WO2018053982A1

WO2018053982A1 - 太阳能面板清扫机器人的无线充电系统及无线充电方法

Info

Publication number: WO2018053982A1
Application number: PCT/CN2017/072760
Authority: WO
Inventors: 彭芳; 周艳荣; 徐建荣
Original assignee: 苏州瑞得恩光能科技有限公司
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-03-29
Also published as: CN106208276A

Abstract

本发明提供一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统及无线充电方法，无线充电系统包括至少一太阳能面板、一清扫机器人、一可充电电池、至少一无线电力发射装置以及一无线电力接收装置。

Description

太阳能面板清扫机器人的无线充电系统及无线充电方法

技术领域

本发明涉及清扫机器人领域，特别涉及一种用于太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，以及一种用于太阳能面板清扫机器人的无线充电方法。

背景技术

在化石燃料日趋减少的情况下，作为一种新兴的可再生能源的太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，近十年来，太阳能应用技术在世界各国都得到迅猛发展。太阳能面板是指利用半导体材料在光照条件下发生的光生伏特效应(photovoltaic)将太阳能直接转换为电能的器件。有太阳光的地方就能发电，因此太阳能面板适用于从大型发电站到小型便携式充电器等多种场合，近年来得到飞速发展。

太阳能面板的工作环境只能是户外，影响其工作的最大问题并不是风雨雷电，而是常年累积的灰尘。太阳能面板上附着有灰尘或其它附着物，会影响面板板的透光率，阻碍光电效率，从而会严重影响面板直接获取阳光的效率，降低面板的能量吸收和转换效率，降低发电效率。现有技术的太阳能面板在使用中只能依靠人工定期完成清理工作，由于太阳能面板面积较大、大型电站同时使用的面板较多，而灰尘会反复累积，需要反复清洗；因此人力成本很高、清理效率低、清理效果较差。在很多场合，为了提高空间利用率，太阳能面板都是利用支架设置在高处，这就给清理工作带来更大的难度和风险。很多太阳能面板的用户为了降低清理成本只能选择不清理，这样只能被迫承担灰尘导致的电能损耗。这样，就需要有一个新的自动清理设备，对太阳能面板进行自动清理。

现有技术的清扫机器人一般都只能应用于水平地面上，不能适用于太阳能面板这样的斜坡平面。如果将现有的清扫机器人直接用在太阳能面板上，会导致以下问题。

(1)清扫机器人动力不足、不能自由行进、清扫效果差；由于太阳能面板的倾斜角度一般在10度～40度之间，现有清扫机器人在斜坡平面上不能自由行进，即使能勉强行进，很快就会将电量耗尽。

(2)清扫机器人会从太阳能面板上滑落；由于太阳能面板比较光滑，现有清扫机器人重量和车轮摩擦系数都比较小，摩擦力也比较小，行进困难，很容易滑落。

(3)清扫机器人不能按照规定路线行驶，行进中覆盖面积小，会从太阳能面板边缘处落下；现有清扫机器人一般是设置为遇到障碍物自动转向，由于太阳能面板上没有任何障碍物，自动行驶的清扫机器人只能在单一路径上行进，其行进过程中的覆盖面积小，必然会从太阳能面板边缘处落下。即使预先规划好路径，现有的清扫机器人在行进中容易受到重力及面板附着物的影响，也会很容易偏离路径，很难保证直线行驶；而且清扫机器人自身无法察觉，不能走遍整个面板，会留下大量清扫不到的空间。

(4)清扫机器人充电困难；由于太阳能面板高度比较高、面积较大，一旦将清扫机器人送上去之后，将其取下会比较困难，现有技术需要人工将清扫机器人搬离现场或人工取出电池，继而对其进行充电，从而不能长时间持续进行现场作业，而且由于很多太阳能面板都是用支架设置在高处，因此其充电操作非常麻烦，浪费大量人力。

(5)清扫机器人工作状态监控困难，由于太阳能面板可能会设置在高处，地面上的工作人员无法对其工作过程做到全程监控，即使清扫机器人发生故障，停止运行或者路线走偏，工作人员也无法及时得知。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统，以解决现有的太阳能面板清扫机器人存在的充电操作复杂、成本较高等技术问题。

为解决上述问题，本发明提供一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统，包括：至少一太阳能面板；一清扫机器人，在至少一太阳能面板上行驶或停留；一可充电电池，设置在所述清扫机器人内部，用于为所述清扫机器人提供动力；至少一无线电力发射装置，设置在所述清扫机器人外部；每一无线电力发射装置包括一发射线圈，所述发射线圈连接至一电源；以及一无线电力接收装置，设置在所述清扫机器人内部或外表面；所述无线电力接收装置包括一接收线圈，所述接收线圈连接至所述可充电电池；其中，当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时，所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合，所述发射线圈将无线电能传输至所述接收线圈。

进一步地，所述发射线圈设置于任一太阳能面板的下表面，和/或，设置于任意两块相邻太阳能面板连接处的缝隙下方或缝隙内；所述接收线圈设置于所述清扫机器人内部底层，和/或，设置于所述清扫机器人底部下表面。

进一步地，所述太阳能面板清扫机器人无线充电系统还可以包括至少一充电面板，每一充电面板嵌入至任一太阳能面板上或设置于任一太阳能面板边缘处；所述充电面板上表面与所述太阳能面板上表面位于同一平面上；其中，所述发射线圈设置于任一充电面板内，和/或，设置于任一充电面板的下表面。

进一步地，当所述接收线圈与所述发射线圈耦合时，所述发射线圈与所述接收线圈的距离为1mm～40mm；所述发射线圈与所述接收线圈之间的介质皆为非金属材质。

进一步地，所述无线电力发射装置还包括一直流电源，用于提供直流电流；一逆变电路，其输入端连接至所述直流电源，其输出端连接至所述发射线圈；以及一发射端控制器，连接至所述逆变电路，用于控制所述逆变电路的输出功率；其中，所述逆变电路用于将所述直流电流转换为可变频率和占空比的交流电流，并将所述交流电流输出给所述发射线圈。

所述直流电源为至少一太阳能放电模组；所述无线电力发射装置还包括一DC-DC稳压电路，其输入端连接至所述直流电源，其输出端连接至所述逆变电路的输入端；其中，所述DC-DC稳压电路用以对所述直流电流进行稳压处理，使得所述逆变电路获得稳定的直流电流源；或者，所述直流电源包括一交流电源，用以提供交流电流；以及一AC-DC适配器，其输入端连接至所述交流电源，其输出端连接至所述逆变电路的输入端；所述AC-DC适配器用于将所述交流电流转换为直流电流。

进一步地，所述无线电力接收装置还包括一整流电路，其输入端连接至所述接收线圈，用于将所述接收线圈输出的交流电流转换成直流电流；以及一DC-DC转换电路，其输入端连接至所述整流电路的输出端，其输出端连接至所述可充电电池；一接收端控制器，连接至所述DC-DC转换电路；所述接收端控制器内存储有所述可充电电池的至少一充电曲线，根据所述充电曲线计算所述可充电电池的最佳充电电压；其中，所述DC-DC转换电路将所述整流电路输出的直流电流的电压转换成所述可充电电池的最佳充电电压，并为所述可充电电池充电。

本发明的另一目的在于，提供一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统，以解决太阳能面板清扫机器人在无线充电过程中对实时电量监控的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，进一步地，所述无线电力接收装置还包括一电池信息采集器，连接至所述可充电电池，用于采集所述可充电电池的剩余容量SOC值；一无线充电开关，其一端连接至所述DC-DC转换电路，其另一端连接至所述可充电电池或所述整流电路；一电池管理器，其一端连接至所述电池信息采集器，以实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；其另一端连接至所述无线充电开关，以控制所述无线充电开关闭合或断开；其中，当所述可充电电池的剩余容量SOC值小于或等于一预设的电量阈值时，所述电池管理器控制所述无线充电开关闭合；当所述可充电电池的剩余容量SOC值大于或等于一充电容量阈值时，所述电池管理器控制所述无线充电开关断开。

本发明的另一目的在于，提供一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统，以解决太阳能面板清扫机器人在无线充电过程中，无线电力发射装置与无线电力接收装置实现数据通信的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，进一步地，所述无线电力发射装置包括一发射端信号载入单元，连接至所述发射线圈；及一发射端信号导出单元，连接至所述发射线圈；所述无线电力接收装置包括一接收端信号载入单元，连接至所述接收线圈；及一接收端信号导出单元，连接至所述接收线圈。

进一步地，当所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合时，所述无线电力发射装置与所述无线电力接收装置实现载波通信；所述发射端信号载入单元将要发射的信息以一载波频率K1调制后加载至所述发射线圈的发射电流中，所述接收端信号导出单元以调制频率K1将所述接收线圈的接收电流中的信息解调后滤波导出；所述接收端信号载入单元将要发射的信息以一载波频率K2调制后加载至所述接收线圈的接收电流中，所述发射端信号导出单元以调制频率K2将所述发射线圈的发射电流中的信息解调后滤波导出。

进一步地，当所述接收线圈与所述发射线圈实现磁共振耦合时，所述无线电力发射装置与所述无线电力接收装置实现载波通信；所述发射端信号载入单元将要发射的信息以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的所述发射线圈的发射电流中，所述接收端信号导出单元从所述接收线圈的接收电流中以磁共振频率K3为载波将所述信息解调并滤波导出；所述接收端信号载入单元将要发射的信息以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的接收电流中，所述发送端信号导出单元以磁共振频率K3为载波将所述信息解调并滤波导出。

本发明的另一目的在于，提供一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统，以解决太阳能面板清扫机器人在无线充电过程中，根据可充电电池的实时电量对充电功率进行实时调整的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，进一步地，所述无线电力发射装置还包括一直流电源，用于提供直流电流；一逆变电路，其输入端连接至所述直流电源，其输出端连接至所述发射线圈；以及一发射端控制器，连接至所述发射端信号载入单元、所述发射端信号导出单元；所述无线电力接收装置包括一接收端控制器，连接至所述接收端信号载入单元、所述接收端信号导出单元；其中，所述接收端控制器内存储有所述可充电电池的至少一充电曲线，根据所述充电曲线实时获取所述可充电电池的最佳充电电压，根据所述最佳充电电压计算最佳充电功率，发出至少一充电功率调整指令；当所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合时，所述接收端信号载入单元将所述充电功率调整指令以一载波频率K2调制后加载至所述接收电流中，所述发射端信号导出单元以调制频率K2将所述发射电流中的所述充电功率调整指令解调后滤波导出至所述发射端控制器；或者，当所述接收线圈与所述发射线圈实现磁共振耦合时，所述接收端信号载入单元将所述充电功率调整指令以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的接收电流中，所述发送端信号导出单元以磁共振频率K3为载波将所述充电功率调整指令解调并滤波导出至所述发射端控制器；所述发射端控制器连接至所述逆变电路，根据所述充电功率调整指令调节所述发射线圈的发射功率。

本发明的另一目的在于，提供一种太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，以解决现有的太阳能面板清扫机器人存在的充电操作复杂、成本较高等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，包括如下步骤：步骤S501)在至少一太阳能面板内部或其下方设置至少一无线电力发射装置，所述无线电力发射装置包括一发射线圈；将所述发射线圈设置于任一太阳能面板的下表面，或者，设置于任意两块相邻太阳能面板连接处的缝隙内；步骤S502)在所述清扫机器人内设置一无线电力接收装置，所述无线电力接收装置包括一接收线圈；将所述接收线圈设置在所述清扫机器人内部底层或所述清扫机器人底部下表面；步骤S503)将所述清扫机器人放置在所述太阳能面板上正常作业；在所述清扫机器人行进过程中，当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时，所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合；步骤S504)所述发射线圈将无线电能传输至所述接收线圈，持续为所述清扫机器人充电；步骤S505)判断所述清扫机器人电量是否充满；若电量已充满，停止充电；返回步骤S503)。其中，所述步骤S503)具体包括如下步骤：步骤S5031)所述清扫机器人在所述太阳能面板上正常作业；步骤S5032)所述清扫机器人实时检测所述接收线圈是否产生电流；若是，执行步骤S5033)；步骤S5033)判断所述清扫机器人是否需要充电；若是，执行步骤S5034)；步骤S5034)根据所述接收线圈中电流的大小判断所述接收线圈与所述发射线圈的相对位置和相对距离；步骤S5035)所述清扫机器人调整其位置，使得所述接收线圈位于所述发射线圈正上方。

其中，所述步骤S5033)具体包括如下步骤：步骤S50331)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；步骤S50332)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的电量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值时，判断所述清扫机器人需要充电。

其中，所述步骤S505)具体包括如下步骤：步骤S5051)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；步骤S5052)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的充电容量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值大于或等于预设的充电容量阈值时，判断所述清扫机器人电量已充满。

为解决上述技术问题，本发明提供另一种太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，包括如下步骤：步骤S601)在至少一太阳能面板上嵌入至少一充电面板；或者，在至少一太阳能面板边缘处设置至少一充电面板；所述充电面板上表面与所述太阳能面板上表面位于同一平面上；步骤S602)在至少一充电面板内部或外部设置至少一无线电力发射装置，所述无线电力发射装置包括一发射线圈，所述发射线圈连接至一电源；将所述发射线圈设置于任一充电面板内，或者，设置于任一充电面板上表面或下表面；步骤S603)在所述清扫机器人内设置一无线电力接收装置，所述无线电力接收装置包括一接收线圈；将所述接收线圈设置在所述清扫机器人内部底层或所述清扫机器人底部下表面；步骤S604)将所述清扫机器人放置在所述太阳能面板上正常作业；在所述清扫机器人行进过程中，当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时，所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合；步骤S605)所述发射线圈将无线电能传输至所述接收线圈，持续为所述清扫机器人充电；步骤S606)判断所述清扫机器人电量是否充满；若电量已充满，停止充电；返回步骤S604)。

其中，所述步骤S604)具体包括如下步骤：步骤S6041)所述清扫机器人在所述太阳能面板上正常作业；步骤S6042)所述清扫机器人实时检测所述接收线圈是否产生电流；若是，执行步骤S6043)；步骤S6043)判断所述清扫机器人是否需要充电；若是，执行步骤S6044)；步骤S6044)根据所述接收线圈中电流的大小判断所述接收线圈与所述发射线圈的相对位置和相对距离；步骤S6045)所述清扫机器人调整其位置，使得所述接收线圈位于所述发射线圈正上方。

其中，所述步骤S6043)具体包括如下步骤：步骤S6041)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；步骤S6042)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的电量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值时，判断所述清扫机器人需要充电。

其中，所述步骤S606)具体包括如下步骤：步骤S6061)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；步骤S6062)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的充电容量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值大于或等于预设的充电容量阈值时，判断所述清扫机器人电量已充满。

本发明优点在于，在太阳能面板上表面、内部或者附近设置多个无线充电发射装置，在清扫机器人内部或下表面设置多个无线充电接收装置。在清扫机器人在太阳能面板上作业过程中，当清扫机器人行驶至无线充电发射装置上方时，利用电磁感应耦合方式或磁共振耦合方式对清扫机器人进行无线充电；在整个充电过程可以实现自动控制，无需人工将清扫机器人从太阳能面板上取下，使得清扫机器人可以在太阳能面板上自动运行、自动充电、自动断电，可以实现自动持续作业，有效降低管理及维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例1中清扫机器人的整体外观示意图；

图2为本发明实施例1中清扫机器人内部的结构示意图；

图3为本发明实施例1中清扫机器人的分解结构示意图；

图4为本发明实施例1中一种清扫装置的结构示意图；

图5为本发明实施例1的另一种清扫装置的结构示意图；

图6为本发明实施例1中动力系统整体结构示意图；

图7为本发明实施例1中动力系统去除履带外壳后的结构示意图；

图8为本发明实施例1中控制系统的结构框图；

图9为本发明实施例1中在机器人上建立三维坐标系的示意图；

图10为本发明实施例2中无线充电系统的结构示意图；

图11为本发明实施例2中发射线圈设置于太阳能面板下表面的状态示意图；

图12为本发明实施例2中接收线圈与发射线圈耦合时的一种工作状态示意图；

图13为本发明实施例2中发射线圈设置于两个太阳能面板连接处的缝隙下方的状态示意图；

图14为本发明实施例2中接收线圈与发射线圈耦合时的另一种工作状态示意图；

图15为本发明实施例2中无线电力发射装置的一种结构示意图；

图16为本发明实施例2中无线电力发射装置的另一种结构示意图；

图17为本发明实施例2中无线通信系统的结构示意图；

图18为本发明实施例3中充电面板嵌入至太阳能面板上的状态示意图；

图19为本发明实施例3中充电面板安装在太阳能面板边缘处的状态示意图。

图中部件编号如下：

100太阳能面板清扫机器人/清扫机器人/机器人，200太阳能面板，300斜坡平面，400服务器，500充电面板；

1车体，2清扫装置，3动力系统，4控制系统，5电力系统，6无线充电系统；11车身；

21清扫电机，22滚刷，23传动机构，24杂物挡板，25液体分发容器，26喷头，27分叉管道，28抽水泵；

31左前轮，32右前轮，33左后轮，34右后轮，35、左驱动电机，36右驱动电机，37 履带，38轮毂轮齿，39履带张紧装置；

41数据采集单元，42处理器，43存储单元，44报警单元，45无线通信单元；51电池盒；

61无线电力发射装置，62无线电力接收装置，63无线通信系统；

201太阳能面板连接处的缝隙；

211清扫电机转轴，221滚刷从动轴，231主动齿轮，232从动齿轮，233双联齿轮；

311左前轮毂，312左前轮轴，321右前轮毂，322右前轮轴，331左后轮毂，341右后轮毂；

411加速度传感器，412磁传感器，413距离传感器，414计数器，415影像传感器；

611发射线圈，612直流电源，613逆变电路，614发射端控制器；

621接收线圈，622可充电电池，623整流电路，624DC-DC转换电路，625接收端控制器，626电池信息采集器，627无线充电开关，628电池管理器；

631发射端信号载入单元，632发射端信号导出单元，633接收端信号载入单元，634接收端信号导出单元；

2331大齿圈，2332小齿圈；

6121太阳能发电模组，6122DC-DC稳压电路，6123交流电源，6124AC-DC适配器。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的三个优选实施例，证明本发明可以实施，所述实施例可以向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一部件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是附图中的方向，只是用来解释和说明本发明，而不是用来限定本发明的保护范围。

当某些部件被描述为“在”另一部件“上”时，所述部件可以直接置于所述另一部件上；也可以存在一中间部件，所述部件置于所述中间部件上，且所述中间部件置于另一部件上。当一个部件被描述为“安装至”或“连接至”另一部件时，二者可以理解为直接“安装”或“连接”，或者一个部件通过一中间部件间接“安装至”、或“连接至”另一个部件。

实施例1

如图1～图3所示，本实施例提供一种太阳能面板清扫机器人100(以下简称清扫机器人或机器人)，包括一车体1，车体1可以在至少一太阳能面板200上行驶；车体1内部或外部设有一清扫装置2、一动力系统3、一控制系统4以及一电力系统5。

清扫装置2用以在车体行进过程中清扫太阳能面板200；动力系统3用以调整车体1在太阳能面板200上的行进方向和行驶速度，控制车体1行驶、停止或转向；控制系统4分别连接至动力系统3及清扫装置2，用以向动力系统3及清扫装置2发出各种控制信号。电力系统5分别连接至动力系统3、清扫装置2、控制系统4，用以为动力系统3、清扫装置2、控制系统4提供电力。

本实施例太阳能面板清扫机器人100在太阳能面板上正常工作中，当电力系统5启动时，控制系统4发出至少一行进控制指令和至少一清扫控制指令，动力系统3根据该行进控制指令，控制车体1沿着一事先规划的路径行驶；同时，清扫装置2根据该清扫控制指令启动清扫装置2，开始清扫太阳能面板200。在车体1行驶过程中，控制系统4对动力系统3发出多个行进控制指令，如校偏指令、转弯指令、调头指令，等等，从而命令车体1在直线行进路线发生偏转的情况下回到原路线上，也即进行校偏处理；或者在一定条件下或一定位置转弯或者进行U字回转(调头)，使得车体1可以根据事先规划的优化路径行驶。具体的导航方法、校偏方法、控制车体转弯或进行U字回转(调头)方法，在下文中有详细描述。在整个行驶过程中，无论车体1是何种行进方式，如直行、偏转、校偏、转弯或回转，清扫装置2始终保持工作状态。当控制系统4基于某些工作参数(如事先规划的路径全部走完或者电力系统5电量不足)发出停止行进的行进控制指令时，车体1停止行驶；同时控制系统4发出一清扫控制指令，关闭清扫装置2，停止清扫。

如图4所示，本实施例所述的清扫装置2，包括一清扫电机21、一滚刷22及一传动机构23。

如图4、图5所示，本实施例中，清扫电机21包括一清扫电机转轴211；所述滚刷中心设有一滚刷从动轴221；传动机构23同时连接至清扫电机转轴211及滚刷从动轴221，清扫电机转轴211通过传动机构23带动滚刷从动轴221转动。滚刷22设置于车体1前端的下方，滚刷22下端直接与太阳能面板200相接触，用以清扫太阳能面板200。

传动机构23为两个以上彼此啮合的大小齿轮组成的齿轮组，用以将清扫电机转轴211的动力传送至滚刷从动轴221，同时使清扫电机21的输出转速减慢，进而以较慢的转速带动滚刷22转动。本实施例中，传动机构23包括一主动齿轮231、一从动齿轮232以及一双联齿轮233。主动齿轮231设置于清扫电机转轴211上，清扫电机转轴211垂直于主动齿轮231的轮面；从动齿轮232设置于滚刷从动轴221上，滚刷从动轴221垂直于从动齿轮232的轮面；滚刷从动轴221平行于清扫电机转轴211。双联齿轮233包括一体化制成的一大齿圈2331及一小齿圈2332，大齿圈2331与主动齿轮231啮合，小齿圈2332与从动齿轮232啮合。当清扫电机21启动时，清扫电机转轴211高速转动，经由双联齿轮233的减速处理后，滚刷从动轴221以较慢速度带动滚刷22转动，从而使得滚刷22可以清扫太阳能面板200。其中，清扫电机转轴211与滚刷从动轴221的转速比，取决于大齿圈2331与小齿圈2332的半径比。

滚刷22为螺旋式滚刷，螺旋式滚刷包括至少一螺旋叶片222，螺旋叶片222可以分成多个片状叶瓣223，叶瓣223之间等距设置，可以使得滚刷22与太阳能面板200全面接触，使得车体1行驶过的面板部分都可以被清扫到。本实施例的车体1在行进中，滚刷22持续清扫太阳能面板200上的灰尘等附着物。

如图5所示，清扫装置2还包括一杂物挡板24，固定安装至滚刷22的侧面，滚刷22中心的滚刷从动轴221与杂物挡板24平行。如图2所示，清扫装置2(清扫装置)设置于清扫机器人100的前端(即车体前部)，清扫机器人100后端(即车体后部)包括一车身11，杂物挡板24设置于清扫装置2与车身11之间。在清扫过程中，杂物挡板24能有效将灰尘、琐屑、污水等杂物集中在一起，便于将其从面上清除，同时可以阻止杂物进入清扫装置2或动力系统3内，以防造成车体1内各个部件的损毁。

如图5所示，清扫装置2还包括一液体分发容器25、至少一喷头26以及一分叉管道27。

如图5所示，液体分发容器25(可简称为容器25)为可拆卸的密封容器，用以存储有水或清洁剂溶液，其底部设有一排液口251；喷头26设置于滚刷22上方或侧方；每一喷头包括一喷嘴，喷嘴正对滚刷22方向；分叉管道27包括彼此连通的一主管及至少一支管(图未示)；主管271连通至排液口；每一支管连通至一喷头。本实施例中，优选两个喷头，分别设置于滚刷22两端，其喷嘴正对滚刷22；分叉管道27优选一分二式分叉管道，包括一根主管及二根支管，将液体分发容器25中的水或清洁剂溶液传送至两个喷头26。

如图5所示，清扫装置2还包括一抽水泵28，连接至控制系统4，从控制系统4获取至少一抽水泵控制信号；抽水泵28设置于主管27上，作为控制液体分发容器25排放液体的开关，根据所述抽水泵控制信号调整液体排放速度。

本实施例中，在滚刷22清扫太阳能面板过程中，控制系统4根据需要发出至少一抽水泵控制信号给抽水泵28，启动抽水泵28并调节抽水速度，使得液体分发容器25内的水或清洁剂溶液经由分叉管道27流出至喷头26，形成小液滴，呈发射状向滚刷22喷洒，使得喷洒后的液体尽量均匀落在滚刷22上，转动的滚刷22带动水或清洁剂落在太阳能面板上，同时利用滚刷22对面板进行清理，可以有效增强去污效果。当液体分发容器25内的液体余量不足或电力系统的电力不足时，或者当清扫工作量完成后，控制系统4发出一停止抽水控制信号给抽水泵28，以关闭抽水泵28。

本实施例中，清扫装置2的技术效果在于，可以在清扫机器人100行进中完成太阳能面板200的清扫工作，如有必要还可以在待处理的面板上喷洒水或清洁剂，可以更好地清除顽固性污渍。清扫装置2的清扫速度快、效果好，无需人工监控或辅助，可以有效降低人力成本。

如图6、图7所示，在本实施例中，动力系统3设置于在车体1底部，用以带动车体1行进，包括一左前轮31、一右前轮32、一左后轮33、一右后轮34、一左驱动电机35、一右驱动电机36及两个履带37。

左前轮31安装在所述车体底面前部的左侧，包括一左前轮毂311及一左前轮轴312，左前轮轴312设置于左前轮毂311中心处；右前轮32安装在所述车体底面前部的右侧，包括一右前轮毂321及一右前轮轴322，右前轮轴322设置于右前轮毂321中心处；左后轮33安装在所述车体底面后部的左侧，包括一左后轮毂331及一左后轮轴332(图未示)，左后轮毂331与左前轮毂311设于同一直线上，所述左后轮轴设置于左后轮毂331中心处；右后轮34安装在所述车体底面后部的右侧，包括一右后轮毂341及一右后轮轴(图未示)，右后轮毂341与右前轮毂321设于同一直线上；所述右后轮轴设置于右后轮毂341中心处。所述右后轮轴直接连接或通过一传动装置(图未示)连接至所述左后轮轴。左驱动电机35、右驱动电机36通过一固定装置固定连接至车体1上，通过至少一导线连接至电力系统5，通过至少一信号线连接至控制系统4。左驱动电机35直接连接或通过一传动装置(图未示)连接至左前轮轴312，右驱动电机36直接连接或通过一传动装置(图未示)连接至右前轮轴322。两个履带37皆为一柔性链环，其中一履带37包覆在左前轮毂311、左后轮毂331的环形侧壁外部；另一履带37包覆在右前轮毂321、右后轮毂341的环形侧壁外部。每一履带37外部设有一个履带外壳371，用以保护履带及轮毂，防止有杂物进入履带或轮毂中，影响车体1正常行进。

本实施例中，控制系统4根据事先规划的优化路径向左驱动电机35、右驱动电机36发出至少一行进控制信号，使得左驱动电机35、右驱动电机36同步调整左前轮31、右前轮32的转速和旋转方向，进而调整车体1的行进方向和行进速度，使车体实现直行、校偏、90度转弯、U字回转(调头)等动作。

当需要车体直线前进时，控制系统4同时向左驱动电机35、右驱动电机36发出一直线行进控制指令，控制指令中包括相同的电机转速(例如左驱动电机、右驱动电机的转速都是60转/分钟)和驱动电机转轴的转动方向(如左驱动电机顺时针转、右驱动电机逆时针转)，这样就会带动左前轮31、右前轮32同步向前转动，左后轮33、右后轮34为从动轮，在履带37的带动下也与左前轮31、右前轮32同步向前转动，使得整个车体1前进。

当需要车体1向右偏转时，控制系统4同时向左驱动电机35、右驱动电机36发出一校偏行进控制指令，左驱动电机35收到的控制指令中的电机转速比右驱动电机36收到的控制指令中的电机转速偏大，转速的差值取决于需要调整的偏差角度，偏差角度越小，转速差值也就越小。类似地，当需要车体1向左偏转时，左驱动电机35收到的控制指令中的电机转速比右驱动电机36收到的控制指令中的电机转速偏小。当车体1回到原来预设的行进方向后，控制系统4重新再发出直线行进控制指令，左驱动电机35、右驱动电机36的转速再次变为相同，使得车体1继续直线行进。

当需要车体做90度转弯时，控制系统4根据预设转弯半径的大小计算出左驱动电机35、右驱动电机36的转速和转动方向，如果转弯半径较大，其驱动电机的转动方向可以相反(一个顺时针、一个逆时针)，左前轮31、右前轮32同步向前转动，或者设置成一个轮停止转动，从而实现行进中转弯的效果；如果转弯半径较小或者原地转弯，左驱动电机35、右驱动电机36的转动方向可以设计为相同，同为顺时针或同为逆时针，这样左前轮31、右前轮32就会一个向前转动、一个向后转动，车体1的一侧前进，另一侧后退，从而形成小半径转弯或原地转弯的效果。

当需要车体进行U字回转(也称为调头)时，需要车体在180度转弯后行驶至与原车道相邻的车道上；此时有一次性回转或者分阶段回转的技术方案。控制系统4根据预设转弯半径的大小计算出左驱动电机35、右驱动电机36的转速和转动方向。在一次性回转的方案中，转弯半径等同于车体宽度的一半，转弯内侧的前轮停止转动或极慢速度向前转动(若向左进行U字回转，则左前轮停止转动；若向右进行U字回转，则右前轮停止转动)，转弯外侧的前轮快速向前转动，实现向左或向右的U字回转。分阶段回转的方案中，可以根据具体情况计算处不同的方案，本实施例中优选如下方案：先控制车体1先在原地向左或向右做90度转弯，然后再控制车体向前行驶一个车身宽度的距离，最后再控制车体在原地向左或向右做90度转弯，既可以实现向左或向右的U字回转，而且U字回转后刚好行驶在与前一车道相邻的车道上，从而使得本实施例的机器人行驶过的空间可以实现不重复、无死角的效果。

动力系统3还包括至少一轮毂轮齿38，均匀设置在左前轮毂311、左后轮毂331、右前轮毂321、右后轮毂341的环形侧壁外部表面；以及至少一履带内齿372，均匀设置在履带37的内侧壁表面，履带内齿372与轮毂轮齿38啮合，确保在两个前轮31、32转动时，履带37可以与两个轮毂相配合，得以正常使用。

本实施例中，动力系统3的技术效果在于，采用履带及防滑块结构使得清扫机器人的车体可以在太阳能面板上自由行动而不会滑落；左右前轮用双电机分别驱动，可以对车体的行进状况实现精确控制，使车体可以根据需要更灵活地调整行进方向和实现原地转弯，可以尽量增大行驶路径的覆盖范围。

如图8所示，本实施例中，控制系统4包括一数据采集单元41、一处理器42及至少一存储单元43。数据采集单元41包括多种传感器，用以采集车体1行进过程中的至少一工作参数；处理器42连接至数据采集单元41，根据所述工作参数向动力系统3发出至少一行进控制指令，根据所述工作参数向清扫装置2发出至少一清扫控制指令。存储单元43连接至处理器42，用以存储车体1行进过中的工作参数及预先计算或设置的其他参数。所述工作参数包括车体1的实时加速度数据、实时行进方向数据、液体分发容器实时液位数据、每一距离传感器与太阳能面板之间的距离、车体前方的影像等参数。预先计算或设置的其他参数包括工作人员预设的各种工作数据，如预先计算和规划好的清扫机器人行驶路径(优化路径)，液体分发容器25内的液位数据报警阈值(达到此阈值时，报警单元报警)、液位数据停工阈值(达到此阈值时，抽水泵28停止运行)，等等。

工作人员预先将规划好的优化路径录入至控制系统4，为清扫机器人车体提供路径导航，控制系统4根据所述优化路径进行运算和规划，并将何时启动、何时停止、何时直线行驶、何时向左或向右90度转弯、何时向左或向右90度进行U字回转等控制信息，以各种控制指令的方式发送给动力系统，以控制车体在行进中的动作。

在本实施例中，数据采集单元41还可以包括至少一距离传感器413，包括但不限于超声波传感器及光脉冲传感器。距离传感器413设置于机器人100(车体1)外部边缘处，具体地说，可以设置在车体1(车身11)的四个角上，如图2所示，当机器人100在一矩形斜坡上行驶时，距离传感器413前端朝向矩形斜坡方向。距离传感器413连接至处理器42；用以实时采集距离传感器413与矩形斜坡的距离数据；处理器42根据距离传感器413与所述矩形斜坡的距离数据，判断车体1是否位于所述矩形斜坡的边缘处或角落处。

在本实施例中，距离传感器413数目为四个，分别设置于机器人(车体)的四个角落处；当只有两个距离传感器413能采集到所述距离数据时，处理器42判定机器人(车体)位于矩形斜坡300的边缘处，向动力系统3发出至少一转向指令(U字回转)；当只有一个距离传感器采集到所述距离数据时，所述处理器判定机器人(车体)位于矩形斜坡300的某一角落处，向动力系统3发出至少一转向指令(90度转弯或U字回转)。四个距离传感器413也可以分别设置于车体1每一侧边的中部，处理器发现某一侧边上的距离传感器413无法采集到距离数据时，就可以判断这一侧边位于矩形斜坡的边缘处；如果有两个相邻的侧边皆位于矩形斜坡边缘处，就可以判断车体1位于太阳能面板200的某一角落处。距离传感器413数目也可以为八个，分别设置于车体1的四个角落处或车体1四个方向侧边的中部。

控制系统4还可以包括一计数器414，用以计算车体1在斜坡平面行驶中经过的角落，在机器人的一次工作中，每当处理器42判断出车体到达某一角落时，就在计数器上加一。处理器42通过计数器414反馈的技术结果可以清楚地知道车体1到达的角落的顺序(第几个角落)。

工作人员预先将规划好的优化路径录入至控制系统4的存储器，所述处理器并根据所述导航路径和机器人(车体)的实时位置向动力系统3发送控制指令，包括启动、停止、直行、向左或向右90度转弯、向左或向右U字回转(转到相邻车道上的180度转弯)，以控制车体在行进中按照导航路径行驶。

数据采集单元41还包括一液位传感器259，连接至处理器42，用于实时采集液体分发容器25中的液位数据，在清扫装置工作中，控制系统4可以根据液体分发容器25内的实时液位数据向抽水泵28发送至少一抽水泵28控制信号以启动或停止抽水泵28的运行，或者控制液体排放速度。例如，当液体分发容器25内的实时液位数据降低到一预设阈值时，控制系统4可以发出一抽水泵28减速指令，控制抽水泵28减慢抽水速度；当液体分发容器25内的实时液位数据降低到最低点时，或者，当控制系统4发出一车体停止指令时，控制系统4可以发出一抽水泵28停止指令，控制抽水泵28停止运行。

控制系统4还包括至少一报警单元44，连接至处理器42，报警单元44可以为设置在车体外部的一红灯或蜂鸣器。当某一工作参数超过设定阈值时，所述报警单元发出报警信号，例如，当液体分发容器25中的液位数据低于某一预设阈值时，或者当电力系统5电力不足时，或者当所述清扫机器人发出故障时，报警单元44都可以发出报警信号以提醒用户。

数据采集单元41包括至少一影像传感器415或摄像头，连接至处理器42，设置于车体1前端(如图2、图3所示)，用以采集车体1行进过程中车体1前方的影像，这些影像可以存储至所述存储单元以便于工作人员查看机器人的工作状态。

本实施例中，控制系统4的技术效果在于，提供多种清洁机器人在太阳能面板上行进的优化路径以及机器人在斜坡平面直线行进的控制方法，确保机器人可以不重复地走过太阳能面板的全部空间，覆盖面积大，不会从太阳能面板边缘处落下，既可以保证了清洁效果，又可以保证工作效率。

太阳能面板清扫机器人100还可以包括至少一无线通信单元45，无线连接至一服务器400，用于在太阳能面板清扫机器人100与服务器400之间建立通信。车体1前方的影像可以实时发送至服务器400，以便于工作人员实现清扫机器人在工作进程中的有效查看，有效解决现有技术中太阳能面板位于高处时，清扫机器人在面板上工作状态监控困难的技术问题。

在本实施例中，如图3所示，电力系统5为一个或一组设置在电池盒51内的一次性电池或可充电电池(图未示)，需要工作人员定期将所述清扫机器人从太阳能面板上取下，对其进行更换电池处理或充电处理，使其可以继续工作。

实施例1提供一种太阳能面板清扫机器人，可以在太阳能面板上自由运行，有效去除面板上的灰尘及其他附着物，去污效果良好；本发明的清扫机器人在太阳能面板上运行过程中，按照设定的优化路径行驶，可以不重复地覆盖面板的全部空间，工作效率高；本发明的清扫机器人可以根据程序自动转弯或调头，实现自动控制，操作方便。

实施例2

实施例2与实施例1大部分技术方案相同，其区别技术特征在于，实施例2还包括一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统(可简称无线充电系统)，如图10～图12所示，无线充电系统6包括设置在清扫机器人外部的至少一无线电力发射装置61，及设置在清扫机器人内部或外表面的一无线电力接收装置62。

每一无线电力发射装置61包括一发射线圈611，发射线圈611直接地或间接地连接至一电源；无线电力接收装置62包括一接收线圈621，接收线圈621直接地或间接地连接至一可充电电池622；当接收线圈612位于发射线圈611上方时，接收线圈612与发射线圈611实现电磁感应耦合或磁共振耦合，发射线圈611将无线电能传输至接收线圈612。

从具体的技术原理及解决方案来说，目前无线充电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式，分别适用于近程、中短程与远程电力传送；本发明中采用的是电磁感应式和磁共振式，优选电磁感应式。在无线充电领域，目前最成熟、最普遍的是电磁感应式，其根本原理是利用电磁感应原理，类似于变压器，在发射端和接收端各有一个线圈，初级线圈上通一定频率的交流电，由于电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从发射端转移到接收端。

本实施例中，为了保证太阳能面板的能量转化效率，无线电力发射装置61可以安装在太阳能面板200附近，但是不能影响面板的正常工作。如图11所示，发射线圈611可以设置于任一太阳能面板200的下表面，如图12所示，接收线圈612可以设置于清扫机器人100底部的下表面，接收线圈612安置于车体1的外部，在车体的最下方，使得接收线圈612与发射线圈611距离尽量拉近。鉴于太阳能面板200的厚度比较薄，一般只有几厘米，因此，本实施例中，接收线圈612也可以设置于清扫机器人100内部底层。

如图13所示，发射线圈611还可以设置于任意两块相邻太阳能面板200连接处的缝隙201下方，如果缝隙201比较大，发射线圈611可以设置于缝隙201内。如图14所示，接收线圈612在行驶至发射线圈611上方时停留，接收线圈612与发射线圈611耦合。

在发射线圈611上持续通有一定频率的交流电，当机器人行驶至发射线圈611上方时，发射端与接收端建立通信，由于电磁感应耦合的效果，在接收线圈612中也会产生一定频率的交流电流，从而将能量从无线电力发射装置61转移到无线电力接收装置62。机器人行驶至发射线圈611上方建立通信，接收线圈612可以在发射线圈611正上方，也可以在发射线圈611正上方附近，只要建立通信就可以实现无线充电，当接收线圈612位于发射线圈611正上方时，耦合效果最好，充电效率最高、充电速度最快。

电磁感应式无线充电技术的不足之处在于，电能传输的有效距离比较近，只能在数毫米至数厘米之间可以稳定高效地传输能量，因此在本实施例中，需要使得接收线圈612与发射线圈611之间的距离尽可能最近。当接收线圈612位于发射线圈611上方、接收线圈612 与发射线圈611实现电磁感应耦合时，发射线圈611与接收线圈612的距离为1mm～40mm，优选2mm、5mm、10mm、15mm及20mm，以确保可以稳定高效地实现充电功能，便于安装和维护。发射线圈611与接收线圈612的距离是指，当发射线圈611与接收线圈612平行时，发射线圈611所在平面与接收线圈612所在平面的距离。在本实施例中，发射线圈611与接收线圈612之间存在的介质皆为非金属材质，二者之间的介质包括太阳能面板、机器人外壳、空气等，太阳能面板材质为标准硅材料、机器人外壳材质为硬质塑料(如高分子树脂材料)。太阳能面板内部、任意两块相邻太阳能面板连接处(如边框等)也不能有金属材料，当接收线圈612与发射线圈611实现电磁感应耦合时，一旦电磁场内存在金属，就会导致部件发热损毁，因此接收线圈612、发射线圈611附近不能存在金属。

如图10所示，无线电力发射装置61可以包括一直流电源612、一逆变电路613以及一发射端控制器614。直流电源612用于提供直流电流；逆变电路613输入端连接直流电源612，其输出端连接至发射线圈611；发射端控制器614连接至逆变电路613，用于控制逆变电路613的输出功率；逆变电路613用于将所述直流电流转换为可变频率和占空比的交流电流，并将所述交流电流输出给发射线圈611。

如图15所示，直流电源612可以为至少一太阳能发电模组6121，本实施例是直接应用于太阳能面板200的，因此太阳能发电后可以直接作为本实施例的直流电源，由于太阳能发电模组6121输出的直流电压不稳定，因此无线电力发射装置61还需要设置一DC-DC稳压电路6122，其输入端连接至太阳能发电模组6121，其输出端连接至逆变电路613的输入端；其中，DC-DC稳压电路6122用以对所述直流电流进行稳压处理，使得逆变电路613获得稳定的直流电流源。

如图16所示，直流电源612还可以包括一交流电源6123以及一AC-DC适配器6124；交流电源6123一般为市电，用以提供交流电流；AC-DC适配器6124的输入端连接至交流电源6123，其输出端连接至逆变电路613的输入端；AC-DC适配器6124用于将所述交流电流转换为稳定的直流电流。

如图10所示，无线电力接收装置62还包括一整流电路623、一DC-DC转换电路624以及一接收端控制器625。整流电路623的输入端连接至接收线圈612，用于将接收线圈612输出的交流电流转换成直流电流；DC-DC转换电路624的输入端连接至整流电路623的输出端，其输出端连接至可充电电池622；接收端控制器625连接至DC-DC转换电路624；接收端控制器625内存储有可充电电池622的至少一充电曲线，根据充电曲线计算可充电电池622的最佳充电电压；其中，DC-DC转换电路624将整流电路623输出的直流电流的电压转换成可充电电池的最佳充电电压，并为可充电电池充电。

如图10所示，无线电力接收装置62还包括一电池信息采集器626，一无线充电开关627以及一电池管理器628。

电池信息采集器626连接至可充电电池622，用于采集可充电电池622的剩余容量SOC值；无线充电开关627的一端连接至DC-DC转换电路624，其另一端连接至可充电电池622或整流电路623；电池管理器628的一端连接至电池信息采集器626，以实时获取可充电电池622的剩余容量SOC值；其另一端连接至无线充电开关627，以控制无线充电开关627闭合或断开；其中，当可充电电池622的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值时，电池管理器628控制无线充电开关627闭合；当可充电电池622的剩余容量SOC值大于或等于一充电容量阈值(如90％或100％)时，电池管理器628控制无线充电开关627断开。电池管理器628时刻监控无线充电电池的电量，需要充电时，无线充电开关627闭合，当充电完成后，无线充电开关627断开。清扫机器人100的控制系统4连接至电池管理器628，当充电完成后，控制系统4可以向清扫装置2和动力系统3发出至少一控制指令，启动清扫装置2和动力系统3，清扫机器人100安装预先设定的路径继续运行。

太阳能面板清扫机器人在无线充电过程中，需要解决无线电力发射装置61与无线电力接收装置62实现数据通信的技术问题。

如图17所示，无线电力发射装置61与无线电力接收装置62组成一无线通信系统63，其中，无线电力发射装置61包括一发射端信号载入单元631，连接至发射线圈611；及一发射端信号导出单元632，连接至发射线圈611；无线电力接收装置62包括一接收端信号载入单元633，连接至接收线圈612；及一接收端信号导出单元634，连接至接收线圈612。

当接收线圈612与发射线圈611实现电磁感应耦合时，无线电力发射装置61与无线电力接收装置62实现载波通信；发射端信号载入单元631将要发射的信息以一载波频率K1调制后加载至发射线圈611的发射电流中，接收端信号导出单元634以调制频率K1将接收线圈612的接收电流中的信息解调后滤波导出；接收端信号载入单元633将要发射的信息以一载波频率K2调制后加载至接收线圈612的接收电流中，发射端信号导出单元632以调制频率K2将发射线圈611的发射电流中的信息解调后滤波导出。

当接收线圈612与发射线圈611实现磁共振耦合时，无线电力发射装置61与无线电力接收装置62实现载波通信；发射端信号载入单元631将要发射的信息以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的发射线圈611的发射电流中，接收端信号导出单元634从接收线圈612的接收电流中以磁共振频率K3为载波将所述信息解调并滤波导出；接收端信号载入单元633将要发射的信息以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的接收电流中，发射端信号导出单元632以磁共振频率K3为载波将所述信息解调并滤波导出。

太阳能面板清扫机器人在无线充电过程中，为了提高电能利用率、延长电池使用寿命及保障电池安全，需要解决根据可充电电池622的实时电量对充电功率进行实时调整的技术问题。为此，本实施例中，发射端控制器连接至发射端信号载入单元631、发射端信号导出单元632；接收端控制器625连接至接收端信号载入单元633、接收端信号导出单元634；接收端控制器625内存储有可充电电池622的至少一充电曲线，根据所述充电曲线实时获取可充电电池622的最佳充电电压，根据所述最佳充电电压计算最佳充电功率，发出至少一充电功率调整指令；当接收线圈612与发射线圈611实现电磁感应耦合时，接收端信号载入单元633将所述充电功率调整指令以一载波频率K2调制后加载至所述接收电流中，发射端信号导出单元632以调制频率K2将所述发射电流中的所述充电功率调整指令解调后滤波导出至所述发射端控制器614；或者，当接收线圈612与发射线圈611实现磁共振耦合时，接收端信号载入单元633将所述充电功率调整指令以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的接收电流中，发射端信号导出单元632以磁共振频率K3为载波将所述充电功率调整指令解调并滤波导出至所述发射端控制器614；所述发射端控制器614连接至所述逆变电路，根据所述充电功率调整指令调节发射线圈611的发射功率。

太阳能面板清扫机器人在无线充电过程中，为了提高电能利用率、提高无线充电效率，需要解决如何使发射线圈611和接收线圈612可以达到最佳耦合效果的技术问题。

在本实施例中，接收端控制器625实时检测接收线圈612中是否收到信号；若收到信号，发射线圈611和接收线圈612可以实现耦合，可以实现无线充电的效果，但此时可能并非最佳耦合状态。接收端控制器625若收到信号，检测接收线圈612中信号强度，并根据信号强度判断接收线圈612与发射线圈611的相对位置；控制系统4根据接收线圈612与发射线圈611的相对位置，发出至少一位置调整指令，控制清扫机器人调整其位置，使得接收线圈612位于发射线圈611正上方，发射线圈611、接收线圈612在太阳能面板200的垂直投影完全重合，使发射线圈611和接收线圈612可以达到最佳耦合效果。

本实施例中，还提供一种太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，以解决现有的太阳能面板清扫机器人存在的充电操作复杂、维护成本较高等技术问题。

本实施例所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，包括如下步骤：步骤S501)在至少一太阳能面板内部或其下方设置至少一无线电力发射装置，无线电力发射装置包括一发射线圈；将发射线圈设置于任一太阳能面板的下表面，或者，设置于任意两块相邻太阳能面板连接处的缝隙下方或缝隙内部；步骤S502)在所述清扫机器人内部或外表面设置一无线电力接收装置，无线电力接收装置包括一接收线圈；将接收线圈设置在所述清扫机器人内部底层或所述清扫机器人底部下表面；步骤S503)将所述清扫机器人放置在太阳能面板上正常作业；在所述清扫机器人行进过程中，当接收线圈位于发射线圈上方时，接收线圈与发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合；步骤S504)发射线圈将无线电能传输至接收线圈，持续为所述清扫机器人充电；步骤S505)电池管理器判断所述清扫机器人电量是否充满；若电量已充满，停止充电；返回步骤S503)，清扫机器人继续在太阳能面板上正常作业。

其中，所述步骤S503)具体包括如下步骤：步骤S5031)所述清扫机器人在太阳能面板上正常作业；步骤S5032)所述清扫机器人实时检测接收线圈是否产生电流；若是，执行步骤S5033)；步骤S5033)判断所述清扫机器人是否需要充电；若是，执行步骤S5034)；步骤S5034)根据接收线圈中电流的大小判断接收线圈与发射线圈的相对位置和相对距离；步骤S5035)所述清扫机器人调整其位置，使得接收线圈位于发射线圈正上方。清扫机器人在太阳能面板上正常作业过程中，实时检测接收线圈是否产生电流，也就是时刻检测清扫机器人(接收线圈)附近是否存在与接收线圈耦合的发射线圈。当发现附近存在与接收线圈耦合的发射线圈之后，根据清扫机器人内可充电电池的残余电量，判断是否需要充电，如果需要充电，控制系统控制清扫机器人停止运行，开始为清扫机器人内可充电电池进行无线充电。

其中，所述步骤S5033)具体包括如下步骤：步骤S50331)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；步骤S50332)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的电量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值(如10％或15％或25％，等等)时，判断所述清扫机器人需要充电。预设电量阈值是根据太阳能面板附近发射线圈的分布情况来确定的，预设电量阈值要大于或等于清扫机器人到达下一个发射线圈消耗的电量。如果发射线圈是平均分布的，预设电量阈值要大于或等于清扫机器人在任意两个相邻发射线圈之间单程运行时消耗的电量。

其中，所述步骤S505)具体包括如下步骤：步骤S5051)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；步骤S5052)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的充电容量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值大于或等于预设的充电容量阈值(如95％或100％)时，判断所述清扫机器人电量已充满，停止充电。清扫机器人的控制系统启动动力系统和清扫装置，控制所述清扫机器人继续工作。

本实施例优点在于，在太阳能面板上表面、内部或者附近设置多个无线充电发射装置，在清扫机器人内部或下表面设置多个无线充电接收装置。在清扫机器人在太阳能面板上作业过程中，当清扫机器人行驶至无线充电发射装置上方时，利用电磁感应耦合方式或磁共振耦合方式对清扫机器人进行无线充电；整个充电过程可以实现自动控制，无需人工将清扫机器人从太阳能面板上取下，使得清扫机器人可以在太阳能面板上自动运行、自动充电、自动断电，可以实现自动持续作业，有效降低管理及维护成本。

实施例3

有些太阳能面板内部或边缘处可能会设置有金属材料，这样，如果使用实施例2的技术方案，将发射线圈611设置于任一太阳能面板200的下表面或者设置于任意两块相邻太阳能面板200连接处的缝隙201下方或缝隙201内，在两个线圈实现电磁感应耦合时，就会导致部件发热损毁，此时，实施例2的技术方案不合适，需要有一个新的技术方案，使得无线充电系统可以工作。

为了解决上述问题，如图18、图19所示，实施例3提供一种太阳能面板清扫机器人无线充电系统，大部分技术方案与实施例2相同，其区别技术特征在于，还可以包括至少一充电面板500，每一充电面板500嵌入至任一太阳能面板200上或设置于任一太阳能面板200边缘处；充电面板500上表面与太阳能面板200上表面位于同一平面上，充电面板500为非金属材质制成。

如图18所示，充电面板500嵌入至任一太阳能面板200上，是指在太阳能面板加工制作时，专门留出一特定的空间，用以嵌入充电面板500，嵌入后的充电面板500上表面与太阳能面板200上表面平齐，位于同一平面上。

如图19所示，充电面板500设置于太阳能面板200边缘处，是指在太阳能面板加工制作时，在太阳能面板的几条边的边缘处安装充电面板500，该充电面板500上表面与太阳能面板200上表面平齐，位于同一平面上。

发射线圈611可以设置于任一充电面板500内，也可以设置于任一充电面板的下表面，而不是设置于任一太阳能面板的下表面或者设置于任意两块相邻太阳能面板连接处的缝隙内。

为解决上述技术问题，实施例3提供另一种太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，包括如下步骤：步骤S601)在至少一太阳能面板上嵌入至少一充电面板；和/或，在至少一太阳能面板边缘处设置至少一充电面板；所述充电面板上表面与太阳能面板上表面位于同一平面上；步骤S602)在至少一充电面板内部或外部设置至少一无线电力发射装置，所述无线电力发射装置包括一发射线圈，所述发射线圈连接至一电源；将所述发射线圈设置于任一充电面板内，或者，设置于任一充电面板上表面或下表面；步骤S603)在所述清扫机器人内部或外表面设置一无线电力接收装置，无线电力接收装置包括一接收线圈；将接收线圈612设置在所述清扫机器人内部底层或所述清扫机器人底部下表面；步骤S604)将所述清扫机器人放置在太阳能面板上正常作业；在所述清扫机器人行进过程中，当接收线圈位于发射线圈上方时，接收线圈与发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合；步骤S605)发射线圈将无线电能传输至接收线圈，持续为所述清扫机器人充电；步骤S606)判断所述清扫机器人电量是否充满；若电量已充满，停止充电；返回步骤S604)。

其中，所述步骤S604)具体包括如下步骤：步骤S6041)所述清扫机器人在太阳能面板上正常作业；步骤S6042)所述清扫机器人实时检测接收线圈是否产生电流；若是，执行步骤S6043)；步骤S6043)判断所述清扫机器人是否需要充电；若是，执行步骤S6044)；步骤S6044)根据接收线圈中电流的大小判断接收线圈与发射线圈的相对位置和相对距离；步骤S6045)所述清扫机器人调整其位置，使得接收线圈位于发射线圈正上方。清扫机器人在太阳能面板上正常作业过程中，实时检测接收线圈是否产生电流，也就是时刻检测清扫机器人(接收线圈)附近是否存在与接收线圈耦合的发射线圈。当发现附近存在与接收线圈耦合的发射线圈之后，根据清扫机器人内可充电电池的残余电量，判断是否需要充电，如果需要充电，控制系统控制清扫机器人停止运行，开始为清扫机器人内可充电电池进行无线充电。

其中，所述步骤S6043)具体包括如下步骤：步骤S60431)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；步骤S60432)将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的电量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值(如10％或15％或25％，等等)时，判断所述清扫机器人需要充电。预设电量阈值是根据太阳能面板附近发射线圈的分布情况来确定的，预设电量阈值要大于或等于清扫机器人到达下一个发射线圈消耗的电量。如果发射线圈是平均分布的，预设电量阈值要大于或等于清扫机器人在任意两个相邻发射线圈之间单程运行时消耗的电量。

其中，所述步骤S606)具体包括如下步骤：步骤S6061)实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；步骤S6062)将所述可充电电池622的剩余容量SOC值与一预设的充电容量阈值作对比；若所述可充电电池622的剩余容量SOC值大于或等于预设的充电容量阈值(如95％或100％)时，判断所述清扫机器人电量已充满，停止充电。清扫机器人的控制系统启动动力系统和清扫装置，控制所述清扫机器人继续工作。

本实施例优点在于，独立设置一充电面板，与太阳能面板位于同一平面上；即使在太阳能面板上存在金属材料，也可以使得接收线圈与发射线圈可以实现电磁感应耦合或磁共振耦合，进而实现对机器人的无线充电。整个充电过程可以实现自动控制，无需人工将清扫机器人从太阳能面板上取下，使得清扫机器人可以在太阳能面板上自动运行、自动充电、自动断电，可以实现自动持续作业，有效降低管理及维护成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

一种太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，包括：

至少一太阳能面板；

一清扫机器人，在至少一太阳能面板上行驶或停留；

一可充电电池，设置在所述清扫机器人内部，用于为所述清扫机器人提供动力；

至少一无线电力发射装置，设置在所述清扫机器人外部；每一无线电力发射装置包括一发射线圈，所述发射线圈连接至一电源；以及

一无线电力接收装置，设置在所述清扫机器人内部或外表面；所述无线电力接收装置包括一接收线圈，所述接收线圈连接至所述可充电电池；

其中，当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时，所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合，所述发射线圈将无线电能传输至所述接收线圈。
权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，所述发射线圈设置于任一太阳能面板的下表面；或者，所述发射线圈设置于任意两块相邻太阳能面板连接处的缝隙下方或缝隙内。
权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，所述接收线圈设置于所述清扫机器人内部底层；或者，所述接收线圈设置于所述清扫机器人底部下表面。
权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，所述太阳能面板清扫机器人的无线充电系统还包括至少一充电面板；

每一充电面板嵌入至任一太阳能面板上或设置于任一太阳能面板边缘处；

所述充电面板上表面与所述太阳能面板上表面位于同一平面上；

其中，所述发射线圈设置于任一充电面板内，或者，设置于任一充电面板的下表面。
权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，当所述接收线圈与所述发射线圈耦合时，所述发射线圈与所述接收线圈的距离为1mm～40mm；所述发射线圈与所述接收线圈之间的介质皆为非金属材质。
权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，所述无线电力发射装置还包括：

一直流电源，用于提供直流电流；

一逆变电路，其输入端连接至所述直流电源，其输出端连接至所述发射线圈；以及，

一发射端控制器，连接至所述逆变电路，用于控制所述逆变电路的输出功率；

其中，所述逆变电路用于将所述直流电流转换为可变频率和占空比的交流电流，并将所述交流电流输出给所述发射线圈。
权利要求6所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，所述直流电源为至少一太阳能放电模组；

所述无线电力发射装置还包括：

一DC-DC稳压电路，其输入端连接至所述直流电源，其输出端连接至所述逆变电路的输入端；其中，所述DC-DC稳压电路用以对所述直流电流进行稳压处理，使得所述逆变电路获得稳定的直流电流源。
权利要求6所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

所述直流电源包括：

一交流电源，用以提供交流电流；以及，

一AC-DC适配器，其输入端连接至所述交流电源，其输出端连接至所述逆变电路的输入端；所述AC-DC适配器用于将所述交流电流转换为直流电流。
权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，所述无线电力接收装置还包括：

一整流电路，其输入端连接至所述接收线圈，用于将所述接收线圈输出的交流电流转换成直流电流；

一DC-DC转换电路，其输入端连接至所述整流电路的输出端，其输出端连接至所述可充电电池；以及，

一接收端控制器，连接至所述DC-DC转换电路；所述接收端控制器内存储有所述可充电电池的至少一充电曲线，根据所述充电曲线计算所述可充电电池的最佳充电电压；

其中，所述DC-DC转换电路将所述整流电路输出的直流电流的电压转换成所述可充电电池的最佳充电电压，并为所述可充电电池充电。
权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

所述无线电力接收装置还包括：

一电池信息采集器，连接至所述可充电电池，用于采集所述可充电电池的剩余容量SOC值；

一无线充电开关，其一端连接至所述DC-DC转换电路，其另一端连接至所述可充电电池或所述整流电路；以及

一电池管理器，其一端连接至所述电池信息采集器，以实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；其另一端连接至所述无线充电开关，以控制所述无线充电开关闭合或断开；

其中，当所述可充电电池的剩余容量SOC值小于或等于一预设的电量阈值时，所述电池管理器控制所述无线充电开关闭合；当所述可充电电池的剩余容量SOC值大于或等于一充电容量阈值时，所述电池管理器控制所述无线充电开关断开。
权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

所述无线电力发射装置包括：

一发射端信号载入单元，连接至所述发射线圈；以及，

一发射端信号导出单元，连接至所述发射线圈。
权利要求1所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

所述无线电力接收装置包括

一接收端信号载入单元，连接至所述接收线圈；以及，

一接收端信号导出单元，连接至所述接收线圈。
权利要求12所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

当所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合时，所述无线电力发射装置与所述无线电力接收装置实现载波通信；

所述发射端信号载入单元将要发射的信息以一载波频率K1调制后加载至所述发射线圈的发射电流中，所述接收端信号导出单元以调制频率K1将所述接收线圈的接收电流中的信息解调后滤波导出；

所述接收端信号载入单元将要发射的信息以一载波频率K2调制后加载至所述接收线圈的接收电流中，所述发射端信号导出单元以调制频率K2将所述发射线圈的发射电流中的信息解调后滤波导出。
权利要求13所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

所述无线电力发射装置还包括：

一直流电源，用于提供直流电流；

一逆变电路，其输入端连接至所述直流电源，其输出端连接至所述发射线圈；以及

一发射端控制器，连接至所述发射端信号载入单元、所述发射端信号导出单元；

所述无线电力接收装置包括：

一接收端控制器，连接至所述接收端信号载入单元、所述接收端信号导出单元；

其中，所述接收端控制器内存储有所述可充电电池的至少一充电曲线，根据所述充电曲线实时获取所述可充电电池的最佳充电电压，根据所述最佳充电电压计算最佳充电功率，发出至少一充电功率调整指令；所述发射端控制器连接至所述逆变电路，根据所述充电功率调整指令调节所述发射线圈的发射功率。
权利要求14所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，当所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合时，所述接收端信号载入单元将所述充电功率调整指令以一载波频率K2调制后加载至所述接收电流中，所述发射端信号导出单元以调制频率K2将所述发射电流中的所述充电功率调整指令解调后滤波导出至所述发射端控制器。
权利要求14所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，当所述接收线圈与所述发射线圈实现磁共振耦合时，所述接收端信号载入单元将所述充电功率调整指令以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的接收电流中，所述发送端信号导出单元以磁共振频率K3为载波将所述充电功率调整指令解调并滤波导出至所述发射端控制器。
权利要求12所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

当所述接收线圈与所述发射线圈实现磁共振耦合时，所述无线电力发射装置与所述无线电力接收装置实现载波通信；

所述发射端信号载入单元将要发射的信息以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的所述发射线圈的发射电流中，所述接收端信号导出单元从所述接收线圈的接收电流中以磁共振频率K3为载波将所述信息解调并滤波导出；

所述接收端信号载入单元将要发射的信息以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的接收电流中，所述发送端信号导出单元以磁共振频率K3为载波将所述信息解调并滤波导出。
权利要求17所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

所述无线电力发射装置还包括

一直流电源，用于提供直流电流；

一逆变电路，其输入端连接至所述直流电源，其输出端连接至所述发射线圈；以及

一发射端控制器，连接至所述发射端信号载入单元、所述发射端信号导出单元；

所述无线电力接收装置包括

一接收端控制器，连接至所述接收端信号载入单元、所述接收端信号导出单元；

其中，所述接收端控制器内存储有所述可充电电池的至少一充电曲线，根据所述充电曲线实时获取所述可充电电池的最佳充电电压，根据所述最佳充电电压计算最佳充电功率，发出至少一充电功率调整指令；所述发射端控制器连接至所述逆变电路，根据所述充电功率调整指令调节所述发射线圈的发射功率。
权利要求18所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

当所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合时，所述接收端信号载入单元将所述充电功率调整指令以一载波频率K2调制后加载至所述接收电流中，所述发射端信号导出单元以调制频率K2将所述发射电流中的所述充电功率调整指令解调后滤波导出至所述发射端控制器。
权利要求18所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电系统，其中，

当所述接收线圈与所述发射线圈实现磁共振耦合时，所述接收端信号载入单元将所述充电功率调整指令以磁共振频率K3为载波调制到磁共振的接收电流中，所述发送端信号导出单元以磁共振频率K3为载波将所述充电功率调整指令解调并滤波导出至所述发射端控制器。
一种太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，其中，包括如下步骤：

在至少一太阳能面板内部或其下方设置至少一无线电力发射装置，包括一发射线圈；将所述发射线圈设置于任一太阳能面板的下表面，或者，设置于任意两块相邻太阳能面板连接处的缝隙下方或缝隙内；

在所述清扫机器人内设置一无线电力接收装置，包括一接收线圈；将所述接收线圈设置在所述清扫机器人内部底层或所述清扫机器人底部下表面；

所述清扫机器人被放置在所述太阳能面板上正常作业；在所述清扫机器人行进过程中，当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时，所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合；

所述发射线圈将无线电能传输至所述接收线圈，持续为所述清扫机器人充电；

判断所述清扫机器人电量是否充满；若电量已充满，停止充电，所述清扫机器人在所述太阳能面板上正常作业。
权利要求21所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，其中，所述清扫机器人被放置在所述太阳能面板上正常作业的步骤，具体包括如下步骤：

实时检测所述接收线圈是否产生电流；若是，执行下一步骤；

判断所述清扫机器人是否需要充电；若是，执行下一步骤；

根据所述接收线圈中电流的大小判断所述接收线圈与所述发射线圈的相对位置和相对距离；所述清扫机器人调整其位置，使得所述接收线圈位于所述发射线圈正上方。
权利要求22所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，其中，所述判断所述清扫机器人是否需要充电的步骤，具体包括如下步骤：

实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；以及

将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的电量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值时，判断所述清扫机器人需要充电。
权利要求21所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，其中，所述判断所述清扫机器人电量是否充满的步骤，具体包括如下步骤：

实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；

将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的充电容量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值大于或等于预设的充电容量阈值时，判断所述清扫机器人电量已充满。
一种太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，其中，包括如下步骤：

在至少一太阳能面板上嵌入至少一充电面板；或者，在至少一太阳能面板边缘处设置至少一充电面板；所述充电面板上表面与所述太阳能面板上表面位于同一平面上；

在至少一充电面板内部或外部设置至少一无线电力发射装置，所述无线电力发射装置包括一发射线圈，所述发射线圈连接至一电源；将所述发射线圈设置于任一充电面板内，或者，设置于任一充电面板上表面或下表面；

在所述清扫机器人内设置一无线电力接收装置，所述无线电力接收装置包括一接收线圈；将所述接收线圈设置在所述清扫机器人内部底层或所述清扫机器人底部下表面；

所述清扫机器人被放置在所述太阳能面板上正常作业；在所述清扫机器人行进过程中，当所述接收线圈位于所述发射线圈上方时，所述接收线圈与所述发射线圈实现电磁感应耦合或磁共振耦合，所述发射线圈将无线电能传输至所述接收线圈，持续为所述清扫机器人充电；

判断所述清扫机器人电量是否充满；若电量已充满，停止充电；所述清扫机器人在所述太阳能面板上正常作业。
权利要求25所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，其中，所述清扫机器人被放置在所述太阳能面板上正常作业的步骤，具体包括如下步骤：

所述清扫机器人实时检测所述接收线圈是否产生电流；若是，执行下一步骤；

判断所述清扫机器人是否需要充电；若是，执行下一步骤；

根据所述接收线圈中电流的大小判断所述接收线圈与所述发射线圈的相对位置和相对距离；所述清扫机器人调整其位置，使得所述接收线圈位于所述发射线圈正上方。
权利要求26所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，其中，所述判断所述清扫机器人是否需要充电的步骤，具体包括如下步骤：

实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；

将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的电量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值小于一预设的电量阈值时，判断所述清扫机器人需要充电。
权利要求25所述的太阳能面板清扫机器人的无线充电方法，其中，所述判断所述清扫机器人电量是否充满的步骤，具体包括如下步骤：

实时获取所述可充电电池的剩余容量SOC值；

将所述可充电电池的剩余容量SOC值与一预设的充电容量阈值作对比；若所述可充电电池的剩余容量SOC值大于或等于预设的充电容量阈值时，判断所述清扫机器人电量已充满。