基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人及其工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人及其工作方法。清扫机器人包括电源系统、行走系统、清扫系统、除尘系统和控制系统，电源系统分别与行走系统、清扫系统、除尘系统和控制系统连接，行走系统、清扫系统和除尘系统分别通过传感器连接到控制系统；除尘系统采用离心式风机。机器人的工作路径为：从太阳能板的最高处开始，沿着太阳能板横向直线方向等高度行走，在到达太阳能板阵列的边缘处时转向，然后再次沿太阳能板横向直线行走并工作。除尘系统将灰尘通过输出风道沿太阳能板纵向排出机器人体外，并始终吹向太阳能板低地势的一边。本发明的清扫机器人能满足光伏电站对大面积太阳能板进行快速高效清扫工作的需要。
【专利说明】
基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人及其工作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种适用于光伏电站太阳能板清扫的智能机器人，更具体的说，涉及一种以离心风机作为主要排尘组件，在行走和清扫过程中，通过风机将灰尘反复吸入、排出，直至吹落地面的光伏电站清扫机器人及其工作方法。
【背景技术】
[0002] 大型光伏电站通常建在气候环境比较恶劣的地区，这些地区一般风沙严重、干旱缺水。长时间的灰尘与风沙，会遮挡光伏板组件对太阳能的吸收效果，大大降低光伏板对太阳能的吸收效率。不仅如此，灰尘、风沙以及其他污浊物，会在光伏板表面形成长时间的阴影，进而产生热斑效应，如果不及时对光伏组件进行清扫，将会大幅降低光伏电站的发电量，对电站的经济效益和光伏组件的寿命，产生负面影响。
[0003] 在当前多种光伏组件自动化清扫设备中，各种单向或横纵双向固定式清扫设备， 由于受到光伏板的排列方式、组串的纵向长度、设备的单机重量、驱动能源、自身维护等多种条件的限制，其弊端已逐渐显露。单体独立式爬行清扫机器人，已成为目前光伏组件清扫领域研发的主导方向。
[0004] 清扫机器人的清扫效率和对维护人员的依赖，是该领域的两个考量核心。而某些爬行清扫机器人(如两足式)，在大部分的行走和转向时间内，只实现了工位的移动，未实现清扫功能，效率较低;还有一些爬行清扫机器人(如日本SINF0NIA)集尘盒的容量，限制了其有效工作时间，并产生了对维护人员的极大依赖。
【发明内容】
[0005] 针对当前光伏电站自动清扫设备在清扫效率和对维护人员依赖性方面存在的不足，本发明提供一种基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人，并对其工作方法做了科学的规划。
[0006] 本发明机器人采用的技术方案如下:
[0007] 基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人，包括电源系统、行走系统、清扫系统、 除尘系统和控制系统，电源系统分别与行走系统、清扫系统、除尘系统和控制系统连接，所述行走系统、清扫系统和除尘系统分别通过传感器连接到控制系统;所述除尘系统采用离心式风机，风机的输出风道设置在机器人机身的侧面。
[0008] 优选地，所述电源系统包括太阳能电池板、控制器和与控制器连接的超级电容器组件，所述太阳能电池板设置在机器人机身的上表面，所述超级电容器组件分别与行走系统、清扫系统、除尘系统和控制系统连接。
[0009] 进一步地，所述机器人机身的头部和尾部为对称结构。
[〇〇1〇]所述风机的输出风道设置在机器人机身的两个侧面或者只设置在机器人机身的一个侧面。
[0011]进一步地，在机器人机身左右两侧设置有巡边传感器，机身前后两端设置有位移传感器;在风机的吸口处设有灰尘传感器;机器人机身的端部还设有防坠落红外传感器和超声波测距避障传感器，机身内部设有电机的电流传感器。
[0012] 本发明一种基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人的工作方法，具体过程如下:机器人的电源系统为行走系统、清扫系统、除尘系统和控制系统供电，行走系统、清扫系统和除尘系统分别通过传感器将信息传递给控制系统，控制系统通过分析、比对和反馈，将命令分别发送给行走系统、清扫系统和除尘系统中的工作电机，再通过对各工作电机的调速、正反转或停机的操作，实现对机器人的闭环控制;其中，机器人的工作路径为:从太阳能板的最高处开始，沿着太阳能板横向直线方向等高度行走，在到达太阳能板阵列的边缘处时转向，然后再次沿太阳能板横向直线行走并工作;所述除尘系统采用离心式风机自下向上吸尘，并随即将灰尘通过输出风道，沿太阳能板纵向排出机器人体外，并始终吹向太阳能板低地势的一边;机器人多次在太阳能板表面行走并清扫和除尘，当最后一次沿太阳能板最低处行走并工作时，将吹落在太阳能板最低地势边缘处的灰尘全部吸入，最终吹落到地面，完成对光伏电站太阳能板的清扫工作。
[0013] 进一步地，所述机器人机身的头部和尾部为对称结构，机器人在到达太阳能板阵列的边缘处时，无需掉头，直接头部和尾部互换实现转向。
[0014] 进一步地，所述电源系统包括太阳能电池板、控制器和与控制器连接的超级电容器组件，所述太阳能电池板获取太阳能后，通过超级电容器组件快速充放电。
[0015] 进一步地，所述风机的吸口处设有灰尘传感器，负责检测灰尘被扬起的浓度，当浓度在阈值范围之内时，清扫系统匀速清扫，行走系统匀速行走;当检测到灰尘浓度低于阈值范围时，清扫系统开始减速清扫，行走系统加速行走，反之，当检测到灰尘浓度高于阈值范围时，清扫系统开始加速清扫，行走系统减速行走。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0017] (1)本发明的清扫机器人，在太阳能板表面连续行走的过程中，能实现清扫、除尘同步进彳丁，大大提尚了工作效率。
[0018] (2)本发明的结构中未使用集尘盒，灰尘被机器人吸入后，随即被排出，并被吹散， 减少了常规机器人的集尘盒装满后，维护人员必须停止机器人的工作以进行清理集尘盒的额外时间和工作量，减少了对光伏电站运维人员的依赖。
[0019] (3)机器人首尾对称设计，在光伏组件阵列的尽头，机器人可以不用掉头转向，而是实现尾变头、头变尾的快速转向方式，更是大大提高了机器人的清扫效率。
[0020] (4)本发明的机器人能满足光伏电站对大面积太阳能板进行快速高效清扫工作的
需要。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明的清扫机器人系统结构图；
[0022] 图2是本发明的清扫机器人工作路径规划图。
[0023] 图中:1是电源系统，是行走系统，3是除尘系统，4是清扫系统，5是控制系统，A是清扫机器人的起始工位，B是首行直线行走工位，C是首行转向工位，D是第二行直线行走工位， E是第二行转向工位，F是第三行直线行走工位。
【具体实施方式】
[0024] 本实施例机器人的结构如图1所示，电源系统1包括太阳能电池板、控制器和与控制器连接的超级电容器组件等。行走系统2包括履带行走组件、行走电机等，通过机身左右两侧的各一个电机，各自驱动两边的履带轮，使单边履带在太阳能板表面前进、后退、静止、 增速、减速等，实现机器人的行走与转向功能。除尘系统3包括离心风机、电机、输出风管等。 清扫系统4包括盘刷组件、传动齿轮组件和驱动电机等，驱动电机驱动盘刷组件，使盘刷在太阳能板表面匀速或变速旋转。控制系统5包括MCU主板、各种传感器接口及其集成电路等。
[0025] 在电源系统1中，机器人上表面的太阳能电池板获取太阳能，通过超级电容器组件快速充放电，实现清扫机器人其它各系统的电力需求。
[0026] 在机器人机身左右两侧设置的巡边传感器，控制机器人本体的左侧或右侧始终沿着太阳能板的金属上边沿或下边沿直线行走，而机器人前后端设置的位移传感器，控制机器人本体在每次跨越一块太阳能板时，调整一次位姿，保证其行走路径始终为直线;安装在风机吸口的灰尘传感器负责检测灰尘被扬起的浓度，当浓度在某个阈值范围之内时，清扫电机匀速转动，驱动盘刷匀速清扫，行走电机亦驱动履带匀速行走；当检测到灰尘浓度超出某个阈值范围之外，清扫电机开始增速或减速，若灰尘浓度较低，履带加速行走，盘刷减速旋转，反之，若灰尘浓度较高，履带减速行走，盘刷加速旋转，以提高工作效率和实现对不同清洁度太阳能板的清扫。除此之外，机器人本体端部的防坠落红外传感器、超声波测距避障传感器以及内部的风机、盘刷、履带轮等驱动电机的电流传感器，将各自信号传给MCU主板， 再通过控制系统的分析、比对和融合，将命令发送给各电机和运动部件，再通过电机的调速、正反转、停机等，实现机器人的闭环控制。
[0027] 除尘系统3中，通过离心风机叶片的高速旋转，将吸入的灰尘沿着输出风管，排出体外。输出风管可以设置在机器人机身的两侧，也可以只设置在一个侧面上。如果机身两侧都有输出风管，在机器人工作时，当到达太阳能板阵列边缘处时，可以掉头也可以直接头尾互换转向，但是需要关闭其中的一个风管，以保证灰尘始终都吹向太阳能板低地势的一边。 虽然有部分灰尘，仍然回落到光伏太阳能板表面，机器人在下一行行走工作时，会将这部分灰尘重新吸入、排出，直至最后一行，将灰尘吹落地面。进一步的，即使有散落的灰尘继续遗留在太阳能板表面，一是浮灰，室外微风会将其吹走，二是太阳能板表面少量均匀的灰尘， 对其吸收太阳能的效率，几乎不构成影响。所以，离心风机及时的吸尘与排尘，对太阳能板表面清扫效率的提高，具有极大的推动效果。
[0028] 如图2所示，本实施例只在机身一侧设有输出风管，并且输出风管始终朝向太阳能板低地势的一边。本实施例清扫机器人工作路径规划为:首先其从A号工位出发后，沿着太阳能板横向直线行走并工作，如工位B所示；当接近太阳能板阵列边缘处时，右转九十度一定距离，停止，小半径九十度后退，无需掉头，直接尾部变头部，头部变尾部，如工位C所示； 然后再次直线行走并工作，如工位D所示；当接近太阳能板阵列另一个边缘处时，左转九十度一定距离，停止，小半径九十度后退，再次尾变头，头变尾，如工位E所示;然后再次直线行走并工作，如工位F所示。依此规划路径，反复循环，直至将大面积太阳能板阵列清扫完成。
【主权项】
1.基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人，包括电源系统、行走系统、清扫系统、除 尘系统和控制系统，其特征在于，电源系统分别与行走系统、清扫系统、除尘系统和控制系 统连接，所述行走系统、清扫系统和除尘系统分别通过传感器连接到控制系统;所述除尘系 统采用离心式风机，风机的输出风道设置在机器人机身的侧面。2.根据权利要求1所述的基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人，其特征在于，所述 电源系统包括太阳能电池板、控制器和与控制器连接的超级电容器组件，所述太阳能电池 板设置在机器人机身的上表面，所述超级电容器组件分别与行走系统、清扫系统、除尘系统 和控制系统连接。3.根据权利要求1所述的基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人，其特征在于，所述 机器人机身的头部和尾部为对称结构。4.根据权利要求1所述的基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人，其特征在于，所述 风机的输出风道设置在机器人机身的两个侧面或者只设置在机器人机身的一个侧面。5.根据权利要求1所述的基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人，其特征在于，在机 器人机身左右两侧设置有巡边传感器，机身前后两端设置有位移传感器;在风机的吸口处 设有灰尘传感器;机器人机身的端部还设有防坠落红外传感器和超声波测距避障传感器， 机身内部设有电机的电流传感器。6.基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人的工作方法，其特征在于，具体过程如下: 机器人的电源系统为行走系统、清扫系统、除尘系统和控制系统供电，行走系统、清扫系统 和除尘系统分别通过传感器将信息传递给控制系统，控制系统通过分析、比对和反馈，将命 令分别发送给行走系统、清扫系统和除尘系统中的工作电机，再通过对各工作电机的调速、 正反转或停机的操作，实现对机器人的闭环控制；其中，机器人的工作路径为:从太阳能板 的最高处开始，沿着太阳能板横向直线方向等高度行走，在到达太阳能板阵列的边缘处时 转向，然后再次沿太阳能板横向直线行走并工作;所述除尘系统采用离心式风机自下向上 吸尘，并随即将灰尘通过输出风道，沿太阳能板纵向排出机器人体外，并始终吹向太阳能板 低地势的一边;机器人多次在太阳能板表面行走并清扫和除尘，当最后一次沿太阳能板最 低处行走并工作时，将吹落在太阳能板最低地势边缘处的灰尘全部吸入，最终吹落到地面， 完成对光伏电站太阳能板的清扫工作。7.根据权利要求6所述的基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人的工作方法，其特 征在于，所述机器人机身的头部和尾部为对称结构，机器人在到达太阳能板阵列的边缘处 时，无需掉头，直接头部和尾部互换实现转向。8.根据权利要求6或7所述的基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人的工作方法，其 特征在于，所述电源系统包括太阳能电池板、控制器和与控制器连接的超级电容器组件，所 述太阳能电池板获取太阳能后，通过超级电容器组件快速充放电。9.根据权利要求6或7所述的基于风机直接除尘的光伏电站清扫机器人的工作方法，其 特征在于，所述风机的吸口处设有灰尘传感器，负责检测灰尘被扬起的浓度，当浓度在阈值 范围之内时，清扫系统匀速清扫，行走系统匀速行走；当检测到灰尘浓度低于阈值范围时， 清扫系统开始减速清扫，行走系统加速行走，反之，当检测到灰尘浓度高于阈值范围时，清 扫系统开始加速清扫，行走系统减速行走。
【文档编号】B08B5/04GK105881555SQ201610438730
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】蒋麒麟, 葛东阳, 陈健飞, 徐栋, 王贤民
【申请人】南京仁义机器人有限公司