进，将清扫小车2运载至光伏组件1旁边；

步骤二、在换行小车4接近光伏组件1旁边并与光伏组件1对齐的过程中，搭载于换行小车底盘22上RFID18检测识别位于传感器支架15上RFID标签17，识别该排光伏组件1的位置号，并且换行小车4开始减速；

步骤三：当安装于换行小车底盘22上的定位开关21感应到位于传感器支架15上的定位开关挡板19时，换行小车4停止运动；

步骤四：换行小车锁止装置20启动，将换行小车4与换行轨道7滑动扣合；

步骤五：换行小车控制系统根据RFID标签17的识别结果，判断该排光伏组件1位置是否设置有换行小车的充电设备；

步骤六：若步骤五中的该排光伏组件1位置处设有换行小车的充电设备，则在换行小车锁止装置20将换行小车4完全固定后，换行小车控制器10控制换行小车底盘22上换行小车充电装置6启动，推杆电机13驱动电动推杆12伸出，带动位于电动推杆12端部的换行小车充电公头11插入位于换行轨道7侧边传感器支架15上的换行小车充电母头14中后，换行小车控制器10控制固态继电器SSR导通，使得充电电路导通，通过光储电源5对换行小车电池23进行充电，若该排光伏组件1位置没有换行小车充电设备，则进行步骤七；

步骤七：换行小车控制系统向清扫小车2发送启动命令，清扫小车2启动，滑动扣合在光伏组件1边缘的导轨上进行清扫工作，并在清扫完成后，返回换行小车4，在返回过程中，当清扫小车定位开关28感应到换行小车4上清扫小车定位开关挡板29时，清扫小车2停止，此时清扫小车充电母头26插入位于清扫小车2侧边的清扫小车充电公头25中后，清扫小车控制器10程序控制固态继电器SSR导通，使得充电电路导通，换行小车电池23对清扫小车电池27进行电能的补充；

步骤八：当清扫小车2返回换行小车4后，若此时换行小车4处于充电状态，则等待清扫小车2和换行小车4电量冲至一定电量后，换行小车控制器10程序控制固态继电器SSR关闭，使得充电电路断开，换行小车4停止充电，推杆电机13再次启动，驱动电动推杆12将换行小车充电公头11从换行小车充电母头14中收回；若该排光伏组件1位置不是充电位，则进行步骤九；

步骤九：换行小车锁止装置20启动，将换行小车4与换行轨道7断开锁定；

步骤十：换行小车4启动，继续搭载清扫小车2前往下一排光伏组件1进行清扫，并以此循环，直至清扫完全部光伏组件1；

步骤十：当清扫完全部光伏组件1后，换行小车4搭载清扫小车2返回起始位置，并且，在起始位置通过换行小车自动充电系统和清扫小车自动充电系统，对换行小车4和清扫小车2补充电能，为下一次清扫做准备。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种光伏组件智能清扫机器人自动充电系统，其特征在于，所述自动充电系统包括光伏组件、换行小车、清扫小车，换行轨道，换行小车自动充电系统和清扫小车自动充电系统；

所述换行轨道布置于各排光伏组件一侧，并与光伏组件边缘相平行，所述换行小车搭载所述清扫小车行走在所述换行轨道上，将所述清扫小车运载至各排光伏组件一侧，所述清扫小车滑动扣合在所述光伏组件边缘导轨上对光伏组件进行清扫；

所述换行小车自动充电系统的光储电源为清扫机器人系统供电，所述光储电源布置于换行轨道的一侧，且位于所述光伏组件的下端，所述光储电源接入光伏组件的发电系统中，存储光伏组件产生的电能，作为清扫机器人自动充电系统的供电来源；

若干个光储电源等间距沿所述换行轨道方向设置，用于清扫机器人自动充电系统中向所述换行小车和清扫小车补充电能；

所述换行小车自动充电系统中的充电装置位于换行小车底盘的中间位置和轨道侧边，由充电端和受电端两部分构成；

其中，受电端安装于换行小车底盘上，其包括推杆电机、电动推杆、换行小车充电公头、换行小车控制器以及换行小车电池；

所述电动推杆垂直于所述换行轨道方向并固定在电池安装托板上，并由推杆电机进行驱动；换行小车充电公头与换行小车控制器相连，并通过换行小车控制器连接至换行小车电池，在换行小车电池和换行小车控制器之间设置有断路器，用于手动设置换行小车控制系统电路的通断；

所述换行小车充电公头固定在所述电动推杆的末端，并在所述电动推杆的推动下做前后移动；

所述换行小车充电装置的充电端由换行小车充电母头和换行小车充电母头立柱组成；其中，换行小车充电母头立柱固定于传感器支架上，换行小车充电母头安装于其上端，且所述换行小车充电母头通过引线与所述光储电源连接；

所述清扫小车自动充电系统由充电端和受电端组成；

其中，清扫小车自动充电的受电端位于所述清扫小车上，由清扫小车充电母头、清扫小车控制器和清扫小车电池构成；

所述清扫小车控制器和清扫小车电池固定安装于清扫小车框架上，所述清扫小车充电母头固定于所述清扫小车的外壳侧边，并通过所述清扫小车控制器与所述清扫小车电池相连；

所述清扫小车自动充电的充电端安装于所述换行小车上端的清扫小车支撑框上，由清扫小车充电公头和清扫小车充电公头立柱构成；所述清扫小车充电公头立柱垂直安装于所述清扫小车支撑框一边的纵梁上端，其上端固定所述清扫小车充电公头，所述清扫小车充电公头通过引线与所述换行小车电池相连；

所述光伏组件智能清扫机器人自动充电系统的充电方法，包括以下步骤：

步骤一、清扫机器人系统开始工作时，换行小车搭载清扫小车沿换行轨道行进，将清扫小车运载至光伏组件旁边；

步骤二、在换行小车接近光伏组件旁边并与光伏组件对齐的过程中，搭载于换行小车底盘上RFID检测识别位于传感器支架上RFID标签，识别该排光伏组件的位置号，并且换行小车开始减速；

步骤三：当安装于换行小车底盘上的定位开关感应到位于传感器支架上的定位开关挡板时，换行小车停止运动；

步骤四：换行小车锁止装置启动，将换行小车与换行轨道滑动扣合；

步骤五：换行小车控制系统根据RFID标签的识别结果，判断该排光伏组件位置是否设置有换行小车的充电设备；

步骤六：若步骤五中的该排光伏组件位置处设有换行小车的充电设备，则在换行小车锁止装置将换行小车完全固定后，换行小车控制器控制换行小车底盘上换行小车充电装置启动，推杆电机驱动电动推杆伸出，带动位于电动推杆端部的换行小车充电公头插入位于换行轨道侧边传感器支架上的换行小车充电母头中后，换行小车控制器控制固态继电器SSR导通，使得充电电路导通，通过光储电源对换行小车电池进行充电，若该排光伏组件位置没有换行小车充电设备，则进行步骤七；

步骤七：换行小车控制系统向清扫小车发送启动命令，清扫小车启动，滑动扣合在光伏组件边缘的导轨上进行清扫工作，并在清扫完成后，返回换行小车，在返回过程中，当清扫小车定位开关感应到换行小车上清扫小车定位开关挡板时，清扫小车停止，此时清扫小车充电母头插入位于清扫小车侧边的清扫小车充电公头中后，清扫小车控制器程序控制固态继电器SSR导通，使得充电电路导通，换行小车电池对清扫小车电池进行充电；

步骤八：当清扫小车返回换行小车后，若此时换行小车处于充电状态，则等待清扫小车和换行小车电量冲至一定电量后，换行小车控制器程序控制固态继电器SSR关闭，使得充电电路断开，换行小车停止充电，推杆电机再次启动，驱动电动推杆将换行小车充电公头从换行小车充电母头中收回；若该排光伏组件位置不是充电位，则进行步骤九；

步骤九：换行小车锁止装置启动，将换行小车与换行轨道断开锁定；

步骤十：换行小车启动，继续搭载清扫小车前往下一排光伏组件进行清扫，并以此循环，直至清扫完全部光伏组件；

步骤十：当清扫完全部光伏组件后，换行小车搭载清扫小车返回起始位置，在起始位置通过换行小车自动充电系统和清扫小车自动充电系统，对换行小车和清扫小车补充电能，为下一次清扫做准备。

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