CN114337521A - 光伏板清理装置的控制系统及光伏板清理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏板清理装置的控制系统及光伏板清理装置。光伏板清理装置的控制系统，光伏板清理装置包括行走机构，行走机构包括框架、设于框架底部并用于行走的独立悬挂装置以及处于框架上部并用于作为基础安装平台的水平基板，独立悬挂装置设置为至少三组，控制系统包括控制器、用于控制行走机构行走的行走驱动控制系统、用于控制行走机构转向的转向控制系统以及用于在行走机构行走和转向过程中确保水平基板处于水平的悬架控制系统，控制器分别与行走驱动控制系统、转向控制系统以及悬架控制系统电连接。实现对行走机构速度和方向的控制，保证清理作业的平稳性，提高清理的精准度，适用于各种复杂环境内行进，减少人力使用，满足使用需求。

Description

光伏板清理装置的控制系统及光伏板清理装置

技术领域

本发明涉及光伏板清理技术领域，特别地，涉及一种光伏板清理装置的控制系统。此外，本发明还涉及一种包括光伏板清理装置的控制系统的光伏板清理装置。

背景技术

在全球节能减排大环境下，很多国家提出了碳中和、碳达峰的计划。各国都在大力发展作为清理能源之一的太阳能发电。太阳能发电的光伏板由于在室外使用，因此粉尘、黄沙、火山灰、鸟粪等污垢会逐渐附着于表面导致发电效率降低，因此，定期清洗光伏板的表面是很重要的。

目前出现了各种各样的光伏板清理装置，例如：

一种具有烘干功能的光伏太阳能板清理装置，通过在光伏板两侧布设轨道，并在轨道上采用步进的方式驱动清理刷移动，同时还需要在光伏板上方布设水箱，还需要布设热风风扇。整个结构均集成在光伏板上，导致光伏板稳定性差，且需要实时补水使用不方便，且容易造成阻光等问题，进而导致发电效率降低。

一种光伏电池板清理机器人，采用行走机器人驱动六自由度的驱动臂进行清洗作业。对于环境的要求高，需要专业人士针对特定环境专门编写作业程序，且一旦环境发生改变就需要重新编程，技术要求高，且价格昂贵。

一种利用雨水清洗太阳能面板的系统，通过收集雨水并采用旋转刷对太阳能面板进行清洗，整个结构同样是集成于太阳能面板上。需要铺设专门的轨道，对于环境要求高，需要经常有雨水的环境，且容易造成阻光等问题，进而导致发电效率降低。

一种在倾斜面上的作业装置，包括作业机器人以及跟随车，作业机器人与跟随车采用缆线连接，作业机器人与跟随车具有相互获知位置的定位系统，采用作业机器人在光伏板上行走并及时进行清理。仅能够实现单块光伏板的清理，在密集的光伏板整列中难以实现跨越，在表面边行走边清理，清理的效果不佳。

现有的光伏板清理技术，都存在清理效率低的弊端，不能满足电站的实际需要，因此还需要大量的使用人力辅助进行清洗。

发明内容

本发明提供了一种光伏板清理装置的控制系统及光伏板清理装置，以解决现有光伏板清理技术，清理的精准度不够，且不适合于在光伏板阵列的复杂环境下行走，需要人工辅助，不能满足电站的实际需要的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种光伏板清理装置的控制系统，光伏板清理装置包括行走机构，行走机构包括框架、设于框架底部并用于行走的独立悬挂装置以及处于框架上部并用于作为基础安装平台的水平基板，独立悬挂装置设置为至少三组，控制系统包括控制器、用于控制行走机构行走的行走驱动控制系统、用于控制行走机构转向的转向控制系统以及用于在行走机构行走和转向过程中确保水平基板处于水平的悬架控制系统，控制器分别与行走驱动控制系统、转向控制系统以及悬架控制系统电连接。

进一步地，独立悬挂装置包括转动连接于框架底部的回转机构、第一端连接在回转机构的动力输出端的第一连杆、第一端铰接于第一连杆的第二端上的第二连杆、转动连接于第二连杆的第二端上的轮胎以及设于第一连杆与第二连杆之间的悬架油缸；悬架油缸两端分别铰接在第一连杆和第二连杆上。

进一步地，第一连杆和第二连杆均在竖直平面上呈折弯布设，悬架油缸两端分别铰接在第一连杆的折弯转角处和第二连杆的折弯转角处。

进一步地，回转机构上安装有用于检测旋转角度的旋转编码器。

进一步地，框架和/或水平基板上设有倾角传感器。

进一步地，悬架油缸内置有位移传感器和压力传感器。

进一步地，控制器的输出端设置有电磁阀，以根据分别检测的悬架油缸的内部压力、悬架油缸的伸缩位移量以及水平基板的倾斜角度进行协调控制，进而使水平基板保持水平，控制器、电磁阀、位移传感器、压力传感器和倾角传感器构成悬架控制系统。

进一步地，回转机构还包括马达和蜗轮蜗杆，马达通过涡轮蜗杆驱动回转机构，旋转编码器安装于蜗轮蜗杆上，控制器的输出端通过电磁阀连接并控制马达，回转机构、旋转编码器和控制器构成转向控制系统。

进一步地，行走驱动控制系统包括行走系统和供油系统；行走系统采用马达独立驱动；供油系统采用电控变量的闭式主泵，并由电机驱动闭式主泵；控制器输出控制比例阀分别检测各个马达的转速，并根据电机效率以及使用工况控制使用不同的电机转速。

进一步地，电机转速及闭式主泵排量调节供给各个马达的需求流量，根据使用工况结合电机转速扭矩特性及效率进行电机转速及油泵排量的综合调节。

根据本发明的另一方面，还提供了一种光伏板清理装置，其包括上述光伏板清理装置的控制系统。

本发明具有以下有益效果：

本发明的光伏板清理装置的控制系统，光伏板清理装置采用行走机构以便于整体的行走转移；行走机构采用框架作为安装基础，以保证各个部件的装配精度和可靠性；框架上设有水平基板，作为光伏板清理的水平基准，以确保整个清理过程的精准控制；通过至少三组独立悬挂装置对框架进行支撑并带动框架行走，确保行走转移的稳定性；通过控制器对行走驱动控制系统进行控制，以实现对行走机构移动速度的调节，并避免行走机构运动过程中打滑和失速，进而满足行走机构在复杂路面下的平稳性要求，从而提高清理的精准度；通过控制器对转向控制系统进行控制和调节，以实现对行进机构移动方向的调节，而适应于复杂环境内行走，减少人力使用，满足使用需求；通过控制器对悬架控制系统进行控制，以在清理过程中维持水平基板精度范围内的水平，保证清理作业的平稳性，进而提高清理的精准度。本发明通过控制器、行走驱动控制系统、转向控制系统以及悬架控制系统的相互协同配合，以实现对行走机构速度和方向的控制，保证行走机构运动平稳，确保清理作业平稳，同时还维持水平基板在精度范围内的保持水平，进一步保证清理作业的平稳性，提高清理的精准度，且适用于各种复杂环境内行进，减少人力使用，满足使用需求，独立悬挂装置使得只要框架能够行走通过的区域就能够到达，方便在光伏板阵列之间的狭小空间行走转移，环境适应性更好。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统中行走驱动控制系统的控制框图；

图4是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统中转向控制系统的控制框图；

图5是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统中悬架控制系统的控制框图。

图例说明：

100、框架；101、水平基板；400、独立悬挂装置；401、回转机构；402、第一连杆；403、第二连杆；404、悬架油缸；405、轮胎。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统的结构示意图；图2是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统的结构示意图；图3是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统中行走驱动控制系统的控制框图；图4是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统中转向控制系统的控制框图；图5是本发明优选实施例的光伏板清理装置的控制系统中悬架控制系统的控制框图。

如图1-图5所示，本实施例的光伏板清理装置的控制系统，光伏板清理装置包括行走机构，行走机构包括框架100、设于框架100底部并用于行走的独立悬挂装置400以及处于框架100上部并用于作为基础安装平台的水平基板101，独立悬挂装置400设置为至少三组，控制系统包括控制器、用于控制行走机构行走的行走驱动控制系统、用于控制行走机构转向的转向控制系统以及用于在行走机构行走和转向过程中确保水平基板101处于水平的悬架控制系统，控制器分别与行走驱动控制系统、转向控制系统以及悬架控制系统电连接。本发明的光伏板清理装置的控制系统，光伏板清理装置采用行走机构以便于整体的行走转移；行走机构采用框架100作为安装基础，以保证各个部件的装配精度和可靠性；框架100上设有水平基板101，作为光伏板清理的水平基准，以确保整个清理过程的精准；通过至少三组独立悬挂装置400对框架100进行支撑并带动框架100行走；通过控制器对行走驱动控制系统进行控制，以实现对行走机构移动速度的调节，并避免行走机构运动过程中打滑和失速，进而满足行走机构在复杂路面下的平稳性要求，从而提高清理的精准度；通过控制器对转向控制系统进行控制和调节，以实现对行进机构移动方向的调节，而适应于复杂环境内行走，减少人力使用，满足使用需求；通过控制器对悬架控制系统进行控制，以在清理过程中维持水平基板101精度范围内的水平，保证清理作业的平稳性，进而提高清理的精准度。本发明通过控制器、行走驱动控制系统、转向控制系统以及悬架控制系统的相互协同配合，以实现对行走机构速度和方向的控制，保证行走机构运动平稳，确保清理作业平稳，同时还维持水平基板101在精度范围内的保持水平，进一步保证清理作业的平稳性，提高清理的精准度，且适用于各种复杂环境内行进，减少人力使用，满足使用需求，独立悬挂装置400使得只要框架100能够行走通过的区域就能够到达，方便在光伏板阵列之间的狭小空间行走转移，环境适应性更好。优选地，独立悬挂装置400设置四组，四组独立悬挂装置400分别布设在框架100底部四角位置。

如图1-图2所示，本实施例中，独立悬挂装置400包括转动连接于框架100底部的回转机构401、第一端连接在回转机构401的动力输出端的第一连杆402、第一端铰接于第一连杆402的第二端上的第二连杆403、转动连接于第二连杆403的第二端上的轮胎405以及设于第一连杆402与第二连杆403之间的悬架油缸404；悬架油缸404两端分别铰接在第一连杆402和第二连杆403上。通过回转机构401驱动第一连杆402运动，第一连杆402驱动第二连杆403运动，进而带动轮胎405转动，从而实现行进机构方向的调节；通过悬挂油缸竖向伸缩调节第一连杆402和第二连杆403之间的距离，进而调节水平基板101的水平高度，同时还维持水平基板101在精度范围内的保持水平，保证清理作业的平稳性，从而提高清理的精准度。

如图2所示，本实施例中，第一连杆402和第二连杆403均在竖直平面上呈折弯布设，悬架油缸404两端分别铰接在第一连杆402的折弯转角处和第二连杆403的折弯转角处。通过悬架油缸404分别铰接于第一连杆402的折弯转角处和第二连杆403的折弯转角处，以提高第一连杆402和第二连杆403竖向摆动的范围，进而提高独立悬挂装置400竖向伸缩的范围，便于跨过更高的阻碍物，环境适应性更好。

如图2和图4所示，本实施例中，回转机构401上安装有用于检测旋转角度的旋转编码器。通过旋转编码器检测旋转角度并传输旋转角度至控制器内，控制器再根据旋转角度对回转机构401进行控制，以实现对行走机构移动方向的调节。

如图5所示，本实施例中，框架100和/或水平基板101上设有倾角传感器。通过倾角传感器检测光伏板清理装置的倾斜角度并传输至控制器内，控制器对悬架油缸404进行控制，以确保光伏板清理装置回归预设的倾斜角度范围内，保证光伏板清理装置运动的平稳性，从而提高清理的精准度。

如图5所示，本实施例中，悬架油缸404内置有位移传感器和压力传感器。通过位移传感器检测悬架油缸404的伸缩位移量并传输至控制器，然后通过压力传感器检测压力并传输至控制器内，控制器根据伸缩位移量和压力对悬架油缸404内的压力进行调节，进而实现对悬架油缸404伸缩位移量的调节，从而维持水平基板101在精度范围内的保持水平，保证清理作业的平稳性，提高清理的精准度。

如图5所示，本实施例中，控制器的输出端设置有电磁阀，以根据分别检测的悬架油缸404的内部压力、悬架油缸404的伸缩位移量以及水平基板101的倾斜角度进行协调控制，进而使水平基板101保持水平，控制器、电磁阀、位移传感器、压力传感器和倾角传感器构成悬架控制系统。悬架控制系统通过对悬架油缸404的内部压力、悬架油缸404的伸缩位移量以及水平基板101的倾斜角度进行协调控制，以保证水平基板101精度范围内的水平，确保清理作业的平稳性，提高清理的精准度。可选地，悬架油缸404内设有蓄能器，当行走机构的倾斜角度在一定阈值范围内时，悬架油缸404通过蓄能器自我补偿以进行被动减振调整控制；当倾斜角度超过一定阈值范围时，控制器根据倾斜角度对悬架油缸404进行调节，以使行走机构回归水平倾斜阈值范围内；通过悬架油缸404的被动减振消除大部分的路面颠簸，通过主动调节悬架油缸404以使行走机构在一定坡度及局部坑洼部位的下沉仍保持行走机构相对水平，进而保证清理作业的平稳性。

如图2和图4所示，本实施例中，回转机构401还包括马达和蜗轮蜗杆，马达通过涡轮蜗杆驱动回转机构401，旋转编码器安装于蜗轮蜗杆上，控制器的输出端通过电磁阀连接并控制马达，回转机构401、旋转编码器和控制器构成转向控制系统。马达通过涡轮蜗杆驱动回转机构401转动，旋转编码器测量转动角度并传输至控制器内，控制器再根据转动角度控制电磁阀，进而控制马达，实现对行进机构移动方向的调节。

如图3所示，本实施例中，行走驱动控制系统包括行走系统和供油系统；行走系统采用马达独立驱动；供油系统采用电控变量的闭式主泵，并由电机驱动闭式主泵；控制器输出控制比例阀分别检测各个马达的转速，并根据电机效率以及使用工况控制使用不同的电机转速。控制器输出控制比例阀分别检测各个马达的转速，以综合马达的转速反馈，进行马达的排量控制以调节行进机构驱动扭矩，在某个独立悬挂装置400负载变小时，使得马达排量立即进入失速控制策略，以防止打滑和失速，确保光伏板清理装置在复杂环境内，高低速宽度范围大的情况下的稳定性控制要求。应当理解的是，马达排量越大，驱动力越大，行驶速度越慢；马达排量越小，驱动力越小，行驶速度越快；因此行走机构的速度控制需要结合电机转速、闭式油泵排量以及马达排量综合进行调节，以使行走机构在不同区间内使用不同的三者调节量以达到最高使用效率。

在一实施例中，水平基板101上滑动连接有滚刷机构，滚刷机构包括用于呈悬置状态贴附于光伏板表面以清理光伏板的滚刷组件、用于控制滚刷组件的倾斜角度的角度控制机构以及用于控制滚刷组件升降的升降控制机构；升降控制机构滑动连接于水平基板101上，升降控制机构的活动端连接滚刷组件，角度控制机构设于升降控制机构的活动端与滚刷组件之间。整个滚刷机构滑动连接在水平基板101上，可以根据需要使滚刷机构相对于水平基板101进行水平移动调节，确保滚刷机构悬停于待清理光伏板的上方；即使框架100经过行走移动并固定定位后的最终位置偏离于待清理的光伏板的位置，也可以通过滚刷机构在水平基板101上的水平滑动以进行位置校正；另外可以将框架100固定定位在两块光伏板之间，而通过滚刷机构在水平基板101上的水平滑动以实现两块光伏板的清理作业，即实现跨板清理作业。滚刷机构包括滚刷组件、升降控制机构和角度控制机构，升降控制机构滑动连接在水平基板101上，滚刷组件铰接固定于升降控制机构的活动端，角度控制机构布设于升降控制机构的活动端与滚刷组件之间，角度控制机构分别与升降控制机构的活动端与滚刷组件采用铰接连接，通过升降控制机构实现滚刷组件的升降控制，通过角度控制机构实现滚刷组件的俯仰控制，进而实现滚刷组件与待清理光伏板表面的贴附控制，且不论以何种姿态悬停在光伏板上方，均能够实现滚刷组件与待清理光伏板表面的贴附，进而实现对光伏板表面的清理，从而达到完全替代人工实现全自动机械化清理作业的目的。

在一实施例中，水平基板101上布设有横移轨道以及横移驱动装置，升降控制机构装于横移轨道上并与横移驱动装置的动力输出端连接。通过横移驱动装置控制升降控制机构在横移轨道上移动，进而带动滚刷组件横移，实现对滚刷组件悬停位置的控制，从而实现滚刷组件与待清理光伏板之间相对位置的调节，或者实现滚刷组件跨越相邻两块光伏板并依次对两块光伏板进行清理。可选地，横移轨道可以采用单列轨道，也可以采用平行布设的多列轨道。可选地，横移轨道呈十字形交错布设或者井字形交错布设，且下层轨道滑动连接于上一层轨道内，升降控制机构布设于最下层的轨道上，且每一层轨道对应设有横移驱动装置，进而实现升降控制机构在水平面上沿纵向和/或横向移动。可选地，横移驱动装置采用横移油缸。

在一实施例中，升降控制机构包括滑动连接在水平基板上且倒装布设的剪叉机构以及设置在水平基板101上的牵拉机构，牵拉机构的输出端与剪叉机构的活动端连接并实现剪叉机构的升降控制。剪叉机构可以在水平基板101上进行水平滑动调节，进而带动滚刷组件水平移动；剪叉机构带动滚刷组件下降，可以采用动力装置驱动，也可以利用两者的自重下降，而上升则采用牵拉机构向上牵引拉动，进而实现上升。可选地，剪叉机构包括剪叉式杆件以及用于驱动剪叉式杆件动作的驱动油缸。可选地，剪叉机构也可以采用自身重力外伸，以及通过牵拉机构回收。可选地，由于滚刷清理的下压力并不需要太大，因此剪叉机构也可以替换为伸缩杆、伸缩套筒、连杆机构等伸缩机构。

在一实施例中，牵拉机构包括设于水平基板101上的升降动力装置、与升降动力装置的动力输出端连接的钢丝绳以及转动布设于水平基板101上的滑轮，钢丝绳的第一端与升降动力装置的动力输出端连接，钢丝绳的第二端经滑轮变向后与剪叉机构的活动端连接。钢丝绳从升降动力装置的动力输出端引出并绕过滑轮后沿竖直方向连接在剪叉机构的活动端上，通过升降动力装置回收钢丝绳以通过钢丝绳拉动剪叉机构的活动端上升，进而实现滚刷组件的上升控制；当需要下降时，通过升降动力装置释放钢丝绳，利用滚刷组件、角度控制机构、升降控制机构的自身重力作用，使得滚刷组件自然下降。可选地，当滚刷组件利用重力自然下降收到阻碍时，也可以利用剪叉机构上设置的辅助动力装置确实剪叉机构带动滚刷组件下降。

如图3所示，本实施例中，电机转速及闭式主泵排量调节供给各个马达的需求流量，根据使用工况结合电机转速扭矩特性及效率进行电机转速及油泵排量的综合调节。控制器根据电机转速以及马达的需求排量，根据使用工况和电机转速扭矩特性及效率进行电机转速及闭式主泵排量的综合调节，进而在低速情况下使用最佳电机效率区间进行闭式主泵排量的调节，在高速情况下闭式油泵排量及电子转速综合控制调节。

如图1-图5所示，本实施例的光伏板清理装置，其包括上述光伏板清理装置的控制系统。通过光伏板清理装置的控制系统对光伏板清理装置进行控制，以保证光伏板清理装置清理作业的平稳性，提高清理的精准度，同时适用于复杂环境的行进，减少人力使用，满足使用需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

光伏板清理装置包括行走机构，行走机构包括框架(100)、设于框架(100)底部并用于行走的独立悬挂装置(400)以及处于框架(100)上部并用于作为基础安装平台的水平基板(101)，独立悬挂装置(400)设置为至少三组，

控制系统包括控制器、用于控制行走机构行走的行走驱动控制系统、用于控制行走机构转向的转向控制系统以及用于在行走机构行走和转向过程中确保水平基板(101)处于水平的悬架控制系统，控制器分别与行走驱动控制系统、转向控制系统以及悬架控制系统电连接。

2.根据权利要求1所述的光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

独立悬挂装置(400)包括转动连接于框架(100)底部的回转机构(401)、第一端连接在回转机构(401)的动力输出端的第一连杆(402)、第一端铰接于第一连杆(402)的第二端上的第二连杆(403)、转动连接于第二连杆(403)的第二端上的轮胎(405)以及设于第一连杆(402)与第二连杆(403)之间的悬架油缸(404)；

悬架油缸(404)两端分别铰接在第一连杆(402)和第二连杆(403)上。

3.根据权利要求2所述的光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

第一连杆(402)和第二连杆(403)均在竖直平面上呈折弯布设，悬架油缸(404)两端分别铰接在第一连杆(402)的折弯转角处和第二连杆(403)的折弯转角处。

4.根据权利要求2所述的光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

回转机构(401)上安装有用于检测旋转角度的旋转编码器。

5.根据权利要求4所述的光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

框架(100)和/或水平基板(101)上设有倾角传感器。

6.根据权利要求5所述的光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

悬架油缸(404)内置有位移传感器和压力传感器。

7.根据权利要求6所述的光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

控制器的输出端设置有电磁阀，以根据分别检测的悬架油缸(404)的内部压力、悬架油缸(404)的伸缩位移量以及水平基板(101)的倾斜角度进行协调控制，进而使水平基板(101)保持水平，

控制器、电磁阀、位移传感器、压力传感器和倾角传感器构成悬架控制系统。

8.根据权利要求7所述的光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

回转机构(401)还包括马达和蜗轮蜗杆，马达通过涡轮蜗杆驱动回转机构(401)，旋转编码器安装于蜗轮蜗杆上，控制器的输出端通过电磁阀连接并控制马达，

回转机构(401)、旋转编码器和控制器构成转向控制系统。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

行走驱动控制系统包括行走系统和供油系统；

行走系统采用马达独立驱动；

供油系统采用电控变量的闭式主泵，并由电机驱动闭式主泵；

控制器输出控制比例阀分别检测各个马达的转速，并根据电机效率以及使用工况控制使用不同的电机转速。

10.根据权利要求9所述的光伏板清理装置的控制系统，其特征在于，

电机转速及闭式主泵排量调节供给各个马达的需求流量，根据使用工况结合电机转速扭矩特性及效率进行电机转速及油泵排量的综合调节。

11.一种光伏板清理装置，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的光伏板清理装置的控制系统。

Images