太阳能跟踪互联三轴机器人的制作方法

本发明涉及太阳能光伏光热设备跟踪技术领域，尤其是涉及太阳能跟踪互联三轴机器人。

背景技术：

由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，如何有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率达到最佳状态是现在太阳能光伏发电技术领域长期需要面对的，太阳能跟踪系统是太阳能光伏光热最大化利用的关键，是提高光电转换效率的机械及电控单元系统，保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能光伏光热组件的机械装备，可提高太阳能光伏光热组件的光电光热效率，但目前市场上的太阳能跟踪器仍存在以下问题：1、双轴太阳能跟踪机太多是两轴分开驱动，用电量大成本高，电机等传动装置及各种传感器及电控等用量大且不能相互联动；2、由于整个传动系统负载较大，使得整体钢结构和传动机械设备的各部分重量大、数量多；3、单轴太阳能跟踪机无高度角跟踪传动装置或方位角跟踪传动装置，其跟踪误差大、跟踪精度不高，发电效率（或光伏光热综合效率）低，另外，还有更重要的一点，目前的太阳能发电基地基本都是采用阵列式排布，所有的太阳能光伏光热设备都是安装高度相同的，而每天的早晨、中午、晚上的太阳照射角度是随时变化的，阵列中的太阳能光伏光热设备之间间距小、密度大时就会存在光伏光热“盲区”，盲区使得电池板受光面积不均衡易产生电池板耀斑现象，不仅会导致光伏光热发电效率降低，而且长时间的盲区会导致电池板寿命降低甚至损毁。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中太阳能光伏光热设备跟踪系统存在的不足，提供一种提高太阳能利用率、跟踪精度高、跟踪机械设备轻量化、三轴同步联动、不会出现盲区、阵列所在场地利用率高的太阳能跟踪互联三轴机器人。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：太阳能跟踪互联三轴机器人，包括驱动机构、主柱、组件、支架、方位角调整机构、高度角调整机构，垂直升降机构，所述主柱为单主柱，所述垂直升降机构包括电动传动装置、主钢丝绳、升降钢丝绳、定滑轮组、动滑轮组、滑套、钢丝绳调整装置、绳卡，所述单主柱固定在滑套中可上下升降滑动，滑套上设置有供升降钢丝绳通过的凹槽，所述电动传动机构牵引主钢丝绳进行往复运动，主钢丝绳上设置有绳卡，所述升降钢丝绳的一端紧固在绳卡中，另一端绕过定滑轮组、滑套以及单主柱底端的动滑轮组后固定在钢丝绳调整装置中，钢丝绳调整装置包括调整座、调整螺杆，所述调整螺杆的一端通过调整螺帽固定在调整座上，另一端通过顶头螺丝固定升降钢丝绳。

进一步地，还设置有配重平衡机构，包括配重锤、配重立柱管、柱上滑轮、配重钢丝绳，所述配重锤设置在配重立柱管中，柱上滑轮设置在配重立柱管的顶端，配重钢丝绳一端固定在配重立柱管中的配重锤上端，另一端绕过柱上滑轮固定在单主柱上。

进一步地，所述组件和支架包括光伏光热组件、光热光反射组件、光伏组件，主支架、光热光反射支架、副支架。

本发明的有益效果：与现有技术相比，1.太阳能资源利用率高,太阳能发电基地(厂、场)土地利用率高，太阳能光伏组件排列（阵列）密度大，不会出现盲区；2.太阳能光伏、光热发电质量高、其发电功率和发电量特性曲线平缓，变化率小；3.太阳能光伏、光热发电效率高，太阳能在最佳时间段始终直射（垂直）在光伏光热组件面板上。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图，

图2为图1的高度角跟踪传动机构的结构放大示意图，

图3为图1的右视结构放大示意图，

图4为图1的X-X局部放大结构示意图，。

在图中，1、电机 2、减速机 3、蜗轮蜗杆减速器 4、联轴器 5、轴承座 6、互联轴 7、高度角跟踪传动机构 700 、滑块 701、滑头 702、弯头导轨 703、顶头螺栓 704、棘爪杆 705、棘轮 706、主支承座 707、上销 708、轴承架 709、走轮 710、杆座 711、齿条推杆 712、扇形齿轮 713、导轨丝杆 8、弹簧平衡装置 9、单主柱 10、平衡绳轮 11、支架主轴 12、光热光反射支架 13、光热光反射组件 14、钢丝绳 15、光伏光热组件 16、主支架 17、副支架 18、光伏组件 19、单主柱管座 20、主钢丝绳 21、定滑轮组 22、升降钢丝绳 23、动滑轮组 24、绳卡 25、电动传动装置 26、滑套 27、钢丝绳调整装置 28、配重锤 29、配重立柱管 30、勾板 31、柱上滑轮组 32、配重钢丝绳 33、调整螺帽 34、调整螺杆 35、调整座 36、顶头螺丝 37、螺栓。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面根据附图结合具体实施例来进一步详细描述本发明。

如图1、2、3、4所示，所述太阳能跟踪互联机器人，包括驱动机构、主柱、方位角跟踪传动机构、高度角跟踪传动机构7、垂直升降机构，所述主柱为单主柱9,所述垂直升降机构，它包括电动传动装置25、主钢丝绳20、升降钢丝绳22、定滑轮组21、动滑轮组23滑套26、钢丝绳调整装置27、绳卡24，所述单主柱固定在滑套中可上下升降滑动（滑套固定在混凝土基础中），滑套上设置有供升降钢丝绳通过的凹槽（图中未标出），所述电动传动机构牵引主钢丝绳进行往复运动，主钢丝绳上设置有绳卡，所述升降钢丝绳的一端紧固在绳卡中，另一端绕过定滑轮组、滑套以及单主柱底端的动滑轮组后固定在钢丝绳调整装置中，所述钢丝绳调整装置包括调整座35（调整座通过螺栓37固定）、调整螺杆34，所述调整螺杆的一端通过调整螺帽33固定在调整座上，另一端通过顶头螺丝36固定升降钢丝绳22。驱动机构通过联轴器4（位于蜗轮蜗杆减速器3的蜗杆上）、互联轴6、轴承座5与若干方位角跟踪传动机构相连，所述驱动机构包括电机1（优选变频电机）、减速机2（优选多级谐波电机）；所述方位角跟踪传动机构包括涡轮蜗轮蜗杆减速器3，单主柱管座19、单主柱9以及设置在单主柱上的支架主轴11和主支架16（其上设置有光伏光热组件15）；所述高度角传动结构包括滑块700、滑头701、弯头导轨702、顶头螺栓703、棘轮杆704、棘轮705、主支承座706、齿条推杆711、扇形齿轮712、导轨丝杆713，棘轮设置在主支承座中并连接棘轮杆，所述顶头螺栓设置在单主柱上与棘轮杆对应的高度位置，滑块活动设置在滑头上（即滑块可在滑头上自由移动），滑块连接弯头导轨的一端，弯头导轨的另一端与导轨丝杆的上端铰接在齿条推杆的下端对应位置，导轨丝杆与棘轮中的螺母啮合，齿条推杆的上端齿条与支架主轴上的扇形齿轮啮合。

为了平衡主支架在跟踪太阳时带来的力和力矩的变化，降低电机功率，使得整体钢结构和设备轻量化，本发明还包括弹簧平衡装置8（图中为对称设置），所述弹簧平衡装置一端固定在单主柱上，另一端通过平衡绳索固定在平衡绳轮10上。

作为优选，所述主支架两端还对称设置有副支架17（其上设置有光伏组件18），副支架上对称倾斜设置有光热光反射支架12（其上设置有光热光反射组件13），其组成为V形面太阳能聚光器，光热光反射支架之间通过钢丝绳14连接，钢丝绳在光伏（光热）组件间搭接缝的上方，钢丝绳的作用是保证太阳能聚光的精度及太阳能聚光轻量化结构。

另外，所述齿条推杆还连接有轴承架708，轴承架中通过上销707连接有走轮709，而齿条推杆则套有杆座710，杆座通过螺栓固定在单主柱上，其作用是在跟踪方位角的同时齿条推杆711上端齿条推动扇形齿轮712、支架主轴11和主支架等跟踪太阳能高度角，走轮压在弯头导轨上随单主柱的转动而上下走动（下方有托轮）。

另外，为了使本发明各部分轻量化，减轻电动传动装置负荷，在垂直升降的时候保证设备稳定性，还设置有配重平衡机构，包括配重锤28、配重立柱管29、柱上滑轮组31、配重钢丝绳32、减速器绳卡（图中未画出），所述配重锤设置在配重立柱管中，柱上滑轮设置在配重立柱管的顶端，配重钢丝绳一端固定在配重立柱管中的配重锤的上端，另一端绕过柱上滑轮固定在单主柱上的勾板30上。

当然，本发明还包括电气控制器、传感器（常用的传感器有光电池、光敏电阻、光电管、和双金属条等)，所述控制器包括PLC等控制部件，其作用是根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的高度角和方位角，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC等中来精确控制驱动机构进行方位角跟踪、高度角跟踪调整，另外还包括风载荷、摩擦力矩、角加速度等载荷计算，其中所述方位角跟踪调整范围为0-180°，高度角跟踪调整范围为0-90°。

工作原理：由PLC变频器等控制电机、减速机等驱动蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器的蜗杆上的联轴器和互联轴联接，为下一台太阳能互联机器人提供动力，而固定在蜗轮蜗杆减速器的涡轮上的单主柱与顶头螺栓一起朝东西向水平旋转跟踪方位角，顶头螺栓在旋转到爪座位置时，同时推动爪座、棘爪等带动主支承座内的棘轮旋转，而棘轮中间的螺母扳动导轨丝杆以及两铰接在一起的弯头导轨（为保证两弯头导轨同步工作，其另一端各有一滑块在滑头座中水平移动），两弯头导轨往上弓起，使轴承架及走轮、上销以及齿条推杆往上运动从而转动扇形齿轮，扇形齿轮转动支架主轴、主支架、副支架、光热光反射支架等一起跟踪太阳高度角，使阳光垂直照射在光伏、光热组件的面板上，从而提高太阳能转换光电、光热的效率，而垂直升降机构的工作原理就像阶梯教室前后每一排座位依次高度等差，保证各排座位上的学员都要能看得到黑板和老师（讲课）。此不同之处，是随时的，动态的。上午时，太阳在东边，前排跟踪机器人尽量降低高度，后排跟踪机器人依次升高，各自尽量感受太阳的能量。下午时，太阳已走向西边，前排的跟踪机器人适时升起，后排跟踪机器人依次适时降低高度，各（排）自充分享受太阳的能量。中午时，各排跟踪机器人高度近似一致。在PLC等电控系统操控下的工作原理：电动传动装置牵引主钢丝绳及升降钢丝绳作往复升降运动，升降钢丝绳绕过定滑轮组和单主柱下的动滑轮组，其另一端卡在钢丝绳调整装置的调整螺杆中，电动传动装置按程序工作，则单主柱等上下升降跟踪运行，钢丝绳调整装置的主要是调整各跟踪互联机器人的同步性和协调性，配重立柱管、配重锤、配重钢丝绳等主要为平衡变频电机，谐波减速器等重量，减小电动传动装置的功率和重量等。