一种光伏电站光伏板清洗机器人的制作方法

1.本实用新型属于机动的洗涤地板的机械技术领域，具体为一种光伏电站光伏板清洗机器人。


背景技术：

2.随着社会对清洁能源需求的比重不断增大，将来在发电领域最具有潜力并且增长速度最快的能源则是太阳能。然而，暴露于环境下的光伏电池板在积聚灰尘之后，也会对光电转换效率产生不同程度的影响。
3.目前，国内最常用的除尘方式是人工用水物理清洗太阳能设备的表面。该方式会产生较高的运营维护费用。而且由于天气等因素的影响，建立合适的清洗周期相对困难。如果利用自动清洁机器人代替人力进行一些较为繁杂和劳动力较强的任务程序，不仅在一定程度上会极大提高人们的工作效率，在另一方面也解放劳动力，并减少运行成本。
4.针对这一问题，我们提出了一种光伏电站光伏板清洗机器人，将无人机应用到清洁领域，能够利用无人机避免地形因素对清洗效果的影响，清洗效率高。同时减少人力的投入。


技术实现要素：

5.针对背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种光伏电站光伏板清洗机器人，其特征在于，所述清洗机器人由机器人外壳、吸尘口、擦洗滚刷、清洁滚刷、驱动轮、主吸盘、电动万向轮、无刷电机、集灰盒、真空泵、蓄电池、驱动电机、回充传感器、清洗电机、机器人处理器、控制器、数据传输模块、水箱、悬崖传感器、激光测距传感器、副吸盘和输水管组成，其中机器人外壳为外形呈扁状的长方体，无刷电机、集灰盒、真空泵、蓄电池、驱动电机、回充传感器、清洗电机、机器人处理器、控制器、数据传输模块、水箱和悬崖传感器安装于机器人外壳底板的内部，其中四个悬崖传感器分别设置与前后左右四个方向的中央，内置的驱动电机与外部的驱动轮通过齿轮相连；内置水箱通过输水管与擦洗滚刷的主轴连接，主轴上开设用于使清洗液溢出的小孔，清洁滚刷位于底部后端，内置清洗电机通过齿轮与擦洗滚刷和清洁滚刷相连；机器人处理器通过数据传输模块和信号发射器与交互总端相连；
6.主吸盘、wifi指示灯和激光测距传感器安装于清洗机器人顶部，其中主吸盘位于机器人外壳顶部的中央，激光测距传感器位于主吸盘的正前方；
7.副吸盘、吸尘口、擦洗滚刷、清洁滚刷、驱动轮和电动万向轮均安装于机器人外壳的底部，副吸盘位于机器人外壳底部的中央，吸尘口和擦洗滚刷设置于副吸盘的前方，清洁滚刷设置于副吸盘的后方，吸尘口、擦洗滚刷、清洁滚刷由前至后依次布置，两个电动万向轮和两个驱动轮均分别设置于机器人外壳底部的两侧，且驱动轮位于后端，电动万向轮位于前端；吸尘口、擦洗滚刷、清洁滚刷、驱动轮、电动万向轮、wifi指示灯和激光测距传感器的电路系统均与设置于内部的机器人处理器和控制器相连；吸尘口位于机器人底部前端，与内置的无刷风机和集灰盒连接；真空泵通过吸气管和电动t型通口三通阀分别与位于顶
部中心的主吸盘、位于底部中心的副吸盘相连，副吸盘与光伏板的上表面相连。
8.所述主吸盘与上方无人机的无人机壳体相连，清洗机器人中的机器人处理器通过数据传输模块与工作站中信号发射器相连。
9.所述无人机由无人机壳体、桨片、摄像头、起落架、gps传感器、飞行控制系统、电源系统、电机、数据传输模块、陀螺仪和内置处理器组成，其中四个桨片分别设置于无人机壳体顶部的左前、右前、左后和右后四个角落，四个起落架分别设置于无人机壳体底部的左前、右前、左后和右后四个角落，且与壳体下端面设有一定夹角，以保证不妨碍下方的清洗机器人进行吸附工作；gps传感器、飞行控制系统、电源系统、电机、数据传输模块、陀螺仪和内置处理器安装于无人机壳体底部的内侧，摄像头也安装于壳体底部，同时伸出无人机壳体的前方外，数据传输模块与工作站中的信号发射器相连。
10.所述工作站包括：交互总端、充电桩和信号发射器，其中充电桩和信号发射器设置在地面上，充电桩和信号发射器均与设置与交互总端相连。
11.所述光伏板通过支架安装在混凝土基座上。
12.本实用新型的有益效果在于：
13.1.利用无人机实现了一个清洗机器人在多个光伏板间转移工作，减少了清洗设备投入。
14.2.利用真空泵和主吸盘、副吸盘实现了无人机与清洗机器人的吸附、脱离；清洗机器人与光伏板的吸附、脱离。同时使清洗机器人可在倾斜的光伏板上行走。
15.3.吸尘口、擦洗滚刷、清洁滚刷依次布置，在清洗电机、无刷电机和水箱等共同作用下实现吸尘、水洗、干燥一体化清洗。
附图说明
16.图1为本实用新型一种光伏电站光伏板清洗机器人实施例的清洗方法的流程图；
17.图2为本实用新型实施例中无人机和清洗机器人吸附后的侧视图；
18.图3为本实用新型实施例中清洗机器人工作流程示意图；
19.图4为本实用新型实施例中无人机工作流程示意图；
20.图5为本实用新型实施例中清洗机器人底部结构示意图；
21.图6为本实用新型实施例中清洗机器人内部结构示意图；
22.图7为本实用新型实施例中清洗机器人顶部结构示意图；
23.图8为本实用新型实施例中无人机内部结构示意图。
24.其中：1-吸尘口，2-擦洗滚刷，3-清洁滚刷，4-驱动轮，5-主吸盘，6-电动万向轮，7-无刷电机，8-集灰盒，9-真空泵，10-蓄电池，11-驱动电机，12-回充传感器，13-清洗电机，14-机器人处理器，15-控制器，16-数据传输模块，17-水箱，18-悬崖传感器，20-副吸盘，21-激光测距传感器，22-桨片，23-摄像头，24-起落架，25-gps传感器，26-飞行控制系统，电源系27-统，28-电机，29-数据传输模块，30-陀螺仪，31-内置处理器。
具体实施方式
25.以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
26.如图1所示的本实用新型实施例，包括：工作站、清洗机器人、无人机和光伏板：
27.工作站包括：设置有交互总端、充电桩和信号发射器，其中充电桩和信号发射器设置在地面上，充电桩和信号发射器均与设置与交互总端相连；光伏板通过支架安装在混凝土基座上；
28.在本实施例中，所使用的光伏板以24个为一组，与地面呈40度倾角且不可转动的光伏板，每组光伏板处于同一平面中，排成一个高4个乘以长6个的阵列。
29.如图2所示的清洗机器人由机器人外壳、吸尘口1、擦洗滚刷2、清洁滚刷3、驱动轮4、主吸盘5、电动万向轮6、无刷电机7、集灰盒8、真空泵9、蓄电池10、驱动电机11、回充传感器12、清洗电机13、机器人处理器14、控制器15、数据传输模块16、水箱17、悬崖传感器18、激光测距传感器21、副吸盘20和输水管组成，其中机器人外壳为外形呈扁状的长方体。
30.如图6所示的机器人外壳底板的内部，安装有无刷电机7、集灰盒8、真空泵9、蓄电池10、驱动电机11、回充传感器12、清洗电机13、机器人处理器14、控制器15、数据传输模块16、水箱17和悬崖传感器18，其中四个悬崖传感器18分别设置与前后左右四个方向的中央，防止清洗机器人从光伏板上跌落，内置的驱动电机11与外部的驱动轮4通过齿轮相连；内置水箱17通过输水管与擦洗滚刷2的主轴连接，主轴上开设用于使清洗液溢出的小孔，清洁滚刷3位于底部后端，内置清洗电机13通过齿轮与擦洗滚刷2和清洁滚刷3相连，从而为擦洗滚刷2和清洁滚刷3提供动力；机器人处理器14通过数据传输模块16和信号发射器与交互总端相连。
31.如图7所示的机器人外壳顶板的顶部(外部)，主吸盘5、wifi指示灯19和激光测距传感器21设于清洗机器人顶部，其中主吸盘5位于机器人外壳顶部的中央，激光测距传感器21位于主吸盘5的正前方。
32.如图5所示的机器人外壳底板的底部(外部)，副吸盘20、吸尘口1、擦洗滚刷2、清洁滚刷3、驱动轮4和电动万向轮6均设置于机器人外壳的底部，副吸盘20位于机器人外壳底部的中央，吸尘口1和擦洗滚刷2设置于副吸盘20的前方，清洁滚刷3设置于副吸盘20的后方，吸尘口1、擦洗滚刷2、清洁滚刷3由前至后依次布置，两个电动万向轮6和两个驱动轮4均分别设置于机器人外壳底部的两侧，且驱动轮4位于后端，电动万向轮6位于前端；吸尘口1、擦洗滚刷2、清洁滚刷3、驱动轮4、电动万向轮6、wifi指示灯19和激光测距传感器21的电路系统均与设置于内部的机器人处理器14和控制器15相连；吸尘口1位于机器人底部前端，与内置的无刷风机7和集灰盒8连接。
33.安装于外壳底板上的真空泵9通过吸气管和电动t型通口三通阀(图中未示出)分别与位于顶部中心的主吸盘5、位于底部中心的副吸盘20相连，基于真空吸附原理，利用真空泵9和主吸盘5实现了无人机与清洗机器人的吸附、脱离；利用真空泵9和副吸盘20实现了清洗机器人与光伏板的吸附、脱离；使用副吸盘20保证了清洗机器人与光伏板的表面相连，即副吸盘20所发出的轻微吸力使清洗机器人允许在倾斜的光伏板上行走。
34.在本实施例中，真空泵9的设计吸力为1kg。
35.内置的机器人处理器14和控制器15分别为上位机和下位机，扫地机器人通过摄像头采集环境的视频信息，将视频信息输入lsd-slam算法获得环境的点云图，然后使用octomap方法将点云图转化为三维栅格地图，通过使用a*算法和改进的弓字形算法获得点到点路径和全覆盖清扫路径，将所得位置信息与之前规划好的机器人工作路径进行核对，当发生偏移时，机器人处理器14通过控制器15向驱动电机11和电动万向轮6发送信息以校
正扫地机器人的前进方向，实现扫地机器人点到点的机器人工作路径的全覆盖。
36.如图2和图8所示的无人机由无人机壳体、桨片22、摄像头23、起落架24、gps传感器25、飞行控制系统26、电源系统27、电机28、数据传输模块29、陀螺仪30和内置处理器31组成，其中四个桨片22分别设置于无人机壳体顶部的左前、右前、左后和右后四个角落，四个起落架24分别设置于无人机壳体底部的左前、右前、左后和右后四个角落，且与壳体下端面设有一定夹角，以保证不妨碍下方的清洗机器人进行吸附工作；gps传感器25、飞行控制系统26、电源系统27、电机28、数据传输模块29、陀螺仪30和内置处理器31安装于无人机壳体底部的内侧，摄像头23也安装于壳体底部，同时伸出无人机壳体的前方外；gps传感器25、摄像头23和飞行控制系统26可得到无人机当前位置和目标位置等信息，通过内置处理器31对数据进行简单处理后，由数据传输模块29通过信号发射器返回给交互总端；无人机自主导航主要依赖于事先规划好的无人机工作路径，通过坐标转换、外接矩形构建、路径点生成和pnpoly算法进行求解，得到清洗区域内的实际路径，如交互总端发现坐标偏移，向内置处理器31发出修正指令，并由飞行控制系统26换算后发送具体命令给各桨片22对实际路径进行修正从而使其尽量吻合工作路径；在工作之前先在交互总端进行算法规划，具体是针对无人机的电池情况、清洗机器人加无人机的重量、光伏板的设置情况和已经标记出的充电座的位置等信息，生成无人机工作路径。
37.在本实施例中，机器人外壳的尺寸为18cm*18cm*12cm；
38.无人机和清洗机器人还可检测设备电量是否低于预设电量，如果两者任意一个低于预设电量，则记录在位置之后，由无人机携带清洗机器人返回工作站充电桩附近。充电桩上设有感应装置，且与清洗机器人上的回充传感器相匹配，从而进行自动回充。电量充满之后，自行返回断点处续扫。在无人机清洗机器人执行任务时，通过地面的工作站可以方便的对无人机清洗机器人位置、工作路径、清扫面积、电量等信息进行监控，并能实现任务目标更改、任务中断等操作。
39.带有清洗机器人的无人机根据系统预设的该位置的光伏板表面的玻璃可承受重量，以判断两者是否分离，如果大于等于玻璃承重极限两者分离运行。清洗机器人开始独立执行清洗。待清洗机器人离开后，无人机降落至光伏板上进入待机状态。如果小于玻璃承重极限，则主吸盘5维持吸力，清洗机器人和无人机一起执行清洗任务，无人机进入待机状态，由清洗机器人控制完成清洗任务。
40.以清洗机器人独立执行清洗时的工作为例，如图1、图3和图4所示，无人机接收清洗指令后，无人机起飞悬停于清洗机器人正上方，清洗机器人的主吸盘5与无人机底部接触，清洗机器人内部有真空泵9开始工作，基于真空吸附原理利用主吸盘负压吸附机构，清洗机器人能够稳定吸附在无人机底部。无人机顶部搭载的gps传感器25可得到无人机当前位置和目标位置等信息，标记出充电座的位置。交互总端通过无人机的工作路径向内置处理器31发送信息，无人机携带清洗机器人按照预设的无人机工作路径移动至待清洗光伏板上的起飞与降落位置后调整飞行姿态，并通过陀螺仪30将无人机的飞行姿态调整为平行于光伏板悬停，在起飞与降落位置降落的清洗机器人的副吸盘20先与光伏板面玻璃接触，清洗机器人底部的副吸盘20内空气被吸走，清洗机器人吸附在光伏板面上，主吸盘停止工作，无人机与清洗机器人分离。清洗机器人在副吸盘20的作用下开始在倾斜的光伏板表面独立执行清洗。待清洗机器人的清洗完成后，通过无人机起飞悬停于清洗机器人正上方，主吸盘
5与无人机底部进行接触和吸附后，无人机携带清洗机器人离开已清洁的光伏板，并移至下一个待清洗的光伏板上继续进行清洗作业。
41.在驱动电机11的作用下，实现清洗机器人按照规划好的工作路径在板上行走，吸尘口1位于机器人底部前端，板面上灰尘在无刷风机7吸力作用下，被吸入到机器人内部集灰盒8中。同时，清洗电机13带动擦洗滚刷2和清洁滚刷3开始工作，擦洗滚刷2设于吸尘口1的后部，水箱中的清洗液通过输水管与擦洗滚刷2的主轴连接，主轴上开设用于使清洗液溢出的小孔，清洁滚刷3用于将玻璃上的清洗液擦洗干净，在清洗电机13，无刷电机7和水箱17等共同作用下实现吸尘、水洗、干燥一体化清洗。
42.清洗机器人顶部设有激光测距传感器21，通过内置的机器人处理器14和控制器15获取清洗机器人相对于光伏板表面的位置信息，实时处理各传感器发回的信息，对定位机器人的准确位置进行实时监控。清洗机器人底部的悬崖传感器18，悬崖传感器18获得信号时，机器人处理器14向控制器15发送指令使得驱动轮4的停止移动，可防止清洗机器人从光伏板上跌落情况发生，但由于光伏板的尺寸是固定的，且通常尺寸相等，因而清洗机器人的清洗作业是固定路径，悬崖传感器18正常不会获得信号，当路线发生偏转后，重新向无人机发送开始清洗的指令。顶部wifi指示灯19主要是针对清洗机器人智能联网的设置，数据传输模块16实时向工作站传输地图模型，工作路线，清洗时间，清洗面积等数据。
43.当完成清洗工作后，清洗机器人返回起飞与降落位置，当接近起飞与降落位置时，无人机感应到清洗机器人，并启动升空，当清洗机器人回到起飞与降落位置后，无人机降落，主吸盘5与无人机底部接触，在真空泵9作用下吸走机器人与无人机之间主吸盘5内空气，然后副吸盘20与玻璃脱离，与此同时，判断无人机电量和清洗机器人电量是否低于预设电量，如果否，无人机携带清洗机器人按照预设好的飞行路线到下一块光伏板继续完成清洗工作。如果是，则飞行至充电桩附近降落，无人机进入待机状态，充电桩与清洗机器人的回充传感器12相匹配，清洗机器人尾部安装充电极片，与充电桩的充电极片接触后开始充电。充电完成后，自动返回断点处继续清扫任务。