一种镜面清洁度检测设备的姿态控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种姿态控制装置，尤其是涉及了一种镜面清洁度检测设备的姿态控制装置，用于太阳能热发电站镜场巡检机器人对于镜面清洁度检测设备的姿态控制。

背景技术：

塔式太阳能热发电系统一般由吸热塔、定日镜阵列、发电机组和储热罐等四个主要部分组成。其中定日镜是塔式太阳能热发电站的主要核心技术和装置，反射率更是其最重要的参数，由于灰尘、废气、粉末等物质堆积，随着使用时间的增加反射率会有所降低，这就需要经常对光热电站镜场的镜面进行清洁度检查并完成清洗。

目前对光热镜场镜面清洁度的检测以人工巡检为主，主要依靠积灰程度和经验来判断是否需要清洗，这一巡检方式存在着劳动强度大、巡检效率低、巡检标准不统一、恶劣环境巡检困难的问题。因此，亟需在光热镜场引进一种镜面清洁度检测设备对每一镜面的清洁度情况进行检测，并记录至数据库。所以，针对这一检测设备的巡检机器人变成了一项重要的课题，而镜面清洁度检测设备在原理上对于检测位置有一定的要求，需要在一定的角度和距离范围内才能完成检测，因此针对这一检测设备的姿态控制装置是其中最重要的部分之一。而传统的姿态控制装置仅包括机械臂和相应的感知传感器，无法对未接触到的平面完成角度测量，同时由于镜场地形较为复杂，无法保证检测设备在巡检过程中姿态保持稳定，这些问题的存在对于完成需要无人参与的镜面清洁度检测工作有着极大的挑战。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供了一种镜面清洁度检测设备的姿态控制装置，用于太阳能热发电站镜场巡检机器人的关于镜面清洁度检测设备姿态调整，从而保证理想的清洁度检测效果。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

装置包括被测镜面和被测镜支架，被测镜面固定在被测镜支架，被测镜支架支撑于地面上，被测镜支架和被测镜作为被检测对象，其特征在于：包括移动平台和用于调整镜面清洁度检测设备姿态的多轴系统，所述的多轴系统包括双轴转台机构和机械臂机构，双轴转台机构上安装有镜面清洁度检测设备，双轴转台机构安装在机械臂机构顶端，机械臂机构底部安装在移动平台上。

本实用新型由机械臂机构驱动双轴转台机构及其上的镜面清洁度检测设备移动靠近到被测镜面合适距离范围内，由双轴转台机构带动镜面清洁度检测设备进行姿态的转动调整。

所述的双轴转台机构包括圆形铝板、条形铝板、步进电机和舵机，圆形铝板的两端面分别为前端面和后端面，圆形铝板后端面与机械臂机构顶端固定连接，并且圆形铝板后端面安装有步进电机，圆形铝板前端面旁设有条形铝板，步进电机的输出轴穿过圆形铝板中心与条形铝板中部固定连接；圆形铝板前端面靠近边缘处焊接固定有环形内圈，环形内圈外套有环形外圈，环形外圈紧贴在圆形铝板端面上，条形铝板的两端沿圆形铝板径向延伸后与环形外圈固定连接，条形铝板的两端端部各安装有一个激光测距传感器，两个激光测距传感器在条形铝板两端对称布置；条形铝板上还安装有重力加速度陀螺仪传感器，条形铝板中部还安装有舵机，舵机的输出转动轴与U形铝合金支架连接，U形铝合金支架上固定安装固定镜面清洁度检测设备。

所述的机械臂机构包括可伸缩的步进推杆、水平转台、第一机器人舵机、第二机器人舵机和铝合金机械杆，步进推杆竖直布置并且底部固定到移动平台，水平转台固定在步进推杆顶端，水平转台顶面中心安装有第一机器人舵机机身，第一机器人舵机的输出转动轴经一铝合金机械杆与第二机器人舵机机身连接，第二机器人舵机的输出转动轴与另一铝合金机械杆的一端连接，另一铝合金机械杆的另一端作为机械臂机构的末端，其上安装连接。

所述的激光测距传感器的探头中心方向垂直于圆形铝板端面。

所述姿态控制装置启动工作前，镜面清洁度检测设备检测光轴垂直于圆形铝板，条形铝板的长边平行于水平地面。

所述圆形铝板前端面朝向被测镜面，所述的条形铝板前端面朝向被测镜面。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用激光测距传感器与重力加速度陀螺仪传感器便可完成对镜面清洁度检测设备的位置，并通过运动部件协调运动完成姿态调整。

附图说明

图1为本发明的装置整体结构图；

图2为本发明的双轴转台机构的三维结构图；

图3为本发明的双轴转台机构的三维结构图；

图4为本发明的双轴转台机构的三维结构图；

图中：1-移动平台；2-机械臂机构；3-双轴转台机构；4-镜面清洁度检测设备；5-被测镜面；6-被测镜支架；7-步进电机；8-圆形铝板；9-环形内圈；10-环形外圈；11-条形铝板；12-激光测距传感器；13-重力加速度陀螺仪传感器；14-舵机；15-U形铝合金支架；16-步进推杆；17-水平转台；18-铝合金机械杆；19-第一机器人舵机；20-第二机器人舵机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型具体实施包括被测镜面5、被测镜支架6、移动平台1和用于调整镜面清洁度检测设备4姿态的多轴系统，被测镜面5固定在被测镜支架6，被测镜支架6支撑于地面上，多轴系统包括双轴转台机构3和机械臂机构2，双轴转台机构3上安装有镜面清洁度检测设备4，双轴转台机构3安装在机械臂机构2顶端，机械臂机构2底部安装在移动平台1上。移动平台1底部设有轮子，通过轮子支撑于地面上。

如图2～图4所示，双轴转台机构3包括圆形铝板8、条形铝板11、步进电机7和舵机14，圆形铝板8的两端面分别为前端面和后端面，圆形铝板8后端面与机械臂机构2顶端的铝合金机械杆18末端固定连接，并且圆形铝板8后端面通过螺丝安装有步进电机7，圆形铝板8前端面旁设有条形铝板11，步进电机7的输出轴穿过圆形铝板8中心与条形铝板11中部固定连接。圆形铝板8前端面靠近边缘处焊接固定有环形内圈9，环形内圈9外套有环形外圈10，环形内圈9、环形外圈10和圆形铝板8同心布置，环形外圈10紧贴在圆形铝板8端面上，条形铝板11的两端沿圆形铝板8径向延伸后通过螺丝与环形外圈10固定连接，条形铝板11的两端端部各安装有一个激光测距传感器12，两个激光测距传感器12在条形铝板11两端对称布置，激光测距传感器12布置在条形铝板11端部朝向被测镜面5的一端；条形铝板11上还安装有重力加速度陀螺仪传感器13，安装时将重力加速度陀螺仪传感器13的X轴垂直条形铝板11平面进行安装，同时保持Z轴和条形铝板11长边平行，条形铝板11中部还安装有舵机14，舵机14的输出转动轴与U形铝合金支架15连接，舵机14的输出转动轴垂直于步进电机7的输出轴，U形铝合金支架15作为固定镜面清洁度检测设备4的安装架，U形铝合金支架15上固定安装固定镜面清洁度检测设备4。

如图1所示，机械臂机构2包括可伸缩的步进推杆16、水平转台17、第一机器人舵机19、第二机器人舵机20和铝合金机械杆18，步进推杆16竖直布置并且底部固定到移动平台1，水平转台17固定在步进推杆16顶端，水平转台17顶面中心安装有第一机器人舵机19机身，第一机器人舵机19的输出转动轴经一铝合金机械杆18与第二机器人舵机20机身连接，第二机器人舵机20的输出转动轴与另一铝合金机械杆18的一端连接，另一铝合金机械杆18的另一端作为机械臂机构2的末端，其上安装连接。

步进推杆16起到升降水平转台17的作用，主要用于完成对不同高度要求下的检测。

在步进推杆16顶端有一个可以360度旋转的水平转台17，用于完成水平转动的任务，尤其是在条形铝板11两侧的激光测距传感器12所检测到距离值不一致时，即检测到镜面清洁度检测设备4未正对被测镜面时，通过水平转台17进行调整。

在水平转台17上安装有第一机器人舵机19，并通过铝合金机械杆18与第二机器人舵机20相连，第二机器人舵机20再与双轴转台结构3进行连接，从而更好的控制双轴转台3的姿态和位置。这一结构可以在移动平台1位于不平路面时，根据重力加速度陀螺仪传感器13的角度测量信息，通过两个第二机器人舵机20可以修正垂直地面方向上的位置偏移量，还可以通过第一机器人舵机19和第二机器人舵机20的协同运动，控制镜面清洁度检测设备4和被测镜面5之间的水平距离，以完成检测要求中的检测距离要求。

激光测距传感器12的探头中心方向垂直于圆形铝板8端面，圆形铝板8前端面朝向被测镜面5，条形铝板11前端面朝向被测镜面5。姿态控制装置启动工作前，镜面清洁度检测设备4检测光轴垂直于圆形铝板8，条形铝板11的长边平行于水平地面。

本实用新型的具体实施工作过程如下：

S1：移动平台1将姿态控制装置运送至被测镜面5前方；在进行步骤S2前，需保证双轴转台机构3与被测镜面5之间的距离在一定范围之内，否则通过机械臂机构2进行距离调整。若距离不合适，可通过第一机器人舵机19和第二机器人舵机20的协同运动，在保证镜面清洁度检测设备4的检测光轴正对被测镜面5的前提下，改变两者之间的水平距离，以满足检测中的距离要求。

S2：在实施例中，姿态解算时所使用的坐标系为东北天坐标系，则在校准时以东为X轴，北为Y轴，天为Z轴，另外本实施例中欧拉角表示姿态时的坐标系旋转顺序定义为Z-Y-X，因此在传感器安装过程中，需要将X轴方向垂直条形铝板11平面进行安装，同时保持Z轴和条形铝板11长边平行。

S3：启动条形铝板11两端布置的激光测距传感器12，继续获得两个激光测距传感器12采集到的距离值a和b，判断两个距离值a和b大小，驱动机械臂机构2的水平转台17水平转动使得两个距离值满足a＝b；在实施例中，水平转台旋转平面并不完全平行于水平地面，那么经过转动调整后条形铝板11沿圆形铝板8径向延伸的边并不仍与水平地面平行，因此继续重复S2和S3，直至满足条形铝板11沿圆形铝板8径向延伸的边与水平地面平行且两个激光测距传感器12采集到的距离值a＝b。

S4：发送脉冲信号控制步进电机7的转动带动条形铝板11转动一圈，转动过程中通过条形铝板11右端布置的激光测距传感器12采集距离数据。具体是记录发送的脉冲信号并转化为条形铝板11相对于圆形铝板8周向位置的角度，并记录下每一周向角度对应的距离。

重复步骤S2操作，保证条形铝板11沿圆形铝板8径向延伸的边与水平地面平行。

S5：驱动舵机14旋转带动镜面清洁度检测设备4旋转角度，进行姿态调整。

步骤S7处理前使得镜面清洁度检测设备4检测光轴垂直于圆形铝板8，舵机14的输出旋转轴水平布置。

对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本实用新型权利要求的保护范围。