一种适用于沙漠环境的无水毛刷清扫系统及方法与流程

本发明涉及光伏智能运维，尤其是涉及一种适用于沙漠环境的无水毛刷清扫系统及方法。

背景技术：

1、沙漠光伏电站所处环境具有高沙尘频发、强紫外线辐射、昼夜温差大、水资源极度匮乏的典型极端特征，给光伏电站的日常运维带来了严峻挑战。光伏组件表面积尘是影响光伏电站发电效率的核心因素，沙漠环境下严重制约光伏电站的发电收益与运营效益，因此光伏组件的常态化清扫是沙漠光伏电站运维的核心刚需。

2、针对沙漠光伏组件的无水清扫需求，现有技术已开展了相关干式清扫机器人的研发与应用，核心缺陷具体如下：现有干式清扫多采用单一毛刷清扫或单一气流吹扫的技术方案，单一毛刷清扫难以有效清除沙漠环境中的细颗粒粘附性沙尘，且易造成光伏组件玻璃表面划伤与隐裂，同时单一气流吹扫方案对粘附性沙尘清除效果差，且易造成沙尘二次污染，清扫后沙尘易重新沉积在相邻组件上。在防沙密封方面，现有设备多采用单一静态结构密封，无法阻挡沙漠超细沙尘的侵入，易造成电气与传动部件故障，防护等级普遍无法达到长期稳定运行的要求；在行走机构方面，现有边框行走式设备多依赖夹爪夹持或负压吸附实现固定，夹爪易造成光伏边框变形损伤，负压吸附系统在沙尘环境下易发生腔体堵塞、吸附力失效，且能耗极高，同时行走轮无针对沙尘覆盖工况的抓附力优化，易发生打滑、跑偏甚至坠落；在环境耐受性方面，现有设备未针对沙漠强紫外线、极端高温环境做专项优化，高分子部件易快速老化脆化，夏季高温工况下电子元器件易过热失效，设备无故障运行时间短，维护成本高昂，无法满足沙漠光伏电站长期规模化运维的需求。

3、因此，行业内亟需一种能够实现零水耗、适配沙漠极端环境、同时兼顾清扫效率、设备运行可靠性与作业安全性的光伏清扫技术方案。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种适用于沙漠环境的无水毛刷清扫系统及方法，解决现有光伏清扫技术无法同时兼顾高效清扫、可靠运行和安全避险的问题，通过系统核心模块的动态适配与协同联动实现零水耗、高可靠和长寿命的沙漠光伏组件自动清扫。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种适用于沙漠环境的无水毛刷清扫方法，包括：

3、s1、通过激光扫描与视觉融合实现边框定位；

4、s2、计算沙尘风险指数并动态规划返回路径；

5、s3、根据沙尘特性自适应调节高压气流与二级毛刷参数，完成光伏组件的零水耗清扫与避险控制。

6、优选的，步骤s1中，通过激光扫描与视觉融合实现边框定位，具体包括：

7、采用激光点阵扫描获取光伏面板边框的三维轮廓，同时采集边框的视觉图像；

8、通过边缘检测算法提取激光点阵中的边框边缘点集；

9、通过hough检测视觉图像中的边框直线，将激光数据与视觉图像进行融合计算边框宽度，并根据识别的边框位置自动校正轮系姿态。

10、优选的，步骤s1中，边框定位还包括施加预设大小的测试力检测轮系的初始抓附效果，测量轮系的滑移量，当滑移量超过预设阈值时判定抓附力不足，并启动边框接触面清洁程序；同时根据检测到的边框平整度自适应调整悬挂系统的刚度。

11、优选的，步骤s2中，计算沙尘风险指数，具体包括：采集当前环境的沙尘浓度、风速和温差，分别进行归一化处理，再引入根据昼夜时段取值的时间修正因子和根据季节取值的季节修正因子，对归一化后的沙尘浓度、风速和温差进行加权求和，得到沙尘风险指数。

12、优选的，步骤s2中，动态规划返回路径根据计算得到的沙尘风险指数所处的等级执行相应的作业策略，包括：

13、当风险指数低于第一阈值时维持正常作业，当风险指数介于第一阈值与第二阈值之间时缩短单次作业时间并提高返回检查频率，当风险指数高于第二阈值时暂停作业并启动安全返回程序；

14、安全返回程序采用路径规划算法规划沿边框的最短返回路径，并根据能见度、风速、当前电量和距离基站的距离动态控制返回速度。

15、还包括实时计算安全返回所需的能量，并预留用于安全返回的电量，当电量不满足所需能量时，立即切换至节能模式降低功率，并向外发出支援请求；当风险指数高于第三阈值时紧急停机并启动末端紧急锚定装置。

16、优选的，步骤s3中，根据沙尘特性自适应调节高压气流，具体包括：根据视觉检测的沙尘覆盖度或气流阻力估计沙尘厚度并识别沙尘类型，根据沙尘厚度确定高压气流的基础压力和基础脉冲占空比，再引入根据当前温度确定的温度补偿因子和根据当前相对湿度确定的湿度补偿因子，对基础压力和基础占空比进行修正，生成动态的高压气流参数。

17、优选的，步骤s3中，根据沙尘特性自适应调节二级毛刷参数，具体包括：

18、采用一级毛刷和二级毛刷依次执行清扫，根据估计的沙尘厚度和识别的沙尘类型，动态调整各级毛刷的接触压力和旋转转速；

19、在一级毛刷进行初步清洁后检测清洁度，当清洁度低于预设阈值时二级毛刷启动精细清理。

20、优选的，步骤s3中，还包括：在执行无水清扫过程中监测毛刷的驱动负载，当检测到负载超过预设堵塞阈值时，判定毛刷发生沙尘堵塞，中断清扫并执行自清洁逻辑；控制毛刷驱动电机反向旋转，同时启动高频振动电机使毛刷产生轴向高频振动，并将负压集尘单元调至最大功率抽离抖落的沙尘，待负载恢复正常后自动恢复清扫。

21、本发明提供一种适用于沙漠环境的无水毛刷清扫系统，包括行走机构、传感检测单元、中央控制器、毛刷总成以及负压集尘单元；

22、行走机构安装于机器人底部，采用履带式或轮式底盘；

23、传感检测单元集成安装于机器人前端及毛刷总成附近，包括视觉传感器、扭矩检测模块和定位模块；

24、中央控制器采用微控制单元或嵌入式控制器，内嵌有污染程度判断算法和毛刷堵塞自诊断算法；

25、毛刷总成包括柔性耐磨毛刷辊、驱动电机以及偏心振动电机；

26、负压集尘单元包括离心风机、过滤网和可拆卸集尘盒，吸尘口紧邻毛刷总成布置，位于毛刷旋转方向的后方。

27、有益效果：

28、1、本发明采用高压气流与二级毛刷协同的复合清扫机制，通过一级毛刷的初步剥离与二级毛刷的精细清理，配合负压集尘单元的实时抽离，有效解决了单一毛刷清扫对细颗粒粘附性沙尘清除不彻底、易造成光伏组件表面划伤的问题，同时克服了单一气流吹扫对粘附性沙尘清除效果差、易产生二次扬尘污染的缺陷，实现了光伏组件表面的零水耗高效清洁。

29、2、本发明通过沙尘风险指数的多因子动态评估机制，综合沙尘浓度、风速、温差及时间/季节修正因子，实现了对沙漠极端气象条件的实时感知与分级响应；通过沿边框的最短路径动态规划及多因子速度控制，确保设备在能见度降低、风速增大等恶劣条件下安全返回基站，有效提升了设备在沙漠极端环境下的作业安全性与避险可靠性。

30、3、本发明通过视觉检测与气流阻力估计沙尘厚度和类型，并引入温度补偿因子和湿度补偿因子对高压气流参数和毛刷参数进行动态修正，使清扫力度与沙漠环境中沙尘特性、温湿度条件实时匹配，避免了过度清扫造成的组件表面损伤或清扫不足导致的清洁度不达标问题，实现了清扫效率与表面保护的最佳平衡。

31、4、本发明通过激光扫描与视觉融合的边框定位技术，实现了轮系姿态的自动校正；通过施加测试力检测轮系滑移量并启动边框接触面清洁程序，配合悬挂系统刚度的自适应调整，有效解决了现有设备在沙尘覆盖工况下易发生打滑、跑偏甚至坠落的问题，显著提升了行走机构在光伏边框上的抓附稳定性与运行可靠性。