CN116372817A - 一种面向光伏阵列的多功能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人领域，具体涉及一种面向光伏阵列的多功能机器人。解决了太阳能面板清理的问题。其技术方案为：一种面向光伏阵列的多功能机器人，包括机器人本体，机器人本体包括微型喷丸装置、表面检测模块、两侧辅助固定装置和表面清理装置；其中，微型喷丸装置通过螺丝固定在底板上下两侧；表面检测模块、两侧辅助固定装置和表面清理装置均通过螺丝固定在底板下侧。本发明的有益效果为：本发明针对光伏阵列表面清理和故障点检测两种需求，实现了大面积光伏阵列的表面清理和热斑故障点检测作业的一体化与自动化。

Description

一种面向光伏阵列的多功能机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种面向光伏阵列的多功能机器人。

背景技术

我国西部地区太阳能发电以光伏阵列为主，集群化程度高。由于光伏面板安装在户外，受天气影响，易有沙尘等灰尘覆盖在光伏面板表面，严重影响光伏面板的发电效率，因此需要对光伏面板例行清理。光伏面板长期工作后，其表面可能存在热斑效应，严重会导致光伏组件局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、封装材料老化等永久损坏，因此开展光伏面板的例行检修意义重大。

面向光伏面板的清理机器人，国内技术人员已经开展了广泛而深入的研究，例如：发明专利一种光伏太阳能清理装置(CN113134481B)公开了一种用于太阳能面板清理的机器人，其技术方案为：采用毛刷清理并吸附光伏面板表面杂质，但对于顽固杂质，单一的毛刷清理方式存在清洁效率较低的缺点，且不同光伏阵列间无法自动运行，增加了清理作业的时间复杂度，其次，该机器人只具备清理一项功能，而光伏面板的故障预警和即时诊断是维持其高效能工作的必要条件。因此，针对现有光伏面板的机器人不能同时实现或需要人工辅助才能实现清理及检测功能的问题，开展面向光伏阵列的多功能机器人的研究势在必行。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的局限与不足，而提出的一种面向光伏阵列的多功能机器人。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种面向光伏阵列的多功能机器人，包括机器人本体，机器人本体包括微型喷丸装置、表面检测模块、两侧辅助固定装置和表面清理装置；

其中，微型喷丸装置通过螺丝固定在底板上下两侧；表面检测模块、两侧辅助固定装置和表面清理装置均通过螺丝固定在底板下侧。

微型喷丸装置包括：三轴操作台、微型喷丸控制器、喷丸分类装置、微型抽气机和喷丸回收装置；

其中，三轴操作台通过螺丝固定在底板下侧；微型喷丸控制器、喷丸分类装置和微型抽气机通过螺丝固定在底板上侧。

喷丸分类装置包括：第一回收舱、第一喷丸回收通孔、第二回收舱、抽气孔、第三回收舱、喷丸储存舱、喷丸分类装置支架、第一液压直线模组、第一支撑座、第一电磁铁、第二电磁铁、喷丸出舱口及喷丸入舱口；

其中，第一回收舱上顶面有一方形开口，该开口面积略大于第一液压直线模组作业面面积，第一回收舱左侧开有第一喷丸回收通孔，第一喷丸回收通孔连有软管，软管另一端与第二喷丸回收通孔连接，第一回收舱右侧为一孔板，该孔板开孔直径小于喷丸直径；第二回收舱尺寸与第一回收舱相同，两者通过螺丝连接，第二回收舱左侧为一方形口，其上顶面有一凹槽，凹槽可插入不同开孔尺寸的孔板，第二回收舱右侧开有抽气孔，抽气孔连有第二软管，第二软管另一端连接在微型抽气机上顶的圆形孔上；第三回收舱置于第一回收舱及第二回收舱下方，第三回收舱不与第一回收舱及第二回收舱刚性连接，第三回收舱左侧面设有一拉手，用于更换第三回收舱，第三回收舱内部有一斜面，且左侧高度远高于右侧，斜面上设有若干圆形通孔，斜面上的圆孔直径小于喷丸直径，便于不完整喷丸及灰尘等杂物落入斜面下方区域，第三回收舱下底面的右侧设有一个与喷丸入口舱尺寸完全相同的通孔；第三回收舱上顶面右侧嵌入两个磁力大小不同的第一电磁铁及第二电磁铁；第一电磁铁及第二电磁铁磁力大小呈正弦波变换；喷丸储存舱尺寸与第三回收舱相同，用于存储喷丸；喷丸储存舱左侧开有喷丸出舱口，该出舱口连有第三软管，第三软管另一端与喷丸枪相连，喷丸储存舱上顶面右侧开有一喷丸入舱口，用于回收喷丸并重复利用。

喷丸回收装置包括：第六液压直线模组、第七液压直线模组、喷丸吸收舱和第二喷丸回收通孔；

其中，第六液压直线模组、第七液压直线模组规格相同，一侧通过螺丝固定在喷丸吸收舱后表面上，另一侧通过螺丝固定在底板上；喷丸吸收舱下底面高度不相同，前部高度低于后部高度，结合两侧辅助固定装置能避免喷丸喷出作业区域。

表面检测模块包括：第一挡板、第二挡板、第三挡板、第一电机安装槽、第一无刷电机、第一直齿、第二直齿、第一轴承、颜色感应模块、第一丝杆及第二轴承；

其中，第一挡板高度大于第二挡板及第三挡板，三者通过螺丝紧固，第一挡板具备遮光功效，抵挡阳光照射对颜色感应模块的影响；第二挡板与第三挡板为对称零件，安装在第一挡板两侧；第一无刷电机通过螺丝安装在第一电机安装槽内；第一电机安装槽通过螺丝安装在第三挡板上；第一直齿与第二直齿模数、齿数均相同，第一直齿通过销固定在第一无刷电机输出轴上，第二直齿通过销固定在第一丝杆左侧；第一轴承与第二轴承相同，其中第一轴承内嵌在第三挡板，第二轴承内嵌在第二挡板；第一丝杆一端与第一轴承负公差紧配合，另一端与第二轴承负公差紧配合；颜色感应模块装配在第一丝杆上，可将第一丝杆的旋转运动转换为直线运动，颜色感应模块下底面的两侧为LED补光灯，中间为一光敏器件，根据不同亮度反馈不同幅值的模拟量信号。

两侧辅助固定装置包括：第二液压直线模组、第三液压直线模组、液压装置安装板、左侧吸附装置及右侧吸附装置；

其中，两侧辅助固定装置通过螺丝固定在底板下方左右两侧，两侧辅助固定装置除了安装位置不存在其余差异，左侧吸附装置和右侧吸附装置均通过螺丝固定在液压装置安装板上，液压装置安装板通过螺丝固定在第二液压直线模组，第二液压直线模组通过螺丝固定在底板上。

表面清理装置包括：毛刷装置、第四直线液压模组、第五液压直线模组、第二伺服电机安装槽、中空旋转平台、第五液压直线模组安装法兰及第四液压直线模组安装法兰。

其中，中空旋转平台通过螺丝固定在第二伺服电机安装槽内，通过自身旋转，驱动毛刷装置运动；第四直线液压模组与第五液压直线模组规格相同，但有效行程低于第二直线液压模组；第五液压直线模组安装法兰及第四液压直线模组安装法兰规格相同，通过螺丝连接第四直线液压模组、第五液压直线模组、与中空旋转平台；毛刷装置表面设有若干细微柔性毛刷，内部设有无刷电机，通过无刷电机旋转带动毛刷旋转，实现对光伏面板表面的清理作业。

一种面向光伏阵列的多功能机器人作业流程为：机器人本体自检通过后，主控制器和无刷电机控制器驱动麦克纳姆轮组沿着光伏阵列面板表面向下直线运动，第四相机识别光伏阵列的边界信息；此时，表面清理装置执行清理作业，采用毛刷清理光伏阵列表面；第二相机识别表面清理过的光伏面板，若仍然存在残留物，则麦克纳姆轮组停止运动并对残留物进行喷丸作业，清理结束后麦克纳姆轮组继续做直线运动；表面检测模块对清理过的光伏面板检测表面亮度特征，对不均匀的亮度点记录位置信息并保存；当第四相机识别到光伏阵列的边界后，麦克纳姆轮组左右平移运动，且长度为一个机器人本体的宽度；随后机器人原地旋转180°，继续沿直线向上执行清洗、检测任务，直至整个光伏面板阵列清理结束。

喷丸回收装置的作业流程为：机器人自检通过后，喷丸回收装置位于靠近底板的一侧，此时中空旋转平台顺时针旋转，带动毛刷装置顺时针旋转并与光伏面板表面从180°旋转至给定夹角，第四直线液压模组及第五液压直线模组伸展，在第四相机的引导下，毛刷装置与光伏面板表面接触，其内部无刷电机工作，带动毛刷装置旋转，清理光伏面板表面灰尘。

喷丸作业流程为：左侧吸附装置及右侧吸附装置在第二液压直线模组及第三液压直线模组带动下，直线向下运动，并与光伏面板表面接触；喷丸吸收舱在第六液压直线模组及第七液压直线模组带动下，直线向下运动，并与光伏面板表面接触；喷丸储存舱上的喷丸出口舱上连接的软管另一端与微型喷丸控制器相连，喷丸通过软管进入微型喷丸控制器内；微型喷丸控制器上表面软管与喷丸枪相连，喷丸被加速后通过喷丸枪冲刷到光伏面板表面；此时喷丸受到重力影响，沿着光伏面板下滑至喷丸回收装置中的喷丸吸收舱中；喷丸受负压吸附影响，进入第二喷丸吸收通孔；第二喷丸吸收通孔上的软管与第一喷丸回收通孔上的软管相连，此时，喷丸顺着管道进入第一回收舱；第一液压直线模组下降运动，将第一回收舱中的喷丸压入第三回收舱内；喷丸沿着第三回收舱内部斜面下降，灰尘等其余杂物落入第三回收舱中斜面下方区域；随后，喷丸受第一电磁铁及第二电磁铁的电磁吸力影响，被吸到第三回收舱上内表面；当电磁力小于喷丸重力时，喷丸沿着喷丸入口舱进入喷丸储存舱内，至此完成了喷丸作业及回收流程。

表面检测模块工作流程为：机器人本体自检通过后，颜色感应模块位于第一丝杆的最左侧；当麦克纳姆轮组前后运动时，第一无刷电机顺时针旋转，带动第一直齿顺时针旋转，第二直齿与第一直齿啮合并逆时针旋转，第一丝杆跟随第二直齿旋转，颜色检测模块与第一丝杆啮合，往第二挡板方向直线运动，此时，第一无刷电机后端编码器记录光电信号，无刷电机控制器记录光电信号，并编码为数字信号传输至主控制器，主控制器依据第一丝杆行程及及从第一无刷电机编码器获得的位置信息，控制第一无刷电机运动，当位置信息与第一丝杆行程差值小于给定值时，主控制器控制第一无刷电机停止运动；随后，第一无刷电机逆时针旋转，间接带动颜色检测模块向着第三挡板方向运动，此时各组件运动状态与上一步骤相反。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述的面向光伏阵列的多功能机器人通过硬件的合理分布、多运动体的协同控制，智能感知算法及多传感器数据的融合，能够实现大面积光伏阵列的表面清理及热斑检测功能的自动化与一体化，提高了大面积光伏阵列的全检、全清作业效率。

2、表面清理装置具备包括：毛刷摩擦和喷丸作业两种不同强度的清理方式，可以更高效的实现光伏阵列全面积的清理作业，其中毛刷装置具备包括两个转动和一个平动自由度，能够实现不同作业高度、不同光伏阵列安装倾角、不同作业速度的三种清理功能，大幅提高毛刷清理有效性；喷丸作业采用特制的喷丸可以有效避免喷丸对光伏面板表面造成的损伤，该种表面清理作业方式具备四个自由度，通过三轴操作台，基于视觉引导的方式，迅速且准确的定位待作业区域的平面坐标，通过不同喷丸入射角度、初速度可以针对杂质黏着度差异，再次提高表面清理作业有效性。3、基于视觉引导和光敏元件相结合的光伏面板表面检测方式和无刷电机编码器的位置高精度控制方法，可有效提高光伏面板表面热斑的检测精确度及定位精度，便于后续维修作业；

4、基于麦克纳姆轮组运动方式，可以实现前后左右四个方向的平动，缩小了清洗机器人尺寸和重量，大幅提高了清洗机器人灵活性，同时四轮配有减震装置，可有效保证运行过程中的平稳性。此外，清洗机器人还设有两侧辅助固定装置，基于液压装置，保证作业时与光伏面板无相对运动，提高检测和清理作业的精确度。

5、光伏面板表面清理和热斑检测相结合的作业流程，大幅提高了机器人巡检光伏阵列效率，且较人工在热斑检出率和表面清理的清洁程度上均有提升，降低了光伏阵列后期维护成本。

附图说明

图1为本发明的一种面向光伏阵列的多功能机器人结构示意图；

图2为本发明一种面向光伏阵列的多功能机器人爆炸视图；

图3为一种面向光伏阵列的多功能机器人板上装置爆炸视图；

图4为一种面向光伏阵列的多功能机器人中微型喷丸装置结构示意图；

图5为一种面向光伏阵列的多功能机器人中三轴操作台爆炸视图；

图6为一种面向光伏阵列的多功能机器人中喷丸分类装置爆炸视图；

图7为一种面向光伏阵列的多功能机器人板下装置结构示意图；

图8为一种面向光伏阵列的多功能机器人板下装置爆炸视图；

图9为一种面向光伏阵列的多功能机器人中表面检测模块爆炸视图；

图10为一种面向光伏阵列的多功能机器人中两侧辅助固定装置结构示意图；

图11为一种面向光伏阵列的多功能机器人中表面清理装置爆炸视图；

图12为一种面向光伏阵列的多功能机器人中喷丸回收装置结构示意图。

附图标记：1、机器人本体；

21、板上装置；22、板下装置；23、底板；

31、上顶板；32、外侧端板；33、主控制器；34、液压装置；35、第一相机及安装座；36、伺服控制器；37、无刷电机控制器；38、微型喷丸装置；39、变电器；310、电缆通孔；311、相机通孔；

41、三轴操作台；42、微型喷丸控制器；43、喷丸分类装置；44、微型抽气机；

51、第一直线模组；52、第二直线模组；53、第一直线导轨；54、第一伺服电机；55、第一伺服电机安装槽；56、第二相机；57、喷丸枪支架；58、喷丸枪；

61、第一回收舱；62、第一喷丸回收通孔；63、第二回收舱；64、抽气孔；65、第三回收舱；66、喷丸储存舱、67；喷丸分类装置支架；68、第一液压直线模组；69、第一支撑座；610、第一电磁铁；611、第二电磁铁；612、喷丸出舱口；613、喷丸入舱口；

71、麦克纳姆轮组；72、表面检测模块；73、第三相机；74、两侧辅助固定装置；75、喷丸回收装置；76、表面清理装置；77、第四相机；

81、第一挡板；82、第二挡板；83、第三挡板；84、第一电机安装槽；85、第一无刷电机；86、第一直齿；87、第二直齿；88、第一轴承；89、颜色感应模块；810、第一丝杆；811、第二轴承；

91、第二液压直线模组；92、左侧吸附装置；93、吸附装置安装板；94、第三液压直线模组；95、右侧吸附装置；

1001、毛刷装置；1002、第四直线液压模组；1003、第五液压直线模组；1004、第二伺服电机安装槽；1005、中空旋转平台；1006、第五液压直线模组安装法兰；1007、第四液压直线模组安装法兰；

1101、第六液压直线模组；1102、第七液压直线模组；1103、喷丸吸收舱；1104、第二喷丸回收通孔。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

一种面向光伏阵列的多功能机器人，包括机器人本体1，机器人本体1包括微型喷丸装置38、表面检测模块72、两侧辅助固定装置74和表面清理装置76；

其中，微型喷丸装置38通过螺丝固定在底板23上下两侧；表面检测模块72、两侧辅助固定装置74和表面清理装置76均通过螺丝固定在底板23下侧。

微型喷丸装置38包括：三轴操作台41、微型喷丸控制器42、喷丸分类装置43、微型抽气机44和喷丸回收装置75；

其中，三轴操作台41通过螺丝固定在底板23下侧；微型喷丸控制器42、喷丸分类装置43和微型抽气机44通过螺丝固定在底板23上侧。

喷丸分类装置43包括：第一回收舱61、第一喷丸回收通孔62、第二回收舱63、抽气孔64、第三回收舱65、喷丸储存舱66、喷丸分类装置支架67、第一液压直线模组68、第一支撑座69、第一电磁铁610、第二电磁铁611、喷丸出舱口612及喷丸入舱口613；

其中，第一回收舱61上顶面有一方形开口，该开口面积略大于第一液压直线模组68作业面面积，第一回收舱61左侧开有第一喷丸回收通孔62，第一喷丸回收通孔62连有软管，软管另一端与第二喷丸回收通孔1104连接，第一回收舱61右侧为一孔板，该孔板开孔直径小于喷丸直径；第二回收舱63尺寸与第一回收舱61相同，两者通过螺丝连接，第二回收舱63左侧为一方形口，其上顶面有一凹槽，凹槽可插入不同开孔尺寸的孔板，第二回收舱63右侧开有抽气孔64，抽气孔64连有第二软管，第二软管另一端连接在微型抽气机44上顶的圆形孔上；第三回收舱65置于第一回收舱61及第二回收舱63下方，第三回收舱65不与第一回收舱61及第二回收舱63刚性连接，第三回收舱65左侧面设有一拉手，用于更换第三回收舱65，第三回收舱65内部有一斜面，且左侧高度远高于右侧，斜面上设有若干圆形通孔，斜面上的圆孔直径小于喷丸直径，便于不完整喷丸及灰尘等杂物落入斜面下方区域，第三回收舱65下底面的右侧设有一个与喷丸入口舱613尺寸完全相同的通孔；第三回收舱65上顶面右侧嵌入两个磁力大小不同的第一电磁铁610及第二电磁铁611；第一电磁铁610及第二电磁铁611磁力大小呈正弦波变换；喷丸储存舱66尺寸与第三回收舱65相同，用于存储喷丸；喷丸储存舱66左侧开有喷丸出舱口612，该出舱口连有第三软管，第三软管另一端与喷丸枪58相连，喷丸储存舱66上顶面右侧开有一喷丸入舱口613，用于回收喷丸并重复利用。

喷丸回收装置75包括：第六液压直线模组1101、第七液压直线模组1102、喷丸吸收舱1103和第二喷丸回收通孔1104；

其中，第六液压直线模组1101、第七液压直线模组1102规格相同，一侧通过螺丝固定在喷丸吸收舱1103后表面上，另一侧通过螺丝固定在底板23上；喷丸吸收舱1103下底面高度不相同，前部高度低于后部高度，结合两侧辅助固定装置74可避免喷丸喷出作业区域。

表面检测模块72包括：第一挡板81、第二挡板82、第三挡板83、第一电机安装槽84、第一无刷电机85、第一直齿86、第二直齿87、第一轴承88、颜色感应模块89、第一丝杆810及第二轴承811；

其中，第一挡板81高度大于第二挡板82及第三挡板83，三者通过螺丝紧固，第一挡板81具备遮光功效，抵挡阳光照射对颜色感应模块89的影响；第二挡板82与第三挡板83为对称零件，安装在第一挡板81两侧；第一无刷电机85通过螺丝安装在第一电机安装槽84内；第一电机安装槽84通过螺丝安装在第三挡板83上；第一直齿86与第二直齿87模数、齿数均相同，第一直齿86通过销固定在第一无刷电机85输出轴上，第二直齿87通过销固定在第一丝杆810左侧；第一轴承88与第二轴承811相同，其中第一轴承88内嵌在第三挡板83，第二轴承811内嵌在第二挡板82；第一丝杆810一端与第一轴承88负公差紧配合，另一端与第二轴承811负公差紧配合；颜色感应模块89装配在第一丝杆810上，可将第一丝杆810的旋转运动转换为直线运动，颜色感应模块89下底面的两侧为LED补光灯，中间为一光敏器件，根据不同亮度反馈不同幅值的模拟量信号。

两侧辅助固定装置74包括：第二液压直线模组91、第三液压直线模组92、液压装置安装板93、左侧吸附装置92及右侧吸附装置95；

其中，两侧辅助固定装置74通过螺丝固定在底板23下方左右两侧，两侧辅助固定装置除了安装位置不存在其余差异，左侧吸附装置92和右侧吸附装置95均通过螺丝固定在液压装置安装板93上，液压装置安装板93通过螺丝固定在第二液压直线模组91，第二液压直线模组91通过螺丝固定在底板23上。

表面清理装置76包括：毛刷装置1001、第四直线液压模组1002、第五液压直线模组1003、第二伺服电机安装槽1004、中空旋转平台1005、第五液压直线模组安装法兰1006及第四液压直线模组安装法兰1007。

其中，中空旋转平台1005通过螺丝固定在第二伺服电机安装槽1004内，通过自身旋转，驱动毛刷装置1001运动；第四直线液压模组1002与第五液压直线模组1003规格相同，但有效行程低于第二直线液压模组91；第五液压直线模组安装法兰1006及第四液压直线模组安装法兰1007规格相同，通过螺丝连接第四直线液压模组1002、第五液压直线模组1003、与中空旋转平台1005；毛刷装置1001表面设有若干细微柔性毛刷，内部设有无刷电机，通过无刷电机旋转带动毛刷旋转，实现对光伏面板表面的清理作业。

面向光伏阵列的多功能机器人作业流程为：机器人本体自检通过后，主控制器和无刷电机控制器驱动麦克纳姆轮组沿着光伏阵列面板表面向下直线运动，第四相机识别光伏阵列的边界信息；此时，表面清理装置执行清理作业，采用毛刷清理光伏阵列表面；第二相机识别表面清理过的光伏面板，若仍然存在残留物，则麦克纳姆轮组停止运动并对残留物进行喷丸作业，清理结束后麦克纳姆轮组继续做直线运动；表面检测模块对清理过的光伏面板检测表面亮度特征，对不均匀的亮度点记录位置信息并保存；当第四相机识别到光伏阵列的边界后，麦克纳姆轮组左右平移运动，且长度为一个机器人本体的宽度；随后机器人原地旋转180°，继续沿直线向上执行清洗、检测任务，直至整个光伏面板阵列清理结束。

喷丸回收装置的作业流程为：机器人自检通过后，喷丸回收装置位于靠近底板的一侧，此时中空旋转平台顺时针旋转，带动毛刷装置顺时针旋转并与光伏面板表面从180°旋转至给定夹角，第四直线液压模组及第五液压直线模组伸展，在第四相机的引导下，毛刷装置与光伏面板表面接触，其内部无刷电机工作，带动毛刷装置旋转，清理光伏面板表面灰尘。

喷丸作业流程为：左侧吸附装置及右侧吸附装置在第二液压直线模组及第三液压直线模组带动下，直线向下运动，并与光伏面板表面接触；喷丸吸收舱在第六液压直线模组及第七液压直线模组带动下，直线向下运动，并与光伏面板表面接触；喷丸储存舱上的喷丸出口舱上连接的软管另一端与微型喷丸控制器相连，喷丸通过软管进入微型喷丸控制器内；微型喷丸控制器上表面软管与喷丸枪相连，喷丸被加速后通过喷丸枪冲刷到光伏面板表面；此时喷丸受到重力影响，沿着光伏面板下滑至喷丸回收装置中的喷丸吸收舱中；喷丸受负压吸附影响，进入第二喷丸吸收通孔；第二喷丸吸收通孔上的软管与第一喷丸回收通孔上的软管相连，此时，喷丸顺着管道进入第一回收舱；第一液压直线模组下降运动，将第一回收舱中的喷丸压入第三回收舱内；喷丸沿着第三回收舱内部斜面下降，灰尘等其余杂物落入第三回收舱中斜面下方区域；随后，喷丸受第一电磁铁及第二电磁铁的电磁吸力影响，被吸到第三回收舱上内表面；当电磁力小于喷丸重力时，喷丸沿着喷丸入口舱进入喷丸储存舱内，至此完成了喷丸作业及回收流程。

表面检测模块工作流程为：机器人本体自检通过后，颜色感应模块位于第一丝杆的最左侧；当麦克纳姆轮组前后运动时，第一无刷电机顺时针旋转，带动第一直齿顺时针旋转，第二直齿与第一直齿啮合并逆时针旋转，第一丝杆跟随第二直齿旋转，颜色检测模块与第一丝杆啮合，往第二挡板方向直线运动，此时，第一无刷电机后端编码器记录光电信号，无刷电机控制器记录光电信号，并编码为数字信号传输至主控制器，主控制器依据第一丝杆行程及及从第一无刷电机编码器获得的位置信息，控制第一无刷电机运动，当位置信息与第一丝杆行程差值小于给定值时，主控制器控制第一无刷电机停止运动；随后，第一无刷电机逆时针旋转，间接带动颜色检测模块向着第三挡板方向运动，此时各组件运动状态与上一步骤相反。

实施例2

参见图1及图2，为本发明的面向光伏阵列的多功能机器人的结构示意图及爆炸视图。依据各组件在机器人本体1上的安设位置，可初步分为板上装置21、板下装置22及底板23。板上装置21包括机器人控制器、微型喷丸装置38、变电装置等控制装置；板下装置22包括运动装置、表面检测模块72、表面清理装置76。

参见图3，为本发明的机器人本体1的板上装置21的爆炸视图。板上装置21包括：上顶板31、外侧端板32、主控制器33、液压装置34、第一相机及安装座35、伺服控制器36、无刷电机控制器37、微型喷丸装置38、变电器39、电缆通孔310及相机通孔311。主控制器33、液压装置34、伺服控制器36、无刷电机控制器37、微型喷丸装置38、变电器39等控制装置底部均设有吸盘，可通过负压吸附方式安设在底板23上，便于后续维护；第一相机及安装座35底部设有螺纹孔，通过螺丝紧固的方式安设于底板23上，第一相机及安装座35中的相机直径与相机通孔311直径相同，安装时相机镜头与电机通孔外表面齐平；上顶板31上设有若干方孔及电缆通孔310，机器人运行时，电缆一端通过电缆通孔310安设于变电器39上直径最大的圆形航插接口上；主控制器33为核心控制器，统筹控制其余所有控制器；液压装置34被主控制器33控制，同时控制第一液压直线模组68、第二液压直线模组91、第三液压直线模组94等液压直线模组；伺服控制器36被主控制器33控制，同时控制第一伺服电机54等伺服电机；无刷电机控制器37被主控制器33控制，同时控制第一无刷电机85等无刷电机；微型喷丸装置38被主控制器33控制，用于清理光伏面板通过表面清理装置76无法清理的污渍；变电器39将输入电压转换至不同电压等级并输送至主控制器33、液压装置34等装置。

参见图4，为本发明中微型喷丸装置38的结构示意图。微型喷丸装置38包括：三轴操作台41、微型喷丸控制器42、喷丸分类装置43及微型抽气机44。三轴操作台41具备三个自由度，可在与光伏面板平行的平面内无障碍运动，并具备旋转自由度，实现不同角度冲刷光伏面板。喷丸分类装置43可将灰尘与喷丸分类，实现喷丸的重复利用；微型喷丸控制器42用于喷丸加速，使喷丸具备一定动能冲刷光伏面板表面，需要特殊说明的是：本发明中的喷丸由混合材料制成并呈球形，以过其球心的横剖面为截面，依据材料的不同，可将其分为两层，内层为铁磁性材料，外层为硅胶材质，且外层体积大于内层体积，通过上述材料混合制成的喷丸具备质量低、弹性高的特点。作业时，微型喷丸控制器42仅需将喷丸加速至较低的速度便具备较强的冲刷能力，此外，喷丸动能较小，不易对光伏面板表面产生损伤；微型抽气机44用于将已使用的喷丸通过负压吸附机理运送至喷丸分类装置43中，实现喷丸的重复利用。

参见图5，为本发明的三轴操作台41的爆炸视图。三轴操作台41包括：第一直线模组51、第二直线模组52、第一直线导轨53、第一伺服电机54、第一伺服电机54安装槽、第二相机56、喷丸枪支架57及喷丸枪58。第一直线模组51及第二直线模组52除有效长度外其余参数完全相同，并均由伺服电机驱动；第一直线导轨53长度与第一直线模组51相同，其上设有一T型滑块，该T型滑块可使第一直线导轨53与第一直线模组51滑动面处于同一平面上，第二直线模组52下方设有一矩形安装底座，该矩形安装底座一端安装在第一直线导轨53的T型滑块上，另一端安装在第一直线模组51上，安装方式均为螺丝紧固；第一伺服电机54安装槽安装在第二直线模组52上，其上设有若干螺纹孔，第二相机56通过螺丝紧固于第一伺服电机54电机安装槽上；第一伺服电机54输出轴穿过第一伺服电机54安装槽并插入喷丸枪支架57中，第一伺服电机54和喷丸枪支架57通过销紧固连接；喷丸枪58安装于喷丸枪支架57中，两者为负公差紧配合关系。喷丸枪58跟随第一直线模组51及第二直线模组52运动，可在与光伏面板平行的平面内无障碍运动，并跟随第一伺服电机54在与光伏面板垂直的平面内旋转运动，实现不同角度、不同位置的喷丸冲刷表面清理作业。

参见图6，为本发明的喷丸分类装置43的爆炸视图。喷丸爆炸装置包括：第一回收舱61、第一喷丸回收通孔62、第二回收舱63、抽气孔64、第三回收舱65、喷丸储存舱66、喷丸分类装置43支架67、第一液压直线模组68、第一支撑座69、第一电磁铁610、第二电磁铁611、喷丸出舱口612及喷丸入舱口613。第一回收舱61上顶面有一方形开口，该开口面积略大于第一液压直线模组68下方作业面面积，第一回收舱61左侧面为第一喷丸回收通孔62，该通孔连有软管，该软管另一端连接在第二喷丸回收通孔1104上，第一回收舱61右侧面为一孔板，该孔板开孔直径小于喷丸直径；第二回收舱63尺寸与第一回收舱61基本相同，其左侧面为一方形开口，其上顶面有一开槽，该开槽可插入不同开孔尺寸的孔板，其右侧面设有抽气孔64，该孔连有一软管，该软管另一端连接在微型抽气机44上顶面的圆形孔上；第三回收舱65置于第一回收舱61及第二回收舱63下方，其左侧面设有一拉手，可方便清洗、更换第三回收舱65，其内部有一斜面，且左侧高度远高于右侧，斜面上设有若干圆形通孔，该通孔直径小于喷丸直径，便于不完整喷丸及灰尘等杂物落入斜面下方区域，第三回收舱65下底面的右侧设有一个与喷丸入口舱尺寸完全相同的通孔，该通孔位置与喷丸入口舱仅在垂直方向上存在偏差，其上顶面右侧设有两个磁力大小不同的第一电磁铁610及第二电磁铁611；第一电磁铁610及第二电磁铁611磁力大小呈正弦波变换；喷丸储存舱66尺寸与第三回收舱65相同，用于存储喷丸，其左侧面为喷丸出舱口612，该出舱口连有一软管，该软管另一端与喷丸枪58相连，其上顶面右侧开有一喷丸入舱口613，用于回收喷丸重复利用；喷丸分类装置支架67通过螺丝固定第一回收舱61、第二回收舱63及喷丸储存舱66，其下底面设有螺纹孔，通过螺丝紧固方式与底板23相连；第一支撑座69为L型，一端与第一液压直线模组68固定，另一端与第一回收舱61固定；第一液压直线模组68用于将被吸入第一回收舱61的喷丸压入第三回收舱65内。

参见图7及图8，为本发明中板下装置22的结构示意图及爆炸视图。板下装置22包括：麦克纳姆轮组71、表面检测模块72、第三相机73、两侧辅助固定装置74、喷丸回收装置75、表面清理装置76及第四相机77。麦克纳姆轮组71由四个麦克纳姆轮组71组成，其安装方式遵循对角线相同、同侧相异的原则，能够实现前后、左右四个方向的直线运动；第四相机77用于检测表面清理装置76与光伏面板表面的贴合程度及光伏阵列面板边界；第三相机73用于检测光伏阵列面板边界，实现机器人本体1的定位功能；表面检测模块72基于感光元件的光敏性质，检测光伏面板亮度不均匀的热斑故障点；两侧辅助固定装置74增大机器人运动摩擦，保持作业时机器人本体1与光伏面板的相对静止；喷丸回收装置75用于回收喷丸处理后的喷丸，实现重复利用；表面清理装置76对光伏面板预处理，扫除表面灰尘。

参见图9，为本发明中表面检测模块72的爆炸视图。表面检测模块72包括：第一挡板81、第二挡板82、第三挡板83、第一电机安装槽84、第一无刷电机85、第一直齿86、第二直齿87、第一轴承88、颜色感应模块89、第一丝杆810及第二轴承811。第一挡板81高度大于第二挡板82及第三挡板83，安装后可抵挡阳光照射对颜色感应模块89的影响；第二挡板82与第三挡板83完全相同，并对称安装在第一挡板81两侧；第一无刷电机85安装在第一电机安装槽84内；第一电机安装槽84安装在第三挡板83上；第一直齿86与第二直齿87模数、齿数均相同；第一轴承88与第二轴承811完全相同，其中第一轴承88安装在第三挡板83内，第二轴承811安装在第二挡板82内；第一丝杆810一端与第一轴承88固定，另一端与第二轴承811固定；颜色感应模块89安装在第一丝杆810上，可将第一丝杆810的旋转运动转换为直线运动，颜色感应模块89下底面的两侧为LED补光灯，中间为一光敏器件，根据不同亮度反馈不同幅值的模拟量信号。

结合图9，本发明中表面检测模块72工作流程为：机器人本体1自检通过后，颜色感应模块89位于第一丝杆810的最左侧；当麦克纳姆轮组71前后运动时，第一无刷电机85顺时针旋转，带动第一直齿86顺时针旋转，第二直齿87与第一直齿86啮合并逆时针旋转，第一丝杆810跟随第二直齿87旋转，颜色检测模块与第一丝杆810啮合，往第二挡板82方向直线运动，此时，第一无刷电机85后端编码器记录光电信号，无刷电机控制器37记录光电信号，并编码为数字信号传输至主控制器33，主控制器33依据第一丝杆810行程及及从第一无刷电机85编码器获得的位置信息，控制第一无刷电机85运动，当位置信息与第一丝杆810行程差值小于给定值时，主控制器33控制第一无刷电机85停止运动；随后，第一无刷电机85逆时针旋转，间接带动颜色检测模块向着第三挡板83方向运动，此时各组件运动状态与上一步骤相反，在此便不再赘述。

参见图10，为本发明中两侧辅助固定装置74的结构示意图。两侧辅助固定装置74包括：第二液压直线模组91、左侧吸附装置92、吸附装置安装板93、第三液压直线模组94及右侧吸附装置95。第二液压直线模组91与第三液压模组相同，且行程大于第一液压直线模组68；左侧吸附装置92与右侧吸附装置95完全相同，其底面设有若干吸盘，机器人本体1运动时可增大其与光伏面板表面摩擦力，避免相对滑动；吸附装置安装板93上设有若干螺纹孔，用于连接第二液压直线模组91与左侧吸附装置92。

参见图11，为本发明中表面清理装置76的爆炸视图。表面清理装置76包括：毛刷装置1001、第四直线液压模组1002、第五液压直线模组1003、第二伺服电机安装槽1004、中空旋转平台1005、第五液压直线模组安装法兰1006及第四液压直线模组安装法兰1007。中空旋转平台1005安装在第二伺服电机安装槽1004内，并驱动毛刷装置1001旋转运动；第四直线液压模组1002与第五液压直线模组1003完全相同，但有效行程低于第三直线液压模组；第五液压直线模组安装法兰1006及第四液压直线模组安装法兰1007完全相同，用于连接液压直线模组与中空旋转平台1005；毛刷装置1001表面设有若干细微柔性毛刷，内部设有无刷电机，作业时，无刷电机带动柔性毛刷旋转，清理光伏面板表面灰尘。

结合图11，本发明中表面清理装置76的作业流程为：机器人自检通过后，表面清理装置76位于靠近底板23的一侧，此时中空旋转平台1005顺时针旋转，带动毛刷装置1001顺时针旋转并与光伏面板表面从180°旋转至给定夹角，第四直线液压模组1002及第五液压直线模组1003伸展，在第四相机77的引导下，毛刷装置1001与光伏面板表面接触，其内部无刷电机工作，带动毛刷装置1001旋转，清理光伏面板表面灰尘。

参见图12，为本发明中喷丸回收装置75结构示意图。喷丸回收装置75包括：第六液压直线模组1101、第七液压直线模组1102、喷丸吸收舱1103及第二喷丸回收通孔1104。所示第六液压直线模组1101及第七液压直线模组1102与第二液压直线模组91完全相同，驱动喷丸吸收舱1103升降运动；喷丸收集舱底部三面高度大于另一面，结合两侧辅助固定装置74可避免喷丸喷出作业区域；第二喷丸回收通孔1104与第一喷丸回收通孔62通过软管连接。

结合图6及图12，本发明中喷丸作业流程为：左侧吸附装置92及右侧吸附装置95在第二液压直线模组91及第三液压直线模组94带动下，直线向下运动，并与光伏面板表面接触；喷丸吸收舱1103在第六液压直线模组1101及第七液压直线模组1102带动下，直线向下运动，并与光伏面板表面接触；喷丸储存舱66上的喷丸出口舱上连接的软管另一端与微型喷丸控制器42相连，喷丸通过软管进入微型喷丸控制器42内；微型喷丸控制器42上表面软管与喷丸枪58相连，喷丸被加速后通过喷丸枪58冲刷到光伏面板表面；此时喷丸受到重力影响，沿着光伏面板下滑至喷丸回收装置75中的喷丸吸收舱1103中；喷丸受负压吸附影响，进入第二喷丸吸收通孔；第二喷丸吸收通孔上的软管与第一喷丸回收通孔62上的软管相连，此时，喷丸顺着管道进入第一回收舱61；第一液压直线模组68下降运动，将第一回收舱61中的喷丸压入第三回收舱65内；喷丸沿着第三回收舱65内部斜面下降，灰尘等其余杂物落入第三回收舱65中斜面下方区域；随后，喷丸受第一电磁铁610及第二电磁铁611的电磁吸力影响，被吸到第三回收舱65上内表面；当电磁力小于喷丸重力时，喷丸沿着喷丸入口舱进入喷丸储存舱66内，至此完成了喷丸作业及回收流程。

结合图1至图12，面向光伏阵列的多功能机器人作业流程为：机器人本体1自检通过后，主控制器33和无刷电机控制器37驱动麦克纳姆轮组71沿着光伏阵列面板表面向后直线运动，第四相机77识别光伏阵列的边界信息；此时，表面清理装置76执行清理作业，采用毛刷清理光伏阵列表面；第二相机56识别表面清理过的光伏面板，若仍然存在残留物，则麦克纳姆轮组71停止运动并对残留物进行喷丸作业，清理结束后麦克纳姆轮组71继续做直线运动；表面检测模块72对清理过的光伏面板检测表面亮度特征，对不均匀的亮度点记录位置信息并保存；当第四相机77识别到光伏阵列的边界后，麦克纳姆轮组71左右平移运动，且长度为一个机器人本体1的宽度；随后机器人原地旋转180°，继续沿直线向上执行清洗、检测任务，直至整个光伏面板阵列清理结束。

本发明中披露的说明和实践，对于本技术领域的普通技术人员来说，都是易于思考和理解的，且在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种面向光伏阵列的多功能机器人，包括机器人本体(1)，其特征在于机器人本体(1)包括微型喷丸装置(38)、表面检测模块(72)、两侧辅助固定装置(74)和表面清理装置(76)；

其中，所述微型喷丸装置(38)通过螺丝固定在底板(23)上下两侧；所述表面检测模块(72)、两侧辅助固定装置(74)和表面清理装置(76)均通过螺丝固定在底板(23)下侧。

2.根据权利要求1所述的一种面向光伏阵列的多功能机器人，其特征在于所述微型喷丸装置(38)包括：三轴操作台(41)、微型喷丸控制器(42)、喷丸分类装置(43)、微型抽气机(44)和喷丸回收装置(75)；

其中，所述三轴操作台(41)通过螺丝固定在底板(23)下侧；所述微型喷丸控制器(42)、喷丸分类装置(43)和微型抽气机(44)通过螺丝固定在底板(23)上侧。

3.根据权利要求2所述的一种面向光伏阵列的多功能机器人，其特征在于所述喷丸分类装置(43)包括：第一回收舱(61)、第一喷丸回收通孔(62)、第二回收舱(63)、抽气孔(64)、第三回收舱(65)、喷丸储存舱(66)、喷丸分类装置支架(67)、第一液压直线模组(68)、第一支撑座(69)、第一电磁铁(610)、第二电磁铁(611)、喷丸出舱口(612)及喷丸入舱口(613)；

其中，所述第一回收舱(61)上顶面有一方形开口，该开口面积略大于第一液压直线模组(68)作业面面积，第一回收舱(61)左侧开有第一喷丸回收通孔(62)，所述第一喷丸回收通孔(62)连有软管，所述软管另一端与第二喷丸回收通孔(1104)连接，第一回收舱(61)右侧为一孔板，该孔板开孔直径小于喷丸直径；所述第二回收舱(63)尺寸与第一回收舱(61)相同，两者通过螺丝连接，第二回收舱(63)左侧为一方形口，所述第二回收舱(63)右侧开有抽气孔(64)，所述抽气孔(64)连有第二软管，所述第二软管另一端连接在微型抽气机(44)上顶的圆形孔上；所述第三回收舱(65)置于第一回收舱(61)及第二回收舱(63)下方，第三回收舱(65)不与第一回收舱(61)及第二回收舱(63)刚性连接，所述第三回收舱(65)左侧面设有一拉手，用于更换第三回收舱(65)，所述第三回收舱(65)内部有一斜面，第三回收舱(65)下底面的右侧设有一个与喷丸入口舱(613)尺寸完全相同的通孔；第三回收舱(65)上顶面右侧嵌入两个磁力大小不同的第一电磁铁(610)及第二电磁铁(611)；所述第一电磁铁(610)及第二电磁铁(611)磁力大小呈正弦波变换；所述喷丸储存舱(66)尺寸与第三回收舱(65)相同，用于存储喷丸；所述喷丸储存舱(66)左侧开有喷丸出舱口(612)，该出舱口连有第三软管，所述第三软管另一端与喷丸枪(58)相连，所述喷丸储存舱(66)上顶面右侧开有一喷丸入舱口(613)。

4.根据权利要求2所述的一种面向光伏阵列的多功能机器人，其特征在于所述喷丸回收装置(75)包括：第六液压直线模组(1101)、第七液压直线模组(1102)、喷丸吸收舱(1103)和第二喷丸回收通孔(1104)；

其中，所述第六液压直线模组(1101)、第七液压直线模组(1102)规格相同，一侧通过螺丝固定在喷丸吸收舱(1103)后表面上，另一侧通过螺丝固定在底板(23)上。

5.根据权利要求1所述的一种面向光伏阵列的多功能机器人，其特征在于所述表面检测模块(72)包括：第一挡板(81)、第二挡板(82)、第三挡板(83)、第一电机安装槽(84)、第一无刷电机(85)、第一直齿(86)、第二直齿(87)、第一轴承(88)、颜色感应模块(89)、第一丝杆(810)及第二轴承(811)；

其中，所述第一挡板(81)高度大于第二挡板(82)及第三挡板(83)，三者通过螺丝紧固，第一挡板(81)具备遮光功效，抵挡阳光照射对颜色感应模块(89)的影响；所述第二挡板(82)与第三挡板(83)为对称零件，安装在第一挡板(81)两侧；所述第一无刷电机(85)通过螺丝安装在第一电机安装槽(84)内；所述第一电机安装槽(84)通过螺丝安装在第三挡板(83)上；所述第一直齿(86)与第二直齿(87)模数、齿数均相同，第一直齿(86)通过销固定在第一无刷电机(85)输出轴上，第二直齿(87)通过销固定在第一丝杆(810)左侧；所述第一轴承(88)与第二轴承(811)相同，其中第一轴承(88)内嵌在第三挡板(83)，第二轴承(811)内嵌在第二挡板(82)；所述第一丝杆(810)一端与第一轴承(88)负公差紧配合，另一端与第二轴承(811)负公差紧配合；所述颜色感应模块(89)装配在第一丝杆(810)上，可将第一丝杆(810)的旋转运动转换为直线运动，颜色感应模块(89)下底面的两侧为LED补光灯，中间为一光敏器件。

6.根据权利要求1所述的一种面向光伏阵列的多功能机器人，其特征在于所述两侧辅助固定装置(74)包括：第二液压直线模组(91)、第三液压直线模组(92)、液压装置安装板(93)、左侧吸附装置(92)及右侧吸附装置(95)；

其中，两侧辅助固定装置(74)通过螺丝固定在底板(23)下方左右两侧，两侧辅助固定装置除了安装位置不存在其余差异，左侧吸附装置(92)和右侧吸附装置(95)均通过螺丝固定在液压装置安装板(93)上，液压装置安装板(93)通过螺丝固定在第二液压直线模组(91)，第二液压直线模组(91)通过螺丝固定在底板(23)上。

7.根据权利要求1所述的一种面向光伏阵列的多功能机器人，其特征在于所述表面清理装置(76)包括：毛刷装置(1001)、第四直线液压模组(1002)、第五液压直线模组(1003)、第二伺服电机安装槽(1004)、中空旋转平台(1005)、第五液压直线模组安装法兰(1006)及第四液压直线模组安装法兰(1007)；

其中，所述中空旋转平台(1005)通过螺丝固定在第二伺服电机安装槽(1004)内，通过自身旋转，驱动毛刷装置(1001)运动；所述第四直线液压模组(1002)与第五液压直线模组(1003)规格相同，但有效行程低于第二直线液压模组(91)；所述第五液压直线模组安装法兰(1006)及第四液压直线模组安装法兰(1007)规格相同，通过螺丝连接第四直线液压模组(1002)、第五液压直线模组(1003)、与中空旋转平台(1005)。

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