WO2010073860A1 - 清掃ロボットシステム及びその制御方法 - Google Patents

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益士郎 久谷
弘隆 大橋
幸之介 奥
純 塚田
亨 竹原
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • This relates to a robot system that cleans glass surfaces, etc., among service robots and field robots.
  • the present invention relates to a cleaning robot system for cleaning a power generation element called a solar panel for solar power generation and a reflector used for solar thermal power generation.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the beam-down solar power plant 5. While the plurality of heliostats 30 that are reflecting mirrors track the sun, the reflected light is condensed on the center reflector 35 that is the second reflecting mirror, and the reflected light collected on the center reflector 35 is converted into the heat receiving portion. The water is condensed and heated on a circulating medium such as molten salt.
  • a solar thermal power generation system is a power generation system that converts thermal energy of the heated heat medium into electrical energy by a steam turbine or the like.
  • FIG. 4 shows a side view of the heliostat 30.
  • the heliostat 30 is configured by combining a plurality of facets 31 which are small reflecting mirrors.
  • three heliostats 30 are shared. It is installed in the rotation mechanism 32 and connected by a tilt mechanism 33, and is configured to automatically track the sun based on a signal from the sunlight tracking sensor 34.
  • the heliostat 30 has an angle of the facet 31 by a facet adjustment bolt 37 so that the facet 31 forms a pseudo-curved surface 36 that is a rotating conical surface as shown in FIG. Configured to adjust.
  • FIG. 6 is a top view of the heliostat 30, and a plurality of facets 31 form a reflecting mirror.
  • these manual cleaning operations have a safety problem for the worker and a risk of damaging the glass surface of the panel or mirror that is the work target, and cleaning is performed when the scale of the power generation system is increased.
  • the cost increases proportionally, and the scale effect cannot be obtained.
  • robots will be individually designed and manufactured according to the specifications of individual solar power generation and solar thermal power generation systems, such as the size of panels and reflectors, which will also increase the price of this robot.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the object thereof is to provide a plate-like member such as a solar battery panel or a reflector used in photovoltaic power generation and solar thermal power generation systems with high workability. It is another object of the present invention to provide a cleaning robot system and a control method thereof for cleaning economically.
  • a cleaning robot system is a cleaning robot system for cleaning a planar or curved plate-like member of a solar power generation panel or a solar power generation reflecting mirror, A number of cleaning robots having a function of traveling on the target plate-like member and a function of cleaning, and a transfer function of moving the cleaning robot from the first plate-like member to the second plate-like member
  • the cleaning robot has a suction mechanism for cleaning while sucking the plate-like member, and the number of the cleaning robots is smaller than the number of the cleaning robots.
  • the above arrangement robot cooperates to clean a plate-like member installed in a solar power generation or solar thermal power generation plant.
  • the cleaning robot system shares work with two types of autonomous robots, and the cleaning robot automatically cleans a plate-like member that is a panel surface or a reflecting mirror surface and moves within the surface,
  • the arranging robot moves the cleaning robot from the first plate-like member after the cleaning work to another second plate-like member, monitors and grasps the work status of the plurality of cleaning robots, and performs central management. It communicates with the center, reports work status, receives work instructions, etc., and automatically performs work.
  • an operator receives a status report from an arranging robot (which may be multiple in a large-scale system), issues work instructions as necessary, and the robot cannot handle the situation. When this occurs, the operator goes to the site and performs necessary work.
  • the cleaning robot since the movement between the plate-like members of the cleaning robot is performed by the arrangement robot, the cleaning robot need only have a cleaning function and a function of moving on the plate-like member, and is higher than the ground surface. By removing the function for moving between the plate-like members installed at the positions, it is possible to realize downsizing and cost reduction. For this reason, the cost merit by employ
  • the plate members of solar power generation panels and solar power generation reflecting mirrors often have a function of tracking the movement of the sun in order to increase power generation efficiency.
  • a plate-like member that is curved with a solar power generation reflecting mirror, and even if such a plate-like member is a cleaning robot equipped with an adsorption mechanism, cleaning is performed while adsorbing it. be able to.
  • the cleaning robot system of the present invention can be constituted by two or more types of self-supporting robots, the work performed by the robot can be further divided to increase the types of robots.
  • the suction mechanism is a vacuum suction mechanism that generates a negative pressure between the cleaning robot and the plate-like member and sucks the plate-like member. With this configuration, it is possible to realize reliable suction while the suction mechanism has a simple structure.
  • the arrangement robot has a replenishment facility function for supplying water and cleaning liquid for cleaning the plate-like member and energy for movement and cleaning to the cleaning robot. It is characterized by.
  • This configuration can reduce the size and price (initial cost) of the cleaning robot.
  • a replenishment facility function that is necessary for cleaning the plate-like member, for example, replenishing water or cleaning liquid, or charging power to be used as power.
  • the cleaning robot it is possible to further reduce the size of the cleaning robot.
  • the cleaning robot cleans at least one plate-like member. Since it is sufficient to have power, the size can be reduced.
  • the robot includes a group including the one arrangement robot and the plurality of cleaning robots, a management robot that manages the plurality of groups, and a group including the plurality of groups.
  • the plate-shaped member in a predetermined work area in the solar power generation or solar thermal power plant is cleaned.
  • the arrangement robot manages a plurality of cleaning robots, and the management robot manages a plurality of arrangement robots, so that the entire system can be organically operated, and a great merit of scale is obtained. be able to. That is, in a vast photovoltaic power generation or solar thermal power generation plant, a large number of work areas are divided, a plurality of the groups are assigned to the work areas, the cleaning work is performed, the progress of the cleaning work, or the degree of contamination of the plate-like member As a result, the management robot makes a decision to move the group to another unworked work area, thereby improving the cleaning work efficiency.
  • the direction of the heliostat which is a reflecting mirror, differs depending on the work area.
  • the heliostat becomes dirty due to the direction of the heliostat. Therefore, in order to perform cleaning work preferentially and efficiently, selection of the work area to which the group is assigned is important, that is, the presence of a management robot is important.
  • an operator may intervene in place of the management robot and the arrangement robot, or work as a part of the cleaning robot system. That is, for example, when a part of the traveling road surface of the arranging robot is destroyed and traveling becomes difficult, the cleaning robot in that area can be moved by an operator, When work is being performed and cleaning is performed while avoiding the area, it is also possible for a human to judge instead of the management robot and select the movement destination area of the group.
  • the cleaning robot system control method is configured such that a group is formed by the one arrangement robot and the plurality of cleaning robots, and cleaning is performed by the plurality of groups.
  • a plurality of the groups perform cleaning work in work areas allocated from the plurality of work areas, and the group finishes cleaning work in the assigned work areas.
  • a first control that receives an instruction for the next work area, and a robot that has completed cleaning of the assigned plate-like member in the work area and the arranging robot The second control for moving the shaped member is performed.
  • the first control and the second control are performed simultaneously when the work area of the group is moved.
  • control can be performed in two stages: first control for controlling the arrangement robot and second control for the arrangement robot to control the cleaning robot.
  • first control for controlling the arrangement robot
  • second control for the arrangement robot to control the cleaning robot.
  • This control makes it possible to change the work area in a shorter time and more efficiently than when the cleaning robot is moved after all the cleaning of the plate-like members in the work area is completed. That is, the above-described control is performed in the first work area and the second work area as compared with the method in which the group is moved to the second work area after all the cleaning work of the first work area is completed. Since there is a transition period for performing the cleaning, most cleaning robots continue to perform the cleaning work without taking a rest. Therefore, the working efficiency of the entire cleaning work can be improved.
  • the first control is performed by a management robot, wherein the management robot instructs a plurality of the arrangement robots to allocate the work area. To do.
  • This configuration enables efficient cleaning work even when the scale of a photovoltaic power generation or solar thermal power plant is increased. That is, the cleaning work itself is basically performed by the robot, and the worker only needs to monitor and respond to an emergency, so that the workability and economy of the cleaning work can be improved.
  • plate members such as solar battery panels and reflectors (heliostats) used in photovoltaic power generation and solar thermal power generation systems are cleaned with the plate members.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a cleaning robot system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the beam-down solar power generation system.
  • FIG. 3 is a plan view of the beam-down solar power generation system.
  • FIG. 4 is a side view of the heliostat.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a facet state in the heliostat.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the arrangement of facets of a heliostat.
  • FIG. 1 shows a configuration of a cleaning robot system according to an embodiment of the present invention.
  • This cleaning robot system 1 includes a cleaning robot 2 for cleaning plate-like members 4a and 4b such as solar power generation panels or solar power generation reflecting mirrors to be cleaned, and the cleaning robot 2 as a first object. It consists of the arrangement robot 3 for moving from the plate-like member 4a to the second plate-like member 4b.
  • the cleaning robot 2 has a cleaning function of cleaning the surface of the plate-like member 4 with, for example, a device that ejects cleaning water, cleaning liquid, or the like, and a rotating brush, and the surface of the plate-like member 4. It has a moving function for moving inside.
  • the arrange robot 3 has a grip adapter 10 for moving the cleaning robot 2 from the first plate-like member 4 a to the second plate-like member 4 b at the tip of the robot arm 11.
  • this gripping adapter 10 the cleaning robot 2 can be gripped and moved to another plate-like member 4.
  • distance measuring means for the traveling wheel 14 and surrounding objects such as a 3D laser scanner are provided at the four corners of the robot body.
  • the traveling wheel 14 may be a crawler (infinite track) or a moving leg.
  • the camera has an omnidirectional movable camera 12 that can be tilted, rotated, expanded and contracted, and the like.
  • the plate-like member 4 is, for example, a panel for solar power generation (solar cell or the like), and has a size such that the width is 10 m, the depth is 10, and the height is 1 m to 8 m. If a structure for moving between the plate-like members) is added, there arises a problem that enlargement cannot be avoided. Therefore, in the present invention, the function is divided into the cleaning robot 2 for cleaning the plate-like member 4 and the arrangement robot 3 for moving the cleaning robot 2 to the next different plate-like member 4 after the cleaning is completed. did. With this function sharing, each of the cleaning robot 2 and the arrangement robot 3 can realize necessary and sufficient performance with a minimum size, weight, and power.
  • the cleaning robot 2 is relatively small and light, and can be a robot dedicated to cleaning work that basically has the necessary cleaning work and a moving speed that maintains the required work efficiency. Although the cleaning robot 2 cannot move to another plate-like member 4, it can be optimally designed without waste by entrusting this operation to the arranging robot 3. Moreover, the arrangement robot 3 can concentrate on high-order functions, such as transfer, work management, and communication, by leaving the cleaning robot 2 to perform fine cleaning work.
  • a replenishing port provided in the cleaning robot via the gripping adapter 10 is provided. Furthermore, it can be set as the structure which replenishes water and a washing
  • the cleaning robot 2 can be further downsized. Can be realized. Also, since there are more opportunities to supply energy to the cleaning robot, for example, when the energy source is electric power, the battery of the cleaning robot can be downsized, and when it is fossil fuel, the fuel tank is downsized. can do.
  • replenishment of water or the like is performed without using the grip adapter 10, for example, a dock for storing the cleaning robot 2 is provided inside or on the top of the arranging robot 3, A replenishment facility such as charging may also be provided.
  • the arrangement robot may carry a spare part of the cleaning robot and replace the entire cleaning robot instead of replenishing water, cleaning liquid, and charging. In this case, the arrangement robot replaces the next cleaning robot and replenishes and charges the collected cleaning robot with water and cleaning liquid using the time until transfer. As a result, the overall work time can be reduced.
  • FIG. 2 shows a plan view of the beam-down solar thermal power plant 5, in which a large number of heliostats 30 are arranged around the center reflector 35.
  • the heliostat 30 is shown only in a part of the power plant 5, the heliostat 30 is usually installed at all 360 degrees although there is a light and shade centered on the reflector 35.
  • the power plant 5 is divided into eight work areas (a first work area 41, a second work area 42, a third work area 43, etc.).
  • one arrangement robot and a plurality of the cleaning robots form one group, and at least one group performs cleaning work in the power plant 5. It is configured to do.
  • the arrangement robot can be remotely operated by an operator of the management center. However, in the case of a small-scale power plant, tens of thousands of plate members, 10 or more arrangement robots, and the cleaning robot When it becomes a large-scale system such as 100 or more, the arrangement robot 3 needs to work independently.
  • the cleaning robot 2 is monitored or wirelessly communicated to grasp the work status of the power plant, and after the cleaning work of the first plate-like member 4a is finished, the cleaning robot 2 is gripped and the next second Move to the plate-like member 4b.
  • the cleaning robot 2 is moved to a new plate-shaped member 4, a predetermined force is applied to the cleaning robot and pressed against the plate-shaped member 4 in order to ensure that the cleaning robot 2 is attracted to the plate-shaped member 4. There is also.
  • a group consisting of one arrangement robot 3 and 15 cleaning robots 2 is formed in the eight work areas shown in FIG. 2, and two groups are formed, and one management robot supervises the group.
  • An embodiment of a control method of the cleaning robot system configured from the above will be described.
  • the management robot is performed in place of the supervision of the arrangement robot 3 performed by the operator at the central management center, and contributes to the enlargement and automation of the cleaning robot system.
  • the first group is placed in the first work area 41 and the second group is placed in the second work area 42, and the cleaning work is started.
  • the arranging robot 3 of each group moves the cleaning robot 2 that has completed the cleaning work in the respective work area to the next plate-like member 4. At this time, it is possible to increase the number of cleaning robots 2 that can be controlled by one arrangement robot 3 by controlling the movement distance of the arrangement robot 3 within the work area to be the shortest.
  • the arrange robot 3 Before the cleaning of the plate-like member 4 in the designated work area is completed, the arrange robot 3 communicates with the management robot so that the work area to be moved next is designated. Then, when the interval between the scheduled times for completing the operations of the respective cleaning robots 2 is large, it starts to move the currently holding cleaning robot 2 to the next work area. That is, there is a work area transition state in which the cleaning robot 2 in the group is performing a cleaning work in a different work area. The arrangement robot 3 or the management robot makes this determination, and the work area is shifted.
  • the management robot determines the work area of the movement destination so that the total of the movement distances of the plurality of arranging robots under control is minimized.
  • the number of heliostats may vary depending on the work area. That is, it is a case where the number of heliostats 35 to be installed is reduced at a location on the north side of the center reflector 35 and in the shadow of the center reflector 35.
  • a single management robot can be configured to control a plurality of groups.
  • the management robot may be a computer installed in a central management center or a robot that can move in a power plant.

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Abstract

　太陽光発電及び太陽熱発電システムで使用される太陽電池パネルや反射鏡などの板状部材を、作業性が高く、かつ経済的に清掃するための清掃ロボットシステム及びその制御方法を提供する。太陽光発電用パネル又は太陽熱発電用反射鏡の平面状あるいは曲面状の板状部材（４ａ）、（４ｂ）を清掃する清掃ロボットシステム（１）であって、清掃の対象となる前記板状部材（４）上を走行する機能と清掃する機能を有した多数の清掃ロボット（２）と、前記清掃ロボット（２）を第１の板状部材（４ａ）から第２の板状部材（４ｂ）へ移動させる搬送機能を有しているアレンジロボット（３）とを備えており、前記清掃ロボット（２）が、前記板状部材（４）に吸着しながら清掃を行うための吸着機構を有しており、多数の前記清掃ロボット（２）と、前記清掃ロボット（２）よりも少ない数の前記アレンジロボット（３）が協働して、太陽光発電又は太陽熱発電プラントに設置された板状部材（４）を清掃する。

Description

清掃ロボットシステム及びその制御方法
　サービスロボットあるいは、フィールドロボットのうち、ガラス面等を清掃するロボットシステムに関するものである。特に、太陽光発電のソーラーパネルと呼ばれる発電素子や、太陽熱発電に使われる反射鏡などを清掃する清掃ロボットシステムに関するものである。
　近年、数十万ＫＷにも及ぶ大規模な太陽光（太陽電池等）あるいは太陽熱（太陽光集光システム等）発電システムの普及が進みつつある状況である。例えば、太陽光を集光して発電を行なう太陽熱発電システムは、太陽光を反射鏡であるヘリオスタットによりシステム中央部の上方に反射し、この反射光をセンターリフレクタと呼ばれる大型反射鏡で下方に設置されたキャビティーレシーバー（受熱部）に集光するビームダウン式太陽熱発電システムが知られている（特許文献１参照）。
　図３にビームダウン式太陽熱発電プラント５の平面概略図を示す。反射鏡である複数のヘリオスタット３０がそれぞれ太陽を追尾しながら、その反射光を第２の反射鏡であるセンターリフレクタ３５に集光し、センターリフレクタ３５に集光された反射光を、受熱部を循環している溶融塩等の熱媒に集光して加熱する。この加熱された熱媒の熱エネルギーを蒸気タービン等により電気エネルギーに変換する発電システムが前記太陽熱発電システムの１例である。
　図４は、前記ヘリオスタット３０の側面図を示しており、ヘリオスタット３０は、小反射鏡であるファセット３１を複数枚組み合わせて構成されており、図４では３基のヘリオスタット３０を共通の回転機構３２に設置し、傾動機構３３で連結しており、太陽光追尾センサ３４の信号により、太陽を自動追尾するよう構成されている。前記ヘリオスタット３０は集光効率向上を目的として、図５に示す断面図のように、前記ファセット３１が回転円錐面である擬似曲面３６を形成するように、ファセット調整ボルト３７によりファセット３１の角度を調整するように構成されている。図６は、前記ヘリオスタット３０の上面図であり、複数のファセット３１により反射鏡を形成している。
　ここで使用されている反射鏡であるヘリオスタットや、太陽光発電システムのパネル等が塵埃や鳥の糞等によって汚れ、発電効率が減少する問題は指摘されているが、その対策はまだ確立されていない。現状としては、人手によって清掃作業を行う方式が取られているが、重労働であり、高所作業となって足場の設置が必要となる場合もあり、作業効率の低下とコストアップを招く。また、作業性の悪さから、反射鏡やパネル等のガラス面を傷つける危険性もある。今後、発電システムの更なる大規模化が進むと、機能的及び経済的に問題が大きくなっていく傾向がある。太陽光及び太陽熱発電システムは中東などの砂漠地域に設置されることが多いため、砂塵によりパネルや反射鏡が汚れやすく、また、気温が高いために人手による作業が困難になる場合もある。
　つまり、人手によるこれらの清掃作業は、作業者の安全面の問題と、作業対象であるパネルや鏡のガラス面を傷つける危険性の問題を有しており、また発電システムの規模が大きくなると清掃コストは比例して大きくなってしまい、スケール効果を得られないという問題を有している。太陽光や太陽熱発電システムそのものは、大規模なほどスケール効果が得られ、あるいは量産効果によって、発電コストが抑制できるため、大規模な発電システムほど相対的に清掃作業にかかるメンテナンスコストの占める割合は大きくなる。
　一方で、ロボットにより清掃作業を行うことも考えられる。本願の出願人は、ビルの窓や水族館のガラスを清掃するロボットに関する出願を過去に行っており、回転ブラシと遠隔操作による清掃システムを、前記発電システムに拡大適用することも考えた（特許文献２参照）。
　しかし、発電システムの規模が拡大し、清掃作業の頻度や絶対量が増加してくると、ロボットを設置するための初期コストがロボットの大型化等で増加し、また、ロボットの消費エネルギーや人手による遠隔操作のために運転コストが増加し、経済性が悪化するため現状での適用は困難である可能性が高い。
　つまり、前記発電システムの規模が大きくなり、太陽電池パネルや反射鏡のユニットサイズが大きくなると（６ｍ×１２ｍなどの太陽電池パネルも出現している）、これらを清掃するための単一型のロボットのサイズは大きくなり、例えば門型クレーンのような大型かつ大重量の機械（ロボット）になってしまい、このロボットの価格（初期コスト）も当然高くなるという問題を有している。パネルや反射鏡の清掃作業そのものは、ガラス面を清掃するだけであり、前述したロボットに大きな出力は必要ないが、ロボット自身の自重を支えて動かすための動力（運転コスト）が無視できないほど大きくなってくる。これは非効率であり、経済性を損なう。また、遠隔操作のための人手も必要となり、清掃作業者の労働環境が改善されるだけで、経済性は改善されない。
　また、個々の太陽光発電及び太陽熱発電システムの、パネルや反射鏡のサイズ等の仕様にあわせて、個別にロボットを設計製作することになり、これもこのロボットの価格が高くなる原因となる。
特許２９５１２９７号 特開平０８－２５６９５３号公報
　本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、太陽光発電及び太陽熱発電システムで使用される太陽電池パネルや反射鏡などの板状部材を、作業性が高く、かつ経済的に清掃するための清掃ロボットシステム及びその制御方法を提供することにある。
　上記の目的を達成するための本発明に係る清掃ロボットシステムは、太陽光発電用パネル又は太陽熱発電用反射鏡の平面状あるいは曲面状の板状部材を清掃する清掃ロボットシステムであって、清掃の対象となる前記板状部材上を走行する機能と清掃する機能を有した多数の清掃ロボットと、前記清掃ロボットを第１の板状部材から第２の板状部材へ移動させる搬送機能を有しているアレンジロボットとを備えており、前記清掃ロボットが、前記板状部材に吸着しながら清掃を行うための吸着機構を有しており、多数の前記清掃ロボットと、前記清掃ロボットよりも少ない数の前記アレンジロボットが協働して、太陽光発電又は太陽熱発電プラントに設置された板状部材を清掃することを特徴とする。
　この構成により、前記清掃ロボットの小型化、及び低コスト化を実現することができる。つまり、前記清掃ロボットシステムは２種類の自律型ロボットに作業を分担させており、前記清掃ロボットは、パネル面或いは反射鏡面である板状部材の清掃と、その面内で移動を自動で行い、前記アレンジロボットは、前記清掃ロボットを清掃作業の終わった第１の板状部材から別の第２の板状部材へ移動させることと、複数の清掃ロボットの作業状況の監視、把握と、中央管理センターと通信を行い、作業状況を報告し、作業指示を受ける等の作業を自動で行うよう構成している。
　前記中央管理センターでは運転員が、アレンジロボット（大規模システムではこれも複数になることがある）からの状況報告を受け、必要に応じて作業指示を出し、また、ロボットでは対処しきれない事態が発生した場合は、前記運転員が現場に行って必要な作業を行う構成としている。
　すなわち、前記清掃ロボットの前記板状部材間の移動は、前記アレンジロボットにより行うため、清掃ロボットは、清掃機能及び板状部材上を移動する機能のみを有していればよく、地表面より高い位置に設置された板状部材間を移動するための機能を除くことで、小型化、低コスト化を実現することができる。このため、特に発電プラントの規模が大きくなり、必要となる清掃のためのロボットの数が多くなるほど、本発明の清掃ロボットを採用することによるコストメリットを得ることができる。
　また、太陽光発電用パネル及び太陽熱発電用反射鏡の板状部材は、発電効率を上げるために、太陽の動きを追尾する機能を有している場合が多く、ほとんどの場合は地表面に対して傾斜角を有した状態、つまり傾いた状態で運用されている。そのため、前記清掃ロボットに吸着機構を付加したことで、発電を行なっている日中であっても、清掃ロボットを使用することができる。
　さらに、太陽光発電用反射鏡で曲面状になっている板状部材もあり、この様な板状部材であっても、吸着機構を備えている清掃ロボットであれば、吸着させながら清掃を行うことができる。
　加えて、前記板状部材が発電状態にない夜間であっても、清掃のために板状部材を水平に移動させる手間がないため、清掃作業の作業効率を向上させることができる。なお、本発明の清掃ロボットシステムでは、２種類以上の自立型ロボットにより構成することができるため、更に、ロボットの行う作業を分割し、ロボットの種類を増やすこともできる。
　上記の清掃ロボットシステムにおいて、前記吸着機構が、前記清掃ロボットと前記板状部材の間に負圧を発生させて、前記板状部材に吸着する真空吸着機構であることを特徴とする。この構成により、前記吸着機構を簡易な構造としながら、確実な吸着を実現することができる。
　上記の清掃ロボットシステムにおいて、前記アレンジロボットが、前記清掃ロボットに板状部材の清掃のための水及び洗浄液と、移動及び清掃のためのエネルギーを供給するための補給設備機能を有していることを特徴とする。
　この構成により、清掃ロボットの小型化及び価格（初期コスト）を低下させることができる。つまり、前記アレンジロボットに、清掃ロボットを移動させる機能に加えて、前記板状部材の清掃のために必要となる、例えば水や洗浄液等の補給や動力となる電気を充電したりする補給設備機能を設置することにより、前記清掃ロボットの更なる小型化が実現できる。特に大規模の発電プラントで使用する場合には、大量の水や洗浄液等が必要となるが、前記アレンジロボットに補給設備があれば、前記清掃ロボットは、少なくとも１つの板状部材を清掃する水や動力を有していればよいため、小型化を進めることができる。
　上記の清掃ロボットシステムにおいて、前記アレンジロボット１台と複数の前記清掃ロボットからなるグループと、複数の前記グループを管理するマネジメントロボット１台と複数の前記グループからなる集団とを有し、前記集団により、前記太陽光発電又は太陽熱発電プラント内の予め定めた作業領域の板状部材の清掃を行うことを特徴とする。
　この構成により、前記アレンジロボットは複数台の清掃ロボットを管理し、前記マネジメントロボットは複数台のアレンジロボットを管理することで、システム全体を有機的に運用することができ、多大なスケールメリットを得ることができる。つまり、広大な太陽光発電又は太陽熱発電のプラントにおいて、多数の作業領域を区分し、この作業領域に複数の前記グループを割り当て、清掃作業を行い、清掃作業の進度又は、板状部材の汚れ度合いにより、前記グループを他の未作業の作業領域に移動させる判断を前記マネジメントロボットが行うことで、清掃の作業効率を向上させることができる。
　特に、ビームダウン式太陽熱発電プラントの場合には、反射鏡であるヘリオスタットの向きが前記作業領域によりことなるため、例えば風等の影響で砂が付着する場合には、ヘリオスタットの向きにより汚れ度合いがことなるため、優先的かつ効率的に清掃作業を行うためには、前記グループを割り当てる前記作業領域の選定が重要となり、すなわちマネジメントロボットの存在が重要となる。
　なお、前記マネジメントロボット及びアレンジロボットの変わりに作業員が介入して、又はこの清掃ロボットシステムの一部として作業することもできる。つまり、例えば、アレンジロボットの走行路面の一部が破壊等され、走行が困難となった場合、その領域の清掃ロボットの移動は、作業員により行うことができ、また、反射鏡の点検等の作業が行われており、その領域を避けて清掃を行う場合に、マネジメントロボットの変わりに人間が判断して、前記グループの移動先の領域を選定することもできる。
　上記の目的を達成するための本発明に係る清掃ロボットシステムの制御方法は、前記アレンジロボット１台と複数の前記清掃ロボットによりグループを編成し、複数の前記グループにより、清掃を行う際の清掃ロボットシステムの制御方法において、複数の前記グループが、複数の前記作業領域のうちから割り当てられた作業領域で、それぞれ清掃作業を行い、さらに、前記グループは、割り当てられた作業領域における清掃作業が終了したときに、次の作業領域の指示を受ける第１の制御と、前記アレンジロボットが、前記作業領域内で、かつ、割り当てられた板状部材の清掃を完了した清掃ロボットを、清掃未完了の板状部材に移動させる第２の制御を行うことを特徴とする。この構成により、前述した清掃ロボットシステムと同様の作用効果を得ることができる。
　上記の清掃ロボットシステムの制御方法において、前記グループの前記作業領域を移動させる場合に、前記第１の制御と前記第２の制御を同時に行うことを特徴とする。
　この構成により、アレンジロボットを制御するための第１の制御と、アレンジロボットが清掃ロボットを制御するための第２の制御の２段階で制御を行うことができる。これにより、第１の制御と第２の制御を同時平行で行う必要が発生した場合に、作業領域の移動指示を受けたアレンジロボットは、板状部材の清掃を完了した清掃ロボットを、次の作業領域の板状部材に順次移動させる制御として行うことができる。
　この制御により、作業領域内の板状部材の清掃を全て終了したのちに、清掃ロボットを移動させる場合に比べて、作業領域の変更を短時間かつ効率的に行うことができる。つまり、上記の制御は、第１の作業領域の清掃作業が全て完了した後に、第２の作業領域にグループを移動させる方法と比べて、第１の作業領域と第２の作業領域で清掃作業を行う移行期間が存在するため、ほとんどの清掃ロボットが休むことなく清掃作業を続けている状態が多くなる。そのため、清掃作業全体の作業効率を向上させることができる。
　上記の清掃ロボットシステムの制御方法において、前記第１の制御を、マネジメントロボットで行う制御方法であって、前記マネジメントロボットが複数の前記アレンジロボットに、前記作業領域の割り当てを指示することを特徴とする。
　この構成により、太陽光発電又は太陽熱発電プラントの大規模化が進んだ場合でも、効率的に清掃作業を進めることができる。つまり、清掃作業自体は、基本的にロボットが中心になって行い、作業員はその監視及び緊急時の対応のみを行えばよいため、清掃作業の作業性及び経済性を向上させることができる。
　本発明に係る清掃ロボットシステム及びその制御方法によれば、太陽光発電及び太陽熱発電システムで使用される太陽電池パネルや反射鏡（ヘリオスタット）などの板状部材を、前記板状部材の清掃と面内の移動機能を有した清掃ロボットと、前記清掃ロボットを第１の板状部材から異なる第２の板状部材に移動させるための機能を有するアレンジロボットの少なくとも２種類のロボットにより清掃させる清掃ロボットシステム及びその制御方法とすることで、清掃作業の作業性が向上し、かつ経済性を向上させることができる。
図１は本発明に係る実施の形態の清掃ロボットシステムの構成を示す概略図である。 図２はビームダウン式太陽熱発電システムの平面図である。 図３はビームダウン式太陽熱発電システムの平面図である。 図４はヘリオスタットの側面図である。 図５はヘリオスタットにおけるファセットの状態を示した概略図である。 図６はヘリオスタットのファセットの配列を示した概略図である。
　以下、本発明に係る実施の形態の清掃ロボットシステム及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の清掃ロボットシステムの構成を示す。
　この清掃ロボットシステム１は、清掃対象である例えば、太陽光発電用パネル又は太陽熱発電用反射鏡等の板状部材４ａ、４ｂを清掃するための清掃ロボット２と、前記清掃ロボット２を第１の板状部材４ａから第２の板状部材４ｂに移動させるためのアレンジロボット３からなる。前記清掃ロボット２は、例えば、洗浄用の水や洗浄液等を噴射する装置や、回転ブラシ等で板状部材４の表面を清掃する清掃機能を有しており、かつ、板状部材４の面内を移動するための移動機能を有している。
　アレンジロボット３は、前記清掃ロボット２を第１の板状部材４ａから第２の板状部材４ｂに移動させるための把持アダプタ１０をロボットアーム１１の先端に有している。この把持アダプタ１０により、前記清掃ロボット２を把持し、他の板状部材４に移動させることができる。また、発電プラント等で本発明の清掃ロボットシステムを運用する際には、多数の前記清掃ロボット２と、前記清掃ロボット２よりも少ない数のアレンジロボット３を使用するため、前記アレンジロボット３は発電プラント内の板状部材４の間を走りながら作業を行うため、走行輪１４と、ロボット本体の四隅に３Ｄレーザスキャナ等の周囲物体との距離測定手段を有している。ここで、走行輪１４はクローラ（無限軌道）あるいは移動脚でもよい。さらに、傾斜、回転及び伸縮等が可能な全方位可動カメラ１２を有している。
　前記板状部材４は、例えば、太陽光発電用パネル（太陽電池等）であって、横１０ｍ、奥行き１０、高さは１ｍから８ｍとなるようなサイズがあり、前記清掃ロボット２にパネル（板状部材）間を移動するための構造を付加すると大型化が避けられない問題が発生する。そこで、本発明では、板状部材４の清掃を行うための清掃ロボット２と、前記清掃ロ
ボット２を、清掃終了後に、次の異なる板状部材４に移動させるためのアレンジロボット３に機能を分割した。この機能分担によって、清掃ロボット２及びアレンジロボット３のそれぞれが必要最小限のサイズ、重量、パワーで、必要十分な性能を実現できる。
　すなわち、清掃ロボット２は比較的小型軽量で、基本的に必要な清掃作業と、かつ必要な作業効率を維持する移動速度を持つような、清掃作業に専念特化したロボットとすることができる。前記清掃ロボット２は、他の板状部材４に移ることはできないが、この動作をアレンジロボット３に委ねることにより、無駄の無い最適設計をすることができる。また、アレンジロボット３は、細かい清掃作業を前記清掃ロボット２に任せることによって、移送や、作業管理、通信連絡といった上位の機能に専念できる。
　また、前記アレンジロボット３に水や洗浄液等のタンクを搭載して、前記清掃ロボット２を把持アダプタ１０で把持して移動させる際に、前記把持アダプタ１０を介して前記清掃ロボットに備えた補給口に、水や洗浄液を補給する構成とすることができる。同様に、清掃ロボットの移動及び清掃のための電力等のエネルギーを供給する構成とすることができる。
　この構成により、前記清掃ロボット２に搭載する水や洗浄液等のタンクは、最低限、１枚の板状部材４を清掃するために必要な量あればよいため、前記清掃ロボット２のさらなる小型化を実現することができる。また、清掃ロボットにエネルギー供給をする機会が多くなるため、例えば、エネルギー源が電力である場合は、清掃ロボットのバッテリーを小型化することができ、化石燃料である場合は、燃料タンクを小型化することができる。
　ここで、水等の補給は把持アダプタ１０を使用せずに、例えば、アレンジロボット３の内部や上面に、前記清掃ロボット２を格納するドックを設け、前記ドックに水や洗浄液等の補給、及び充電等の補給設備を併設してもよい。
　また、アレンジロボットは、清掃ロボットの予備品を携行し、水、洗浄液、充電等の補給を行う代わりに、清掃ロボット全体を取り替える方式としてもよい。この場合、アレンジロボットは、次の清掃ロボットを取替え、移送を行うまでの時間を利用して、回収した清掃ロボットに水、洗浄液の補給と充電を行う。これによって作業全体の時間短縮を図ることができる。
　図２は、ビームダウン式太陽熱発電プラント５の平面図を示しており、センターリフレクタ３５を中心に多数のヘリオスタット３０を配置している。ここで、ヘリオスタット３０は前記発電プラント５の一部にのみ図示されているが、通常は前記リフレクタ３５を中心に、濃淡はあるものの、３６０度すべてにヘリオスタット３０を設置している。また、清掃ロボットシステム１の制御上、前記発電プラント５を８つの作業領域に分割して示している（第１作業領域４１、第２作業領域４２、第３作業領域４３等）。
　本発明の清掃ロボットシステム１は、前記アレンジロボット１台と、前記清掃ロボット複数台（例えば５～２０台）で１つのグループを形成し、少なくとも１つのグループが前記発電プラント５内で清掃作業を行う構成としている。前記アレンジロボットは、管理センターの運転員による遠隔操作とすることもできるが、小規模な発電プラントの場合はともかく、板状部材が数万枚、前記アレンジロボットが１０台以上、前記清掃ロボットが１００台以上といった大規模なシステムになると、前記アレンジロボット３は自立的に作業を行うことが必要となってくる。
　すなわち、清掃ロボット２を監視或いは無線通信を受けて前記発電プラントの作業状況を把握し、第１の板状部材４ａの清掃作業が終わったら、その清掃ロボット２を把持して
次の第２の板状部材４ｂに移動させる。前記清掃ロボット２を新しい板状部材４に移したときに、前記清掃ロボット２を板状部材４に確実に吸着させるために、清掃ロボットに規定の力を加えて前記板状部材４に押し付ける場合もある。
　また、定期的に清掃ロボット２の充電や、水や洗浄液の補充も必要である。これらの作業のためには、前記清掃ロボット２の位置と姿勢、板状部材４の位置、地面の状況など、周囲の一切の環境を認識して作業計画を立て、実行する必要がある。これは基本的に知能ロボットあるいは自律ロボットといわれるものの機能であり、環境認識、判断、動作制御、外部通信などの要素技術が必要であるが、現在のロボット技術はこのような機能を実現できる状況にあり、知能ロボットとしてのアレンジロボット３を実現することができる。
　図２に示す８つの作業領域に対して、例えば、１台のアレンジロボット３と１５台の清掃ロボット２からなるグループを形成し、前記グループを２組と、それを統括する１台のマネジメントロボットから構成する清掃ロボットシステムの制御方法の実施例に関して説明する。前記マネジメントロボットは、中央管理センターで運転員が行っていたアレンジロボット３の統括を代わって行うものであり、清掃ロボットシステムの大規模化及び自動化に貢献するものである。
　第１グループを第１作業領域４１に、第２グループを第２作業領域４２に配置して、清掃作業を開始する。各グループのアレンジロボット３は、それぞれの作業領域内で清掃作業の完了した清掃ロボット２を次の板状部材４へ移動させていく。このとき、作業領域内におけるアレンジロボット３の移動距離が最も少なくなるように制御することで、１台あたりのアレンジロボット３が統括可能とする清掃ロボット２の数を増やすことができる。
　指定された作業領域内の板状部材４の清掃が全て完了する以前に、アレンジロボット３は前記マネジメントロボットと通信を行い、次に移動すべき作業領域の指定を受けるようにする。そして、それぞれの清掃ロボット２が作業を完了する予定時刻の間隔が大きい場合には、現在、把持している清掃ロボット２を次の作業領域まで移動させることを開始していく。つまり、グループ内の清掃ロボット２が異なる作業領域で清掃作業を行っている作業領域移行状態が存在することになる。この判断をアレンジロボット３又はマネジメントロボットが行い、作業領域の移行を実行する。
　また、マネジメントロボットは、統括している複数の前記アレンジロボットの移動距離の合計が最も少なくなるように、移動先の作業領域を決定していく。特に、太陽熱発電プラントの場合は、作業領域によってヘリオスタットの台数が異なる場合がある。つまり、センターリフレクタ３５の北側であって、前記センターリフレクタ３５の影になるような場所には、ヘリオスタット３５の設置台数を少なくする場合である。
　さらに、発電プラントの規模が拡大し、作業領域の数が多くなる場合は、１台のマネジメントロボットが複数のグループを統括するように構成することもできる。前記マネジメントロボットは中央管理センターに設置されたコンピュータ又は、発電プラント内を移動可能とするロボットとすることができる。
１     清掃ロボットシステム
２     清掃ロボット
３     アレンジロボット
４ａ   第１の板状部材
４ｂ   第２の板状部材
５     ビームダウン式太陽熱発電プラント

Claims (7)

  1. 　太陽光発電用パネル又は太陽熱発電用反射鏡の平面状あるいは曲面状の板状部材を清掃する清掃ロボットシステムであって、清掃の対象となる前記板状部材上を走行する機能と清掃する機能を有した多数の清掃ロボットと、前記清掃ロボットを第１の板状部材から第２の板状部材へ移動させる搬送機能を有しているアレンジロボットとを備えており、
    　前記清掃ロボットが、前記板状部材に吸着しながら清掃を行うための吸着機構を有しており、多数の前記清掃ロボットと、前記清掃ロボットよりも少ない数の前記アレンジロボットが協働して、太陽光発電又は太陽熱発電プラントに設置された板状部材を清掃することを特徴とする清掃ロボットシステム。
  2. 　前記吸着機構が、前記清掃ロボットと前記板状部材の間に負圧を発生させて、前記板状部材に吸着する真空吸着機構であることを特徴とする請求項１に記載の清掃ロボットシステム。
  3. 　前記アレンジロボットが、前記清掃ロボットに板状部材の清掃のための水及び洗浄液と、移動及び清掃のためのエネルギーを供給するための補給設備機能を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の清掃ロボットシステム。
  4. 　前記アレンジロボット１台と複数の前記清掃ロボットからなるグループと、複数の前記グループを管理するマネジメントロボット１台と複数の前記グループからなる集団とを有し、前記集団により、前記太陽光発電又は太陽熱発電プラント内の予め定めた作業領域の板状部材の清掃を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の清掃ロボットシステム。
  5. 　前記アレンジロボット１台と複数の前記清掃ロボットによりグループを編成し、複数の前記グループにより、清掃を行う際の清掃ロボットシステムの制御方法において、
    　複数の前記グループが、複数の前記作業領域のうちから割り当てられた作業領域で、それぞれ清掃作業を行い、さらに、前記グループは、割り当てられた作業領域における清掃作業が終了したときに、次の作業領域の指示を受ける第１の制御と、前記アレンジロボットが、前記作業領域内で、かつ、割り当てられた板状部材の清掃を完了した清掃ロボットを、清掃未完了の板状部材に移動させる第２の制御を行うことを特徴とする清掃ロボットシステムの制御方法。
  6. 　前記グループの前記作業領域を移動させる場合に、前記第１の制御と前記第２の制御を同時に行うことを特徴とする請求項５に記載の清掃ロボットシステムの制御方法。
  7. 　前記第１の制御を、マネジメントロボットで行う制御方法であって、前記マネジメントロボットが複数の前記アレンジロボットに、前記作業領域の割り当てを指示することを特徴とする請求項５又は６に記載の清掃ロボットシステムの制御方法。
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