基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人。清掃機(jī)器人包括電源系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，電源系統(tǒng)分別與行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連接，行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)分別通過(guò)傳感器連接到控制系統(tǒng)；除塵系統(tǒng)采用離心式風(fēng)機(jī)。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)中未使用集塵盒，灰塵被機(jī)器人吸入后，隨即被排出，并被吹散，減少了常規(guī)機(jī)器人的集塵盒裝滿(mǎn)后，維護(hù)人員必須停止機(jī)器人的工作以進(jìn)行清理集塵盒的額外時(shí)間和工作量，減少了對(duì)光伏電站運(yùn)維人員的依賴(lài)，能滿(mǎn)足光伏電站對(duì)大面積太陽(yáng)能板進(jìn)行快速高效清掃工作的需要。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種適用于光伏電站太陽(yáng)能板清掃的智能機(jī)器人，更具體的說(shuō)， 涉及一種以離心風(fēng)機(jī)作為主要排塵組件，在行走和清掃過(guò)程中，通過(guò)風(fēng)機(jī)將灰塵反復(fù)吸入、 排出，直至吹落地面的光伏電站清掃機(jī)器人?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]大型光伏電站通常建在氣候環(huán)境比較惡劣的地區(qū)，這些地區(qū)一般風(fēng)沙嚴(yán)重、干旱缺水。長(zhǎng)時(shí)間的灰塵與風(fēng)沙，會(huì)遮擋光伏板組件對(duì)太陽(yáng)能的吸收效果，大大降低光伏板對(duì)太陽(yáng)能的吸收效率。不僅如此，灰塵、風(fēng)沙以及其他污濁物，會(huì)在光伏板表面形成長(zhǎng)時(shí)間的陰影，進(jìn)而產(chǎn)生熱斑效應(yīng)，如果不及時(shí)對(duì)光伏組件進(jìn)行清掃，將會(huì)大幅降低光伏電站的發(fā)電量，對(duì)電站的經(jīng)濟(jì)效益和光伏組件的壽命，產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0003]在當(dāng)前多種光伏組件自動(dòng)化清掃設(shè)備中，各種單向或橫縱雙向固定式清掃設(shè)備， 由于受到光伏板的排列方式、組串的縱向長(zhǎng)度、設(shè)備的單機(jī)重量、驅(qū)動(dòng)能源、自身維護(hù)等多種條件的限制，其弊端已逐漸顯露。單體獨(dú)立式爬行清掃機(jī)器人，已成為目前光伏組件清掃領(lǐng)域研發(fā)的主導(dǎo)方向。
[0004]清掃機(jī)器人的清掃效率和對(duì)維護(hù)人員的依賴(lài)，是該領(lǐng)域的兩個(gè)考量核心。而某些爬行清掃機(jī)器人(如兩足式)，在大部分的行走和轉(zhuǎn)向時(shí)間內(nèi)，只實(shí)現(xiàn)了工位的移動(dòng)，未實(shí)現(xiàn)清掃功能，效率較低;還有一些爬行清掃機(jī)器人(如日本SINF0NIA)集塵盒的容量，限制了其有效工作時(shí)間，并產(chǎn)生了對(duì)維護(hù)人員的極大依賴(lài)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)當(dāng)前光伏電站自動(dòng)清掃設(shè)備在清掃效率和對(duì)維護(hù)人員依賴(lài)性方面存在的不足，本實(shí)用新型提供一種基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人。
[0006]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0007]基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人，包括電源系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)、 除塵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，電源系統(tǒng)分別與行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連接，所述行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)分別通過(guò)傳感器連接到控制系統(tǒng);所述除塵系統(tǒng)采用離心式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)道設(shè)置在機(jī)器人機(jī)身的側(cè)面。
[0008]優(yōu)選地，所述電源系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池板、控制器和與控制器連接的超級(jí)電容器組件，所述太陽(yáng)能電池板設(shè)置在機(jī)器人機(jī)身的上表面，所述超級(jí)電容器組件分別與行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連接。
[0009]進(jìn)一步地，所述機(jī)器人機(jī)身的頭部和尾部為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。[〇〇1〇]所述風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)道設(shè)置在機(jī)器人機(jī)身的兩個(gè)側(cè)面或者只設(shè)置在機(jī)器人機(jī)身的一個(gè)側(cè)面。
[0011]進(jìn)一步地，在機(jī)器人機(jī)身左右兩側(cè)設(shè)置有巡邊傳感器，機(jī)身前后兩端設(shè)置有位移傳感器;在風(fēng)機(jī)的吸口處設(shè)有灰塵傳感器;機(jī)器人機(jī)身的端部還設(shè)有防墜落紅外傳感器和超聲波測(cè)距避障傳感器，機(jī)身內(nèi)部設(shè)有電機(jī)的電流傳感器。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0013](1)本實(shí)用新型的清掃機(jī)器人，在太陽(yáng)能板表面連續(xù)行走的過(guò)程中，能實(shí)現(xiàn)清掃、 除塵同步進(jìn)行，大大提高了工作效率。
[0014](2)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)中未使用集塵盒，灰塵被機(jī)器人吸入后，隨即被排出，并被吹散，減少了常規(guī)機(jī)器人的集塵盒裝滿(mǎn)后，維護(hù)人員必須停止機(jī)器人的工作以進(jìn)行清理集塵盒的額外時(shí)間和工作量，減少了對(duì)光伏電站運(yùn)維人員的依賴(lài)。
[0015](3)機(jī)器人首尾對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，在光伏組件陣列的盡頭，機(jī)器人可以不用掉頭轉(zhuǎn)向，而是實(shí)現(xiàn)尾變頭、頭變尾的快速轉(zhuǎn)向方式，更是大大提高了機(jī)器人的清掃效率。
[0016](4)本實(shí)用新型的機(jī)器人能滿(mǎn)足光伏電站對(duì)大面積太陽(yáng)能板進(jìn)行快速高效清掃工作的需要?！靖綀D說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的清掃機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型的清掃機(jī)器人工作路徑規(guī)劃圖。
[0019]圖中:1是電源系統(tǒng)，是行走系統(tǒng)，3是除塵系統(tǒng)，4是清掃系統(tǒng)，5是控制系統(tǒng)，A是清掃機(jī)器人的起始工位，B是首行直線行走工位，C是首行轉(zhuǎn)向工位，D是第二行直線行走工位， E是第二行轉(zhuǎn)向工位，F(xiàn)是第三行直線行走工位?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]本實(shí)施例機(jī)器人的結(jié)構(gòu)如圖1所示，電源系統(tǒng)1包括太陽(yáng)能電池板、控制器和與控制器連接的超級(jí)電容器組件等。行走系統(tǒng)2包括履帶行走組件、行走電機(jī)等，通過(guò)機(jī)身左右兩側(cè)的各一個(gè)電機(jī)，各自驅(qū)動(dòng)兩邊的履帶輪，使單邊履帶在太陽(yáng)能板表面前進(jìn)、后退、靜止、 增速、減速等，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走與轉(zhuǎn)向功能。除塵系統(tǒng)3包括離心風(fēng)機(jī)、電機(jī)、輸出風(fēng)管等。 清掃系統(tǒng)4包括盤(pán)刷組件、傳動(dòng)齒輪組件和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)盤(pán)刷組件，使盤(pán)刷在太陽(yáng)能板表面勻速或變速旋轉(zhuǎn)。控制系統(tǒng)5包括MCU主板、各種傳感器接口及其集成電路等。
[0021]在電源系統(tǒng)1中，機(jī)器人上表面的太陽(yáng)能電池板獲取太陽(yáng)能，通過(guò)超級(jí)電容器組件快速充放電，實(shí)現(xiàn)清掃機(jī)器人其它各系統(tǒng)的電力需求。
[0022]在機(jī)器人機(jī)身左右兩側(cè)設(shè)置的巡邊傳感器，控制機(jī)器人本體的左側(cè)或右側(cè)始終沿著太陽(yáng)能板的金屬上邊沿或下邊沿直線行走，而機(jī)器人前后端設(shè)置的位移傳感器，控制機(jī)器人本體在每次跨越一塊太陽(yáng)能板時(shí)，調(diào)整一次位姿，保證其行走路徑始終為直線;安裝在風(fēng)機(jī)吸口的灰塵傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)灰塵被揚(yáng)起的濃度，當(dāng)濃度在某個(gè)閾值范圍之內(nèi)時(shí)，清掃電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)盤(pán)刷勻速清掃，行走電機(jī)亦驅(qū)動(dòng)履帶勻速行走；當(dāng)檢測(cè)到灰塵濃度超出某個(gè)閾值范圍之外，清掃電機(jī)開(kāi)始增速或減速，若灰塵濃度較低，履帶加速行走，盤(pán)刷減速旋轉(zhuǎn)，反之，若灰塵濃度較高，履帶減速行走，盤(pán)刷加速旋轉(zhuǎn)，以提高工作效率和實(shí)現(xiàn)對(duì)不同清潔度太陽(yáng)能板的清掃。除此之外，機(jī)器人本體端部的防墜落紅外傳感器、超聲波測(cè)距避障傳感器以及內(nèi)部的風(fēng)機(jī)、盤(pán)刷、履帶輪等驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流傳感器，將各自信號(hào)傳給MCU主板， 再通過(guò)控制系統(tǒng)的分析、比對(duì)和融合，將命令發(fā)送給各電機(jī)和運(yùn)動(dòng)部件，再通過(guò)電機(jī)的調(diào)速、正反轉(zhuǎn)、停機(jī)等，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的閉環(huán)控制。
[0023]除塵系統(tǒng)3中，通過(guò)離心風(fēng)機(jī)葉片的高速旋轉(zhuǎn)，將吸入的灰塵沿著輸出風(fēng)管，排出體外。輸出風(fēng)管可以設(shè)置在機(jī)器人機(jī)身的兩側(cè)，也可以只設(shè)置在一個(gè)側(cè)面上。如果機(jī)身兩側(cè)都有輸出風(fēng)管，在機(jī)器人工作時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)太陽(yáng)能板陣列邊緣處時(shí)，可以掉頭也可以直接頭尾互換轉(zhuǎn)向，但是需要關(guān)閉其中的一個(gè)風(fēng)管，以保證灰塵始終都吹向太陽(yáng)能板低地勢(shì)的一邊。 雖然有部分灰塵，仍然回落到光伏太陽(yáng)能板表面，機(jī)器人在下一行行走工作時(shí)，會(huì)將這部分灰塵重新吸入、排出，直至最后一行，將灰塵吹落地面。進(jìn)一步的，即使有散落的灰塵繼續(xù)遺留在太陽(yáng)能板表面，一是浮灰，室外微風(fēng)會(huì)將其吹走，二是太陽(yáng)能板表面少量均勻的灰塵， 對(duì)其吸收太陽(yáng)能的效率，幾乎不構(gòu)成影響。所以，離心風(fēng)機(jī)及時(shí)的吸塵與排塵，對(duì)太陽(yáng)能板表面清掃效率的提高，具有極大的推動(dòng)效果。
[0024]如圖2所示，本實(shí)施例只在機(jī)身一側(cè)設(shè)有輸出風(fēng)管，并且輸出風(fēng)管始終朝向太陽(yáng)能板低地勢(shì)的一邊。本實(shí)施例清掃機(jī)器人工作路徑規(guī)劃為:首先其從A號(hào)工位出發(fā)后，沿著太陽(yáng)能板橫向直線行走并工作，如工位B所示；當(dāng)接近太陽(yáng)能板陣列邊緣處時(shí)，右轉(zhuǎn)九十度一定距離，停止，小半徑九十度后退，無(wú)需掉頭，直接尾部變頭部，頭部變尾部，如工位C所示； 然后再次直線行走并工作，如工位D所示；當(dāng)接近太陽(yáng)能板陣列另一個(gè)邊緣處時(shí)，左轉(zhuǎn)九十度一定距離，停止，小半徑九十度后退，再次尾變頭，頭變尾，如工位E所示;然后再次直線行走并工作，如工位F所示。依此規(guī)劃路徑，反復(fù)循環(huán)，直至將大面積太陽(yáng)能板陣列清掃完成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人，包括電源系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)、除 塵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于，電源系統(tǒng)分別與行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和控制系 統(tǒng)連接，所述行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)分別通過(guò)傳感器連接到控制系統(tǒng);所述除塵系 統(tǒng)采用離心式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)道設(shè)置在機(jī)器人機(jī)身的側(cè)面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人，其特征在于，所述 電源系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池板、控制器和與控制器連接的超級(jí)電容器組件，所述太陽(yáng)能電池 板設(shè)置在機(jī)器人機(jī)身的上表面，所述超級(jí)電容器組件分別與行走系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)、除塵系統(tǒng) 和控制系統(tǒng)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人，其特征在于，所述 機(jī)器人機(jī)身的頭部和尾部為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人，其特征在于，所述 風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)道設(shè)置在機(jī)器人機(jī)身的兩個(gè)側(cè)面或者只設(shè)置在機(jī)器人機(jī)身的一個(gè)側(cè)面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)機(jī)直接除塵的光伏電站清掃機(jī)器人，其特征在于，在機(jī) 器人機(jī)身左右兩側(cè)設(shè)置有巡邊傳感器，機(jī)身前后兩端設(shè)置有位移傳感器;在風(fēng)機(jī)的吸口處 設(shè)有灰塵傳感器;機(jī)器人機(jī)身的端部還設(shè)有防墜落紅外傳感器和超聲波測(cè)距避障傳感器， 機(jī)身內(nèi)部設(shè)有電機(jī)的電流傳感器。
【文檔編號(hào)】B08B5/04GK205685347SQ201620599814
【公開(kāi)日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日 公開(kāi)號(hào)201620599814.6, CN 201620599814, CN 205685347 U, CN 205685347U, CN-U-205685347, CN201620599814, CN201620599814.6, CN205685347 U, CN205685347U
【發(fā)明人】蔣麒麟, 葛東陽(yáng), 陳健飛, 徐棟, 王賢民
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