一种可伸缩扭转节结构及光伏板清扫机器人的制作方法

1.本发明涉及光伏板清扫机器人领域，具体是一种可伸缩扭转节结构，及采用该可伸缩扭转节结构的光伏板清扫机器人。


背景技术：

2.由于土地及其光伏组件价格等等制约因素，光伏电站逐渐开始以平单轴跟踪支架来建设。单列平单轴一般能建成的长度大致在90米左右，电站为降低光伏组件的清扫成本，平单轴跟踪支架都会通过桥架连成1至2km的长排，这样一长排可以只用一台清扫机器人清扫。
3.由于平单轴存在控制精度、安装精度等误差，及其90米长的扭矩管扭转角度误差，两列平单轴间的端部最终角度误差最大会达到12
°
左右；这样的角度误差使得平单轴桥架的一端为上坡，另一端为下坡，如图1所示，图1中桥架400的左端401为下坡，桥架400的右端402为上坡。传统的框架结构清扫机器人无法适应此种桥架状态，可扭转的光伏板清扫机器人能够平稳通过此种桥架状态，但是，可扭转的光伏板清扫机器人在发生扭转时，由传动杆所连接的两个轮轴之间的间隔亦会随之变化，毛刷两端的支撑轴之间的间隔亦会随之变化，因此需要设计相应的结构来补偿该间隔变化。基于此，发明人想到了用扭转节来补偿该间隔变化，进而提出了本技术的可伸缩扭转节结构。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种可伸缩扭转节结构及光伏板清扫机器人，以至少在一定程度解决光伏板清扫机器人存在的上述缺陷。
5.为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种可伸缩扭转节结构，其包括：
7.外杆体，其具有轴向延伸的第一孔及径向延伸的第二孔；
8.内杆体，其一端插设于所述第一孔，且与第一孔的孔壁之间形成有间隙，以使所述内杆体可相对外杆体摆动，所述内杆体对应所述第二孔开设有第三孔；以及
9.连接销，其穿设于所述第二孔及第三孔；
10.所述第二孔与第三孔中的一个孔为腰孔，所述腰孔的长边与腰孔所在杆体的轴线平行。
11.上述可伸缩扭转节结构中，通过内外杆体的插接配合，以及在插接配合部之间形成间隙，使得内杆体与外杆体能够以连接销的中心为圆心，摆动一定的角度，从而可以变角度传递回转运动；将第二孔与第三孔中的一个孔设计为腰孔，使得内外杆体在受到被连接部件的压力时能够收缩，而在受到被连接件的拉力时能够拉伸，从而使得变角度传递回转运动的同时，能够对被连接的两个部件之间的间隔变化进行补偿。
12.所述腰孔的长度优选配置为较所述连接销的直径大3至5mm，所述间隙的大小优选配置为使所述内杆体相对外杆体的最大摆动角可达10
°
至12
°
。
13.一种光伏板清扫机器人，其包括轮轴及连接两个轮轴的传动杆，所述传动杆与轮轴之间连接有上述的可伸缩扭转节结构。
14.上述光伏板清扫机器人中，在轮轴及连接两个轮轴的传动杆之间增加上述的可伸缩扭转节结构，当清扫机器人一端回绕转轴左转，另一端回绕转轴右转时，在不破坏原有的刚性连接下，行走装置与传动杆成一定角度并且不影响动力的传递，这种结构能使传动杆平顺地跟随清扫机器人扭转，并且对清扫机器人的两端沿相反方向扭转后造成的轮轴之间的间隔变化进行补偿。
15.在一些实施例中，所述内杆体的端部与传动杆的端部相对，并用抱箍固定连接，所述外杆体为管结构，所述轮轴插设于所述管结构内，与所述管结构固定连接。
16.在一些实施例中，所述管结构的与轮轴连接的端部沿管结构的轴线方向开设有长槽，并配置有第一连接螺栓，所述第一连接螺栓沿垂直所述长槽的方向贯穿所述管结构及轮轴，将所述管结构与轮轴固定连接。
17.在一些实施例中，所述传动杆为金属管，所述金属管与抱箍的结合面、及内杆体与抱箍的结合面设有压花结构，所述抱箍配置有第二及第三连接螺栓，所述第二连接螺栓贯穿所述抱箍及金属管，所述第三连接螺栓贯穿所述抱箍及内杆体。
18.一种光伏板清扫机器人，其包括毛刷芯轴及毛刷支撑轴，所述毛刷芯轴及毛刷支撑轴之间连接有上述的可伸缩扭转节结构。
19.上述光伏板清扫机器人中，在毛刷芯轴及毛刷支撑轴之间增加上述的可伸缩扭转节结构，当清扫机器人一端回绕转轴左转，另一端回绕转轴右转时，在不破坏原有的刚性连接下，行走装置与毛刷芯轴成一定角度且并不影响动力的传递，这种结构能使毛刷平顺地跟随清扫机器人扭转，并且对清扫机器人的两端沿相反方向扭转后造成的毛刷支撑轴之间的间隔变化进行补偿。
20.在一些实施例中，所述毛刷芯轴为金属管，所述外杆体嵌于所述金属管的端头处，与所述金属管固定连接，所述内杆体与毛刷支撑轴固定连接。
21.在一些实施例中，所述内杆体的外端设置有轴孔及键槽，所述轴孔与毛刷支撑轴配合，所述键槽与毛刷支撑轴上的键配合，将所述内杆体与毛刷支撑轴固定连接。
22.在一些实施例中，所述外杆体的第一孔为喇叭孔。
23.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
24.本发明可伸缩扭转节结构中，通过内外杆体的插接配合，以及在插接配合部之间形成间隙，使得内杆体与外杆体能够以连接销的中心为圆心，摆动一定的角度，从而可以变角度传递回转运动；将第二孔与第三孔中的一个孔设计为腰孔，使得内外杆体在受到被连接部件的压力时能够收缩，而在受到被连接件的拉力时能够拉伸，从而使得变角度传递回转运动的同时，能够对被连接的两个部件之间的间隔变化进行补偿。且上述可伸缩扭转节结构的结构简单，使用方便。
25.本发明光伏板清扫机器人在传动杆与轮轴之间设置可伸缩扭转节结构，使传动杆能够平顺地跟随清扫机器人扭转，并且对清扫机器人的两端沿相反方向扭转后造成的轮轴之间的间隔变化进行补偿。
26.本发明光伏板清扫机器人在毛刷芯轴及毛刷支撑轴之间增加上述的可伸缩扭转节结构，使毛刷能够平顺地跟随清扫机器人扭转，并且对清扫机器人的两端沿相反方向扭
转后造成的毛刷支撑轴之间的间隔变化进行补偿。
附图说明
27.图1为平单轴桥架的一端为上坡、另一端为下坡的状态示意图；
28.图2为可伸缩扭转节结构的第一实施例的立体图；
29.图3为可伸缩扭转节结构的第一实施例的端视图；
30.图4为图3的a-a剖视图；
31.图5为图3的b-b剖视图；
32.图6为可伸缩扭转节结构的第二实施例的立体图；
33.图7为可伸缩扭转节结构的第二实施例的端视图；
34.图8为图7的c-c剖视图；
35.图9为图7的d-d剖视图；
36.图10为光伏板清扫机器人一实施例的前视图；
37.图11为光伏板清扫机器人一实施例的俯视图；
38.图12为光伏板清扫机器人一实施例的侧视图；
39.图13为可伸缩扭转节结构与传动杆及轮轴的连接示意图；
40.图14为图13的俯视状态图；
41.图15为图14的e-e剖视图；
42.图16为可伸缩扭转节结构与毛刷芯轴的连接示意图；
43.图17为图16的f-f剖视图。
具体实施方式
44.下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
45.第一实施例：
46.请参照图2至图5，本实施例的可伸缩扭转节结构100包括：外杆体101、内杆体102及连接销103。其中，外杆体101具有轴向延伸的第一孔107，第一孔107采用等径孔，内杆体102的一端插设于第一孔107内，且内杆体102的外壁与第一孔107的孔壁之间形成有间隙。外杆体101还具有径向延伸的第二孔106，内杆体102对应该第二孔106开设有第三孔108，连接销103穿设于第二孔106及第三孔108，与第二孔106及第三孔108配合，将内杆体102和外杆体101连为一体，其中，外杆体101上的第二孔106为腰孔，腰孔的长边与外杆体101的轴线平行，使得外杆体101与内杆体102有一定的伸缩量。
47.具体在本实施例中，连接销103的两端设有螺丝孔，螺丝孔中装配螺丝，螺丝与连接销103之间配置垫片104，该垫片104与第二孔106的孔沿配合，对连接销103形成限位作用，防止连接销103脱落。作为一种替代方案，连接销103也可以采用螺栓。
48.外杆体101、内杆体102及连接销103均为运动部件，为了减小磨擦损耗，优选耐磨材料，例如钢、合金等材料制取。
49.上述可伸缩扭转节结构100中，通过内外杆体的插接配合，以及在插接配合部之间形成间隙，使得内杆体102与外杆体101能够以连接销103的中心为圆心，摆动一定的角度，从而可以变角度传递回转运动；将第二孔106设计为腰孔，使得内外杆体在受到被连接部件
的压力时能够收缩，而在受到被连接件的拉力时能够拉伸，从而使得变角度传递回转运动的同时，能够对被连接的两个部件之间的间隔变化进行补偿。
50.上述可伸缩扭转节结构100中，腰孔的长度，对应内外杆体之间的最大伸缩量，内外杆体之间的间隙，对应内外杆体之间的最大摆动角度。在一些实施例中，将可伸缩扭转节结构100的上述腰孔的长度设计为较所述连接销103的直径大3至5mm，即内杆体与外杆体的相对伸缩量为3至5mm，将内外杆体之间的间隙的大小配置为使所述内杆体相对外杆体的最大摆动角可达10
°
至12
°
。
51.第二实施例：
52.请参照图6至图9，本实施例的可伸缩扭转节结构200包括：外杆体201、内杆体202及连接销203。其中，外杆体201具有轴向延伸的第一孔207，内杆体202的一端插设于第一孔207内，且内杆体202的外壁与第一孔207的孔壁之间形成有间隙。外杆体201还具有径向延伸的第二孔206，内杆体202对应该第二孔206开设有第三孔208，连接销203穿设于第二孔206及第三孔208，与第二孔206及第三孔208配合，将内杆体202和外杆体201连为一体，其中，内杆体202上的第三孔208为腰孔，腰孔的长边与内杆体202的轴线平行，使得外杆体201与内杆体202有一定的伸缩量。其中，外杆体201的第一孔207设计为喇叭孔，具体为两端大、中间小，对应连接销203的位置，孔径最小。
53.本实施例中的连接销203与外杆体201上的第二孔206过盈配合。作为替代方案，连接销也可以采用螺栓，螺栓穿过第二孔206及第三孔208，与螺母连接，固定于外杆体。连接销203也可以采用第一实施例中的连接销。
54.外杆体201、内杆体202及连接销205优选耐磨材料，例如钢、合金等材料制取。
55.上述可伸缩扭转节结构200中，通过内外杆体的插接配合，以及在插接配合部之间形成间隙，使得内杆体202与外杆体201能够以连接销203的中心为圆心，摆动一定的角度，从而可以变角度传递回转运动；将第三孔208设计为腰孔，使得内外杆体在受到被连接部件的压力时能够收缩，而在受到被连接件的拉力时能够拉伸，从而使得变角度传递回转运动的同时，能够对被连接的两个部件之间的间隔变化进行补偿。
56.上述可伸缩扭转节结构200中，腰孔的长度，对应内外杆体之间的最大伸缩量，喇叭孔的结构，对应内外杆体之间的最大摆动角度。在一些实施例中，将可伸缩扭转节结构200的上述腰孔的长度设计为较所述连接销203的直径大3至5mm，即内杆体与外杆体的相对伸缩量为3至5mm。
57.第三实施例：
58.图10至图12示出了一种光伏板清扫机器人，其中，图10为前视状态，图11为俯视状态，图12为侧视状态，光伏板清扫机器人处于扭转状态。
59.参照图10，光伏板清扫机器人具有两个边缘行走装置301、304及一个中间行走装置303，所有行走装置均安装于转轴302，可回绕转轴302扭转，每个行走装置通过轮轴安装有行走轮305，两个边缘行走装置301、304及中间行走装置303包括前轮和后轮，对应的行走轮305通过传动杆307相连。
60.清扫时，行走轮305在光伏板边缘的边框上行走，带动毛刷经过光伏板，对光伏板进行清扫作业，一列平单轴上的光伏板清扫完毕后，通过两列平单轴之间的桥架行走至下一列平单轴上的光伏板，继续清扫作业。
61.参照图11，在传动杆307端部，也即传动杆307与轮轴之间连接有可伸缩扭转节结构100。可伸缩扭转节结构100与第一实施例中的可伸缩扭转节结构100相同，不再赘述。
62.上述光伏板清扫机器人中，在轮轴及连接两个轮轴的传动杆307之间增加可伸缩扭转节结构100，当清扫机器人一端回绕转轴302左转，另一端回绕转轴302右转时，在不破坏原有的刚性连接下，行走装置301、304与传动杆307成一定角度并且不影响动力的传递，这种结构能使传动杆307平顺地跟随清扫机器人扭转，并且对清扫机器人的两端沿相反方向扭转后造成的轮轴之间的间隔变化进行补偿。
63.图13至图15示出了可伸缩扭转节结构100与轮轴312及传动杆307的一种具体连接结构。
64.参照图13-图15，本实施例中，将可伸缩扭转节结构100的内杆体102与传动杆307相连，将可伸缩扭转节结构100的外杆体101与轮轴312相连。其中，内杆体102的端部与传动杆307的端部相对，并用抱箍309固定连接，外杆体101为管结构，轮轴312插设于所述管结构内，与所述管结构固定连接。这里利用了轮轴312为实心结构的特点，以及外杆体101自身具有轴向延伸的第一孔107的特点，将外杆体101整体设计为管结构，使得可伸缩扭转节结构100的结构简单，以及可以与轮轴312直接插接连接，而不必再使用抱箍。
65.进一步地，在所述管结构的与轮轴312连接的端部沿管结构的轴线方向开设有长槽313，并配置有第一连接螺栓311，所述第一连接螺栓311沿垂直所述长槽313的方向贯穿所述管结构及轮轴312，将所述管结构与轮轴312固定连接。这样，通过第一连接螺栓311可以挤压所述管结构，使管结构变形，将轮轴312抱紧，利用管结构对轮轴312的抱紧力、及第一连接螺栓311对管结构与轮轴312的连接作用，使轮轴312与外管体101完全固定。
66.进一步地，传动杆307采用金属管，金属管优选铝管，以减轻机器人的自重，在金属管的外表面设有压花结构，在抱箍309的内表面也设有压花结构，压花结构增大了抱箍309与传动杆307之间的摩擦力。抱箍309配置有第二连接螺栓308及第三连接螺栓310，第二连接螺栓308贯穿抱箍309及金属管，第三连接螺栓310贯穿抱箍309及内杆体102。上述结构中，一方面通过压花结构提高抱紧力，另一方面增加连接螺栓，两方面结合，将内杆体102与传动杆307完全固定。
67.为适应平单轴光伏电站的清扫，光伏板清扫机器的最大扭转角度优选设计为10
°
至12
°
，扭转角设计的过小时，经过桥架的过程中行走轮组可能无法完全着轨，机器人有掉落风险，而扭转角设计的过大时，连接轮轴的传动杆307会与毛刷产生干涉。为了满足上述的最大扭转角度，使传动杆307可平顺地跟随清扫机器人扭转，并且对清扫机器人的两端沿相反方向扭转后造成的轮轴之间的间隔变化进行补偿，可伸缩扭转节结构100的上述腰孔的长度设计为较所述连接销103的直径大3至5mm，即内杆体与外杆体的相对伸缩量为3至5mm，将内外杆体之间的间隙的大小配置为使所述内杆体相对外杆体的最大摆动角可达10
°
至12
°
。
68.需要说明的是，尽管如背景技术中所述那样，两列平单轴间的端部最终角度误差最大会达到12
°
左右，但光伏板清扫机器的最大扭转角度也可以小于12
°
，可伸缩扭转节结构100的内杆体相对外杆体的最大摆动角可以小于12
°
。因为一方面两列平单轴之间的桥架的坡度除了与两列平单轴间的端部最终角度误差有关外，还与两列平单轴之间的间距有关，当间距较大时，坡度就会平缓；另一方面当光伏板清扫机器人设置有一个或多个中间行
走装置303后，单个可伸缩扭转节结构100的内杆体相对外杆体的最大摆动角就可以更小一些。
69.光伏板清扫机器人也可以没有中间行走装置303，或者也可以设计两个或两个以上的中间行走装置303。
70.第四实施例：
71.图10至图12示出了一种光伏板清扫机器人，其中，图10为前视状态，图11为俯视状态，图12为侧视状态，光伏板清扫机器人处于扭转状态。
72.参照图10，光伏板清扫机器人具有两个边缘行走装置301、304及一个中间行走装置303，行走装置之间设置有毛刷306，机器人行走过程中，毛刷306回绕毛刷芯轴转动，对光伏板进行清扫。
73.其中，在毛刷芯轴与行走装置上的毛刷支撑轴之间连接有可伸缩扭转节结构。该可伸缩扭转节结构与第二实施例的可伸缩扭转节结构200相同，不再赘述。
74.上述光伏板清扫机器人中，在毛刷芯轴与行走装置上的毛刷支撑轴之间增加了可伸缩扭转节结构，当清扫机器人一端回绕转轴左转，另一端回绕转轴右转时，在不破坏原有的刚性连接下，行走装置与毛刷芯轴成一定角度且并不影响动力的传递，这种结构能使毛刷平顺地跟随清扫机器人扭转，并且对清扫机器人的两端沿相反方向扭转后造成的毛刷支撑轴之间的间隔变化进行补偿。
75.图16至图17示出了可伸缩扭转节结构200与毛刷芯轴314的一种具体连接结构。
76.参照图16-图17，本实施例中，将可伸缩扭转节结构200的外杆体201与毛刷芯轴314相连，可伸缩扭转节结构200的内杆体202用来固定连接毛刷支撑轴。其中，毛刷芯轴314采用金属管，可伸缩扭转节结构200的外杆体201嵌于所述金属管的端头处，与所述金属管固定连接，用作毛刷芯轴的金属管优选铝管，以此来减轻清扫机器人的自重，优选在金属管的内壁及外杆体201的外壁设置压花结构，以增大结合部的摩擦力，避免发生相对转动。本实施例，利用了毛刷芯轴314为管结构的特点，将可伸缩扭转节结构200的外杆体201嵌于毛刷芯轴314的端头处，与毛刷芯轴314固定连接，其不需要在毛刷芯轴314增加抱箍等配件，结构更简单，安装更方便。
77.进一步的，用作毛刷芯轴314的金属管采用双层管，在内管的端部嵌有堵头315，可伸缩扭转节结构200的外杆体201的端部与该堵头315抵接配合，以增大所述外杆体201与毛刷芯轴314的端部接触面积。
78.进一步参照图7和图9，在可伸缩扭转节结构200的内杆体202的外端设有轴孔210和键槽209。可伸缩扭转节结构200的内杆体202与毛刷支撑轴的连接通过该轴孔210和键槽209实现，具体该轴孔210与毛刷支撑轴配合，该键槽209与毛刷支撑轴上的键配合，将该内杆体202与毛刷支撑轴固定连接。采用该结构，不需要使用抱箍，结构更简单，安装更方便。
79.上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。