一种光伏组件清洗机器人的跨排搬运系统的制作方法

本发明涉及太阳能光伏电站清洗领域，具体涉及一种光伏组件清洗机器人的跨排搬运系统。

背景技术：

目前光伏电站多采用硅基太阳电池组件，该组件对光照度及温度十分敏感，随灰尘在组件表面的积累，降低了太阳能吸收效率，增大了光伏组件的传热热阻，成为光伏组件上的遮挡层和隔热层,影响其发电效率和散热。另外被遮蔽的光伏电池会变成不发电的负载电阻，消耗相连电池产生的电力，产生热斑效应。此过程会加剧电池板老化，减少出电力，严重时会引起组件烧毁。光伏面板表面大多为玻璃材质，当湿润的酸性或碱性灰尘附在玻璃盖板表面时，玻璃表面就会慢慢被侵蚀,从而在表面形成坑坑洼洼的现象，导致光线在盖板表面形成漫反射，在玻璃中的传播均匀性受到破坏，光伏组件盖板越粗糙，折射光的能量越小，实际到达光伏电池表面的能量减小，导致光伏电池发电量减小。并且粗糙的、带有粘合性残留物的黏滞表面比更光滑的表面更容易积累灰尘。而且灰尘本身也会吸附灰尘，一旦有了初始灰尘存在，就会导致更多的灰尘累积，加速了光伏电池发电量的衰减。

目前国内光伏组件清洗多采用以下几种方式：1人工清洗；2移动车辆式清洗；3预埋管路式喷淋清洗；4清洗机器人清洗。其中人工清洗效率低，清洗过程中容易造成镜面划伤；移动车辆式清洗适应性差，需要提前铺设车辆移动通道，容易造成机械损伤；预埋管路式喷淋清洗的清洗效果差，用水量较大，不适用于水源缺乏区域；清洗机器人清洗需要每排光伏板安装一台清洗机器人，成本高，投入回报率低。专利文献号：cn206253428，名称为：旋转码头的清洗机器人系统，虽然解决了清洗机器人清洗需要每排光伏板安装一台清洗机器人的问题，但是其存在的问题是：在西北风沙较大地区，轨道容易被风沙掩埋；在地势高低不平的光伏电站，光伏组件因地势而建，机械轨道在转弯及上下坡过程中设计复杂、不易安装，且轨道整体安装成本高，不利于产品推广；旋转码头小车依靠自身行走轮在机械轨道上运动，采用自身蓄电池提供能量，连续工作能力差，越障能力差，后期维护成本高。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种能够适应各种复杂地形，能够使同一台清洗机器人清洗不同水平线及不同角度排列的光伏组件，并能大幅降低清洗设备成本和提高自动化清洗设备效率的光伏组件清洗机器人的跨排搬运系统。

为了解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种光伏组件清洗机器人的跨排搬运系统，包括预应力柔性轨道、转弯刚性弧轨、角度可调式移动平台和驱动及传动装置，所述预应力柔性轨道与转弯刚性弧轨连接成一个整体的组合轨道并安装在光伏组件的一侧，所述角度可调式移动平台可移动地设置在组合轨道上，所述驱动及传动装置包括驱动机构、从动轮组件和传动绳，所述从动轮组件和驱动机构分别固定在组合轨道左右两端的地面上，所述传动绳沿组合轨道中心线设置，且其一端与置于组合轨道上的角度可调式移动平台一端连接，其另一端绕过左侧从动轮组件，再缠绕过右侧驱动机构，再与所述角度可调式移动平台另一端连接。

进一步地，所述预应力柔性轨道包括钢绞线柔性轨道以及分别固定在地面上的钢绞线锚固地脚、轨道端部立柱和轨道t型支架，所述轨道t型支架上端中间位置安装传动绳限位机构，其上端两侧位置对称安装轨道限位及拨绳机构，所述钢绞线锚固地脚设在轨道端部立柱外侧，所述钢绞线柔性轨道一端固定在钢绞线锚固地脚上，其另一端通过轨道端部立柱上设有的固定套环，再穿过轨道t型支架上的轨道限位及拨绳机构与转弯刚性弧轨连接；所述转弯刚性弧轨包括刚性弧轨、两个轨道t型支架和转弯t型支架，所述转弯t型支架安装在两个轨道t型支架之间，并且其上端中间位置安装传动绳限位机构，其上端两侧位置对称安装刚性轨道支撑及拨绳机构,所述刚性弧轨从刚性轨道支撑及拨绳机构中穿过，并且其两端分别与安装在两个轨道t型支架上的轨道限位及拨绳机构焊接；所述角度可调式移动平台包括万向轮机构、转向横梁、中间转轴、平台框架、举升机构、托架转轴和托架，所述万向轮机构安装在转向横梁下面的一端，所述中间转轴下端与转向横梁，其上端与平台框架连接，所述托架下端通过托架转轴与平台框架连接，其上端通过举升机构与平台框架连接，所述托架上安置有清洗机器人，所述平台框架包括框架主体和三角牵引机构，所述三角牵引机构分别安装在框架主体的左右两端；所述传动绳两端分别与框架主体左右两端的三角牵引机构连接，并分别穿过轨道t型支架和转弯t型支架上的传动绳限位机构。

进一步地，传动绳限位机构包括支架、分度销体、分度销芯和压簧，压簧和分度销芯安装于分度销体，且分度销芯能在分度销体内移动，所述分度销体安装在支架上，所述分度销芯尾端带有销芯拨杆；所述三角牵引机构包括三角牵引架、传动绳锁头和传动绳拨绳机构，所述传动绳锁头和传动绳拨绳机构安装在三角牵引架的下面，所述传动绳端部连接在传动绳锁头上，传动绳拨绳机构与分度销芯的销芯拨杆销芯拨杆相对应并能够拨动，打开分度销芯；所述万向轮机构包含凹槽滚轮、滚轮架、万向轮限位卡爪、钢绞线限位分度销机构，所述万向轮限位卡爪通过紧固螺栓安装于转向横梁一端，钢绞线分度销限位机构通过紧固螺栓安装于滚轮架侧面。

进一步地，所述钢绞线柔性轨道与转弯刚性弧轨连接是通过所述钢绞线柔性轨道穿过转弯刚性弧轨上的轨道限位及拨绳机构并与设置在转弯刚性弧轨内侧的钢绞线锚固地脚连接。

进一步地，所述举升机构为电动推杆机构或电动千斤顶机构。

进一步地，所述钢绞线锚固地脚、轨道端部立柱、轨道t型支架和转弯t型支架均通过紧固螺栓固定于预埋地面的地桩上。

进一步地，驱动机构包含驱动支架、减速电机、主动滚轴、从动滚轴、轴承、轴承瓦盖和轴承座，所述减速电机通过螺栓安装于驱动支架一端，所述轴承座、轴承和轴承瓦盖安装于驱动支架另一端，所述主动滚轴通过轴承安装于下部轴承座，从动滚轴穿过轴承安装于上部轴承座，所述主动滚轴和从动滚轴均带有凹槽且直径相同。

进一步地，所述角度可调式移动平台面向光伏组件的侧面上分别安装位置限位传感器和高度限位传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

该跨排搬运系统，采用钢绞线柔性轨道与转弯刚性弧轨相结合，传动绳穿过驱动机构与角度可调式移动平台两端连接成闭环形成闭环驱动，如此能够实现清洗机器人在普通工况下的跨排搬运、大坡度升降工况下的跨排搬运以及大角度转弯工况下的跨排搬运，从而提高了该搬运系统在复杂地形中光伏电站的适应性；柔性钢绞线在搬运系统中的大量使用，降低了搬运系统的整体安装成本；对于风沙较大的西部地区，钢绞线轨道不易存沙，设备故障率低。总之，本发明结构简单合理，一次性投入及后期维护成本低、适用于复杂地形以及清洗设备故障率低、效率高。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明组合轨道结构示意图。

图3为本发明轨道t型支架结构示意图。

图4为本发明传动绳限位机构结构示意图。

图5为本发明转弯刚性弧轨结构示意图。

图6为本发明角度可调式移动平台结构示意图。

图7为本发明角度可调式移动平台侧视图。

图8为本发明三角牵引机构结构示意图。

图9为本发明万向轮机构结构示意图。

图10为本发明驱动及传动装置示意总图。

图11为图10中a部位放大图。

图12为图10中b部位放大图。

图13为本发明驱动机构结构示意图。

图中：1-预应力柔性轨道；101-钢绞线柔性轨道；102-钢绞线锚固地脚；103-轨道端部立柱；104-轨道t型支架；104a-传动绳限位机构；1041-支架;1042-分度销体;1043-分度销芯;1043a-销芯拨杆;104b-轨道限位及拨绳机构；104c-刚性轨道支撑及拨绳机构;2-转弯刚性弧轨；201-刚性弧轨;202-转弯t型支架;3-角度可调式移动平台；301-万向轮机构;301a-凹槽滚轮;301d-滚轮架;301h-万向轮限位卡爪;301i-钢绞线限位分度销机构;302-转向横梁;303-中间转轴;304-平台框架;304a-框架主体;304b-三角牵引机构;3041-三角牵引架;3042-传动绳锁头;3043-传动绳拨绳机构;305-举升机构;306-托架转轴;307-托架;4-驱动及传动装置;401-驱动机构；401a-驱动支架;401b-减速电机;401c-主动滚轴;401d-从动滚轴;401f-轴承;401g-轴承瓦盖;401h-轴承座;402-传动绳；403-从动轮组件；5-光伏组件。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行进一步说明。

如图1、图5、图6、图10、图11和图12所示，本发明提供了一种光伏组件清洗机器人的跨排搬运系统，包括预应力柔性轨道1、转弯刚性弧轨2、角度可调式移动平台3和驱动及传动装置4，预应力柔性轨道1与转弯刚性弧轨2连接成一个整体的组合轨道并安装在光伏组件5的一侧，角度可调式移动平台3可移动地设置在组合轨道上，驱动及传动装置4包括驱动机构401、从动轮组件403和传动绳402，从动轮组件403和驱动机构401分别固定在组合轨道左右两端的地面上，传动绳402沿组合轨道中心线设置，且其一端与置于组合轨道上的角度可调式移动平台3一端连接，其另一端绕过左侧从动轮组件403，再缠绕过右侧驱动机构401，再与角度可调式移动平台3另一端连接。

如图2和图3所示，预应力柔性轨道1包括钢绞线柔性轨道101以及分别固定在地面上的钢绞线锚固地脚102、轨道端部立柱103和轨道t型支架104，轨道t型支架104安装于每一排光伏组件5一端，用于钢绞线柔性轨道101的支撑和角度可调式移动平台3的定位，轨道t型支架104上端中间位置安装传动绳限位机构104a，其上端两侧位置对称安装轨道限位及拨绳机构104b，钢绞线锚固地脚102设在轨道端部立柱103外侧，钢绞线柔性轨道101一端固定在钢绞线锚固地脚102上，其另一端通过轨道端部立柱103上设有的固定套环，再穿过轨道t型支架104上的轨道限位及拨绳机构104b与转弯刚性弧轨2连接，此处，优选钢绞线柔性轨道101与转弯刚性弧轨2连接是通过钢绞线柔性轨道101穿过转弯刚性弧轨2上的轨道限位及拨绳机构104b并与设置在转弯刚性弧轨2内侧的钢绞线锚固地脚102连接，再施加预应力张紧钢绞线。

如图5所示，转弯刚性弧轨2包括刚性弧轨201、两个轨道t型支架104和转弯t型支架202，转弯t型支架202安装在两个轨道t型支架104之间，并且其上端中间位置安装传动绳限位机构104a，其上端两侧位置对称安装刚性轨道支撑及拨绳机构104c,刚性弧轨201从刚性轨道支撑及拨绳机构104c中穿过，并且其两端分别与安装在两个轨道t型支架104上的轨道限位及拨绳机构104b焊接。

如图6所示，角度可调式移动平台3包括万向轮机构301、转向横梁302、中间转轴303、平台框架304、举升机构305、托架转轴306和托架307，万向轮机构301安装在转向横梁302下面的一端，中间转轴303下端与转向横梁302，其上端与平台框架304连接，托架（307）下端通过托架转轴306与平台框架304连接，其上端通过举升机构305与平台框架304连接，托架307上安置有清洗机器人，平台框架304包括框架主体304a和三角牵引机构304b，三角牵引机构304b分别安装在框架主体304a的左右两端；传动绳402两端分别与框架主体304a左右两端的三角牵引机构304b连接，并分别穿过轨道t型支架104和转弯t型支架202上的传动绳限位机构104a。其中所述举升机构305优选为电动推杆机构或电动千斤顶机构。

如图4所示，传动绳限位机构104a包括支架1041、分度销体1042、分度销芯1043和压簧，压簧和分度销芯1043安装于分度销体1042，且分度销芯1043能在分度销体1042内移动，分度销体1042安装在支架上，分度销芯1043尾端带有销芯拨杆1043a。

如图7和图8所示，三角牵引机构304b包括三角牵引架3041、传动绳锁头3042和传动绳拨绳机构3043，传动绳锁头3042和传动绳拨绳机构3043安装在三角牵引架3041的下面，传动绳402端部连接在传动绳锁头3042上，传动绳拨绳机构3043与分度销芯的销芯拨杆销芯拨杆1043a相对应并能够拨动，打开分度销芯1043。

如图9所示，万向轮机构301包含凹槽滚轮301a、滚轮架301d、万向轮限位卡爪301h、钢绞线限位分度销机构301i，万向轮限位卡爪301h通过紧固螺栓安装于转向横梁302一端，钢绞线分度销限位机构301i通过紧固螺栓安装于滚轮架301d侧面。

如图13所示，驱动机构401包含驱动支架401a、减速电机401b、主动滚轴401c、从动滚轴401d、轴承401f、轴承瓦盖401g和轴承座401h，减速电机401b通过螺栓安装于驱动支架401a一端，轴承座401h、轴承401f和轴承瓦盖401g安装于驱动支架401a另一端，主动滚轴401c通过轴承安装于下部轴承座401h，从动滚轴401d穿过轴承401f安装于上部轴承座401h，主动滚轴401c和从动滚轴401均带有凹槽且直径相同。其中传动绳402从主动滚轴401c一端凹槽穿入，旋转一周后穿入上方对应的从动滚轴401d凹槽，旋转一周后穿入主动滚轴401c中间凹槽，旋转一周后穿入上方对应的从动滚轴401d中间凹槽，旋转一周后穿入主动滚轴401c另一端凹槽，传动绳402从主动滚轴401c另一端凹槽穿出与三角牵引机构304b连接，形成驱动闭环。

优选地，上述钢绞线锚固地脚102、轨道端部立柱103、轨道t型支架104和转弯t型支架202均通过紧固螺栓固定于预埋地面的地桩上。

为了将清洗机器人搬运到要清洗的每一排光伏组件5端面，角度可调式移动平台3面向光伏组件5的侧面上分别安装位置限位传感器和高度限位传感器，位置限位传感器将到位信息传给plc控制器，plc控制器向驱动机构401发出指令，减速电机401b停止运转，角度可调式移动平台3停止运动；高度限位传感器发出托架307与光伏组件5齐平的信息，停止举升，托架307与光伏组件5上的光伏板齐平。

本发明的工作原理：

该跨排搬运系统安装调试完毕，准备开始清洗，清洗多安排在夜间进行，以防清洗机器人影响光伏组件发电。

到预定时间，plc控制器发出指令，减速电机开始运转，带动角度可调式移动平台携带清洗机器人从该搬运系统一侧沿钢绞线柔性轨道出发，此时角度可调式移动平台上的托架处于低位状态（目的是降低清洗机器人重心，增大搬运时整个移动平台的稳定性），钢绞线限位分度销机构处于锁合状态（以保证钢绞线柔性轨道处于凹槽滚轮和分度销芯形成的闭合空间内，防止大风工况下移动平台侧翻），传动绳限位机构分度销处于锁合状态（以保证传动绳处于分度销芯和支架形成的闭合空间内，防止上下坡搬运工况下传动绳脱离传动绳限位机构）。

传动绳带动角度可调式移动平台沿钢绞线柔性轨道移动，前端传动绳拨绳机构上的拨绳弧轨首先接触传动绳限位机构分度销中的分度销芯的销芯拨杆，打开传动绳限位机构上的分度销芯，此时固定于前端牵引三脚架端部的传动绳锁头下压传动绳通过传动绳限位机构。

接着传动绳带动角度可调式移动平台继续向前移动，轨道限位与拨绳机构上的拨绳弧轨与前端钢绞线限位分度销机构中的分度销芯接触，打开分度销芯，安装于角度可调式移动平台前端的两组万向滑轮机构与钢绞线柔性轨道脱离，进入轨道t型支架上，同时万向轮限位卡爪开始与轨道限位与拨绳机构配合进入侧面限位状态（目的是在移动平台与柔性轨道脱离时将其限制在轨道t型支架上，防止大风工况下移动平台侧翻），如此角度可调式移动平台进入轨道t形支架上；plc控制器接到位置传感器传送来的角度可调式移动平台到达光伏组件侧面位置的信息，向驱动机构发出指令，减速电机停止运转，角度可调式移动平台停止运动。

接着角度可调式移动平台上的举升机构开始举升托架，当高度限位传感器发出托架与光伏组件齐平的信息，停止举升，托架与光伏组件上的光伏板齐平，托架上的清洗机器人开始工作，从托架移动到光伏板上，开始进行清扫。第一排光伏组件清洗完毕后，清洗机器人回到托架上，托架回落。

接着驱动机构上的减速电机开始运转，带动角度可调式移动平台携带清洗机器人继续向前移动；轨道限位与拨绳机构上的拨绳弧轨与钢绞线限位分度销机构中的分度销芯脱离，分度销芯在压簧的作用下自动弹回，钢绞线柔性轨道重新进入万向滑轮机构中带凹槽滚轮与限位分度销形成的闭合空间中，此时角度可调式移动平台脱离轨道t型支架，安装于角度可调式移动平台前端的两组万向滑轮机构与钢绞线柔性轨重新锁合，同时万向轮限位卡爪脱离与轨道限位与拨绳机构的配合。

接着传动绳带动角度可调式移动平台继续向前移动，轨道限位与拨绳机构上的拨绳弧轨与后端钢绞线限位分度销机构中的分度销芯接触，打开分度销芯，安装于角度可调式移动平台后端的两组万向滑轮机构与钢绞线柔性轨道脱离，进入轨道t型支架上，同时万向轮限位卡爪开始与轨道限位与拨绳机构配合进入侧面限位状态（目的是在角度可调式移动平台与钢绞线柔性轨道脱离时将其限制在轨道t型支架上，防止大风工况下移动平台侧翻）；传动绳带动角度可调式移动平台继续运动，接着轨道限位与拨绳机构上的拨绳弧轨与钢绞线限位分度销机构中的分度销芯脱离，分度销芯在压簧的作用下自动弹回，钢绞线柔性轨道重新进入万向滑轮机构中带凹槽滚轮与限位分度销形成的闭合空间中，此时角度可调式移动平台脱离轨道t型支架，安装于角度可调式移动平台后端的两组万向滑轮机构与轨道钢绞线轨道重新锁合，同时万向轮限位卡爪脱离与轨道限位与拨绳机构的配合；传动绳带动角度可调式移动平台继续运动，后端传动绳拨绳机构上的拨绳弧轨接触传动绳限位机构分度销中的分度销芯的销芯拨杆，打开传动绳限位机构上的分度销芯，此时固定于后端牵引三脚架端部的传动绳锁头下压传动绳，使传动绳进入传动绳限位机构；如此角度可调式移动平台完全通过轨道t型支架。

当移动平台运动到转弯工位时，同样，三角牵引机构拨开传动绳限位机构，传动绳连接传动绳锁头通过传动绳限位机构后角度可调式移动平台脱离柔性轨道进入转弯刚性弧轨。此时通过多个安装于转弯t型支架上的传动绳限位机构的限制让传动绳始终以垂直的角度拖动角度可调式移动平台在转弯刚性弧轨上运动。在转弯过程中，安装于转向横梁两侧的万向滑轮机构始终保持沿刚性弧轨切线方向运动，转向横梁保持与传动绳呈垂直角度（即转向横梁始终指向刚性弧轨向心方向）；通过转向横梁与万向滑轮机构的配合完成角度可调式移动平台的大角度转向；转弯完成后，角度可调式移动平台继续向前移动，拖带清洗机器人进入下一排光伏组件的清洗。

通过以上动作，驱动及传动装置带动角度可调式移动平台完成直线及转弯运动，将整个搬运系统相对应的光伏组件逐排清洗，全部清洗完毕后角度可调式移动平台停止运动，等待下一周期的清洗任务。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。