CN115816481A - 一种光伏组件运维机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏组件运维机器人；包括行走平台、机械臂和清扫机构；本发明通过行走平台带动机械臂，以及机械臂上设置的清扫机构在光伏面板的周边移动，移动至光伏面板所在位置后，通过机械臂调整清扫机构的位置，使清扫结构抵触在所述光伏面板上，对光伏面板进行清扫，由此能够极大的减少人力资源的浪费，光伏面板的重量通过机械臂和行走平台支撑，避免清扫机构对光伏面板造成较大的压力，避免压裂光伏面板和造成光伏面板玻璃的划痕而影响发电效率。

Description

一种光伏组件运维机器人

技术领域

本发明涉及光伏组件运维技术领域，尤其涉及一种光伏组件运维机器人。

背景技术

近年来随着环保的重视和中国等多国双碳目标的提出，国内外对于清洁能源替代化石能源已经形成了共识，其中光伏发电是清洁能源的主要代表，得到了各个国家的重视，各种类型的光伏电站大批建设，目前国内最新统计数据显示，中国的光伏电站装机规模已经突破3亿千瓦，而且每年的装机容量呈逐年增长态势。一般光伏电站的寿命都在25年左右，在建成后如何高效运维，维持较高的发电效率并延长使用寿命，必将成为未来光伏电站的重中之重。

光伏电站的核心发电设备是光伏面板，其特点是数量巨大，占地面积广阔，而且对于光照强度非常敏感，保证所有光伏面板的发电效率是光伏电站的运维重点，实际情况也证明光伏电站每年的运维费用超过一半都用在了光伏面板的维护上。光伏面板日常维护最重要的一项工作就是清洁光伏表面，避免尘沙覆盖导致发电效率下降。

目前对光伏面板的清洁以人力清洗，或者是通过清洁机器人或清洁设备进行清洗。这些设备一类是能够辅助人工清洁的类型，如清洗车、电动清洗器等；这种方式效率较低，浪费较多的人力和物力。一类是机器人类型，包括挂式机器人、小型机器人等在光伏面板的表面上行走对光伏面板的表面进行清理。但是这种机器人本身都有较大的重量，一方面可能造成光伏面板的隐裂，一方面可能由于重量造成的摩擦导致光伏面板表面玻璃的划痕影响发电效率。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种光伏组件运维机器人，解决人力清洗效率较低，机器人清理可能造成光伏面板的隐裂和容易导致光伏面板表面玻璃的划痕影响发电效率的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种光伏组件运维机器人，包括行走平台、机械臂和清扫机构；所述行走平台包括底盘，运动轮和驱动机构，所述底盘用于设置机械臂，所述运动轮设置在所述底盘的下部，所述驱动机构与所述运动轮连接，用于带动所述运动轮的转动；所述运动轮用于带动所述底盘移动；所述机械臂包括有第一子臂、第二子臂、第三子臂，以及驱动所述第一子臂转动的第一转动组件，驱动所述第一子臂摇摆的第一摇摆组件，驱动所述第二子臂摇摆的第二摇摆组件，驱动所述第三子臂摇摆的第三摇摆组件，所述第一摇摆组件设置在所述第一转动组件上，所述第一子臂的首端连接所述第一摇摆组件，所述第一子臂的尾端连接所述第二摇摆组件，所述第二摇摆组件铰接所述第二子臂的首端，所述第二子臂的末端连接所述第三摇摆组件，所述第三摇摆组件铰接所述第三子臂的首端，所述第三子臂的末端用于设置所述清扫机构；所述清扫机构包括清扫框和清扫刷，所述清扫框包括清扫固定板，所述清扫固定板横向两端设置有清扫盖板，所述清扫盖板之间的上下两侧均设置有清扫顶板；所述清扫刷设置在两个所述清扫盖板之间，所述清扫刷的两端通过轴承转动连接在所述清扫盖板上，所述清扫刷的一端延伸出所述清扫盖板连接清扫驱动件，所述清扫驱动件用于带动所述清扫刷转动。

优选的，所述底盘下部的前侧设置有割草机安装板，所述割草机安装板用于安装底盘割草机。

优选的，所述行走平台的后侧设置有水箱，所述水箱连接有水泵和出水管，所述水泵用于将所述水箱内的水从所述出水管喷出对光伏组件进行清洗。

优选的，所述行走平台的前侧设置有充电底座，所述充电底座用于给无人机充电。

优选的，所述机械臂还包括有支撑台，所述支撑台用于设置所述第一转动组件。

优选的，所述第三子驱动件的外端设置有激光扫描雷达，所述激光扫描雷达用于动态调整所述机械臂末端的位姿。

优选的，所述机械臂上设置有距离传感器，所述距离传感器用于检测清扫机构的位移距离。

优选的，所述清扫机构包括有伸缩组件，所述伸缩组件设置在所述清扫固定板的外侧，用于缓冲所述清扫机构受到的作用力。

优选的，所述清扫固定板的内侧设置有摇摆支撑座，所述摇摆支撑座用于调整所述清扫机构自动调整的旋转角度。

优选的，所述清扫盖板的内侧设置有测距激光传感器，所述测距激光传感器用于测量所述清扫刷与光伏面板之间的距离。

本发明的有益效果是：本发明通过行走平台带动机械臂，以及机械臂上设置的清扫机构在光伏面板的周边移动，移动至光伏面板所在位置后，通过机械臂调整清扫机构的位置，使清扫结构抵触在所述光伏面板上，对光伏面板进行清扫，由此能够极大的减少人力资源的浪费，光伏面板的重量通过机械臂和行走平台支撑，避免清扫机构对光伏面板造成较大的压力，避免压裂光伏面板和造成光伏面板玻璃的划痕而影响发电效率。

附图说明

图1是根据本申请一实施例的结构示意图；

图2是根据本申请一实施例行走平台的结构示意图。

图3是根据本申请一实施例行走平台底部处的结构示意图；

图4是根据本申请一实施例行走平台内的结构示意图；

图5是根据本申请一实施例行走平台内侧部的结构示意图；

图6是根据本申请一实施例机械臂的结构示意图；

图7是根据本申请一实施例第一子臂的结构示意图；

图8是根据本申请一实施例第一转动组件的结构示意图；

图9是根据本申请一实施例第二摇摆组件的结构示意图；

图10是根据本申请一实施例第二子臂的结构示意图；

图11是根据本申请一实施例第三子臂的结构示意图；

图12是根据本申请一实施例清扫机构的结构示意图；

图13是根据本申请一实施例清扫机构侧面的结构示意图；

图14是根据本申请一实施例的流程图；

图15是根据本申请一实施例的监测区域规划示意图；

图16是根据本申请一实施例的融合显示图；

图17是根据本申请一实施例的数据联动显示图；

图18是根据本申请一实施例光伏面板的示意图；

图19是根据本申请一实施例的第一次平面子集的显示图；

图20是根据本申请一实施例的距离小于设定阈值的点云显示图；

图21是根据本申请一实施例的清扫机构的空间位置调控显示图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1-图13显示了本申请光伏组件运维机器人的实施例，包括：行走平台1、机械臂2和清扫机构3。

如图3-图5所示，行走平台1包括底盘11，运动轮12和驱动机构13，所述底盘11用于设置机械臂2，所述运动轮12设置在所述底盘11的下部，所述驱动机构13与所述运动轮12连接，用于带动所述运动轮12的转动，所述运动轮12转动，带动底盘11的行走运行。

所述底盘11包括有位于上侧的架板111，架板111边部两侧向下延伸的架框112，所述运动轮12包括有位于所述架框112前侧的第一子轮组121和位于所述架框112后侧的第二子轮组122，所述第一子轮组121和第二子轮组122均具有两个滚轮。驱动机构13带动第一子轮组121和/或第二子轮组122转动。第一子轮组121和/或第二子轮组122转动带动底盘11行走运行。

由上述可知，运动轮12包括有4个滚轮，对应的驱动机构13可以有四个，每个驱动机构13对应的带动一个滚轮滚动，驱动机构13也可以设置为两个，分别带动第一子轮组121或第二子轮组122转动，即后驱和前驱。

优选的，驱动机构13设置有两个，两个驱动机构13分别带动第二子轮组122中的两个滚轮转动，此时同侧的第一子轮组121与第二子轮组122之间连接有同步带133，驱动机构13带动第二子轮组122转动时，通过同步带133同时带动第一滚轮组转动，第一子轮组121和第二子轮组122转动带动底盘11行走运行。

所述驱动机构13可以为差速驱动伺服电机131或差速驱动伺服电机131与减速机132的组合，优选的，驱动机构13包括有差速驱动伺服电机131和减速机132。可将差速驱动伺服电机131和减速机132设置在架框112的内侧。

优选的，两侧的架框112的中部之间横向设置有第一支撑板14，驱动机构13设置在第一支撑板14后部。所述差速驱动伺服电机131固定在第一支撑板14的后部，差速驱动伺服电机131的输出轴连接所述减速机132，所述减速机132的输入端与差速驱动伺服电机131的输出轴连接，所述减速机132的输出轴连接所述第二子轮组122的一滚轮。所述减速机132为换向减速机132，所述减速机132的输出端与输出轴垂直，由此能够充分利用架框112之间的空间。减小行走平台1整体的结构尺寸。

优选的，所述同步带133的外侧设置有护板134，由此能够防止同步带133露在外侧，提供行走平台1运行时的安全性。

优选的，所述架框112的下部的两侧均设置有压紧轮16，所述压紧轮16通过固定件设置在所述架框112上，所述固定件固定在架框112的下表面，所述固定件上设置有调节孔，所述调节孔连接有轴承座，轴承座可调节在所述调节孔上的位置，进而调整轴承座的高度，轴承座内设置有轴承，轴承连接所述压紧轮16，压紧轮16的下表面抵触所述同步带133上侧，通过调节轴承座的高度，进而可调节压紧轮16的高度，由此能够使压紧轮16始终抵触在同步带133的上侧，确保同步带133能够稳定的带动第一子轮组121和第二子轮组122转动。

优选的，两侧的架框112的中部之间还横向设置有第二支撑板15，第二支撑板15与所述第一支撑板14之间具有间隔，第二支撑板15与所述第一支撑板14之间的间隔处设置有摇摆机构17，所述摇摆机构17包括有摇摆件171和驱动件172，摇摆件171可在第二支撑板15与所述第一支撑板14之间摇摆移动，驱动件172可以为伸缩杆，带动摇摆件171在第二支撑板15与所述第一支撑板14之间摇摆移动，由此能够调节行走平台1左右方向上的重心，确保行走平台1不会侧歪。能够进行平稳运行。

进一步的，所述底盘11下部的前侧设置有割草机安装板18，所述割草机安装板18用于安装底盘11割草机。可以根据需要设置割草机安装板18的高度，使底盘11割草机与行走平台1适配。通过驱动机构13带动运动轮12转动，能够使行走平台1在光伏组件的周边运行，将底盘11割草机安装在底盘11的下侧，行走平台1在光伏组件的周边运行时，启动底盘11割草机，能够对光伏组件周边的野草进行清理，避免影响光伏组件的运维。

通过行走平台1能够带动机械臂2和清扫机构3移动。

所述行走平台1的前侧设置有充电底座19，所述充电底座19用于给无人机充电。

所述行走平台1的后侧设置有水箱，所述水箱连接有水泵和出水管，所述水泵用于将所述水箱内的水从出水管喷出对光伏组件进行清洗。

所述行走平台1的前端设置有激光导航器。

所述行走平台1上设置有支撑台24，所述机械臂2设置在所述支撑台24的上端。所述支撑台24用于提高所述机械臂2的基础高度，便于与光伏面板的高度适配。

优选的，所述支撑台24为具有三节的电动伸缩杆。

如图6-图11所示，所述机械臂2包括有第一子臂21、第二子臂22、第三子臂23，以及驱动所述第一子臂21转动的第一转动组件211，驱动所述第一子臂21摇摆的第一摇摆组件213，驱动所述第二子臂22摇摆的第二摇摆组件222，驱动所述第三子臂23摇摆的第三摇摆组件232，所述第一摇摆组件213设置在所述第一转动组件211上，所述第一子臂21的首端连接所述第一摇摆组件213，所述第一子臂21的尾端连接所述第二摇摆组件222，第二摇摆组件222铰接所述第二子臂22的首端，第二子臂22的末端连接所述第三摇摆组件232，第三摇摆组件232铰接所述第三子臂23的首端，第三子臂23的末端用于设置清扫机构3。

本申请中，通过第一转动件能够带动第一子臂21转动，通过第一转动件能够使第一子臂21，与第一子臂21连接的第二子臂22，与第二子臂22连接的第三子臂23能够进行转动，从而能够应用于不同角度的光伏面板。通过第一摇摆组件213能够带动第一子臂21摆动，通过第二摇摆组件222能够带动第二子臂22摆动，通过第三摇摆组件232能够带动第三子臂23的摆动。能够便于调节设置在第三子臂23末端清扫机构3的位置。

所述支撑台24上设置有第一转动组件211，所述第一转动组件211包括有第一子固定件2111、第一子转动件2112和第一驱动件2113，第一子固定件2111固定设置在所述支撑台24的上端，第一子转动件2112设置在所述第一子固定件2111内，第一子转动件2112与所述第一子固定件2111转动连接，第一驱动件2113与第一子转动件2112连接，用于带动第一子转动件2112相对于第一子固定件2111转动。

所述第一子转动件2112的上端连接有第一摇摆座212，所述第一摇摆座212上设置有第一摇摆组件213。所述第一摇摆座212包括有第一子板2121，以及第一子板2121两侧的第一前侧板2122和第一后侧板2123，所述第一摇摆组件213包括有第一摇摆子件2131和第一摇摆驱动件2132，所述第一摇摆子件2131转动连接在所述第一前侧板2122和第一后侧板2123之间，第一摇摆驱动件2132设置在所述第一前侧板2122或第一后侧板2123的外侧，第一摇摆驱动件2132的输出轴与第一摇摆子件2131连接，用于带动第一摇摆子件2131相对于第一摇摆座212摇摆。

第一摇摆子件2131连接有第一子臂21，第一子臂21的上端连接有第二摇摆座221，所述第二摇摆座221上设置有第二摇摆组件222。所述第二摇摆座221包括有第二子板2211，以及第二子板2211两侧的第二前侧板2212和第二后侧板2213，所述第二摇摆组件222包括有第二摇摆子件2221和第二摇摆驱动件2222，所述第二摇摆子件2221转动连接在所述第二前侧板2212和第二后侧板2213之间，第二摇摆驱动件2222设置在所述第二前侧板2212或第二后侧板2213的外侧，第二摇摆驱动件2222的输出轴与第二摇摆子件2221连接，用于带动第二摇摆子件2221相对于第二摇摆座221摇摆。

优选的，第一摇摆驱动件2132与第二摇摆驱动件2222相对设置，由此能够平衡机械臂2的重心位置。

第二摇摆子件2221连接有第二子臂22，第二子臂22的上端连接有第三摇摆座231，所述第三摇摆座231上设置有第三摇摆组件232。所述第三摇摆座231包括有第三子板2311，以及第三子板2311两侧的第三前侧板2312和第三后侧板2313，所述第三摇摆组件232包括有第三摇摆子件2321和第三摇摆驱动件2322，所述第三摇摆子件2321转动连接在所述第三前侧板2312和第三后侧板2313之间，第三摇摆驱动件2322设置在所述第三前侧板2312或第三后侧板2313的外侧，第三摇摆驱动件2322的输出轴与第三摇摆子件2321连接，用于带动第三摇摆子件2321相对于第三摇摆座231摇摆。

优选的，第二子臂22包括有第二子臂固定部2223和第二子臂中空部2224，所述第二子臂固定部2223的下端固定在所述第二摇摆子件2221上，所述第二子臂固定部2223的上端连接所述第二子臂中空部2224的上端，第二子臂中空部2224内设置有第二转动组件，所述第二转动组件包括有第二子驱动件2225，第二子驱动件2225固定设在第二子臂中空部2224内，第二子驱动件2225的输出轴连接所述第三摇摆座231的第三子板2311，2311用于带动所述第三摇摆座231相对于所述第二子臂22转动。

第三摇摆子件2321连接有第三子臂23，第三子臂23的上端连接清扫机构3，第三子臂23包括有第三子臂中空部233，第三子臂中空部233内设置有第三转动组件234，所述第三转动组件234包括有第三子驱动件2341，第三子驱动件2341固定设在第三子臂中空部233内，第三子驱动件2341的输出轴连接所述清扫机构3，用于带动所述清扫机构3相对于所述第三子臂23转动。

所述第三子驱动件2341的外端设置有激光扫描雷达235，激光扫描雷达235用于动态调整机械臂2末端的位姿，使清扫机构3处于合适的清扫位置。

第三转动组件234上设置有距离传感器236，距离传感器236用于检测清扫机构3的位移距离。

所述机械臂2的末端设置有连接清扫机构3的伸缩组件31，伸缩组件31包括有套筒、滑杆和弹簧，所述滑杆可在所述套筒内滑动，所述滑杆的一端设置在所述套筒内，另一端连接所述清扫机构3，所述弹簧套设在所述套筒的外围。通过伸缩组件31能够起到缓冲清扫机构3的作用，避免清扫机构3与光伏面板的硬性接触。

如图12和图13所示，所述清扫机构3包括有清扫框32和清扫刷33，所述清扫框32包括有与伸缩臂末端连接的清扫固定板321，清扫固定板321横向两端设置的清扫盖板322，清扫盖板322之间的上下两侧均设置有清扫顶板。所述清扫刷33设置在两个清扫盖板322之间，清扫刷33的两端通过轴承转动连接在清扫盖板322上，清扫刷33的一端延伸出所述清扫盖板322连接清扫驱动件331，清扫驱动件331用于带动所述清扫刷33转动。

清扫机构3包括清扫框32和清扫刷33，结构较为简单，重量较轻，不会压裂光伏面板，通过清扫刷33对光伏面板进行清扫，也不会造成光伏组件表面玻璃的划痕，避免影响发电效率，通过清扫驱动件331带动清扫刷33的转动，对光伏面板进行清扫，提高对光伏面板的清洁效率。

所述清扫顶板上转动连接有多个支撑滚轮34。通过支撑滚轮34能够使清扫机构3在光伏面板的外表面滚动，便于对光伏面板的清理，避免清扫框32与光伏面板接触而造成光伏面板的受损。

所述清扫固定板321的内侧设置有摇摆支撑座35，摇摆支撑座35用于使清扫机构3自动调整Z轴旋转角度使支撑滚轮34同时贴附在光伏面板上。

优选的，所述清扫盖板322的内侧设置有测距激光传感器36，测距激光传感器36用于测量清扫刷33与光伏面板之间的距离。

在清扫机构3的清扫框32上还设置有力触传感器，及时反馈清扫机构3与光伏面板之间的压力，当压力大于设定的阈值时，及时动态调整机械臂2上扬，保证清扫机构3不会压坏光伏面板。

基于上述的运维机器人，图14显示了本发明运维机器人的智能识别和调整位姿方法的实施例，该实施例中的运维机器人包括设置在机械臂末端的激光扫描雷达，以及在所述机械臂末端设置有清扫机构，清扫机构设置有多个测距激光传感器，该方法包括以下步骤：

步骤S1：运维机器人行驶至临近光伏面板，所述机械臂伸展并带动所述清扫机构置于所述光伏面板的上方；

步骤S2：多个所述测距激光传感器分别测量到所述光伏面板的多个测量距离值，所述运维机器人基于对多个所述测量距离值计算，调整控制所述清扫机构的清扫面与所述光伏面板的表面平行；

步骤S3：所述激光扫描雷达对所述光伏面板所在空域进行扫描，获得面板三维点云数据，所述运维机器人利用所述三维点云数据，识别所述光伏面板的平面和边线，调控所述清扫机构的空间位置，贴近所述光伏面板的表面清扫。

可以看出，通过上述运行步骤，运维机器人可以自行运动到光伏面板的位置，这种运维机器人具有很强的自主行动灵活性，增强了其工作的区域范围。运维机器人基于机械臂的调控，在空间调整的自由度也更大，可以使得清扫机构能够适应多种倾斜角度、不同尺度大小的光伏面板。并且，通过测距激光传感器进行精准的距离测量和三维点云数据的采集处理，能够增强所述清扫机构与光伏面板结合的精准性和安全性。

可选的，在步骤S1之前，运维机器人为了行驶至临近光伏面板，除了通常需要给出光伏面板的卫星定位坐标之外，还需要给出更精准的位置定位与跟踪。其中，包括利用载波相位差分技术RTK(Real-time kinematic)进行差分定位，并及时刷新运维机器人在实际空间中的位置。

如图15所示，在光伏电场的四周安装有RTK基站，在运维机器人的移动底盘上安装有差分定位器，该差分定位器可以和各个RTK基站进行无线测距。设有RTK基站J₁、J₂、J₃、J₄，差分定位器为P₁(x,y)，选取其中差分定位器最近距离的2个基站J₁、J₂，通过RTK测量反馈的差分定位器与基站的距离：差分定位器P₁(x,y)与基站J₁的距离为l₁，与基站J₂的距离为l₂，基站J₁、J₂的距离为l₀，则有第一夹角θ₁满足和第二夹角θ₂分别满足：cosθ₁＝(l₀ ²+l₁ ²-l₂ ²)/2l₀l₁，cosθ₂＝(l₀ ²+l₂ ²-l₁ ²)/2l₀l₂，运维机器人的定位坐标也以P₁(x,y)来表示，则有：x＝l₁cosθ₁，y＝l₁sinθ₁，由此可以计算出起始点为基站J₁所在位置时，运维机器人的动态位置P₁(x,y)。

可选的，还包括控制运维机器人的运动轮的速度，得到底盘的运动里程计来控制底盘运动位置。如图16所示，其中，轮子到底盘中心的距离l₃，底盘中心圆弧运动的半径r₁，底盘中心线速度v₁，底盘中心角速度ω₁，左轮线速度和右轮线速度分别是：v₂、v₃。以地面作为平面，建立二维平面坐标系，则差速底盘系统存在三个自由度(x,y,θ)，其中，x为底盘的水平坐标，y为竖向坐标，θ为转角。

可选的，通过安装在底盘差速驱动伺服电机的编码器、运动时间可以读出并计算出左右两轮的线速度分别为：v₂、v₃；

在差速运动的过程中，两轮的角速度ω₁相同，即：ω₁＝v₂/(r₁-l₃)＝v₃/(r₁+l₃)，由此计算得到底盘中心圆弧运动半径r₁＝[(v₂+v₃)/(v₃-v₂)]l₃，底盘中心线速度v₁＝(v₂+v₃)/2。

通过底盘初始运动后，计算累计的运动里程得到实际底盘位置，即确定底盘中心的位置初始坐标点为P₂(x₀,y₀,θ₀)，则有：x₀＝r₁cosθ₀，y₀＝r₁sinθ₀

在每微小时间dt内，底盘运动的距离为Δx、Δy,底盘运动的角度变化为Δθ则有：Δx＝(v₁cosθ)dt，Δy＝(v₁sinθ)dt，Δθ＝ω₁dt。再通过积分，基于初始位置可以计算出底盘动态运动过程中的实时坐标P₂(x,y,θ)：x＝x₀+积分(Δx)；y＝y₀+积分(Δy)；θ＝θ₀+积分(Δθ)。

可选的，通过安装在移动底盘上的IMU惯导仪，动态测量底盘的实际位置P₃(x,y)。进一步的，通过上述RTK定位、行走里程计，以及IMU惯导仪进行融合使用，综合计算比较移动底盘通过RTK定位、里程计计算、IMU惯导仪确定运维机器人的位置，当RTK定位、里程计计算、IMU惯导仪分别测量的运维机器人的位置P₁(x,y)、P₂(x,y,θ)、P₃(x,y)的误差大于设定阈值(默认200mm)时报警。

由此，基于上述对运维机器人的运行控制，可以确保运维机器人能够准确到达需要清扫的光伏面板所在位置，即在所述运维机器人行驶至临近光伏面板之前，所述运维机器人识别所述光伏面板的三维空间位置，所述机械臂控制所述清洗机构运动至光伏面板的起始位置。

对于步骤S1，运维机器人行驶至临近光伏面板，所述机械臂伸展并带动所述清扫机构置于所述光伏面板的上方。可选的，由于光伏面板的倾斜角度可以调控，或者光伏面板有多种倾斜角度设置，这就需要清扫机构具有相同的倾斜角度，能够与光伏面板的表面平行，维持需要能够根据清扫机构与光伏面板的表面之间的相对位置，对清扫机构的角度朝向进行调控。

对于步骤S2，进一步如图17所示，所述测距激光传感器有4个，即M1、M2、M3、M4，固定设置在所述清扫机构上，例如清扫机构为矩形，分布在四个角部，若是圆形则可以均匀分布在圆周周边。对应的，在图17中，4个测距激光传感器分别测量到所述光伏面板的垂直距离，对应相当于到光伏面板上4个垂直投影点T1、T2、T3、T4的垂直距离。由于机械臂末端M0相对于清扫机构固定不变，可以作为参考点。由4个垂直投影点T1、T2、T3、T4中任意三个投影点可以分别组成4个平面，即第一投影面T1T2T3、第二投影面T1T2T4、第三投影面T2T3T4、第四投影面T1T3T4，根据已有的机械臂末端M0与清扫机构的空间位置数据，以及测量距离分别计算机械臂末端M0到这4个投影面的投影距离，然后对这4个投影距离求平均值，就可以获得机械臂末端M0到光伏面板的距离。

进一步的，根据4个测距激光传感器分别测量到所述光伏面板的垂直距离，对清扫机构的姿态进行调整，然后再次测量这4个垂直距离，以及进一步多次调整直至这4个垂直距离趋向接近相等，则表明清扫机构的清扫面与所述光伏面板的表面平行。

安装在清扫机构上的测距激光传感器及时反馈与光伏面板的距离，当距离偏离设定的阈值(如5mm)时，及时动态调整机械臂，保证清扫机能够接触到光伏面板，但不会压坏面板。

可选的，所述激光扫描雷达对所述光伏面板所在空域进行扫描，获得面板三维点云数据，所述运维机器人利用所述三维点云数据，识别所述光伏面板的平面和边线，调控所述清扫机构的空间位置，贴近所述光伏面板的表面准备清扫。

对于步骤S3，所述获得面板三维点云数据的方法包括：在所述激光扫描雷达对所述光伏面板所在空域进行扫描，获得面板三维点云数据之后，对面板三维点云数据进行预处理，通过设定相邻点云之间的空间阈值，例如默认8mm，则把明显大于该阈值的点云排除，剔除地面、其它面板、支架等不需要的点云，减少计算量并增强点云质量。

进一步的，还可以基于光伏面板的已知结构尺寸，设定光伏面板的整体结构阈值范围，光伏面板的整体结构接近为长方体，其中包括厚度阈值、行走宽度阈值和上下长度阈值。如图18所示，为光伏面板的示意图，其中厚度阈值F1取值范围可以是±8mm，行走宽度阈值F2取值范围可以是±1000mm,以及上下长度阈值F3取值范围可以是±3000mm。通过该光伏面板的整体结构阈值范围，可以对点云数据进行整体轮廓的设定，组成的长方体内的点云为有效点云储值，作为光伏面板整体点云集合PM，排除明显不在该区域范围的点云数据。

可选的，进一步识别所述光伏面板所在平面的方法包括：从所述光伏面板整体点云集合PM中第一次随机取出拟合的第一次平面子集PM(1)，如图19所示；然后，如图20所示，从所述光伏面板整体点云集合中选取到所述第一次平面子集PM(1)的距离小于设定阈值的点云，则认为这些点云有效，与第一次平面子集PM(1)中的点云组合在一起，得到校正平面子集；进一步对所述校正平面子集范围内的点云求平均，拟合出第二平面子集，如果第二平面子集中的点云数量大于第一次平面子集PM(1)的点云数量，则把第一次平面子集PM(1)中点云更新为第二平面子集中的点云。

可选的，进一步识别所述光伏面板所在平面的方法包括：从所述光伏面板整体点云集合PM中第一次随机取出拟合的第一次平面子集PM(1)，如图19所示；然后，如图20所示，从所述光伏面板整体点云集合中选取到所述第一次平面子集PM(1)的距离小于设定阈值QM的点云，则认为这些点云有效，与第一次平面子集PM(1)中的点云组合在一起，得到校正平面子集；进一步对所述校正平面子集范围内的点云求平均，拟合出第二平面子集QN，如果第二平面子集中的点云数量大于第一次平面子集PM(1)的点云数量，则把第一次平面子集PM(1)中点云更新为第二平面子集中的点云。

然后，从所述光伏面板整体点云集合PM中第二次随机取出拟合的第二次平面子集PM(2)，并按照相同的方法对第二次平面子集PM(2)进行校正，若第二次平面子集PM(2)中点云的数量等于或小于第一次平面子集PM(1)的点云数量，则以第一次平面子集PM(1)为最终的光伏面板的平面点云集合；若第二次平面子集PM(2)中点云的数量大于第一次平面子集PM(1)的点云数量，则继续从所述光伏面板整体点云集合PM中第三次随机取出拟合的第三次平面子集PM(3)和校正，直至获得的第n次平面子集PM(n)中的点云数量不再增加为止，则以第n次平面子集PM(n)为最终的光伏面板的平面点云集合。

可选的，获得光伏面板的平面点云集合后，可以作为相对于机械臂的位姿的及时反馈对象，动态控制机械臂末端的运动。

可选的，识别所述光伏面板的边线的方法包括：从所述光伏面板整体点云集合PM中第一次随机取出拟合的第一次边线子集PX(1)；然后，从所述光伏面板整体点云集合中选取到所述第一次边线子集PX(1)的距离小于设定阈值的点云，则认为这些点云有效，与第一次边线子集PX(1)中的点云组合在一起，得到校正边线子集；进一步对所述校正边线子集范围内的点云求平均，拟合出第二边线子集，如果第二边线子集中的点云数量大于第一次边线子集PX(1)的点云数量，则把第一次边线子集PX(1)中点云更新为第二边线子集中的点云。

然后，从所述光伏面板整体点云集合PM中第二次随机取出拟合的第二次边线子集PX(2)，并按照相同的方法对第二次边线子集PX(2)进行校正，若第二次边线子集PX(2)中点云的数量等于或小于第一次边线子集PX(1)的点云数量，则以第一次边线子集PX(1)为最终的光伏面板的边线点云集合；若第二次边线子集PX(2)中点云的数量大于第一次边线子集PX(1)的点云数量，则继续从所述光伏面板整体点云集合PM中第三次随机取出拟合的第三次边线子集PX(3)并校正，直至获得的第n次边线子集PX(n)中的点云数量不再增加为止，则以第n次边线子集PX(n)为最终的光伏面板的边线点云集合。

可选的，获得光伏面板的边线点云集合后，可以作为相对于机械臂的位姿的及时反馈对象，动态控制机械臂末端的运动。

在首次定位的过程中，根据激光扫描雷达扫描的面板点云提取平面位姿和边框直线位姿，作为运维机器人的起始定位，再通过6自由度逆向求解计算机械臂末端M0坐标的位姿来控制机械臂运动。

调控所述清扫机构的空间位置的方法包括：

如图21所示，其中的三维坐标轴中X轴表示上下方向，Y轴表示左右方向，Z轴(垂直纸面)表示前后方向，也是机器人清扫过程中前后运行的方向。

在正常小车行走清扫的过程中，主要偏差来自于地面的不平整和光伏面板空间尺寸变化、以及运行误差带来的影响。其中，沿Y轴的摇摆可以通过安装在机械臂与清扫机构之间的左右摇摆支撑轴，以及行走在面板上的支撑滚轮来自适应调整；沿Z轴的摇摆可以通过安装在机械臂与清扫机构之间的前后摇摆支撑轴，以及行走在面板上的支撑滚轮来自适应调整。

另外，对于机械臂的末端点是M₀(x₀,y₀)离光伏面板PV的距离需要建立在X轴和Y轴的二维平面上，末端点M₀(x₀,y₀)在该二维平面的运动模型来实时监测反馈闭环控制：即通过基摇摆臂JZB、基摇摆臂JZB末端与末端点M₀(x₀,y₀)连线的虚拟臂XNB的联合运动学分析来调整。具体如下：

建立运维机器人末端位姿反馈调整的2自由度运动学模型，包括：在图21中机械臂的末端点是M₀(x₀,y₀)，基摇摆臂的长度为b₁，基摇摆臂的末端与M₀(x₀,y₀)连线的虚拟臂的长度为b₂；基摇摆臂与Y轴的夹角为θ₃，基摇摆臂与虚拟臂的夹角为θ₄，基摇摆臂的首端至M₀(x₀,y₀)连线与Y轴的夹角为θ₃₂，且有θ₃₁＝θ₃-θ₃₂。

进一步的，满足如下结构位置关系：

x₀ ²+y₀ ²＝b₁ ²+b₂ ²-2b₁b₂cos(180°-θ₄)，对应有：cosθ₄＝(x₀ ²+y₀ ²-b₁ ²-b₂ ²)/2b₁b₂

以及，还有tanθ₃₂＝x₀/(-y₀)，

根据上述结构位置关系，可以对运维机器人末端位姿进行反馈调整，保持清扫结构与光伏面板之间的姿态匹配。

可选的，在清扫机构的面板上还设置有力触传感器，及时反馈清扫机构与光伏面板之间的压力，当压力大于设定的阈值时，及时动态调整机械臂上扬，保证清扫机构不会压坏光伏面板。

如图1所示，该运维机器人包括行走平台1、机械臂2和清扫机构3。其中，机械臂2包括依次连接的第一子臂(即基摇摆臂)、第二子臂、第三子臂，第三子臂的末端设置清扫机构3。

由此，本发明公开了一种运维机器人的智能识别和调整位姿方法。该方法包括运维机器人行驶至临近光伏面板，所述机械臂伸展并带动所述清扫机构置于所述光伏面板的上方；多个测距激光传感器分别测量到光伏面板的多个测量距离值，运维机器人基于对多个所述测量距离值计算，调整控制所述清扫机构的清扫面与所述光伏面板的表面平行；激光扫描雷达对光伏面板所在空域进行扫描，获得面板三维点云数据，运维机器人利用三维点云数据，识别所述光伏面板的平面和边线，调控所述清扫机构的空间位置，贴近所述光伏面板的表面清扫。该方法能够准确识别光伏面板，并根据光伏面板的结构和布设特点，智能调整位姿，实现准确、安全和可靠的清扫工作。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光伏组件运维机器人，其特征在于，包括：行走平台、机械臂和清扫机构；所述行走平台包括底盘，运动轮和驱动机构，所述底盘用于设置所述机械臂，所述运动轮设置在所述底盘的下部，所述驱动机构与所述运动轮连接，用于带动所述运动轮的转动；所述运动轮用于带动所述底盘移动；所述机械臂包括有第一子臂、第二子臂、第三子臂，以及驱动所述第一子臂转动的第一转动组件，驱动所述第一子臂摇摆的第一摇摆组件，驱动所述第二子臂摇摆的第二摇摆组件，驱动所述第三子臂摇摆的第三摇摆组件，所述第一摇摆组件设置在所述第一转动组件上，所述第一子臂的首端连接所述第一摇摆组件，所述第一子臂的尾端连接所述第二摇摆组件，所述第二摇摆组件铰接所述第二子臂的首端，所述第二子臂的末端连接所述第三摇摆组件，所述第三摇摆组件铰接所述第三子臂的首端，所述第三子臂的末端用于设置所述清扫机构；所述清扫机构包括清扫框和清扫刷，所述清扫框包括清扫固定板，所述清扫固定板横向两端设置有清扫盖板，所述清扫盖板之间的上下两侧均设置有清扫顶板；所述清扫刷设置在两个所述清扫盖板之间，所述清扫刷的两端通过轴承转动连接在所述清扫盖板上，所述清扫刷的一端延伸出所述清扫盖板连接清扫驱动件，所述清扫驱动件用于带动所述清扫刷转动。

2.根据权利要求1所述的光伏组件运维机器人，其特征在于，所述底盘下部的前侧设置有割草机安装板，所述割草机安装板用于安装底盘割草机。

3.根据权利要求2所述的光伏组件运维机器人，其特征在于，所述行走平台的后侧设置有水箱，所述水箱连接有水泵和出水管，所述水泵用于将所述水箱内的水从所述出水管喷出对光伏组件进行清洗。

4.根据权利要求2所述的光伏组件运维机器人，其特征在于，所述行走平台的前侧设置有充电底座，所述充电底座用于给无人机充电。

5.根据权利要求2所述的光伏组件运维机器人，其特征在于，所述机械臂还包括有支撑台，所述支撑台用于设置所述第一转动组件。

6.根据权利要求2所述的光伏组件运维机器人，其特征在于，所述第三子驱动件的外端设置有激光扫描雷达，所述激光扫描雷达用于动态调整所述机械臂末端的位姿。

7.根据权利要求2所述的光伏组件运维机器人，其特征在于，所述机械臂上设置有距离传感器，所述距离传感器用于检测清扫机构的位移距离。

8.根据权利要求2所述的光伏组件运维机器人，其特征在于，所述清扫机构包括有伸缩组件，所述伸缩组件设置在所述清扫固定板的外侧，用于缓冲所述清扫机构受到的作用力。

9.根据权利要求2所述的光伏组件运维机器人，其特征在于，所述清扫固定板的内侧设置有摇摆支撑座，所述摇摆支撑座用于调整所述清扫机构自动调整的旋转角度。

10.根据权利要求2所述的光伏组件运维机器人，其特征在于，所述清扫盖板的内侧设置有测距激光传感器，所述测距激光传感器用于测量所述清扫刷与光伏面板之间的距离。

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