一种太阳能光伏电板表面污垢清洗机器人以及运行方法与流程

文档序号：20016619发布日期：2020-02-25 10:38阅读：511来源：国知局

本发明主要涉及太阳能光伏电板清洁领域，具体为一种太阳能光伏电板表面污垢清洗机器人以及运行方法。

背景技术：

太阳能作为可再生的清洁能源，取之不尽，用之不竭，在能源短缺的今天得到广泛利用。太阳能光伏发电是通过光伏电板吸收太阳辐射能，并利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能而提供能量。由于禽类排泄物等附着于光伏电板表面，形成较难清除的顽固污垢，阻碍光伏电板发电，若不及时清除，则会很大程度地降低发电效率，进一步产生热斑效应，导致光伏电板的损坏，从而造成能源浪费。而传统的人工及机械清洗方式费时费力、效率低下、清洗效果不明显。因此，如何及时并高效地清除太阳能光伏电板表面污垢成为一个亟需解决的问题，现结合光伏电板具体特征，设计一种太阳能光伏电板表面污垢清洗机器人，该清洗机器人可根据已有污垢轮廓边缘函数精准定位光伏电板表面污垢，在针对顽固污渍进行深层次彻底清除的同时，有效保护太阳能光伏电板表面不受清洗处理的损害。

技术实现要素：

针对上述要求，本发明提供了一种太阳能光伏电板表面污垢清洗机器人，该清洗机器人是对覆盖于太阳能光伏电板表面的污垢进行清洗，从而保证光伏电板正常发电，同时采用移动导轨机构实现清洗的自主化，大幅提高清洗效率。具体方案如下：

一种太阳能光伏电板表面污垢清洗机器人，包括移动机器人机身、移动导轨机构和清洗组件。

移动机器人机身包括滚动轮(两组)、导向轮(两组)、机架、传动连接轴、齿轮轴系；在光伏电板上的机器人运行水平轨道的上下两端对称安装着长方体机身盒，每个机身盒内安装有一个小齿轮、两个大齿轮、四个锥齿轮以及对应的齿轮轴。

进一步，上端小齿轮与电机轴键连接，作为动力端控制着整个机器人的运动过程，在上下两个小齿轮中间连接一个传动轴，电机带动上端小齿轮转动时，下端小齿轮作为被动轮，通过传动轴与上端小齿轮进行同步转动；

进一步，每个小齿轮外啮合两个大齿轮，以上端为例，两个大齿轮通过齿轮轴与上端垂直于光伏电板表面的滚动轮连接，该滚动轮作为机器人装置的行走轮，齿轮轴上连接有锥齿轮1，锥齿轮1与垂直方向上的锥齿轮2啮合，锥齿轮轴2连接一个平行于光伏电板表面的导向轮；

移动导轨机构包括x轴导轨、x轴滑块、x向电动推杆、齿轮齿条；移动导轨机构中，x轴导轨焊接在移动机器人上下两端的机身盒顶部，x轴滑块卡接在上下两端的x轴导轨上；在x轴导轨的中空型轨身上部开一矩形槽，x轴滑块的“工”字形端头与矩形槽相卡接；x向电动推杆一端固定安装在x轴导轨中空腔室内壁面，行程动作端与x轴滑块“工”字型端头侧面中心销连接，齿轮安装在x轴滑块上，与齿条相啮合。

清洗组件包括清洗液存液装置、液位计、清洗液输出装置(清洗喷嘴)；清洗液存液装置与液位计位于喷嘴顶部；

一种太阳能光伏电板表面污垢清洗机器人的运行方法，具体的步骤如下：

步骤一，确定污垢在太阳能光伏电板表面的具体位置坐标以及污垢轮廓边缘函数，同时驱动清洗机器人移动到污垢区域附近。

建立全局坐标系o-xy(x轴与太阳能光伏电板下边界共线，y轴与太阳能光伏电板左边界共线)，设污垢的轮廓边缘函数为y＝y(x)，对应的污垢x轴向左右边界的x坐标值分别为x1，xn，将该污垢区域沿x轴方向均匀划分为n个区间，则每个区间对应长度为d＝(xn-x1)/n，该长度即为x轴滑块后期移动时的单位步长。

建立相对坐标系o1-x1y1，(x轴与清洗机器人下边缘共线，y轴与x轴导轨左边缘共线)，初始状态下清洗机器人位于太阳能光伏电板左边界，即相对坐标系与全局坐标系的y轴重合，机器人运行过程中，相对坐标系o1-x1y1相对全局坐标系o-xy沿x轴方向水平移动，在此坐标系下，污垢的轮廓边缘函数为y’＝y’(x’)，对应的污垢x轴向左右边界的x坐标值分别为x1’，xn’。

设定参数如下，污垢左边界点距离全局坐标系o-xy的y轴的长度为j，设机器人宽a，驱动机器人向x轴正方向移动距离j-a/2，此时机器人左边缘距离污垢左边界点沿x轴方向的长度为a/2。

步骤二，控制喷嘴水平移动到污垢区域的左边界点。

以下坐标系环境均为相对坐标系o1-x1y1。

设定参数如下，清洗机器人导轨机构呈未运行状态时，x向电动推杆的长度为安装长度sx，x轴导轨长度为a，宽为h，x轴导轨槽长为b，设x轴滑块与x轴导轨相卡接部位长度为m，此时机器人左边缘距离污垢左边界点沿x轴方向的长度为c＝a/2，且x轴滑块的有效x坐标值(中心位置坐标)为(a-b+m)/2，

x轴滑块在移动到指定位置的过程中，为防止产生较大误差，首先控制x向电动推杆做水平推动，设该距离为sx1(左端x向电动推杆伸长sx1，右端x向电动推杆缩短sx1)则有：

sx1＝c-(a-b+m)/2-m/2＝c-(a-b)/2-m＝a/2-(a-b)/2-m＝b/2-m

此时，在x轴方向，x轴滑块左侧已经移动到污垢的左边缘处。

接着x向电动推杆停止推动，控制两个与齿条啮合的齿轮转动，使喷嘴移动到污垢左边界点。

设定参数如下，喷嘴在y方向上可移动距离为i，x轴滑块纵向总长为e，喷嘴宽n，喷嘴在x轴滑块上有效移动长度为i-n，则此时喷嘴(位于顶部)的有效y坐标值(中心位置坐标)为e-h-n/2，设初始状态下x轴滑块的上端头底部距离污垢左边界点y轴方向的长度为g。

控制齿轮转动对应的圈数，使喷嘴移动距离为sy1＝g-n/2(规定齿轮正转时喷嘴朝y轴负方向运动)，则此时喷嘴的坐标为(c，h+i-g)，该坐标即为污垢左边界点的坐标a(x1，y1)

步骤三，在步骤二中的喷嘴移动到污垢左边界点位置的基础上开始清洗。

结合污垢的具体轮廓边缘函数y＝y(x)来控制x轴滑块与喷嘴的移动，此时x轴滑块每次移动的位移为已定单位步长d，具体步骤如下：

(1)设x轴滑块沿x轴移动一个步长d后到达点(x2，y1)；污垢区域x2对应的y值上下边界分别为：b(x2，y21)，c(x2，y22)。判断y1与y21的大小，

若y1＜y21，控制齿轮反转，使喷嘴上移行程y21-y1，再正转，使喷嘴下移行程y22-y21；

若y1＝y21，控制齿轮正转，使喷嘴下移行程y21-y22；

若y1＞y21，控制齿轮正转，使喷嘴下移行程y21-y1，再下移行程y22-y21；完成对位置x2的清洗；

(2)控制x轴滑块沿x轴移动一个步长d后到达点(x3，y22)；污垢区域x3对应的y值上下边界为：d(x3，y31)，e(x3，y32)。判断y22与y32的大小，

若y22＞y32，控制齿轮正转，使喷嘴下移y22-y32，再反转，使喷嘴上移y32-y31；

若y22＝y32，控制齿轮反转，使喷嘴上移行程y32-y31；

若y22＜y32，控制上齿轮反转，使喷嘴上移行程y32-y22，再上移y32-y31；

完成对位置x3的清洗；

(3)假定传动连接轴直径为d，当x轴滑块的移动距离为(b-d)/2到(b-d)/2+d之间时，控制机器人向x轴正方向移动距离d(跳过传动连接轴直径)，x轴滑块再向x轴负方向移动距离d，继续已定清洗路径的清洗；

以此类推，直至喷嘴移动到污垢的右边界点坐标(xn，yn)处，全程运动呈“弓”字形协同完成对污垢的定点清洗；

和现有技术相比较，本发明的优点如下：

1、系统精度高，大幅度提升清洁效率；

2、结构连接处摩擦小，可有效降低能源消耗；

3、多方面深度清洁，有效保证污垢清洗效果；

4、轻量化设计，减轻材料重量，提升单日工作里程；

5、清洗机器人装配关系较优，方便维修与转移；

附图说明

图1为本发明整体结构图；

图2为机器人上端齿轮机构局部放大图；

图3为x轴导轨与x轴滑块连接图；

图4为机器人上端放大图；

图5为铲除装置示意图；

图6为全局坐标系下污垢区域坐标示意图；

图7为相对坐标系下初始工作状态坐标示意图；

图8为双坐标系下喷嘴移动到污垢左边界点a坐标示意图。

图中：1-x轴导轨；2-清洗液存液装置；3-薄齿轮；4-厚齿轮；5-滚动轮；6-铲片；7-喷嘴；8-清洗液输送管道；9-连接传动轴；10-齿轮齿条；11-导向轮；12-小齿轮；13-电机；14-大齿轮；15-锥齿轮；16-x向电动推杆；17-x轴滑块。

具体实施方式

下面结合附图与实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图5所示，一种太阳能光伏电板表面污垢清洗机器人，机身架设在太阳能光伏电板表面的机器人运行轨道上，在清洗的过程中，电机13带动小齿轮12转动，与小齿轮12相啮合的两个大齿轮14转动，上端与两个大齿轮14同轴的滚动轮5、以及通过锥齿轮15相连接的导向轮11随之转动，在连接传动轴9的作用下，将动力传达到下端的齿轮轴系，从而使机器人移动到指定地点；

移动导轨机构中x轴导轨1固定安装在机器人上部，x轴滑块17在x轴导轨1上活动，主要用来控制喷嘴7在x轴方向上的移动；

清洗组件中清洗液存液装置2固定安装在机器人的上端机身上，在清洗过程中清洗液会通过清洗液输送管道8输送到清洗喷嘴7中；

x向电动推杆16固定安装在x轴导轨1内侧，用于推动x轴滑块17在x轴方向上的移动，齿轮齿条10安装在x轴滑块17上，用于实现喷嘴7在y轴方向上的移动；

如图6至图8所示，一种太阳能光伏电板表面污垢清洗机器人的运行方法，具体的步骤如下：