一种光伏面板清洗机器人的制作方法

本发明涉及光伏发电配套设备领域，具体涉及一种光伏面板清洗机器人。

背景技术：

经济的发展必然会伴随着巨大的能源消耗。常规能源（煤炭、石油、天然气等）是在地壳中经千百万年形成的，这些能源短期内不可能再生。能源与社会发展之间矛盾也成为了主要矛盾之一，近代的第四次中东战争、两伊战争和海湾战争等背后的原因都是对能源所有权的争夺。

针对于日益紧张的能源问题，世界各国均投入了巨大的力量进行研究，随着对能源的深入研究，可再生能源逐渐进入了人们的视线。而作为可再生能源中的光电，因其技术简单，投资少和对环境友好的特性受到了越来越多的关注。

光伏面板是现在技术最成熟的光电设备，它是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。光伏面板可以制成不同形状，又可以相互连接以产生更多电力，天台及建筑物表面均可使用，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分。

在光伏面板大量使用的今天，其效率问题也受到了关注。研究发现，透光性能的高低是影响其效率的关键因素之一。也就是说光伏面板的洁净程度能够直接光伏面板的发电效率。在我国境内，光伏发电的设备主要以光伏电站的形式存在于在光照时间长、强度高的中西部地区，但是这部分地区距离沙漠较劲，容易受到沙尘的侵袭，空气中沙尘的含量较高。巨大的清洗量和频繁的清洗频率是急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种清洗速度快并且能对水进行重复利用的光伏面板清洗机器人。

本发明采用如下技术方案：

一种光伏面板清洗机器人，包括底盘、安装在底盘上的一对转向轮、一对万向轮和扶手，还包括回转装置、调整装置、清洗装置、供水装置和控制装置。

所述回转装置包括固定安装在底盘上的回转支撑、螺栓连接在回转支撑上的工作台、固定安装在底盘上的回转电机和安装在回转电机输出轴上的回转齿轮；所述回转齿轮和回转支撑啮合。

所述调整装置包括升降部、旋转部和伸缩部。

所述升降部包括固定在工作台上的升降杆a、一端插入升降杆a的升降杆b和液压推杆a；所述液压推杆a位于升降杆a内，其一端和升降杆a铰接，另一端和升降杆b铰接。

所述旋转部包括旋转伺服电机、减速机和固定在减速机输出轴上的悬臂；所述旋转电机和减速机均固定安装在升降杆b上；所述旋转电机的输出端和减速机的输入端连接。

所述伸缩部包括固定在悬臂内的挡板、一端插入悬臂内的伸缩臂和液压推杆b；所述液压推杆b的一端与挡板铰接，另一端与伸缩臂铰接。

所述清洗装置包括移动部、喷淋部和第一清洗部和第二清洗部。

所述移动部包括固定在伸缩臂上的移动板、固定在移动板上的导轨、固定在导轨一侧的齿条、和导轨滑动连接的滑块、固定在滑块一侧的移动电机和安装在移动电机输出轴上的移动齿轮；所述移动齿轮和齿条啮合；所述滑块上设有清洗面板。

所述喷淋部包括设在清洗面板上的喷淋管和均布在喷淋管上的喷头。

所述第一清洗部包括设在清洗面板上的支架a、设在支架a上的清洗滚轮和固定在清洗面板上的第一清洗电机；所述第一清洗电机与清洗滚轮通过联轴器连接。

所述第二清洗部包括固定在清洗面板上的支架b、套装在支架b上的至少一个转轴、固定在转轴一端的清洗轮、固定在转轴另一端的从动链轮、固定安装在支架b上的第二清洗电机、固定安装在第二清洗电机输出轴上的主动链轮和传动链条；所述传动链条与从动链轮和主动链轮均啮合。

所述供水装置包括水箱、设在收水箱上的回收槽、设在收水箱上的出水端和水泵；所述水泵的输入端和出水端连接，输出端与喷淋管连接。

所述控制装置包括单片机和控制面板。

作为进一步的解决方案：所述清洗面板上安装有光信号发生器和光信号接收器。

作为进一步的解决方案：所述光信号发生器和光信号接收器在清洗面板上倾斜设置。

作为进一步的解决方案：所述信号发生器与光信号接收器和清洗面板的最小夹角相同。

作为进一步的解决方案：所述清洗面板上设有压力传感器。

作为进一步的解决方案：所述压力传感器的数量至少为两个且对称布置在清洗面板上。

作为进一步的解决方案：所述导轨的两端均安装有防撞块。

作为进一步的解决方案：所述工作台上设有蓄电池。

本发明产生的有益效果如下：

光伏电站为了达到最大的空间利用率，在有限的空间内会设置尽可能多的光伏面板，仅预留下少量的通道供日常巡视与维修使用。这些预留通道普遍较窄，大型的清洗设备无法进行作业；人工操作需要工作人员拿着水桶、擦洗布等工作，并且对于面积较大的光伏面板，还需要准备直梯、高低凳等工具，工作速度慢，工作效率低。本发明的体积小，转弯方便，可以对光伏电站进行全覆盖，并且单人操作即可完成清洗作业。工作人员只需要调整好本发明与光伏面板之间的位置，其余工作便可自动完成。这样能够大幅度提升工作效率和清洗频率，使光伏面板的工作效率维持在一个较高的范围之内。

本发明采用了人工操作与机械操作相结合的方式。工作人员负责设备的移动，而清洗部分则完全采用自动化操作。这种设置的优势在于能够大幅度降低设备（与全自动化设备相比）的成本和后续的维护难度，将投入与产出控制在一个合理的范围之内。同时工作人员可以随时观察设备的运行情况，及时进行调整，保证本发明与光伏面板的安全。

本发明的清洗采用先冲洗、再擦洗、最后擦干的方式。水泵从水箱中抽取清水后输送到喷淋管，然后经过均布在喷淋管上的喷头喷出。喷出的清水带有一定的压力，并且喷头与光伏面板有夹角，可以将光伏面板上表面上的砂石等颗粒物冲掉，防止在后续的擦洗过程中颗粒物在随清洗滚轮的移动过程中划伤光伏面板表面；随着清洗面板的移动，滚轮与光伏面板接触并对光伏面板进行擦洗；最后清洗轮与光伏面板接触并对其进行清洗与擦干，去除光伏面板上的水渍，并对面板进行最后一次擦洗，进一步提高面板的清洁度。上述的清洗作业所需要的部件在清洗面板上线性设置的，即能够一次完成所有清洗步骤，不需要重复进行，清洗速度更快，清洗效率更高。

在实际中，每一块光伏面板的安装角度都不近相同，同一电站内的光伏面板安装高度和安装角度等参数相差更大，本发明具有角度调整功能，对此有着良好的适应性。由升降杆a、升降杆b和液压推杆a组成的升降部，升降杆b可沿着升降杆a在液压推杆a的推动往复移动，调整清洗装置的高低；由旋转伺服电机、减速机和悬臂组成的旋转部，悬臂可随着减速机转轴的转动而转动，调整清洗部与光伏面板的平行度；由挡板、伸缩臂和液压推杆b组成的伸缩部，液压推杆b可以推着伸缩臂沿悬臂移动，调整清洗装置和光伏面板之间的距离；通过上述高度、角度和距离的调整，本发明的适用范围大大扩大。

清洗过程中，如果清洗装置与光伏面板不平行，容易造成清洗装置与光伏面板之间的压力不均匀，使清洗滚轮或者清洗轮与光伏面板之间的压力过大或过小，达不到最佳的清洗效果。本发明将镜面反射的原理运用到调平当中，首先操作人员将清洗装置调整到与光伏面板近似平行，然后启动自动调整，位于清洗面板上的光信号发生器发光，照射到光伏面板上后发生镜面反射，与此同时，清洗装置仍在向与光伏面板平行的方向转动，当位于清洗面板上的光信号接收器接收信号后，说明清洗装置与光伏面板平行，清洗装置停止转动。

同时，本发明在清洗过程中能够时时调整清洗装置与光伏面板之间的压力。通过安装在清洗面板上的压力传感器，在清洗装置与光伏面板表面接触的同时，压力传感器同时与之接触，并将压力值传回到控制系统，控制系统中存储有压力的预设值，能够根据回传值与预设值的比对及时调整清洗装置和光伏面板之间的距离，进而调整二者之间的压力，达到对大的清洗效果。

附图说明

图1为本发明（不含清洗装置）的结构示意图；

图2为本发明的清洗装置的结构示意图；

图3为本发明的第二清洗部的结构示意图；

图4为本发明的轨道和防撞块的连接关系示意图；

图5为本发明的控制装置的结构示意图；

其中：1底盘、11转向轮、12万向轮、13扶手、21回转支撑、22工作台、23回转电机、24回转齿轮、31升降杆a、32升降杆b、33液压推杆a、41旋转伺服电机、42减速机、43悬臂、51挡板、52伸缩臂、53液压推杆b、61移动板、62导轨、63齿条、64滑块、65移动电机、66移动齿轮、67清洗面板、71喷淋管、72喷头、81支架a、82清洗滚轮、83第一清洗电机、84联轴器、91支架b、92转轴、93清洗轮、94从动链轮、95第二清洗电机、96主动链轮、97传动链条、101水箱、102回收槽、103出水端、104水泵、111单片机、112控制面板、113光信号发生器、114光信号接收器、14压力传感器、15防撞块、16蓄电池。

具体实施方式

下面结合图1-5来对本发明进行进一步说明。

本发明采用如下技术方案：一种光伏面板清洗机器人，包括底盘1、安装在底盘1上的一对转向轮11、一对万向轮12和扶手13，还包括回转装置、调整装置、清洗装置、供水装置和控制装置；

所述回转装置包括固定安装在底盘1上的回转支撑21、螺栓连接在回转支撑21上的工作台22、固定安装在底盘1上的回转电机23和安装在回转电机23输出轴上的回转齿轮24；所述回转齿轮24和回转支撑21啮合；

所述调整装置包括升降部、旋转部和伸缩部；

所述升降部包括固定在工作台22上的升降杆a31、一端插入升降杆a31的升降杆b32和液压推杆a33；所述液压推杆a33位于升降杆a31内，其一端和升降杆a31铰接，另一端和升降杆b32铰接；

所述旋转部包括旋转伺服电机41、减速机42和固定在减速机42输出轴上的悬臂43；所述旋转电机41和减速机42均固定安装在升降杆b32上；所述旋转电机41的输出端和减速机42的输入端连接；

所述伸缩部包括固定在悬臂43内的挡板51、一端插入悬臂43内的伸缩臂52和液压推杆b53；所述液压推杆b54的一端与挡板51铰接，另一端与伸缩臂52铰接；

所述清洗装置包括移动部、喷淋部和第一清洗部和第二清洗部；

所述移动部包括固定在伸缩臂52上的移动板61、固定在移动板61上的导轨62、固定在导轨一侧的齿条63、和导轨62滑动连接的滑块64、固定在滑块64一侧的移动电机65和安装在移动电机65输出轴上的移动齿轮66；所述移动齿轮66和齿条63啮合；所述滑块64上设有清洗面板67；

所述喷淋部包括设在清洗面板67上的喷淋管71和均布在喷淋管71上的喷头72；

所述第一清洗部包括设在清洗面板67上的支架a81、设在支架a81上的清洗滚轮82和固定在清洗面板67上的第一清洗电机83；所述第一清洗电机83与清洗滚轮82通过联轴器84连接；

所述第二清洗部包括固定在清洗面板67上的支架b91、套装在支架b91上的至少一个转轴92、固定在转轴92一端的清洗轮93、固定在转轴92另一端的从动链轮94、固定安装在支架b91上的第二清洗电机95、固定安装在第二清洗电机95输出轴上的主动链轮96和传动链条97；所述传动链条97与从动链轮94和主动链轮96均啮合；

所述供水装置包括水箱101、设在水箱101上的回收槽102、设在收水箱101上的出水端103和水泵104；所述水泵104的输入端和出水端103连接，输出端与喷淋管71连接；

所述控制装置包括单片机111和控制面板112。

作为进一步的解决方案：所述清洗面板53上安装有光信号发生器113和光信号接收器114。

作为进一步的解决方案：所述光信号发生器113和光信号接收器114在清洗面板53上倾斜设置。

作为进一步的解决方案：所述信号发生器12与光信号接收器114和清洗面板53的最小夹角相同。

作为进一步的解决方案：所述清洗面板67上设有压力传感器14。

作为进一步的解决方案：所述压力传感器14的数量至少为两个且对称布置在清洗面板67上。

作为进一步的解决方案：所述导轨62的两端均安装有防撞块15。

作为进一步的解决方案：还包括设在工作台22上的蓄电池16。

使用之前，首先将蓄电池16充满电，水箱101里充满水，然后推到工作地点。本发明体积小，重量轻，能够在狭窄的检修通道同行和转通过转向轮11和万向轮12的配合，能够方便的掉头或转弯，灵活性更佳。转向轮11采用万向轮或者万向轴与轮胎组合的形式均可。

工作人员将本发明送到需要清洗的光伏面板前面适当调整底盘1与光伏面板底座的平行程度。然后按下控制面板112上的控制回转电机23的控制键，控制回转电机23顺时针转动或者逆时针转动，进一步调整本发明与光伏面板底座的平行程度，尽量保证二者平行。

然后更换按键，按下控制液压推杆a33伸长或缩短的控制键，调整清洗装置与光伏面板的相对高度。液压推杆a33的伸长或缩短是由液压站控制，伸长时，液压站动作，将液压油压入液压推杆a33，液压推杆a33伸长；缩短时，液压油被抽回液压站，液压推杆a33伸长缩短。

然后调整清洗装置与光伏面板的平行程度。按下控制面板112上控制旋转伺服电机41的控制键，通过控制调整伺服电机41的转动方向，进而调整清洗装置与光伏面板的平行程度。

继续更换按键，更换到控制液压推杆b53的控制键上。液压站动作，将液压油输入液压推杆b53，液压推杆b53伸长，推动清洗装置向靠近光伏面板的方向运动。

在清洗装置靠近光伏面板时，压力传感器14会碰触到光伏面板并将压力信号反馈回控制系统。控制系统在接收到信号后，控制液压推杆b53不再伸长，即清洗装置不再向靠近光伏面板的方向运动。此时控制系统控制回转电机23转动，调整清洗装置与光伏面板在水平方向上的的平行度。当位于清洗面板67上对称设置的两个压力传感器14均将信号传回至控制系统并且传回值相同时，回转电机23不在动作；在此过程中有可能回转电机23转动时首先与光伏面板接触的压力传感器14回传信号消失，此时回转电机23同样停止动作，液压推杆b53动作，将清洗装置向靠近光伏面板的方向推动至某一压力传感器14将信号回传至控制系统，此时液压推杆b53停止动作，回转电机23动作，重复此过程至清洗装置与光伏面板在水平方向上平行。

水平方向上平行度调整完成后，开始调整竖直方向上的平行度。光信号发生器113发出信号，信号在光伏面板上发生镜面反射到清洗面板上。如果此时清洗面板与光伏面板平行，光信号接收器114应该能接收到信号，当接收不到信号时，旋转伺服电机41转动带动清洗装置转动，进一步调整二者之间的平行程度直至光信号接收器114接收到信号。在此调整的过程中，压力传感器14传回控制系统的数值可能大于预设值，及如果清洗装置与光伏面板之间的压力偏大，继续的话可能会损伤光伏面板，此时旋转伺服电机41停止动作，液压推杆b53动作，使清洗装置向远离光伏面板的方向运动至压力恢复正常值后停止。此时伺服电机41继续动作，带动清洗装置转动至与光伏面板平行，如压力传感器14的回传值仍高于预设值，则重复该过程，直至二者平行。

最后调整清洗装置与光伏面板之间的距离。此时二者已经达到预定的平行范围内，液压推杆b53动作，使清洗装置向靠近光伏面板的方向运动；压力传感器14将压力值回传至控制系统，当回传值达到清晰压力预设值时，液压推杆b53停止动作，调整过程完成。

清洗过程开始，首先水泵104从水箱101抽取清水并将其送入喷淋管71中，然后经过均布在喷淋管71上的喷头72喷到光伏面板上。喷出的水具有一定的压力，能够冲洗掉光伏面板上的大颗粒、树叶或者其他杂物。接着第一清洗电机83开始转动，通过联轴器84带动清洗滚轮82转动，清洗滚轮82平行于光伏面板设置并高速转动，能够进一步去除光伏面板上的细小颗粒，提高其洁净程度。最后第二清洗电机95转动，带动安装在其输出轴上的主动链轮96转动，主动链轮96通过传动链条带动与之相连的从动链轮94转动，从动链轮94带动转轴92转动进而带动清洗轮93转动。清洗轮93是垂直与光伏面板设置的，能够擦干吸收光伏面板上的水分并再一次提高其洁净程度。从喷头72喷出的清水顺着光伏面板流动，最后掉落进回收槽102，通过回收槽102进入水箱101。这样能够提高水的利用率。

此处应说明的是，上述三个部分的清洗内容是同时进行的，只是在最开始清洗时和光伏面板的接触时间不同，并且三个部分的清洗内容依次进行。与此同时，移动电机65动作，带动清洗面板67沿导轨62方向运动，清洗整个光伏面板。

在光伏电站中，距离相近的光伏面板其安装参数基本上是相同的。也就是说在清洗第一块时需要多个方向的调整。在清洗第二块和以后的光伏面板时，只需要调整清洗装置与光伏面板间的压力值这一个参数即可，这样能够缩短调整时间，提高工作效率。

上文中提到的压力传感器14可采用型号为pt124b-210的应变式压力变送器；光信号发生器113可以采用如型号为fu650ad20-bc10（bd10）的激光发生器或者其他类型的只要能产生光信号的发生器均可；光信号接收器114可以使用光敏电阻（将光信号转换为电信号）或者工作远离类似的传感器；单片机可以使用80c51。上述电气原件及给出的型号仅供参考，并不作为本发明的唯一选择。

最后应说明的是，以上实施例仅用以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，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。