一种用于运维机器人的智能蓄能基站

1.本发明涉及光伏运维领域，具体涉及一种用于运维机器人的智能蓄能基站。


背景技术：

2.市场上的光伏运维机器人大多数采用蓄电池为机器人供电，由于蓄电池容量有限，在机器人工作期间需要人为干预，为其更换电池，并将电池带回充电。并且部分带有清洗功能的机器人，采用的清洁技术，用水较多，其水的来源主要通过管道和储水箱，在机器人工作期间也需要人为干预，为其铺设管道、进行补水。这种人为干预光伏运维机器人的运维方式，不足以满足运维市场的需求。不仅增加了不必要的运维成本，还使得光伏运维机器人的工作效率难以保证，而且目前市面上还没有出现针对这一痛点设计出相应的蓄能基站。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于运维机器人的智能蓄能基站，提供一套补水、充电功能以及实时监视功能的蓄能系统，可降低不必要的太阳能电池板运维成本问题，提高其运维效率。同时节省了依靠人力进行对机器人蓄电池进行充电，补充清洁用水的繁琐操作的时间，更加有利于提高光伏运维机器人的工作效率。而智能蓄能基站上自带太阳能电池板，能够与光伏发电站区分开来，避免干扰，智能蓄能基站上的太阳能电池板，也能够调节自身角度，更好的接受光照。
4.一种用于运维机器人的智能蓄能基站，包括基站主体和太阳能电池板，所述基站主体内设有配电系统、补水系统和充电系统，所述太阳能电池板安装在基站主体的顶部，且太阳能电池板底部设有调角机构和支撑机构；
5.所述支撑机构包括连接板、支撑杆、支撑筒，输液管和储液桶，所述连接板固定连接在太阳能电池板的底部，所述支撑杆活动连接在连接板的底部四角处，且支撑杆的底部滑动连接在支撑筒内，所述支撑筒内的液压油通过输液管与储液桶连接；
6.所述调角机构包括支撑板、第一电机、中间板、滑台和第二电机，所述支撑板固定连接在储液桶上方，所述第一电机和滑台固定连接在支撑板上方，所述中间板与第一电机的输出轴连接，且中间板的左右两侧通过滚轮支架转动连接有滚轮，所述滚轮滚动连接在滑台上，所述第二电机固定连接在中间板上，且第二电机的输出轴上连接有主动齿轮，所述主动齿轮与不完全齿圈啮合，所述不完全齿圈以与滑台垂直的角度固定连接在连接板下端。
7.优选的，所述基站主体的侧壁上设有充电口和补水管，且基站主体顶部设有基板，所述补水管通过水泵与外部水源连接，所述支撑筒和储液桶固定连接在基板上。
8.优选的，所述中间板上固定连接有一对轴支架，两个轴支架之间固定连接有中间轴，所述中间轴上转动连接有支撑块，所述支撑块与连接板固定连接。
9.优选的，所述支撑筒与储液桶连接的输液管上设有一个电磁阀。
10.优选的，所述滑台内设有滑槽，所述滚轮滚动连接在滑槽内。
11.优选的，所述中间板上固定连接有齿轮架，所述主动齿轮转动连接在齿轮架上。
12.优选的，所述中间板转动连接在支撑架上，所述支撑架固定连接在支撑板上。
13.优选的，所述配电系统由小型蓄电池组、备用电源接口、dc-dc稳压器、ac-dc稳压器和太阳能电池板组成，所述补水系统由三极管、单向可控硅和二极管组成控制系统，所述充电系统由adc数据采集模块和快充系统组成。
14.本发明的优点在于：提供一套补水、充电功能以及实时监视功能的蓄能系统，可降低不必要的太阳能电池板运维成本问题，提高其运维效率。同时节省了依靠人力进行对机器人蓄电池进行充电，补充清洁用水的繁琐操作的时间，更加有利于提高光伏运维机器人的工作效率。而智能蓄能基站上自带太阳能电池板，能够与光伏发电站区分开来，避免干扰，智能蓄能基站上的太阳能电池板，也能够调节自身角度，更好的接受光照。
附图说明
15.图1为本发明装置的整体结构示意图；
16.图2为本发明装置的正视图；
17.图3为本发明装置中支撑机构的结构示意图；
18.图4为本发明装置中调角机构的结构示意图；
19.图5为本发明装置中支撑筒的内部结构示意图；
20.图6为本发明中配电系统工作流程图；
21.图7为本发明中补水系统原理图；
22.图8为本发明中充电系统工作流程图；
23.图9为本发明中温度数据采集原理图；
24.图10为本发明中数据传输流程图；
25.图11为本发明中通信流程图；
26.其中，1、基站主体，2、充电口，3、补水管，4、太阳能电池板，5、调角机构，6、支撑机构，7、基板，101、连接板，102、支撑杆，103、支撑筒，104、输液管，105、储液桶，106、电磁阀，107、液压油，201、支撑板，202、第一电机，203、中间板，204、滚轮支架，205、滚轮，206、滑台，207，滑槽，208、支撑架，209、轴支架，210、中间轴，211、支撑块，212、第二电机，213、齿轮架，214、主动齿轮，215、不完全齿圈。
具体实施方式
27.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
28.如图1至图11所示，本发明包括基站主体1和太阳能电池板4，所述基站主体1内设有配电系统、补水系统和充电系统，所述太阳能电池板4安装在基站主体1的顶部，且太阳能电池板4底部设有调角机构5和支撑机构6；
29.其中配电系统如图6所示，包括小型蓄电池组、备用电源接口、dc-dc稳压器，ac-dc稳压器，以及太阳能电池板4，实现为整个蓄能基站分配电能。将太阳能电池板的电能通过dc-dc稳压器变成稳定的直流电源用于基站内的用电器，若太阳能光伏阵列的电能不足以
为蓄能基站供能时，则使用小型蓄电池组为为蓄能能基站供电，并且还留有220v备用电源接口，以保证蓄能基站的稳定运行。在配电系统里还装有监控系统，该监控系统基于物联网技术，能够远程反馈监测信息以及报警信息，从而确保配系统的安全，能够方便使用者及时发现排查安全隐患。
30.其中补水系统如图7所示，:由三极管、单向可控硅、二极管组成控制系统，实现自动补水检测功能。当检测到补水接口上有储水箱时，补水系统的补水气泵开始运行前的自检工作，待检测到有储水箱进入到补水系统时，补水系统启动补水系统。该补水系统由电磁继电器，水泵，三极管，单项可控硅组成。
31.通过a、b、c三个点对储水箱里中的水量进行测量，其中c位于储水箱的底部，a位于储水箱的顶部，b位于储水箱的中部。当储水箱的水位低于b点时三极管q2处于截止状态，继电器p2保持初始状态(p2_1与p2_2闭合，p2_1与p2_3断开)，单向可控硅得到信号，q1处于截止状态，继电器p1保持初始状态(p1_1与p1_2闭合)，水泵m开始工作，开始补水。当储水箱的水位高于b点时，三极管q2处于导通状态，继电器p2动作(p2_1与p2_2断开，p2_1与p2_3闭合)，此时单向可控硅d1仍处于导通状态，由于三极管q1处于截止状态，因此继电器p1保持初始状态(p1_1与p1_2闭合)，因此水泵继续工作。当储水箱的水位到达a点时，三极管q1处于导通状态，继电器p1动作(p1_1与p1_2断开，p1_1与p1_3闭合)，此时单向可控硅d1断开，水泵停止工作，补水完毕。
32.其中充电系统如图8所示，由adc数据采集模块、快充系统组成，实现对光伏运维机器人蓄电池的快速充电的功能。当检测到有蓄电池接入充电系统时，则启动快速充电系统为蓄电池充电。由于理论上判断蓄电池充电状态的最佳参数为开路电压或者内部电动势。然而,对正处于充电状态中的蓄电池这两个参数难以测量。目前,常用蓄电池端电压近似代替蓄电池开路电压,但蓄电池端电压和开路电压之间存在差值,且随充电电流的增大这个差值也会变大,所以，需要通过压降补偿的方法去抵消这个差值。因此，本发明的充电系统采用的是压降补偿原理实现对蓄电池的快速充电。同时还配有基于物联网的实时监控系统，实时反馈充电系统的充电状态以及报警故障信息，以便保证充电的安全。通过基于atmega328p单片机的电压，电流采集模块，实时反馈蓄电池的电压电流信息判断蓄电池是否充满，并将其发送到移动客户端。充满后，光伏运维机器人进入准备工作状态。
33.其中支撑机构6包括连接板101、支撑杆102、支撑筒103，输液管104和储液桶105，所述连接板101固定连接在太阳能电池板4的底部，所述支撑杆102活动连接在连接板101的底部四角处，且支撑杆102的底部滑动连接在支撑筒103内，所述支撑筒103内的液压油107通过输液管104与储液桶105连接；
34.其中调角机构5包括支撑板201、第一电机202、中间板203、滑台206和第二电机212，所述支撑板201固定连接在储液桶105上方，所述第一电机202和滑台206固定连接在支撑板201上方，所述中间板203与第一电机202的输出轴连接，且中间板203的左右两侧通过滚轮支架204转动连接有滚轮205，所述滚轮205滚动连接在滑台206上，所述第二电机212固定连接在中间板203上，且第二电机212的输出轴上连接有主动齿轮214，所述主动齿轮214与不完全齿圈215啮合，所述不完全齿圈215以与滑台206垂直的角度固定连接在连接板101下端。
35.另外，基站主体1的侧壁上设有充电口2和补水管3，且基站主体1顶部设有基板7，
所述补水管3通过水泵与外部水源连接，所述支撑筒103和储液桶105固定连接在基板7上。
36.特别的，所述中间板203上固定连接有一对轴支架209，两个轴支架209之间固定连接有中间轴210，所述中间轴210上转动连接有支撑块211，所述支撑块211与连接板101固定连接。所述支撑筒103与储液桶105连接的输液管104上设有一个电磁阀106。所述滑台206内设有滑槽207，所述滚轮205滚动连接在滑槽207内。所述中间板203上固定连接有齿轮架213，所述主动齿轮214转动连接在齿轮架213上。所述中间板203转动连接在支撑架208上，所述支撑架208固定连接在支撑板201上。
37.具体实施方式及原理：
38.本发明在机械上实现调角和支撑分别是通过调角机构5和支撑机构6实现，在需要调角时，通过启动第一电机202来调整x轴方向的角度，第一电机202驱动中间板203转动，中间板203会顺着与x轴平行的滑台206转动，使得连接在中间板203上的连接板101在x轴方向转动，进而实现太阳能电池板4在x轴方向转动，再通过第二电机212调整y轴方向的角度，第二电机212驱动主动齿轮214转动，主动齿轮214传动至不完全齿圈215，而不完全齿圈215与y轴平行，因此不完全齿圈215在y轴方向转动，带动连接板101在y轴方向转动，进而实现太阳能电池板4在y轴方向转动；
39.在太阳能电池板4调整角度时，需要支撑机构6处于活动状态，否则太阳能电池板4无法调整角度；因此，在第一电机202和第二电机212通电启动后，电磁阀106也同时通电打开，此时四个支撑筒103内的液压油107能够互相流通，所以四个支撑杆102能够顺势(顺着太阳能电池板4倾斜方向和角度)伸缩，同时因为支撑杆102活动连接在连接板101的底部四角处(支撑杆102与连接板101之间技能发生相对滑动，也能发生相对转动)，因此支撑机构6处于自由活动状态。
40.等到调整角度完成后，需要支撑机构6处于稳定支撑状态；因此，在第一电机202和第二电机212断电后，电磁阀106也同时断电关闭，四个支撑筒103内的液压油107无法流通，每个支撑筒103内的液压油107体积保持稳定，起到受力支撑的作用。
41.本发明的智能化方案主要利用atmega328p芯片作为主控单元，嵌入式计算机rpi4b作为传输单元，实现对电池电压、电池温度、水箱水位的数据的采集和发送至移动客户端。
42.(一)数据采集、传输方案
43.以电池的温度数据采集为例，由于数字温度传感器ds18b20，使用集成芯片，采用单总线技术，能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，其输出的是数字信号，接线简单的特点，所以使用该传感器采集电池的温度数据。将ds18b20传感器的vcc、dq、gnd分别连接到atmega328p芯片的5v、2、gnd。10k电阻一段连接vcc，另一端连接dq，上拉电阻用于提高atmega328p芯片的i/o口驱动能力，由此使得芯片采集到温度数据。
44.由于atmega328p芯片实现数据远距离传输具有较大的困难，所以本数据传输方案使用了atmega328p芯片与嵌入式计算机rpi4b相结合的方法，能够有效的解决该问题。具体的设计方案如下，采集的温度数据经由atmega328p芯片处理后变成串口数据并将其通过串口口通信的方式发送到嵌入式计算机rpi4b中再由嵌入式计算机发送给云端服务器。
45.(二)通信方案
46.本设计方案的通信部分实现主要分为两部分，第一部分是atmega328p芯片与嵌入
式计算机rpi4b的通信，第二部分是嵌入式计算机rpi4b与移动客户端通信。
47.(1)atmega328p芯片与嵌入式计算机rpi4b的通信
48.由于串口通信方式具有控制简单、传输数据快的优点，所以这部分的通信方案采用的是串口通信的方式，将atmega328p芯片的rx引脚、tx引脚分别于与嵌入式计算机rpi4b的tx引脚、rx引脚相连接。由此可以实现atmega328p芯片中的数据与嵌入式计算机rpi4b中的数据相互交换，达到通信效果。
49.(2)嵌入式计算机rpi4b与移动客户端的通信
50.由于嵌入式计算机rpi4b与移动客户端之间需要实现无线通信，所以需要搭建云服务器来连接嵌入式计算机rpi4b与移动客户端。具体通信方案如下，首先搭建基于百度云支持的云服务器，将已接入局域网的嵌入式计算机rpi4b，使用frp内网穿透技术，将处在局域网内的嵌入式计算机rpi4b与云服务器相连接，从而实现移动客户端访问云服务器就能够访问到嵌入式计算机rpi4b，达到通信效果。
51.基于上述，本发明提供一套补水、充电功能以及实时监视功能的蓄能系统，可降低不必要的太阳能电池板运维成本问题，提高其运维效率。同时节省了依靠人力进行对机器人蓄电池进行充电，补充清洁用水的繁琐操作的时间，更加有利于提高光伏运维机器人的工作效率。而智能蓄能基站上自带太阳能电池板，能够与光伏发电站区分开来，避免干扰，智能蓄能基站上的太阳能电池板，也能够调节自身角度，更好的接受光照。
52.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。