CN114905482B - 光伏智能安装机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏智能安装机器人，属于光伏安装领域，其特征在于，包括机器人系统，所述机器人系统包括机械臂、连接在机械臂上的机械手本体以及连接在机械手本体上的夹具本体；所述夹具本体连接有用于吸附光伏板的吸盘排，夹具本体的前侧设置有螺栓锁紧器，螺栓锁紧器通过连接架以能够相对于夹具本体上下浮动的方式与夹具本体相连，螺栓锁紧器通过旋转的方式与相应安装支架模块配合，用于一步法实施光伏板在光伏安装支架上的锁紧固定；本发明大大降低了光伏板的安装强度，简化光伏板的安装程序，降低现场作业风险，提高光伏板安装效率。

Description

光伏智能安装机器人

技术领域

本发明涉及光伏安装技术领域，具体涉及一种光伏智能安装机器人。

背景技术

随着自动化智能化的普及，越来越多的产业开始使用自动化设备进行安装，减轻人工的安装强度，加快工作效率。随着传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。光伏发电领域进入了全世界的目光，使光伏板的安装需求量越来越大。

目前，光伏安装领域还是处在人工安装的时代，以一个电站需要安装一块光伏板往往需要4个人，人工成本较高，安全性低。现有技术中，公布号为CN113844833A的中国发明专利申请公布了一种光伏板自动安装机器人，其解决了现有技术中需要人工向高处递送光伏板的问题，实现自动对光伏板输送至高处，以及将光伏板自动放置在光伏架上，以方便工人的安装。

但是，上述光伏板自动安装机器人结构的自动化仅止于将光伏板自动放置在光伏架上，而在后续依然靠人工来完成安装。具体地，将光伏板放置就位后，要人工穿螺栓，拧螺母，这个过程中,背板经常有划伤的现象,会导致背板密封不严,进入水汽,从而造成功率快速衰减，严重影响光伏质量；另外由于在某些区域光伏支架的架构会在4-5米的高空中搭建，因此还伴随着高空作业的风险。

因此，其一，减轻光伏板的安装强度、简化光伏板的安装程序，降低现场作业风险，加快光伏板安装进度；其二，节省劳动力成本，实现昼夜全天候、无人化安装工程，保障安装质量，用机器代替人工安装，是机械现代化的发展需要，也是目前本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中所存在的上述问题提供了一种光伏智能安装机器人，以大大降低光伏板的安装强度，简化光伏板的安装程序，降低现场作业风险，提高光伏板安装效率，实现无人化安装，减少光伏板安装过程的损失率，保障安装质量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种光伏智能安装机器人，其特征在于，包括机器人系统，所述机器人系统包括机械臂、连接在机械臂上的机械手本体以及连接在机械手本体上的夹具本体；所述夹具本体连接有用于吸附光伏板的吸盘排，夹具本体的前侧设置有螺栓锁紧器，螺栓锁紧器通过连接架以能够相对于夹具本体上下浮动的方式与夹具本体相连，螺栓锁紧器通过旋转的方式与相应安装支架模块配合，用于一步法实施光伏板在光伏安装支架上的锁紧固定。

进一步的，所述光伏智能安装机器人还包括下车系统，用于整车行走、锁止、运输光伏安装箱；下车系统包括底盘框架、支腿、前叉、行驶转向机构及连接盘。

进一步的，光伏智能安装机器人还包括上车系统，上车系统通过回转中心与下车系统相连，用于承载整车的控制系统，回转中心上设有中心油道；上车系统包括电机与电控阀、动力电池组、变速箱与减速器、大臂安装架、液压系统，动力电池组为整车提供电力，电机为液压系统提供动力，并通过相应电控阀控制下车的回转、支腿的撑起、机械臂的运动。

更进一步的，所述吸盘排采用真空发生器，吸盘排与光伏板接触的端面上开有若干真空吸附口。

更进一步的，所述机械手本体上设置有压力传感器，压力传感器连接在机械手本体末端与夹具本体之间。

进一步的，所述安装支架模块包括

模块框架，模块框架包括固定基座及固定连接在固定基座上的框架主体；

螺栓，其下部以可绕其轴线转动的方式嵌设于框架主体内；

螺帽，套设在螺栓外部并与螺栓螺纹配合，螺帽与框架主体固定连接；螺帽与框架主体可以是分体式的两个部件，且二者固连，也可以螺帽与框架主体设置为一体式结构；

螺栓连接块，以能够上下运动的方式嵌设于框架主体内，螺栓连接块以与螺栓在其轴向上相对固定且螺栓能够相对于螺栓连接块绕其自身轴线转动的方式与螺栓相连；

至少一对铰链连接块，嵌设于框架主体内，每个铰链连接块的一端分别与螺栓连接块铰接相连；

至少一对压块，嵌设于框架主体内，该对压块的下端相互铰接在一起并通过该铰接点与框架主体铰接相连，每个压块的上端与相应铰链连接块的另一端铰接相连；

框架主体的侧端面上开有供铰链连接块、压块延伸至框架主体外部的开口；

螺栓在模块框架内的转动能够下压螺栓连接块从而带动铰链连接块、压块绕相应铰接点发生转动使压块经开口伸出并通过压块的外端面下压来固定目标物。

更进一步的，螺栓连接块的顶部开有用于容纳螺栓的连接槽，螺栓连接块的底部以可绕其自身轴线转动的方式连接于该连接槽内，螺栓连接块与螺栓之间还连接有用于限制二者发生沿螺栓轴向运动的限位销。

更进一步的，所述限位销设置在螺栓外侧，且限位销方向同螺栓的周向切线方向，螺栓上沿其周向开有与所述限位销相适配的环形槽。

更进一步的，所述压块的外端面上设置有橡胶垫。

另一方面，本发明提供了采用上述光伏智能安装机器人的光伏智能安装方法，包括如下步骤：机械臂移动机械手本体至第一指定位置，机械手本体通过夹具本体上的吸盘排吸取光伏板，机械手本体运动到第二指定位置，将光伏板放置在光伏安装支架上，控制螺栓锁紧器固定住安装支架模块的螺栓，螺栓锁紧器旋转完成光伏板在光伏安装支架上的锁紧固定。

本发明的有益效果是：本发明通过设置的机械臂、机械手、夹具本体、吸盘排、螺栓锁紧器和安装支架模块，大大降低光伏板的安装强度，简化了光伏板的安装程序，降低现场作业风险，提高光伏板安装效率，配合实现自动化无人化安装，减少光伏板安装过程的损失率，保障安装质量。

附图说明

图1是本发明一实施例的整体结构示意图；

图2是本发明一实施例机器人系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例机器人系统的局部放大结构示意图；

图4是本发明一实施例机器人系统另一角度的局部放大结构示意图；

图5是本发明一实施例下车系统的结构示意图；

图6是本发明一实施例上车系统的结构示意图；

图7是本发明一实施例安装支架模块的外部主视结构示意图；

图8是本发明一实施例安装支架模块的外部侧视结构示意图；

图9是本发明一实施例安装支架模块的剖视结构示意图；

图10是本发明一实施例安装支架模块的局部放大结构示意图；

图11是本发明一实施例安装支架模块的使用状态示意图；

图12是本发明另一实施例的AI视觉定位逻辑系统图；

图中：1.机器人系统，11.机械臂，111.机械大臂，112.机械小臂，12.机械手本体，121.压力传感器，13.夹具本体，14.吸盘排，15.螺栓锁紧器，151.连接架，161.气缸，162.支座，2.安装支架模块，21.模块框架，211.固定基座，212.框架主体，2120.开口，22.螺栓，221.环形槽，23.螺帽，24.螺栓连接块，241.连接槽，242.限位销，25.铰链连接块，26.压块，261.橡胶垫，27.中间销轴，3.光伏板，31.光伏板安装箱，4.光伏安装支架，5.下车系统，51.底盘框架，52.支腿，53.前叉，54.行驶转向机构，6.上车系统，61.动力电池组，62.大臂安装架，7.回转中心。

具体实施方式

下面对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-图4所示，本实施例的光伏智能安装机器人包括机器人系统1，机器人系统1主要功能是负责安装运动，最终实现光伏板的夹持、就位、安装、紧固过程的系统。

机器人系统1包括机械臂11、连接在机械臂11上的机械手本体12以及连接在机械手本体12上的夹具本体13。机械臂11包括机械大臂111和机械小臂112，二者均由电控液压系统进行电控，通过机械臂11达到安装过程的粗定位，快速移动到合适安装空间，更精细具体的安装工作由安装机械手完成；机械手本体12上设置有压力传感器121，压力传感器121连接在机械手本体12末端与夹具本体13之间，用于感知光伏板安装是否到位；

夹具本体13连接有用于吸附光伏板3的吸盘排14，本实施例的吸盘排14采用真空发生器，真空发生器的结构为现有技术，此处不再赘述，其中吸盘排14与光伏板3接触的端面上开有若干真空吸附口，用于吸附光伏板3；

夹具本体13的前侧设置有螺栓锁紧器15，螺栓锁紧器15通过连接架151以能够相对于夹具本体13上下浮动的方式与夹具本体13相连，具体地，连接架151一端连接螺栓锁紧器15，另一端铰接于固定安装在夹具本体13上的支座162，夹具本体13上还安装有用于控制螺栓锁紧器15上下运动的气缸161，该气缸的伸缩端与连接架151的底端铰接；螺栓锁紧器15通过旋转的方式与相应安装支架模块2配合，用于一步法实施光伏板3在光伏安装支架4上的锁紧固定。

如图7-图10所示，本实施例所述的安装支架模块2包括

模块框架21，模块框架21包括固定基座211及固定连接在固定基座211上的框架主体212；

螺栓22，其下部以可绕其轴线转动的方式嵌设于框架主体212内；

螺帽23，套设在螺栓22外部并与螺栓22螺纹配合，螺帽23与框架主体212固定连接，本实施例中螺帽23固定焊接在框架主体212的顶部，在其他实施例中还可以采用螺帽23与框架主体212的一体式结构，作用是螺栓22通过与螺帽23的螺纹连接实现螺栓22的旋转运动转化为在竖直方向上相对于框架主体212的线性运动；

螺栓连接块24，以能够上下运动的方式嵌设于框架主体212内，螺栓连接块24以与螺栓22在其轴向上相对固定且螺栓22能够相对于螺栓连接块24绕其自身轴线转动的方式与螺栓22相连；

一对铰链连接块25，嵌设于框架主体212内，每个铰链连接块25的一端分别与螺栓连接块24铰接相连；

一对压块26，嵌设于框架主体212内，该对压块26的下端通过中间销轴27相互铰接在一起，且中间销轴27贯穿框架主体212并与之相连，压块26通过中间销轴27与框架主体212铰接相连，每个压块26的上端与相应铰链连接块25的另一端铰接相连；

框架主体212的侧端面上开有供压块26延伸至框架主体212外部的开口2120；

螺栓22在模块框架21内的转动能够下压螺栓连接块24从而带动铰链连接块25、压块26绕相应铰接点发生转动使压块26经开口2120伸出并通过压块26的外端面下压来固定目标物，压块26的外端面上设置有橡胶垫261。

具体地，螺栓连接块24的顶部开有用于容纳螺栓22的连接槽241，螺栓连接块24的底部以可绕其自身轴线转动的方式连接于该连接槽241内，螺栓连接块24与螺栓22之间还连接有用于限制二者发生沿螺栓22轴向运动的限位销242，所述限位销242设置在螺栓22外侧，且限位销242方向同螺栓22的周向切线方向，螺栓22上沿其周向开有与所述限位销242相适配的环形槽221。如此实现螺栓既能够在螺栓连接块内转动，又能与螺栓连接块共同上下运动。

在进行光伏安装之前，首先将上述安装支架模块2按照预设间距安装在光伏安装支架4上，如图11所示，通过固定基座211上的安装孔将模块框架21安装在光伏安装支架4上，实现基础的固定，相邻光伏安装支架4之间的空间作为用于放置光伏板的目标安装区域，框架主体212上的两侧开口2120各朝向一目标安装区域；其中，安装支架模块2在光伏安装支架4上的相对位置与螺栓锁紧器15相对于吸盘排所吸附的光伏板的相对位置相对应。

采用上述光伏智能安装机器人的光伏智能安装方法为：机械臂移动机械手本体至第一指定位置，机械手本体通过夹具本体上的吸盘排吸取光伏板，机械手本体运动到第二指定位置，将光伏板放置在光伏安装支架4上（此时螺栓锁紧器15对准安装支架模块2），控制螺栓锁紧器15下行并固定住安装支架模块2的螺栓22，螺栓锁紧器15旋转即可完成光伏板3在光伏安装支架4上的锁紧固定。光伏板紧固完成后，吸盘排松开光伏板，并复位，准备下一张光伏板的吸取、安装。

具体地，随螺栓锁紧器15的旋转运动，安装支架模块2中各部件的运动情况如下：螺栓22在螺栓锁紧器15的带动下在模块框架21内发生转动，由于螺栓22与螺帽23的螺纹连接关系，螺栓22的旋转运动转化为线性运动，进而下压螺栓连接块24，带动铰链连接块25、压块26绕相应铰接点发生转动，使压块26经开口2120伸出并通过压块26的外端面下压至光伏板表面，使光伏板锁紧固定在压块26和光伏安装支架4之间。

其中，通过转动螺栓，由于螺栓22与螺帽23的螺纹配合，且螺帽23与框架主体212固连，螺栓22能够在转动的同时向下运动，进而带动螺栓连接块24向下运动；螺栓连接块24向下运动时，铰链连接块25与压块26互相之间形成配合机构，左右压块26会经开口2120分别向两侧转动到至展开状态，分别接触两边的光伏板，压块26的外端面上设置有橡胶垫261，橡胶垫261设置在靠近铰链连接块25与压块26的铰接点处，橡胶垫261与光伏板直接接触，螺栓22向下运动至将两侧光伏板压紧，完成安装工作。

通过本发明的技术方案，尤其是机械臂11、机械手本体12、夹具本体13、吸盘排14、螺栓锁紧器15、安装支架模块2的配合，光伏板的安装压紧固定所需执行的动作由机械手自动夹持螺栓、自动夹持螺母使螺栓插入光伏板之间的固定座上、自动紧固螺栓与螺母这一套连续动作，缩减至只有螺栓锁紧器带动螺栓旋转的动作，大大降低了光伏板安装的难度，现有常规机械臂、机械手和螺栓锁紧器即可配合实现对中上紧螺栓，减少机械手安装过程，配合实现自动化安装。

本实施例的光伏智能安装机器人还包括下车系统和上车系统，如图5和图6所示：

下车系统用于整车行走、锁止、运输光伏安装箱；下车系统包括底盘框架51、支腿52、前叉53、行驶转向机构54。下车系统主要功能为整车的行走、自动调平、上车锁止、运输光伏安装箱，支腿52由电控比例阀控制，在电信号的控制下实现4路分控，自动检测调平状态，实现自动调平，保证水平调节能力；前叉机构用于光伏板安装箱的叉起。

上车系统通过回转中心7与下车系统相连，用于承载整车的控制系统，回转中心7上设有中心油道；上车系统包括电机与电控阀、动力电池组61、变速箱与减速器、大臂安装架62、液压系统，动力电池组61为整车提供电力，其位于整车上车尾部，在提供整车动力源的同时作为配重，电机为液压系统提供动力，并从中心油道传递到下车，通过相应电控阀控制下车的回转、支腿52的撑起；机械臂11的运动同样由电控阀配合控制，通过电控阀实现了整车液压系统的电控，并可以与遥控系统联动，实现整车遥控。上车安装有两台大功率电机，分别是驱动电机与液压电机，驱动电机与减速器变速箱相连，位于驱动电机仓；液压电机与柱塞泵相连，并为整个液压系统提供压力。

另外，为了解决室外环境强光线影响机器人系统控制的精准度问题，本发明还搭载了AI视觉定位系统，如图12所示，通过物体与颜色标记双重识别，实现光伏板抓取并安装的过程。通过AI的自我学习能够精确的定位到太阳能支架的位置，并将光伏板放置在支架的固定位置，通过自动化控制系统完成自动行驶与自动安装。

光伏智能安装机器人会先做图像特征的检测，检测会做安装支架以及固定模块的检测，然后从地图里提取当时图像里面的元素，比如车道线的分布、光伏安装支架和安装支架模块的相对位置，通过GPS给出一个初始的位置，告诉光伏智能安装机器人去录那块图像，做特征的匹配，用IMU去做它的POS的预测，给出一个还不错的POSE，做完预测后，匹配完，通过AI视觉定位算法把结果输出，定位数据相对于地图的位置和坐标就确认了。把它在输出给融合定位，这就是视觉定位的流程。3D地图是通过点云拼到一起，利用深度学习的方式，会检测出安装支架以及安装支架模块的图像信息，这些信息我们只用数值的部分，把数值当做特征放在定位地图里，通过定位地图的两种元素地面上的标线，安装支架与固定模块的图像检测，组成了AI视觉定位算法的元素。

视觉定位主要包含3D特征地图的离线生成、图像特征的检测、数据整合的输出。

3D特征地图离线生成，是基于视觉的全局定位算法基础；图像特征检测以及匹配上定位算法的核心，IMU和轮速计信息在这个环节用于估计光伏智能安装机器人运动；最后的数据融合将GPS，视觉定位和IMU数据整合，优化定位结果，并提供高频输出。

Claims (5)

1.光伏智能安装机器人，其特征在于，包括机器人系统，所述机器人系统包括机械臂（11）、连接在机械臂（11）上的机械手本体（12）以及连接在机械手本体（12）上的夹具本体（13）；所述夹具本体（13）连接有用于吸附光伏板（3）的吸盘排（14），夹具本体（13）的前侧设置有螺栓锁紧器（15），螺栓锁紧器（15）通过连接架（151）以能够相对于夹具本体（13）上下浮动的方式与夹具本体（13）相连；

机器人系统还包括与螺栓锁紧器（15）配合的安装支架模块（2），所述安装支架模块（2）用于在光伏板安装之前预先安装在光伏安装支架（4）上；

所述安装支架模块（2）包括

模块框架（21），模块框架（21）包括固定基座（211）及固定连接在固定基座（211）上的框架主体（212）；

螺栓（22），其下部以可绕其轴线转动的方式嵌设于框架主体（212）内；

螺帽（23），套设在螺栓（22）外部并与螺栓（22）螺纹配合，螺帽（23）与框架主体（212）固定连接，或螺帽（23）与框架主体（212）为一体式结构；

螺栓连接块（24），以能够上下运动的方式嵌设于框架主体（212）内，螺栓连接块（24）以与螺栓（22）在其轴向上相对固定且螺栓（22）能够相对于螺栓连接块（24）绕其自身轴线转动的方式与螺栓（22）相连；螺栓连接块（24）的顶部开有用于容纳螺栓（22）的连接槽（241），螺栓连接块（24）的底部以可绕其自身轴线转动的方式连接于该连接槽（241）内，螺栓连接块（24）与螺栓（22）之间还连接有用于限制二者发生沿螺栓（22）轴向运动的限位销（242），所述限位销（242）设置在螺栓（22）外侧，且限位销（242）方向同螺栓（22）的周向切线方向，螺栓（22）上沿其周向开有与所述限位销（242）相适配的环形槽（221）；

至少一对铰链连接块（25），嵌设于框架主体（212）内，每个铰链连接块（25）的一端分别与螺栓连接块（24）铰接相连；

至少一对压块（26），嵌设于框架主体（212）内，该对压块（26）的下端相互铰接在一起并通过相互铰接在一起形成的铰接点与框架主体（212）铰接相连，每个压块（26）的上端与相应铰链连接块（25）的另一端铰接相连；所述压块（26）的外端面上设置有橡胶垫（261）；

框架主体（212）的侧端面上开有供压块（26）延伸至框架主体（212）外部的开口（2120）；

螺栓（22）在模块框架（21）内的转动能够下压螺栓连接块（24）从而带动铰链连接块（25）、压块（26）绕相应铰接点发生转动使压块（26）经开口（2120）伸出并通过压块（26）的外端面下压来固定目标物；

螺栓锁紧器（15）通过旋转的方式与相应安装支架模块（2）配合，用于一步法实施光伏板（3）在光伏安装支架（4）上的锁紧固定。

2.根据权利要求1所述的光伏智能安装机器人，其特征在于，还包括下车系统，用于整车行走、锁止、运输光伏安装箱；下车系统包括底盘框架（51）、支腿（52）、前叉（53）、行驶转向机构（54）。

3.根据权利要求2所述的光伏智能安装机器人，其特征在于，还包括上车系统，上车系统通过回转中心（7）与下车系统相连，用于承载整车的控制系统，回转中心（7）上设有中心油道；上车系统包括电机与电控阀、动力电池组（61）、变速箱与减速器、大臂安装架（62）、液压系统，动力电池组（61）为整车提供电力，电机为液压系统提供动力，并通过相应电控阀控制下车系统的回转、支腿（52）的撑起、机械臂（11）的运动。

4.根据权利要求1所述的光伏智能安装机器人，其特征在于，所述吸盘排（14）采用真空发生器，吸盘排（14）与光伏板（3）接触的端面上开有若干真空吸附口。

5.根据权利要求1所述的光伏智能安装机器人，其特征在于，所述机械手本体（12）上设置有压力传感器（121），压力传感器（121）连接在机械手本体（12）末端与夹具本体（13）之间。

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