DE102014001797A1

DE102014001797A1 - Flugroboter zum Bearbeiten und Reinigen von glatten, gekrümmten und modularen Flächen

Info

Publication number: DE102014001797A1
Application number: DE102014001797.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Ridha Azaiz
Current assignee: AZAIZ, RIDHA, DE
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-13
Also published as: US20170057636A1; IL247269A0; WO2015120833A1; JP2017509485A; CN106471318A; EP3022501A1; AU2015218048A1; KR20160147715A

Abstract

Flugroboter können große Abstände zwischen Anordnungen von glatten oder gekrümmten Flächen überbrücken, ohne das ein manuelles Umsetzen notwendig ist. Dies senkt den Personalbedarf und ermöglicht die vollautomatisierte Wartung großer Flächen, beispielsweise Solarkraftwerken. Der Flugroboter besteht aus einer Antriebseinheit aus wenigstens zwei Rotoren und ist mit einem Reinigungsmodul gefügt. Dieses besitzt eine Bürste und auf der einen Seite Solarzellen und gegenseitig Elektroden zur Stromaufnahme. Der Flugroboter eignet sich für den Einsatz auf solaren Kraftwerken, photovoltaisch oder licht reflektierend. Durch die Ausgestaltung des Reinigungsmoduls kann sich der Flugroboter selbst mittels Sonnenlicht aufladen oder über Elektroden eine Schnellladung erfahren.

Description

Verschmutzungen auf Solarpanelen als auch auf flachen oder gekrümmten Spiegeln können aufgrund physikalischer Effekte zu überproportionalen Energieverlusten eines Solarkraftwerks führen. Es ist bekannt, Roboter zur Reinigung von Glasfassaden und Solarmodulen einzusetzen. Diese sind schwer und wirken mit hohen Kräften auf die Oberfläche. Aufwendige Mechaniken aus Sauggreifern oder Radantrieben bilden Aktuatoren und verfahren die Maschinen.
In Trockenregionen verschmutzen Solarpanele mit Staub und Sand, welcher mit Quarz denselben Rohstoff wie Glas besitzt. Wirken solche Roboter mit Rädern oder Sauggreifern auf die Fläche, so können Kratzer entstehen, was neben dem hohen Eigengewicht, Schlupf an Rädern oder Kräften an Dichtlippen von Sauggreifern auch durch die Materialpaarung Sand und Glas mit ähnlichen Härten begünstigt wird.
Langsame Forbewegungsgewschwindigkeiten erfordern einen langen Betrieb mit hohem Energieverbrauch sowie eine hohe Anzahl einzusetzender Roboter im Bezug auf die bearbeitete oder gereinigte Fläche.
Insbesondere Roboter oder Reinigungsvorrichtungen mit Radantrieb müssen in Hard- und Software individuell an die Größe der verwendeten Solarpanele angepasst werden da die Abmessungen nach Modul- oder Spiegeltyp und Hersteller variieren.
Radantriebe sind in der Praxis weiterhin stark im Neigungswinkel der Solarpanele stark eingeschränkt. Der übertret- bzw. überfahrbare Modulabstand ist ebenfalls durch die Mechanik begrenzt, weswegen nur eine Teilautomatisierung realisiert werden kann.
Für den Betrieb auf einem anderen Verbund von Solarmodulen, beispielsweise innerhalb eines solaren Großkraftwerks, müssen die Geräte aufgrund der großen Abstände zwischen den Anordnungen von Modulen in der Regel manuell umgesetzt werden, was den Personalaufwand erhöht.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, glatte, gekrümmte und modulare Flächen, insbesondere Solarkraftwerke, schonend mit hohem Automatisierungsgrad von Verschmutzungen, etwa Sand und Staub, zu befreien und eine weitere Bearbeitung zu ermöglichen.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale (ggf. Wörtliche Zitierung der Merkmale) gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die höhere Fortbewegungsgeschwindigkeiten die Fläche schneller mit einer wesentlich geringeren Anzahl von Geräten sowie unter einem niedrigeren Energieverbrauch bearbeitet werden kann. Durch das Fliegen können die Roboter geringe als auch große Distanzen überbrücken was die Mobilität und damit den Automatisierungsgrad erhöht.
Das Reinigungsmodul und Sensoren können relativ zur Drohne und parallel zu glatten und gekrümmten Flächen aktiv nachgeführt oder mit einer mechanischen Arretierung ausgerichtet werden. Außer dem Reinigungsmodul wirkt kein Aktor mechanisch auf die Fläche da der Vorschub abseits dieser generiert wird.
Durch die Sensoren zur Ermittlung der Kräfte am Reinigungskopf kann der Abstand, auch in Verbindung mit Sensoren zur Abstandsmessung, zum Solarmodul optimiert werden. Durch die im Reinigungsvorgang begründete Aufnahme von Kräften am Reinigungskopf wird die zum Verfahren und Positionierung gegenüber der Fläche benötigte Energie verringert.
Verfährt der Reinigungskopf relativ zur Drohne gegen den eingebauten Rahmen, so kann dieser sich am Roboter reinigen, z. B. eine Bürste abstreifen. Auf diese Weise werden zusätzliche Aktoren, etwa am Reinigungsmodul, sowie Gewicht zugunsten etwa der Betriebsdauer eingespart da zum Abstreifen die bereits vorhandenen Antriebe genutzt werden können.
Weiterhin ermöglicht der kompakte Aufbau und das geringe Gewicht eine hohe Mobilität bei Verwendung des Roboters durch Servicepersonal auf solaren Großkraftwerken. Durch das in Fortbewegung bedingte Abkehren bzw. Wischen mit definiertem Abstand über der Fläche wird diese von Schmutz befreit.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es, das Reinigungsmodul so zu stellen, dass in Parkposition der Roboter entweder durch Sonnenlicht oder eine Ladestation an den Elektroden an den Stützen oder des Reinigungsmoduls geladen werden.
Das Ausgestalten der Elektroden als Spule für das Aufladen mittels Induktion ermöglicht weiterhin eine Witterungsfeste Gestaltung des Roboters da diese Elektroden hinter einer Abdeckung nicht freilegen müssen. Zusätzliche freiliegende Elektroden auf einer solchen Abdeckung ermöglichen weiterhin redundant ein energieeffizienteres bestromen und laden.
Durch die Mobilität des Roboters kann in Verbindung mit den integrierten Solarzellen des Reinigungskopfes eine optimale Ausrichtung zur Einnahme der sonnen-reichsten Parkposition ermittelt werden.
Bei der Beschränkung auf eine mechanische Anstellung und weglassen des Rahmens mit Stützen fällt weiteres Gewicht weg und das Einnehmen einer Landeposition kann dahingehend beeinflusst werden, als dass der Flugroboter mit den Solarzellen zur Sonne hin abgesenkt wird.
Die Möglichkeit der Aufnahme eines Smartphones ermöglicht es, die Steuerung des Flugroboters, ggf. unter Einbezug dessen Konnektivität, in das Smartphone zu integrieren. Das Reinigungsmodul mit Passtücken für weitere Peripherie zu versehen unterstützt den separaten Erwerb des Reinigungsmoduls für ggf. vorhandene Peripherie und Infrastruktur.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
1 den Roboter (1) in der Ansicht von hinten mit Reinigungsmodul ohne Anstellung
2 den Roboter in der Ansicht von der Seite mit Reinigungsmodul unter Anstellung
3 den Roboter in der Ansicht von unten mit Reinigungsmodul ohne Anstellung
Der Flugroboter (1) ist mit einer Drohne (6) über einen rotatorischen Antrieb (3) mit Motoren auf zwei Achsen (4) mit einem Reinigungsmodul (6) gefügt. Drohnen kommen zwei, drei, vier, fünf, sechs, usw. rotorig vor. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Drohne mit vier Rotoren gewählt (3).
In Startposition liegt der Flugroboter mit Stützrahmen (12) auf dem Grund wobei das Reinigungsmodul über den rotatorischen Antrieb zur horizontalen hin eingeklappt ist. Dabei ist die Rückseite der Tragevorrichtung (16) mit seinen freiliegenden Elektroden (17) bzw. den gehausten Induktionsspulen (10) zum Grund hin gerichtet. Eine mechanische Arretierung (8) ermöglicht das statische Ausrichten entsprechend des Winkels der zu bearbeitenden Flächen. Dies ist zwar ebenfalls über den rotatorischen Antrieb möglich, spart jedoch Energie. Weiterhin kann der Reinigungskopf zu dem Stützrahmen hin rotiert werden, um diesen dort abzustreifen und beispielsweise die Befreiung von Bürstenhaaren mit Sand zu Ermöglichen.
Die Ultraschallsensoren (9) messen den Abstand zur geneigten Fläche und sind wie die Aufnahme für Smartphones (13) und die Drohne mit der Steuerelektronik (11) elektrisch verbunden. Die Dehnmessstreifen (7) sind am Reinigungsmodul so angeordnet, als dass diese die wirkenden Kräfte, im speziellen eingeleitet durch den auf-steckbaren Reinigungskopf (14), aufnimmt und speisen ebenfalls die Steuerelektronik.
Der Reinigungskopf (14) ist hier als Leistenbürste der Tragevorrichtung aufgesteckt. Diese kann jedoch auch als Schwamm ausgeführt werden.
Auf der Vorderseite des Reinigungsmoduls sind großflächig Solarzellen (15) vorhanden. Diese sind in Parkposition der Sonne ausgerichtet wodurch der Akku der Drohne optimal geladen werden kann. Dadurch wird die Reichweite des Flugroboters insgesamt erhöht und Pendelfahrten, z. B. zu einer Landestation eingespart. Die längliche Ausgestaltung des Reinigungsmoduls senkt weiterhin Windlasten.
Die rotatorischen Antriebe ermöglichen es, dass der Reinigungskopf des Reinigungsmoduls im Betrieb über den Stützrahmen herausragt und die zu bearbeitenden Flächen erreicht. Weiterhin unterstützen diese das Ausrichten des Reinigungsmoduls vor dem Einnehmen der Landeposition in der Vorzugsrichtung, in welcher das Solarpanel zur Sonne hin ragt. Die Kombination des Reinigungsmoduls mit Solarzellen verlängert tagsüber die Betriebsdauer und ermöglicht den autarken und langfristigen Einsatz.
Das Reinigen des Reinigungskopfes am Stützrahmen unterstützt weiterhin den voll-autonomen und energieeffizienten Betrieb, insbesondere auf solaren Großkraftwerken. Die Aufnahme eines Smartphones unterstützt die Konnektivität des Flugroboters.
Die Ausrichtung der Induktionsspulen und der Elektroden zum Boden hin ermöglicht das Landen auf einer Induktionsplatte um den Flugroboter für eine höhere Auslastung einer Schnellladung zu unterziehen. Drohnen am Markt verfügen bereits über die Funktion an einem definierten Punkt zu landen. Ist dieser mit einer Ladevorrichtung aus Induktionsplatte ausgestattet, so kann der Roboter vollautomatisiert und autark betrieben werden. Der Einbau von Elektroden am Stützrahmen (5) bietet dabei zusätzliche Redundanz und Sicherheit für den Fall dass beispielsweise aufgrund einer fehlerhaften Einnahme der Parkposition die Elektroden der Tragevorrichtung nicht gespeist werden.
Die Tragevorrichtung kann für Unterschiedliche Module, z. B. Sonnenspiegel, passend geformt sein wodurch mit dem Flugroboter auch konzentrische Spiegel gereinigt werden können.
Verfügt die Drohne über Fähigkeiten sich anhand variierender Ansteuerung der Rotoren sich mit dem Reinigungsmodul insgesamt parallel zur bearbeitenden Fläche auszurichten, so kann auf die Arretierung als auch den rotatorischen Antrieb verzichtet werden. Die angestellte Montage des Reinigungsmoduls an die Drohne unterstützt dann das Landen in Vorzugsrichtung um das Solarpanel zur Sonne hin auszurichten. In dieser Betriebsart wird weiteres Gewicht und Komponenten eingespart.

Claims

Flugroboter zum Bearbeiten und Reinigen von glatten, gekrümmten und modularen Flächen, insbesondere für Solarmodule, -reflektoren und Glas, dadurch gekennzeichnet, dass – der Flugroboter aus einem Flugkörper mit mehreren Rotoren, genannt Drohne, mit einem Reinigungsmodul, einer Arretierung und einem Antrieb zur translatorischen oder rotatorischen Positionierung und Nachführung gegenüber der Fläche gefügt ist, – Vorschübe in jede beliebige Richtung und die Einnahme von statischen Positionen durch die Drohne erzeugt wird, – ein Reinigungsmodul an der Drohne angebracht ist welcher beim Reinigungsvorgang stützend Kräfte mechanisch aufnimmt, – das Reinigungsmodul über eine mechanische Arretierung verfügt welche dieses definiert zur Oberfläche ausrichtet, auch um die Lage und Ausrichtung beim Landen zu beeinflussen – ein Reinigungsmodul an die Krümmung der Fläche durch unterschiedlich geformte, austauschbare Tragevorrichtungen anpassbar ist – die Drohne mit einem Rahmen versehen ist welcher ein Reinigungsmodul bei Verfahren gegen diesen reinigt, – das Reinigungsmodul und der zugehörige Halterahmen sind zum unverwechselbaren Aneinanderfügen an die Drohne, dem Antrieb zur Positionierung, der Arretierung, Ladestationen, Smartphones, andere Roboter oder Automaten mit Passstücken versehen, – ein Dehnmessstreifen die wirkenden Kräfte am Reinigungsmodul erfasst, – ein separaten Akkumulator welcher während eines Akkuwechsels oder Stromausfalls den Flugroboter weiter bestromt – die Drohne ausreichende Auftriebskräfte am Flugroboter generiert wodurch außer dem Reinigungsmodul keine Aktuatoren auf die Fläche taktil einwirken, – das Reinigungsmodul über eine Aufnahme für ein Smartphone verfügt, – Sensoren zur Abstandsmessung jeweils angeordnet hin zu den Enden des Reinigungsmoduls eine Navigation entlang der modularen Flächen ermöglichen.
Flugroboter zum Bearbeiten und Reinigen von glatten, gekrümmten und modularen Flächen, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Reinigungsmodul durch den Antrieb zum translatorischen und rotatorischen Verfahren gegenüber der Drohne zum Starten ausgeklappt und zum Landen den Roboter stützend eingeklappt werden kann, – das Reinigungsmodul auf dessen Rückseite Solarzellen besitzt welche im eingeklappten Zustand dem Sonnenlicht zugewandt sind, – das Reinigungsmodul auf dessen Vorderseite über Elektroden zur Stromaufnahme verfügt welche im eingeklappten Zustand dem der Ladestation zugewandt sind, – die Stützen des Roboters als Elektroden ausgeführt sind, – die Elektroden des Reinigungsmoduls oder der Stützen als Spulen zur Ladung über Induktion ausgeführt sind, – Räder, Bürsten und Schwämme am Reinigungsmodul Kräfte aufnehmen um die zu generierenden Auftriebskräfte abzusenken.