CN113182246A - 一种基于机器视觉的节水光伏板清理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的节水光伏板清理系统及方法，所述系统包括视觉识别装置和光伏板清洁装置；所述视觉识别装置包括图像采集模块和处理器，所述图像采集模块用于采集光伏板表面的图像，并将该图像信息上传给处理器；所述处理器用于对图像采集模块上传的图像信息进行处理，得到光伏板表面中污渍的位置坐标信息，并将该位置坐标信息发送给光伏板清洁装置；所述光伏板清洁装置包括多自由度机械手以及设置在所述多自由度机械手的执行末端的喷头。本发明的节水光伏板清理系统可以对光伏板的情况进行有效的监控，不仅提高清洁效率和清洗效果，而且自动化、智能化程度更高。

Description

一种基于机器视觉的节水光伏板清理系统及方法

技术领域

本发明涉及光伏面板清理技术领域，具体为一种基于机器视觉的节水光伏板清理系统及方法。

背景技术

随着能源与环境问题的日趋严重，节能减排，绿色发展，开发利用各种可再生能源已经成为世界各国的发展战略。太阳能作为一种可再生能源得到了重视，与之相关的光伏产业也得到了蓬勃的发展，然而光伏板的清洗和维护困难，需要消耗大量的人力与物力，并且效果有限。现在主流的清洗方法有人工定期清理，高压水枪清理法，机器人自动清洁和纳米薄膜自清洁。其中人工清洁方法效率低，成本高，工人劳动强度大。而高压水枪清理容易对光伏板表面产生伤害，而且浪费水资源，自动化程度低，纳米薄膜自清洁技术要求成本高。

因此，需要对光伏板表面的清洗技术做进一步改进和改善，以此来提高清洗效果。

发明内容

本发明在于克服现有技术的不足，提供一种基于机器视觉的节水光伏板清理系统，所述节水光伏板清理系统可以对光伏板的情况进行有效的监控，不仅提高清理效率和清洗效果，而且自动化、智能化程度更高。

本发明的另一个目的在于提供一种基于机器视觉的节水光伏板清理方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种基于机器视觉的节水光伏板清理系统，包括视觉识别装置以及光伏板清洁装置，其中，

所述视觉识别装置包括图像采集模块以及处理器，其中，所述图像采集模块用于采集光伏板表面的图像，并将该图像信息上传给处理器；所述处理器用于对图像采集模块上传的图像信息进行处理，得到光伏板表面中污渍的位置坐标信息，并将该位置坐标信息发送给光伏板清洁装置；

所述光伏板清洁装置包括多自由度机械手以及设置在所述多自由度机械手的执行末端的喷头。

优选的，所述多自由度机械手为三自由度机械手，该三自由度机械手通过单片机控制，所述单片机采用STM32单片机。

优选的，所述三自由度机械手包括底座、设置在底座上的第一支撑杆、设置在第一支撑杆上的第二支撑杆、设置在第二支撑杆末端的执行末端、摆动驱动机构、自转驱动机构以及移动驱动机构；其中，所述摆动驱动机构用于驱动所述第二支撑杆摆动，所述自转驱动机构用于驱动第一支撑杆自转，而所述移动驱动机构用于驱动底座移动；所述摆动驱动机构和所述自转驱动机构均采用电机驱动，而所述移动驱动机构采用电机与丝杆传动机构结合的驱动方式，或者采用气缸驱动的方式。

优选的，所述图像采集模块为图像采集摄像头。

优选的，所述清洗机构还包括供水机构，其中，所述供水机构包括水管以及收卷电机，其中，所述水管一端与水源连通，另一端与所述喷头连接；所述收卷电机用于收卷或释放水管。

优选的，所述供水机构还包括用于控制水管中水流的通断的电磁阀。

优选的，所述喷头上设置有切换机构，用于促使该喷头在单孔喷水或多孔喷水两个工作模式下自由切换。

优选的，所述切换机构包括设置在喷头的喷口处的第一多孔圆盘、第二多孔圆盘以及用于驱动所述第一多孔圆盘或第二多孔圆盘转动的切换驱动机构，其中，所述第一多孔圆盘和第二多孔圆盘转动连接在所述喷头的喷口处。

优选的，所述切换驱动机构采用电机与齿轮传动机构结合的方式，或采用电机与带传动机构结合的方式。

一种基于机器视觉的节水光伏板清理方法，包括以下步骤：

(1)、工作时，图像采集模块采集光伏板表面的图像数据并传输到处理器中；

(2)、处理器对采集到的图像数据先进行直方图均衡化和傅里叶频率强化。然后进行二值化提取特征，判断图像中污渍存在的区域的位置坐标信息，并将位置坐标信息传递给给多自由度机械手的控制器；

(3)、控制器控制多自由度机械手靠近光伏板中待清洁的位置进行多孔喷水模式的清洗；

(4)、通过图像采集模块再次采集光伏板表面的图像数据，并上传给处理器，处理器再进行图像处理，得到那些难去除的污渍的坐标，然后进行坐标逆运算得到多自由度机械手中的各个电机的转角，并将电机的转角信息传递给控制器；

(5)、控制器控制多自由度机械手动作，在单孔喷水模式下实现对顽固污渍进行清洗。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的基于机器视觉的节水光伏板清理系统采用机器视觉进行监控，识别污渍能力强、方便快捷、成本低、且能有效的实现太阳能板的清洁，提高了发电效率。

2、本发明的基于机器视觉的节水光伏板清理方法可有效地识别光伏板中污渍存在的区域，并控制多自由度机械手对该区域进行清洗，清洗完成后，对于存在的顽固污渍，可以再次进行单独清洗，从而提高清洗效果。

附图说明

图1为本发明的基于机器视觉的节水光伏板清理系统的结构简图。

图2为执行末端和喷头的立体结构示意图。

图3为喷头的结构简图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图3，本发明的基于机器视觉的节水光伏板清理系统包括视觉识别装置以及光伏板清洁装置，其中，

所述视觉识别装置包括图像采集模块以及处理器，其中，所述图像采集模块为图像采集摄像头，用于采集光伏板表面的图像，并将该图像信息上传给处理器；所述处理器为计算机，用于对图像采集模块上传的图像信息进行处理，得到光伏板表面中存在污垢的区域，并将污垢的位置坐标信息发送给光伏板清洁装置；

所述光伏板清洁装置包括多自由度机械手以及设置在所述多自由度机械手的执行末端的喷头5，其中，所述多自由度机械手为三自由度机械手，所述三自由度机械手包括用于驱动执行末端竖向摆动的摆动驱动机构4、用于驱动执行末端自转的自转驱动机构7以及用于驱动执行末端移动的移动驱动机构；该三自由度机械手通过单片机控制，所述单片机采用STM32单片机；

在本实施例中，所述三自由度机械手包括底座、设置在底座上的第一支撑杆、设置在第一支撑杆上的第二支撑杆以及设置在第二支撑杆末端的喷头5，其中，所述摆动驱动机构4用于驱动所述第二支撑杆摆动，所述自转驱动机构7用于驱动第一支撑杆转动，而所述移动驱动机构用于驱动底座移动；所述摆动驱动机构4和所述自转驱动机构7均采用电机驱动，而所述移动驱动机构采6用电机与丝杆传动机构结合的驱动方式，或者采用气缸驱动的方式。

参见图1-图3，所述光伏板清洁装置还包括供水机构，其中，所述供水机构包括水管1以及收卷电机2，其中，所述收卷电机2采用单片机控制，所述单片机采用STM32单片机；所述水管1一端与水源连通，另一端与所述喷头5连接；所述收卷电机2用于收卷或释放水管1。通过输送泵将清洗水输送到喷头5处，实现对光伏板进行清洗；在多自由度机械手带动喷头5对光伏板的各个待清洁位置进行清洗的过程中，所述收卷电机2可同步工作，即不断收卷或释放水管1，例如当收卷电机2与多自由度机械手之间的距离增加时，所述收卷电机2释放水管1，而当收卷电机2与多自由度机械手之间的距离减小时，所述收卷电机2回收水管1，这样可以保证水管1与多自由度机械手之间不发生干涉。另外，所述供水机构还包括用于控制水管1中水流的通断的电磁阀。

参见图1-图3，所述喷头5上设置有切换机构，用于促使该喷头5在单孔喷水或多孔喷水两个工作模式下自由切换，其中，所述切换机构包括设置在喷头5的喷口处的第一多孔圆盘8、第二多孔圆盘9以及用于驱动所述第一多孔圆盘8或第二多孔圆盘9转动的切换驱动机构3，其中，所述第一多孔圆盘8和第二多孔圆盘9转动连接在所述喷头5的喷口处；所述切换驱动机构3采用电机与齿轮传动机构结合的方式，或采用电机与带传动机构结合的方式。通过切换驱动机构3带动第一多孔圆盘8或第二多孔圆盘9转动，使得所述第一多孔圆盘8和第二多孔圆盘9中对应的连接孔连通或错开，使得喷头5工作在单孔喷水模式或多孔喷水模式下；当第一多孔圆盘8和第二多孔圆盘9中其他对应的连接孔错开时，只留下位于第一多孔圆盘8和第二多孔圆盘9中部的连接孔连通，为单孔喷水模式；当第一多孔圆盘8和第二多孔圆盘9中对应的连接孔连通时，为多孔喷水模式。

本实施例则采用电机带动连杆10转动，从而带动第一多孔圆盘8转动，以实现单孔喷水模式和多孔喷水模式进行切换。

参见图1-图3，本发明的基于机器视觉的节水光伏板清理系统的工作原理是：

工作时，图像采集摄像头采集图像数据传输到计算机中，计算机通过matlab软件对采集到的图像数据先进行直方图均衡化和傅里叶频率强化。然后进行二值化提取特征，判断图像中污渍存在的区域的位置坐标信息，并将位置坐标信息传递给给多自由度机械手的控制器(例如单片机)，控制器控制多自由度机械手靠近光伏板中待清洁的位置进行多孔喷水模式的清洗。然后再用图像采集摄像头采集图像数据，上传给计算机，计算机再进行图像处理，得到那些难去除的污渍坐标，然后进行坐标逆运算得到多自由度机械手中的电机的转角，然后传递给控制器，同时所述喷头切换为单孔喷水的工作模式，所述控制器控制多自由度机械手对顽固污渍进行清洗。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的节水光伏板清理系统，其特征在于，包括视觉识别装置以及光伏板清洁装置，其中，

所述视觉识别装置包括图像采集模块以及处理器，其中，所述图像采集模块用于采集光伏板表面的图像，并将该图像信息上传给处理器；所述处理器用于对图像采集模块上传的图像信息进行处理，得到光伏板表面中污渍的位置坐标信息，并将该位置坐标信息发送给光伏板清洁装置；

所述光伏板清洁装置包括多自由度机械手以及设置在所述多自由度机械手的执行末端的喷头。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的节水光伏板清理系统，其特征在于，所述多自由度机械手为三自由度机械手，该三自由度机械手通过单片机控制，所述单片机采用STM32单片机。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的节水光伏板清理系统，其特征在于，所述三自由度机械手包括底座、设置在底座上的第一支撑杆、设置在第一支撑杆上的第二支撑杆、设置在第二支撑杆末端的执行末端、摆动驱动机构、自转驱动机构以及移动驱动机构；其中，所述摆动驱动机构用于驱动所述第二支撑杆摆动，所述自转驱动机构用于驱动第一支撑杆自转，而所述移动驱动机构用于驱动底座移动；所述摆动驱动机构和所述自转驱动机构均采用电机驱动，而所述移动驱动机构采用电机与丝杆传动机构结合的驱动方式，或者采用气缸驱动的方式。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的节水光伏板清理系统，其特征在于，所述图像采集模块为图像采集摄像头。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的节水光伏板清理系统，其特征在于，所述清洗机构还包括供水机构，所述供水机构包括水管以及收卷电机，其中，所述水管一端与水源连通，另一端与所述喷头连接；所述收卷电机用于收卷或释放水管。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的节水光伏板清理系统，其特征在于，所述供水机构还包括用于控制水管中水流的通断的电磁阀。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的节水光伏板清理系统，其特征在于，所述喷头上设置有切换机构，用于促使该喷头在单孔喷水或多孔喷水两个工作模式下自由切换。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的节水光伏板清理系统，其特征在于，所述切换机构包括设置在喷头的喷口处的第一多孔圆盘、第二多孔圆盘以及用于驱动所述第一多孔圆盘或第二多孔圆盘转动的切换驱动机构，其中，所述第一多孔圆盘和第二多孔圆盘转动连接在所述喷头的喷口处。

9.根据权利要求8所述的基于机器视觉的节水光伏板清理系统，其特征在于，所述切换驱动机构采用电机与齿轮传动机构结合的方式，或采用电机与带传动机构结合的方式。

10.一种用于权利要求1-9任一项所述的基于机器视觉的节水光伏板清理系统的基于机器视觉的节水光伏板清理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、工作时，图像采集模块采集光伏板表面的图像数据并传输到处理器中；

(2)、处理器对采集到的图像数据先进行直方图均衡化和傅里叶频率强化。然后进行二值化提取特征，判断图像中污渍存在的区域的位置坐标信息，并将位置坐标信息传递给给多自由度机械手的控制器；

(3)、控制器控制多自由度机械手靠近光伏板中待清洁的位置进行多孔喷水模式的清洗；

(4)、通过图像采集模块再次采集光伏板表面的图像数据，并上传给处理器，处理器再进行图像处理，得到那些难去除的污渍的坐标，然后进行坐标逆运算得到多自由度机械手中的各个电机的转角，并将电机的转角信息传递给控制器；

(5)、控制器控制多自由度机械手动作，在单孔喷水模式下实现对顽固污渍进行清洗。

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