CN110841941B - 一种自动换向的光伏电池清扫机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动换向的光伏电池清扫机器人及其使用方法，包括电源系统、控制系统、行走系统、清扫系统和吸尘系统，其特征在于，电源系统分别与控制系统、行走系统、清扫系统和吸尘系统保持电性连接，所述控制系统通过传感器与行走系统、清扫系统和吸尘系统相连接；所述电源系统由太阳能电池板供电，位于机器人上部位置；所述控制系统具有显示器和输入系统，由工作人员手动输入光伏电池板的行数和列数以及一块电池板的长度和宽度，控制系统规划下一步的行走动作；所述行走系统包括四个起落架结构和八个轮子，机器人的自动换向通过控制系统控制起落架升起和落下轮子实现。该种机器人节约水资源，稳定性好，安全性高，更加智能化且工作效率高。

Description

一种自动换向的光伏电池清扫机器人及使用方法

技术领域

本发明涉及一种区别于传统单向清扫的利用负压吸入灰尘垃圾的智能清扫机器人。具体来说，涉及一种自动换向的光伏电池清扫机器人及使用方法。

背景技术

为了获得尽可能多的太阳能资源以及尽量避免占用人类生活空间，大型的光伏电站一般建在人迹罕至又充分暴露在阳光下的高山上或开阔的平原、沙漠中。这些地方容易在太阳能电池板上形成灰尘的堆积，甚至有花粉、鸟粪、落叶等污染物。电池板上表面的污染会导致发电量的下降，因此定期清理这些污染物是必不可少的。目前的清扫方式有三种，分别是人工清洗、机械清洗、喷淋系统。人工清洗周期长、费用高且质量无法保证；机械清洗费用高、维护成本高；喷淋系统安装难度高，对水的依懒性很大。

目前采用最多清扫机器人是喷淋系统将污染物冲刷下来，但光伏电站建立的地方一般都比较缺水，难以满足清理的需求。市面上也有一些无水清理的机器人，但其所占面积小，清理效率低，在清理过程中需要不断移动，增加了安全风险，并且其运行轨迹出现偏差的可能性增大，一旦出现偏差将无法满足清理需求。

大部分的清扫机器人工作时，整个躯体都是压在电池板上，对电池板形成巨大压迫，可能对电池板造成损坏或影响后续的发电效率。而且机器人大部分只能从左到右行走，前后移动则需人为搬运或搬运机器，使得整个过程太过麻烦。

发明内容

针对目前光伏电站清扫机器人效率低、稳定性差、自动化低的缺点，本发明的目的在于提供一种自动换向的光伏电池清扫机器人及使用方法，以解决现有的技术缺陷和不能达到的技术要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自动转向的光伏电站太阳能电池板清扫机器人，包括机器人主体、电源系统、控制系统、行走系统、清扫系统和吸尘系统，电源系统、控制系统、行走系统、清扫系统和吸尘系统均设置在机器人主体上，控制系统、行走系统、清扫系统和吸尘系统均与电源系统相连；行走系统、清扫系统和吸尘系统均与控制系统相连。

本发明进一步的改进在于，电源系统为太阳能电池板，位于机器人主体上部；控制系统包括处理器、输入设备和显示器，其中，输入设备和显示器均与处理器相连。

本发明进一步的改进在于，行走系统包括设置在机器人主体上的四个起落架，每个起落架包括两个轮子，锥形结构，短杆，销，起落架主体，第一弹簧，滑块，连接结构以及长杆，其中，两个轮子中，一个用于横向行走，一个用于纵向行走；锥形结构套装在轮子上，起落架主体包括水平设置的两个平行横杆，每个横杆上套装有第一弹簧，第一弹簧上设置有滑块，短杆一端通过销与滑块相连，另一端通过销与长杆相连，长杆一端通过销与起落架主体连接，另一端与短杆和连接结构相连。

本发明进一步的改进在于，机器人启动时，用于横向行走的轮子落下，此时短杆垂直于地面；相邻太阳能电池板之间形成卡槽，锥形结构进入卡槽中，用于横向行走的轮子与太阳能电池板的边框接触，用于纵向行走的轮子升起悬浮在空中，当沿边传感器检测到横向行走到头时，控制系统向行走系统发出换向指令，起落架主体将横向行走的轮子升起，同时纵向行走的轮子降落。

本发明进一步的改进在于，每个轮子均连接有轮毂电机。

本发明进一步的改进在于，连接结构，包括连接轴、第二弹簧以及套筒，套筒内部设置有轨道；连接轴的前端设置有用于轮子过盈配合的梯形结构，后端设置有能够在套筒内部的轨道上滑行的连接轴，第二弹簧固定在轮子和套筒之间，当轮子在前进过程中，发生颠簸时，锥形结构导引轮子改变方向，此时轮子挤压或拉伸第二弹簧，连接轴沿着套筒作轴向运动，直至完成轮子的方向变化。

本发明进一步的改进在于，在机器人主体底部和两侧设置有沿边传感器，沿边传感器与控制系统相连。

本发明进一步的改进在于，清扫系统包括毛刷和滑块轨道，其中，毛刷设置在滑块轨道上，滑块轨道上设置在机器人主体底部；在机器人主体底部还设置有与控制系统相连的灰尘传感器。

本发明进一步的改进在于，吸尘系统设置在机器人主体的底部，吸尘系统位于清扫系统上部，吸尘系统由风机和灰尘箱组成，风机设置在灰尘箱入口处，风机与电源系统相连；风机前方安装有灰尘传感器，灰尘传感器用以检测灰尘浓度，判断是否停止清扫并前进。

一种自动转向的光伏电池清扫机器人的使用方法，在控制系统中输入需要清扫的光伏电池板的行数和列数以及一块电池板的长度和宽度，然后将机器人放置在太阳能电池板最上部，机器人的四个轮子位于太阳能电池板的边框上，锥形结构进入相邻太阳能电池板之间的卡槽里，机器人静止不动，清扫系统在滑块轨道上进行前后循环刷动，吸尘系统进行清理，通过灰尘传感器感知灰尘浓度；当灰尘传感器检测到灰尘浓度低于一定阀值时，机器人水平向一侧运动一个电池板宽度，然后静止不动，循环上一次动作；机器人运动过程中，根据输入的行数和列数，当一侧沿边传感器检测到达电池板边缘并且是最后一列时，机器人立即停止运动并进行清扫，随后机器人向下运动一个电池板长度，继续进行清扫工作，清扫完毕后，机器人向另一侧运动一个电池板宽度进行清扫；在机器人向下运动过程中，当机器人底部沿边传感器检测到达电池板边缘并且是最后一行时，机器人立即停止运动；当机器人底部沿边传感器和左右两侧沿边传感器均检测到电池板边缘且是最后一行和最后一列时，机器人清扫后便自动停止清扫任务。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明的清扫机器人，采用负压吸入太阳能电池板上的灰尘等污染物，实现无水清洁，节约水资源，环境适应性强。

（2）本发明的清扫机器人，轮子卡在太阳能电池板卡槽中，使得全部重量压在太阳能电池板边框上，减少对电池板本身的压迫，体积可以覆盖整个太阳能电池板。

（3）本发明的清扫机器人，在工作时只需从一块太阳能电池板到另一块太阳能电池板，大大减少运动时间，增加稳定性和安全性。

（4）本发明的清扫机器人，底部采用一个滚动毛刷前后刷动，工作效率高，清扫效果好。

（5）本发明的清扫机器人，控制系统由工作人员手动输入需清扫的电池板的行数和列数，更加智能化，避免出错也更加方便。

进一步的，本发明中采用起落架结构实现换向；锥形结构可以实现给轮子导引前进的方向；轮子轴向的第二弹簧和套筒滑块结构能够使轮子有左右晃动的余量，辅助导向。

附图说明

图1为本发明的自动转向的光伏电池清扫机器人正面结构示意图；

图2为本发明的自动转向的光伏电池清扫机器人底部结构示意图；

图3为本发明的自动转向的光伏电池清扫机器人工作示意图；

图4为本发明的自动转向的光伏电池清扫机器人起落架结构图；

图5为本发明的自动转向的光伏电池清扫机器人轮子和起落架的连接结构图；

图6为本发明的自动转向的光伏电池清扫机器人轮子工作示意图。

图中：1是机器人主体上部分，2是机器人主体下部分，3是电源系统，4是控制系统，5是灰尘箱，6是行走系统，7是清扫系统，8是沿边传感器，9是风机，10是灰尘传感器，11是滑块轨道，12是光伏电池板，6.1是轮子，6.2是锥形结构，6.3是短杆，6.4是销，6.5是起落架主体，6.6是第一弹簧，6.7是第一滑块，6.8是连接结构，6.9是长杆，6.8.1是连接轴，6.8.2是第二弹簧，6.8.3是套筒。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对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。

参见图1和图2，本发明的自动转向的光伏电站太阳能电池板清扫机器人，包括机器人主体、电源系统3、控制系统4、行走系统6、清扫系统7和吸尘系统5，电源系统3、控制系统4、行走系统6、清扫系统7和吸尘系统5均设置在机器人主体上，控制系统4、行走系统6、清扫系统7和吸尘系统5均与电源系统3相连，并保持电性连接；行走系统6、清扫系统7和吸尘系统7均与控制系统4相连。

其中，电源系统3为太阳能电池板，位于机器人主体上部位置，用于给机器人供电；

控制系统4包括处理器、输入设备和显示器，其中，输入设备和显示器均与处理器连接。机器人工作前由工作人员通过输入设备手动输入光伏电池板的行数和列数以及一块电池板的长度和宽度，机器人可根据沿边传感器8对工作时所处行数和列数进行累计并规划下一步的行走动作。

参见图4，行走系统6由四个起落架组成，四个起落架设置在机器人主体上；每个起落架包括两个带有轮毂电机的轮子6.1，锥形结构6.2，短杆6.3，销6.4，起落架主体6.5，第一弹簧6.6，第一滑块6.7，连接结构6.8以及长杆6.9，其中，两个轮子中，一个用于横向行走，一个用于纵向行走；锥形结构6.2最外圈是过渡圆；锥形结构6.2设置在轮子6.1上，具体的，锥形结构6.2套装在轮子6.1上，并与轮子6.1固结在一起，起落架主体6.5包括水平设置的两个平行横杆，每个横杆上套装有第一弹簧6.6，第一弹簧6.6上设置有第一滑块6.7，第一滑块6.7的滑动由控制系统控制，由第一弹簧6.6实现；第一弹簧6.6与第一滑块6.7固结在一起，短杆6.3一端通过销6.4与第一滑块6.7连接，另一端通过销6.4与长杆6.9连接，长杆6.9一端通过销6.4与起落架主体6.5连接，另一端与短杆6.3和连接结构6.8通过销6.4进行连接，机器人启动时，用于横向行走的轮子6.1落下，此时短杆6.3垂直于地面；相邻太阳能电池板之间形成卡槽，锥形结构6.2进入卡槽中，轮子6.1与太阳能电池板的边框接触，用于纵向行走的轮子6.1升起悬浮在空中，当沿边传感器8检测到横向行走到头时，控制系统4向行走系统6发出换向指令，起落架主体6.5将用于横向行走的轮子6.1缓缓升起，用于纵向行走的轮子6.1缓缓降落，这两个过程同时进行，同时结束；反之亦然，在这个过程中，锥形结构6.2负责导向，防止前进方向出现偏差。机器人的自动换向通过控制系统控制起落架升起和落下轮子实现。

参见图5，连接结构6.8，包括连接轴6.8.1、第二弹簧6.8.2以及套筒6.8.3，套筒6.8.3内部设置有轨道；连接轴6.8.1的前端设置有用于轮子过盈配合的梯形结构，后端设置有第二滑块，此滑块与第一滑块6.7为两个部件，第二弹簧6.8.2固定在轮子6.1和套筒之间，即第二弹簧6.8.2一端与轮子相连，另一端与套筒6.8.3相连，当轮子在前进过程中，由于电池板的不平整发生颠簸时，锥形结构6.2导引轮子6.1改变方向，此时轮子6.1挤压或拉伸第二弹簧6.8.2，连接轴6.8.1沿着套筒6.8.3作轴向运动，直至完成轮子6.1的方向变化。

本发明中，轮子与起落架连接处有弹簧和滑块结构，可以让轮子在轴向有一定的摆动幅度，便于前进方向的调整。

清扫系统7包括毛刷和滑块轨道11，其中，毛刷设置在滑块轨道11上，滑块轨道11上设置在机器人主体6.5底部，滑块的滑行轨迹为从前到后或从后到前。在机器人主体6.5底部还设置有与控制系统相连的灰尘传感器10。

吸尘系统5位于清扫系统上部，同时位于机器人主体的底部，吸尘系统5由风机9和灰尘箱组成，风机9设置在灰尘箱入口处，风机9旋转形成负压，负压可将灰尘和一些小型污染物吸入灰尘箱中，防止二次扬尘，灰尘箱体积较大，内部可储存大量污染物，满足光伏电池板清理的日常需求。风机9与电源系统3相连。风机9前方安装有灰尘传感器，灰尘传感器用以检测灰尘浓度，判断是否停止清扫并前进。

在机器人主体底部和两侧设置有沿边传感器8，以检测机器人是否处于太阳能电池板边缘，用来检测边缘位置以实现完全覆盖以及防止机器人掉落；并且经过太阳能电池板时会计数，然后将信息传给控制系统4。

具体的，上述光伏电池清扫机器人的使用方法为：工作人员在控制系统4中手动输入需要清扫的光伏电池板的行数和列数以及一块电池板的长度和宽度，然后将机器人放置在太阳能电池板12最上部，机器人的四个横向带有轮毂电机的轮子6.1接触太阳能电池板的边框，锥形结构6.2进入相邻太阳能电池板之间的卡槽里，轮子6.1与太阳能电池板边框接触，机器人全部重量由电池板边框支撑不挤压太阳能电池板，机器人静止不动，毛刷7在滑块轨道11上进行前后循环刷动，风机9产生负压进行清理，风机9处于机器人中下部，吸尘负压由下往上，灰尘传感器10负责感知灰尘浓度；当灰尘传感器10检测到灰尘浓度低于一定阀值时，机器人水平向一侧运动一个电池板宽度，然后静止不动，循环上一次动作；机器人运动过程中，根据输入的行数和列数，当右侧沿边传感器8检测到达电池板边缘并且是最后一列时，机器人立即停止运动并进行清扫，随后机器人向下运动一个电池板长度，继续进行清扫工作，清扫完毕后，机器人向另一侧运动一个电池板宽度进行清扫；在机器人向下运动过程中，当机器人下侧沿边传感器8检测到达电池板边缘并且是最后一行时，机器人立即停止运动；当机器人下侧沿边传感器8和左右两侧沿边传感器8均检测到电池板边缘且是最后一行和最后一列时，机器人清扫后便自动停止清扫任务。

本发明的机器人在光伏电池板上的工作情况参见图3。

参见图6，机器人工作时，轮子6.1在电池板边框上行走，锥形结构6.2进入卡槽里负责为轮子6.1导向。

本发明的机器人大小与市面上主流光伏电池板相同。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种自动转向的光伏电池清扫机器人，其特征在于，包括机器人主体、电源系统（3）、控制系统（4）、行走系统（6）、清扫系统（7）和吸尘系统（5），电源系统（3）、控制系统（4）、行走系统（6）、清扫系统（7）和吸尘系统（5）均设置在机器人主体上，控制系统（4）、行走系统（6）、清扫系统（7）和吸尘系统（5）均与电源系统（3）相连；行走系统（6）、清扫系统（7）和吸尘系统（7）均与控制系统（4）相连；

行走系统（6）包括设置在机器人主体上的四个起落架，每个起落架包括两个轮子（6.1），锥形结构（6.2），短杆（6.3），销（6.4），起落架主体（6.5），第一弹簧（6.6），第一滑块（6.7），连接结构（6.8）以及长杆（6.9），其中，两个轮子中，一个用于横向行走，一个用于纵向行走；锥形结构（6.2）套装在轮子（6.1）上，起落架主体（6.5）包括水平设置的两个平行横杆，每个横杆上套装有第一弹簧（6.6），第一弹簧（6.6）上设置有第一滑块（6.7），短杆（6.3）一端通过销（6.4）与第一滑块（6.7）相连，另一端通过销（6.4）与长杆（6.9）相连，长杆（6.9）一端通过销（6.4）与起落架主体（6.5）连接，另一端与短杆（6.3）和连接结构（6.8）相连；

相邻太阳能电池板之间形成卡槽，锥形结构（6.2）进入卡槽中，用于横向行走的轮子（6.1）与太阳能电池板的边框接触，用于纵向行走的轮子（6.1）升起悬浮在空中。

2.根据权利要求1所述的一种自动转向的光伏电池清扫机器人，其特征在于，电源系统（3）为太阳能电池板，位于机器人主体上部；控制系统（4）包括处理器、输入设备和显示器，其中，输入设备和显示器均与处理器相连。

3.根据权利要求1所述的一种自动转向的光伏电池清扫机器人，其特征在于，机器人启动时，用于横向行走的轮子（6.1）落下，此时短杆（6.3）垂直于地面；当沿边传感器（8）检测到横向行走到头时，控制系统（4）向行走系统（6）发出换向指令，起落架主体（6.5）将横向行走的轮子（6.1）升起，同时纵向行走的轮子（6.1）降落。

4.根据权利要求3所述的一种自动转向的光伏电池清扫机器人，其特征在于，每个轮子（6.1）均连接有轮毂电机。

5.根据权利要求1所述的一种自动转向的光伏电池清扫机器人，其特征在于，连接结构（6.8），包括连接轴（6.8.1）、第二弹簧（6.8.2）以及套筒（6.8.3），套筒（6.8.3）内部设置有轨道；连接轴（6.8.1）的前端设置有用于轮子（6.1）过盈配合的梯形结构，后端设置有第二滑块，第二弹簧（6.8.2）固定在轮子（6.1）和套筒（6.8.3）之间，当轮子（6.1）在前进过程中，发生颠簸时，锥形结构（6.2）导引轮子（6.1）改变方向，此时轮子（6.1）挤压或拉伸第二弹簧（6.8.2），连接轴（6.8.1）沿着套筒（6.8.3）作轴向运动，直至完成轮子（6.1）的方向变化。

6.根据权利要求3所述的一种自动转向的光伏电池清扫机器人，其特征在于，在机器人主体底部和两侧设置有沿边传感器（8），沿边传感器（8）与控制系统（4）相连。

7.根据权利要求1所述的一种自动转向的光伏电池清扫机器人，其特征在于，清扫系统（7）包括毛刷和滑块轨道（11），其中，毛刷设置在滑块轨道（11）上，滑块轨道（11）设置在机器人主体（6.5）底部；在机器人主体（6.5）底部还设置有与控制系统相连的灰尘传感器（10）。

8.根据权利要求1所述的一种自动转向的光伏电池清扫机器人，其特征在于，吸尘系统（5）设置在机器人主体的底部，吸尘系统（5）位于清扫系统上部，吸尘系统（5）由风机（9）和灰尘箱组成，风机（9）设置在灰尘箱入口处，风机（9）与电源系统（3）相连；风机（9）前方安装有灰尘传感器（10），灰尘传感器（10）用以检测灰尘浓度，判断是否停止清扫并前进。

9.一种如权利要求6所述的自动转向的光伏电池清扫机器人的使用方法，其特征在于，在控制系统（4）中手动输入需要清扫的光伏电池板的行数和列数以及一块电池板的长度和宽度，然后将机器人放置在太阳能电池板（12）最上部，机器人的四个轮子（6.1）位于太阳能电池板的边框上，锥形结构（6.2）进入相邻太阳能电池板之间的卡槽里，机器人静止不动，清扫系统（7）在滑块轨道（11）上进行前后循环刷动，吸尘系统（5）进行清理，通过灰尘传感器（10）感知灰尘浓度；当灰尘传感器（10）检测到灰尘浓度低于一定阀值时，机器人水平向一侧运动一个电池板宽度，然后静止不动，循环上一次动作；机器人运动过程中，根据输入的行数和列数，当一侧沿边传感器（8）检测到达电池板边缘并且是最后一列时，机器人立即停止运动并进行清扫，随后机器人向下运动一个电池板长度，继续进行清扫工作，清扫完毕后，机器人向另一侧运动一个电池板宽度进行清扫；在机器人向下运动过程中，当机器人底部沿边传感器（8）检测到达电池板边缘并且是最后一行时，机器人立即停止运动；当机器人底部沿边传感器（8）和左右两侧沿边传感器（8）均检测到电池板边缘且是最后一行和最后一列时，机器人清扫后便自动停止清扫任务。

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