CN217491794U - 一种光伏板清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光伏板清洁机器人，所述光伏板清洁机器人包括箱体、爬行机构、环境监测装置、清洁装置、电源和控制系统，箱体的两侧对称设置有多个爬行机构，箱体上方设置有环境监测装置，箱体前方设置有清洁装置，爬行机构、环境监测装置、清洁装置均与电源和控制系统连接，电源和控制系统设置于箱体内。本实用新型解决当前光伏板清洁困难，清洁效率低且存在的安全隐患问题。

Description

一种光伏板清洁机器人

技术领域

本实用新型涉及清洁机器人技术领域，尤其涉及一种光伏板清洁机器人。

背景技术

现如今，随着对环境保护要求的不断提高，通过光伏板进行发电的清洁方式越来越受到提倡，光伏发电的规模也在不断扩大，由于长时间在野外经受风吹雨淋，光伏板上经常会沾满灰尘，特别是到了冬天，表面会有大量积雪，因此光伏板表面需要经常维护。但目前对于光伏板的清洁仍然以人工清洁为主，雇佣人工费用高，清洁速度较慢，且劳动强度大，对于安装在屋顶等高处的光伏板进行清洁时还会有高空坠落的风险，给工作人员的人身安全带来极大隐患。

现阶段的光伏板清洁包括人工清洗、高压水枪清洗和大型清洗车清洗。人工清洗效率低、人力成本高且存在安全隐患；高压水枪清洗耗水量大，水压过大可能会损坏光伏板，清洗完毕后光伏板表面会残留水渍影响发电效率，且在冬季可能会结冰，会严重弱化发电效率。大型清洗车结构复杂，成本高昂，且体型大容易受场地限制。

实用新型内容

本实用新型提出了一种光伏板清洁机器人，其目的在于来解决当前光伏板清洁困难，清洁效率低且存在的安全隐患问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种光伏板清洁机器人，所述光伏板清洁机器人包括箱体、爬行机构、环境监测装置、清洁装置、电源和控制系统，箱体的两侧对称设置有多个爬行机构，箱体上方设置有环境监测装置，箱体前方设置有清洁装置，爬行机构、环境监测装置、清洁装置均与电源和控制系统连接，电源和控制系统设置于箱体内。

进一步的，所述清洁装置的清洁装置抬升电机固定于箱体的下底盘上，清洁装置抬升电机连接有中间齿轮，中间齿轮与清洁装置旋转齿轮啮合，清洁装置旋转齿轮固定于清洁装置转轴上，清洁装置转轴固定于箱体的下底盘上，清洁装置转轴的两侧轴肩固定有清洁臂，清洁臂内部开设有管道，管道的一端连接有水泵，水泵固定于箱体的下底盘上，管道的另一端连接有清洁液喷头，清洁液喷头固定于清洁刷悬挂支架上方，清洁刷悬挂支架固定于清洁臂前端，清洁刷悬挂支架下方固定有清洁刷固定器，清洁刷固定器下表面固定有清洁刷，水泵、清洁装置抬升电机和清洁液喷头均与电源电连接，清洁装置抬升电机和清洁液喷头与控制系统的机器人控制器电信号连接。

进一步的，所述清洁装置的清洁刷固定器上还设置有发热棒固定架，发热棒固定架两端安装有发热棒加热器，发热棒加热器上安装有发热棒，发热棒加热器与电源电连接，发热棒加热器与控制系统的机器人控制器电信号连接。

进一步的，所述爬行机构的爬行腿舵机安装在上底盘上，并通过爬行腿舵机盘与大腿U型连接件的一端相连，大腿U型连接件的另一端与大腿舵机盘相连，大腿舵机固定在大腿外壳下的大腿板的一端，大腿板的另一端固定有小腿舵机，小腿舵机上的小腿舵机盘与小腿U型连接件相连，小腿U型连接件下方固定连接小腿外壳，小腿外壳内固定有吸盘气管固定器，吸盘气管固定器上固定穿入吸盘气管，吸盘气管的一端与真空泵连通，真空泵固定于下底盘上，吸盘气管的另一端与真空吸盘连接，真空吸盘设置于小腿外壳的底端外部，爬行腿舵机、大腿舵机和小腿舵机均与电源、24路舵机板和控制系统的机器人控制器相连接，真空泵与电源和控制系统的机器人控制器电信号连接。

进一步的，所述环境监测装置包括摄像头和超声波测距仪，摄像头安装于摄像头固定座上，摄像头固定座连杆上的摄像头转动齿轮啮合摄像头舵机齿轮，摄像头舵机齿轮固定于摄像头舵机上，摄像头舵机固定于箱体的上底盘上；所述超声波测距仪安装在一对支座上，并通过支座固定在上底盘上，摄像头和超声波测距仪与电源电连接，摄像头和超声波测距仪与控制系统的机器人控制器电信号连接。

本实用新型的有益效果为：

此清洁机器人能够吸附在光伏板表面，通过爬行机构进行行走，再通过清洁装置，对光伏板进行持续清洁、不留水渍，在冬季通过清洁装置上的发热棒也可完成除雪除冰的工作。机器人体积小巧，可到达光伏板各个边缘位置，保证清洁工作准确彻底，降低了人工作业的风险，提高了工作效率，且不会损坏光伏板表面。

本实用新型光伏板清洁机器人每只爬行机构具有3个自由度，分别为爬行机构整体绕垂直于地面轴线转动，大腿以下部分绕水平于地面轴线转动，小腿部分绕水平于地面轴线转动，因此整个机器人具有24个自由度，因此机器人可灵活移动，且爬行机构采用真空吸附原理可使清洁机器人能稳固的吸附在光伏板上进行安全可靠的工作。

清洁装置中的清洁液可除冰除油，且经清洁液喷头增压后喷射的水流冲击力大，有利于清洁，清洁装置可以抬升和下落，不仅可实现避障，且清洁时可以压紧在光伏板表面上增强清洁效果，内部的水泵可通过水管与外部水源相连接，使机器人不必携带清洁液，既减轻了重量，又不必中途换水；机器人采用外伸式清洁装置，可使机器人不必到达光伏板边缘即可清洁全部表面，增加了机器人工作的安全性。

附图说明

图1为清洁机器人结构示意图；

图2为清洁机器人去掉外壳后的结构示意图；

图3为清洁机器人内部结构示意图；

图4为清洁机器人清洁装置结构示意图；

图5为清洁机器人爬行机构外观示意图；

图6为清洁机器人爬行机构内部结构示意图；

图7为清洁机器人环境监测装置结构示意图；

图8为清洁机器人运动步态简图。

图中标注：0、箱体，1、外壳，2、爬行机构，3、环境监测装置，4、清洁装置，5、陀螺仪，6、稳压电子元件7、24路舵机板，8、机器人控制器，9、固定板，10、上底盘，11、爬行腿舵机盘，12、爬行腿舵机，13、爬行腿舵机固定座，14、固定泵打印件，15、真空泵，16、下底盘，17、机身保护壳，18、水泵，19、电源，20、清洁装置抬升电机，21、清洁装置抬升电机座，22、中间齿轮固定座，23、中间齿轮，24、清洁装置固定座，25、清洁臂，26、管道，27、清洁装置转轴，28、清洁装置旋转齿轮，29、清洁液喷头固定架，30、清洁液喷头，31、清洁装备固定轴，32、清洁刷固定器，33、清洁刷，34、发热棒固定架，35、发热棒加热器，36、发热棒，37、清洁刷悬挂支架，38、清洁液发射台，39、大腿U型连接件，40、大腿外壳，41、小腿U型连接件，42、小腿外壳，43、舵机固定打印件，44、大腿舵机盘，45、大腿舵机，46、大腿板，47、小腿舵机，48、小腿舵机盘，49、吸盘气管，50、吸盘气管固定器，51、吸盘连接螺栓，52、真空吸盘，53、摄像头固定座，54、摄像头，55、超声波测距仪，56、支座，57、摄像头舵机固定架，58、摄像头舵机，59、摄像头舵机齿轮，60、摄像头转动齿轮。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1所示，一种光伏板清洁机器人，所述光伏板清洁机器人包括箱体0、爬行机构2、环境监测装置3、清洁装置4、电源19和控制系统，箱体0的两侧对称设置有多个爬行机构2，箱体0上方设置有环境监测装置3，箱体0前方设置有清洁装置4，爬行机构2、环境监测装置3、清洁装置4均与电源19和控制系统连接，电源19和控制系统设置于箱体0内。

如图2和3所示，所述箱体0由上底盘10、下底盘16、机身保护壳17和外壳1组成，上底盘10和下底盘16之间固定机身保护壳17，上底盘10上方固定外壳1形成箱体结构。如图3所示，本实施例中机器人上底盘10和下底盘16之间安装有清洁装置4的清洁装置固定座24、清洁装置4的清洁装置抬升电机20、4台真空泵15、电源19、两台水泵18和8只爬行机构2，所述清洁装置4的清洁装置固定座24和清洁装置抬升电机20安装在下底盘16前端，电源19安装在机器人下底盘16中央，向各用电装置供电，电源19两侧各有两台真空泵15，所述真空泵15用固定泵打印件14固定在下底盘16上，下底盘16末端安装有两台水泵18，用来给清洁装置4中的清洁液喷头30供水，所述爬行结构2通过大腿U型连接件39安装在上底盘10与下底盘16之间，大腿U型连接件39与爬行腿舵机盘11连接在一起，爬行腿舵机盘11安装在爬行腿舵机12上，爬行腿舵机12通过爬行腿舵机固定座13安装在上底盘10上，因此在爬行腿舵机12的驱动下，整个爬行机构2可实现绕垂直于地面轴线的转动。

控制系统包括24路舵机板7、稳压电子元件6、陀螺仪5、机器人控制器8，机器人控制器8和稳压电子元件6通过固定板9固定在上底盘10上，机器人控制器8用于处理环境监测装置3发出的信号，以及控制真空泵15对各个吸盘52的抽气与排气，还用于控制水泵18的开关，稳压电子元件6用于调节电源19提供的电压。陀螺仪5和24路舵机板7分别位于固定板9两侧，固定于上底盘10上，本实施例中陀螺仪5安装在固定板9左侧，24路舵机板7安装在固定板9右侧，24路舵机板7用于控制机器人上的摄像头舵机58、爬行腿舵机12、大腿舵机45和小腿舵机47的工作状态，编入相应程序后还可实现对机器人的远程操控。

如图1-4所示，本实用新型机器人采用外伸式清洁装置，可使机器人不必到达光伏板边缘即可清洁全部表面，增加了机器人工作的安全性。所述清洁装置4包括水泵18、清洁装置抬升电机20、清洁臂25、清洁装置转轴27、清洁液喷头30、清洁装备固定轴31和清洁刷33。所述清洁装置4的清洁装置抬升电机20通过清洁装置抬升电机座21固定于箱体0的下底盘16上，清洁装置抬升电机20通过中间齿轮固定座22连接有中间齿轮23，中间齿轮23啮合有清洁装置旋转齿轮28，清洁装置旋转齿轮28与中间齿轮23和清洁装置抬升电机20上的齿轮为平行齿轮，因此清洁装置4可在清洁装置抬升电机20的驱动下抬升和下落。清洁装置旋转齿轮28固定于清洁装置转轴27上，清洁装置转轴27安装在清洁装置固定座24上，清洁装置固定座24固定在下底盘16上，清洁装置转轴27的两侧轴肩固定于清洁臂25后端的圆孔内，清洁臂25内部开设有管道26，使清洁液可从清洁臂25内的管道26流动，管道26的一端连接有水泵18，接收水泵18输送来的清洁液，水泵18固定于箱体0的下底盘16后端上，管道26的另一端连接有清洁液喷头30，向清洁液喷头30供水，清洁液喷头30通过清洁液发射台38固定于清洁刷悬挂支架3清洁液发射台38上方，清洁液喷头30具有一定的增压效果，增强清洁能力。清洁刷悬挂支架37通过清洁装备固定轴31固定于清洁臂25前端，清洁刷悬挂支架37下方固定有清洁刷固定器32，清洁刷固定器32下表面固定有清洁刷33，清洁刷33进行主要的清洁工作，清洁刷可清洁光伏板表面的污垢，同时可将清洁液拖走。水泵18、清洁装置抬升电机20和清洁液喷头30分别与电源19相连，且清洁装置抬升电机20和清洁液喷头30还与机器人控制器8相连，并由机器人控制器8控制清洁装置抬升电机20的启停和清洁液喷头30的开关。

所述清洁装置4的清洁刷固定器32上还设置有发热棒固定架34，发热棒固定架34两端安装有发热棒加热器35，发热棒加热器35上安装有发热棒36。发热棒加热器35与电源19和机器人控制器8相连，用以加热发热棒36，再由机器人控制器控制发热棒36的加热时间。发热棒可通过发热的方式将光伏板表面的冰雪融化，发热棒36在冬季可通过发热的方式对光伏板表面进行除雪、除冰，清洁刷悬挂支架37顶部安装的清洁液发射台38上安装有清洁液喷头固定架29，清洁液喷头固定架29上安装有清洁液喷头30，来自水泵的清洁液从清洁液喷头30中喷出，对光伏板表面进行清洁。

如图1、3、5和6所示，所述爬行机构2包括爬行腿舵机12、大腿舵机45、小腿舵机47、大腿U型连接件39、大腿外壳40、小腿U型连接件41、小腿外壳42、真空吸盘52。爬行腿舵机12通过爬行腿舵机固定座13安装在上底盘10上，通过爬行腿舵机盘11与大腿U型连接件39相连，在爬行腿舵机12的驱动下带动整个爬行机构2摆动，具体为爬行机构2的爬行腿舵机12通过爬行腿舵机盘11与大腿U型连接件39轴连接，轴连接的大腿U型连接件39固定于上底盘10和下底盘16上，大腿U型连接件39上通过大腿舵机盘44固定连接大腿舵机45，大腿舵机45通过舵机固定打印件43固定在大腿外壳40的大腿板46的一端，用于控制大腿以下的部分的摆动；大腿板46的另一端通过舵机固定打印件43固定有小腿舵机47，小腿舵机47通过小腿舵机盘48连接小腿U型连接件41，小腿舵机47用于控制小腿的摆动；小腿U型连接件41下方固定连接小腿外壳42，小腿外壳42内固定有吸盘气管固定器50，吸盘气管固定器50上固定穿入吸盘气管49，吸盘气管49的一端通过橡胶软管与真空泵15连通，真空泵15固定于下底盘16上，吸盘气管49的另一端通过吸盘连接螺栓51与真空吸盘52连接，真空吸盘52设置于小腿外壳42的底端外部。爬行腿舵机12、大腿舵机45、小腿舵机47和真空泵15分别与电源19、24路舵机板7和机器人控制器8相连，24路舵机板7用以控制各个舵机的运行状态，机器人控制器8控制真空泵15的启动和停止。通过真空泵15来控制真空吸盘52内的气压，真空吸盘52吸附或者离开光伏板表面，使机器人在光伏板上能稳定地行走。本实用新型光伏板清洁机器人每只爬行机构具有3个自由度，分别为爬行机构整体绕垂直于地面轴线转动，大腿以下部分绕水平于地面轴线转动，小腿部分绕水平于地面轴线转动，因此整个机器人具有24个自由度，因此机器人可灵活移动，且爬行机构采用真空吸附原理可使清洁机器人能稳固的吸附在光伏板上进行安全可靠的工作。

如图1、2和7所示，环境监测装置3为双目摄像头，可有效判断前方图像，并进行三维路况分析。所述环境监测装置3包括摄像头54和超声波测距仪55，摄像头54安装于摄像头固定座53上，摄像头固定座53连杆上的摄像头转动齿轮60啮合摄像头舵机齿轮59，使摄像头54能够旋转，从而使机器人能够有开阔的视野，摄像头舵机齿轮59固定于摄像头舵机58上，摄像头舵机58通过摄像头舵机固定架57固定于箱体0的上底盘10上；所述超声波测距仪55安装在一对支座56上，并通过支座56固定在上底盘10上。摄像头54和超声波测距仪55与电源19相连，摄像头54和超声波测距仪55通过光纤和机器人控制器8相连接，将所监测到的信息发送到机器人控制器8，机器人控制器8处理接收到的信号，为机器人规划行走路线提供依据，同时也可与外部设备相连接，帮助工作人员实时监测光伏板表面状态。环境监测装置可准确判断前方路况，环境监测装置不仅使机器人可以观察周围环境进行路径规划，且可以与外部设备相连接，有利于工作人员实时监测光伏板表面状态。

如图1和8所示，机器人具体运动步态为，8条爬行机构2在箱体0左右对称各4条，左侧4条依次简写为A、B、C和D，右侧4条对应简写为E、F、G和H，左侧A、C爬行机构与右侧F、H爬行机构为第一组，左侧B、D爬行机构和右侧E、G爬行机构为第二组，移动时第一组爬行机构与光伏板表面吸附固定，第二组爬行机构上的真空吸盘52接收到来自真空泵15的空气，使真空吸盘52内气压增大解除与地面的吸附状态，之后先在大腿舵机45和小腿舵机47的驱动下抬起，然后在爬行腿舵机12的驱动下向前旋转，到达确定位置后，在大腿舵机45和小腿舵机47的驱动下落下，与地面接触后真空泵15抽出真空吸盘52内的空气，第二组爬行机构与地面吸附固定，之后第一组爬行机构重复上述动作，两组爬行机构交替运动，实现机器人的移动。

本实用新型利用真空吸附原理，通过爬行机构上的真空吸盘将机器人吸附在光伏板上，在行走的过程中一边向光伏板表面喷射高压清洁液，一边通过清洁刷，清洁光伏板表面，在快速安全的移动的同时，高效清洁了光伏板表面，提高了清洁效率，降低了高空作业时的风险。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种光伏板清洁机器人，其特征在于：所述光伏板清洁机器人包括箱体(0)、爬行机构(2)、环境监测装置(3)、清洁装置(4)、电源(19)和控制系统，箱体(0)的两侧对称设置有多个爬行机构(2)，箱体(0)上方设置有环境监测装置(3)，箱体(0)前方设置有清洁装置(4)，爬行机构(2)、环境监测装置(3)、清洁装置(4)均与电源(19)和控制系统连接，电源(19)和控制系统设置于箱体(0)内。

2.根据权利要求1所述的一种光伏板清洁机器人，其特征在于：所述清洁装置(4)的清洁装置抬升电机(20)固定于箱体(0)的下底盘(16)上，清洁装置抬升电机(20)连接有中间齿轮(23)，中间齿轮(23)与清洁装置旋转齿轮(28)啮合，清洁装置旋转齿轮(28)固定于清洁装置转轴(27)上，清洁装置转轴(27)固定于箱体(0)的下底盘(16)上，清洁装置转轴(27)的两侧轴肩固定有清洁臂(25)，清洁臂(25)内部开设有管道(26)，管道(26)的一端连接有水泵(18)，水泵(18)固定于箱体(0)的下底盘(16)上，管道(26)的另一端连接有清洁液喷头(30)，清洁液喷头(30)固定于清洁刷悬挂支架(37)上方，清洁刷悬挂支架(37)固定于清洁臂(25)前端，清洁刷悬挂支架(37)下方固定有清洁刷固定器(32)，清洁刷固定器(32)下表面固定有清洁刷(33)，水泵(18)、清洁装置抬升电机(20)和清洁液喷头(30)均与电源(19)电连接，清洁装置抬升电机(20)和清洁液喷头(30)与控制系统的机器人控制器(8)电信号连接。

3.根据权利要求2所述的一种光伏板清洁机器人，其特征在于：所述清洁装置(4)的清洁刷固定器(32)上还设置有发热棒固定架(34)，发热棒固定架(34)两端安装有发热棒加热器(35)，发热棒加热器(35)上安装有发热棒(36)，发热棒加热器(35)与电源(19)电连接，发热棒加热器(35)与控制系统的机器人控制器(8)电信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种光伏板清洁机器人，其特征在于：所述爬行机构(2)的爬行腿舵机(12)安装在上底盘(10)上，并通过爬行腿舵机盘(11)与大腿U型连接件(39)的一端相连，大腿U型连接件(39)的另一端与大腿舵机盘(44)相连，大腿舵机(45)固定在大腿外壳(40)下的大腿板(46)的一端，大腿板(46)的另一端固定有小腿舵机(47)，小腿舵机(47)上的小腿舵机盘(48)与小腿U型连接件(41)相连，小腿U型连接件(41)下方固定连接小腿外壳(42)，小腿外壳(42)内固定有吸盘气管固定器(50)，吸盘气管固定器(50)上固定穿入吸盘气管(49)，吸盘气管(49)的一端与真空泵(15)连通，真空泵(15)固定于下底盘(16)上，吸盘气管(49)的另一端与真空吸盘(52)连接，真空吸盘(52)设置于小腿外壳(42)的底端外部，爬行腿舵机(12)、大腿舵机(45)和小腿舵机(47)均与电源(19)、24路舵机板(7)和控制系统的机器人控制器(8)相连接，真空泵(15)与电源(19)和控制系统的机器人控制器(8)电信号连接。

5.根据权利要求1所述的一种光伏板清洁机器人，其特征在于：所述环境监测装置(3)包括摄像头(54)和超声波测距仪(55)，摄像头(54)安装于摄像头固定座(53)上，摄像头固定座(53)连杆上的摄像头转动齿轮(60)啮合摄像头舵机齿轮(59)，摄像头舵机齿轮(59)固定于摄像头舵机(58)上，摄像头舵机(58)固定于箱体(0)的上底盘(10)上；所述超声波测距仪(55)安装在一对支座(56)上，并通过支座(56)固定在上底盘(10)上，摄像头(54)和超声波测距仪(55)与电源(19)电连接，摄像头(54)和超声波测距仪(55)与控制系统的机器人控制器(8)电信号连接。

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