CN114400967B - 一种多段式光伏组件清洗系统及机器人大风保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多段式光伏组件清洗系统及机器人大风保护方法，相邻主梁上的光伏组件在中间部位采用动态桥连接，有利于提升清扫机器人过动态桥时的越障能力，增大清扫机器人的适应性。动态桥距离回转的主梁近，光伏组件回转到正负最大角度时，对应的桥接也不会存在脱开的风险，机器人在进行清扫作业时，无需担心动态桥脱开，机器人无法通行或者坠落的问题。风速风向仪检测作业环境中的风速，并控制机器人做出对应的防风保护措施，减少大风环境下机器人坠落的可能。机器人左右两侧的清洁刷安装轴可以快速拆装，运输时，可以进行分段运输后到现场直接安装，有利于降低运输成本。同时，清洁刷等备品备件也能快速拆装，有利于降低后期的维护成本。

Description

一种多段式光伏组件清洗系统及机器人大风保护方法

技术领域

本发明属于机器人领域，具体的是一种多段式光伏组件清洗系统及机器人大风保护方法。

背景技术

随着跟踪支架式地面电站在全球范围内的大规模建设，光伏清洗机器人被纳入标准需求。为了提高光伏电站的总体发电量，且不影响电站的正常运作，光伏清洗机器人的需求也在逐步提高，为了适应光伏电站的需求，光伏清洗机器人也开始了多样化设计。

现在投入实际应用的清洁机器人主要是根据光伏板尺寸定制，动力盒基本布置在组件的两端。机器人两端对跟踪支架组件的末端压力大，机器人通行时，有较大的沉降。为了改善使用机器人时组件末端沉降问题，目前大多数厂家认同增加末端压块的形式，将组件连接在一起，共同分担机器人重量来减少组件的沉降。此种方式，需要增加末端压块成本及末端压块安装人力成本，且压块数量多，对工期也提出了较长的需求。同时，不同厂家设计的压块，有的存在掉落的风险，给运维也造成一定的困难。

受相邻跟踪支架距离及整体之间组件宽度的影响，桥接在相邻支架之间的动态桥断开角度也有差异，有的动态桥仅能确保跟踪支架回转精度内桥接正常，大于回转精度则断开。距离更大的桥接，断开角度也仅多几十度，当其中一个跟踪器故障后，动态桥基本都断开，此时，则需要现场人工恢复。另外，为了确保机器人的正常通过并桥接更大的角度偏差，动态桥接需预留最多的冗余，这样，动态桥的成本上升，且运维成本也较高。

受当地大风天气影响，机器人需要可靠的停机位，为了确保机器人具备可靠的抗风条件且适应机器人的设计，通常要求采用独立桩停机位，2P竖装是目前跟踪支架的主流。此种结构，需求的机器人长度通常为4米多，甚至5米以上。按常规机器人设计，停机位迎风面积大，用料多，成本高。

发明内容

本发明提供一种多段式光伏组件清洗系统及机器人大风保护方法用以解决背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种多段式光伏组件清洗系统，包括固定于相邻平单轴跟踪系统主梁上的光伏组件，所述清洗系统包括清洗机器人、动态桥、静态桥、停机充电仓和转向位；

于所述主梁的上端，且位于光伏组件的上表面设有可供清洗机器人移动的导轨，相邻主梁上的光伏组件之间设有动态桥，所述动态桥采用万向可伸缩结构与两端的导轨连接；同一主梁上的相邻光伏组件之间设有静态桥，并与两端的导轨连接；所述停机充电仓、转向位分别设置在清扫范围主梁的两个端部；

于所述清洗机器人的底部设有驱动机构，所述驱动机构带动机器人沿导轨移动；于所述清洗机器人的两侧设有清洗机构，所述清洗机构用于清洗主梁上的光伏组件；

还包括有风速风向仪和防跌落传感器，所述风速风向仪设置在清洗机器人的顶部，实时检测风速大小，并控制清洗机器人的启闭；所述防跌落传感器设置在清洗机器人的前后端，当检测到轨道断裂或缺失时，控制机器人停止作业。

进一步地，所述清洗机器人包括控制箱，以及设置在控制箱底部的驱动机构，以及设置在控制箱左右两侧的清洗机构；所述控制箱包括控制板和储能电源，所述控制板连接风速风向仪和防跌落传感器，并将风速风向仪和防跌落传感器的检测信号反馈至驱动机构和清洗机构中，所述储能电源用于提供动能。

进一步地，所述驱动机构设置有两组，分别设置在控制箱的底部前后两侧；所述驱动机构包括驱动轮传动箱，以及设置在驱动轮传动箱左右两侧的驱动轮；所述驱动轮传动箱内设有齿轮传动组件，齿轮上安装有驱动轮轴，并与驱动轮连接。

进一步地，所述控制箱的下端，且位于驱动轮的内侧设有限位轮。

进一步地，所述清洗机构包括收放传动箱，以及设置在收放传动箱的底部，且位于控制箱左右两侧的清洁刷安装轴，以及设置在控制箱底部的中部清洁刷，所述清洁刷安装轴上安装有清洁刷；所述收放传动箱内设有驱动电机，并采用蜗轮蜗杆结构与清洁刷安装轴连接。

进一步地，所述收放传动箱的顶部设有摄像头，通过摄像头判断机器人的位置并控制清洁刷安装轴的收放。

进一步地，所述控制箱的前后端均设有接近开关，所述转向位和停机充电仓上设有对应的接近开关触发板。

进一步地，所述动态桥、静态桥均为可供清洗机器人通过的导轨结构，两端采用螺栓与光伏组件的末端檩条连接。

进一步地，所述万向节可伸缩结构包括连接在两端的万向节和与万向节连接的伸缩臂一及伸缩臂二。万向节之间的间距变化时，伸缩臂一及伸缩臂二可以相互运动，调节间隙。

一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，包括如下几个步骤：

S1 . 机器人清扫作业前：风速风向仪检测作业环境；当作业环境中存在大风时，机 器人取消清扫作业，左右两侧清洁刷安装轴及清洁刷收起至大风保护状态；

S2 . 机器人清扫作业时：设定机器人行驶允许风速V1，并与风速风向仪检测作业环境中的风速V2作对比；

S2-1 . 当V2＜V1时；机器人取消清扫作业，并快速返回至停机充电仓内，到达后机 器人左右两侧清洁刷安装轴及清洁刷收起至大风保护状态；

S2-2 . 当V2≥V1时；机器人取消清扫作业，并快速行驶至距离机器人最近的静态桥上，到达后机器人左右两侧清洁刷安装轴及清洁刷收起至大风保护状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、相邻光伏组件之间存在角度错差，在组件末端表现的尤为明显，而中间部位的角度偏差相对平缓，相邻主梁上的光伏组件在中间部位采用动态桥连接，有利于提升清扫机器人过动态桥时的越障能力，增大清扫机器人的适应性。同时，降低对光伏组件的回转精度要求，跟踪系统精度较差的光伏组件亦可以布置此种清洗机器人，提升清洗机器人的应用范围。

2、动态桥距离回转的主梁近，光伏组件回转到正负最大角度时，对应的桥接也不会存在脱开的风险，机器人在进行清扫作业时，无需担心动态桥脱开，机器人无法通行或者坠落的问题。

3、风速风向仪检测作业环境中的风速，并控制机器人做出对应的防风保护措施，减少大风环境下机器人坠落的可能；防跌落传感器检测轨道缺失情况，控制机器人做出对应的防跌措施，并且上报轨道故障信息和故障位置。

4、机器人左右两侧的清洁刷安装轴可以快速拆装，运输时，可以进行分段运输后到现场直接安装，有利于降低运输成本。同时，清洁刷等备品备件也能快速拆装，有利于降低后期的维护成本。

5、与传统的立桩停机位相比，本发明中的停机充电仓体积更小，从而减少迎风面积，使仓体结构稳定可靠。

附图说明

图1为一种多段式光伏组件清洗系统的整体结构示意图；

图2为清洗机器人的结构图；

图3为动态桥放大示意图；

图4为大风保护状态示意图；

图5为机器人防跌落自我保护方法；

图6为机器人大风保护方法流程图；

图中，1、主梁一，2、主梁二，3、光伏组件一，4、光伏组件二，5、光伏组件三，6、光伏组件四，7、清洗机器人，8、导轨，9、静态桥，10、动态桥，11、停机充电仓，12、转向位，13、激光告警灯，14、摄像头，15、收放传动箱，16、清洁刷安装轴，17、中部清洁刷，18、接近开关，19、限位轮，20、驱动轮，21、驱动轮传动箱，22、充电电刷，23、风速风向仪，24、控制箱，25、防跌落传感器，26、紧急开关，27、万向节，28、伸缩臂一，29、伸缩臂二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。还需说明的是，除非另有明确规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个原件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本发明中的具体含义。

实施例，请参照附图1-4，一种多段式光伏组件清洗系统，包括相邻平单轴跟踪系统主梁一1和主梁二2，所述主梁一1上设有光伏组件一3、光伏组件二4，所述主梁二2上设有光伏组件三5、光伏组件四6，所述清洗系统包括清洗机器人7、动态桥10、静态桥9、停机充电仓11和转向位12。

于所述主梁一1、主梁2的上端，且位于光伏组件一3、光伏组件二4、光伏组件三5、光伏组件四6的中部上表面设有可供清洗机器人7移动的导轨8。光伏组件一3与光伏组件二4之间，光伏组件三5与光伏组件四6之间设有静态桥9。光伏组件二4与光伏组件三5之间设有动态桥10，所述动态桥10采用万向可伸缩结构与两端的导轨8连接。所述停机充电仓11和

转向位12分别设置在主梁一1和主梁二2的两个端部。

需要说明的是，所述静态桥9为固定于相邻光伏组件之间的两根连杆，两端通过螺栓与光伏组件的末端檩条连接，形成可供可供清洗机器人7通过的导轨结构；所述动态桥10采用万向可伸缩结构，包括连接在两端的万向节27和与万向节27连接的伸缩臂一28及伸缩臂二29，万向节27之间的间距变化时，伸缩臂一28及伸缩臂二29可以相互运动，调节间隙。万向节27同样通过螺栓与光伏组件的末端檩条连接，形成可供可供清洗机器人7通过的导轨结构。

相邻光伏组件之间存在角度错差，在组件末端表现的尤为明显，而中间部位的角度偏差相对平缓，相邻主梁上的光伏组件在中间部位采用动态桥连接，有利于提升清扫机器人过动态桥时的越障能力，增大清扫机器人的适应性。同时，降低对光伏组件的回转精度要求，跟踪系统精度较差的光伏组件亦可以布置此种清洗机器人，提升清洗机器人的应用范围。

于所述清洗机器人7的底部设有驱动机构，所述驱动机构带动机器人7沿导轨8移动；于所述清洗机器人7的两侧设有清洗机构，所述清洗机构用于清洗主梁上的光伏组件。还包括风速风向仪23和防跌落传感器25，所述风速风向仪23设置在清洗机器人7 的顶部，实时检测风速大小，并控制清洗机器人7的启闭；所述防跌落传感器25设置在清洗 机器人7的前后端，当检测到轨道8断裂或缺失时，控制机器人停止作业。

具体的，所述清洗机器人7包括控制箱24，以及设置在控制箱24底部的驱动机构，以及设置在控制箱24左右两侧的清洗机构。所述控制箱24包括控制板和储能电源，所述控制板连接风速风向仪23和防跌落传感器25，并将风速风向仪23和防跌落传感器25的检测信号反馈至驱动机构和清洗机构中，所述储能电源用于提供动能。

上述结构中，所述驱动机构设置有两组，分别设置在控制箱24的底部前后两侧。所述驱动机构包括驱动轮传动箱21，以及设置在驱动轮传动箱21左右两侧的驱动轮20；所述驱动轮传动箱21内设有齿轮传动组件，齿轮上安装有驱动轮轴，并与驱动轮20连接。所述控制箱24的下端，且位于驱动轮20的内侧设有限位轮19。

应理解，所述齿轮传动组件为现有技术，通过驱动轮轴与驱动轮连接的结构同样已被公开，这里不做赘述。

上述结构中，所述清洗机构包括收放传动箱15，以及设置在收放传动箱15的底部，且位于控制箱24左右两侧的清洁刷安装轴16，以及设置在控制箱24底部的中部清洁刷17。所述清洁刷安装轴16可拆卸的安装于控制箱24的左右两侧，且所述清洁刷安装轴16上活动连接清洁刷。所述收放传动箱15内设有驱动电机，并采用蜗轮蜗杆结构与清洁刷安装轴16连接。机器人左右两侧的清洁刷安装轴16可以快速拆装，运输时，可以进行分段运输后到现场直接安装，有利于降低运输成本。同时，清洁刷等备品备件也能快速拆装，有利于降低后期的维护成本

作为本发明的进一步优选方案，所述收放传动箱的顶部设有摄像头，机器人返程过程中，通过摄像头，判断光伏组件上是否有鸟粪等未清洁干净的地方，根据判断结果，机器人执行定点清扫。两侧电机带动清洁刷进行多次摆动定点作业。

需要说明的是，所述控制箱24的前后端均设有接近开关18，所述停机充电仓11和转向位12上设有对应的接近开关触发板。所述清洗机器人7的顶部还设有激光告警灯13和

紧急开关26，用于遇到机器人故障或者运行环境故障时的告警指示，现场运维人员可以通 过激光告警灯的不同状态指示远距离判断机器人告警信息且通过激光告警灯快速找到机 器位置，紧急状态时，现场运维人员可以通过紧急开关快速关闭机器，避免风险。

机器人不执行清扫作业时，停靠在端部的停机充电仓11内，下部限位轮19卡入导轨8，机器人自带的充电电刷22与停机充电仓11内的充电座接触进行充电。左右两侧清洁刷安装轴16展开，确保清洁刷不对邻近组件产生遮挡。

机器人执行清扫作业前，先读取风速风向仪的读数，判断是否存在大风。气象正常时，机器人先进行自检，确保各个器件正常，两侧清洁刷安装轴处于展开状态。开始清扫作业后，机器人从停机充电仓内驶出，进入组件执行清扫作业。机器人通过静态桥时，机器人按清扫速度正常通行。当机器人到达动态桥时，机器人通过摄像头确定两侧清洁刷安装轴已经跃出组件后，执行收起命令，两侧清洁刷安装轴收起，然后机器人通过动态桥，机器人通过摄像头判断机器人到达下一组光伏组件后，执行展开命令，两侧清洁刷安装轴展开，继续清扫任务。机器人到达转向位后，机器人开始返程。

机器人返程过程中，通过摄像头，判断光伏组件上是否有鸟粪等未清洁干净的地方，根据判断结果，机器人执行定点清扫。两侧电机带动清洁刷进行多次摆动定点作业。

如图5所示，机器人前后设置有防跌落传感器，确保机器人在运行轨道出现缺失时，能进行自我保护，具体方式为：机器人前进时，防跌落传感器检测到运行轨道缺失，机器人停止清扫作业，返回至停机充电仓内，并上报故障信息及故障位置；机器人返程时，防跌落传感器检测到运行轨道缺失，机器人停止清扫作业，转向回到最近的静态桥上，并上报故障信息及故障位置。

如图6所示，一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，包括如下几个步骤：

S1 . 机器人清扫作业前：风速风向仪检测作业环境；当作业环境中存在大风时，机 器人取消清扫作业，左右两侧清洁刷安装轴及清洁刷收起至大风保护状态。

S2 . 机器人清扫作业时：设定机器人行驶允许风速V1，并与风速风向仪检测作业环境中的风速V2作对比。

S2-1 . 当V2＜V1时；机器人取消清扫作业，并快速返回至停机充电仓内，到达后机 器人左右两侧清洁刷安装轴及清洁刷收起至大风保护状态。

S2-2 . 当V2≥V1时；机器人取消清扫作业，并快速行驶至距离机器人最近的静态桥上，到达后机器人左右两侧清洁刷安装轴及清洁刷收起至大风保护状态。

具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (9)

1.一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，其特征在于，包括多段式光伏组件清洗系统；

多段式光伏组件清洗系统包括固定于相邻平单轴跟踪系统主梁上的光伏组件，所述清洗系统包括清洗机器人、动态桥、静态桥、停机充电仓和转向位；

于所述主梁的上端，且位于光伏组件的上表面设有可供清洗机器人移动的导轨，相邻主梁上的光伏组件之间设有动态桥，所述动态桥采用万向可伸缩结构与两端的导轨连接；同一主梁上的相邻光伏组件之间设有静态桥，并与两端的导轨连接；所述停机充电仓、转向位分别设置在清扫范围主梁的两个端部；

于所述清洗机器人的底部设有驱动机构，所述驱动机构带动机器人沿导轨移动；于所述清洗机器人的两侧设有清洗机构，所述清洗机构用于清洗主梁上的光伏组件；

还包括有风速风向仪和防跌落传感器，所述风速风向仪设置在清洗机器人的顶部，实时检测风速大小，并控制清洗机器人的启闭；所述防跌落传感器设置在清洗机器人的前后端，当检测到轨道断裂或缺失时，控制机器人停止作业；

还包括如下几个步骤：

S1 . 机器人清扫作业前：风速风向仪检测作业环境；当作业环境中存在大风时，机器人 取消清扫作业，左右两侧清洁刷安装轴及清洁刷收起至大风保护状态；

S2 . 机器人清扫作业时：设定机器人行驶允许风速V1，并与风速风向仪检测作业环境中的风速V2作对比；

S2-1 . 当V2＜V1时；机器人取消清扫作业，并快速返回至停机充电仓内，到达后机器人 左右两侧清洁刷安装轴及清洁刷收起至大风保护状态；

S2-2. 当V2≥V1时；机器人取消清扫作业，并快速行驶至距离机器人最近的静态桥上，到达后机器人左右两侧清洁刷安装轴及清洁刷收起至大风保护状态。

2.根据权利要求1所述的一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，其特征在于，所述清洗机器人 包括控制箱，以及设置在控制箱底部的驱动机构，以及设置在控制箱左右两侧的清洗机构； 所述控制箱包括控制板和储能电源，所述控制板连接风速风向仪和防跌落传感器，并将风 速风向仪和防跌落传感器的检测信号反馈至驱动机构和清洗机构中，所述储能电源用于提 供动能。

3.根据权利要求2所述的一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，其特征在于，所述驱动机构设 置有两组，分别设置在控制箱的底部前后两侧；所述驱动机构包括驱动轮传动箱，以及设置 在驱动轮传动箱左右两侧的驱动轮；所述驱动轮传动箱内设有齿轮传动组件，齿轮上安装 有驱动轮轴，并与驱动轮连接。

4.根据权利要求3所述的一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，其特征在于，所述控制箱的下端，且位于驱动轮的内侧设有限位轮。

5.根据权利要求4所述的一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，其特征在于，所述清洗机构包 括收放传动箱，以及设置在收放传动箱的底部，且位于控制箱左右两侧的清洁刷安装轴，以及设置在控制箱底部的中部清洁刷，所述清洁刷安装轴上安装有清洁刷；所述收放传动箱 内设有驱动电机，并采用蜗轮蜗杆结构与清洁刷安装轴连接。

6.根据权利要求5所述的一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，其特征在于，所述收放传动箱的顶部设有摄像头，通过摄像头判断机器人的位置并控制清洁刷安装轴的收放。

7.根据权利要求6所述的一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，其特征在于，所述控制箱的前后端均设有接近开关，所述转向位和停机充电仓上设有对应的接近开关触发板。

8.根据权利要求1所述的一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，其特征在于，所述动态桥、静态桥均为可供清洗机器人通过的导轨结构，两端采用螺栓与光伏组件的末端檩条连接。

9.根据权利要求1所述的一种多段式光伏清洗机器人大风保护方法，其特征在于，所述可伸缩结构包括连接在两端的万向节和与万向节连接的伸缩臂一及伸缩臂二；万向节之间的间 距变化时，伸缩臂一及伸缩臂二可以相互运动，调节间隙。