CN117755496A - 基于无人机吊装的光伏清洁机器人吊装装置及方法 - Google Patents

Abstract

基于无人机吊装的光伏清洁机器人吊装装置及吊装方法，无人机收到需起吊指定清洁机器人的指令后，飞行到所述清洁机器人的上方适当位置，并快速释放对接自锁机构，使其落入位于设置在清洁机器人上的对接自锁环内；所述对接自锁机构打开，卡在所述对接自锁环上，实现自锁；无人机起吊所述清洁机器人离开，到达其他光伏面板，使清洁机器人逐步落到所述其他光伏面板上；无人机控制所述对接自锁机构与所述对接自锁环分离，收起所述对接自锁机构。本发明可以降低无人机与清洁机器人对接精度控制要求。通过自动识别对接机构姿态，自动锁紧确保无动力条件下安全可靠对接。此外，清洁机器人水平转运，满足清洁机器人的姿态稳定要求。

Description

基于无人机吊装的光伏清洁机器人吊装装置及方法

技术领域

本发明属于新能源行业运维技术领域，特别涉及一种光伏板清洁过程中，清洁机器人的对接、转运、补能技术。

背景技术

目前光伏清洁机器人通常采用两种模式工作：

模式一为固定式清洁机器人，即每块光伏板上安装简易的清洁机器人，定期清扫，确保光伏板发电效率。但是这种模式下，面临三大问题：其一，所有光伏板安装清洁机器人，成本高，施工难度大，性价比很低；其二，固定的模式下，清洁机器人利用率非常低，在大多数场景下，每周清洁就能满足发电量恢复的要求，这样清洁机器人效率只有百分之十几；其三，机器人运维效率低，在实际使用中需要定期到现场进行检查和维修，一旦出现设备异常，很难及时发现并且需要到现场处理；

模式二采用运维人员与清洁机器人协同工作，在机器人工作时，通过人工把机器人在不同光伏板之间进行搬运。这种模式存在的普遍问题包括：其一，必须有现场运维人员搬运；但是，光伏电站区域通常道路、场地、高度等都不适合人员操作；其二，清洁机器人由于清扫效率和清扫机构的设定目标，清洁机器人的重量通常在25kg左右，因此，搬运及其不方便，影响效率发挥；其三，受到人员作业环境影响，该模式在应用上受到很大限制，例如：夜间作业、雨天作业、水上作业等。

近些年，随着无人机技术的发展，现有技术中有在无人机上搭载清理装置，利用无人机的灵活性实现光伏组件的清洁。例如，中国实用新型专利CN201620207049.9公开了一种光伏板监测清理空中机器人系统，包括四旋翼无人机、清理装置、监视装置、无线收发器、GPS定位装置、主控制器和遥控器；其中监视装置由摄像机、云台和云台控制器组成，清理装置由机器人手臂和电动喷嘴组成，尾部集成有锂电池、无线收发器、机载天线及GPS定位装置；锂电池和无线收发器分别与主控制器连接；遥控器上分别设飞行遥控手柄、清扫遥控手柄及LCD显示屏。该实用新型将无人机机载无线遥测技术与清理机器人手臂相结合，通过遥控装置对光伏电池板的清洁状态进行监测，再通过机载清理机器人对需要清理的光伏电池板进行重点清理。但是，该专利中，由于无人机与清理装置无法分离，在清理装置清理的过程中，无人机无法执行其他任务，无人机的利用率较低。

现有技术中也有基于无人机吊装的光伏清洁机器人。例如，中国实用新型专利CN201821607263.9公开了一种用于投放微型光伏清洁机器人的无人机抓取装置。无人机底部固定有电磁吸盘，光伏板清洁机器人的上部安装有具有磁性的上部外壳，无人机通过电磁吸盘与光伏板清洁机器人的外部外壳相互吸附，从而实现对光伏板清洁机器人的抓取。采用这种方式进行无人机吊装也存在一些问题，例如，由于清洁机器人的重量较重，因此，相应的磁铁必须与之相适应，可能由于磁铁重量过重而增加能耗；并且，如果发生意外断电的情况，电磁铁失去磁力，可能会存在安全风险。

中国发明专利申请CN202210411513.6公开了一种与无人机相结合的光伏清洁方法，包括安装在无人机底部的可控挂钩及安装在光伏清洁机器人顶端的挂环，可控挂钩与挂环均为多组并一一对应，实现利用无人机对清洁机器人的投放与回收。该专利申请中的连接方式需要无人机与光伏清洁机器人较为精确地对准，并且，由于挂钩开口有方向性，挂钩与挂环连接时可能存在一定困难，并且，无人机难以判断挂钩与挂环是否构成了有效连接。

中国发明专利申请CN 202310520412.7公开了一种光伏清洁机器人，无人机装置包括抓取机构，抓取机构抓取控制箱，进而将光伏清洁机器人的底盘运送至指定区域；抓取机构包括连接板和铰接组件，铰接组件包括两个铰接臂，两个铰接臂的中部通过铰接轴转动连接；连接板可拆卸地设置在无人机装置上，每个铰接臂的一端设置在连接板上；铰接臂远离连接板的一端能够与底盘的控制箱相互卡接配合。该专利申请公开的连接方式，在抓取机构与控制箱配合的时候，无人机需要克服横向力，容易发生侧移。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种清洁机器人、无人机、无人机机库的协同作业关键装置及方法，以解决无人机与清洁机器人自动对接、吊装、转运的技术问题。

本发明提供一种基于无人机吊装的光伏清洁机器人吊装装置，包括设置在无人机上的起吊机构，以及设置在清洁机器人上的起吊对接机构；

其中，所述起吊机构包括对接自锁机构，所述起吊对接机构包括设置在所述清洁机器人上方的对中机构，以及对接自锁环；

所述对接自锁机构能够被所述对中机构引导，从中心穿过所述对接自锁环，并能够在自锁状态时卡住所述对接自锁环，与所述对接自锁环自锁，满足所述清洁机器人的起吊要求。

所述对接自锁机构包括分瓣式构造的张开机构；所述张开机构的各分瓣张开时，各分瓣卡在所述对接自锁环上，实现所述对接自锁机构与所述对接自锁环的自锁；所述张开机构的各分瓣闭合时，所述张开机构可以从所述对接自锁环中心脱离，实现所述对接自锁机构与所述对接自锁环的分离，机械式锁紧确保系统在失电时也能安全锁住，吊装可靠。

所述对接自锁机构还包括控制机构、驱动机构；所述控制机构用于接收控制信号，并控制所述驱动机构工作；所述驱动机构驱动所述对接自锁机构，以使所述对接自锁机构与所述对接自锁环自锁，或使所述对接自锁机构与所述对接自锁环分离。

所述起吊机构还包括起吊卷扬机及起吊钢索，所述起吊卷扬机通过所述起吊钢索连接所述对接自锁机构。

所述起吊卷扬机采用机电一体化设计，除完成收放所述起吊钢索的工作外，能够通过所述起吊钢索中集成的控制信号传输线传递电信号，参与系统控制；采用滑环技术把电信号从控制系统上通过所述起吊钢索传递到电气执行元件及传感器。

所述对中机构包括引导装置；

所述引导装置用于在所述对接自锁机构从所述清洁机器人上方落下时，引导所述对接自锁机构落入所述对中机构的下部。

所述引导装置包括围合的侧壁，其上方开口面积大、下方开口面积小，整体呈倒锥形。

所述起吊对接机构包括多个平衡牵引部件，所述平衡牵引部件的一端与所述对中机构连接，另一端与所述对接自锁环连接；并且，多个所述平衡牵引部件合理布置，以保证在起吊状态时所述清洁机器人组件保持平衡。

所述起吊对接机构还包括传感器，用于感知所述对接自锁机构，并向所述起吊机构发出信号，以使所述对接自锁机构与所述对接自锁环自锁；所述传感器为接触传感器，确保所述起吊对接机构到达清洁机器人内，避免误动作。

本发明提供一种基于无人机吊装的光伏清洁机器人吊装方法，包括如下步骤：

无人机收到需起吊指定清洁机器人的指令后，飞行到所述清洁机器人的上方适当位置，并使得无人机上设置的对接自锁机构与所述清洁机器人上设置的对中机构大致对准；

无人机快速释放所述对接自锁机构，所述对接自锁机构落入位于所述对中机构中的对接自锁环内；

无人机控制所述对接自锁机构打开，卡在所述对接自锁环上，实现自锁；

无人机起吊所述清洁机器人离开并到达其他光伏面板，并使清洁机器人逐步落到所述其他光伏面板上；

无人机控制所述对接自锁机构与所述对接自锁环分离，收起所述对接自锁机构。

本发明所述的吊装装置及方法可以实现无人机与清洁机器人在定位精度范围内自动对接，降低对接精度控制要求。通过自动识别对接机构姿态，自动锁紧确保无动力条件下安全可靠对接。此外，清洁机器人水平转运，满足清洁机器人的姿态稳定要求。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1为本发明所述光伏清洁机器人自动吊装装置的起吊卷扬机示意图；

图2为本发明所述光伏清洁机器人自动吊装装置的对接自锁机构示意图；

图3为本发明所述光伏清洁机器人自动吊装装置的对中机构示意图；

图4为本发明所述光伏清洁机器人自动吊装装置的对接自锁环示意图；

图5为本发明所述光伏清洁机器人自动吊装装置的对接自锁机构与对接自锁环配合示意图。

具体实施方式

为了使得本发明要解决的问题、技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例和，都属于本发明保护的范围。

在更加详细地说明本发明的示例性实施方式之前，应当说明的是，虽然本发明的流程图将各项操作描述成顺序的处理方式，但是，其中的许多操作步骤可以被并行地或者同时实施，并且，也可以按照需求重新安排各项操作的顺序。另外，当操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。

本发明提供一种基于无人机吊装的光伏清洁机器人自动吊装装置，包括起吊机构，所述起吊机构包括起吊卷扬机1.1、起吊钢索1.2、以及对接自锁机构1.3；为与所述起吊机构相互配合，所述光伏清洁机器人包含起吊对接机构，所述起吊对接机构包括对中机构2.1、平衡牵引机构2.2、对接自锁环2.3、以及传感器。

其中，所述起吊机构用于实现所述光伏清洁机器人的起吊与放下。

所述起吊卷扬机1.1如说明书附图图1所示，其通过所述起吊钢索1.2连接所述对接自锁机构1.3，并通过对所述起吊钢索1.2的收放，实现所述对接自锁机构1.3的收放。

所述起吊卷扬机1.1可采用适于无人机搭载、并满足所述清洁机器人起吊要求的卷扬机型号。

进一步地，所述起吊卷扬机1.1采用机电一体化设计；所述起吊卷扬机1.1除完成起吊工作外，其能够通过所述起吊钢索1.2传递电信号，参与系统控制。当所述起吊钢索1.2连接的所述对接自锁机构1.3触发所述起吊对接机构底部设置的所述传感器时，自动触发起吊打开信号。

所述起吊钢索1.2内集成有控制信号传输线，用于传递电信号。

系统采用滑环技术把电信号从控制系统上通过所述起吊钢索1.2传递到电气执行元件及传感器。

所述对接自锁机构1.3如说明书附图图2所示，包括与所述起吊钢索1.2连接的吊环，控制机构、驱动机构、以及与所述对接自锁环2.3相互配合的张开机构1.31。

其中，所述控制机构用于接收无人机的信号，并控制所述驱动机构工作。所述控制机构通过控制所述驱动机构实现对所述对接自锁机构1.3开合的控制。所述控制机构使得所述对接自锁机构1.3打开自锁，卡在所述对接自锁环2.3上；或者所述控制机构使得所述对接自锁机构1.3解除自锁，使得所述对接自锁机构1.3脱离所述对接自锁环2.3，实现与所述对接自锁环2.3的分离。

所述驱动机构可采用电机等方式，驱动所述张开机构打开或收回，实现所述对接自锁机构1.3与所述对接自锁环2.3的自锁或分离。

所述张开机构1.31为分瓣式构造，在自锁状态下，所述张开机构1.31的各分瓣张开，卡在所述对接自锁环2.3上；在分离状态下，所述张开机构1.31的各分瓣闭合，使得所述张开机构1.31可以从所述对接自锁环2.3中心脱离，实现所述对接自锁机构1.3与所述对接自锁环2.3的分离。

所述张开机构1.31与所述对接自锁环2.3通过机械自锁形式受力，在对接机构电驱动消失时仍然可以保持对应的锁紧力，避免了所述起吊机构与所述清洁机器人的意外分离，大大降低了安全风险。

所述起吊对接机构用于与所述起吊机构配合，实现所述光伏清洁机器人的起吊与放下。所述起吊对接机构整体设置在所述清洁机器人的重心位置，以保证在起吊状态下，所述清洁机器人能够处于平衡状态，不会发生侧翻等不稳定状态。

其中，所述对中机构2.1设置在所述清洁机器人组件上方，如说明书附图图3所示，包括固定框架2.11以及引导装置2.12。

所述固定框架2.11底端固定在所述清洁机器人组件上方，其顶端固定连接所述平衡牵引部件2.2。

所述平衡牵引部件2.2为多个柔性部件，各个所述柔性部件的一端与所述对中机构的所述固定框架2.11连接，另一端与所述对接自锁环2.3连接；并且，所述多个柔性部件合理布置在所述固定框架2.11及所述对接自锁环2.3上，使得在所述多个柔性部件张紧的状态下，能够保持所述清洁机器人组件处于平衡状态。

所述引导装置2.12通过所述固定框架2.11固定在所述清洁机器人组件上方。所述引导装置2.12包括围合的侧壁，其上方开口面积大、下方开口面积小，整体呈倒锥形。当所述对接自锁机构1.3在自由状态下落入所述引导装置2.12时，由于自身重力的作用、以及所述引导装置2.12所述侧壁的引导，会最终落入所述引导装置2.12的底端。

所述对接自锁环2.3为环状部件，如说明书附图图4所示。所述对接自锁环2.3的内径、外径的大小与所述对接自锁机构1.3的大小相适应，以保证所述对接自锁环2.3与所述对接自锁机构1.3相互配合，确保在两者对接前和对接后有清晰的状态。

在一般状态下，如说明书附图图3所示，所述对接自锁环2.3由于受到自身重力牵引，位于所述对中机构2.1的下方，其所处的位置受到所述平衡牵引部件2.2的制约。

同时，所述对接自锁环2.3上可设置固定装置，以保证与所述平衡牵引部件2.2的连接。

所述传感器设置在所述对中机构2.1的下方，用于感知所述对接自锁机构1.3的接触。所述传感器优选为接触传感器，确保所述起吊对接机构到达所述清洁机器人内，避免误动作。

说明书附图图5示意性地示出所述对接自锁机构1.3落入所述对接自锁环2.3，并触发所述传感器，所述传感器发出信号，以使得所述对接自锁机构1.3切换到自锁状态。为突出显示所述对接自锁机构1.3与所述对接自锁环2.3，图中未完整地表示出其他部件。

所述对中机构2.1使得所述对接自锁机构1.3在重力作用下，自动导入所述对接自锁环2.3，克服了无人机定位误差，具有高可靠性、高稳定性。

本发明所述的基于无人机吊装的光伏清洁机器人自动吊装装置的主要工作过程为：

S01、无人机待命。

S02、无人机收到需起吊指定清洁机器人的指令后，飞行到所述清洁机器人的上方适当位置。

无人机在所述起吊卷扬机1.1收起所述起吊钢索1.2的情况下，悬停在所述光伏清洁机器人上方，并使得所述对接自锁机构1.3与所述对中机构2.1大致对准。

S03、无人机快速释放所述对接自锁机构1.3，使所述对接自锁机构1.3与所述对接自锁环2.3处于自锁状态。

无人机利用所述起吊卷扬机1.1快速放下所述对接自锁机构1.3；所述对接自锁机构1.3以自由落体掉入所述对中机构2.1。由于所述对中机构2.1为具有优选设置为倒锥状的所述引导装置2.12，可自动引导所述对接自锁机构1.3落入所述对接自锁环2.3。

设置在所述对接自锁环2.3下方的所述传感器感应到所述对接自锁机构1.3时，发出信号到无人机，无人机控制所述对接自锁机构1.3，打开自锁，卡在所述对接自锁环2.3上。

S04、无人机起吊所述清洁机器人离开。

无人机开始起吊作业，所述清洁机器人在所述平衡牵引部件2.2的作用下处于水平位置。

当无人机接收到离开信号时，可进行平飞操作。所述离开信号例如可利用在所述清洁机器人上设置距离传感器等发出信号，当清洁机器人离开光伏面板平面1米以上时，无人机进行平飞操作。

S05、无人机起吊所述清洁机器人到达其他光伏面板，并逐步降落，使清洁机器人逐步落到所述其他光伏面板上。

当无人机带着清洁机器人到其他光伏面板上时，清洁机器人处于水平位置。无人机在悬停状态确认位置坐标后，逐步降落，清洁机器人逐步落到所述其他光伏面板上。

S06、无人机使所述对接自锁机构1.3处于分离状态，并利用所述起吊卷扬机1.1收起所述对接自锁机构1.3，完成一次光伏清洁机器人吊装任务。

当所述起吊钢索1.2处于松弛状态，表明所述清洁机器人已经稳定落到所述其他光伏面板上，无人机发出信号打开所述对接自锁机构1.3，所述对接自锁机构1.3与所述对接自锁环2.3处于可分离状态。

此外，也可以在所述清洁机器人上设置位置、测距、接触传感器等方式，检测所述清洁机器人稳定落到光伏面板，并将信号发出给无人机以分离所述对接自锁机构1.3与所述对接自锁环2.3。

无人机收到所述对接自锁机构1.3与所述对接自锁环2.3分离的确认信号后，所述起吊卷扬机1.1收起所述起吊钢索1.2，完成无人机释放清洁机器人动作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明并不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一方面来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述实施例的说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.基于无人机吊装的光伏清洁机器人吊装装置，包括设置在无人机上的起吊机构，以及设置在清洁机器人上的起吊对接机构；

其中，所述起吊机构包括对接自锁机构，所述起吊对接机构包括设置在所述清洁机器人上方的对中机构，以及对接自锁环；

所述对接自锁机构能够被所述对中机构引导，从中心穿过所述对接自锁环，并能够在自锁状态时卡住所述对接自锁环，与所述对接自锁环自锁，满足所述清洁机器人的起吊要求。

2.根据权利要求1所述的吊装装置，其特征在于，

所述对接自锁机构包括分瓣式构造的张开机构；所述张开机构的各分瓣张开时，各分瓣卡在所述对接自锁环上，实现所述对接自锁机构与所述对接自锁环的自锁；所述张开机构的各分瓣闭合时，所述张开机构可以从所述对接自锁环中心脱离，实现所述对接自锁机构与所述对接自锁环的分离，机械式锁紧确保系统在失电时也能安全锁住，吊装可靠。

3.根据权利要求1所述的吊装装置，其特征在于，

所述对接自锁机构还包括控制机构、驱动机构；所述控制机构用于接收控制信号，并控制所述驱动机构工作；所述驱动机构驱动所述对接自锁机构，以使所述对接自锁机构与所述对接自锁环自锁，或使所述对接自锁机构与所述对接自锁环分离。

4.根据权利要求1所述的吊装装置，其特征在于，

所述起吊机构还包括起吊卷扬机及起吊钢索，所述起吊卷扬机通过所述起吊钢索连接所述对接自锁机构。

5.根据权利要求4所述的吊装装置，其特征在于，

所述起吊卷扬机采用机电一体化设计，除完成收放所述起吊钢索的工作外，能够通过所述起吊钢索中集成的控制信号传输线传递电信号，参与系统控制；采用滑环技术把电信号从控制系统上通过所述起吊钢索传递到电气执行元件及传感器。

6.根据权利要求1所述的吊装装置，其特征在于，

所述对中机构包括引导装置；

所述引导装置用于在所述对接自锁机构从所述清洁机器人上方落下时，引导所述对接自锁机构落入所述对中机构的下部。

7.根据权利要求6所述的吊装装置，其特征在于，

所述引导装置包括围合的侧壁，其上方开口面积大、下方开口面积小，整体呈倒锥形。

8.根据权利要求1所述的吊装装置，其特征在于，

所述起吊对接机构包括多个平衡牵引部件，所述平衡牵引部件的一端与所述对中机构连接，另一端与所述对接自锁环连接；并且，多个所述平衡牵引部件合理布置，以保证在起吊状态时所述清洁机器人组件保持平衡。

9.根据权利要求1所述的吊装装置，其特征在于，

所述起吊对接机构还包括传感器，用于感知所述对接自锁机构，并向所述起吊机构发出信号，以使所述对接自锁机构与所述对接自锁环自锁；所述传感器为接触传感器，确保所述起吊对接机构到达清洁机器人内，避免误动作。

10.基于无人机吊装的光伏清洁机器人吊装方法，包括如下步骤：

无人机收到需起吊指定清洁机器人的指令后，飞行到所述清洁机器人的上方适当位置，并使得无人机上设置的对接自锁机构与所述清洁机器人上设置的对中机构大致对准；

无人机快速释放所述对接自锁机构，所述对接自锁机构落入位于所述对中机构中的对接自锁环内；

无人机控制所述对接自锁机构打开，卡在所述对接自锁环上，实现自锁；

无人机起吊所述清洁机器人离开并到达其他光伏面板，并使清洁机器人逐步落到所述其他光伏面板上；

无人机控制所述对接自锁机构与所述对接自锁环分离，收起所述对接自锁机构。