CN111438155A - 一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制系统及其方法，包括：判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到障碍但尚未导致无法前进的条件，若是，则通过控制机构控制清扫机构适当延长制停时间；判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到严重障碍甚至卡停的条件，若是，则通过控制机构控制清扫机构立即制停；当光伏组件清扫机器人正常运行时，判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足到达指定停靠位置的条件，若是，则通过控制机构控制清扫机构立即制停。本发明极大地避免了因电子电气元件外置带来的安全隐患，同时避免了日晒雨淋，延长了光伏组件清扫机器人的使用寿命，而且避开外界干扰，增强了光伏组件清扫机器人的运行精确性和稳定性。

Description

一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏组件清扫机器人技术领域，尤其涉及一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制系统及其方法。
背景技术
随着全球范围内大众对气候变暖及环境污染的重视，加之化石能源日益枯竭，新能源特别是光伏发电越来越获得快速发展，度电成本也进一步下降至与传统能源具备竞争的水平。光伏、风电等新能源电量平价上网指日可待，新能源发电设备的安全性、稳定性、长寿命、智能化等指标也日趋优异。然而，光伏电站由于其本身固有的特性使然，必须建设在室外，特别是光照条件良好的荒漠地带、干旱少雨的北方以及各种屋顶、山地等场所，光伏组件全天候暴露在空气中，受到灰尘、粉尘、积雪、鸟粪、落叶等覆盖、污染，极大的降低发电量并缩短光伏组件的使用寿命，严重时可能引发火灾、漏电等安全事故；其次，由于光伏电站建设在沙漠、荒山、屋顶等人员不容易涉足的偏远、高空场所，清洗组件以及实时了解电站信息多有不便，给光伏电站智能化及高效运行带来了极大挑战。基于以上原因，现有大部分光伏电站已基本实现智能化建设和智能化的运维管理。目前真正制约光伏电站智能化、高效、安全运行的正是光伏组件的智能化、无水自动清扫。
随着光伏发电成本的下降、全智能化管理的迫切需要、缩短投资回报周期的强烈意愿、提高光伏组件清洗实时性、安全性以及节省人力成本的考虑，光伏组件全自动清扫机器人投入应用已越来越多。
但是，由于光伏电站本身建设在户外，环境条件恶劣、电站类型多样、平整度都不理想，加之自动清扫机器人自身技术尚未得到较多历练，导致故障问题较多，主要体现在：机器人动力较大可能导致损坏光伏组件、翻车、制停失灵等；动力不足则可能导致越障能力下降，运行受阻；为了及时准确测量组件阵列的起点、终点及机器人运行状态，现有机器人都不可避免设置外置传感器、机械开关、弱电线路等，容易造成机器人遭受雷电干扰、雷击，并且这些电子器件、开关等极易受到雨水、灰尘、阳光侵蚀，导致寿命缩短、测量不准，进而导致机器人运行故障等。
基于现有技术中存在的问题，本发明提出了一种将所有电子电路内置，采用非接触式的运动、制停系统，通过自主学习方法、智能识别运动状况，来达到正常运行模式下、障碍状态下、故障情况下以及到达终点需要软制停时的完整控制方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制系统及其方法。
本发明的目的之一在于提供一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制系统，包括清扫机构、动力传输缆绳、停车位、制动挡板、控制机构，
所述控制机构内置于控制箱中，包括电源、单片机系统、直流电机、接近开关、信号感应片，其中，所述直流电机的一侧输出侧固定连接有驱动轮，所述动力传输缆绳固定连接于清扫机构的两侧，所述动力传输缆绳绕着驱动轮收缩或放缆，用于牵引光伏组件清扫机器人在光伏组件阵列上移动；
所述信号感应片与驱动轮通过动力传输缆绳传动连接，用于在信号感应片转动扫过接近开关时反馈方波信号，并将反馈的方波信号发送至所述单片机系统；
所述单片机系统与所述信号感应片通信连接，用于采集在信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号，并依据采集反馈的方波信号结果控制光伏组件清扫机器人的智能执行启停、往返清扫、故障处理。
优选的，所述信号感应片的周缘部固定连接有四个信号感应臂，所述四个信号感应臂呈“十字架”结构，当信号感应片通过动力传输缆绳的传动进行旋转运动时，所述四个信号感应臂与接近开关的感应面依次旋转扫过，在理想状态下产生规则的方波信号。
优选的，所述制动挡板，用于紧急情况下清扫机构的制停以及指定制停参考位置的软制停，所述制动挡板的数量为四个，分别均匀设置于光伏组件阵列的两侧，上下平行，且同一侧分布的两个制动挡板之间的连线与清扫机构平行；所述停车位的数量为两个，分别分布于光伏组件阵列的两侧。
优选的，所述清扫机构的两侧均安装有限位轮，每侧分布三个，同一侧的所述三个限位轮呈阶梯式上升，且相邻两个限位轮之间的高度差为1.5cm。
本发明的目的之二在于还一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制方法，应用于光伏组件清扫机器人中，在所述光伏组件清扫机器人开始运行后，控制机构通过不断采集方波信号，并依据采集反馈的方波信号的时长结果对光伏组件清扫机器人的运行进行分析控制，包括：
(1)、当光伏组件清扫机器人运行过程中遇到障碍时
判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到障碍但尚未导致无法前进的条件，若是，则通过控制机构控制所述光伏组件清扫机器人适当延长制停时间；
判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到严重障碍甚至卡停的条件，若是，则通过控制机构控制所述光伏组件清扫机器人立即制停；
(2)、当光伏组件清扫机器人正常运行时
判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足到达指定停靠位置的条件，若是，则通过控制机构控制所述光伏组件清扫机器人立即制停。
优选的，所述光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到障碍但尚未导致无法前进的条件，包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号是否超过标准方波信号时长的30％，且后一个方波信号时长是否不超过前一个方波信号时长的10％；
若是，则判定所述光伏板清洁机器人遇到障碍但尚未导致无法前进。
优选的，所述光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到严重障碍甚至卡停的条件，包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号是否超过标准方波信号时长的30％，且后一个方波信号时长是否超过前一个方波信号时长的30％；
若是，则判定光伏组件清扫机器人的运行遇到严重障碍甚至卡停。
优选的，所述光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到严重障碍甚至卡停的条件，还包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号是否超过标准方波信号时长的30％，且后一个方波信号时长与前一个方波信号时长之间是否无规则变化；
若是，则判定光伏组件清扫机器人的运行遇到严重障碍甚至卡停。
优选的，所述光伏组件清扫机器人的运行是否满足到达指定停靠位置的条件，包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号的次数是否达到既定的次数；
若是，则判定光伏组件清扫机器人的运行到达指定停靠位置。
优选的，所述控制方法，还包括光伏组件清扫机器人制停后，通过控制机构检测其停止位置是否在终点的步骤：
若已经达到终点，则控制机构向光伏组件清扫机器人发送正常的停止信号；若未到达终点，则发送故障信号，并返回起始运行位置。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
(1)本发明中，将控制机构内置于控制箱并进行固定，可以大大降低光伏组件清扫机器人的重量，从而降低了其对光伏组件的压力，甚至是损伤；
(2)本发明中，因没有设置外部传感器的智能软制停，故可以增大清扫机器人清扫的安全性，同时也避免了类似硬制停对清扫机器人的损伤，从而延长清扫机器人的使用寿命；
(3)本发明中，通过对光伏组件清扫机器人运行过程中遇到障碍的智能判别，能够实现故障时的及时制停，也能在越障、除雪时，有力有效；
(4)本发明极大地避免了因各种电子电气元件外置带来的安全隐患，同时避免了日晒雨淋，进一步延长了光伏组件清扫机器人的使用寿命，而且避开外界的干扰，也进一步增强了光伏组件清扫机器人的运行精确性和稳定性。
附图说明
图1是本发明系统的示意图；
图2是内置于控制箱中的控制机构的示意图；
图3是清扫机构限位轮的示意图；
图4是本发明的流程图；
图中：1、控制箱；2、清扫机构；3、动力传输缆绳；4、制动挡板；5、停车位；6、单片机系统；7、电源；8、直流电机；9、接近开关；10、信号感应片；11、限位轮；12、信号感应臂；13、驱动轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步解说。
参考图1和图2，本发明提供了一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制系统，包括清扫机构2、动力传输缆绳3、停车位5、制动挡板4、控制机构，其中，
控制机构内置于控制箱1中，所述控制箱1固定连接于停车位5的一侧，包括电源7、单片机系统6、直流电机8、接近开关9、信号感应片10，其中，直流电机8的一侧输出侧固定连接有驱动轮13，动力传输缆绳3固定连接于清扫机构2的两侧，动力传输缆绳3绕着驱动轮13收缩或放缆，用于牵引光伏组件清扫机器人的清扫机构2在光伏组件阵列上移动，以执行清扫作业；
信号感应片10与驱动轮13通过动力传输缆绳3传动连接，用于在信号感应片10转动扫过接近开关9时反馈方波信号，并将反馈的方波信号发送至单片机系统6；
单片机系统6与信号感应片10通信连接，用于采集在信号感应片10转动扫过接近开关时反馈的方波信号，并依据采集反馈的方波信号结果控制光伏组件清扫机器人的智能执行启停、往返清扫、故障处理。
本实施例中，信号感应片10的周缘部固定连接有四个信号感应臂12，四个信号感应臂12呈“十字架”结构，当信号感应片10通过动力传输缆绳3的传动进行旋转运动时，四个信号感应臂12与接近开关9的感应面依次旋转扫过，在理想状态下产生规则的方波信号；
制动挡板4，用于紧急情况下光伏组件清扫机器人中清扫机构的制停以及指定制停参考位置的软制停，制动挡板4的数量为四个，分别均匀设置于光伏组件阵列的两侧，上下平行，且同一侧分布的两个制动挡板4之间的连线与清扫机构2平行；停车位5的数量为两个，分别分布于光伏组件阵列的两侧，用于清扫机构2清扫完成后的停放，不会对光伏组件造成任何遮挡；
参照图3，本发明中，清扫机构2的两侧均安装有限位轮11，每侧分布三个，同一侧的三个限位轮11呈阶梯式上升，且相邻两个限位轮11之间的高度差为1.5cm，能够极大提高清扫机构2运行时越过障碍的能力。
参照图4，一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制方法，应用于光伏组件清扫机器人中，在所述光伏组件清扫机器人开始运行后，控制机构通过不断采集方波信号，并依据采集反馈的方波信号的时长结果对光伏组件清扫机器人的运行进行分析控制，包括：
(1)、当光伏组件清扫机器人运行过程中遇到障碍时，分为两种情形：
(a)判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到障碍但尚未导致无法前进的条件，若是，则通过控制机构控制所述光伏组件清扫机器人适当延长制停时间，该条件包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号是否超过标准方波信号时长的30％，且后一个方波信号时长是否不超过前一个方波信号时长的10％；
若是，则判定所述光伏板清洁机器人遇到障碍但尚未导致无法前进。
(b)判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到严重障碍甚至卡停的条件，若是，则通过控制机构控制所述光伏组件清扫机器人立即制停，该条件包括：
(aa)检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号是否超过标准方波信号时长的30％，且后一个方波信号时长是否超过前一个方波信号时长的30％；
若是，则判定光伏组件清扫机器人的运行遇到严重障碍甚至卡停。
(bb)检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号是否超过标准方波信号时长的30％，且后一个方波信号时长与前一个方波信号时长之间是否无规则变化；
若是，则判定光伏组件清扫机器人的运行遇到严重障碍甚至卡停。
(2)、当光伏组件清扫机器人正常运行时
(a)判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足到达指定停靠位置的条件，若是，则通过控制机构控制所述光伏组件清扫机器人立即制停；该条件，包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号的次数是否达到既定的次数；
若是，则判定光伏组件清扫机器人的运行到达指定停靠位置。
本发明控制方法还包括当光伏组件清扫机器人制停后，通过控制机构检测其停止位置是否在终点的步骤：
若已经达到终点，则控制机构向光伏组件清扫机器人发送正常的停止信号；若未到达终点，则发送故障信号，并且在几分钟之后尝试返回。正常情况下，通过单机片系统采集反馈的方波信号达到既定的次数，清扫机构2将及时停靠在距离制停挡板4位置的3-10cm处；若发生撞击，控制单元会自主进行调节，直至停靠位置达到要求。
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 (10)

1.一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制系统，包括清扫机构、动力传输缆绳、停车位、制动挡板、控制机构，其特征在于，
所述控制机构内置于控制箱中，包括电源、单片机系统、直流电机、接近开关、信号感应片，其中，所述直流电机的一侧输出侧固定连接有驱动轮，所述动力传输缆绳固定连接于清扫机构的两侧，所述动力传输缆绳绕着驱动轮收缩或放缆，用于牵引光伏组件清扫机器人在光伏组件阵列上移动；
所述信号感应片与驱动轮通过动力传输缆绳传动连接，用于在信号感应片转动扫过接近开关时反馈方波信号，并将反馈的方波信号发送至所述单片机系统；
所述单片机系统与所述信号感应片通信连接，用于采集在信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号，并依据采集反馈的方波信号结果控制光伏组件清扫机器人的智能执行启停、往返清扫、故障处理。
2.根据权利要求1所述的软制停控制系统，其特征在于，所述信号感应片的周缘部固定连接有四个信号感应臂，所述四个信号感应臂呈“十字架”结构，当信号感应片通过动力传输缆绳的传动进行旋转运动时，所述四个信号感应臂与接近开关的感应面依次旋转扫过，在理想状态下产生规则的方波信号。
3.根据权利要求1或2所述的软制停控制系统，其特征在于，所述制动挡板，用于紧急情况下清扫机构的制停以及指定制停参考位置的软制停，所述制动挡板的数量为四个，分别均匀设置于光伏组件阵列的两侧，上下平行，且同一侧分布的两个制动挡板之间的连线与清扫机构平行；所述停车位的数量为两个，分别分布于光伏组件阵列的两侧。
4.根据权利要求1至3任一项所述的软制停控制系统，其特征在于，所述清扫机构的两侧均安装有限位轮，每侧分布三个，同一侧的所述三个限位轮呈阶梯式上升，且相邻两个限位轮之间的高度差为1.5cm 。
5.一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制方法，应用于光伏组件清扫机器人中，其特征在于，在所述光伏组件清扫机器人开始运行后，通过控制机构不断采集反馈的方波信号，并依据采集反馈的方波信号的时长结果对光伏组件清扫机器人的运行进行分析控制，包括：
(1)、当光伏组件清扫机器人运行过程中遇到障碍时
判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到障碍但尚未导致无法前进的条件，若是，则通过控制机构控制所述光伏组件清扫机器人适当延长制停时间；
判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到严重障碍甚至卡停的条件，若是，则通过控制机构控制所述光伏组件清扫机器人立即制停；
(2)、当光伏组件清扫机器人正常运行时
判断光伏组件清扫机器人的运行是否满足到达指定停靠位置的条件，若是，则通过控制机构控制所述光伏组件清扫机器人立即制停。
6.根据权利要求5所述的一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制方法，其特征在于，所述光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到障碍但尚未导致无法前进的条件，包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号是否超过标准方波信号时长的30％，且后一个方波信号时长是否不超过前一个方波信号时长的10％；
若是，则判定所述光伏板清洁机器人遇到障碍但尚未导致无法前进。
7.根据权利要求5所述的一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制方法，其特征在于，所述光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到严重障碍甚至卡停的条件，包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号是否超过标准方波信号时长的30％，且后一个方波信号时长是否超过前一个方波信号时长的30％；
若是，则判定光伏组件清扫机器人的运行遇到严重障碍甚至卡停。
8.根据权利要求5所述的一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制方法，其特征在于，所述光伏组件清扫机器人的运行是否满足遇到严重障碍甚至卡停的条件，还包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应片转动扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号是否超过标准方波信号时长的30％，且后一个方波信号时长与前一个方波信号时长之间是否无规则变化；
若是，则判定光伏组件清扫机器人的运行遇到严重障碍甚至卡停。
9.根据权利要求5所述的一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制方法，其特征在于，所述光伏组件清扫机器人的运行是否满足到达指定停靠位置的条件，包括：
检测光伏组件清扫机器人开始运行后，通过单机片系统采集的信号感应扫过接近开关时反馈的方波信号；
判断所述采集反馈的方波信号的次数是否达到既定的次数；
若是，则判定光伏组件清扫机器人的运行到达指定停靠位置。
10.根据权利要求5至9任一项所述的一种光伏组件清扫机器人的智能软制停控制方法，其特征在于，所述控制方法，还包括光伏组件清扫机器人制停后，通过控制机构检测其停止位置是否在终点的步骤：
若已经达到终点，则控制机构向光伏组件清扫机器人发送正常的停止信号；若未到达终点，则发送故障信号，并返回起始运行位置。
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