CN110813836A - 一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人，属于清洗机器人本体技术领域，包括清洗机器人本体，清洗机器人本体内设置有主控制器芯片，清洗机器人本体的上端自左向右依次固定有红外视频监测探头、充电供能光伏板和数据传输天线，清洗机器人本体的侧面设置有外旋转清洗毛刷，清洗机器人本体的下端固定有两个万向从动轮，清洗机器人本体的下端固定有两个驱动轮，结合了传统毛刷清扫技术及涡环射流技术进行清洗，能够更加高效的清扫不同类型的污垢，无论是在清洁程度，还是在清洗速度上均有显著的提升，这样的清扫方式使得充电供能光伏板磨损减少很大，使用寿命及发电效率也得到很大的提升。

Description

一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人

技术领域

本发明涉及清洗机器人本体技术领域，更具体地说，涉及一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人。

背景技术

现阶段，随着煤炭、石油等化石能源的开采，全球化石能源正逐渐枯竭，太阳能作为公认的第一大可再生无污染的清洁能源，能够有效地缓解化石能源短缺的危机；积灰、积雪等问题对充电供能光伏板的发电效率影响非常大，如果不能及时有效的清除，将会对光伏电站的发电效率、电站运行控制及充电供能光伏板使用寿命造成巨大影响及危害：由于积灰、积雪等问题，降低了充电供能光伏板的透光率；产生的“热斑效应”将严重破坏充电供能光伏板板面的热平衡，使得局部温升，当温度超过一定限度将会使电池组件上的焊点熔化并毁坏栅线，导致整个太阳电池组件的报废；其次，沉积在充电供能光伏板表面的酸碱性物质会腐蚀充电供能光伏板玻璃表面，减少其使用寿命，降低充电供能光伏板发电效率，及时有效的清除充电供能光伏板表面积灰、积雪对光伏电站及其他光伏组件安全、稳定、经济运行具有重大意义。

传统光伏清洗机器人本体多采用机械式滚刷进行干洗或者水洗，且其运动方式及清洗路径均以固定导轨的形式进行清洗，该方式仅以毛刷接触充电供能光伏板表面卷积灰尘的形式进行清洗，长期已久光伏玻璃也将受到一定的破坏；且该种运动形式的清洗机器人本体清洗方式较为单一，清洗路径不能够自由规划，适用市场较为局限，目前太阳能资源的市场在不断扩大，不仅仅大型光伏电站的光伏组件需要清洗，大大小小不同的场所均在使用光伏电池板，一种基于涡环射流技术的充电供能光伏板爬行清洗机器人本体能有效的适用于各种大小型光伏系统中，有效解决传统清洗机器人本体清扫不足、路径规划不优、清洗方式单一及对光伏组件危害较大等一系列问题。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人，包括清洗机器人本体，所述清洗机器人本体内设置有主控制器芯片，所述清洗机器人本体的上端自左向右依次固定有红外视频监测探头、充电供能光伏板和数据传输天线，所述清洗机器人本体的侧面设置有外旋转清洗毛刷，所述清洗机器人本体的下端固定有两个万向从动轮，所述清洗机器人本体的下端固定有两个驱动轮，且两个驱动轮与两个万向从动轮位于不同方向，所述清洗机器人本体的下端还设置有负压控制系统，所述清洗机器人本体的内壁侧面固定有多个均匀分布的清洁剂雾化喷口。

作为本发明的一种优选方案，所述负压控制系统包括五组吸尘口和五组涡环射流喷口，所述负压控制系统由五组高压真空泵协同运行，所述高压真空泵内部设有角速度传感器及加速度传感器。

作为本发明的一种优选方案，所述吸尘口位于涡环射流喷口中心，所述清洗机器人本体内设置有集尘箱，且涡环射流喷口输送灰尘杂质集尘箱。

作为本发明的一种优选方案，所述红外视频监测探头和数据传输天线均与上位机电连接，且红外视频监测探头和数据传输天线及时传输采集信息并进入上位机进行机器学习分类分析，实现准确分类识别充电供能光伏板表层的各种杂质，从而有效进行针对性清理。

作为本发明的一种优选方案，所述外旋转清洗毛刷旋转速度可调，且外旋转清洗毛刷与充电供能光伏板接触角度可调，不使用时可调节角度与充电供能光伏板不接触，其用于清洗红外视频监测探头监测到的难以吹扫的硬质污垢，其次外旋转清洗毛刷能够适应积雪、积灰、泥垢等恶劣的环境工况，结合红外视频监测探头分类的数据与涡环射流清洗技术配合式清洗，高效的清扫复杂的工况。

作为本发明的一种优选方案，所述涡环射流喷口喷射一定压力的空气，冲击充电供能光伏板表面，在涡环射流喷口内形成涡旋。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)该装置结合了传统毛刷清扫技术及涡环射流技术进行清洗，能够更加高效的清扫不同类型的污垢，无论是在清洁程度，还是在清洗速度上均有显著的提升，这样的清扫方式使得充电供能光伏板磨损减少很大，使用寿命及发电效率也得到很大的提升。

(2)该装置结合涡环射流喷口及吸尘口的吸收气流的不同压力比例，能够使得装置底部形成一层负压层，使得清洗机器人本体紧紧贴浮在充电供能光伏板表面爬行，气流能根据角度不同，自适应调节流量及压力，摆脱传统导轨式清扫的局限性，能够适应不同清洗角度的光伏清洗作业，清洗范围更大，适用范围更广。

(3)结合红外视频监测探头及远程传输使得清洗机器人本体运行、清扫、控制得到更有力的保证，通过监测画面，机器自动学习并分类污垢类型，采取最优清扫方式，使得清扫更彻底。

附图说明

图1为本发明的俯视图；

图2为本发明的仰视图；

图3为本发明清洗机器人本体的第一受力分析示意图；

图4为本发明清洗机器人本体的第二受力分析示意图。

图中标号说明：

1清洗机器人本体、2数据传输天线、3外旋转清洗毛刷、4充电供能光伏板、5红外视频监测探头、6万向从动轮、7涡环射流喷口、8驱动轮、9清洁剂雾化喷口、10吸尘口。

1.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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶 /底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

结合图1和图2所示，一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人，包括清洗机器人本体1，清洗机器人本体1内设置有主控制器芯片，清洗机器人本体1的上端自左向右依次固定有红外视频监测探头5、充电供能光伏板4 和数据传输天线2，清洗机器人本体1的侧面设置有外旋转清洗毛刷3，清洗机器人本体1的下端固定有两个万向从动轮6，清洗机器人本体1的下端固定有两个驱动轮8，且两个驱动轮8与两个万向从动轮6位于不同方向，清洗机器人本体1的下端还设置有负压控制系统，清洗机器人本体1的内壁侧面固定有多个均匀分布的清洁剂雾化喷口9；

负压控制系统包括五组吸尘口10和五组涡环射流喷口7，负压控制系统由五组高压真空泵协同运行，高压真空泵内部设有角速度传感器及加速度传感器，实时监测清洗机器人本体1的运动姿态，并反馈于主控制器芯片，优化调节高压真空泵的转速，从而实现清洗机器人本体1在充电供能光伏板4 上平稳的吸附运动；

吸尘口10位于涡环射流喷口7中心，清洗机器人本体1内设置有集尘箱，且涡环射流喷口7输送灰尘杂质集尘箱，其次通过吸尘口10和涡环射流喷口 7的组合，能够更高效的实现充电供能光伏板无水清洗，较毛刷清洗相比，清扫效果更优且对充电供能光伏板4的损害更小，极大地增加了充电供能光伏板4的清洁效率及使用寿命，且适用性也更加广泛；

红外视频监测探头5和数据传输天线2均与上位机电连接，且红外视频监测探头5和数据传输天线2及时传输采集信息并进入上位机进行机器学习分类分析，实现准确分类识别充电供能光伏板4表层的各种杂质，从而有效进行针对性清理；

清洗机器人本体1在倾斜角度为α的充电供能光伏板4上的受力情况如图3所示，将清洗机器人本体1看成一个质点并忽略空气浮力和风的影响后，清洗机器人本体的受力情况如图所示，设清洗机器人本体1质量为m，清洗机器人本体1与充电供能光伏板4之间的摩擦系数为μ，重力加速度为g，则重力沿X、Y方向的分力G_x、G_y为：

G_x＝mgsinα 4-1

G_y＝mgcosα 4-2

充电供能光伏板为清洗机器人本体提供沿X轴向上的摩擦力为f_G：

f_G＝μN_G＝μmgcosα 4-3

由此可见，当充电供能光伏板4倾斜角度较大或者清洗机器人本体1与充电供能光伏板4之间的摩擦系数较小时，会有

mgsinα＞μmgcosα 4-4

此时，摩擦力不足以使清洗机器人本体可靠地静止在充电供能光伏板4 上，

为解决这个问题，采用负压控制系统，利用负压使得清洗机器人本体1 获得一个沿Y轴向下的压力F_air，这会使清洗机器人本体1获得一个沿X轴向上的额外的摩擦力f_air：

f_air＝μF_air 4-5

因此，清洗机器人本体1所受的总摩擦力为f：

f＝f_G+f_air 4-6

通过调整负压装置的参数可以调整F_air，使得清洗机器人本体1可以稳定地在充电供能光伏板表面行走；

结合图1、图2、图3和图4所示，外旋转清洗毛刷3旋转速度可调，且外旋转清洗毛刷3与充电供能光伏板4接触角度可调，不使用时可调节角度与充电供能光伏板不接触，其用于清洗红外视频监测探头5监测到的难以吹扫的硬质污垢，其次外旋转清洗毛刷3能够适应积雪、积灰、泥垢等恶劣的环境工况，结合红外视频监测探头5分类的数据与涡环射流清洗技术配合式清洗，高效的清扫复杂的工况，涡环射流喷口7喷射一定压力的空气，冲击充电供能光伏板4表面，在涡环射流喷口7内形成涡旋，涡环射流喷口7与充电供能光伏板4的距离决定形成涡旋的大小及高度，不同的涡旋能够卷积起不同类型的杂质，从而将充电供能光伏板4表层杂质吹起；

大气作用下的压力计算公式为：

F_air＝Δp*S 4-7

式中，Δp为负压腔内外压力差Δp＝p₀-p，p₀为标准大气压，p为负压腔内空气压力，S为负压腔与吸附面的有效接触面积。因此，为保持清洗机器人本体1在充电供能光伏板4上稳定行走，负压控制系统应使清洁清洗机器人本体受力情况满足f≥G_x，即

μmgcosα+μΔpS≥mgsinα 4-8

在充电供能光伏板倾斜角与充电供能光伏板摩擦系数一定的情况下，负压控制系统应满足：

由此可以看出，通过调节负压腔与吸附面的有效接触面积S或负压腔内空气压力p，使其满足上述方程，便可以使充电供能光伏板4可靠地在充电供能光伏板表面行走。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人，包括清洗机器人本体(1)，所述清洗机器人本体(1)内设置有主控制器芯片，其特征在于：所述清洗机器人本体(1)的上端自左向右依次固定有红外视频监测探头(5)、充电供能光伏板(4)和数据传输天线(2)，所述清洗机器人本体(1)的侧面设置有外旋转清洗毛刷(3)，所述清洗机器人本体(1)的下端固定有两个万向从动轮(6)，所述清洗机器人本体(1)的下端固定有两个驱动轮(8)，且两个驱动轮(8)与两个万向从动轮(6)位于不同方向，所述清洗机器人本体(1)的下端还设置有负压控制系统，所述清洗机器人本体(1)的内壁侧面固定有多个均匀分布的清洁剂雾化喷口(9)。

2.根据权利要求1所述的一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人，其特征在于：所述负压控制系统包括五组吸尘口(10)和五组涡环射流喷口(7)，所述负压控制系统由五组高压真空泵协同运行，所述高压真空泵内部设有角速度传感器及加速度传感器。

3.根据权利要求2所述的一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人，其特征在于：所述吸尘口(10)位于涡环射流喷口(7)中心，所述清洗机器人本体(1)内设置有集尘箱，且涡环射流喷口(7)输送灰尘杂质集尘箱。

4.根据权利要求3所述的一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人，其特征在于：所述红外视频监测探头(5)和数据传输天线(2)均与上位机电连接，且红外视频监测探头(5)和数据传输天线(2)及时传输采集信息并进入上位机进行机器学习分类分析，实现准确分类识别充电供能光伏板表层的各种杂质，从而有效进行针对性清理。

5.根据权利要求4所述的一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人，其特征在于：所述外旋转清洗毛刷(3)旋转速度可调，且外旋转清洗毛刷(3)与充电供能光伏板(4)接触角度可调，不使用时可调节角度与充电供能光伏板不接触，其用于清洗红外视频监测探头(5)监测到的难以吹扫的硬质污垢，其次外旋转清洗毛刷(3)能够适应积雪、积灰、泥垢等恶劣的环境工况，结合红外视频监测探头(5)分类的数据与涡环射流清洗技术配合式清洗，高效的清扫复杂的工况。

6.根据权利要求5所述的一种基于涡环射流技术的爬行光伏板清洗机器人，其特征在于：所述涡环射流喷口(7)喷射一定压力的空气，冲击充电供能光伏板(4)表面，在涡环射流喷口(7)内形成涡旋。

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