CN114560085A - 太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置及系统 - Google Patents

太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置及系统，装置包括无人机本体、支架和清洗组件，清洗组件包括底座、刮板、第一驱动部、供液装置、多个出液组件以及一一对应设置的多个拂尘组件、多个万向轮组件和多个固定连接轴，刮板工作时，第一驱动部驱动刮板旋转至与底座相垂直的状态，刮板不工作时，第一驱动部驱动刮板旋转至与相平行的状态；拂尘组件套设在相对应的固定连接轴上，用于对太阳能板上表面进行清扫，万向轮组件与相对应的固定连接轴的另一端连接，无人机本体通过万向轮组件实现在太阳能板上的移动。本发明解决了现有无人机悬浮空中的清洗方式会消耗大量的电能，清洗的力度不足，对于无人机高度控制的精确性要求较高的技术问题。

Description

太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置及系统
技术领域
本发明无人机协同集群技术领域，涉及一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置及系统。
背景技术
随着国家对于太阳能光伏发电技术的大力支持，可再生能源行业的进一步发展，未来我国太阳能光伏发电技术必然拥有更为广阔的发展前景。为了保持光电转化效率，太阳能光伏板必须保持干净，定时清理，然而，太阳能光伏板的维护具有位置分散、数量巨大、工作环境恶劣等困难，太阳能光伏板的清洁维护需消耗大量劳动力成本。如位于青藏高原的龙羊峡大坝发电站，其总装机容量达850兆瓦，共有400万块太阳能光伏板。中国拥有许多类似的规模庞大的太阳能发电站，因而太阳能光伏板的清洁维护不容忽视。
目前，太阳能光伏板清洗维护存在以下问题：1)、由于太阳能光伏板所处环境恶劣，多为偏远荒凉地区，阵风等外界干扰对无人机姿态控制设计提出很高要求，现有基于无人机的清洗装置难以克服大范围变化的阵风等外界干扰；2)现有基于无人机的清洗装置多为悬浮空中进行清洗，然而悬浮空中的清洗方式会消耗大量的电能，同时清洗的力度不足，影响效果；3)悬浮空中的清洗方式对于无人机高度控制的精确性要求较高，过低有可能破坏太阳能光伏板，过高无法完成清洗工作。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提供了一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置及系统。
本发明的技术解决方案如下：
根据一方面，提供一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，该装置包括：
无人机本体；
支架；
清洗组件，所述清洗组件包括底座、刮板、第一驱动部、供液装置、多个出液组件以及一一对应设置的多个拂尘组件、多个万向轮组件和多个固定连接轴，其中，所述底座的第一面通过所述支架与无人机本体连接，所述刮板与所述底座的一侧可转动连接，所述第一驱动部设置在所述底座内，所述第一驱动部用于驱动所述刮板旋转，其中，刮板工作时，所述第一驱动部驱动刮板旋转至与底座相垂直的状态，刮板不工作时，所述第一驱动部驱动刮板旋转至与相平行的状态；任意固定连接轴的一端与所述底座的与第一面相背设置的第二面固定连接，多个固定连接轴间隔分布，任意拂尘组件套设在相对应的固定连接轴上且与所述固定连接轴可转动连接，所述拂尘组件用于对太阳能光伏板上表面进行清扫，任意所述万向轮组件与相对应的固定连接轴的另一端连接，所述无人机本体通过所述万向轮组件实现在太阳能光伏板上的移动；多个出液组件均设置在所述底座的第二面上并均与供液装置连接，所述供液装置中存储有清洁剂和水源，在进行太阳能光伏板清洗和维护时，所述无人机装置通过所述出液组件向太阳能光伏板喷洒清洁剂和/或水。
进一步地，所述拂尘组件包括环形拂尘器、齿轮、齿轮的连杆、第二驱动部和多个棉质布条，多个棉质布条沿环形拂尘器的周缘设置且与所述环形拂尘器可拆卸连接，所述环形拂尘器套设在所述固定连接轴上，所述齿轮与所述齿轮的连杆相连接，所述齿轮设置在所述环形拂尘器的内侧，所述齿轮的连杆还设置在所述固定连接轴上，所述第二驱动部设置在所述固定连接轴上，所述第二驱动部驱动所述齿轮的连杆转动，齿轮的连杆和齿轮相配合带动所述拂尘器转动。
进一步地，所述万向轮组件包括有驱动万向轮、第三驱动部和万向轮连接轴，所述万向轮连接轴与所述固定连接轴的另一端连接，所述第三驱动部设置在所述万向轮连接轴上，所述有驱动万向轮还与所述万向轮连接轴连接，所述第三驱动部用于驱动所述有驱动万向轮。
进一步地，所述供液装置为清洗车；所述出液组件包括可调节软质喷水管头和软管，所述可调节软质喷水管头固定在所述底座的第二面上，所述可调节软质喷水管头通过所述软管与所述清洗车相连通。
进一步地，所述无人机本体包括多旋翼无人机。
进一步地，所述无人机本体包括姿态位置速度控制器和飞控计算机，所述控制器对应设计多组控制参数，所述多组控制参数包括n个风场特征点对应的n组控制器参数和1组强风下降控制参数；所述飞控计算机中存储有n个风场特征点下的n组配平姿态曲线数据，所述n组控制器参数与n组配平姿态曲线数据一一对应设置，无人机装置工作中，所述飞控计算机实时获取无人机姿态信息并将其与所述n组配平姿态曲线数据进行比较，根据比较结果确定所述控制器所采用的控制参数，其中，n大于等于2。
进一步地，所述飞控计算机实时获取无人机姿态信息并将其与所述n组配平姿态曲线数据进行比较，根据比较结果确定所述控制器所采用的控制参数，包括：
S1、将实时获取的无人机姿态信息与n组配平姿态曲线数据进行比较以获取n组配平姿态曲线数据对应的n个相似度；
S2、判断n个相似度中的最大值是否大于预设阈值，若是，则转至S3；若否，则转至S4；
S3、确定相似度最大值的配平姿态曲线数据对应的一组控制参数作为控制器的控制参数；
S4、确定控制器采用强风下降控制参数；
S5、迭代S1～S4，直至工作结束。
进一步地，步骤S3和S4中，两组控制参数切换过程中，控制信号采用指数衰减的方式从当前控制参数下控制器的输出渐变到待切换控制参数下控制器的输出。
进一步地，所述控制器包括内环路姿态控制系统和外环路速度控制系统，所述内环路姿态控制系统用于控制无人机的偏航、俯仰、滚转姿态，所述外环路速度控制系统用于控制无人机的速度，内环路姿态控制系统和外环路速度控制系统均采用典型的PID反馈控制器；所述控制参数包括PID控制器的比例、积分和微分系数。
根据另一方面，提供一种太阳能光伏板自主清洗维护系统，所述系统包括多个上述的无人机装置，所述系统还包括地面站系统，所述地面站系统包括任务需求模块、任务分配及路径规划模块、控制模块、设备状态模块和太阳能光伏板检测模块，所述任务需求模块用于选取需要清洗的太阳能光伏板；所述任务分配及路径规划模块用于制定各个无人机装置的飞行轨迹；所述控制模块用于指定无人机的飞行速度上限和清洁方案，其中所述清洁方案决定了是否喷洒清洁剂、使用拂尘和刮板以及清洁的顺序；
所述设备状态模块用于监督查看无人机组的状态；所述太阳能光伏板监测模块用于监督查看太阳能光伏板的状态。
与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：
1)通过设计无人机装置包括清洁组件，清洗组件中的刮板、第一驱动部、供液装置、多个出液组件以及多个拂尘组件和多个万向轮组件相配合，由此能够减少无人机电能的消耗，依靠自身重量增加清洁力度，同时避免无人机高度控制的精确性要求；解决了现有无人机悬浮空中的清洗方式会消耗大量的电能，清洗的力度不足，对于无人机高度控制的精确性要求较高的技术问题；
2)通过将无人机控制器对应设计多组控制参数(也即针对不同的风场强度设计不同的控制器)，以及给出切换控制策略，由此能够增加无人机对于工作环境的鲁棒性，使得无人机可以自主判断风场强度并采取相应控制策略，有效解决了单一控制器难以克服强度大范围变化的阵风等外界干扰的技术问题。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例无人机装置第一方向结构示意图；
图2为本发明实施例无人机装置第二方向结构示意图；
图3为本发明实施例无人机装置第三方向结构示意图；
图4为本发明实施例无人机装置第四方向结构示意图；
图5本发明实施例无人机装置第五方向结构示意图；
图6为本发明实施例无人机装置的拂尘组件和万向轮组件结构示意图；
图7为本发明实施例无人机装置第六方向结构示意图；
图8为本发明实施例无人机装置第七方向结构示意图；
图9为本发明无人机太阳能光伏板清洗维护系统；
图10为本发明风场姿态控制切换控制策略；
图11为本发明控制器结构框图；
图12为本发明集群无人机自主协同太阳能光伏板清洗维护系统工作流程图；
上述附图包括以下附图标记：
10、无人机本体；11、视觉系统；12、旋翼；13、无刷电机；20、支架；30、清洁组件；31、底座；32、刮板；33、拂尘组件；331、拂尘器；332、齿轮；333、齿轮的连杆；334、第二驱动部；34、万向轮组件；341、有驱动万向轮；342、万向轮连接轴；35、固定连接轴；36、可调节软质喷水管头。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“水平”、“垂直”、“上”、“下”、“正面”、“背面”、“X轴”、“Y轴”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定；
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“直插”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-8所示，在本发明的一个实施例中，提供一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，该装置包括无人机本体10、支架20和清洁组件30，所述清洗组件包括底座31、刮板32、第一驱动部、供液装置、多个出液组件以及一一对应设置的多个拂尘组件33、多个万向轮组件34和多个固定连接轴35，其中，所述底座31的第一面通过所述支架20与无人机本体10连接，所述刮板32与所述底座31的一侧可转动连接，所述第一驱动部设置在所述底座31内，所述第一驱动部用于驱动所述刮板32旋转，其中，刮板32工作时，所述第一驱动部驱动刮板32旋转至与底座31相垂直的状态，刮板32不工作时，所述第一驱动部驱动刮板32旋转至与相平行的状态；任意固定连接轴35的一端与所述底座31的与第一面相背设置的第二面固定连接，多个固定连接轴35间隔分布，任意拂尘组件33套设在相对应的固定连接轴35上且与所述固定连接轴35可转动连接，所述拂尘组件33用于对太阳能光伏板上表面进行清扫，任意所述万向轮组件34与相对应的固定连接轴35的另一端连接，所述无人机本体10通过所述万向轮组件34实现在太阳能光伏板上的移动；多个出液组件均设置在所述底座31的第二面上并均与供液装置连接，所述供液装置中存储有清洁剂和水源，在进行太阳能光伏板清洗和维护时，所述无人机装置通过所述出液组件向太阳能光伏板喷洒清洁剂和/或水。
举例来说，所述无人机本体10包括多旋翼无人机。例如，四旋翼无人机，该无人机可包括基础配件，例如飞控板、电池、电机、螺旋桨、视觉系统11、旋翼12、无刷电机13等。
本发明实施例中，所述支架20安装在无人机下方，用于连接无人机和清洗组件。
如图1-2所示，所述底座31一侧为以可旋转刮板32，底座31内部含有第一驱动部，用于驱动刮板32的旋转。刮板32工作时，旋转至与底座31垂直状态，刮板32不工作时，旋转至与底座31平行状态。
可见，本发明实施例通过设计无人机装置包括清洁组件，清洗组件中的刮板、第一驱动部、供液装置、多个出液组件以及多个拂尘组件和多个万向轮组件相配合，由此能够减少无人机电能的消耗，依靠自身重量增加清洁力度，同时避免无人机高度控制的精确性要求；解决了现有无人机悬浮空中的清洗方式会消耗大量的电能，清洗的力度不足，对于无人机高度控制的精确性要求较高的技术问题。
在上述实施例中，为了实现对太阳能光伏板更好地清洗和维护，所述拂尘组件33包括环形拂尘器331、齿轮332、齿轮的连杆333、第二驱动部334和多个棉质布条，多个棉质布条沿环形拂尘器331的周缘设置且与所述环形拂尘器331可拆卸连接，所述环形拂尘器331套设在所述固定连接轴35上，所述齿轮332与所述齿轮的连杆333相连接，所述齿轮332设置在所述环形拂尘器331的内侧，所述齿轮的连杆333还设置在所述固定连接轴35上，所述第二驱动部334设置在所述固定连接轴35上，所述第二驱动部334驱动所述齿轮的连杆333转动，齿轮的连杆333和齿轮332相配合带动所述拂尘器331转动。
在上述实施例中，为了实现无人机在太阳能光伏板上更好地移动，所述万向轮组件34包括有驱动万向轮341、第三驱动部和万向轮连接轴342，所述万向轮连接轴342与所述固定连接轴35的另一端连接，所述第三驱动部设置在所述万向轮连接轴342上，所述有驱动万向轮341还与所述万向轮连接轴342连接，所述第三驱动部用于驱动所述有驱动万向轮341。
在上述实施例中，为了便于对太阳能光伏板的清洗，所述供液装置为清洗车；所述出液组件包括可调节软质喷水管头36和软管，所述可调节软质喷水管头36固定在所述底座31的第二面上，所述可调节软质喷水管头36通过所述软管与所述清洗车相连通。
举例来说，所述底座31下方可以连接四个拂尘组件33，四个拂尘组件33中间固定可调节软质喷水管头36，所述拂尘组件33和万向轮组件34结构如图6-8所示，拂尘组件33包括一个环状的拂尘器331，拂尘器331外侧带有多组拂尘棉质布条，沿圆周等距排列。所述拂尘器331和有驱动万向轮341分别由两个转动轴驱动。用于驱动拂尘器331的第二驱动部334安装在固定连接轴35中间，第二驱动部334带动齿轮332进而带动拂尘器331做旋转运动，带动拂尘棉质布条旋转，扫去太阳能光伏板上的拂尘和飘落物等。所述有驱动万向轮341由万向轮连接轴342上的第三驱动部驱动，实现太阳能光伏板清洗维护无人机地面上的移动。通过拂尘器331的设计，可实现无人机降落在光伏太阳能光伏板上完成清洁任务。所述设计，避免了无人机悬停过程克服重力消耗的电能，避免了无人机悬停、水平移动过程中对于高度精确控制的要求，同时可利用自身重力，增加刮板32的力度，提升清洁能力。
此外，上述第一驱动部、第二驱动部334和第三驱动部均为驱动电机。
如图10-11所示，在上述实施例中，所述无人机本体10包括姿态位置速度控制器和飞控计算机，所述控制器对应设计多组控制参数，所述多组控制参数包括n个风场特征点对应的n组控制器参数和1组强风下降控制参数；所述飞控计算机中存储有n个风场特征点下的n组配平姿态曲线数据，所述n组控制器参数与n组配平姿态曲线数据一一对应设置，无人机装置工作中，所述飞控计算机实时获取无人机姿态信息并将其与所述n组配平姿态曲线数据进行比较，根据比较结果确定所述控制器所采用的控制参数，其中，n大于等于2。
本发明实施例中，所述飞控计算机实时获取无人机姿态信息并将其与所述n组配平姿态曲线数据进行比较，根据比较结果确定所述控制器所采用的控制参数，包括：
S1、将实时获取的无人机姿态信息与n组配平姿态曲线数据进行比较以获取n组配平姿态曲线数据对应的n个相似度；
S2、判断n个相似度中的最大值是否大于预设阈值，若是，则转至S3；若否，则转至S4；
S3、确定相似度最大值的配平姿态曲线数据对应的一组控制参数作为控制器的控制参数；
S4、确定控制器采用强风下降控制参数；
S5、迭代S1～S4，直至工作结束。
举例来说，为了获取n组配平姿态曲线数据以进行多个控制器的设计，具体设计流程为：1.建立多旋翼无人机对象模型；2.建立风场模型并选取n个典型风场特征点，n个特征点表征n个风场强度；3.在所选的n个典型风场特征点进行仿真，将所得的无人机风场特征点下的配平姿态曲线预存在飞控计算机中；4.针对n个风场特征点，设计n组对应的控制参数(控制器)，同时设计1个强风下降控制器；5.通过将实际测量的无人机姿态信息与预存的姿态曲线进行对比，判断当前风强度属于n个风场特征点的哪一个，采用切换控制策略决定采用的控制参数。具体的：
1.所述多旋翼无人机对象模型参考成熟的多旋翼无人机为低速飞行器模型。该对象系统运动过程可视为刚体，根据Newton-Euler方程可写出无人机平动和转动动态如下式所示：
Fb＝m(v+ω×v)
Figure BDA0003515440930000112
其中Fb，Mb代表体坐标系下飞机所受的外部合力和合力矩，m为集体质量，I为机身三轴转动惯量，v为线速度，ω为角速度。
在上述模型的基础上，采用叶素法，对单个桨叶进行机理建模，建立旋翼受风场影响下，旋翼力和力矩的变化规律，修正Fb，Mb，从而使上述模型更加接近真实情况。
2.所述风场模型，具体指阵风。阵风可看作常值风，代表风场中幅值高，低频缓慢变化的部分。阵风的表达式如下：
Figure BDA0003515440930000111
其中，Vm代表幅值，dm代表风长，x为风场水平位移。所述n个典型风场特征点为n组不同的Vm，dm。
3.所述预存配平姿态曲线，通过搭建半实物仿真平台，进行仿真获得的。针对2中选取的n个典型风场特征点分别进行仿真。
如图11所示，所述控制器包括内环路姿态控制系统和外环路速度控制系统，所述内环路姿态控制系统用于控制无人机的偏航、俯仰、滚转姿态，所述外环路速度控制系统用于控制无人机的速度，内环路姿态控制系统和外环路速度控制系统均采用典型的PID反馈控制器；所述控制参数包括PID控制器的比例、积分和微分系数。
也即，控制器分为内外两个回路，内回路由内环姿态控制器控制无人机的偏航、俯仰、滚转姿态，外回路由外环速度控制器控制无人机的速度。内环姿态控制器和外环速度控制器采用的典型的PID反馈控制器。通过仿真试验，调整PID控制器的比例、积分、微分系数，设计满足要求的控制器。无人机的位置通过无人机的姿态和高度进行控制。速度分段模块通过当前位置和期望位置之间的距离，计算期望的速度。目标位置由视觉识别模块确定。不同的阵风等级对应不同的PID控制器的比例、积分、微分系数。即，n个典型风场特征点和1个强风下降控制器采用相同的控制结构，但是不同的PID控制器。不同的PID控制器对应不同的比例、积分、微分系数。
所述切换控制策略如图10所示。通过将实际测量的无人机姿态和预存的姿态曲线进行对比，判断变化趋势与n个预存曲线之间的相似性。所得n个相似性中的最大值如果大于预先给定的阈值，则认为目前的风场采用该相似性对应的阵风强度，并采用该阵风强度对应的控制器。如果所得n个相似性中的最大值小于预先给定的阈值，则启动强风下降控制器。
此外，控制器切换带来的稳定性问题，基于随机切换系统进行稳定性分析。具体方法为：假设不同强风之间的切换符合马尔科夫过程，即当前的强风等级和过去的强风等级无关，同时假设强风之间的切换概率(默认为未知概率)，建立模拟随机风场，进而通过数值仿真和半物理仿真分析全系统稳定性。
较佳地，步骤S3和S4中，两组控制参数切换过程中，控制信号采用指数衰减的方式从当前控制参数下控制器的输出渐变到待切换控制参数下控制器的输出。
可见，上述实施例通过针对不同的风场强度设计不同的控制器，可有效解决单一控制器难以克服强度大范围变化的阵风等外界干扰的问题。
如图9、12所示，为了实现集群无人机自主协同太阳能光伏板清洗和维护，根据本发明另一实施例，提供一种太阳能光伏板自主清洗维护系统，所述系统包括多个上述的无人机装置，所述系统还包括地面站系统，所述地面站系统包括任务需求模块、任务分配及路径规划模块、控制模块、设备状态模块和太阳能光伏板检测模块，所述任务需求模块用于选取需要清洗的太阳能光伏板；所述任务分配及路径规划模块用于制定各个无人机装置的飞行轨迹；所述控制模块用于指定无人机的飞行速度上限和清洁方案，其中所述清洁方案决定了是否喷洒清洁剂、使用拂尘和刮板以及清洁的顺序；
所述设备状态模块用于监督查看无人机组的状态；所述太阳能光伏板监测模块用于监督查看太阳能光伏板的状态。
本发明实施例中，所述无人机地面控制站通过无线数传电台与无人机组进行通讯，并通过串口与太阳能发电站健康监控系统进行连接。无人机向地面站发送飞机状态数据：俯仰角、滚转角、偏航角、经度、纬度、高度、速度、电压与通信信号强度等。同时，地面站向无人机发送飞行航点控制指令。另外，基于太阳能光伏板监测模块的二次开发实现对无人机组的视频监控，具有对视频实时显示、保存以及照相等功能。
较佳地，地面站接收无人机组发送的信息并发送指令信号实现集群无人机的协同工作和自主清洗。同时，地面站还负责接收无人机发送的太阳能光伏板的图像信息，并可与健康监测系统关联，进行太阳能光伏板的健康监测分析。
本发明实施例所述集群无人机太阳能光伏板清洗维护系统工作流程如图12所示：
a)用户由地面站输入任务需求；
b)地面站与无人机组进行连接，确认设备状态，按照无人机数量、位置分配任务，规划无人机的路径，清洗车与无人机进行无线数据连接，并与无人机随动；
c)无人机机载飞控计算机接收地面站的指令，进行姿态、高度控制，完成地面站的指令，同时清洗车在车载控制器作用下根据无人机的位置进行随动控制；
d)无人机和清洗车到达指定位置，并降落在太阳能光伏板中央；
e)无人机装载的清洁组件启动，依靠两组电动可旋转拂尘装置在太阳能光伏板上移动，并依此进行拂尘、喷洒清洁剂、刮尘流程；
f)清洁工作完成后，无人机起飞，拍摄太阳能光伏板图像，发送至地面站，地面站将该信息反馈给健康监控系统；
g)地面站发送新的控制指令，无人机飞至下一个待清洁太阳能光伏板，清洗车随动；
h)如果无人机电量不足或清洗车内清洁剂不足，地面站将发送指令，引导无人机及其配套清洗车回到补给中心，进行充电或补充清洁剂。
综上，本发明实施例针对太阳能光伏板所处环境恶劣，多为偏远荒凉地区，阵风等外界干扰较多，单一控制器难以克服大范围变化的阵风等外界干扰的问题，给出切换控制策略，增加无人机对于工作环境的鲁棒性；同时，针对无人机悬浮空中的清洗方式会消耗大量的电能，清洗的力度不足，对于无人机高度控制的精确性要求较高的问题，设计无人机降落在太阳能光伏板上的清洁装置，减少电能的消耗，依靠自身重量增加清洁力度，同时避免无人机高度控制的精确性要求。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
本发明以上的方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，其特征在于，所述装置包括：
无人机本体；
支架；
清洗组件，所述清洗组件包括底座、刮板、第一驱动部、供液装置、多个出液组件以及一一对应设置的多个拂尘组件、多个万向轮组件和多个固定连接轴，其中，所述底座的第一面通过所述支架与无人机本体连接，所述刮板与所述底座的一侧可转动连接，所述第一驱动部设置在所述底座内，所述第一驱动部用于驱动所述刮板旋转，其中，刮板工作时，所述第一驱动部驱动刮板旋转至与底座相垂直的状态，刮板不工作时，所述第一驱动部驱动刮板旋转至与相平行的状态；任意固定连接轴的一端与所述底座的与第一面相背设置的第二面固定连接，多个固定连接轴间隔分布，任意拂尘组件套设在相对应的固定连接轴上且与所述固定连接轴可转动连接，所述拂尘组件用于对太阳能光伏板上表面进行清扫，任意所述万向轮组件与相对应的固定连接轴的另一端连接，所述无人机本体通过所述万向轮组件实现在太阳能光伏板上的移动；多个出液组件均设置在所述底座的第二面上并均与供液装置连接，所述供液装置中存储有清洁剂和水源，在进行太阳能光伏板清洗和维护时，所述无人机装置通过所述出液组件向太阳能光伏板喷洒清洁剂和/或水。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，其特征在于，所述拂尘组件包括环形拂尘器、齿轮、齿轮的连杆、第二驱动部和多个棉质布条，多个棉质布条沿环形拂尘器的周缘设置且与所述环形拂尘器可拆卸连接，所述环形拂尘器套设在所述固定连接轴上，所述齿轮与所述齿轮的连杆相连接，所述齿轮设置在所述环形拂尘器的内侧，所述齿轮的连杆还设置在所述固定连接轴上，所述第二驱动部设置在所述固定连接轴上，所述第二驱动部驱动所述齿轮的连杆转动，齿轮的连杆和齿轮相配合带动所述拂尘器转动。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，其特征在于，所述万向轮组件包括有驱动万向轮、第三驱动部和万向轮连接轴，所述万向轮连接轴与所述固定连接轴的另一端连接，所述第三驱动部设置在所述万向轮连接轴上，所述有驱动万向轮还与所述万向轮连接轴连接，所述第三驱动部用于驱动所述有驱动万向轮。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，其特征在于，所述供液装置为清洗车；所述出液组件包括可调节软质喷水管头和软管，所述可调节软质喷水管头固定在所述底座的第二面上，所述可调节软质喷水管头通过所述软管与所述清洗车相连通。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，其特征在于，所述无人机本体包括多旋翼无人机。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，其特征在于，所述无人机本体包括姿态位置速度控制器和飞控计算机，所述控制器对应设计多组控制参数，所述多组控制参数包括n个风场特征点对应的n组控制器参数和1组强风下降控制参数；所述飞控计算机中存储有n个风场特征点下的n组配平姿态曲线数据，所述n组控制器参数与n组配平姿态曲线数据一一对应设置，无人机装置工作中，所述飞控计算机实时获取无人机姿态信息并将其与所述n组配平姿态曲线数据进行比较，根据比较结果确定所述控制器所采用的控制参数，其中，n大于等于2。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，其特征在于，所述飞控计算机实时获取无人机姿态信息并将其与所述n组配平姿态曲线数据进行比较，根据比较结果确定所述控制器所采用的控制参数，包括：
S1、将实时获取的无人机姿态信息与n组配平姿态曲线数据进行比较以获取n组配平姿态曲线数据对应的n个相似度；
S2、判断n个相似度中的最大值是否大于预设阈值，若是，则转至S3；若否，则转至S4；
S3、确定相似度最大值的配平姿态曲线数据对应的一组控制参数作为控制器的控制参数；
S4、确定控制器采用强风下降控制参数；
S5、迭代S1～S4，直至工作结束。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，其特征在于，步骤S3和S4中，两组控制参数切换过程中，控制信号采用指数衰减的方式从当前控制参数下控制器的输出渐变到待切换控制参数下控制器的输出。
9.根据权利要求8所述的一种太阳能光伏板自主清洗维护无人机装置，其特征在于，所述控制器包括内环路姿态控制系统和外环路速度控制系统，所述内环路姿态控制系统用于控制无人机的偏航、俯仰、滚转姿态，所述外环路速度控制系统用于控制无人机的速度，内环路姿态控制系统和外环路速度控制系统均采用典型的PID反馈控制器；所述控制参数包括PID控制器的比例、积分和微分系数。
10.一种太阳能光伏板自主清洗维护系统，其特征在于，所述系统包括多个权利要求1-9所述的无人机装置，所述系统还包括地面站系统，所述地面站系统包括任务需求模块、任务分配及路径规划模块、控制模块、设备状态模块和太阳能光伏板检测模块，所述任务需求模块用于选取需要清洗的太阳能光伏板；
所述任务分配及路径规划模块用于制定各个无人机装置的飞行轨迹；所述控制模块用于指定无人机的飞行速度上限和清洁方案，其中所述清洁方案决定了是否喷洒清洁剂、使用拂尘和刮板以及清洁的顺序；所述设备状态模块用于监督查看无人机组的状态；所述太阳能光伏板监测模块用于监督查看太阳能光伏板的状态。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115675843A (zh) * 2022-09-07 2023-02-03 武汉赤雀实验室科技有限公司 一种全自动擦洗光伏发电板的无人机清洗装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104324913A (zh) * 2014-09-26 2015-02-04 安徽新迪机电科技有限责任公司 一种飞碟式光伏电池板清洗器及其清洗方法
KR20170019000A (ko) * 2015-08-10 2017-02-21 주식회사 비에스피 태양광 패널 청소용 로봇과 태양광 패널 청소용 로봇의 제어방법
US20170305547A1 (en) * 2016-04-20 2017-10-26 Drone Wash, Inc. Surface washing drone
CN109981042A (zh) * 2019-04-30 2019-07-05 天津大学 一种基于多旋翼的太阳能电池板清洁的智能机器人
WO2019221467A1 (ko) * 2018-05-17 2019-11-21 솔라비젼 주식회사 사물인터넷 및 드론을 이용한 태양광 모듈 청소 시스템
US20190359329A1 (en) * 2019-06-29 2019-11-28 Michael Gavrilov Drone systems for cleaning solar panels and methods of using the same
CN110745245A (zh) * 2019-09-30 2020-02-04 浙江工业职业技术学院 一种太阳能光伏板板面清洁无人机
CN210965991U (zh) * 2019-10-09 2020-07-10 广东尚恒能源发展有限公司 一种光伏电站除尘刷
KR102259395B1 (ko) * 2019-12-23 2021-06-01 김용훈 자율주행기반 태양광패널 세척로봇
CN215682222U (zh) * 2021-03-18 2022-01-28 华北电力大学（保定） 一种光伏电站光伏板清洗机器人

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104324913A (zh) * 2014-09-26 2015-02-04 安徽新迪机电科技有限责任公司 一种飞碟式光伏电池板清洗器及其清洗方法
KR20170019000A (ko) * 2015-08-10 2017-02-21 주식회사 비에스피 태양광 패널 청소용 로봇과 태양광 패널 청소용 로봇의 제어방법
US20170305547A1 (en) * 2016-04-20 2017-10-26 Drone Wash, Inc. Surface washing drone
WO2019221467A1 (ko) * 2018-05-17 2019-11-21 솔라비젼 주식회사 사물인터넷 및 드론을 이용한 태양광 모듈 청소 시스템
CN109981042A (zh) * 2019-04-30 2019-07-05 天津大学 一种基于多旋翼的太阳能电池板清洁的智能机器人
US20190359329A1 (en) * 2019-06-29 2019-11-28 Michael Gavrilov Drone systems for cleaning solar panels and methods of using the same
CN110745245A (zh) * 2019-09-30 2020-02-04 浙江工业职业技术学院 一种太阳能光伏板板面清洁无人机
CN210965991U (zh) * 2019-10-09 2020-07-10 广东尚恒能源发展有限公司 一种光伏电站除尘刷
KR102259395B1 (ko) * 2019-12-23 2021-06-01 김용훈 자율주행기반 태양광패널 세척로봇
CN215682222U (zh) * 2021-03-18 2022-01-28 华北电力大学（保定） 一种光伏电站光伏板清洗机器人

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李诚龙 等: "多旋翼无人机强风环境优化控制仿真", 计算机仿真, vol. 35, no. 03, pages 38 - 42 *
顾德英 等: "《计算机控制技术》", vol. 4, 北京邮电大学出版社, pages: 132 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115675843A (zh) * 2022-09-07 2023-02-03 武汉赤雀实验室科技有限公司 一种全自动擦洗光伏发电板的无人机清洗装置

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