太阳能板清洗机器人的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光伏电站太阳能板阵列自动清洗机器人，所述自动清洗机器人是两个导向挂轮，四个横向爬行轮子的长方形机架，能够在太阳能板上下金属边框作为导轨的上面横向爬行，机架中间安装纵向、横向自由活动组件、毛刷吸尘头组件、PU材质刮擦条，机架左边安装直流电源，涡轮轴驱动电机，安装纵向、横向、毛刷吸尘头驱动电机，由输入操控程序的单片机实现自动控制、远程监测，完成对太阳能板吸尘、无水干洗、水冲洗、刮擦等清洗工作，本发明重量轻，设计自重不会超出金属边框合理承压能力，结构简单，造价低廉，运行平稳安全，自动化水平高，使用寿命长，维修方便，适应建设在缺水、少水、无水等任何环境的太阳能光伏电站使用。
【专利说明】
太阳能板清洗机器人
技术领域
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[0001]本发明涉及一种光伏电站太阳能板清洗机器人，尤其是一种对同规格排列整齐不间断、间断的太阳能板阵列自动进行清洗的机器人。
【背景技术】
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[0002]能源形势紧迫是全世界10大焦点问题之首，太阳能是唯一能够保证人类需求的能源来源，目前，全世界太阳能发电发展迅猛，我国《太阳能发展十二五规划》:到2015年中国太阳能发电装机容量达到21GW，到2020年中国太阳能发电装机容量达到50GW。
[0003]但是，露天摆放的太阳能板表面被灰尘污染后，导致太阳能板实际发电效率降低，困扰着太阳能发电产业，我国已经建成的太阳能发电产业每年因此造成的经济损失超过
2.5亿元人民币，为了保证、提高太阳能板实际发电效率，必须每月清洗一次太阳能板；目前采用的方法是人工清洗、工业设备清洗，人工清洗劳动强度大，工作效率低，清洗质量得不到保证，采用工业设备清洗太阳能板，按常规设计标准，每1Mff光伏电站配套清洗系统需一次性投资几百万元，这样的机械清洗设备也不一定适应能够建设太阳能发电站的戈壁、山地、草原、沙漠，缺水、无水的地方使用，对太阳能板进行清洗，是目前世界上太阳能发电产业亟待解决的难题。
[0004]本发明根据太阳能电站太阳能板表面采用的是平整光滑的抗压力钢化玻璃板，每块太阳能板规格形状大小一致，四边都镶嵌金属边框，每一排太阳能板阵列排列整齐规律、摆放倾斜夹角在30°至50°左右的特性；针对太阳能电站大都建在光照强度大的戈壁、山地、草原、沙漠，缺水、无水的地方，研制发明了太阳能板阵列自动清洗机器人，基本解决了对直板式太阳能板清洗这一困扰太阳能产业的世界性难题。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于，设计一种在排列整齐的太阳能板阵列上横向爬行的太阳能板自动清洗机器人；该机器人使用直流电源，能够利用太阳能板上下金属边框作为导轨横向爬行，具有对太阳能板吸尘、无水干洗、水清洗、刮条刮擦等多种功能；本发明设计重量轻、结构简单、运行平稳、造价低廉、高效低耗、使用寿命长，可实现自动控制、远程监控，不受环境条件、规格结构变化的限制。
[0006]本发明的技术方案是:一种太阳能板自动清洗机器人，包括设有两个挂轮、四个爬行轮子的长方形机架，两个挂轮挂在太阳能板阵列的金属上边框顶端平面上，保证机架前后方向爬行，机架四角设有与太阳能板上下金属边框等宽的两个同轴驱动轮、两个同轴随动轮，所述驱动轮、随动轮能在被视作为导轨的金属上下边框正面沿太阳能板阵列自动前后滚动爬行，所述机架安装左右两个适当长度的纵向光轴导轨，纵向驱动电机驱动纵向移动组件在纵向光轴导轨上上下自动移动，所述纵向移动组件安装上下两个横向光轴导轨，横向驱动电机驱动横向移动组件在横向光轴导轨上左右自动移动，所述横向移动组件面对太阳能板的一面安装吸尘盘密封罩，密封罩里面安装由横向驱动电机同时驱动旋转的、具有吸尘、无水干洗、水清洗功能的毛刷吸尘头，所述横向移动组件上端安装同步可调玻璃表面PU材质刮擦条，顶部安装支撑活动中的可伸缩吸尘管和可伸缩上水管支架，所述机架下端安装架上安装吸尘器，与吸尘器连接的集污箱，清水、干洗液桶，所述机架左侧下部安装直流电池组，中部安装驱动电机，上部安装单片机，编码器，天线，顶部安装自动监视摄像镜头，停机报警装置。
[0007]本发明的有益效果:
[0008](I)本发明可以利用太阳能板阵列上金属边框顶端平面作为挂轮导轨，利用太阳能板阵列上下金属边框平面端作为驱动轮、随动轮爬行导轨，包括在间断的两组同一排太阳能板阵列作业通道间隙铺设同样的金属边框衔接导轨，实现清洗机器人脱离地面，在太阳能板阵列上不间断自动前后爬行、依次完成每个太阳能板清洗的任务，摆脱了在地面行走的清洗机器结构复杂、体积庞大，价格昂贵、维修保养困难，配套设施复杂，需要修建专业通道，或根本不具备使用条件的难题。
[0009](2)本发明采用自带直流电源，涡轮轴驱动电机、伺服电机，大大提高了本发明的稳定性，可靠性，可持续操作性。
[0010](3)本发明安装具有微控制器、存储器、无线数据通讯收发芯片的单片机和编码器，实现自动控制、远程监测。
[0011](4)本发明具有吸尘、水清洗、干洗液干洗、刮条刮擦等多种清洁、清洗功能，并可按不同清洗要求实现一项、或两项清洗程序一次完成，适应建设在缺水、少水、无水等任何条件、任何环境的光伏太阳能电站使用。
[0012](5)本发明结构简单，重量轻，确保在金属边框上平稳、安全爬行，设计自重不会超出金属边框合理承压能力，不会对太阳能板阵列造成任何伤害，使用安全可靠；对设计承压能力低的太阳能板阵列金属边框加装U型金属导轨进行加固，提高作为导轨的金属边框承压能力。
[0013](6)本发明造价低廉，操作简便，使用性价比高，可以在太阳能发电厂规划设计建设时，作为太阳能板阵列具备的自主清洁功能系统，成为太阳能发电厂常规维护性功能设备。
[0014](7)本发明节能环保，可以采用发电厂自有清洁电源充电；采用吸尘式清污，污物、污水集中处理，避免了因人工、机械清扫引起的灰尘二次污染，回收的干洗液、污水进行沉淀过滤，可以实现循环使用。
【附图说明】
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[0015]图1为本发明太阳能板清洗机器人主视图，
[0016]图2为本发明太阳能板清洗机器人左视图，
[0017]图3为本发明太阳能板清洗机器人纵向活动组件左视图，
[0018]图4为本发明太阳能板清洗机器人横向活动组件透视图，
[0019]图5为多个太阳能板组成阵列示意图，
[0020]图6为本发明挂轮、驱动轮在太阳能板金属边框加装U型金属导轨上滚动位置示意图。
[0021]在图1、图2中:
[0022]1:机架，1-1:驱动轴，1-2:随动轴，1-3:下驱动轮，1_4:上驱动轮，1-5:下随动轮，1-6:上随动轮，1-7:左导向挂轮，1-8:右导向挂轮，1-9:驱动轴电机，1-10:停机报警装置，1-11:左纵向齿条光轴导轨，1-12:右纵向光轴导轨，1-13:安装架。
[0023]2:单片机,2-1:编码器,2-2:天线,2-3:摄像头，2-4:电池组，
[0024]3:纵向活动组件，3-1:上横向齿条光轴导轨，3-2:下横向齿条光轴导轨，3_3纵向驱动电机，3-4:PU刮擦条，3-5:四个纵向活动组件滑块。
[0025]4:横向活动组件，4-1:毛刷吸尘头转动驱动、横向驱动电机，4-2:吸尘盘密封罩，4-3:可伸缩吸尘管，4-4:吸尘器，4-5:排污管，4-6:集污桶，4_7:排污口，4_8:干洗液桶、清水桶，4-9:可伸缩进水管，4-10:管道支架，4-14:毛刷吸尘头驱动轴。
[0026]在图3、图4中:
[0027]4-11:毛刷吸尘头驱动轴中部齿轮，4-12:右方向行星齿轮，4_13:左方向行星齿轮，4-15:毛刷吸尘头，4-16四个横向活动组件滑块。
[0028]在图5，图6中:
[0029]5:太阳能板,5-1:金属上边框,5-2:金属下边框，5_3:太阳能板阵列板间隙,5_3:金属上边框加装的U型金属导轨，5-4:金属下边框加装的U型金属导轨。
【具体实施方式】
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[0030]以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。
[0031]本发明设计在四个边框组成的机架I左边安装驱动轴1-1，和下驱动轮1-3、上驱动轮1-4 ;右边安装随动轴1-2，和下随动轮1-5、上随动轮1-6，机架I顶端左侧安装左导向挂轮1-7，右侧安装右导向轮1-8，机架I左侧中部安装驱动轴电机1-9，安装左纵向齿条光轴导轨1-11，右纵向光轴导轨1-12，顶部安装摄像头2-3，安装机械暂停、监测停机报警装置1-10，机架下部安装架1-13，机架左侧上部安装单片机2，编码器2-1，天线2-2，在机架顶下部安装电池组2-4。
[0032]本发明在左纵向齿条光轴导轨1-11、右纵向光轴导轨1-12上安装纵向活动组件3，纵向活动组件3四角由四个光轴滑块3-5与纵向光轴导轨1-11、1-12实现滑动链接，在活动组件3左侧安装纵向驱动电机3-3，上部安装横向齿条光轴导轨3-1，下部安装横向齿条光轴导轨3-2，组件3上部安装HJ刮擦条3-5。
[0033]本发明在横向齿条光轴导轨3-1、3_2上安装横向活动组件4，横向活动组件4四角由四个光轴滑块4-16与横向齿条光轴导轨3-1、3-2实现滑动链接，中间安装毛刷吸尘头转动驱动、横向驱动电机4-1，驱动电机4-1毛刷吸尘头驱动轴中部安装齿轮4-11能够带动上行星齿轮4-12驱动横向活动组件4向右移动到太阳能板右边时，上行星齿轮4-12与上横向齿条光轴导轨3-2分离，带动下行星齿轮4-13驱动横向活动组件4向左移动到太阳能板左边时，下行星齿轮4-12与下横向齿条光轴导轨3-1分离，横向活动组件4顶部安装管道支架4-10，下部固定安装吸尘盘密封罩4-2，在吸尘盘密封罩左侧上部安装吸尘管4-3通过管道支架4-10与吸尘器4-4连接，右侧安装进水管4-9通过管道支架4-10与干洗液桶、清水桶4-8连接，驱动电机4-1下部驱动轴4-14通过固定吸尘盘密封罩4-2中心接近太阳能板位置安装毛刷吸尘头4-15，机架I下部安装架1-13左侧安装吸尘器4-4，中间安装集污桶4-6，右侧安装干洗液桶、清水桶，吸尘器4-4通过排污管4-5与集污桶4-6连接，集污桶4-6设有集中排污口 4-7。
[0034]本发明的左导向挂轮1-7，右导向挂轮1-8直接挂在太阳能板5的金属上边框5-1上，多个太阳能板5组成太阳能板阵列，太阳能板阵列中每个太阳能板之间都有金属边框板间隙5-3,金属上边框5-1,金属下边框5-2,可以作为驱动轮1-3、1-4,随动轮1_5、1_6的导轨，在强度低的金属上边框加装U型金属导轨5-3，金属下边框加装U型金属导轨5-4，可以作为左导向挂轮1-7、右导向挂轮1-8，驱动轮1-3、1-4，随动轮1-5、1-6的加强导轨。
[0035]本发明的工作程序如下:
[0036]左导向挂轮1-7，右导向挂轮1-8直接挂在太阳能板5的金属上边框5_1顶面上，此时，太阳能板清洗机器人的上驱动轮1-4、上随动轮1-6、对准金属上边框5-1，下驱动轮1-3、下随动轮1-5、对准太阳能板5的金属下边框边5-2，接通电源，预先输入单片机2的内存程序启动驱动电机1-9驱动驱动轮1-3、1-4，随动轮1-5、1-6带动机架I横向爬行，当单片机2检测到停机装置1-10接触到金属边框板间隙5-3时驱动电机1-9停机，此时机器人正面对一个太阳能板5，单片机2指令纵向驱动电机3-3驱动纵向活动组件3沿着左齿条光轴导轨1-11、右光轴导轨1-12上、下自动移动，单片机2指令横向驱动电机4-1驱动轴中部安装齿轮4-11带动上行星齿轮4-12与上横向光轴导轨3-1齿条咬合，驱动横向活动组件4向右移动到太阳能板右边时，上行星齿轮4-12与上横向光轴导轨3-1齿条分离，转换带动下行星齿轮4-13与下横向光轴导轨3-2齿条咬合，驱动横向活动组件4向左移动到太阳能板左边时，下行星齿轮4-13与下横向光轴导轨3-2齿条分离，同时驱动轴4-14带动毛刷吸尘头4-15旋转吸尘、吸污，吸尘器4-4通过吸尘管4-3吸出吸尘盘密封罩4-2内的污水、污物，吸尘器4-4内的污水、污物通过排污管4-5自动排放到集污桶4-6，达到排放量时集中从排污口 4-7排放到指定空间，毛刷吸尘头4-15清洗需要的清水、干洗液，由进水管
4-9从干洗液桶、清水桶4-8中吸取、输送到吸尘盘密封罩4-2内，从左到右、从上到下完成对第一片太阳能板进行吸尘、干洗液清洗、水清洗、刮擦其中I到2项预设清洗程序后自动停机，单片机2启动驱动电机1-9驱动机架I向相邻一片太阳能板滚动爬行，当单片机2检测到停机装置1-10接触到下一个金属边框板间隙5-3时，单片机2指令本发明重复以上太阳能板吸尘或清洗程序，对太阳能板阵列整个清洗过程由输入单片机2预设程序控制，操作人员可通过单片机2、编码器2-1、天线2-2、摄像头2-3，实现对太阳能板清洗机器人的自动控制、远程监测。
【主权项】
1.一种太阳能板自动清洗机器人，其特征在于，长方形机架I左边安装驱动轴1-1，和下驱动轮1-3、上驱动轮1-4，右边安装随动轴1-2，和下随动轮1-5、上随动轮1-6，机架I顶端左侧安装左导向挂轮1-7，右侧安装右导向轮1-8，左侧中部安装驱动轴1-1驱动电机1-9，机架I安装左纵向齿条光轴导轨1-11，右纵向光轴导轨1-12，顶部安装摄像头2-3，安装机械暂停、监测停机报警装置1-10，机架下部设安装架1-13，机架左侧上部安装单片机2，编码器2-1，天线2-2，下部安装电池组2-4。2.根据权利要求1所述的太阳能板自动清洗机器人，其特征在于，在左纵向齿条光轴导轨1-11、右纵向光轴导轨1-12上安装纵向活动组件3，纵向活动组件3四角由四个光轴滑块3-5与纵向光轴导轨1-11、1-12实现滑动链接，在活动组件3左侧安装纵向驱动电机3-3，上部安装横向齿条光轴导轨3-1，下部安装横向齿条光轴导轨3-2，组件3上部安装HJ刮擦条3-5。3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,在横向齿条光轴导轨3-1、3-2上安装横向活动组件4，横向活动组件4四角由四个光轴滑块4-16与横向齿条光轴导轨3-1、3-2实现滑动链接，上部安装毛刷吸尘头转动驱动、横向驱动电机4-1，安装管道支架4-10，下部固定安装吸尘盘密封罩4-2，在吸尘盘密封罩左侧上部安装吸尘管4-3通过管道支架4-10与吸尘器4-4连接，右侧安装进水管4-9通过管道支架4-10与干洗液桶、清水桶4-8连接；驱动电机4-1下部驱动轴4-14通过固定吸尘盘密封罩4-2中心接近太阳能板位置安装毛刷吸尘头4-15，机架I下部安装架1-13左侧安装吸尘器4-4，中间安装集污桶4_6，右侧安装干洗液桶、清水桶4-7，吸尘器4-4通过排污管4-5与集污桶4-6连接，集污桶4_6设有集中排污口 4-7。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，驱动电机4-1毛刷吸尘头驱动轴中部安装齿轮4-11带动上行星齿轮4-12与上横向光轴导轨3-1齿条咬合，驱动横向活动组件4向右移动到太阳能板右边时，上行星齿轮4-12与上横向光轴导轨3-1齿条分离，转换带动下行星齿轮4-13与下横向光轴导轨3-2齿条咬合，驱动横向活动组件4向左移动到太阳能板左边时，下行星齿轮4-13与下横向光轴导轨3-2齿条分尚。5.根据权利要求1所述的太阳能板自动清洗机器人，其特征在于，左导向挂轮1-7，右导向挂轮1-8挂在太阳能板5的金属上边框5-1顶面上前后滚动，驱动轮1-3、1-4，随动轮1-5、1-6在作为导轨的金属上边框5-1，金属下边框5-2的平面上前后滚动。 所述金属上边框5-1加装U型金属导轨5-3，金属下边框5-2加装U型金属导轨5-4，作为左导向挂轮1-7、右导向挂轮1-8，驱动轮1-3、1-4，随动轮1-5、1-6的加强导轨。6.根据权利要求1、2、3、4、5所述的太阳能板自动清洗机器人系统，其特征在于，操作人员通过输入预设程序的单片机2、编码器2-1、天线2-2、摄像头2-3，对太阳能板阵列整个滚动、清洗过程实现自动控制、远程监测。
【文档编号】B08B7/04GK105880225SQ201410554467
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年10月9日
【发明人】张连增
【申请人】张连增