机器人外壳结构及采用该外壳结构的太阳能板清洁机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种机器人外壳结构及采用该外壳结构的太阳能板清洁机器人。

背景技术：

太阳能作为一种可再生清洁能源，近几年已成为全球能源变革的重要力量。但太阳能电池板表面极易积累风沙、灰尘等污垢，若不及时进行清洁，最高可导致组件发电量下降20％～30％。如果清洗得不彻底，留下死角，未被清洗的部分会由发电单元变为耗电单元，形成“热斑效应”。这会对太阳能板造成极大的损害，严重时还会引起火灾。据统计，全球太阳能电站每年因无效清洁或清洁不及时产生的直接经济损失高达约100亿美元，预计到2020年，这一损失将达到200亿美元。

目前太阳能电池板清洗主要有人工水洗和大型设备冲洗两种方式，但都有较大的弊端。人工清洁的难度大、效率低、存在安全隐患；使用工业清洗设备进行冲洗则需一次性投入巨额的资金，同时会消耗大量的水资源。以我国武威某装机容量50兆瓦的光伏电站为例，清洁一次，需要工人2500人/天，用水量5000m³；若使用清洁车则需350人/天，用水量25000m³。

为此，有必要针对太阳能电池板清洁这一问题，提供一种理想的解决方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型一方面提供一种结构简单、成本低廉的机器人外壳结构，另一方面提供一种太阳能板清洁效率高、易于大规模使用的清洁机器人，本清洁机器人创新的采用无水化清洁方式，在有效完成清洁工作的同时节约了大量的水资源。在太阳能电池板清洁维护领域具有巨大的市场价值，对光伏发电产业具有十分重要的意义。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：机器人外壳结构，包括外壳和底盘，所述外壳罩设在底盘上，该机器人外壳结构上设置有灰尘吸收结构和真空吸附结构；所述灰尘吸收结构包括涡轮风扇、灰尘吸附通道和灰尘收集仓，所述涡轮风扇设置在外壳顶部，所述灰尘吸附通道设置在外壳的前壁和后壁上；所述涡轮风扇产生吸附力，通过灰尘吸附通道将灰尘吸附并收集在灰尘收集仓中；所述真空吸附结构包括风机、负压吸附进风通道和负压吸附排风通道；所述负压吸附进风通道设置在底盘上，且所述负压吸附进风通道与风机进气口连通，所述负压吸附排风通道与所述风机的排气口连通；所述风机用于产生负压，使机器人吸附在太阳能板表面。

进一步的，还包括灰尘收集盒，所述灰尘收集盒可拆卸的设置在灰尘收集仓中，所述灰尘收集盒上设置有透气密网。

进一步的，还包括用于刷起太阳能板上灰尘的毛刷，所述毛刷设置在外壳的外周边。

进一步的，所述底盘的底部设置有用于擦除残灰的纤维抹布。

进一步的，还设置有防止机器人从太阳能板上掉落的边缘检测装置。

进一步的，所述边缘检测装置共六个，分别设置在外壳的四角以及外壳的前壁和后壁上。

进一步的，所述边缘检测装置包括嵌设在外壳上的本体以及活动穿设在本体中的活动件，所述活动件的一端为球形触头，所述活动件另一端为挡光板，所述挡光板的中央开设有透光孔。

本实用新型还提供一种太阳能板清洁机器人，该太阳能板清洁机器人采用上述的机器人外壳结构，还包括设置在外壳内部的控制电路板，所述控制电路板上设置有控制器以及分别与所述控制器电连接的陀螺仪和加速度计。

优选的，还包括气压传感器，所述气压传感器与所述控制器电连接；所述气压传感器实时采集机器人与太阳能电池板间空腔内部气压值，所述控制器根据气压传感器测量的气压值调整风机转速。

优选的，还包括光电传感器，所述光电传感器设置在边缘检测装置中；机器人正常行走时，光电传感器中的红外发射头发出的红外光能够透过挡光板中央透光孔被接收头接收；当机器人行走至太阳能板边沿时，底部球形触头接触边框被弹起，挡光板随之移动挡住红外光线，接收头接收不到红外光，产生电平信号。

本实用新型采用以上技术方案，具有如下有效果：

(1)清洁机器人实现了对太阳能电池板的全面清洁，避免了“热斑效应”的产生，减少了由于积灰所引起的发电损耗，从而提高了光伏发电的效益与能量利用率。

(2)清洁机器人采用合理的多重无水化清洁方式，并且选用质地柔软的高效清洁材料，能够有效清除太阳能电池板上的污渍，节省了大量的水资源，同时避免了对太阳能电池板的磨损，提高了能量利用率并且延长了太阳能电池板的寿命。

(3)清洁机器人实现了自动化清洁，与目前采用的方式相比减少了所需劳动力，降低了

(4)目前市场上尚无高效率、易使用的光伏设备清洁产品。使用本机器人系统进行清洁，前期投入成本较低，并且寿命长，可多次重复使用。有效的降低了清洁成本，具有经济可行性。

(5)本机器人采用了创新的无水化清洁方式，在保证清洁效果的同时，极大地减少了水资源的浪费，尤其适用于西北干旱地区。

(6)本机器人自动化程度高、安装使用便捷、维护简单，可在恶劣环境中工作，易于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型机器人外壳结构结构示意图之一；

图2为本实用新型机器人外壳结构结构示意图之二；

图3为本实用新型机器人外壳结构结构示意图之三；

图4为本实用新型机器人外壳结构之灰尘收集盒结构示意图；

图5为本实用新型边缘检测装置活动件结构示意图；

图6为本实用新型边缘检测装置结构示意图；

图7为本实用新型机器人系统结构示意图。

图中：1、外壳；2、容纳空腔；3、灰尘吸附通道；4、灰尘收集仓；5、风机安装槽；6、负压吸附进风通道；7、负压吸附排风通道；8、灰尘收集盒；9、透气密网；10、边缘检测装置；11、本体；12、活动件；13、球形触头；14、挡光板；15、透光孔；16、控制电路板；17、控制器；18、陀螺仪；19、加速度计；20、气压传感器；21、光电传感器；22、灰尘吸附通道入口；23、螺丝孔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1、图2和图3所示，本实用新型提供一种机器人外壳1结构，包括外壳1和底盘，所述外壳1罩设在底盘上，该机器人外壳1结构上设置有灰尘吸收结构和真空吸附结构；所述灰尘吸收结构包括涡轮风扇、灰尘吸附通道3和灰尘收集仓4，所述涡轮风扇设置在外壳1顶部，外壳1的顶部开设有一容纳空腔2，所述涡轮风扇容纳设置在所述容纳空腔2中，所述灰尘吸附通道3设置在外壳1的前壁和后壁上；灰尘通过如图1所示的灰尘吸附通道入口22进入灰尘吸附通道3中，所述涡轮风扇产生吸附力，通过灰尘吸附通道3将灰尘吸附并收集在灰尘收集仓4中；所述真空吸附结构包括风机、负压吸附进风通道6和负压吸附排风通道7；所述外壳1设置有风机安装槽5，所述风机设置在所述风机安装槽5中，所述负压吸附进风通道6设置在底盘上，且所述负压吸附进风通道6与风机进气口连通，所述负压吸附排风通道7与所述风机的排气口连通；所述风机用于产生负压，使机器人吸附在太阳能板表面。

如图4所示，本实施例提供一种机器人外壳1结构还包括灰尘收集盒8，所述灰尘收集盒8可拆卸的设置在灰尘收集仓4中，所述灰尘收集盒8上设置有透气密网9。在图3的四个螺丝孔23处固定一密网9，使灰尘不能通过，灰尘就会掉入下面的灰尘收集盒8中。

本实施例中还包括用于刷起太阳能板上灰尘的毛刷(图中为示出)，所述毛刷设置在外壳1的外周边。优选的，所述毛刷设置在外壳的前壁和后壁上，所述底盘的底部设置有用于擦除残灰的纤维抹布(图中为示出)。

灰尘吸收结构外围分布毛刷，清洁机器人行走时，毛刷可将灰尘刷起；随后涡轮风扇产生强吸附力，通过灰尘吸附通道3将灰尘吸附并收集在灰尘收集仓4中；最后底盘底部贴合的纤维抹布将残留灰尘进行擦除。

实际的发电厂中太阳能电池板阵列通常排列成多排多列，每块太阳能电池板的边缘都有铝合金边框，清洁机器人通过此边框检测边沿，实现路径修正。边沿检测传感器检测到边沿时电平发生改变，控制器17据此电平信号判断清洁是否结束，若未结束则切换清洁轨道。

如图5和图6所示，为此，本实施例中还设置有防止机器人从太阳能板上掉落的边缘检测装置10。所述边缘检测装置10共六个，分别设置在外壳1的四角以及外壳1的前壁和后壁上。所述边缘检测装置10包括嵌设在外壳1上的本体11以及活动穿设在本体11中的活动件12，所述活动件12的一端为球形触头13，所述活动件12另一端为挡光板14，所述挡光板14的中央开设有透光孔15。

如图7所示，本实用新型还提供一种太阳能板清洁机器人，该太阳能板清洁机器人采用上述的机器人外壳1结构，还包括设置在外壳1内部的控制电路板16，所述控制电路板16上设置有控制器17以及分别与所述控制器17电连接的陀螺仪18和加速度计19。

控制器17采用stm32f407作为主控单元，获取陀螺仪、气压传感器、光电传感器等采集到的信息，进行姿态解算、路径规划与修正，实现对整个系统的控制与异常处理。

优选的，还包括气压传感器20，所述气压传感器20与所述控制器17电连接；所述气压传感器20实时采集机器人与太阳能电池板间空腔内部气压值，所述控制器17根据气压传感器20测量的气压值调整风机转速。

本实施例中清洁机器人采用真空吸附技术，通过气压传感器20测量气压值，可自动调整风机转速，从而改变吸力，强力吸附高达5600PA，使清洁机器人能够稳定的吸附在太阳能板上。

优选的，还包括光电传感器21，所述光电传感器21设置在边缘检测装置10中；机器人正常行走时，光电传感器21中的红外发射头发出的红外光能够透过挡光板14中央透光孔15被接收头接收；当机器人行走至太阳能板边沿时，底部球形触头13接触边框被弹起，挡光板14随之移动挡住红外光线，接收头接收不到红外光，产生电平信号。

所述边缘检测装置10用于边沿检测，是清洁机器人检测到太阳能板边沿后立即停止，防止机器人从太阳能板上掉落。

本清洁机器人采用履带式移动机构，其有优越的爬坡、和小角度转弯能力，清洁机器人的行走机构使用履带车底盘；为防止划伤太阳能电池板，同时增大摩擦力，设计中使用橡胶履带。

本实用新型采用行走电机驱动完成机器人的行走。使用橡胶履带作为行进装置，接触面积大、爬坡能力强、具有小角度转弯能力。

机器人还设置有过压过流保护、欠压报警、高温报警和行进状态异常报警等保护措施，可以确保机器人稳定可靠的运行。

本实用新型提供的清洁机器人，旨在解决太阳能发电设备的清洁问题。机器人利用负压吸附原理吸附在太阳能电池板表面，使用陀螺仪18、加速度计19、气压传感器20、光电传感器21等多种传感器采集信息，采用增量式PID控制算法完成气压调节和路径规划及修正。配合创新性的结构设计，提出“一刷、二吸、三擦”的三重清洁结构，即外围毛刷刷起灰尘，随后吸尘装置吸收并收集灰尘，最后地盘底部纤维抹布擦除残灰。实现对太阳能电池板的高效、全面、无水化清洁，尤其适用于西北干旱地区，易于推广使用。本项目同时提出了实际场景中大规模使用本清洁机器人的方案，通过铺设导轨与支架，可实现多台机器人同时工作，提升了清洁效率，降低了清洁成本。

使用本机器人完成对太阳能电池板的清洁，与传统清洁方式相比极大地减少了水资源的浪费，实现了对太阳能电池板的全面清洁，实验数据表明，本机器人对太阳能电池板清洁后可减少约3.5％由灰尘引起的能量损失，提高了光伏发电产业的效益。

(1)节能效果分析

通过实验数据分析，十天未清洁的太阳能电池板与经过本清洁机器人清洁后的太阳能电池板同等条件下发电量相差3.5％左右。据此，以装机容量10兆瓦规模的太阳能发电站为例，使用本清洁机器人完成清洁，其一年可减少发电损耗约为766500千瓦时。(损耗计算过程：10MW(装机规模)×3.5％(灰尘引起的损耗)×365天(发电天数)×6小时(有效时长))

(2)经济效益分析

据相关文献显示，同样装机容量为10兆瓦规模(太阳能板的面积约8.4万平方米)的太阳能发电站人工清洗一次费用约为12000～13000元[3]，耗水量约为1000m3。而工业清洁车单台成本高达一百余万，一次性投入过大，且清洗此规模的发电站耗水量约5000m3，浪费了大量的水资源。如果使用一百台本清洁机器人配合导轨与支架同时工作，完成一次清洁任务需要约11.7小时，清洗过程中用水量为0。每台机器人的成本约为400元，一百台的成本为4万元。铺设导轨与支架花费约2400元/2000m2(100m×20m)，总计花费约15万元。其安装成本相当于人工清洗13次,半年左右即可收回成本。本清洁机器人只需一次性投入，可反复使用，随着清洁次数的增加，其清洁成本大大降低。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。