CN209406900U - 一种自主越障的光伏板除尘机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自主越障的光伏板除尘机器人，包括行走轮、清洁毛刷、毛刷驱动机构、毛刷升降机构、行走轮驱动机构、位置信号探测装置、数据采集处理及电机控制微处理器；位置信号探测装置用于检测障碍物信号并反馈给数据采集处理及电机控制微处理器，数据采集处理及电机控制微处理器接收到反馈信号后控制毛刷升降机构将清洁毛刷抬升，此时，数据采集处理及电机控制微处理器既可以控制行走轮驱动机构停止运转给毛刷抬升留足时间，也可以无需停止行走轮驱动机构运转而将障碍物检测距离预留充裕即可，障碍物成功跨越后清洁毛刷被放下。本实用新型通过反馈的障碍物位置控制除尘机器人的运行速度及毛刷的提升，确保除尘机器人能够顺利跨越障碍。

Description

一种自主越障的光伏板除尘机器人

技术领域

本实用新型涉及太阳能电站光伏板的清洁维护，具体涉及一种自主越障的光伏板除尘机器人。

背景技术

太阳能光伏板往往容易积尘并导致转化效率降低，而有效的清洁除尘能提高高达35%的发电量。针对这个需求，市场上出现了许多太阳能电站自动除尘机器人产品。对于传统地面固定型太阳能电站而言，一般光伏板组件行较长，每行光伏板的组件都基本在一个平面上并且组件间没有很大的间隙。因此，每行光伏板只需安装一台自动除尘机器人，除尘机器人在每行光伏板组件上往返运动，通过自带的清洁装置（例如，毛刷，胶皮刷，水枪等）进行除尘清洁操作。这种自动除尘解决方案能十分有效地清洁每行光伏板组件。

但是这样的机器人产品有很大的局限性。光伏板组件的安装不一定能保证在一个平面上，也不能保证每行光伏组件间没有很大的间隙。特别是目前大力兴建的跟踪型太阳能电站，其每一行组件由于安装有齿轮箱、轴承座、电源、通信天线等部件，导致除尘机器人的平面运动会受到阻碍而无法进行。同时，跟踪型太阳能电站每一行组件普遍较短，并排的两行组件间距一般较大。如果每一行组件部署一个机器人进行除尘清洁，这样的解决方案会由于装机成本高而导致投资回报率过低，导致电站装配意愿不强。如果在并排的两行组件间架设轨道连接，系统部署成本增加，组件间维护人员车辆设备的通行会受到阻碍，而且由于单轴跟踪转动的位置及时间同步的误差，也会给轨道设计及部署造成困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够自主越障的光伏板除尘机器人，适用于大中型太阳能电站使用。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种自主越障的光伏板除尘机器人，包括行走轮、清洁毛刷、毛刷驱动机构、毛刷升降机构、行走轮驱动机构、位置信号探测装置、数据采集处理及电机控制微处理器；位置信号探测装置检测到障碍物后将信号反馈给数据采集处理及电机控制微处理器，数据采集处理及电机控制微处理器控制行走轮驱动机构停止运转，由数据采集处理及电机控制微处理器控制毛刷升降机构将清洁毛刷抬升，然后行走轮驱动机构带动行走轮继续行进；或者是位置信号探测装置检测到障碍物后将信号反馈给数据采集处理及电机控制微处理器，行走轮驱动机构继续运转，数据采集处理及电机控制微处理器控制毛刷升降机构将清洁毛刷抬升越过障碍。

所述位置信号探测装置包括金属触发片以及金属接近传感器，金属接近传感器安装在除尘机器人上，金属触发片设置在太阳能板上的障碍处。

所述金属接近传感器安装在与除尘机器人的清洁毛刷同轴的位置。

所述毛刷驱动机构包括毛刷驱动电机和传动齿轮箱，传动齿轮箱内设有主齿轮以及减速齿轮组，主齿轮通过毛刷驱动电机带动，减速齿轮组利用主齿轮的传动力带动清洁毛刷转轴旋转。

所述毛刷升降机构包括舵机摆臂、舵机齿轮箱以及舵机电机，舵机齿轮箱内设有舵机齿轮组，舵机齿轮组中的主动齿轮由舵机电机带动，舵机齿轮组的动力输出轴连接舵机摆臂，舵机摆臂的另一端连接清洁毛刷转轴。

所述舵机摆臂的转动方向与行走轮行进时的转动方向相同。

所述行走轮驱动机构包括驱动轮电机，驱动轮电机带动行走轮转动，行走轮转动时转动方向与清洁毛刷的转动方向相反。

所述除尘机器人的单侧行走轮设有多个，处于最边缘的行走轮外侧还设有辅助轮。

同一侧位于最边缘的两个行走轮之间的间距大于光伏板组件间的间隙宽度，同一侧的两个辅助轮之间的间距大于两倍的光伏板组件间的间隙宽度。

所述辅助轮采用三角攀爬轮，或者采用高度高于行走轮安装面的辅助轮。

本实用新型利用障碍位置传感器检测光伏板组件上的突起障碍位置，通过微处理器根据传感器检测到的障碍位置信息，精确控制除尘机器人的运行速度及毛刷的提升，确保除尘机器人能够顺利跨越障碍后继续光伏板的清洁除尘作业。

以下通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述。

附图说明：

图1为实施例中除尘系统的控制原理框图；

图2为实施例中除尘系统的结构示意图；

图3为除尘系统中毛刷的驱动结构示意图；

图4为图3中毛刷抬升的结构放大图；

图5为图3中毛刷转动的驱动结构放大图。

具体实施方式：

本实施例首先提供一种能够自主越障的光伏板除尘机器人，为了便于展示说明，本实施例仅以现有技术中采用滚筒毛刷的自动除尘机器人运行于一个典型的平单轴光伏跟踪系统上的应用场景来说明。平单轴系统往往每一行组件安装有齿轮箱、轴承座、电源、通信天线等部件，这些部件相对于组件的平面形成突起的障碍，也在其安装处相邻的光伏板间造成了或大或小的间隙。除尘机器人在光伏板上运动，需要跨越齿轮箱、电源光伏板和轴承座等突起，也需要跨越齿轮箱和轴承座形成的板间间隙。为了解决除尘机器人的自主越障问题，本实施例结合图1至图5加以说明。

首先，光伏板除尘机器人要具备检测到障碍物的功能，因此除尘机器人上需要安装位置信号探测装置。能够实现探测障碍物位置的装置在现有技术中有很多方式来实现，如：接触式传感器、超声波测距、光电传感器以及霍尔传感器等，也可以采用在除尘机器人上安装摄像头并利用图像识别技术判断障碍物的位置及其他特征。本实施例中的位置信号探测装置包括设置在太阳能板上的障碍处的金属触发片，以及安装在除尘机器人上的金属接近传感器2，并且将金属接近传感器2安装在与除尘机器人的清洁毛刷1同轴的位置，即金属接近传感器2与清洁毛刷1对齐。

除尘机器人的结构和行走方式可以采用现有技术中的产品，本实施例主要介绍如何实现越障的技术问题。在除尘机器人中，数据采集处理及电机控制微处理器是控制核心器件，负责接收并处理金属接近传感器2所反馈的信号，根据当前除尘机器人的运动情况来控制电机驱动模块，由电机驱动模块具体控制除尘机器人的运行速度、运行方向、启停以及清洁毛刷1的转动、抬升等等。对于除尘机器人而言，一般设置有多个行走轮，行走轮由行走轮驱动机构驱动，行走轮驱动机构包括驱动轮电机，在电机驱动模块的控制下，驱动轮电机带动行走轮转动实现除尘机器人的行走。而清洁毛刷1的转动则由毛刷驱动机构带动，本实施例中的毛刷驱动机构包括毛刷驱动电机和传动齿轮箱8，传动齿轮箱8内部设有主齿轮以及减速齿轮组，主齿轮安装在毛刷驱动电机轴上，减速齿轮组中的其他齿轮彼此啮合，将主齿轮的动力传动给清洁毛刷1的转轴，从而带动清洁毛刷1的旋转。毛刷驱动电机也由电机驱动模块控制。在除尘机器人的正常工作状态时（不需要越障的时候），清洁毛刷1的转动方向与行走轮的转动方向相反，其目的是为了防止清洁毛刷1把灰尘扬起到除尘机器人运动方向的后方，进而影响清洁效果。清洁毛刷1的驱动方式也可以采用毛刷驱动电机直接驱动毛刷转轴，也可以将上述齿轮箱传动方式用链条传动代替。

我们知道，除尘机器人的清洁毛刷1在工作状态时，清洁毛刷1是贴合在太阳能板面上转动的，一旦遇到突起的障碍物需要越障时，需要将清洁毛刷1抬升起来使其与太阳能板面脱离，因此本实施例中通过设置毛刷升降机构来实现清洁毛刷1的升降操作。毛刷升降机构包括舵机摆臂7、舵机齿轮箱6以及舵机电机，舵机齿轮箱6内部设有舵机齿轮组，舵机齿轮组中的主动齿轮由舵机电机带动，舵机齿轮组的动力输出轴连接舵机摆臂7的上部，舵机摆臂7的下部则与清洁毛刷1的转轴连接。在舵机电机的带动下舵机摆臂7开始转动，从而带动清洁毛刷1围绕舵机摆臂7中心做圆周运动，以此达到抬高或者降低清洁毛刷1高度的效果。电机驱动模块控制毛刷升降舵机来实现清洁毛刷1的双边抬升。实现清洁毛刷1的抬升方式并不限于本实施例中给出的结构，可以采用现有技术中常规的电机/步进电机带动丝杠的方式，或者采用吊索、链条的方式，还可以根据障碍高度、尺寸和位置采用单边抬升（固定端则使用万向节）。本实施例仅仅结合毛刷升降舵机摆臂双边升降这一种方式来加以说明，采用这种摆臂升降的结构可以节省机器人抬升毛刷所需机械结构的高度，可以减少机器人的体积和成本，由于机器人高度的降低，可以避免机器人在停机位上可能对光伏板组件造成的投影，也可以增强机器人抵御大风的能力。

除尘机器人还可以设置无线通信模块，无线通信模块提供无线通信功能，提供自动除尘机器人和云服务器/控制终端的双向无线通信。微处理器可以通过无线通信模块将机器人运行的状态发送到云服务器做日志记录或者发送通知到控制终端设备，更重要的是可以把异常状态及时通知运维管理人员。运维管理人员可以通过无线通信进行远程手动控制及时修复故障，或者在无法远程修复的情况下直接到现场进行处理。

当除尘机器人正常在光伏板上作业时（以行进方向从左至右为例说明），驱动轮电机带动行走轮顺时针转动，毛刷驱动电机通过传动齿轮箱内的齿轮组带动清洁毛刷1逆时针转动。此时，毛刷升降舵机（舵机电机不转动）并不工作，舵机摆臂7并不会对清洁毛刷1造成影响。一旦金属接近传感器2检测到金属触发片的位置后，立即将信号反馈给数据采集处理及电机控制微处理器，数据采集处理及电机控制微处理器则向电机驱动模块发送指令停止行走轮的转动，令除尘机器人停止在障碍物前，准备跨越障碍。一旦除尘机器人停止行进，则数据采集处理及电机控制微处理器向电机驱动模块发送指令驱动毛刷升降舵机开始运行。此时舵机摆臂7带动清洁毛刷1顺时针转动，清洁毛刷1逐渐被抬升远离太阳能板面，避免清洁毛刷1触碰到障碍物而损坏。当清洁毛刷1被提升到足够跨越障碍物时，舵机摆臂7停止转动，行走轮开始转动带动除尘机器人继续沿原行进方向行走就可成功跨越障碍物；越障完毕后，舵机摆臂7再次转动将清洁毛刷1放下继续后续的除尘作业。除了上述给出的越障控制过程之外，还可以采用以下方式：对障碍物的检测距离预留充裕，令金属接近传感器2在除尘机器人尚未到达光伏板边缘之前就将检测信号反馈给数据采集处理及电机控制微处理器，此时由于留有充足的时间可以将清洁毛刷1抬升至要求的高度，行走轮可以不停止运转，除尘机器人可以边行走边抬升清洁毛刷1，等到成功跨越障碍物后再将清洁毛刷1放下即可。

上述背景技术中提到，为了节省除尘机器人的部署成本，如果并排的两行平单轴光伏跟踪系统共用一个除尘机器人的话，还需要解决除尘机器人的跨隙技术问题。本实施例在上述解决了越障技术问题后，进一步解决了跨隙的技术问题。对于除尘机器人而言，同一侧的行走轮通常设置两个（如图2所示的标号3为现有技术中的原行走轮），本实施例中将原有的两个行走轮宽度进行延展，在原行走轮3的外侧又增加了行走轮4，令行走轮的整个宽度拓宽，可以把除尘机器人的重量分担到多块光伏板上，避免单块光伏板承受太大的压力而容易损坏。为了确保顺利跨隙，同一侧的左右两个行走轮4之间的间距要大于需要跨越的间隙宽度，这样可以保证任何时刻都有一组行走轮在光伏板上，保证了机器人的平稳跨隙。并且还在每侧的后加行走轮4的外侧新增了辅助轮5，同一侧的两个辅助轮5之间的间距必须大于两倍的光伏板组件间的间隙宽度，以保证除尘机器人的重心不会在辅助轮5搭上间隙另一侧的光伏板缘前移出光伏板。本实施例中的辅助轮5采用三角攀爬轮，三角攀爬轮的设计是在正三角外接圆圆心处设有一根轴，在三角的三个顶点处各设置一根轴和滚轮，滚轮可以围绕轮轴转动，同时整个轮组可以围绕正三角外接圆的圆心转动，这是为了保证在光伏板组件布设有平面高度差的时候依然可以完成跨隙目的。当然，辅助轮5也可以采用高度高于行走轮安装面的辅助轮来代替，这样即使光伏板在纵向对齐上存在偏差，外侧的辅助轮5也可以在跨隙的过程中爬上对面的光伏板从而确保成功跨越。若辅助轮5与行走轮都处于同一个平面，则有可能发生轮子中轴高度低于目标光伏板（间隙另一侧的光伏板）而导致跨隙失败。采用上述辅助轮5结构，以支持跨隙时可能出现的辅助轮5和光伏板边缘对齐的误差，保证辅助轮5能顺利搭上间隙另一侧的板缘。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：包括行走轮、清洁毛刷、毛刷驱动机构、毛刷升降机构、行走轮驱动机构、位置信号探测装置、数据采集处理及电机控制微处理器；位置信号探测装置检测到障碍物后将信号反馈给数据采集处理及电机控制微处理器，数据采集处理及电机控制微处理器控制行走轮驱动机构停止运转，由数据采集处理及电机控制微处理器控制毛刷升降机构将清洁毛刷抬升，然后行走轮驱动机构带动行走轮继续行进；或者是位置信号探测装置检测到障碍物后将信号反馈给数据采集处理及电机控制微处理器，行走轮驱动机构继续运转，数据采集处理及电机控制微处理器控制毛刷升降机构将清洁毛刷抬升越过障碍。

2.根据权利要求1所述的一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：所述位置信号探测装置包括金属触发片以及金属接近传感器，金属接近传感器安装在除尘机器人上，金属触发片设置在太阳能板上的障碍处。

3.根据权利要求2所述的一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：所述金属接近传感器安装在与除尘机器人的清洁毛刷同轴的位置。

4.根据权利要求1所述的一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：所述毛刷驱动机构包括毛刷驱动电机和传动齿轮箱，传动齿轮箱内设有主齿轮以及减速齿轮组，主齿轮通过毛刷驱动电机带动，减速齿轮组利用主齿轮的传动力带动清洁毛刷转轴旋转。

5.根据权利要求1所述的一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：所述毛刷升降机构包括舵机摆臂、舵机齿轮箱以及舵机电机，舵机齿轮箱内设有舵机齿轮组，舵机齿轮组中的主动齿轮由舵机电机带动，舵机齿轮组的动力输出轴连接舵机摆臂，舵机摆臂的另一端连接清洁毛刷转轴。

6.根据权利要求5所述的一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：所述舵机摆臂的转动方向与行走轮行进时的转动方向相同。

7.根据权利要求1或6所述的一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：所述行走轮驱动机构包括驱动轮电机，驱动轮电机带动行走轮转动，行走轮转动时转动方向与清洁毛刷的转动方向相反。

8.根据权利要求1所述的一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：所述除尘机器人的单侧行走轮设有多个，处于最边缘的行走轮外侧还设有辅助轮。

9.根据权利要求8所述的一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：同一侧位于最边缘的两个行走轮之间的间距大于光伏板组件间的间隙宽度，同一侧的两个辅助轮之间的间距大于两倍的光伏板组件间的间隙宽度。

10.根据权利要求8所述的一种自主越障的光伏板除尘机器人，其特征在于：所述辅助轮采用三角攀爬轮，或者采用高度高于行走轮安装面的辅助轮。