CN119187168B - 一种光伏电站无轮式驱动清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏电站无轮式驱动清洁机器人，包括：外壳、置于外壳内的滑块、中间隔板和清洁刷头，滑块位于外壳内靠近顶部处且受第一电机驱动实现X方向上的移动；所述中间隔板固定于滑块的下方；清洁仓通过第二电机悬挂于中间隔板的下方，并且受第二电机驱动实现Z方向上的移动；清洁刷头，设置于清洁仓内部并且受伸缩臂驱动实现Y方向上的移动，用于对光伏板上表面进行清洁；本清洁机器人通过第一、第二电机的配合实现在光伏板上表面X方向上的移动，此外还通过第二电机和伸缩臂的配合可在光伏板上表面Y方向上的移动。可见本机器人实现了无轮式的左右移动和上下跨板移动，从而对光伏面板进行全面自动清洁，并且驱动结构的结构简单、成本低。

Description

一种光伏电站无轮式驱动清洁机器人

技术领域

本发明涉及光伏电池板清洁技术领域，具体来说涉及光伏电站无轮式驱动清洁机器人。

背景技术

光伏产业经过十多年的蓬勃发展，已经跃升为我国战略性新兴产业的重要一环，对推动全球能源革命和应对气候变化起到了举足轻重的作用。作为光伏发电系统的核心组件，光伏组件的可靠性直接关系到整个系统的性能与寿命。然而，在光伏系统长期暴露于复杂多变的户外环境中，各种故障难以避免，其中因灰尘污染和遮挡导致的热斑效应尤为突出，严重影响了光伏组件的发电效率和安全性。因此，光伏组件的灰尘清洗成为了当前亟待解决的关键问题。

目前市场上的清洗机器人主要分为履带式清洗机器人、轨道式清洗机器人、无人机清洗。其中履带式清洁机器人可以分为干洗和湿洗机器人，湿洗履带式清洗机器人外形为一台连着水管的方形小车，工作时紧贴在光伏板上前行。它主要依靠车轮在光伏板表面移动，进行清洗作业，干洗机器人则利用真空吸尘器进行除尘。然而，履带式清洗机器人的适用范围相对有限，主要适用于地面或平坦的光伏板安装区域。对于复杂地形或高空安装的光伏板，履带式清洗机器人的移动和清洗效果可能会受到限制。轨道式清洗机器人通常需要在光伏板上方或周围安装轨道，机器人沿着轨道进行移动和清洗。这种方式具有稳定性和可控性较好的优点，适用于一些特定场景下的光伏板清洗。然而，轨道式清洗机器人的安装和维护成本较高，且需要占用一定的空间，对于大型或分散的光伏电站来说，可能不太适用。无人机清洗是一种新兴的光伏板清洗方式。无人机可以快速飞行至光伏板上方，利用挂载的清洗设备对光伏板进行全面清洗。无人机清洗具有高效性、快速覆盖和自动化操作等优点，尤其适用于大型、分散或复杂地形的光伏电站。同时，无人机清洗还可以避免人员高空作业的风险，提高作业安全性。然而，无人机清洗也面临一些挑战，如飞行稳定性、清洗设备挂载和遥控操作等技术的不断完善和提升。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出一种光伏电站无轮式驱动清洁机器人，以克服现有技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

光伏电站无轮式驱动清洁机器人，其特征在于包括：外壳、置于外壳内的滑块、中间隔板、清洁仓和清洁刷头，其中，所述外壳具有敞口，用于倒扣放置于光伏板上表面；所述滑块位于外壳内靠近顶部处且受第一电机驱动实现X方向上的移动；所述中间隔板固定于滑块的下方；所述清洁仓通过第二电机悬挂于中间隔板的下方，并且受第二电机驱动实现Z方向上的移动，所述Z方向垂直于光伏板；所述清洁刷头设置于清洁仓内部并且受伸缩臂驱动实现Y方向上的移动，用于对光伏板上表面进行清洁；

所述清洁机器人通过第一电机和第二电机的配合分别移动外壳和清洁仓，实现在光伏板上表面X方向上移动，具体包括以下两个步骤：

步骤1、第二电机下压清洁仓使外壳脱离光伏板上表面，通过第一电机驱动滑块，使外壳在X方向上移动，当外壳移动到位后，第二电机回收，将外壳放下并落在光伏板上表面，完成外壳的移动；

步骤2、第二电机向上收缩使清洁仓脱离光伏板上表面，通过第一电机驱动滑块，使清洁仓在X方向上移动，当清洁仓移动到位后，第二电机下压，将清洁仓放下并落在光伏板上表面，完成清洁仓的移动；

重复以上两个步骤，实现清洁机器人在X方向上的移动。

进一步的，所述清洁刷头在Y方向的一侧设置有可向下伸缩的挡板，所述清洁机器人通过第二电机、伸缩臂和挡板的配合实现在多行光伏阵列的Y方向上跨行移动：伸缩臂驱动清洁刷头移动到合适的位置，挡板向下伸出插入相邻光伏板之间的缝隙使清洁刷头被限位，第二电机下压清洁仓使外壳脱离光伏板上表面（第二电机下压清洁仓，清洁刷头随着清洁仓的下压而被压在光伏板上，从而使外壳抬起），伸缩臂回收，拉动外壳在Y方向上移动，当外壳移动到位后，挡板缩回，第二电机回收，将外壳放下并落在光伏板上表面，完成清洁机器人在Y方向上的移动。

进一步的，所述的光伏电站无轮式驱动清洁机器人还包括：分设于外壳Y方向两端的若干旋转卡边，所述旋转卡边具有可轴向转动的套筒，套筒两端分设有拨杆和勾头，所述外壳还设置有与拨杆对应的引导板，当旋转卡边向下转动，拨杆与引导板接触并被引导板引导使其驱动套筒旋转，从而带动勾头转至光伏板下方，并驱动勾头抵住光伏板下表面，从而实现旋转卡边卡住光伏板，防止外壳在Y方向上移动。

更进一步的，所述套筒的复位通过光伏板侧边引导拨杆逆向转动实现：驱动勾头向下移动脱离光伏板下表面，旋转卡边向上转动，拨杆脱离引导板，引导拨杆与光伏板侧边接触并引导拨杆驱使套筒逆向转动，使勾头转动至光伏板的外侧。

更进一步的，所述清洁仓下部两侧设有Y方向的轨道，清洁刷头具有支撑在所述轨道上的轨道轮，所述清洁刷头具有橡胶刮片，所述橡胶刮片围绕形成蓄水区，该蓄水区内设置有振动刷头。

再进一步的，所述伸缩臂具有第一级接触点、第二级接触点和伸缩臂头部；所述清洁机器人还具有用于推动所述伸缩臂的分级推动机构；所述分级推动结构具有清洁旋转齿轮、清洁移动齿条、与第二级接触点接触的套杆、和收线电机；收线电机与伸缩臂头部通过线相连；

所述伸缩臂与分级驱动装置配合实现分级驱动：清洁旋转齿轮转动驱动清洁移动齿条移动，当清洁移动齿条移动时，分级驱动装置首先与第一级接触点接触，然后通过推动第一级接触点使伸缩臂向前移动，移动一段距离后，第一级接触点与分级驱动装置分离，然后第二级接触点与分级驱动装置接触，分级推动装置通过第二级接触点继续推动伸缩臂向前，从而实现伸缩臂前推，在伸缩臂收缩时, 收线电机通过线拉动伸缩臂头部，实现辅助收缩。

本发明的创新点如下：

1、本发明为无轮式驱动：本发明涉及一种能在光伏板面通过无轮式驱动实现全向移动清洁的智能机器人，其通过第一电机和第二电机的配合实现在光伏板上表面X方向上的移动。可见本发明清洁器人一改传统有轮或履带驱动方式，利用电机实现了机器人横向（X方向）上的移动，其驱动结构简单、制造成本低，易于实现。

2、本发明可实现上下跨板：本发明涉及一种能够上下跨板移动的智能移动清洁的机器人，其通过第二电机、伸缩臂和挡板的配合实现在光伏板上表面Y方向上的移动，即在光伏电站多行阵列的跨行移动。结合X方向可移动，实现了清洁机器人两个方向上的移动，实现了全自动化的清洁。

3、本发明具有自锁结构：本发明设计了一种独特的位于清洁机器人上下两侧的旋转卡边，工作时利用旋转卡边确保清洁机器人能够在运行时不会从光伏板面掉落，而在上下跨板时，旋转卡边可自动收起而不发生干涉。

4、本发明具尺寸与形状的自适应：具有伸缩功能的外壳，在清洁光伏板面时通过自动伸缩能够自动适应光伏板面不同的尺寸。

5、本发明能够自适应安装工艺差：不同的光伏板安装时上顶部会不可避免存在凹凸不平处，本机器通过独特的行走结构与伸缩臂微调距离可以实现凹凸不平处的跨越。

6、本发明具有分级驱动装置：本清洁机器人在驱动清洁刷头处的伸缩臂时拥有独特分级驱动装置，通过分级驱动可以实现推动伸缩臂所需的力大大减少，并且在驱动装置处安装有收线电机，可以保证伸缩臂回收时能完全收回。

7、本发明具有清洗分级加压功能：通过机器内部的电机转动实现清洁刷头对光伏板面的分级加压清洗。

8、本发明具有节水的特点：通过将出水口与清洁刷头的刷毛相连，通过毛细作用将刷毛湿润，大大减少水资源的消耗。

与现有三种形式（轨道式、履带式、无人机式）光伏清洁机器人相比，本发明有益效果如下：

一、传统轨道清洁机器人具有快速清洁大量光伏板的效果，但是传统轨道使清洁机器人需要重新铺设轨道，工作量大，并且轨道式清洁机器人是依靠自身重力提高对光伏板的摩擦压力，对于高纬度地区由于光伏板安装角度的增大，轨道式清洁机器人并不能很好的适应。本发明清洁机器人通过在清洁仓内部设置用于支撑清洁刷头的轨道，保留了轨道机器人的优势，同时其两侧拥有自锁装置（旋转卡边）防止机器人掉落，并且在本发明清洁机器可以实现横向和纵向的跨板移动，一个机器人可以实现大范围的光伏板清洁，而不需要大范围的铺设轨道，降低了成本；本机器人利用第二电机在Z轴方向对清洁仓的上下推动实现不同程度的加压，从而实现加压清洁，并且对清洁头进行改进，是本发明清洁器人具备良好的清洁能力。

二、履带式清洁机器人采用履带式移动机构，对复杂地形和不平整表面的适应性强，可以配备各种清洁工具和设备，如吸尘器、刷子、喷水装置等，实现多种清洁方式的组合使用。但是履带式清洁机器人体积小，不能携带足够的清洁用水与蓄电池，需要频繁的补水补电。本清洁机器人具有足够大的空间，用来携带大容量水箱和大容量蓄电池，使机器人具备良好的续航能力。

三、无人机式光伏板清洁机器人的研发、生产和维护成本相对较高，需要较大的初期投资。这对预算有限的光伏电站构成一定的经济压力，目前市场上的无人机普遍存在续航和滞空时间较短的问题，需要频繁充电或更换电池。这在一定程度上限制了无人机的连续作业能力。无人机清洗光伏板需要较高的技术支持和操作经验，操作人员需要经过专业培训才能熟练掌握无人机的操作和维护技能。本清洁机器人成本低廉且操作方便，可实现跨板移动并清洁效果良好，一台机器人能够对大面积的光伏板进行自动清洁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为机器人整体图；

图2为清洁刷头设计图；

图3为清洁机器人上下两侧自锁装置；

图4为清洁机器人自适应伸缩盒体图；

图5为清洁机器人三层结构前视切面图；

图6为清洁机器人清洁板面示意图；

图7为清洁机器人清洁仓抬升示意图

图8为清洁机器人清洁仓右移示意图；

图9为清洁机器人外壳抬升示意图；

图10为清洁机器人外壳右移示意图；

图11为清洁机器人第一层（上层）结构设计与清洁仓左右移动设计图；

图12为清洁机器人第二层（中间层）结构设计与清洁仓上下移动图；

图13为清洁机器人第三层（下层）结构设计图；

图14为清洁机器人三层结构侧视切面图；

图15为清洁机器人清洁刷头微调移动图；

图16为清洁机器人上下移动图；

图17为清洁机器人的清洁用水与电池预留放置处；

图18为清洁机器人顶部自锁装置具体设计图；

图19为清洁机器人顶部自锁装置侧视图；

图20为清洁机器人顶部自锁装置旋转示意图；

图21为清洁机器人顶部自锁装置钩住光伏板示意图；

图22为清洁机器人清洁刷头伸缩臂一级推动示意图；

图23为清洁机器人清洁刷头伸缩臂二级推动示意图；

其中：1-光伏板；2-中压块；3-清洁机器人；4-旋转卡边；5-伸缩架前部连接处；6-轨道轮；7-橡胶刮片；8-振动刷头；9-轨道；10-外壳；11-第一电机；12-滑块；13-第二电机；14-清洁刷头；15-清洁仓；16-伸缩臂；17-中间隔板；18-清洁仓顶部；19-凹凸不平处；20-挡板；21-第一空间；22-第二空间；23-弧形齿条；24-齿轮；25-套筒；26-引导板；27-拨杆；28-勾头；29-清洁移动齿条；30-清洁旋转齿轮；31-收线电机；32-第一级接触点；33-第二级接触点；34-套杆；35-伸缩臂头部。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

如图1-图23所示，本发明实施例光伏电站无轮式驱动清洁机器人3用于对光伏板1上表面进行清洁，相邻光伏板1之间设置有中压块2，该中压块用于：在光伏整列中用以连接相邻光伏板。本实施例清洁机器人包括：可伸缩的外壳10、置于外壳10内的滑块12、中间隔板1、清洁仓15和清洁刷头14。

其中，如图1、图2、图6所示，外壳10具有敞口，用于倒扣放置于光伏板1上表面。如图5、图6、图11所示，滑块12位于外壳10内靠近顶部处且受第一电机11驱动实现X方向（光伏板横向方向，即多行光伏阵列的行方向）上的移动。作为优选，本实施例中，第一电机11采用线性步进电机，电机转动可以使丝杆上的滑块12左右（X方向）移动。如图5、图6、图14所示，中间隔板17固定于滑块12的下方，中间隔板17跟随滑块12移动。这样，可通过第一电机11驱动滑块12从而带动中间隔板17在X方向上实现移动。如图5、图6、图12所示，清洁仓15通过第二电机13悬挂于中间隔板17的下方，并且受第二电机13驱动实现Z方向上的移动，其中，Z方向垂直于光伏板1。作为优选，中间隔板17下方装有若干第二电机13（如图所示的实施例中采用两个电机，如果Z轴方向上力不够的话，可多装几个电机），第二电机13也采用步进电机，可实现精确的行程控制。如图5、图6、图13所示，清洁刷头14设置于清洁仓15内部并且受伸缩臂16驱动实现Y方向（光伏板竖向方向，即多行光伏阵列的列方向）上的移动，用于对光伏板1上表面进行清洁。清洁仓15在X方向上是这样移动的：外壳10紧贴光伏板1上表面，然后清洁仓15通过第二电机13在Z轴方向稍微提升，此时清洁仓15处于悬空状态（见图7），然后第一电机11将中间隔板17以及清洁仓15从清洁机器人的左边移动到右边，即沿X方向向右移动至最右侧（图8），然后将清洁仓15落下，使清洁刷头14落在光伏板1上表面。

本实施例清洁机器人通过第一电机11和第二电机13的配合分别移动外壳10和清洁仓15，实现在光伏板1上表面X方向上移动。本实施例以清洁机器人向右移动为例进行详细说明，具体包括两个步骤：

步骤1、第二电机13下压清洁仓15，将外壳10顶起使其脱离光伏板1上表面，然后通过第一电机11驱动滑块12在X方向移动（见图9，滑块相对于壳体10向左移动），由于此时外壳10处于悬空状态，移动滑块12可使外壳10在X方向上向右移动，当外壳10移动到位（如图10所示的最右侧）后，第二电机13回收，将外壳10放下并落在光伏板1上表面，完成外壳10的移动；

步骤2、第二电机13向上收缩使清洁仓15脱离光伏板1上表面，通过第一电机11驱动滑块12向右移动，使清洁仓15在X方向上向右移动，当清洁仓15移动到位后，第二电机13下压，将清洁仓15放下并落在光伏板1上表面，完成清洁仓15的移动；

重复以上两个步骤，实现清洁机器人在X方向上的移动。

在光伏板清洁顺序为从左向右的情况下，由于外壳当前位置区域的光伏板清洁完毕时，清洁仓15已经位于外壳内部最右侧，因此向右移动外壳的移动过程可以跳过第一步，直接从第二步开始执行。

如图13、图16所示，清洁刷头14在Y方向的一侧设置有可向下伸缩的挡板20，清洁机器人通过第二电机13、伸缩臂16和挡板20的配合实现在多行光伏阵列的Y方向上跨行移动，具体过程如下：伸缩臂16驱动清洁刷头14移动到合适的位置，挡板20向下伸出插入Y方向上相邻光伏板1之间的缝隙，由于挡板20的作用使得清洁刷头14被限位，此时第二电机13下压清洁仓15使外壳10抬起并脱离光伏板1上表面，然后伸缩臂16回收清洁刷头14，即通过伸缩臂10拉清洁刷头，由于清洁刷头14被限位，因此拉动伸缩臂16可使得外壳10在Y方向上移动。当外壳10移动到位后，第二电机13回收，将外壳10放下并落在光伏板1上表面，完成清洁机器人在Y方向上的移动。挡板20缩回，此时清洁刷头14处于可移动状态，开始进行下一块光伏板的清洁。

由于光伏板1具有一定的倾斜度，为了防止机器人掉落，如图1、图3、图18、图19、图20、图21所示，本发明机器人还包括分设于外壳10Y方向两端的若干旋转卡边4，旋转卡边4具有可轴向转动的套筒25，套筒25两端分设有拨杆27和勾头28。外壳10还设置有与拨杆27对应的引导板26，当旋转卡边4向下转动，拨杆27与引导板26接触并被引导板26引导使其驱动套筒25旋转，从而带动勾头28转至光伏板1下方，并驱动勾头28抵住光伏板1下表面，从而实现旋转卡边4卡住光伏板1，防止外壳10在Y方向上移动。套筒25的复位通过光伏板1侧边引导拨杆27逆向转动实现：驱动勾头28向下移动脱离光伏板1下表面，旋转卡边4向上转动，拨杆27脱离引导板26，引导拨杆27与光伏板侧边接触并引导拨杆27驱使套筒25逆向转动，使勾头28转动至光伏板1的外侧即完成解锁。勾头28转至光伏板1下方并勾住光伏板1下表面，实现机器人在上下两侧（Y方向的两侧）的限位自锁。清洁机器人在Y方向上的移动之前需将勾头28向下移动并将勾头28转动至光伏板1的外侧。

作为一种可行的方案，如图18至图21所示的本实施例中，旋转卡边4具有弧形齿条23和固定于外壳10的齿轮24，弧形齿条23与齿轮24啮合。通过电机驱动齿轮24旋转带动弧形齿条23转动，从而驱动套筒25向下转动，当转动至垂直角度后继续转动齿轮24，旋转卡边4整体上移，实现了勾头28抵住光伏板1下表面。如图18至图21所示，拨杆27和勾头28均垂直于套筒25设置，并且位于套筒25左右两侧，当拨杆27转动至垂直于外壳10表面时，勾头28转动至光伏板1的下表面，然后继续转动齿轮24，可使旋转卡边4整体上移，从而使勾头28抵住光伏板1下表面，防止机器人从光伏板1脱落。

如图3、图5、图6所示，本实施例清洁机器人的清洁仓15下部两侧设有Y方向的轨道，清洁刷头14具有支撑在轨道上的轨道轮6，清洁刷头14具有橡胶刮片7，橡胶刮片7围绕形成蓄水区，该蓄水区内设置有振动刷头8。将橡胶刮片7、蓄水区和振动刷头结合进行高效清洁，并且橡胶刮片内侧装有清洁刷毛，进一步增加清洁效果。

为了增加续航，需要安装更大的水箱和电池。如图14、图17所示，清洁仓顶部18与隔板17之间形成用于放置水箱的第一空间21，隔板17与外壳10顶壁之间形成用于放置电池的第二空间22。该第一空间21和第二空间22均较大，能够容纳较大容量的水箱和电池。

本清洁机器人可在X方向和Y方向上移动，实现了对光伏板的全覆盖式清洁。为了适应不同长度（Y方向上）的太阳能板，如图10所示，本实施例清洁机器人的外壳10为可伸缩式外壳，与之对应的，清洁仓15和清洁仓内15的轨道也设置为可伸缩式。具体来说，外壳10、清洁仓15和清洁仓内15的轨道在Y方向上的长度可调节，以适应太阳能电池板在Y方向上的不同长度。该设计使本清洁机器人具备了通用性，能够适应不同尺寸光伏板的清洁。

如图22、图23所示，本发明清洁机器人还具有用于推动伸缩臂的分级推动机构，伸缩臂16具有第一级接触点32、第二级接触点33和伸缩臂头部35，分级推动结构具有清洁旋转齿轮30、清洁移动齿条29、与接触点33接触的套杆34、和收线电机31；伸缩臂与分级驱动装置相互配合实现伸缩臂16的分级驱动：清洁旋转齿轮30转动可以驱动清洁移动齿条29移动，当清洁移动齿条29移动时，分级驱动装置首先与第一级接触点32接触，然后通过推动第一级接触点32使伸缩臂16向前移动，移动一段距离后，第一级接触点32与分级驱动装置分离，然后第二级接触点33与分级驱动装置接触，分级推动装置通过第二级接触点33继续推动伸缩臂16向前运动，从而实现伸缩臂前推；收线电机31与伸缩臂头部35通过线相连，在伸缩臂收缩时辅助收缩。

本发明清洁机器人的主要设计特点如下：

刷头设计：如图2所示，刷头底部四周由一圈橡胶刮片7围绕而成，同时橡胶刮片7内侧装有清洁刷毛，增加清洁效果的同时形成一个简易蓄水区（蓄水区由橡胶刮片围绕而成），在蓄水区中装有振动刷头8，当清洁刷头14从光伏板面经过时，橡胶刮片7、刷毛、振动刷头8互相配合将光伏板面清洁干净。图2中，标号5为伸缩架前部连接处，用于连接伸缩臂头部35。

上下两侧限位自锁：如图3所示，在清洁机器人的上下两侧各有4个旋转卡边，旋转卡边主要目的是防止清洁机器人在光伏板面运行的时候从光伏板面滑落，也可以在跨越不同光伏板时钩住下一块光伏板，这样即使两块光伏板之间有较大坡度，清洁机器也能横跨不同的光伏板面。

尺寸自适应结构：机器的主体采用菱形伸缩臂结构，使用时可以通过伸缩来适应不同的光伏板板面尺寸，菱形伸缩臂在收缩时占用空间小，不会像推杆等其它结构造成空间浪费。

清洁机器结构设计：如图5所示，清洁机器人结构从上往下主要分为3层， 第一层装有一个线性步进电机，电机转动可以使丝杆上的滑块左右移动。滑块下表面与隔板相连，隔板的下侧装有两个步进电机，其中两个步进电机位于第二层。第三层是清洁仓，清洁仓的内部装有清洁刷头与伸缩臂。

清洁机器移动设计：当第二层的电机正向转动，与电机相连的清洁仓会被抬起，此时可以通过第一层的线性电机转动实现清洁仓的左右移动，反向转动，清洁仓会被向下挤压，继续反向转动，第三层的清洁仓会被紧密贴合在光伏板表面，而第一层的外壳会由于清洁仓的反向作用力而被随之顶起，此时机器外壳可以通过线性电机左右移动，从而实现清洁机器人的移动。

分级推动结构设计：本清洁机器人在驱动清洁刷头处的伸缩臂时拥有独特分级驱动装置，通过分级驱动可以实现推动伸缩臂所需的力大大减少，并且在驱动装置处安装有收线电机，可以保证伸缩臂回收时能完全收回。

上下跨板移动：需要将清洁刷头移动到最底部，清洁刷头前部的上下移动挡板向下伸出，卡在上下两块光伏板之间的空隙之中，清洁机器人的上下两侧限位自锁装置全部松开，随后收缩伸缩臂，由于伸缩臂底部被紧紧卡在光伏板底边缝隙之中，伸缩臂只能向下移动，从而带动整个清洁机器向下移动，实现清洁机器人的上下移动。

本发明清洁机器人的使用方法如下：

1、初始时清洁刷头位于光伏板顶部，清洁刷头移动时沿着清洁仓底部的轨道上下移动（Y方向），清洁刷头与菱形伸缩臂相连，如图13所示，通过伸缩臂的上下移动带动清洁刷头上下摩擦清洁。

2、如图5所示的清洁仓多层结构示意图，清洁机器人结构从上往下主要分为3层，第一层装有一个线性步进电机（第一电机11），电机转动可以使丝杆上的滑块12在X方向上左右移动。滑块下表面与隔板相连，隔板的下侧装有数个步进电机（第二电机13），其中第二电机13位于第二层。第三层是清洁仓，清洁仓的内部装有清洁刷头14与伸缩臂16。

3、如图6所示为清洁机器人清洁示意图，当清洁机器人准备清洁时，机器外壳紧贴板面，中间隔板处的电机转动，清洁仓被向下挤压，此时清洁刷头14的刷毛由于受到压力作用会与板面紧密接触，清洁刷头中间水槽中的振动刷头振动清洁，能有效去除光伏板面的沉积灰尘。

4、当清洁刷头移动清洁到光伏板底部时，清洁时产生的污水沿着光伏板底部流出。

5、如图7所示的清洁仓移动示意图，当清洁仓需要从清洁机器的左半部分移动到右半部分时，中间隔板处的电机正向转动，清洁仓提升，清洁仓15与其内部的清洁刷头14被抬离光伏板面，清洁机器的外壳10底部与光伏板面贴合，清洁仓便可以悬挂在隔板下部。位于隔板上表面的线性步进电机转动，与清洁仓相连的滑块向右移动，使得清洁仓从左半部分移动到右半部分，随后将伸缩臂收缩，清洁刷头移动到光伏板顶部，移动之后如图8所示，其中图11为左右移动俯视图。

6、如图9所示的清洁外壳移动示意图，当被清洁机器人覆盖的光伏板面清洁完成后，需要将清洁机器人继续向右移动。位于中间隔板下部的第二电机13转动，清洁仓被向下挤压紧密贴合在光伏板表面，电机转动继续向下挤压，机器外壳会随之被顶起，第一层的线性步进电机（第一电机11）转动使得与机器外壳相连的滑块向右移动，带动机器外壳向右移动，从而实现清洁机器人整体向右移动，移动之后如图10所示，其中图12为清洁外壳上下移动俯视图。

7、如图15所示，当清洁机器人经过两块光伏板时，由于光伏板安装时的工艺差，不同的光伏板安装时上顶部会存在凹凸不平处19，本清洁机器在移动时可以调整伸缩臂，只需将菱形伸缩架向前或向后微调便能实现不同光伏板之间的跨越问题，通过调整伸缩臂使清洁机器人克服光伏板安装时的工艺差。当跨越不同板面时清洁机器人的左半部分两对旋转卡边固定，右半部分两对旋转卡边松开，当右半部分清洁刷头与光伏板上顶部刚好重合后，清洁机器人便能对准右侧光伏板，此时清洁机器人的左半部分两对旋转卡边松开，右半部分两对旋转卡边固定。

8、如图16所示，当清洁机器人上下移动时，需要将清洁刷头移动到最底部，清洁刷头前部的挡板20向下伸出，插入并卡在上下两块光伏板之间的空隙之中，清洁机器人的上下两侧限位自锁装置全部松开，随后收缩伸缩臂，由于伸缩臂底部（清洁刷头）被紧紧卡在光伏板底边缝隙之中，伸缩臂只能向下移动，从而带动整个清洁机器向下移动，实现清洁机器人的上下移动。

9、如图17所示，清洁机器人可以携带清洁用水和电池进行工作，图中清洁仓上部作为清洁用水的预留放置处，隔板上部作为电池预留位置放置处。

10、如图18所示为清洁机器人的上下两侧自锁装置的具体设计，图19为自锁装置侧视图，自锁装置可以自由旋转，其顶部装有齿轮和齿条，侧面有一个三角挡板（引导板26），三角挡板具有斜面。当齿轮24转动，旋转卡边4从水平状态变为图20所示状态，旋转卡边上边碰到三角挡板（引导板26）会沿着三角挡板（引导板26）的斜面转动，从而使旋转卡边下边的勾头28也会顺时针转动，继续转动齿轮24使旋转卡边上提，勾头28抵住光伏板1的下表面，从而钩住光伏板面，钩住光伏板1如图21所示。解锁时则过程相反，需要先将旋转卡边4向下移动，使勾头28脱离光伏板1，然后再转动旋转卡边4，使勾头28移动至光伏板的侧面。

11、清洁机器人的清洁刷头伸缩时设计一种独特的分级推动结构，以此来大大减少推动伸缩臂所需的力。如图22所示，当齿轮转动，推动齿条前行，第一级接触点32会首先与推动结构接触，当推动一段距离后，第一级接触点会与推动结构分离，如图23所示，此时第二级接触点会与套杆底部接触，通过推动结构推动第二级推动点实现伸缩架的分级推动。在分级驱动装置的头部装有一个收线电机31，收线电机与伸缩臂头部35相连，在收缩伸缩臂时通过收线电机与推动结构的配合实现伸缩臂的回收。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光伏电站无轮式驱动清洁机器人，其特征在于，包括：

-外壳，具有敞口，用于倒扣放置于光伏板上表面；

-滑块，位于外壳内靠近顶部处且受第一电机驱动实现X方向上的移动；

-中间隔板，固定于滑块的下方；

-清洁仓，通过第二电机悬挂于中间隔板的下方，并且受第二电机驱动实现Z方向上的移动，所述Z方向垂直于光伏板；

-清洁刷头，设置于清洁仓内部并且受伸缩臂驱动实现Y方向上的移动， 用于对光伏板上表面进行清洁；

所述清洁机器人通过第一电机和第二电机的配合分别移动外壳和清洁仓，实现在光伏板上表面X方向上移动，具体包括以下两个步骤：

步骤1、第二电机下压清洁仓使外壳脱离光伏板上表面，通过第一电机驱动滑块，使外壳在X方向上移动，当外壳移动到位后，第二电机回收，将外壳放下并落在光伏板上表面，完成外壳的移动；

步骤2、第二电机向上收缩使清洁仓脱离光伏板上表面，通过第一电机驱动滑块，使清洁仓在X方向上移动，当清洁仓移动到位后，第二电机下压，将清洁仓放下并落在光伏板上表面，完成清洁仓的移动；

重复以上两个步骤，实现清洁机器人在X方向上的移动；

所述清洁刷头在Y方向的一侧设置有可向下伸缩的挡板，所述清洁机器人通过第二电机、伸缩臂和挡板的配合实现在多行光伏阵列的Y方向上跨行移动：伸缩臂驱动清洁刷头移动到合适的位置，挡板向下伸出插入相邻光伏板之间的缝隙使清洁刷头被限位，第二电机下压清洁仓使外壳脱离光伏板上表面，伸缩臂回收，拉动外壳在Y方向上移动，当外壳移动到位后，挡板缩回，第二电机回收，将外壳放下并落在光伏板上表面，完成清洁机器人在Y方向上的移动；

所述光伏电站无轮式驱动清洁机器人还包括：分设于外壳Y方向两端的若干旋转卡边，所述旋转卡边具有可轴向转动的套筒，套筒两端分设有拨杆和勾头，所述外壳还设置有与拨杆对应的引导板，当旋转卡边向下转动，拨杆与引导板接触并被引导板引导使其驱动套筒旋转，从而带动勾头转至光伏板下方，并驱动勾头抵住光伏板下表面，从而实现旋转卡边卡住光伏板，防止外壳在Y方向上移动；

所述伸缩臂具有第一级接触点、第二级接触点和伸缩臂头部；所述清洁机器人还具有用于推动所述伸缩臂的分级推动机构；所述分级推动机构具有清洁旋转齿轮、清洁移动齿条、与第二级接触点接触的套杆、和收线电机；收线电机与伸缩臂头部通过线相连；

所述伸缩臂与分级推动机构配合实现分级驱动：清洁旋转齿轮转动驱动清洁移动齿条移动，当清洁移动齿条移动时，分级推动机构首先与第一级接触点接触，然后通过推动第一级接触点使伸缩臂向前移动，移动一段距离后，第一级接触点与分级推动机构分离，然后第二级接触点与分级推动机构接触，分级推动机构通过第二级接触点继续推动伸缩臂向前，从而实现伸缩臂前推，在伸缩臂收缩时, 收线电机通过线拉动伸缩臂头部，实现辅助收缩。

2.根据权利要求1所述的光伏电站无轮式驱动清洁机器人，其特征在于，所述套筒的复位通过光伏板侧边引导拨杆逆向转动实现：驱动勾头向下移动脱离光伏板下表面，旋转卡边向上转动，拨杆脱离引导板，引导拨杆与光伏板侧边接触并引导拨杆驱使套筒逆向转动，使勾头转动至光伏板的外侧。

3.根据权利要求1所述的光伏电站无轮式驱动清洁机器人，其特征在于，清洁机器人在Y方向上的移动之前需将勾头转动至光伏板的外侧。

4.根据权利要求1所述的光伏电站无轮式驱动清洁机器人，其特征在于，所述清洁仓下部两侧设有Y方向的轨道，清洁刷头具有支撑在所述轨道上的轨道轮，所述清洁刷头具有橡胶刮片，所述橡胶刮片围绕形成蓄水区，该蓄水区内设置有振动刷头。

5.根据权利要求1所述的光伏电站无轮式驱动清洁机器人，其特征在于，所述清洁仓顶部与隔板之间形成用于放置水箱的第一空间，所述隔板与外壳顶壁之间形成用于放置电池的第二空间。

6.根据权利要求1所述的光伏电站无轮式驱动清洁机器人，其特征在于，所述旋转卡边具有弧形齿条和固定于外壳的齿轮，所述弧形齿条与齿轮啮合。

7.根据权利要求4所述的光伏电站无轮式驱动清洁机器人，其特征在于，所述外壳、清洁仓和清洁仓内的轨道在Y方向上的长度可调节，以适应太阳能电池板在Y方向上的不同长度。