一种光伏清洁机器人自主选择清洁作业路径的方法与流程

本发明实施例涉及清洁机器人的技术领域，具体涉及一种光伏清洁机器人自主选择清洁作业路径的方法。

背景技术：

太阳能光伏作为一种可再生清洁能源，已成为当今全球能源变革的重要力量。太阳能电池板表面容易积累风沙、灰尘等污垢，若没有及时科学专业的清洁，最高可导致组件发电功率衰减40％～60％，发电量下降20％～30％。因此，通过合理科学地清洁太阳能电池板以及对组件的悉心养护来提升电站发电量和效益的理念，受到业界认可。

光伏清洁行走机器人工作的时候，基本是全自动化的过程。目前市面不存在比较成熟的可移动检测方式，需依靠在光伏阵列添加特定的感应装置或固定装置进行定位，维持机器在光伏阵列上的行走和清洁；并且比较成熟的自主选择清洁路线技术是先手动清洁方向，然后在光伏纵置或者横置分布光伏阵列上进行“n”或者“z”字形路径清洁。

这样的添加特定感应装置或固定装置的感应方式和自动规划路线，不仅增加了设备成本和因要每次清洁完成后需要返回光伏阵列起始原地减低效率，而且易受光伏阵列的大小和分布影响，可适用性差。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种的光伏清洁机器人自主选择清洁作业路径的方法，可提高光伏清洁机器人的清洁效率以及适用性，同时还提高光伏机器人的自动化程度，以达到自主行走清洁、节约人力和降低电站维护成本。

本发明的技术方案是这样的：

一种光伏清洁机器人自主选择清洁作业路径的方法，所述光伏清洁机器人包括机身，所述机身的前端固定设置有清洁装置，所述光伏清洁器人通过所述清洁装置对光伏阵列进行清扫作业，包括以下步骤：

步骤s1：将光伏机器人放置在待清洁的光伏阵列的左下角落或右下角落的光伏面板上，此时光伏机器人处于光伏阵列的边缘，同时光伏机器人的正前方朝向光伏阵列待清洁的方向；

步骤s2：按下光伏机器人的启动按钮，光伏清洁机器人先通过光伏面板底纹检测装置拍摄位于其正前方的光伏面板表面底纹，并经深度学习模型识别出当前光伏面板的表面类型，判断出当前光伏阵列的放置方式；

步骤s3：当光伏清洁机器人判断出当前光伏阵列的放置方式后，光伏清洁机器人默认向右转至横向，前进一第一特定距离，并通过金属感应器组件感应所述机身是否出界判断起始清洁方向；

步骤s4：在确定光伏阵列的放置方式和起始清洁方向时，光伏清洁机器人恒沿横向作业直线行驶至光伏阵列横边的尽头，然后转向、爬升并调头，完成下一个横直线覆盖，直到光伏阵列的一行光伏面板全覆盖；

步骤s5：在完成一行光伏面板全覆盖后，光伏清洁机器人行驶进入光伏阵列中的新一行光伏面板，重新保持恒沿横向方式清洁作业，直到整个光伏阵列全覆盖，完成自主选择清洁作业。

所述深度学习模型为卷积神经网络模型。

所述光伏面板的表面类型包括出界、跨缝、光伏面板竖置以及光伏面板横置。

所述光伏面板底纹检测装置包括曝光主盒以及设置在所述曝光主盒底部的毛刷，所述曝光主盒通过其侧壁设置的多个安装孔固定设置在所述机身前端的外侧壁上，所述曝光主盒的形状为方形，且所述曝光主盒内部设置有空腔，所述曝光主盒的顶端设置有摄像头组件，所述摄像头组件包括摄像头模块、摄像头驱动板以及高度调整尼龙柱，所述摄像头模块固定设置在所述摄像头驱动板的下表面，所述摄像头驱动板通过所述高度调整尼龙柱设置在所述曝光主盒的顶端上方，且所述摄像头模块贯穿所述曝光主盒顶端设置的第一定位孔位于所述曝光主盒的空腔中。

所述曝光主盒的底部四周外侧壁向外延伸设置有安装部，所述安装部与所述毛刷相配合，所述曝光主盒通过所述安装部设置在所述毛刷的顶部。

所述安装部包括第一安装板、第二安装板、第三安装板以及第四安装板，其中：所述第一安装板固定设置在所述曝光主盒左侧底部的外侧壁上，所述第二安装板固定设置在所述曝光主盒前侧底部的外侧壁上，所述第三安装板固定设置在所述曝光主盒右侧底部的外侧壁上，所述第四安装板固定设置在所述曝光主盒后侧底部的外侧壁。

所述第一安装板、第二安装板、第三安装板以及第四安装板的下表面所处平面与所述曝光主盒的底部所处平面为同一个平面，且所述第一安装板、第二安装板、第三安装板以及第四安装板与所述曝光主盒为一体成型。

所述毛刷包括第一毛刷、第二毛刷、第三毛刷以及第四毛刷，所述第一毛刷、第二毛刷、第三毛刷以及第四毛刷首尾相连且形成中间为方形通孔的方形结构。

所述第一毛刷位于所述第一安装板的下方，且所述第一毛刷的外侧壁与所述第一安装板的外侧壁相平齐；所述第二毛刷位于所述第二安装板的下方，且所述第二毛刷的外侧壁位于所述第二安装板的外侧壁相平齐；所述第三毛刷位于所述第三安装板的下方，且所述第三毛刷的外侧壁位于是第三安装板的外侧壁相平齐；所述第四毛刷位于所述第四安装板的下方，且所述第四毛刷的外侧壁位于所述第四安装板的外侧壁相平齐。

还包括补光灯组件，所述补光灯组件均包括补光灯驱动板以及设置在所述补光灯驱动板下方的补光灯，所述补光灯驱动板通过第二紧固螺栓与所述曝光主盒的顶端连接，所述补光灯的上端固定设置在所述补光灯驱动板中，且所述补光灯的下端贯穿所述曝光主盒的顶端上设置的第二定位孔中向所述曝光主盒的空腔内部延伸。

本发明具有以下优点和有益效果：本发明实施例提供的光伏清洁机器人自主选择清洁作业路径的方法，其中，光伏清洁机器人包括机身，所述机身的前端固定设置有清洁装置，所述光伏清洁器人通过所述清洁装置对光伏阵列进行清扫作业，包括以下步骤：步骤s1：将光伏机器人放置在待清洁的光伏阵列的左下角落或右下角落的光伏面板上，此时光伏机器人处于光伏阵列的边缘，同时光伏机器人的正前方朝向光伏阵列待清洁的方向；步骤s2：按下光伏机器人的启动按钮，光伏清洁机器人先通过光伏面板底纹检测装置拍摄位于其正前方的光伏面板表面底纹，并经深度学习模型识别出当前光伏面板的表面类型，判断出当前光伏阵列的放置方式；步骤s3：当光伏清洁机器人判断出当前光伏阵列的放置方式后，光伏清洁机器人默认向右转至横向，前进一第一特定距离，并通过金属感应器组件感应所述机身是否出界判断起始清洁方向；步骤s4：在确定光伏阵列的放置方式和起始清洁方向时，光伏清洁机器人恒沿横向作业直线行驶至光伏阵列横边的尽头，然后转向、爬升并调头，完成下一个横直线覆盖，直到光伏阵列的一行光伏面板全覆盖；步骤s5：在完成一行光伏面板全覆盖后，光伏清洁机器人行驶进入光伏阵列中的新一行光伏面板，重新保持恒沿横向方式清洁作业，直到整个光伏阵列全覆盖，完成自主选择清洁作业；通过上述设计，本发明可提高光伏清洁机器人的清洁效率，提高光伏清洁机器人的适用性，并且提高光伏机器人的自动化程度，以达到自主行走清洁、节约人力和降低电站维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光伏清洁机器人在光伏阵列纵置分布时恒沿横向清洁方式的示意图。

图2为本发明实施例提供的光伏清洁机器人在光伏阵列横置分布时恒沿横向清洁方式的示意图。

图3为本发明实施例提供的光伏清洁机器人一个方向的立体结构示意图。

图4为本发明实施例提供的光伏清洁机器人另一个方向的立体结构示意图。

图5为本发明实施例提供的光伏清洁机器人的俯视结构示意图。

图6为本发明实施例提供的光伏清洁机器人中光伏面板底纹检测装置的立体结构示意图。

图7为本发明实施例提供的光伏清洁机器人中光伏面板底纹检测装置的分解结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1至图7所示：为本发明实施例的光伏清洁机器人自主选择清洁作业路径的方法，所述光伏清洁机器人包括机身100，所述机身100的前端固定设置有清洁装置101，所述光伏清洁器人通过所述清洁装置101对光伏阵列进行清扫作业，其包括以下步骤：

步骤s1：将光伏机器人放置在待清洁的光伏阵列的左下角落或右下角落的光伏面板上，此时光伏机器人处于光伏阵列的边缘，同时光伏机器人的正前方朝向光伏阵列待清洁的方向；

步骤s2：按下光伏机器人的启动按钮，光伏清洁机器人先通过光伏面板底纹检测装置拍摄位于其正前方的光伏面板表面底纹，并经深度学习模型识别出当前光伏面板的表面类型，判断出当前光伏阵列的放置方式；

步骤s3：当光伏清洁机器人判断出当前光伏阵列的放置方式后，光伏清洁机器人默认向右转至横向，前进一第一特定距离，并通过金属感应器组件感应所述机身是否出界判断起始清洁方向；

步骤s4：在确定光伏阵列的放置方式和起始清洁方向时，光伏清洁机器人恒沿横向作业直线行驶至光伏阵列横边的尽头，然后转向、爬升并调头，完成下一个横直线覆盖，直到光伏阵列的一行光伏面板全覆盖；

步骤s5：在完成一行光伏面板全覆盖后，光伏清洁机器人行驶进入光伏阵列中的新一行光伏面板，重新保持恒沿横向方式清洁作业，直到整个光伏阵列全覆盖，完成自主选择清洁作业。

上述深度学习模型为卷积神经网络模型。

同时，上述金属感应器组件可参考本申请人在本申请日之前申请的相关专利技术，在此不再赘述。

上述光伏面板的表面类型包括出界、跨缝、光伏面板竖置以及光伏面板横置。

上述出界为光伏清洁机器人前方的光伏面板处于光伏阵列的边缘，当光伏清洁机器人继续向前行走时将从所述光伏阵列上跌落。

所述跨缝为光伏清洁机器人前方的光伏面板处于光伏阵列中一个光伏面板的后端边缘，同时处于光伏阵列中与其相邻的且位于其前方的另一光伏面板的前端边缘，当光伏清洁机器人继续向前行走时，将从位于其前方的相邻两个光伏面板之间的缝隙跨过。

上述光伏面板底纹检测装置300包括曝光主盒301以及设置在所述曝光主盒301底部的毛刷302，所述曝光主盒300通过其侧壁设置的多个安装孔固定设置在所述机身100前端的外侧壁上，具体的，所述机身100的前端侧壁中间位置设置有固定凹槽102，且所述固定凹槽102延伸至所述机身100的下表面，所述光伏面板底纹检测装置300通过其侧壁设置的多个安装孔320固定设置在所述固定凹槽102中，所述曝光主盒301的形状为方形，且所述曝光主盒301内部为空腔(图中未示出)，所述曝光主盒301的顶端设置有摄像头组件，所述摄像头组件包括摄像头模块303、摄像头驱动板304以及高度调整尼龙柱305，所述摄像头模块303固定设置在所述摄像头驱动板304的下表面，所述摄像头驱动板304通过所述高度调整尼龙柱305设置在所述曝光主盒301的顶端上方，且所述摄像头模块303贯穿所述曝光主盒301顶端设置的第一定位孔306位于所述曝光主盒301的空腔中。

所述曝光主盒301的形状为方形，且所述曝光主盒301的底部四周外侧壁向外延伸设置有安装部，所述安装部与所述毛刷302相配合，所述曝光主盒301通过所述安装部设置在所述毛刷302的顶部。通过上述设计，也即曝光主盒301的底部四周外侧壁向外延伸设置有安装部，且安装部与毛刷302的结构相匹配，从而可使曝光主盒301通过安装部设置在所述毛刷302的顶部。

所述安装部包括第一安装板337、第二安装板338、第三安装板339以及第四安装板(图中未示出)，其中：

所述第一安装板337固定设置在所述曝光主盒301左侧底部的外侧壁上，所述第二安装板338固定设置在所述曝光主盒301前侧底部的外侧壁上，所述第三安装板339固定设置在所述曝光主盒301右侧底部的外侧壁上，所述第四安装板固定设置在所述曝光主盒301后侧底部的外侧壁；

所述第一安装板337、第二安装板338、第三安装板339以及第四安装板的下表面所处平面与所述曝光主盒301的底部所处平面为同一个平面，且所述第一安装板337、第二安装板338、第三安装板339以及第四安装板与所述曝光主盒301为一体成型。通过上述设计，也即第一安装板337、第二安装板338、第三安装板339以及第四安装板的下表面所处平面与曝光主盒301的底部所处平面为同一个平面，因此可毛刷302的上端可与第一安装板337、第二安装板338、第三安装板339以及第四安装板的下端紧密配合，进而可使曝光主盒301内的空腔处于一个相对封闭的环境；同时，由于第一安装板337、第二安装板338、第三安装板339以及第四安装板与所述曝光主盒301为一体成型，因此可提高安装部也即第一安装板337、第二安装板338、第三安装板339以及第四安装板与曝光主盒301相结合的牢固性，进而延长该曝光主盒301的使用寿命。

所述毛刷302包括第一毛刷311、第二毛刷312、第三毛刷313以及第四毛刷314，且所述第一毛刷311、第二毛刷312、第三毛刷313以及第四毛刷314首尾相连且形成中间为通孔315的方形结构；所述第一毛刷311位于所述第一安装板337的下方，且所述第一毛刷311的外侧壁与所述第一安装板337的外侧壁相平齐；所述第二毛刷312位于所述第二安装板338的下方，且所述第二毛刷312的外侧壁位于所述第二安装板338的外侧壁相平齐；所述第三毛刷313位于所述第三安装板339的下方，且所述第三毛刷313的外侧壁位于是第三安装板339的外侧壁相平齐；所述第四毛刷314位于所述第四安装板的下方，且所述第四毛刷314的外侧壁位于所述第四安装板的外侧壁相平齐。

通过上述设计，也即毛刷302由第一毛刷311、第二毛刷312、第三毛刷313以及第四毛刷314首尾连接形成，并形成中中间均为通孔315的方形结构，从而与曝光主盒301的结构相匹配且配合更加紧密，且方便前期的组装以及后期的维护，同时还可提高第一毛刷311、第二毛刷312、第三毛刷313以及第四毛刷314相结合的牢固性，进而提高安全可靠性，以延长该毛刷302以及光伏清洁机器人的使用寿命。

所述摄像头驱动板304的形状为方形，所述摄像头模块303固定设置在所述摄像头驱动板304的下表面，所述摄像头驱动板304的四角分别通过所述高度调整尼龙柱305与所述曝光主盒301的顶端固定连接，且所述高度调整尼龙柱305通过第一紧固螺栓340分别与所述曝光主盒301的顶端以及摄像头驱动板304连接。

通过上述设计，也即高度调整尼龙柱305的数量为四个，分别位于所述摄像头驱动板304的四角，且所述高度调整尼龙柱305中设置有固定孔，所述高度调整尼龙柱305的下端通过固定螺钉315与所述曝光主盒301紧固连接，可提高高度调整尼龙柱305与曝光主盒301相结合的牢固性；同时，所述高度调整尼龙柱305的上端通过固定螺钉315与摄像头驱动板304固定连接，进而提高调整尼龙柱305与摄像头驱动板304相结合的牢固性；另外，还可通过上述四个高度调整尼龙柱305调节摄像头驱动板304与曝光主盒301顶端之间的距离，进而达到调节摄像头模块303与机身100所处光伏阵列中光伏面板表面之间的距离，操作方便且快捷。

上述光伏面板底纹检测装置300采用480p60帧的高速摄像头模块并采用一定的补光方式放置在相对密闭的空间正上方的光伏面板底纹检测装置安置在光伏清洁机器人正前方。

上述光伏面板底纹检测装置300还包括补光灯组件，所述补光灯组件的数量为四个，且四个所述补光灯组件分别固定设置在所述曝光主盒301顶部的四角，每个所述补光灯组件均包括补光灯驱动板321以及设置在所述补光灯驱动板321下方的补光灯317，所述补光灯驱动板321通过第二紧固螺栓350与所述曝光主盒301的顶端连接，所述补光灯317的上端固定设置在所述补光灯驱动板321中，且所述补光灯317的下端贯穿所述曝光主盒301的顶端上设置的第二定位孔322中向所述曝光主盒301的空腔内部延伸。

通过上述设计，也即光伏面板底纹检测装置300上还设置有四个补光灯组件，且每个所述补光灯组件均包括补光灯驱动板321以及设置在所述补光灯驱动板321下方的补光灯317，补光灯驱动板321通过第二紧固螺栓350与曝光主盒301的顶端连接，补光灯317的上端固定设置在补光灯驱动板321中，且补光灯317的下端贯穿曝光主盒301的顶端上设置的第二定位孔322中向曝光主盒301的空腔内部延伸，以达到方便调节和后期维护的目的。

在光伏清洁机器上电开启后，启动清洁作业前，将光伏清洁机器人放置在需要清洁的光伏阵列的左下角或者右下角落的光伏面板上，此时光伏清洁机器人就在光伏阵列的边缘，且正前方朝前。按下作业启动按钮开始作业，光伏清洁机器人先通过480p60帧的高速摄像头模块拍摄机身100正前方的光伏面板表面底纹，并进过卷积神经网络结构模型识别出当前表面类型(出界/跨缝、相对电池片竖放、相对电池片横放)。

由于人为将光伏清洁机器人正放在光伏阵列边缘的光伏面板平面情况下，卷积神经网络模型输出的类别只能为相对光伏面板的电池片竖放和横放两种。当卷积神经网络模型输出的类别为相对电池片竖放时，根据光伏面板上电池片的摆放特征，即可判断光伏面板放置方式为光伏面板长边竖放；当卷积神经网络模型输出的类别为相对电池片横放时，同样根据光伏面板上电池片的摆放特征，判断光伏面板放置方式为光伏面板长边横放。

在判断出当前光伏阵列的放置方式后，光伏清洁机器人默认向右转至横向，前进一第一特定距离，所述第一特定距离为150mm；当光伏清洁机器人在光伏阵列的左侧边缘时，光伏清洁机器人默认右转横向，自然在此距离(也即第一特定距离)内不会感应出界。而当光伏清洁机器人在光伏阵列的右侧边缘时，光伏清洁机器人默认右转横向，自然在此距离(也即第一特定距离)内会感应出界。期间通过金属感应器组件感应是否出界判断清洁方向。如在期间金属感应器组件均感应到金属平面，说明起始点在光伏阵列的左下边缘，作业方向应为横向向右作业，维持当前方向继续作业；如在期间金属感应器组件感应不到金属平面持续一第二特定距离，所述特定距离为光伏阵列中光伏面板之间允许的最大缝隙，且所述第二特定距离为30mm，说明起始点在光伏阵列的右下边缘，作业方向应为横向向左作业，并即时旋转调头换向开始清洁作业；

根据光伏清洁机器人的机身的机械结构，在300w光伏面板上电池片布局为6*10阵列分布，一块电池片的尺寸为156*156mm，包括两块电池片并列中的缝隙，两块电池片并列长度在313～315mm范围左右。如清洁装置的长度为350mm满足略大于两块电池片并列长度，一次清洁可清洁光伏阵列上光伏面板的两行电池片，也即每一次均是一行的形式进行清洁作业，且光伏清洁机器人沿着两行电池片的缝隙线前行。即当在光伏阵列中光伏面板长边横放时，也就是光伏阵列横置分布时，一行光伏面板共有六行电池片，需光伏清洁机器人作业三行才可满足全覆盖光伏阵列中的一行光伏面板；当在光伏阵列中光伏面板长边竖放时，也就是光伏阵列纵置分布时，一行光伏面板共有十行电池片，需光伏清洁机器人作业五行才可满足全覆盖光伏阵列中的一行光伏面板。

在确定阵列方向和起始作业方向时，光伏清洁机器人恒沿横向作业直线行驶，过程中沿着两行电池片的缝隙线前行，至金属感应器组件持续感知不到光伏面板，如30mm，即说明光伏清洁机器人已到达光伏阵列横边的尽头。此时转向、爬升并调头，其中爬升距离为两块电池片并列长度，调头后同样维持横向直线运动作业完成下一个直线覆盖。

在完成一行光伏面板全覆盖后，行驶进入光伏阵列中的新一行光伏面板，期间在开始时同样通过480p60帧的高速摄像头模块拍摄正前方的光伏面板表面底纹，并进过卷积神经网络结构模型识别出当前表面类型(出界/跨缝、相对电池片竖放、相对电池片横放)。如果为出界/跨缝类型或金属感应器组件无持续感知不到光伏面板，说明目前光伏清洁机器人前方处于跨缝状态，此时不断更新行驶特定距离进行跨缝。直到卷积神经网络结构模型识别出当前表面非出界/跨缝类型，则维持行驶特定距离至到重新进入新一行的光伏面板。其中特定距离为根据光伏清洁机器人的机身的机械结构决定，满足光伏清洁机器人在识别出当前表面非出界/跨缝类型后直线行驶该距离后，使光伏清洁机器人的旋转中心维持在光伏面板边缘2*2电池片阵列中心，这样确保光伏清洁机器人转向起始作业方向时，光伏清洁机器人的中心线对准两行电池片并列中的缝隙。重新保持恒沿横向方式作业，直到整个光伏阵列全覆盖，完成自主选择作业。

根据用户需求，还可以设置完成整个光伏阵列全覆盖作业后，重新回归作业起始点。光伏阵列纵置分布和横置分布的特性，每一行光伏面板都是作业五行或者三行的奇数行数，因此当完成作业全覆盖后，光伏清洁机器人位于光伏面板上方边缘两侧角落之一。为了重新回归作业起始点，只需使光伏清洁机器人调头前进到光伏阵列底部边缘，若清洁行数为偶数，即现在处于作业起始点；若清洁行数为单数，再转向起始清洁方向的反方向，横向直线运动至横边的尽头，即作业的起始点。

最后应说明的是：以上的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。