一种大型地面光伏电站灰尘清扫辅助系统的制作方法

本发明涉及一种大型地面光伏电站灰尘清扫辅助系统，更具体说是涉及一种运用麦克纳姆车轮全向行走、摄像头视觉感知、可调接支架机构措施实现的灰尘清扫辅助系统。

背景技术：

光伏发电是清洁能源最主要的形式。光伏电站必须在空旷的地域直接面向太阳。目前光伏电站主要安装于煤矿塌陷区、西部沙漠区、房屋屋顶及墙面、湖堰水面、山坡山丘。

如图1所示，大型地面光伏电站，光伏板运行时要保持一定的斜角并保证一排光伏阵列与相邻排光伏阵列之间不遮挡，为此，一排光伏阵列与相邻排光伏阵列之间阵列间距大约在910mm-1000mm之间。一排光伏阵列约30kwp-100kwp，大型光伏电站在100排光伏阵列、500排光伏阵列、1000排光伏阵列、10000排光伏阵列之间不等。

如图2所示光伏电站由光伏阵列、钢结构支撑架、电缆、汇流排、逆变器、并网配电开关等机电设备组成。随时间推移，光伏电站各个环节都会出现损坏、异常、故障。

当光伏板表面出现灰尘、斑点、板结、异物而长期得到不处理时，光伏板将发生内伤、短路、效率下降，严重时会形成热斑点导致火灾。因此必须及时清理光伏板表面的灰尘、斑点、板结、异物。运维人员及专用设备在大型地面电站行走需沿巡视线路行走，在指定地点停留观察及采取行动。

在组织人工定期对大型地面电站光伏板清洗同时，国内外机构已研制光伏板清扫机，如图3所示，这是一种可在各规格光伏板组件上自行移动清扫机。因为光伏阵列一排排间距布列安装特点导致清扫机都仅限于一排光伏阵列之内运行。如大型地面光伏电站有333排光伏阵列、则要配套330台清扫机，清扫机绑定并限制在一排光伏阵列的模式有三大缺点：第一是效率低，一排光伏阵列最多100片光伏板组件，工作10分即可完成清扫任务；第二是成本高，整个地面电站需配置清扫机几百几千台；第三是清扫机本身作为设备需要维护，这个工作量大。

如何让清扫机在多排光伏阵列之间共享、能从一排光伏板阵列清扫工作完毕后，到下一排光伏阵列继续开展清扫工作，是目前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明涉及一种大型地面光伏电站灰尘清扫辅助系统，更具体说是涉及一种运用麦克纳姆车轮全向行走、摄像头视觉感知、可调节支架措施实现的灰尘清扫辅助系统。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种大型地面光伏电站灰尘清扫辅助系统，包括万向车轮，由4只麦克纳姆轮组成，所述麦克纳姆轮半径在6cm到12cm之间,安装于所述车体两侧，所述麦克纳姆轮与电机旋转机轴连接；车体，包括机械本体、四只电机、电机驱动器、磁条感应器、rfid读写器，所述机械本体为长80cm到150cm之间、宽60cm到120cm之间、高20cm到40cm之间长方体，四只电机固定在所述长方体主梁上，所述电机与电机驱动器电气连接；地面铺设磁条形成导航路径，地面铺设rfid标签形成搬运驻留点；电源系统，包括免维护蓄电池组、光伏控制器组成，所述电源系统通过24vdc，12vdc，5vdc提供电源；

摄像头单元，包括摄像头，云台本体，云台主杆、云台控制器；

它还包括可调节支架单元、主控制器；

所述可调节支架单元包括前支架，后支架，支架控制箱，斜坡件；

所述前支架底部、后支架底部固定于支架控制箱；所述前支架顶部、后支架顶部固定安装斜坡件，所述支架控制箱固定于所述车体；

所述支架控制箱包括支架电机与支架电机控制器；

所述斜坡件为四周是铝合金边框中间是光伏板的定制光伏板组件；所述定制光伏板组件与电源系统光伏控制器连接，

所述主控制器为工业控制计算机或嵌入式控制器；

所述主控制器及支架控制箱安装于所述车体；

所述主控制器通过串行数据端口与所述电机驱动器电气连接，

所述主控制器通过输出脉冲回路与所述支架电机控制器电气连接，

所述主控制器通过通信接口与所述云台控制器及摄像头数据接口电气连接，

所述主控制器通过串行数据线与所述磁条感应器、所述rfid读写模块连接；

所述主控制器配置为执行如下操作：

控制车体沿磁条路径从一个搬运驻留点行走至另一个搬运驻留点；

以搬运驻留点为中心，控制电机驱动器使得所述车体横向移动，控制支架电机控制器使得所述前支架后支架升降，以实现所述斜坡件铝合金边框的斜率与地面光伏板组件铝合金边框的斜率相等。

作为优选，所述支架控制箱包括前左支架电机、前右支架电机、后左支架电机、后右支架电机、支架电机控制器，前支架包括前左支架、前右支架，后支架包括后左支架，后右支架，所述四个支架与所述四只支架电机一一对应，所述主控制器通过支架电机控制器调节所述前支架后支架高度从而达到调节所述斜坡件的高度及斜坡度。

作为优选，所述主控制器在读取所述磁条感应器实时磁通量数据，当左中感应件、右中感应件两两相差磁通量数据发生变化严重偏移时，主控制器下发指令到车体电机驱动器控制车体朝两两相差绝对值较小侧横向移动。

作为优选，所述主控制器采集搬运驻留点周边图像数据，采取灰度差阀值将所述图像分割为地面光伏板组件、地面光伏板铝合金边框、间隙区域、斜坡件铝合金边框、斜坡件光伏板、其它，主控制器控制控制电机驱动器及支架电机控制器沿地面光伏板铝合金边框线条与斜坡件铝合金边框线条交叉线相交角较大角方向横向移动。

作为优选，所述主控制器通过控制电机驱动器及支架电机控制器使得所述斜坡件铝合金边框斜率与地面光伏板组件铝合金边框斜率相等、所述斜坡件铝合金边框线条与地面光伏板组件铝合金边框线条之间距离小于2cm后，以无线通讯途径向清扫机传输从地面光伏板组件行走至所述斜坡件的数据指令、离开所述斜坡件返回至地面光伏板组件的数据指令。

本发明具有的优点和积极效果是：100排光伏阵列共享一台高品质清扫机，彻底改变了清扫机绑定在一排光伏阵列内的局面，车体采用磁条导航路径，搬运采取可调节支架单元初等技术措施，使得本发明更可靠更经济。配合清扫机，本发明还能自动完成大型地面光伏电站清扫工作，可实现无人化运维。

附图说明

图1为大型地面光伏电站光伏阵列布局示意图

图2为光伏发电部件组成示意图

图3为行走在光伏板表面的清扫机示意图

图4为清扫机从一排光伏板另一排光伏板效果示意图

图5为本发明控制系统各部件组成图

图6为可调接支架机构结构示意图

图中：11-万向车轮、12-车体、13-摄像头单元、14-前支架后支架、15-斜坡件、100-主控制模块、200-电机驱动器、300-支架电机控制器、500-rfid读写模块、600-磁条感应器、700-云台控制器、800-摄像头、900-清扫机。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例以下实施例，并配合附图详细请参阅图1～图6，本发明一种大型地面光伏电站灰尘清扫辅助系统，包括

全向移动小车车箱，小车车箱顶端安装的摄像头单元、可调节支架单元。

全向移动小车车箱包括万向车轮、车体。

万向车轮由4只麦克纳姆轮组成，麦克纳姆轮半径在6cm到12cm之间,安装于在车体两侧，麦克纳姆轮与电机旋转机轴连接；

车体，包括机械本体、四只电机、电机驱动器、磁条感应器、rfid读写器。

机械本体为长80cm到150cm之间、宽60cm到120cm之间、高20cm到40cm之间长方体，四只电机固定在长方体主梁上，四只电机与电机驱动器电气连接。

磁条感应器、rfid读写器固定安装于机械本体长方体底部，用以检测铺设于地面磁条和识读铺设于地面rfid标签。

车体内还包括电源系统，电源系统为免维护蓄电池组及光伏控制器组成，电源系统通过24vdc，12vdc，5vdc提供电源。

机械本体长方体体内预留空间以固定安装主控制器，摄像头云台底座，可调节支架单元的支架控制箱。

机械本体长方体顶面预留洞孔，摄像头云台主杆、可调节支架单元前支架、可调节支架单元后支架从机械本体长方体顶面洞孔穿越。

如图6所示，可调节支架单元包括前支架，后支架，支架控制箱，斜坡件；

前支架包括前左支架、前右支架，后支架包括后左支架，后右支架。

支架控制箱包括四只支架电机与支架电机控制器；四只支架电机分别是前左支架电机、前右支架电机、后左支架电机、后右支架电机，四只电机与支架电机控制器连接。

前支架底部后支架底部都固定安装于支架控制箱。

支架控制箱固定在车体两根大梁上。

前支架顶部、后支架顶部固定安装斜坡件。四个支架与所述四只支架电机一一对应。

支架电机控制器通过四只支架电机运动调节前支架后支架高度，从而达到调节斜坡件高度及斜坡度目标效果。

前支架高度在60cm到120cm之间，后支架高度在80cm到150cm之间，前后支架可调节升降高度为30cm到60cm之间；前支架之间距离在50cm到100cm之间，后支架之间距离在50cm到100cm之间，前后支架之间距离在70cm到110cm之间，可调节支架机构四只支架顶部支撑的斜坡件为四周是铝合金边框中间是光伏板的定制光伏板组件；斜坡件在长80cm到150cm之间、宽80cm到120cm。

作为优选配置方案，支架控制箱四只电机对应四根丝钢筒，前后支架底部插入对应丝钢筒，支架控制箱支架电机正转，支架沿丝钢筒上升，支架控制箱支架电机反转，支架沿丝钢筒下降，上升及下降均速，

作为备选方案，前支架后支架与支架控制箱一次成型结构，前后支架通过气压或液压的变化而上升或下降，控制气液缸压力实现控制升降距离。

前左支架前右支架以联动为主，同时上升相同距离或同时下降相同距离；在特别情况如地面不平缓，前左支架前右支架也可分别各自独立运动。

后左支架后右支架以联动为主，同时上升相同距离或同时下降相同距离；在特别情况如地面不平缓，后左支架后右支架也可分别各自独立运动。

摄像头单元包括摄像头、云台本体、云台控制器、云台主杆、云台底座；

云台主杆高度在120cm到180cm之间，云台底座固定在车体大梁上。

云台主杆为不可调节部件，云台主杆一端固定在云台底座，云台主杆另一端固定云台本体，摄像头安装于可旋转云台本体。

作为备选方案摄像头为微型轻质摄像头，摄像头像数为100到200万之间。

云台本体保持摄像头平视及俯视，云台本体左右在180度旋转，在平视及向下45度俯视内上下移动。

如图6所示，至此完成了本发明机械组件结构布局设计。

电机驱动麦克纳姆轮形成全向移动车体，具有车辆前行后退行驶功能基础上，横向移动是麦克纳姆车轮特别功能特征，横向移动使得车体靠近地面光伏板组件及车体行驶在磁条中间易于实现。

本发明核心部件是主控制器，主控制器为工业控制计算机或嵌入式控制器；

如图5所示，本发明控制系统组成单元模块是主控制模块100、电机驱动器200、支架电机控制器300、rfid读写模块500、磁条感应器600、云台控制器700、摄像头800、清扫机900。

主控制器安装于车体长方体。

主控制器配置了串行数据端口、无线通讯端口、输入输出回路。

主控制器100通过串行数据端口与电机驱动器200电气连接，

主控制器100通过输出脉冲回路与支架电机控制器300电气连接，

主控制器100通过串行通信端口与云台控制器700及摄像头数据接口800电气连接，

主控制器100通过串行数据线与磁条感应器600、rfid读写模块500连接；

主控制器100通过无线通讯端口与光伏板组件上清扫机900无线数据通讯连接。

本发明的机械载体是全向移动小车车箱，本发明核心是主控制器，主控制器通过通讯链路及输入回路采集数据，控制全向移动小车车箱各机械部件运动从而实现如下功能。

全向移动小车车箱行走功能。

磁条感应器及rfid读写模块安装于车体长方体底部，贴近地面。

磁条感应器感应件优先配置为沿车体长方体底部中心轴等距离布列左中右三组，每组多只；

全向移动小车车箱仅沿磁条行走仅在地面搬运驻留点停留。

主控制器通过串行数据线与磁条感应器rfid读写模块连接，读取磁条感应器各组感应件实时磁通量数据，读取rfid读写模块上传数字报文数据；当左中感应件、右中感应件两两相差磁通量数据发生变化严重偏移时，主控制器下发指令到车体电机驱动器控制车体朝两两相差绝对值较小侧横向移动，从而让左中感应件、右中感应件两两相差绝对值满足要求，这表明地面磁条处于车体中心。

全向移动小车车箱在磁条路径行驶过程中主控制器不采集摄像头图像数据。

主控制器读取所述磁条感应器数据同时还读取rfid读写模块上传报文，

主控制器连续解读报文内容以判断是否存在地面rfid标签，当判定地面rfid标签为搬运驻留点时，主控制器下发停止指令给电机驱动器让车体停止不动。

主控制器依平视到俯视、左向右规则，下发指令至云台控制器，主控制器采集、分析、识别由摄像头上传的搬运驻留点周边图像数据。

搬运驻留点斜坡件调整功能。

由摄像头上传的搬运驻留点周边图像数据依据灰度数值可分割为地面光伏板组件、地面光伏板铝合金边框、间隙区域、斜坡件铝合金边框、斜坡件光伏板组件、其它。图像处理分析敏感区域确定为地面光伏板铝合金边框、间隙区域、斜坡件铝合金边框；图像敏感区聚焦域是地面光伏板铝合金边框线条与斜坡件铝合金边框线条之间空间关系。

地面光伏板铝合金边框线条是固定不变的，当全向移动小车车箱横向移动后，斜坡件铝合金边框线条在图像中位置会发生变化的，相应地面光伏板铝合金边框线条与斜坡件铝合金边框线条之间空间关系也同步产生变化。

开始时地面光伏板铝合金边框线条与斜坡件铝合金边框线条之间是两条空间中相交线关系，主控制器计算地面光伏板铝合金边框线条斜率，以地面光伏板铝合金边框线条斜率为目标斜率，控制全向移动小车车箱沿地面光伏板铝合金边框线条与斜坡件铝合金边框线条交叉线斜角较大角方向横向移动，使得斜坡件铝合金边框线条斜率与目标斜率越来越接近。

清扫机在地面光伏板组件与斜坡件之间来回行走功能。

当全向移动小车车箱靠近地面光伏板组件并实现地面光伏板铝合金边框线条与斜坡件铝合金边框线条成两条平行线并且两条平行线距离小于2cm时，可调节支架单元斜坡件与地面光伏板完整对接。

当清扫机在本排光伏板组件完成清扫工作时，主控制器以无线通讯途径向清扫机发送指令，清扫机可从地面光伏板组件行走至可调节支架机构斜坡件。

当清扫机需要到另一排开始清扫工作时，主控制器以无线通讯途径向清扫机发送指令，清扫机可从斜坡件离开返回至地面光伏板组件。

如图4所示，至此本发明全向移动小车车箱靠近对接地面光伏板组件，清扫机走上斜坡件，全向移动小车车箱斜坡件承运清扫机沿磁条路径行走至另一排光伏板搬运驻留点，全向移动小车车箱再次靠近并对接地面光伏板组件，清扫机离开斜坡件走向地面光伏板组件开始清扫工作，如此循环，本发明全向移动小车车箱配合清扫机完成大型地面光伏电站清扫工作。

在以上功能实现技术方案中，主控制器处于核心地位。主控制器主要配置为执行如下操作：

控制车体沿磁条路径从一个搬运驻留点行走至另一个搬运驻留点；

以搬运驻留点为中心，控制电机驱动器使得车体横向移动、控制支架电机控制器使得前支架后支架升降升降，以实现可调节支架单元斜坡件的斜率与地面光伏板组件斜率相等。

本发明一种大型地面光伏电站灰尘清扫辅助系统是搬运装备，能行走、有眼睛、可承运，第三方高品质清扫机效果好效率高，本发明通过跟踪清扫机、靠近地面光伏板组件、斜坡件对接光伏板措施，由清扫机自行在斜坡面上上下下，在大型地面电站多排光伏板组件间共享。本发明为大型地面光伏电站高效率、低成本、自动运维提供了支撑。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出许多形式，这些均属于本发明保护范围之内。