CN111361647A - 越障光伏清洁机器人及其越障方法 - Google Patents
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Abstract
越障光伏清洁机器人及其越障方法，包括机体和至少一对履带机构，所述履带机构设置在所述机体的左右两侧，并通过铰链与机体连接；所述履带机构包括支撑架、驱动轮组件、从动支撑轮组件、越障轮组件、张紧轮组件、导向轮组件和履带；所述的驱动轮组件、从动支撑轮组件、越障轮组件、导向轮组件分别通过螺钉紧固在支撑架上，所述的张紧轮组件在支撑架上滑动连接，所述的履带包裹在驱动轮组件、从动支撑轮组件、越障轮组件、张紧轮组件、导向轮组件的外侧。本发明在跨越水平方向的较大间隙、竖直方向台阶障碍和落差障碍的越障能力大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种越障光伏清洁机器人及其越障方法。
背景技术
目前，随着光伏发电行业的高速发展，光伏发电产业以其环保、能源质量高等优点，已成为国内外发电行业的一种新的趋势，但由于光伏发电所用的光伏板通常安装在室外，而室外的扬尘、雾霾、雨水、鸟粪等都会对光伏板面造成污染和覆盖，从而极大的影响光伏组件的转换效率，因此，需要定期对光伏组件的光伏板面进行清扫。
现有的光伏清洁机器人，主要包括清扫主体和轮式行走机构，清扫主体主要包括支撑框架、清扫辊刷及用于驱动清扫辊刷的毛刷驱动电机等。行走机构位于清扫主体两端，沿光伏板表面行走。当光伏板之间在水平方向有较大空隙、或者在高低方向有较大台阶或落差时，传统清洁机器人无法正常通过。
国家发明专利(申请号201821121551.3)公开了一种光伏清洁机器人行走系统。该系统用于驱动清扫主体行走，并将挂轮也增加了驱动电机，提高了光伏板端部不平时的越障能力。然而，该方法在跨越水平方向较大空隙和竖值方向较大台阶或落差时，仍然无法正常通过。
国家发明专利(申请号201910311196.9)公布了一种履带式越障机器人及越障方法。该方法在遇到障碍时可以使上下底盘进行变形、以适应障碍，并借助举升机构通过翻转方式跨越障碍。然而，该方法无法保证机器人的清洁面始终贴近光伏板上表面，以实现跨越障碍的同时能够完成清扫工作。
国家发明专利(申请号201811653730.6)公开了一种履带式行走装置及越障机器人。该发明在履带机构基础上增加了摆臂机构，以跨越前方障碍。然而，该发明仅能向跨越竖直方向的台阶、不能跨越竖直方向的落差，也无法跨越水平方向较大空隙。
发明内容
基于背景技术存在的越障能力不足、越障范围有限的技术问题，本发明提出了一种越障光伏清洁机器人及其越障方法。
本发明提出的一种越障光伏清洁机器人，包括控制器、蓄电池、光电传感器、台阶传感器、机体和至少一对履带机构；
所述控制器和蓄电池分别固定在机体短边两端，所述履带机构设置在所述机体长边两侧，并通过铰链支座与机体连接；
所述履带机构包括支撑架、驱动轮组件、从动支撑轮组件、越障轮组件、张紧轮组件、导向轮组件和履带；
所述的驱动轮组件、从动支撑轮组件、越障轮组件、导向轮组件分别通过螺钉紧固在支撑架上，所述的张紧轮组件在支撑架上滑动连接，所述的履带包裹在驱动轮组件、从动支撑轮组件、越障轮组件、张紧轮组件、导向轮组件的外侧。
所述的光电传感器固定在所述的机体长边外侧，通过信号线与控制器相连；
所述的蓄电池通过电源线与控制器相连，所述的控制器通过驱动线与履带机构的驱动轮组件相连；
所述的台阶传感器固定在履带机构上，将履带机构的爬台阶信息通过信号线发送给控制器。
作为一种进一步的技术方案，该履带机构与所述的机体所连接的铰链支座，可以在机体上沿长度方向在一定范围内调节固定位置。
作为一种进一步的技术方案，所述的张紧轮组件包括滑块、张紧轮、弹簧和弹簧座；
所述的张紧轮由铰链与滑块固定，所述的滑块在支撑架的导槽中自由滑动，所述的弹簧一端与所述的滑块固定、另一端与所述的弹簧座固定，所述的弹簧座固定在支撑架导槽中；所述的张紧轮的外轮廓通过所述弹簧的拉紧作用与所述的履带始终保持贴紧状态。
作为一种进一步的技术方案，所述的越障轮组件包括越障斜支撑架和两个越障轮，所述的越障轮通过转轴在越障斜支撑架两端形成回转连接，所述的越障斜支撑架与所述的履带机构支撑架形成一种前伸夹角，所述的前伸夹角使位于越障斜支撑架上部的越障轮向外端伸出的位置超出位于越障斜支撑架下部的越障轮所在位置。
作为一种进一步的技术方案，该越障光伏清洁机器人包括减震机构；
所述减震机构设置于机体两侧，并且所述的减震机构两端分别与所述的履带机构形成滑动约束。
作为一种进一步的技术方案，所述减震机构包括板弹簧组件、固定螺钉和滑动约束块，所述的板弹簧组件通过所述的固定螺钉与机体连接，并通过所述的滑动约束块与履带机构连接、所述的板弹簧组件在所述的滑动约束块内可以沿长度方向自由伸缩。
作为一种进一步的技术方案，所述板弹簧组件包括至少一根长板弹簧、一根短板弹簧，所述的长板弹簧位于所述的短板弹簧下方，以便于从上到下形成由窄到宽的三角形支撑。
作为一种进一步的技术方案，所述台阶传感器是陀螺仪或机械行程开关。
本发明提出的一种越障光伏清洁机器人的越障方法，包括如下步骤：
S1、跨越水平方向间隙
S1-1、光电传感器检测到机体已经跨越水平间隙一侧的光伏组件的边缘后，向控制器发出信息；
S1-2、控制器向履带机构的驱动轮组件发出减慢行进速度的指令；
S1-3、驱动轮组件降低行进速度，驱动正在跨越水平间隙的履带机构爬上水平间隙另一侧光伏组件；
S1-4、光电传感器检测到机体已经跨越水平间隙另一侧的光伏组件边缘后，向控制器发出信息；
S1-5、控制器向履带机构的驱动轮组件发出恢复正常行进速度的指令；
S1-6、驱动轮组件恢复到正常行进速度，驱动机体在水平间隙另一侧的光伏组件上继续行走。
S2、跨越竖置方向障碍-上台阶
S2-1、台阶传感器检测到履带机构开始上台阶后，向控制器发出信息；
S2-2、控制器向履带机构的驱动轮组件发出减慢行进速度的指令；
S2-3、驱动轮组件降低行进速度；
S2-4、履带机构前端的越障轮组件开始上台阶；
S2-5、减震机构在越障轮组件上台阶时，向越障轮组件施加弹性力，以增加爬坡摩擦力；
S2-6、台阶传感器检测到已经爬上台阶后，向控制器发出信息；
S2-7、控制器向履带机构的驱动轮组件发出恢复正常行进速度的指令；
S2-8、驱动轮组件恢复到正常行进速度，驱动机体在台阶上的光伏组件上继续行走。
S3、跨越竖置方向落差-下台阶
S3-1、台阶传感器检测到履带机构开始下台阶后，向控制器发出信息；
S3-2、控制器判断清洁机器人遇到落差、开始下台阶后，向履带机构的驱动轮组件发出减慢行进速度的指令；
S3-3、驱动轮组件降低行进速度；
S3-4、履带机构前端的越障轮组件开始下台阶；
S3-5、减震机构在越障轮组件爬下台阶时，通过弹性力支撑越障轮组件有限下垂，直到接触到光伏组件，以减少履带机构对光伏组件表面产生冲击；
S3-6、台阶传感器检测到已经爬到台阶下后，向控制器发出信息；
S3-7、控制器向履带机构的驱动轮组件发出恢复正常行进速度的指令；
S3-8、驱动轮组件恢复到正常行进速度，驱动机体在台阶上的光伏组件上继续行走。
与现有技术相比，本发明提供的越障光伏清洁机器人及其越障方法所具有的技术优势为：机体两端配置多个履带机构，可以跨越水平方向的较大间隙；具有一定倾斜角度的越障轮组件，可以跨越竖直方向台阶障碍；减震机构，可以适应竖置方向落差障碍。总之，本发明的技术方案大大提高了光伏清洁机器人的越障能力。
附图说明
图1是本发明提出的越障光伏清洁机器人结构图。
图2是本发明的履带机构结构图。
图3是本发明的履带机构在机体上的可调铰接支座结构图。
图4是本发明的张紧轮组件结构图。
图5是本发明的越障轮组件结构图。
图6是本发明的的减震机构结构图-仰视图。
图7是本发明的的减震机构结构图-俯视图。
图8是本发明的控制系统连线图。
图9是本发明的跨越水平间隙障碍流程图。
图10是本发明的跨越跨越竖置方向障碍-上台阶流程图。
图11是本发明的跨越跨越竖置方向障碍-下台阶流程图。
图标说明：
1-蓄电池，2-控制器，3-机体，3.1-光电传感器，4.1-履带机构1，4.2-履带机构2，4.2.1-台阶传感器1，4.2.2-驱动轮组件1，4.3-履带机构3，4.4-履带机构4，4.4.1-台阶传感器2，4.4.2-驱动轮组件2，4.0.1-支撑架，4.2.2-驱动轮组件，4.0.3-从动支撑轮组件，4.0.4-越障轮组件，4.0.5-张紧轮组件，4.0.6-导向轮组件，4.0.7-履带，3.0.1-铰链支座，4.0.5.1-滑块，4.0.5.2-张紧轮，4.0.5.3-弹簧，4.0.5.4-弹簧座，4.0.4.1-越障斜支撑架，4.0.4.2-越障轮，4.0.4.3-转轴，3.2-减震机构，3.2.1-板弹簧组件，3.2.2-固定螺钉，3.2.3-滑动约束块，3.2.1.1-长板弹簧，3.2.1.2-短板弹簧。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参照图1－图7对结构进行详细说明如下：
本实施例提供的一种越障光伏清洁机器人，包括控制器2、蓄电池1、光电传感器3.1、台阶传感器4.2.2/4.4.2、机体3和至少一对履带机构4.1/4.2/4.3/4.4,控制器2和蓄电池1分别固定在机体3短边两端，履带机构4.1/4.2/4.3/4.4设置在机体3长边两侧，并通过铰链支座3.01与机体3连接；履带机构4.1/4.2/4.3/4.4包括支撑架4.0.1、驱动轮组件4.2.2、从动支撑轮组件4.0.3、越障轮组件4.0.4、张紧轮组件4.0.5、导向轮组件4.0.6和履带4.0.7；驱动轮组件4.2.2、从动支撑轮组件4.0.3、越障轮组件4.0.4、导向轮组件4.0.6分别通过螺钉紧固在支撑架4.0.1上，张紧轮组件4.0.5在支撑架4.0.1上滑动连接，履带4.0.7包裹在驱动轮组件4.2.2、从动支撑轮组件4.0.3、越障轮组件4.0.4、张紧轮组件4.0.5、导向轮组件4.0.6的外侧；光电传感器3.1固定在机体3长边外侧，通过信号线与控制器2相连；蓄电池1通过电源线与控制器2相连，控制器2通过驱动线与履带机构4.2/4/4的驱动轮组件4.2.2/4.4/2相连；台阶传感器4.2.1/4.4.1固定在履带机构4.2/4.4上，将履带机构4.2/4.4的爬台阶信息通过信号线发送给控制器2。
作为一种进一步的技术方案，履带机构4.1/4.2/4.3/4.4与机体3所连接的铰链支座3.01，可以在机体3上沿长度方向在一定范围内调节固定位置。
作为一种进一步的技术方案，张紧轮组件4.0.5包括滑块4.0.5.1、张紧轮4.0.5.2、弹簧4.0.5.3和弹簧座4.0.5.4；张紧轮4.0.5.2由铰链与滑块4.0.5.1固定，滑块4.0.5.1在支撑架4.0.1的导槽中自由滑动，弹簧4.0.5.3一端与滑块4.0.5.1固定、另一端与弹簧座4.0.5.4固定，弹簧座4.05.4固定在支撑架4.0.1导槽中；张紧轮4.0.5.2的外轮廓通过弹簧4.0.5.3的拉紧作用与履带4.0.7始终保持贴紧状态。
作为一种进一步的技术方案，越障轮组件4.0.4包括越障斜支撑架4.0.4.1和两个越障轮4.0.4.2，越障轮4.0.4.2通过转轴4.0.4.3在越障斜支撑架4.0.4.1两端形成回转连接，越障斜支撑架4.0.4.1与履带机构支撑架4.0.1形成一种前伸夹角，前伸夹角使位于越障斜支撑架4.0.4.1上部的越障轮4.0.4.2向外端伸出的位置超出位于越障斜支撑架4.0.4.1下部的越障轮4.0.4.2所在位置。
作为一种进一步的技术方案，该越障光伏清洁机器人包括减震机构3.2；减震机构3.2设置于机体3两侧，并且减震机构3.2两端分别与履带机构4.1/4.2/4.3/4.4形成滑动约束。
作为一种进一步的技术方案，减震机构3.2包括板弹簧组件3.2.1、固定螺钉3.2.2和滑动约束块3.2.3，板弹簧组件3.2.1通过固定螺钉3.2.2与机体3连接，并通过滑动约束块3.2.3与履带机构4.1/4.2/4.3/4.4连接、板弹簧组件3.2.1在滑动约束块3.2.3内可以沿长度方向自由伸缩。
作为一种进一步的技术方案，板弹簧组件3.2.1包括至少一根长板弹簧3.2.1.1、一根短板弹簧3.2.1.2，长板弹簧3.2.1.1位于短板弹簧3.2.1.2下方，以便于从上到下形成由窄到宽的三角形支撑。
作为一种进一步的技术方案，台阶传感器4.2.1/4.4.1是陀螺仪或机械行程开关。
参照图8、图9对跨越水平间隙的越障方法说明如下：
S1-1、光电传感器3.1检测到机体3已经跨越水平间隙一侧的光伏组件的边缘后，向控制器2发出信息；
S1-2、控制器2向履带机构4.2/4.4的驱动轮组件4.2.2/4.4。2发出减慢行进速度的指令；
S1-3、驱动轮组件4.2.2/4.4.2降低行进速度，驱动正在跨越水平间隙的履带机构4.2/4.2爬上水平间隙另一侧光伏组件；
S1-4、光电传感器3.1检测到机体3已经跨越水平间隙另一侧的光伏组件边缘后，向控制器2发出信息；
S1-5、控制器3向履带机构4.2/4.4的驱动轮组件4.2.2/4.4.2发出恢复正常行进速度的指令；
S1-6、驱动轮组件4.2.2/4.4/2恢复到正常行进速度，驱动机体3在水平间隙另一侧的光伏组件上继续行走。
参照图8、图10对跨越竖置方向障碍-上台阶的越障方法说明如下：
S2-1、台阶传感器4.2.1/4.4.1检测到履带机构4.2/4.4开始上台阶后，向控制器2发出信息；
S2-2、控制器2向履带机构4.2/4.2的驱动轮组件4.2.2/4/4/2发出减慢行进速度的指令；
S2-3、驱动轮组件4.2.2/4.4.2降低行进速度；
S2-4、履带机构前端的越障轮组件4.0.4开始上台阶；
S2-5、减震机构3.2在越障轮组件4.0.4上台阶时，向越障轮组件4.0.4施加弹性力，以增加爬坡摩擦力；
S2-6、台阶传感器4.2.1/4.4.1检测到已经爬上台阶后，向控制器2发出信息；
S2-7、控制器2向履带机构4.2/4.4的驱动轮组件4.2.2/4.4/2发出恢复正常行进速度的指令；
S2-8、驱动轮组件4.2.2/4.4.2恢复到正常行进速度，驱动机体3在台阶上的光伏组件上继续行走。
参照图8、图11对跨越竖置方向障碍-下台阶的越障方法说明如下：
S3-1、台阶传感器4.2.1/4.4.1检测到履带机构4.2/4.4开始上台阶后，向控制器2发出信息；
S3-2、控制器2判断清洁机器人遇到落差、开始下台阶后，向履带机构4.2/4.4的驱动轮组件4.2.2/4.4.2发出减慢行进速度的指令；
S3-3、驱动轮组件4.2.2/4.4.2降低行进速度；
S3-4、履带机构前端的越障轮组件4.0.4开始下台阶；
S3-5、减震机构3.2在越障轮组件4.0.4爬下台阶时，通过弹性力支撑越障轮组件4.0.4有限下垂，直到接触到光伏组件，以减少履带机构4.1/4.2/4.3/4.4对光伏组件表面产生冲击；
S3-6、台阶传感器4.2.1/4.4.1检测到已经爬到台阶下后，向控制器2发出信息；
S3-7、控制器2向履带机构4.2/4.4的驱动轮组件4.2.2/4.4.2发出恢复正常行进速度的指令；
S3-8、驱动轮组件4.2.2/4.4.2恢复到正常行进速度，驱动机体3在台阶上的光伏组件上继续行走。
以上所述，仅为本发明涉及的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发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.越障光伏清洁机器人，其特征在于：机器人本体包括控制器、蓄电池、光电传感器、台阶传感器、机体和至少一对履带机构；所述控制器和蓄电池分别固定在机体短边两端，所述履带机构设置在所述机体长边两侧，并通过铰链支座与机体连接；所述履带机构包括支撑架、驱动轮组件、从动支撑轮组件、越障轮组件、张紧轮组件、导向轮组件和履带；所述的驱动轮组件、从动支撑轮组件、越障轮组件、导向轮组件分别通过螺钉紧固在支撑架上，所述的张紧轮组件在支撑架上滑动连接，所述的履带包裹在驱动轮组件、从动支撑轮组件、越障轮组件、张紧轮组件、导向轮组件的外侧；所述的光电传感器固定在所述的机体长边外侧，通过信号线与控制器相连；所述的蓄电池通过电源线与控制器相连，所述的控制器通过驱动线与履带机构的驱动轮组件相连；所述的台阶传感器固定在履带机构上，将履带机构的爬台阶信息通过信号线发送给控制器。
2.根据权利要求1所述的越障光伏清洁机器人，其特征在于：该履带机构与所述的机体所连接的铰链支座，可以在机体上沿长度方向在一定范围内调节固定位置。
3.根据权利要求1所述的越障光伏清洁机器人，其特征在于：所述的张紧轮组件包括滑块、张紧轮、弹簧和弹簧座；所述的张紧轮由铰链与滑块固定，所述的滑块在支撑架的导槽中自由滑动，所述的弹簧一端与所述的滑块固定、另一端与所述的弹簧座固定，所述的弹簧座固定在支撑架导槽中；所述的张紧轮的外轮廓通过所述弹簧的拉紧作用与所述的履带始终保持贴紧状态。
4.根据权利要求1所述的越障光伏清洁机器人，其特征在于：所述的越障轮组件包括越障斜支撑架和两个越障轮，所述的越障轮通过转轴在越障斜支撑架两端形成回转连接，所述的越障斜支撑架与所述的履带机构支撑架形成一种前伸夹角，所述的前伸夹角使位于越障斜支撑架上部的越障轮向外端伸出的位置超出位于越障斜支撑架下部的越障轮所在位置。
5.根据权利要求1所述的越障光伏清洁机器人，其特征在于：该越障光伏清洁机器人包括减震机构；所述减震机构设置于机体两侧，并且所述的减震机构两端分别与所述的履带机构形成滑动约束。
6.根据权利要求5所述的越障光伏清洁机器人，其特征在于：所述的减震机构包括板弹簧组件、固定螺钉和滑动约束块，所述的板弹簧组件通过所述的固定螺钉与机体连接，并通过所述的滑动约束块与履带机构连接、所述的板弹簧组件在所述的滑动约束块内可以沿长度方向自由伸缩。
7.根据权利要求6所述的越障光伏清洁机器人，其特征在于：所述板弹簧组件包括至少一根长板弹簧、一根短板弹簧，所述的长板弹簧位于所述的短板弹簧下方，以便于从上到下形成由窄到宽的三角形支撑。
8.根据权利要求1所述的越障光伏清洁机器人，其特征在于：所述台阶传感器是陀螺仪或机械行程开关。
9.越障光伏清洁机器人的越障方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、跨越水平方向间隙
S1-1、光电传感器检测到机体已经跨越水平间隙一侧的光伏组件的边缘后，向控制器发出信息；
S1-2、控制器向履带机构的驱动轮组件发出减慢行进速度的指令；
S1-3、驱动轮组件降低行进速度，驱动正在跨越水平间隙的履带机构爬上水平间隙另一侧光伏组件；
S1-4、光电传感器检测到机体已经跨越水平间隙另一侧的光伏组件边缘后，向控制器发出信息；
S1-5、控制器向履带机构的驱动轮组件发出恢复正常行进速度的指令；
S1-6、驱动轮组件恢复到正常行进速度，驱动机体在水平间隙另一侧的光伏组件上继续行走。
10.越障光伏清洁机器人的越障方法，其特征在于：包括如下步骤：
S2、跨越竖置方向障碍-上台阶
S2-1、台阶传感器检测到履带机构开始上台阶后，向控制器发出信息；
S2-2、控制器向履带机构的驱动轮组件发出减慢行进速度的指令；
S2-3、驱动轮组件降低行进速度；
S2-4、履带机构前端的越障轮组件开始上台阶；
S2-5、减震机构在越障轮组件上台阶时，向越障轮组件施加弹性力，以增加爬坡摩擦力；
S2-6、台阶传感器检测到已经爬上台阶后，向控制器发出信息；
S2-7、控制器向履带机构的驱动轮组件发出恢复正常行进速度的指令；
S2-8、驱动轮组件恢复到正常行进速度，驱动机体在台阶上的光伏组件上继续行走。
11.越障光伏清洁机器人的越障方法，其特征在于：包括如下步骤：
S3、跨越竖置方向落差-下台阶
S3-1、台阶传感器检测到履带机构开始下台阶后，向控制器发出信息；
S3-2、控制器判断清洁机器人遇到落差、开始下台阶后，向履带机构的驱动轮组件发出减慢行进速度的指令；
S3-3、驱动轮组件降低行进速度；
S3-4、履带机构前端的越障轮组件开始下台阶；
S3-5、减震机构在越障轮组件爬下台阶时，通过弹性力支撑越障轮组件有限下垂，直到接触到光伏组件，以减少履带机构对光伏组件表面产生冲击；
S3-6、台阶传感器检测到已经爬到台阶下后，向控制器发出信息；
S3-7、控制器向履带机构的驱动轮组件发出恢复正常行进速度的指令；
S3-8、驱动轮组件恢复到正常行进速度，驱动机体在台阶上的光伏组件上继续行走。
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