一种光伏阵列清洁装置及光伏阵列自动定位清洁机器人的制作方法

本实用新型涉及一种清洁装置及清洁机器人，特别涉及一种光伏阵列清洁装置及光伏阵列自动定位清洁机器人。

背景技术：

目前，因为光伏阵列中的太阳能电池板长期暴露在室外环境中，空气中的灰尘颗粒物、杂质很容易累计在太阳能电池板表面，被污染物遮挡的光伏电池组件将不能发电，造成电池能量转换效率相当程度的下降，产生局部过热影响全光伏阵列的寿命。因此，处理太阳能电池板表面积灰是提升光伏阵列发电效率的重要方式。

目前公知的光伏电池板清洁方法有：①喷水冲走污秽②人工擦拭③简单机械清洁。传统方法耗水量大、效率低且耗时费力，而简单机械难以保证清洁的满意度。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种耗水量低、效率高的光伏阵列清洁装置及光伏阵列自动定位清洁机器人。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种光伏阵列清洁装置，包括基座，所述基座下面安装有橡胶滚轮；所述基座上安装有鼓风机、清扫电机、喷水电磁阀、喷嘴和清洁刷；所述鼓风机的出风口和所述喷嘴的输出口朝向太阳能电池板；所述喷嘴的输入口与所述喷水电磁阀的输出口连接；所述喷水电磁阀的输入口与供水管连接；所述清扫电机驱动所述清洁刷摆动。

进一步地，所述清扫电机为步进电机。

进一步地，所述鼓风机的出风口均布有多个分流嘴；所述分流嘴朝向太阳能电池板且与之成45°～90°夹角。

进一步地，所述清洁刷为多个，多个所述清洁刷并排布置且同步摆动。

本实用新型还提供一种光伏阵列自动定位清洁机器人，其包括上述的光伏阵列清洁装置；还包括升降装置和行走装置；所述光伏阵列清洁装置、所述升降装置和所述行走装置依次连接；所述升降装置用于升降所述光伏阵列清洁装置；所述行走装置用于水平移动所述升降装置和所述光伏阵列清洁装置。

进一步地，所述升降装置包括气动伸缩臂，所述气动伸缩臂的固定端安装在所述行走装置上，所述气动伸缩臂的伸出端与所述光伏阵列清洁装置连接。

进一步地，所述升降装置还包括剪叉式伸缩臂；所述剪叉式伸缩臂，其一端固定在所述行走装置上，其另一端分别与所述气动伸缩臂的伸出端和所述光伏阵列清洁装置连接。

进一步地，所述行走装置包括底盘；所述底盘安装有四个万向车轮；每个所述万向车轮设有一个驱动电机。

进一步地，所述底盘四边还分别设有一个超声波测距模块。

进一步地，所述底盘上还设有水箱、水泵和空气压缩机；所述水泵的进水口与所述水箱连接；所述水泵的出水口与所述供水管连通；所述空气压缩机供给所述气动伸缩臂气源。

本实用新型具有的优点和积极效果是：实现对太阳能电池板全方位的清洁，并结合多种清洁方式对光伏阵列进行全面清洁，确保灰尘等有效清除。

附图说明

图1是本实用新型的一种光伏阵列清洁装置结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实用新型的一种光伏阵列自动定位清洁机器人结构示意图；

图4是本实用新型的一种光伏阵列自动定位清洁机器人的各部件连接结构示意图；

图5是本实用新型的行走装置结构示意图；

图6是本实用新型的行走装置的底盘结构示意图；

图7是本实用新型的电源电气原理图；

图8是本实用新型的第一k60单片机电气原理图；

图9是本实用新型的第二k60单片机电气原理图；

图10是本实用新型的清扫电机驱动电路电气原理图；

图11是本实用新型的超声波测距模块电气原理图；

图12是本实用新型的风机驱动电路电气原理图；

图13是本实用新型的水泵驱动电路电气原理图；

图14是本实用新型的空气压缩机驱动电路电气原理图；

图15是本实用新型的第一行走电机驱动电路电气原理图；

图16是本实用新型的第二行走电机驱动电路电气原理图。

图中：1、行走装置；2、升降装置；3、光伏阵列清洁装置；4、太阳能电池板；101、上底盘；102、下底盘；103、电源模块；104、电路板；105、行走电机；106、万向车轮；107、水泵；108、超声波测距模块；109、水箱；201、气动伸缩臂；202、剪叉式伸缩臂；203、空气压缩机；301、喷水电磁阀；302、鼓风机；303、清扫电机；304、清洗刷；305、橡胶滚轮；306、基座；307、摆动杆；308、喷嘴。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图16，一种光伏阵列清洁装置3，包括基座306，所述基座306下面安装有橡胶滚轮305；所述基座306上安装有鼓风机302、清扫电机303、喷水电磁阀301、喷嘴308和清洁刷304；所述鼓风机302的出风口和所述喷嘴308的输出口朝向太阳能电池板4；所述喷嘴308的输入口与所述喷水电磁阀301的输出口连接；所述喷水电磁阀301的输入口与供水管连接；所述清扫电机303驱动所述清洁刷304摆动。光伏阵列清洁装置3可由高强度铝合金板制作基座306；橡胶滚轮305、小型鼓风机302、喷嘴308、清扫电机303、升降气缸、清洁刷304构成。采用高强度铝合金板制作基座306，基座306下面四角加装橡胶滚轮305，橡胶滚轮305可为万向轮；采用橡胶滚轮305可以避免对光伏电池板表面造成磨损破坏。在基座306上面加装喷嘴308，小型鼓风机302，喷嘴308进口端连接供水管，电机输出轴可连接柄驱动摆动杆307左右摆动，摆动杆307连接清洁刷304，从而使清洁刷304摆动清扫光伏电池板表面灰尘等污染物，可设升降气缸控制清洁刷304抬起及放下。清扫电机也可采用与减速机构连接的直流永磁电动机；直流永磁电动机可由继电器控制；所述清扫电机303也可为步进电机。通过步进电机的正反转实现所述清洁刷304摆动。

进一步地，所述鼓风机302的出风口可均布有多个分流嘴；所述分流嘴可朝向太阳能电池板4且与之成45°～90°夹角。

进一步地，所述清洁刷304可为多个，多个所述清洁刷304可并排布置且同步摆动。

本实用新型还提供一种光伏阵列自动定位清洁机器人，其包括上述的光伏阵列清洁装置3；还包括升降装置2和行走装置1；所述光伏阵列清洁装置3、所述升降装置2和所述行走装置1依次连接；所述升降装置2用于升降所述光伏阵列清洁装置3；所述行走装置1用于水平移动所述升降装置2和所述光伏阵列清洁装置3。

进一步地，所述升降装置2可包括气动伸缩臂，所述气动伸缩臂的固定端可安装在所述行走装置1上，所述气动伸缩臂的伸出端可与所述光伏阵列清洁装置3连接。

进一步地，所述升降装置2还可包括剪叉式伸缩臂202；所述剪叉式伸缩臂202，其一端固定在所述行走装置1上，其另一端可分别与所述气动伸缩臂的伸出端和所述光伏阵列清洁装置3连接。加设剪叉式伸缩臂202，为使光伏阵列清洁装置3升降平稳，受力均衡。

进一步地，所述行走装置1可包括底盘；所述底盘可安装有四个万向车轮106；每个所述万向车轮106可设有一个驱动电机。即一个驱动电机驱动一个万向车轮106，驱动电机由电机的驱动控制电路输出电压驱动。底盘可由高强度铝合金板制作，底盘可包括上底盘101、下底盘102；电源、电路板104、电机的驱动电路等可设置于上底盘101、下底盘102之间。

进一步地，为了确定所述行走装置1的位置；所述底盘四边还可分别设有一个超声波测距模块108。根据工作环境也可只在上底盘101前后两端或左右两端安装超声测距模块。超声波测距模块108可采用hc-sr型超声波测距模块。

进一步地，所述底盘上还可设有水箱109、水泵107和空气压缩机203；所述水泵107的进水口可与所述水箱109连接；所述水泵107的出水口可与所述供水管连通；所述空气压缩机203可供给所述气动伸缩臂气源。

为避免水泵107漏水使行走装置1受损，水泵107可安装于下底盘102下部。

下面是本实用新型的一种光伏阵列清洁装置及一种光伏阵列自动定位清洁机器人的优选实施例及工作原理说明：

图1是本实用新型的一种光伏阵列清洁装置优选实施例的结构示意图；电源模块103给步进电机、鼓风机302供电。光伏阵列清洁装置3在升降装置2的作用下推动底盘通过橡胶滚轮305，在光伏电池板表面上下移动。移动过程中，鼓风机302将光伏电池板表面较大的颗粒吹走，避免清洁过程中，有颗粒物对电池板表面造成磨损。水泵107将水箱109中的水传输至喷嘴308，由喷嘴308喷至光伏电池板表面进行初次清洁。在光伏阵列清洁装置3上升时，可设升降气缸，采用升降气缸托起清洁刷304，避免清洁刷与光伏电池板直接接触而增大阻力。

如图3，本实用新型一种光伏阵列自动定位清洁机器人由行走装置1和升降装置2和光伏阵列清洁装置3组成。由第一k60单片机控制行走装置1驱动机器人在光伏阵列中前行，由升降装置2控制光伏阵列清洁装置3在光伏电池板上的上下位置，便于从上下左右多方位光伏阵列清洁装置3清洁光伏电池板。

如图5为本实用新型的行走装置1结构示意图，图6是本实用新型的行走装置1的底盘结构示意图，图6中图示了驱动电机以及万向车轮106安装位置，底盘可包括上底盘101以及下底盘102；上底盘101以及下底盘102均可为高强度铝合金板构成。上底盘101以及下底盘102之间由铜柱进行支撑连接。下底盘102上安装电源模块103、电路板104，电源模块103供给给电路板104、水泵107、超声波测距模块108以及行走电机105等元器件供电，底盘上共安装四个行走电机105，每个行走电机105分别驱动一个万向车轮106。超声波测距模块108用于检测行走装置1与光伏电池板以及其他物体的距离，水箱109内在清洁前注入水，水泵107将水箱109内的水输送至光伏阵列清洁装置3。

升降装置2，在机器人到达位置后，通过控制空气压缩机203给气动伸缩臂201提供压缩空气，使气动伸缩臂201伸出，调节控制气动伸缩臂201伸长长度，与剪叉式伸缩臂202一起控制光伏阵列清洁装置3的升降情况。

当光伏阵列清洁装置3达到光伏电池板最高点处后，空气压缩机203输出的压缩空气，通过控制升降气缸动作的升降电磁阀进入升降气缸，驱动升降气缸动作，从而使得清洁刷304接触光伏电池板表面；压缩空气，通过控制气动伸缩臂201动作的伸缩电磁阀，进入气动伸缩臂201的气缸内，驱动气动伸缩臂201动作，使得气动伸缩臂201缩回，同时带动剪叉式伸缩臂202收缩，将光伏阵列清洁装置3从最高点下降；压缩空气，通过控制旋转气缸动作的旋转电磁阀，进入旋转气缸内，驱动旋转气缸动作，使得旋转气缸带动清洁刷304左右摆动，来清洁光伏电池板表面。光伏阵列清洁装置3清洁完一处区域后，行走装置1移动至下一区域，继续清洁作业。

电气控制及电气驱动系统可包括电源模块103、行走电机105控制模块、鼓风机302驱动模块、空气压缩机203驱动模块、超声波测距模块108、步进电机控制模块、水泵107驱动模块等。电气控制及电气驱动系统可安装在行走装置1的底盘上；水箱109、水泵107、空气压缩机203等也可以安装在行走装置1的底盘上。

电源模块103：可使用镍氢电池组串联提供14.4v的直流电源，由于其它元件的供电电压不尽相同，并且由于电池电量的下降，输出电压也存在波动，因此可将镍氢电池组连接lm2596模块进行稳压。其中lm2596模块可以提供稳定的12v电压，可用于给行走电机105、步进电机、水泵107、空气压缩机203和鼓风机302等电气元件供电。

可根据需要设有多组lm2596模块，多组lm2596模块可分别提供不同的电压，lm2596模块模块进行dc-dc变换，可得到各个组件所需的电压。比如其中之一可以可以提供稳定的5v电压，用于给超声波测距模块108供电；其中之二可以提供稳定的3.3v电源，用于给第一k60单片机和第二k60单片机供电。第一k60单片机和第二k60单片机为最小系统板：为该清洁机器人的控制中心，控制其他部件动作。

行走电机105的驱动模块可采用dbh-01a型驱动模块；行走电机105的驱动模块可接收来自第一k60单片机的控制信号，每个驱动模块驱动两个驱动电机。

行走控制：超声波测距模块108返回的检测信号输入到第二k60单片机，第二k60单片机根据反馈的距离检测值控制dbh-01a型驱动模块，从而控制行走电机105的动作；并通过左右差速调节行进方向。如果当超声波测距模块108探测到与太阳能电池板4的距离发生突变，且保持新状态，说明行走装置1到达边界，停止行走与清洗工作，准备进入下一轮清洗。

清扫电机303可采用步进电机，清扫电机303控制与驱动：步进电机驱动模块可选tb6600型驱动模块，由电源模块103供电，可接收来自第一k60单片机的控制信号，驱动清扫电机303工作。

升降气缸、旋转气缸、气动伸缩臂201的驱动：可采用气动电磁阀控制升降气缸、旋转气缸、气动伸缩臂201的动作；气动电磁阀可根据功能设置3个，分别为控制升降气缸动作的升降电磁阀；控制气动伸缩臂201动作的伸缩电磁阀；控制旋转气缸动作的旋转电磁阀；第一k60单片机或第二k60单片机可输出信号控制3个气动电磁阀动作，例如第一k60单片机输出电压至升降电磁阀的线圈；升降电磁阀线圈通电，升降电磁阀开启，空气压缩机203输出的压缩空气进入升降气缸，使得气缸内活塞移动，从而驱动升降气缸升降，升降气缸可设置在摆动杆307的靠近清洁刷304端的下方；可将摆动杆307的清洁刷304端托起，避免光伏阵列清洁装置3上下移动时有阻力。

鼓风机302驱动：继电器k1的公共触点连接12v电源，鼓风机302使能端连接继电器的常开触点，继电器k1的输入端连接第二k60单片机；第二k60单片机控制继电器的常开触点闭合或断开，从而控制鼓风机302工作。

空气压缩机203驱动：继电器k3的公共触点连接12v电源，空气压缩机203使能端连接继电器k3的常开触点，继电器k3的输入端连接第二k60单片机；第二k60单片机控制继电器k3的常开触点闭合或断开，从而控制空气压缩机203工作。

水泵107驱动：继电器k2的公共触点连接12v电源，水泵107使能端连接继电器k2的常开触点，继电器k2的输入端连接第二k60单片机；第二k60单片机控制继电器的常开触点闭合或断开，从而控制水泵107工作。

超声波测距：超声波测距模块108由电源模块103供电，第二k60单片机控制超声波测距模块108发出和接收超声波信号，并进行数据处理，判断行走装置1的位置。

一种光伏阵列自动定位清洁机器人的全部动作都由第一k60单片机和第二k60单片机控制完成，当机器人到达目标位置后开始进行光伏阵列清洁装置3的控制，先控制升降装置2使光伏阵列清洁装置3上升，上升过程中通过升降气缸升起，托起清洁刷304，使清洁刷304与太阳能电池板4不接触，同时开启鼓风机302将太阳能电池板4上的部分较大颗粒物吹移，避免清洁刷304清洁时，较大颗粒物会对光伏电池板表面造成磨损，同时喷水对太阳能电池板4进行清洗。光伏阵列清洁装置3到达最高点后，升降气缸下降，使清洁刷304在重力作用下，刷贴附于光伏电池板表面，步进电机驱动清洁刷304进行摆动清扫，控制升降装置2使光伏阵列清洁装置3缓慢下降，逐步全面清扫光伏电池板表面，增强清洗效果。纵向清洗完毕后，光伏阵列清洁装置3依靠行走装置1横向移动，再次重复上述操作，直至太阳能电池板4全部被清洁。

上述未提及型号的电气元件、气动元件、液压元件等均可采用市售的产品，可根据常规技术方法选择适用产品。具体的电路连接和控制方法可根据产品说明书，采用常规技术手段的电路连接及常规控制方法即可。

以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。