用于太阳能面板清扫机器人的定位装置及其定位方法与流程

本发明涉及清扫机器人领域，特别涉及一种太阳能面板清扫机器人使用的定位装置及其定位方法。

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。

对此，业界开发出了一种新型的清扫机器人来进行太阳能面板的清洁，具体可参看中国专利申请201610836028.8号所揭示的相关内容。但随着这种清扫机器人在实际中的不断使用，业界也发现其需要进行新型功能的研发，来克服实际遇到的各种问题，

例如，对于清扫机器人在太阳能面板上的实时位置，地面上的工作人员是无法实时获知的，由于实时位置的未知，故而也就无法监控到清扫机器人的实时工作状态。由于太阳能面板通常都是会设置在高处，因此，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。

因此，确有必要来开发一种新型的用于太阳能面板清扫机器人的定位装置，来克服现有技术中的缺陷。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于，提供一种用于太阳能面板清扫机器人的定位装置，以解决现有清扫机器人不能实时定位，进而导致无法全面监控工作状态的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种用于太阳能面板清扫机器人的定位装置，其中所述太阳能面板清扫机器人包括车体，其在至少一太阳能面板上行驶或驻留；每一太阳能面板为矩形，其边缘处设有四条可识别边框；每一太阳能面板上还设有彼此垂直的经线及纬线，所述经线及所述纬线形成一面板坐标系。所述定位装置包括至少一影像采集单元、边框识别单元、经纬线识别单元以及车体位置计算单元。其中所述影像采集单元用于实时获取所述车体周围的影像和/或图片；所述边框识别单元，连接至所述影像采集单元，用于根据所述影像和/或图片及所述车体的行进方向识别所述车体周围的边框。所述经纬线识别单元，连接至所述影像采集单元；用于根据所述影像和/或图片及所述边框的位置，识别所述车体与所述边框之间存在的经线数量及纬线数量。所述车体位置计算单元，连接至所述经纬线识别单元；用于根据所述车体与所述边框之间的经线数量及纬线数量计算所述车体在所述太阳能面板上的坐标范围。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述定位装置还包括影像采集单元位置计算单元，连接至所述车体位置计算单元，用于根据所述车体的尺寸、所述车体在一太阳能面板上的坐标范围及所述影像采集单元与所述车体的相对位置计算所述影像采集单元在该太阳能面板上的坐标范围。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述定位装置还包括车体中心点位置计算单元，连接至所述车体位置计算单元，用于根据所述车体的尺寸、所述车体在一太阳能面板上的坐标范围计算所述车体中心点在该太阳能面板上的坐标范围。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述定位装置还包括GPS单元和面板判断单元，其中所述GPS单元用于实时获取所述车体的GPS定位位置，所述面板判断单元，连接至所述GPS单元，用于根据所述车体的GPS定位位置及面板分布图判断所述车体所处太阳能面板的信息。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述定位装置还包括无线通信单元，其无线连接至一服务器；其中所述无线通信单元用于将所述车体周围的影像无线发送至所述服务器；和/或，将所述车体的定位数据发送至所述服务器。其中，所述车体的定位数据包括但不限于所述车体所处太阳能面板的信息，和/或，所述车体在该太阳能面板上的坐标范围，和/或，所述影像采集单元在该太阳能面板上的坐标范围，和/或，所述车体中心点在该太阳能面板上的坐标范围。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述定位装置还包括存储器，用于预存每一太阳能面板上的经线总数及纬线总数，和/或，所述车体的尺寸，和/或，所述影像采集单元与所述车体的相对位置，和/或，至少一面板分布图。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述影像采集单元设置于所述车体顶部上方或所述车体的外侧壁上；所述影像采集单元在水平方向的视野角度为0-360度。其中所述影像采集单元包括但不限于摄像头或影像传感器。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述定位装置还包括安装支架，其底部固定安装至所述车体顶部；所述影像采集单元安装至所述安装支架顶部。

进一步的，本发明的又一个目的在于提供一种用于太阳能面板清扫机器人的定位方法，其中所述太阳能面板清扫机器人包括车体，其在至少一太阳能面板上行驶或驻留；每一太阳能面板为矩形，其边缘处设有四条可识别边框；每一太阳能面板上设有彼此垂直的经线及纬线，所述经线及所述纬线形成一面板坐标系。所述定位方法包括如下步骤：影像采集步骤，实时获取所述车体周围的影像和/或图片；边框识别步骤，根据所述影像和/或图片及所述车体的行进方向识别所述车体周围的边框；经纬线识别步骤，根据所述影像和/或图片及所述边框的位置识别所述车体与所述边框之间存在的经线数量及纬线数量；车体位置计算步骤，根据所述车体与所述边框之间的经线数量及纬线数量计算所述车体在所述太阳能面板上的坐标范围。

进一步的，在不同实施方式中，其还包括如下步骤：影像采集单元位置计算步骤，根据所述车体的尺寸、所述车体在一太阳能面板上的坐标范围及所述影像采集单元与所述车体的相对位置，计算所述影像采集单元在该太阳能面板上的坐标范围。

进一步的，在不同实施方式中，其还包括如下步骤：车体中心点位置计算步骤，根据所述车体的尺寸、所述车体在一太阳能面板上的坐标范围计算所述车体中心点在该太阳能面板上的坐标范围。

进一步的，在不同实施方式中，其中在所述影像采集步骤之前，还包括如下步骤：GPS定位步骤，实时获取所述车体的GPS定位位置；面板判断步骤，根据所述车体的GPS定位位置及面板分布图判断所述车体所处太阳能面板的信息。

进一步的，在不同实施方式中，其还包括如下步骤：影像发送步骤，将所述车体周围的影像无线发送至服务器；和/或，定位数据发送步骤，将所述车体的定位数据发送至所述服务器。其中，所述车体的定位数据包括但不限于所述车体所处太阳能面板的信息，和/或，所述车体在该太阳能面板上的坐标范围，和/或，所述影像采集单元在该太阳能面板上的坐标范围，和/或，所述车体中心点在该太阳能面板上的坐标范围。

本发明优点在于，提供一种用于太阳能面板清扫机器人的定位装置及其定位方法，其通过GPS以及识别其车体周围的设置在所在太阳能面板上的经线和纬线，来确定自身车体在大面积太阳能面板区域中所在太阳能面板上的精确的区域位置，使得操作人员能够实时获知清扫机器人的实时位置。

附图说明

图1为本发明实施例中清扫机器人位于太阳能面板上的示意图；

图2为本发明实施例中清扫机器人的定位装置的逻辑结构图；

图3为本发明实施例中清扫机器人的整体外观示意图；

图4为本发明实施例中用于太阳能面板清扫机器人定位方法的步骤流程图；

图5为本发明实施例中清扫机器人在其所处太阳能面板经纬线坐标体系中的经线方向的投影示意图；

图6为本发明实施例中清扫机器人在其所处太阳能面板经纬线坐标体系中的纬线方向的投影示意图。

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，边框210，经线211，纬线212，桥板300；

10车体，110安装支架，11影像采集单元，边框识别单元12、经纬线识别单元13、车体位置计算单元14、影像采集单元位置计算单元15、车体中心点位置计算单元16、GPS单元17、面板判断单元18、无线通信单元19，存储器20以及服务器30。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，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。

如图1所示，本发明涉及的一个实施例提供了一种用于太阳能面板清扫机器人100（以下简称清扫机器人或机器人）的定位装置，其中所述太阳能面板清扫机器人100包括车体10，在至少一太阳能面板200上行驶或驻留。而所述每一太阳能面板200为矩形，其边缘处设有四条可识别边框210；每一太阳能面板上设有彼此垂直的经线211及纬线212，所述经线211及所述纬线212形成一面板坐标系。而太阳能面板200，其通常都是多个拼接在一起，进而形成较大采光面积。在相邻的两个太阳能面板之间一般都设有至少一桥板300，用于连接两个太阳能面板。

进一步的，请参阅图2所示，其中所述定位装置包括影像采集单元11、边框识别单元12、经纬线识别单元13、车体位置计算单元14、影像采集单元位置计算单元15、车体中心点位置计算单元16、GPS单元17、面板判断单元18、无线通信单元19以及存储器20。

其中所述影像采集单元设置于所述车体顶部上方或所述车体的外侧壁上。在一个具体实施例中，请参阅图3所示，其中所述车体10顶部上设置有一安装支架110，所述影像采集单元11安装至所述安装支架110顶部。其中所述影像采集单元11在水平方向的视野角度为0-360度。所述影像采集单元包括但不限于摄像头或影像传感器。

所述影像采集单元11，用于实时获取所述车体周围的影像和/或图片。所述边框识别单元12，连接至所述影像采集单元11；用于根据所述影像和/或图片及所述车体的行进方向识别所述车体周围的边框。所述经纬线识别单元13，连接至所述影像采集单元11；用于根据所述影像和/或图片及所述边框的位置识别所述车体10与所述边框210之间存在的经线数量及纬线数量。

具体的，在一个具体实施方式中，所述影像采集单元11、所述边框识别单元12以及所述经纬线识别单元13之间的配合，其为所述影像采集单元11采集到的车体四周的图片或是影像，能够明确显示所述车体所处太阳能面板的4周边框。所述边框识别单元12识别四面边框后，所述经纬线识别单元13则会以各识别出的边框为界，识别车体四周到其对应边框之间的经纬线数量，进而实现定位。

但在有些情况下，由于太阳能面板面积较大，所述车体在所处太阳能面板上的位置，使得所述影像采集单元11获得的车体四周的图片或是影像，不能明确显示所述车体所处太阳能面板的4周边框，可能只有相邻的2处边框或是3处边框。这时所述边框识别单元12在识别相邻交接的两边框后，所述经纬线识别单元13即可以以识别出的两相邻交接边框为界，识别所述车体10相应的两边到这识别出的两边框之间的经纬线数量，进而实现定位。

也就是说，对于所述车体在其所处太阳能面板上的定位而言，是需要先识别出所处太阳能面板的边框，并以识别出的边框作为基准或是界限，然后在进行识别出的边框与车体之间的经纬线的识别，从而实现在所处太阳能面板上，由其经纬线形成的面板坐标系中的定位。其中作为定位基准或是定位界限的太阳能面板的边框数量，也并不一定需要识别出四周全部的边框，即4个边框，只要识别出相邻两交接的两个边框，即可进行后续的经纬线识别定位。

所述车体位置计算单元14，连接至所述经纬线识别单元13；用于根据所述车体与所述边框之间的经线数量及纬线数量计算所述车体在所述太阳能面板上的坐标范围。所述影像采集单元位置计算单元15，连接至所述车体位置计算单元14，用于根据所述车体的尺寸、所述车体在一太阳能面板上的坐标范围及所述影像采集单元11与所述车体的相对位置，计算所述影像采集单元11在该太阳能面板上的坐标范围。

所述车体中心点位置计算单元16，连接至所述车体位置计算单元14，用于根据所述车体的尺寸、所述车体在一太阳能面板上的坐标范围计算所述车体中心点在该太阳能面板上的坐标范围。所述GPS单元17，用于实时获取所述车体的GPS定位位置。所述面板判断单元18，连接至所述GPS单元17，用于根据所述车体的GPS定位位置及面板分布图判断所述车体所处太阳能面板的信息。

所述无线通信单元19，无线连接至一服务器30。所述无线通信单元用于将所述车体周围的影像无线发送至所述服务器30；和/或，将所述车体的定位数据发送至所述服务器30。其中，所述车体的定位数据包括但不限于所述车体所处太阳能面板的信息、所述车体在该太阳能面板上的坐标范围、所述影像采集单元在该太阳能面板上的坐标范围、所述车体中心点在该太阳能面板上的坐标范围等等信息中的至少一种信息。其中所述无线通讯单元19，优选为WIFI单元。

进一步的，所述存储器20，用于预存每一太阳能面板上的经线总数及纬线总数、所述车体的尺寸、所述影像采集单元与所述车体的相对位置以及至少一太阳能面板分布图。

进一步的，本发明的又一个实施例提供了一种用于太阳能面板清扫机器人的定位方法。其中所述太阳能面板清扫机器人包括车体，在至少一太阳能面板上行驶或驻留；每一太阳能面板为矩形，其边缘处设有四条可识别边框；每一太阳能面板上设有彼此垂直的经线及纬线，所述经线及所述纬线形成一面板坐标系。

其中所述定位方法包括S1:GPS定位步骤、S2:面板判断步骤、S3:影像采集步骤、S4:边框识别步骤、S5:经纬线识别步骤、S6:车体位置计算步骤、S7:影像采集单元位置计算步骤、S8:车体中心点位置计算步骤、S9:影像发送步骤以及S10:定位数据发送步骤。

其中所述GPS定位步骤，实时获取所述车体的GPS定位位置。所述面板判断步骤，根据所述车体的GPS定位位置及面板分布图判断所述车体所处太阳能面板的信息。

对于所述车体在其所处太阳能面板上的定位而言，是需要先识别出所处太阳能面板的边框，并以识别出的边框作为基准，然后在进行识别出的边框与车体之间的经纬线的识别，从而实现在所处太阳能面板上，由其经纬线形成的面板坐标系中的定位。其中作为定位基准或是定位界限的太阳能面板的边框数量，也并不一定需要识别出四周全部的边框，即4个边框，只要识别出相邻两交接的两个边框，即可进行后续的经纬线识别定位。

具体来讲，上述识别定位分成了以下三个步骤：影像采集步骤、边框识别步骤和经纬线识别步骤。其中所述影像采集步骤，实时获取所述车体周围的影像和/或图片。所述边框识别步骤，根据所述影像和/或图片及所述车体的行进方向识别所述车体周围的边框。所述经纬线识别步骤，根据所述影像和/或图片及所述边框的位置识别所述车体与所述边框之间存在的经线数量及纬线数量。

进一步的，其中所述影像识别步骤取得所述车体四周的图片或是影像数据，所述数据中包括车体所处太阳能面板的边框信息。所述边框识别步骤为识别获取数据中的边框信息，并将识别出的边框作为后续识别经纬线的基准或是界限。而所述经纬线识别步骤，则是以识别出的边框为基准或是界限，识别所述车体四周到对应边框内的经纬线的数量，如此，实现所述车体在所处太阳能面板上，由其经纬线形成的面板坐标系中的定位。

所述车体位置计算步骤，根据所述车体与所述边框之间的经线数量及纬线数量计算所述车体在所述太阳能面板上的坐标范围。所述影像采集单元位置计算步骤，根据所述车体的尺寸、所述车体在一太阳能面板上的坐标范围及所述影像采集单元与所述车体的相对位置计算所述影像采集单元在该太阳能面板上的坐标范围。

具体的，请参看图5、6所示，若已知所述车体的长度为A、宽度为B、厚度为C；（车体的尺寸）；所述车体的坐标为（X，Y），其中，X1<X<X2（X1，X2为太阳能面板上距离所述车体最近的两经线坐标），Y1<Y<Y2（Y1，Y2为太阳能面板上距离所述车体最近的两纬线坐标）；即X1，X2，Y1以及Y2围成了所述车体所在的坐标范围，已知所述影像采集单元相对于所述车体顶面的高度为H。

已知所述影像采集单元在所述车体顶面的投影到所述车体两个短边的距离为A1、A2；其中，A2=A- A1；已知影像采集单元在所述车体顶面的投影到所述车体两个长边的距离为B1、B2；其中，B2=B-B1。以上三个已知条件为所述影像采集单元与所述车体的相对位置。

设所述影像采集单元在一太阳能面板上的的投影坐标为（x，y），则

X1+（1+C/H）*（A- A1）< x <X2 -（1+C/H）* A1；

Y1+（1+C/H）*（B- B1）< y <Y2 -（1+C/H）* B1 。

本实施例优选A1=A/2，B1=0（车体前端中心处）；A1=A/2，B1=B/2（车体中心处）的两组方案。

所述车体中心点位置计算步骤，根据所述车体的尺寸、所述车体在一太阳能面板上的坐标范围计算所述车体中心点在该太阳能面板上的坐标范围。

具体的，设所述车体中心点在一太阳能面板上的坐标为（x0，y0），则

X1+A/2< x0 <X2-A/2；

Y1+B/2< y 0<Y -B/2。

所述影像发送步骤，将所述车体周围的影像无线发送至服务器。所述定位数据发送步骤，将所述车体的定位数据发送至所述服务器。其中，所述车体的定位数据包括但不限于所述车体所处太阳能面板的信息，和/或，所述车体在该太阳能面板上的坐标范围，和/或，所述影像采集单元在该太阳能面板上的坐标范围，和/或，所述车体中心点在该太阳能面板上的坐标范围。

本发明提供的一种用于太阳能面板清扫机器人的定位装置及其定位方法，其通过GPS以及识别其车体周围的设置在所在太阳能面板上的经线和纬线，来确定自身车体在大面积太阳能面板区域中所在太阳能面板上的精确的区域位置，使得操作人员能够实时获知清扫机器人的实时位置。

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。