专利名称：太阳能镜面清洗机器人系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种太阳能镜面清洗机器人系统。
背景技术：
太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。在现有的太阳能光热发电镜场中镜面清洗主要是由有人驾驶的镜面清洗卡车来完成的，这些清洗车多为在现有卡车上加装清洗机构改装而成。有人驾驶镜面清洗车，虽然具有较好的控制及灵活度，但光热发电多处在沙漠地带，为保证正常发电，镜面必须晚上清洗，而且一个镜场至少有上万面镜子，因此有人驾驶镜面清洗车的主要缺点在于现场清洗人员工作量大，并且清洗现场灰尘较大，会影响清洗人员身体健康。目前现有的自动镜面清洗机器人主要是一些用于大楼外墙玻璃清洗的清洗装置， 其结构多为吸附式的，而并没有真正用于太阳能光热发电镜场中镜面清洗的自动镜面清洗机器人。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种太阳能镜面清洗机器人系统，包括镜面清洗机器人和应用控制台，所述镜面清洗机器人与所述应用控制台相连接，所述镜面机器人设有激光探测器和陀螺仪进行自主定位，及自动方向转向机构和刹车控制机构用于自动转向和刹车，同时设置红外防碰撞触角和超声波传感器及碰撞开关和车体急停按钮等安全保护装置，上述设备或传感器结合控制及驱动部分完成自主导航及自动停障避障。本发明可在较为恶劣的环境下，按照预定设置自动对指定镜场中的镜面进行清洗工作，具有较高自动化水平，在无需人为控制下能完成对指定镜面清洗工作；同时使用机器人代替人完成光热发电镜场镜面的清洗工作，可大幅减少现场人员工作强度，改善员工工作环境。本发明的技术方案如下
一种太阳能镜面清洗机器人系统，包括镜面清洗机器人和用于建立与用户交互的应用控制台，所述镜面清洗机器人和所述应用控制台相连接，其中，所述镜面清洗机器人设有测量及地图构建部分、控制及驱动部分和机械部分，所述测量及地图构建部分和控制及驱动部分均设于所述机械部分上；
所述测量及地图构建部分用于收集包括周围环境信息、镜面清洗机器人的状态信息、 运行信息在内的信息，并反馈至所述控制及驱动部分，同时也接收来自所述控制及驱动部分的指令；
所述控制及驱动部分用于接收应用控制台发送的指令并经过指令解析后将指令发送给各执行机构，还接收测量及地图构建部分和机械部分的信息，并将所述信息经数据处理后根据处理结果形成指令发送至相应执行机构，所述数据处理结果及指令信息同时反馈至所述应用控制台；所述机械部分为清洗及行走的执行机构，可接收所述控制及驱动部分的指令，同时也反馈镜面清洗机器人的运行状态信息至所述控制及驱动部分。较佳地，所述机械部分包括机械底盘和清洗机构，所述清洗机构设于所述机械底盘上，所述机械底盘包括清洗车本体，所述清洗车本体前部设有转向轮，后部设有动力轮；
所述机械底盘包括自动方向转向机构，所述自动方向转向机构包括转向电机和转向轴，所述转向电机与所述转向轴连接，所述转向轴与所述转向轮连接，用于带动所述转向轮转向。较佳地，所述机械底盘还包括刹车控制机构，所述刹车控制机构包括刹车电机和刹车装置，所述刹车电机与所述刹车装置连接，所述刹车装置与所述转向轮和动力轮连接， 用于对所述转向轮和动力轮进行制动刹车。较佳地，所述测量及地图构建部分设有激光探测器和陀螺仪进行位置定位和地图构建；且激光探测器和陀螺仪的相对位置固定，均设于所述清洗车本体前方。较佳地，所述测量及地图构建部分还设有无线射频识别设备和编码器，它们结合所述激光探测器和陀螺仪共同检测周围环境、机器人姿态和镜子位置信息并藉此进行三维地图的构建；其中
无线射频识别设备设于底盘支架上，用于镜面清洗机器人的区域定位； 所述编码器设于所述底盘动力电机上，用于测量行进速度并生成里程计信息，上述信息共同用于三维地图的构建及自主定位。较佳地，其中所述镜面清洗机器人还包括安全保护部分，其设于所述机械部分上；
所述安全保护部分用于扫描和检测镜面清洗机器人的周围环境信息和障碍物信息，并将上述信息反馈至所述控制及驱动部分，同时也接收所述控制及驱动部分的指令。较佳地，所述安全保护部分包括主动安全保护模块和被动安全保护模块，其中所述主动安全保护模块包括红外防碰撞触角，其设于所述清洗车本体的前部，用于防止与镜面发生碰撞。较佳地，所述主动安全保护模块还包括超声波传感器，其设于所述清洗车本体外侧；
所述被动安全保护模块包括碰撞开关，其设于所述清洗车本体四周。较佳地，所述红外防碰撞触角为红外光电传感器。较佳地，所述自动方向转向机构还包括转向角度传感器，所述转向角度传感器设于所述转向电机上，用于测量转向角度，并将上述转向角度信息反馈至所述控制及驱动部分；
所述刹车控制机构还包括有刹车力传感器，所述刹车力传感器设于所述刹车电机上， 用于测量刹车力数值，并将所述刹车力数值信息反馈至所述控制及驱动部分。较佳地，所述清洗车本体还包括底盘支架和底盘外壳，所述底盘支架设于所述动力轮和转向轮上部，所述底盘外壳设于所述底盘支架上；
所述机械底盘还包括底盘动力电机和动力源，所述底盘动力电机和所述动力源均设在所述底盘支架上，所述动力源外部还设有保温装置。较佳地，所述清洗机构包括毛刷、皮带及动力电机，所述皮带与所述动力电机连接，所述毛刷固定设置在所述皮带表面；
所述皮带由所述动力电机带动而不断转动即可带动毛刷转动，对镜子进行清洗。较佳地，所述清洗机构还包括水箱，其设置于所述底盘支架上，用于提供清洁镜子的水源。较佳地，所述机械部分还包括汽油发电机，其设于所述底盘支架上，用于为清洗机构提供辅助动力。较佳地，所述测量及地图构建部分还包括水箱液位传感器、汽油发电机油量传感器及温度传感器，分别设于所述水箱、汽油发电机和清洗车本体上，用于测量水箱液位高度、汽油发电机油量及环境温度。较佳地，所述被动安全保护模块还包括车体急停按钮，其设于所述清洗车本体上。较佳地，所述主动安全保护模块和被动安全保护模块还分别设有主动安全保护数据处理模块和被动安全保护数据处理模块，所述数据处理模块均集成于所述控制及驱动部分。较佳地，所述控制及驱动部分包括控制模块和驱动部分，所述控制模块与所述驱动部分相连接；
所述控制模块用于接收所述应用控制台发出的指令，并经过指令解析后将解析结果传送至所述驱动部分和传感器，还接收所述驱动部分和传感器反馈的执行机构信息，并经数据处理后根据处理结果形成指令发送至相应执行机构，同时将所述数据处理结果及指令信息反馈给应用控制台；
所述驱动部分将来自各执行机构的信息反馈至所述控制模块，并接收来自所述控制模块的指令，之后发送至各执行机构。较佳地，所述控制模块包括上位机和下位机，所述上位机与应用控制台连接，所述下位机与上位机连接，所述下位机与驱动部分和传感器连接；
所述上位机接收应用控制台发送的指令并经过指令解析后将指令发送给各执行机构， 还接收下位机反馈的执行机构信息，并将所述信息经数据处理后根据处理结果形成指令发送至相应执行机构，所述数据处理结果及指令信息同时反馈至所述应用控制台；
所述下位机收集来自驱动部分和传感器的信息并进行处理后反馈至上位机，并传送所述上位机的相关指令至所述驱动部分和传感器，同时所述下位机也根据数据处理结果发出指令至驱动部分，所述处理结果及指令信息也反馈至所述上位机进而至所述应用控制台。较佳地，所述主动安全保护数据处理模块集成于所述上位机。较佳地，所述测量及地图构建部分的激光探测器与所述上位机直接连接，它们之间的信息传递为直接传递。较佳地，所述下位机包括第一模块、第二模块和控制器，所述第一模块连接上位机，所述第二模块连接第一模块和控制器，所述控制器连接驱动部分或传感器；
所述第一模块传输上位机和第二模块之间的数据；
所述第二模块收集来自控制器的信息并进行处理后通过第一模块反馈至上位机，并接收第一模块传送的上位机指令至所述驱动部分和传感器，同时所述第二模块也根据数据处理结果发出指令至驱动部分，所述处理结果及指令信息也反馈至所述上位机进而至所述应用控制台；所述控制器用于驱动部分及传感器与第二模块的数据传输。较佳地，所述被动安全保护数据处理模块集成于所述第二模块。较佳地，所述控制器包括转向刹车控制器、底盘控制器和传感器转接模块，它们分别与转向刹车驱动器、底盘驱动器及传感器连接。较佳地，所述驱动部分包括转向刹车驱动器和底盘驱动器，所述转向刹车驱动器与自动方向转向机构和刹车控制机构相连接，所述底盘驱动器与所述机械底盘相连接。较佳地，还包括无线网络设备，所述应用控制台和所述镜面清洗机器人通过无线网络设备进行连接；
所述镜面清洗机器人和应用控制台分别设有对应的无线通讯部分； 所述镜面清洗机器人的无线通讯部分与所述控制及驱动部分的上位机相连接。较佳地，还可包括遥控器，其用于在现场对机器人进行控制；
所述第一模块还设有遥控器信息接收单元，用于接收遥控器的指令信息并经由第二模块、相应控制器和驱动部分发送至各执行机构，所述指令信息同时也反馈至上位机；
所述安全保护部分的被动安全保护模块还包括遥控器急停接收单元，其集成于所述第一模块的遥控器信息接收单元。较佳地，所述应用控制台主要包括主控机，所述无线通讯部分设于所述主控机上；
所述主控机还包括操作界面模块和数据存储模块，所述操作界面模块用于与操作人员的人机交互，所述数据存储模块用于存储来自镜面清洗机器人的数据。与现有技术相比，本发明的有益效果如下
本发明的高度智能化的太阳能镜面清洗机器人系统可以在较为恶劣的环境下，按照预定设置自动对指定镜场中的镜面进行清洗工作，同时具备车辆自动引导、位置定位、自动避障停障、地图自动构建以及路径寻优等功能，来保证镜面清洗机器人高效安全完成镜面清洗工作，具有较高自动化水平，在无需人为控制下能完成对指定镜面清洗工作，同时使用机器人代替人完成光热发电镜场镜面的清洗工作，可大幅减少现场人员工作强度，改善员工工作环境。
图1为本发明实施例镜面清洗机器人系统的四部分示意图2为本发明实施例镜面清洗机器人的五个组成部分及连接关系的示意图； 图3为本发明实施例镜面清洗机器人的机械部分的清洗机构及其工作原理示意图； 图4为本发明实施例镜面清洗机器人的测量及地图构建部分的无线射频识别设备的位置示意图5为本发明实施例镜面清洗机器人的测量及地图构建部分的激光探测器和陀螺仪， 安全保护部分的超声波传感器和红外防碰撞触角的位置示意图6为本发明实施例镜面清洗机器人的控制及驱动部分的结构及工作原理示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。 实施例一种太阳能镜面清洗机器人系统，包括镜面清洗机器人1和用于建立和用户交互的应用控制台2，在本实施例中还包括无线网络设备3，镜面清洗机器人1与应用控制台2 通过无线网络设备3进行无线连接。另外，镜面清洗机器人1和应用控制台2也可采用其他有效连接方式进行连接，比如电性连接，此时应用控制台2可直接设置在镜面清洗机器人1 上，此处仅为举例，本发明不对此进行限定。另外，在本实施例中，所述太阳能镜面清洗机器人系统还包括遥控器4，其中遥控器4的控制权限高于应用控制台2，上述各部分及连接关系详见图1所示。在本实施例中，镜面清洗机器人1和应用控制台2分别设有与无线网络设备3对应的无线通讯部分，所述无线通讯部分结合无线网络设备3完成镜面清洗机器人1和应用控制台2的数据传输。在本实施例中，镜面清洗机器人1除了设有无线通讯部分外，还设有机械部分、测量及地图构建部分、控制及驱动部分和安全保护部分，所述测量及地图构建部分、控制及驱动部分和安全保护部分均设于所述机械部分上，所述控制及驱动部分与所述无线通讯部分相连接，各部分的连接关系见图2。具体实施时，镜面清洗机器人1的设置还可有很多变形， 此处仅为举例，本发明不对此进行限定。在本实施例中，机械部分为清洗及行走的执行机构，可接收来自所述控制及驱动部分的指令，同时也反馈镜面清洗机器人的运行状态信息到所述控制及驱动部分。机械部分具体包括机械底盘、清洗机构和辅助设备，所述清洗机构和辅助设备均设于所述机械底盘上。所述机械底盘包括清洗车本体，所述清洗车本体具体包括底盘支架、底盘外壳、设于前部的转向轮和设于后部的动力轮，所述转向轮和动力轮设于底盘支架下方，所述底盘外壳位于所述底盘支架上部。所述机械底盘还包括自动方向转向机构和刹车控制机构
所述自动方向转向机构包括转向电机和转向轴，此处转向轴使用方向盘，所述转向电机与所述方向盘连接，所述方向盘与所述转向轮连接，用于带动转向轮转向；所述转向电机上设有转向角度传感器，此处具体为设于转向电机上的绝对值编码器，用于测量转向角度并将上述转向角度信息反馈至所述控制及驱动部分进而至所述应用控制台。所述刹车控制机构包括刹车电机和刹车装置，所述刹车电机与所述刹车装置连接，所述刹车装置与所述轮子连接，用于对所述轮子进行制动刹车；所述刹车电机上设有刹车力传感器，具体为设于刹车电机上的绝对值编码器，用于测量刹车力大小并将所述刹车力数值信息反馈至所述控制及驱动部分进而至所述应用控制台。具体实施时，镜面清洗机器人1的自动方向转向机构和刹车控制机构的设置还可有很多变形，所述传感器还有很多选择，此处仅为举例，本发明不对此进行限定。所述机械底盘还包括底盘动力电机和动力源，所述底盘动力电机与所述动力轮连接，用于带动所述动力轮，此处所述动力源使用动力电池，其安装在底盘支架上，为所有电机提供动力，同时所述动力电池外部还设有保温装置。具体实施时，镜面清洗机器人1的机械底盘的设置还可有很多变形，此处仅为举例，本发明不对此进行限定。
所述机械部分的清洗机构包括毛刷、皮带及动力电机，所述皮带与所述动力电机连接，所述毛刷固定设置在所述皮带表面；所述皮带由所述动力电机带动而不断转动即可带动毛刷转动，从而实现对镜子进行清洗。还设有水箱，其设于所述底盘支架上，用于提供清洗镜子的水源。进一步包括汽油发电机，它用于为清洗机构提供辅助动力。清洗流程如下参见图3，图中包括两行镜子，每个镜子均包括镜子51和镜子支架52，镜子51设于镜子支架52上，镜面清洗机器人1的清洗机构包括皮带111和毛刷112，其中毛刷112设于皮带 111表面。其工作原理及流程可描述如下镜面清洗机器人1在两行镜子之间行走，其清洗机构的毛刷112随着皮带111不断转动，从而完成对两边镜子的清洗，镜面清洗机器人沿着由镜子构成的道路向前移动，清洗机构就完成了对道路两边所有镜子的清洗。具体实施时， 所述清洗机构的设置和组成还可有很多变形，本发明不对此进行限定。以上仅为举例，具体实施时，机械部分的设置还可有很多变形，本发明不对此作出限定。在本实施例中，所述测量及地图构建部分用于包括收集周围环境信息、镜面清洗机器人的状态信息和运行信息并反馈至所述控制及驱动部分，同时也接收来自所述控制及驱动部分的指令。所述测量及地图构建部分设有无线射频识别设备、激光探测器和陀螺仪， 还包括编码器，此处使用增量式编码器；其中无线射频识别设备设于所述机械部分的底盘支架上，激光探测器和陀螺仪的相对位置固定，它们均设于所述底盘外壳前方，所述编码器设于所述底盘动力电机上。其中无线射频识别设备121在镜面清洗机器人中的位置详见图 4，激光探测器和陀螺仪122在镜面清洗机器人中的位置详见图5，其中图4为侧视图，图5 为正视图，图中113为机械部分的车轮。无线射频识别设备、激光探测器和陀螺仪以及编码器共同使用完成镜面清洗机器人的位置定位和周围地图构建，其中无线射频识别设备用于镜面清洗机器人的区域定位； 激光探测器和陀螺仪共同检测周围环境、机器人姿态和镜子位置信息以进行三维地图的构建，其原理是通过一个可以俯仰运动的二维激光与陀螺仪提供的姿态信息，构建一个三维激光探测器，用于三维地图的构建，并结合无线射频识别设备确定的区域进行自主定位，其中激光探测器和陀螺仪也可用于测量障碍物；所述增量式编码器用于测量行进速度并生成里程计信息，上述信息共同用于三维地图的构建及自主定位。此外，测量及地图构建部分还包括设于所述水箱、汽油发电机及机械底盘上的水箱液位传感器、汽油发电机油量传感器及温度传感器，分别用于测量水箱液位高度、汽油发电机油量及环境温度。以上仅为举例，具体实施时，所述测量及地图构建部分的设置还可有很多变形，本发明不对此进行限定。在本实施例中，所述安全保护部分用于扫描和检测镜面清洗机器人的周围环境信息和障碍物信息，并将上述信息反馈至所述控制及驱动部分，同时也接收所述控制及驱动部分的指令。所述安全保护部分包括主动安全保护模块和被动安全保护模块。所述主动安全保护模块包括超声波传感器、红外防碰撞触角和主动安全保护数据处理模块；所述超声波传感器设于所述底盘外壳四周，其中前后各设置两个，左右各设置三个，所述红外防碰撞触角设于所述底盘外壳前方的左右两侧，其中每侧设置两个，共设置四个，所述超声波传感器和所述红外防碰撞触角在镜面清洗机器人中的位置详见图5，其中
10131为超声波传感器，132为红外防碰撞触角。具体实施时，超声波传感器和红外防碰撞触角的位置还可有很多变形，本发明不对此进行限定。进一步地，所述红外防碰撞触角包括触角和红外光电传感器，所述触角设于所述底盘外壳上，所述红外光电传感器设于所述触角上，此处使用的红外光电传感器为红外对射传感器，另外也可使用红外反射传感器。具体实施时，所述红外防碰撞触角的结构还可有很多变形，此处仅为举例，本发明不对此进行限定。所述超声波传感器和红外防碰撞触角结合测量及地图构建部分的激光探测器和陀螺仪，对镜面清洗机器人周围的镜子或障碍物进行实时扫描，并将数据反馈至主动安全保护数据处理模块；所述主动安全保护数据处理模块用于处理上述传感器反馈的数据并根据所述处理结果形成指令发送至各执行机构，所述数据处理结果及指令信息同时也反馈至应用控制台；所述主动安全保护数据处理模块可集成于所述控制及驱动部分。具体实施时， 所述扫描方式也可不使用实时扫描，此处仅为举例，本发明不对此进行限定。此处仅为举例，具体实施时，所述主动安全保护模块的设置还可有很多变形，本发明不对此进行限定。所述被动安全保护模块包括碰撞开关、车体急停按钮、遥控器急停接收单元和被动安全保护数据处理模块，所述碰撞开关和所述车体急停按钮接收到的信号可反馈至所述被动安全保护数据处理模块，所述被动安全保护数据处理模块对信号数据进行处理后发指令给相应执行机构；所述碰撞开关设于所述底盘外壳的前方及左右两侧，当发生碰撞时，镜面清洗机器人将立即刹车；所述车体急停按钮设于所述底盘外壳的前面和后面，用于人为控制镜面清洗机器人的急停操作；所述遥控器急停接收单元用于接收所述遥控器的指令， 并将指令发送至对应执行机构，所述被动安全保护数据处理模块和所述遥控器急停接收单元均可集成于所述控制及驱动部分。此处仅为举例，具体实施时，所述被动安全保护模块的设置还可有很多变形，本发明不对此进行限定。以上仅为举例，具体实施时，安全保护部分的设置还可有很多变形，本发明不对此进行限定。在本实施例中，所述控制及驱动部分可接收应用控制台的指令并经指令解析后发送给各执行机构，同时也接收其它部分反馈的信息并经过数据处理后将处理结果经所述无线通讯部分反馈至应用控制台；所述控制及驱动部分也可根据所述数据处理结果直接形成指令，然后发至各执行机构，同时也将相关数据反馈至应用控制台。
所述控制及驱动部分包括控制模块和驱动部分，所述控制模块包括上位机和下位机， 所述下位机进一步包括第一模块、第二模块和若干控制器，此处上位机使用工业PC，下位机的第一模块和第二模块使用微处理器，并分别标记为MCUl和MCU2，所述上位机与所述无线通讯部分连接，所述第一模块MCUl与所述上位机连接，所述第二模块M⑶2与所述第一模块 MCUl连接，所述第二模块MCU2与所述控制器连接，所述控制器分别与对应驱动部分或传感器连接，所述驱动部分与相应执行机构连接，详见图6。具体实施时，所述控制及驱动部分的设置还可有很多变形，本发明不对此进行限定。所述上位机PC用于将收到的信息进行处理，并将处理结果通过无线通讯部分反馈至应用控制台，并通过无线通讯部分接收应用控制台的指令，传送至下位机及各执行机构；同时，所述上位机也可在进行数据处理后根据处理结果自主发出指令至下位机进而到达驱动部分及各执行机构，所述处理结果及指令信息同时也反馈至应用控制台；其中所述安全保护部分的主动安全保护数据处理模块集成于所述上位机。具体实施时，所述安全保护部分的主动安全保护数据处理模块也可集成于其它模块，此处仅为举例，本发明不对此进行限定。所述第一模块MCUl设有数据传输模块，用于传输上位机PC和第二模块MCU2之间的数据；所述第一模块还设有遥控器信息接收单元，用于接收遥控器4的指令信息并经由第二模块MCU2、控制器和驱动部分发送至各执行机构，所述指令信息同时也反馈至上位机及应用控制台；所述安全保护部分的被动安全保护模块的遥控器急停接收单元也集成于所述第一模块的遥控器信息接收单元。具体实施时，所述第一模块的模块划分及功能还可有很多种变形，本发明不对此进行限定。所述第二模块MCU2设有数据分流传输模块和数据处理模块，其中所述数据分流传输模块用于将接收的指令分类并发送给各相应控制器进而至传感器和驱动部分及各执行机构，以及将来自所述控制器的信息反馈至所述第一模块MCUl再至上位机PC，所述数据处理模块接收来自控制器的信息并进行数据处理，所述数据处理结果通过所述第一模块 MCUl反馈至上位机PC以及应用控制台。此外，所述第二模块MCU2也可根据所述信息的处理结果自主发指令给所述各相应控制器进而至传感器和驱动部分及各执行机构，所述处理结果及指令信息同时也通过第一模块MCUl反馈至上位机PC以及应用控制台。所述安全保护部分的被动安全保护数据处理模块集成于所述第二模块MCU2，主要处理安全保护部分的被动安全保护模块的碰撞开关和车体急停按钮发来的信息。此处，所述上位机与下位机及下位机各部分之间的信息传输通过485方式进行。具体实施时，信息传输方式还可有很多变形，此处仅为举例，本发明不对此进行限定。所述控制器将来自驱动部分和传感器的信息反馈至第二模块MCU2，并分别传送对应指令至各个驱动部分和传感器，其主要包括转向刹车控制器、底盘控制器和传感器转接模块，所述转向刹车控制器、底盘控制器连接至对应驱动部分，所述传感器转接模块连接各传感器。所述驱动部分将来自各执行机构的信息反馈至所述控制器，并接收来自所述控制器的指令，之后驱动各相关执行机构。参见图6，所述驱动部分主要包括转向刹车驱动器和底盘驱动器，它们分别与机械部分的转向刹车执行机构、底盘执行机构连接。此处，所述驱动部分使用电路板。仅为举例，具体实施时，还可设置其他控制器及对应驱动组件，驱动部分也可使用任何其它可达到同样效果的元件，本发明不对此进行限定。特别的，所述测量及地图构建部分的其中一个传感器一一激光探测器与所述上位机直接相连，它们之间的数据和指令传输不经过所述下位机。此处仅为举例，具体实施时， 激光探测器也可使用其他连接方式，本发明不对此进行限定。以上仅为举例，具体实施时，控制及驱动部分的设置还可有很多变形，本发明不对此作出限定。在本实施例中，所述应用控制台主要包括主控机，所述无线通讯部分设于所述主控机上。此外，所述主控机还包括操作界面模块和数据存储模块；所述操作界面模块用于与操作人员的人机交互，操作人员通过所述操作界面模块了解机器人运行状态并发出指令; 所述数据存储模块用于存储来自镜面清洗机器人的数据以备份和便于查询。以上仅为举例，具体实施时，应用控制台的模块和组成部分设置还可有很多变形，本发明不对此作出限定。在本实施例中，所述遥控器包括急停，前进，后退，转弯，水箱液位显示以及汽油发电机油量显示等功能模块。此处仅为举例，具体实施时，遥控器还可包括其他功能模块，或者也可不必包括上述所有功能模块，本发明不对此作出限定。本发明实施例的镜面清洗机器人系统的清洗流程如下
在第一次清洗之前，首先需要构建整个镜场的地图并存储，具体步骤为镜面清洗机器人沿整个镜场的路径行走一次，在开始行走至完成行走的全过程中，测量及地图构建部分的无线射频识别设备、激光探测器和陀螺仪、增量式编码器等传感器对清洗车本体的周围环境，包括镜子和障碍物，及清洗车本体的行走速度和里程进行实时扫描，其中所述激光探测器所得数据直接传输至上位机PC，其他传感器所得数据通过如下路径反馈至上位机PC 传感器一传感器转接模块一第二模块MCU2 —第一模块MCUl —上位机PC，上位机PC进行数据处理和三维地图的构建，并依据构建好的地图设计出最优路线并同时将所述地图及最优路线存储备份，另外所述地图及最优路线还通过所述无线通讯部分反馈至所述应用控制台，所述应用控制台的无线通讯部分接收到上述数据后发送给数据存储模块进行存储备份。具体实施时，上述流程还可做很多变形，本发明不对此进行限定。在进行清洗之前，首先应用控制台将开始清洗的指令发至上位机PC，然后上位机 PC将上述指令信息解析后分两部分发送给所述镜面清洗机器人的测量及地图构建部分，其中与激光探测器相关的指令直接发送给所述激光探测器，与其它传感器相关的指令依次通过下位机的第一模块MCU1、第二模块MCU2、传感器转接模块发送给无线射频识别设备、陀螺仪，上述传感器将开始对起始点的周围环境进行扫描，识别周围环境，其中所述无线射频识别设备、陀螺仪收集的周围环境信息通过传感器一传感器转接模块一第二模块MCU2 — 第一模块MCUl —上位机PC路径反馈至上位机PC，而其中激光探测器收集的信息直接传输至上位机PC，上位机PC将收到的所有信息处理后与其存储的地图进行匹配，确定所在位置后按照预先设定好的运行轨迹进行清洗。清洗机构的清洗流程如上面的描述和图3所示， 此处不再赘述。具体实施时，上述流程还可做很多变形，本发明不对此进行限定。自开始清洗起，所述测量及地图构建部分的激光探测器和陀螺仪以及设于清洗车本体-底盘外壳上的超声波传感器和红外防碰撞触角上的红外对射传感器就开始对清洗车本体的周围环境进行实时扫描，以确定周围镜子的位置和障碍物，所述激光探测器收集到的周围环境信息直接传输至上位机PC，其它传感器收集的所述周围环境(包括镜子和障碍物)的信息数据通过传感器一传感器转接模块一第二模块MCU2 —第一模块MCUl —上位机PC的传送路径实时反馈给上位机PC，所述上位机PC将所有收到的信息进行处理并作出判断，来进行主动避障，必要时可设计及寻找新路径绕行，而当路面较窄或周围环境不满足避障条件时，上位机PC会发出停障指令，使镜面清洗机器人停止行走。此外上述信息及数据处理过程也可用于路径寻优，最佳路线选择方面。其中所述激光探测器和陀螺仪设于清洗车本体的前方，用于检测以激光为中心，行进方向IOm内的镜子和障碍物；所述红外防碰撞触角设于所述清洗车本体的左右两侧，用于检测前方位置异常的镜子；所述超声波传感器设于所述清洗车本体四周，用于检测与超声波传送方向垂直的镜子，也可用于测量其它较厚的障碍物。具体实施时，各传感器的设置位置还可变化，本发明不对此进行限定。同时，所述安全保护部分的被动安全保护模块也开始运行，其中包括碰撞开关，它设置在清洗车本体的前方及左右两侧，用在主动安全保护模块失效或镜面清洗机器人速度太快导致车无法自动停止的情况下，所述碰撞开关碰到任何东西都会导致它反馈数据给控制及驱动部分的下位机的第二模块MCU2，导致第二模块MCU2发出指令通过底盘控制器、底盘驱动器使底盘动力电机停止；还包括车体急停按钮，其设于清洗车本体的前方和后方，当发生意外情况时，按动此按钮即可将相关数据信息反馈至控制及驱动部分的下位机的第二模块MCU2，导致第二模块MCU2发出指令使镜面清洗机器人停止运行；进一步包括遥控器急停接收模块，当现场人员发现紧急情况并通过遥控器发出急停指令后，上述指令将由控制及驱动部分的下位机的第一模块MCUl的遥控器信息接收单元接收并通过第二模块MCU2传送至相应控制器、驱动器及执行机构。上述处理数据和结果都将通过上位机PC反馈给应用控制台用于存储和备份。具体实施时，所述碰撞开关和车体急停按钮的设置位置还可有多种，数据的反馈路径还可有很多变形，本发明不对此进行限定。此外，在镜面清洗机器人的运行过程中，水箱液位传感器，汽油发电机油量传感器、温度传感器、转向角度传感器和刹车力传感器也将测得的数据实时反馈给上位机PC以及应用控制台进行存储备份，操作人员也可根据所述数据对镜面清洗机器人的状态进行实时监控。其中，所述应用控制台发送的指令可包括指示镜面清洗机器人开始工作、停止工作及修改运行路线等方面。仅为举例，具体实施时，应用控制台发出的指令还可包括其他多种，本发明不对此作出限定。现场人员还可使用遥控器4对镜面清洗机器人1进行控制，可根据现场实际情况调节机器人的运行，例如急停，前进，后退，转弯等，也可使用遥控器对水箱液位和汽油发电机油量进行监控。
权利要求
1.一种太阳能镜面清洗机器人系统，其特征在于，包括镜面清洗机器人和用于建立与用户交互的应用控制台，所述镜面清洗机器人和所述应用控制台相连接，其中，所述镜面清洗机器人设有测量及地图构建部分、控制及驱动部分和机械部分，所述测量及地图构建部分和控制及驱动部分均设于所述机械部分上；所述测量及地图构建部分用于收集包括周围环境信息、镜面清洗机器人的状态信息、 运行信息在内的信息，并反馈至所述控制及驱动部分，同时也接收来自所述控制及驱动部分的指令；所述控制及驱动部分用于接收应用控制台发送的指令并经过指令解析后将指令发送给各执行机构，还接收测量及地图构建部分和机械部分的信息，并将所述信息经数据处理后根据处理结果形成指令发送至相应执行机构，所述数据处理结果及指令信息同时反馈至所述应用控制台；所述机械部分为清洗及行走的执行机构，可接收所述控制及驱动部分的指令，同时也反馈镜面清洗机器人的运行状态信息至所述控制及驱动部分。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机械部分包括机械底盘和清洗机构，所述清洗机构设于所述机械底盘上，所述机械底盘包括清洗车本体，所述清洗车本体前部设有转向轮，后部设有动力轮；所述机械底盘包括自动方向转向机构，所述自动方向转向机构包括转向电机和转向轴，所述转向电机与所述转向轴连接，所述转向轴与所述转向轮连接，用于带动所述转向轮转向。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述机械底盘还包括刹车控制机构，所述刹车控制机构包括刹车电机和刹车装置，所述刹车电机与所述刹车装置连接，所述刹车装置与所述转向轮和动力轮连接，用于对所述转向轮和动力轮进行制动刹车。
4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述测量及地图构建部分设有激光探测器和陀螺仪进行位置定位和地图构建；且激光探测器和陀螺仪的相对位置固定，均设于所述清洗车本体前方。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述测量及地图构建部分还设有无线射频识别设备和编码器，它们结合所述激光探测器和陀螺仪共同检测周围环境、机器人姿态和镜子位置信息并藉此进行三维地图的构建；其中无线射频识别设备设于底盘支架上，用于镜面清洗机器人的区域定位；所述编码器设于所述底盘动力电机上，用于测量行进速度并生成里程计信息，上述信息共同用于三维地图的构建及自主定位。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述镜面清洗机器人还包括安全保护部分，其设于所述机械部分上；所述安全保护部分用于扫描和检测镜面清洗机器人的周围环境信息和障碍物信息，并将上述信息反馈至所述控制及驱动部分，同时也接收所述控制及驱动部分的指令。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述安全保护部分包括主动安全保护模块和被动安全保护模块，其中所述主动安全保护模块设有红外防碰撞触角，其设于所述清洗车本体的前部，用于防止与镜面发生碰撞。
8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述主动安全保护模块还包括超声波传感器，其设于所述清洗车本体外侧；所述被动安全保护模块包括碰撞开关，其设于所述清洗车本体四周。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述红外防碰撞触角为红外光电传感器。
10.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述自动方向转向机构还包括转向角度传感器，所述转向角度传感器设于所述转向电机上，用于测量转向角度，并将上述转向角度信息反馈至所述控制及驱动部分；所述刹车控制机构还包括有刹车力传感器，所述刹车力传感器设于所述刹车电机上， 用于测量刹车力数值，并将所述刹车力数值信息反馈至所述控制及驱动部分。
11.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述清洗车本体还包括底盘支架和底盘外壳，所述底盘支架设于所述动力轮和转向轮上部，所述底盘外壳设于所述底盘支架上；所述机械底盘还包括底盘动力电机和动力源，所述底盘动力电机和所述动力源均设在所述底盘支架上，所述动力源外部还设有保温装置。
12.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述清洗机构包括毛刷、皮带及动力电机， 所述皮带与所述动力电机连接，所述毛刷固定设置在所述皮带表面；所述皮带由所述动力电机带动而不断转动即可带动毛刷转动，对镜子进行清洗。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述清洗机构还包括水箱，其设置于所述底盘支架上，用于提供清洁镜子的水源。
14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述机械部分还包括汽油发电机，其设于所述底盘支架上，用于为清洗机构提供辅助动力。
15.如权利要求11或13或14所述的系统，其特征在于，所述测量及地图构建部分还包括水箱液位传感器、汽油发电机油量传感器及温度传感器，分别设于所述水箱、汽油发电机和清洗车本体上，用于测量水箱液位高度、汽油发电机油量及环境温度。
16.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述被动安全保护模块还包括车体急停按钮，其设于所述清洗车本体上。
17.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主动安全保护模块和被动安全保护模块还分别设有主动安全保护数据处理模块和被动安全保护数据处理模块，所述数据处理模块均集成于所述控制及驱动部分。
18.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制及驱动部分包括控制模块和驱动部分，所述控制模块与所述驱动部分相连接；所述控制模块用于接收所述应用控制台发出的指令，并经过指令解析后将解析结果传送至所述驱动部分和传感器，还接收所述驱动部分和传感器反馈的执行机构信息，并经数据处理后根据处理结果形成指令发送至相应执行机构，同时将所述数据处理结果及指令信息反馈给应用控制台；所述驱动部分将来自各执行机构的信息反馈至所述控制模块，并接收来自所述控制模块的指令，之后发送至各执行机构。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括上位机和下位机，所述上位机与应用控制台连接，所述下位机与上位机连接，所述下位机与驱动部分和传感器连接；所述上位机接收应用控制台发送的指令并经过指令解析后将指令发送给各执行机构，还接收下位机反馈的执行机构信息，并将所述信息经数据处理后根据处理结果形成指令发送至相应执行机构，所述数据处理结果及指令信息同时反馈至所述应用控制台；所述下位机收集来自驱动部分和传感器的信息并进行处理后反馈至上位机，并传送所述上位机的相关指令至所述驱动部分和传感器，同时所述下位机也根据数据处理结果发出指令至驱动部分，所述处理结果及指令信息也反馈至所述上位机进而至所述应用控制台。
20.如权利要求17或19所述的系统，其特征在于，所述主动安全保护数据处理模块集成于所述上位机。
21.如权利要求4或19所述的系统，其特征在于，所述测量及地图构建部分的激光探测器与所述上位机直接连接，它们之间的信息传递为直接传递。
22.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述下位机包括第一模块、第二模块和控制器，所述第一模块连接上位机，所述第二模块连接第一模块和控制器，所述控制器连接驱动部分或传感器；所述第一模块传输上位机和第二模块之间的数据；所述第二模块收集来自控制器的信息并进行处理后通过第一模块反馈至上位机，并接收第一模块传送的上位机指令至所述驱动部分和传感器，同时所述第二模块也根据数据处理结果发出指令至驱动部分，所述处理结果及指令信息也反馈至所述上位机进而至所述应用控制台；所述控制器用于驱动部分及传感器与第二模块的数据传输。
23.如权利要求17或22所述的系统，其特征在于，所述被动安全保护数据处理模块集成于所述第二模块。
24.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述控制器包括转向刹车控制器、底盘控制器和传感器转接模块，它们分别与转向刹车驱动器、底盘驱动器及传感器连接。
25.如权利要求18或M所述的系统，其特征在于，所述驱动部分包括转向刹车驱动器和底盘驱动器，所述转向刹车驱动器与自动方向转向机构和刹车控制机构相连接，所述底盘驱动器与所述机械底盘相连接。
26.如权利要求1或19所述的系统，其特征在于，还包括无线网络设备，所述应用控制台和所述镜面清洗机器人通过无线网络设备进行连接；所述镜面清洗机器人和应用控制台分别设有对应的无线通讯部分；所述镜面清洗机器人的无线通讯部分与所述控制及驱动部分的上位机相连接。
27.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还可包括遥控器，其用于在现场对机器人进行控制；所述第一模块还设有遥控器信息接收单元，用于接收遥控器的指令信息并经由第二模块、相应控制器和驱动部分发送至各执行机构，所述指令信息同时也反馈至上位机；所述安全保护部分的被动安全保护模块还包括遥控器急停接收单元，其集成于所述第一模块的遥控器信息接收单元。
28.如权利要求沈所述的系统，其特征在于，所述应用控制台主要包括主控机，所述无线通讯部分设于所述主控机上；所述主控机还包括操作界面模块和数据存储模块，所述操作界面模块用于与操作人员的人机交互，所述数据存储模块用于存储来自镜面清洗机器人的数据。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能镜面清洗机器人系统，包括镜面清洗机器人和应用控制台，所述镜面清洗机器人与所述应用控制台相连接，所述镜面机器人设有激光探测器和陀螺仪进行自主定位，及自动方向转向机构和刹车控制机构用于自动转向和刹车，同时设置红外防碰撞触角和超声波传感器及碰撞开关和车体急停按钮等安全保护装置，上述设备或传感器结合控制及驱动部分完成自主导航及自动停障避障。本发明可在较为恶劣的环境下，按照预定设置自动对指定镜场中的镜面进行清洗工作，具有较高自动化水平，在无需人为控制下能完成对指定镜面清洗工作；同时使用机器人代替人完成光热发电镜场镜面的清洗工作，可大幅减少现场人员工作强度，改善员工工作环境。
文档编号G05D1/02GK102426455SQ201110457889
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者周国成, 朱玲芬, 葛隽 申请人:浙江中控研究院有限公司