光伏面板清扫机器人及清扫系统

1.本发明涉及清扫设备领域，具体涉及一种光伏面板清扫机器人及清扫系统。


背景技术：

2.太阳能作为一种可再生能源具有很大的应用前景。自2008年以来，我国在太阳能光伏发电产业化与实用化方面取得了长足的进展，我国的太阳能光伏发电装机量目前处于世界领先地位，基本实现了平价上网。但是我国的太阳能光伏发电产业布局存在严重的东西不均，大型光伏电站基本位于西北戈壁。由于气候干燥，灰尘较大，在风力作用下，灰尘长期沉积在光伏面板表面，如果不注意清洁维护，发电量将大量损耗，研究表明损耗最高可达35％，因此研究适用于大型光伏电站的光伏组件清洁设备势在必行。
3.公开号为cn111530803a的名为“一种具有导轨机构且稳定运行光伏板清洁机器人”的发明专利申请公开了一种具有框架结构利用导轨移动的清洁机器人，该机器人具有设置在清扫机构两端的两个横向移动机构，以实现清扫机器人在光伏组件阵列上的横向移动。该光伏板清洁机器人需要在光伏组件阵列两端铺设专用轨道供清洁机器人运行，而且由于横向移动机构分别设置在清扫机构的两端，对两组横向移动机构之间的运动配合要求较高，两组横向移动机构配合不协调时容易发生自锁问题，导致横向移动机构卡死，驱动机构损坏。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术存在的需要铺设专用轨道以及清扫机器人的行走机构在横向移动过程中会发生自锁导致设备损坏等问题，本技术提供一种光伏面板清扫机器人及清扫系统。
5.本技术提供一种光伏面板清扫机器人，该清扫机器人用于光伏组件阵列的清洁，包括设置于所述光伏组件阵列的受光面上的清扫机构和贴靠所述光伏组件阵列的y向上桁架移动的行走机构，
6.所述清扫机构的一端与所述行走机构转动连接，以使所述清扫机构能够在所述受光面上绕所述行走机构上的旋转轴转动。
7.具体的，所述行走机构包括
8.设置于所述受光面同侧的驱动装置，所述驱动装置贴靠所述受光面用于驱动所述行走机构移动；
9.设置于所述受光面背侧的背光面一侧的压紧装置，所述压紧装置具有贴靠所述背光面转动的，所述通过弹性部件压紧在所述背光面上；
10.设置于所述y向上桁架侧面的引导装置，所述引导装置具有贴靠所述y向上桁架转动的引导轮。
11.具体的，所述压紧装置包括设置在同一行走机构的第一压臂与第二压臂，在所述第一压臂、第二压臂的自由端分别设置有第一压紧轮和第二压紧轮，所述第一压臂与所述
第二压臂之间通过弹簧拉紧。
12.具体的，所述行走机构还包括设置在所述背光面一侧的限位装置，所述限位装置包括分别设置在所述压紧装置的沿行走机构移动方向两侧的两组限位组件；所述限位组件包括一端转动设置在限位支座的限位转轴的限位块，使所述限位块能够在垂直于背光面且过行走机构移动方向的平面内绕限位转轴转动，所述限位转轴上还设置有用于复位所述限位块的复位部件。
13.具体的，所述清扫机构设置有平行于受光面的转动的清扫辊，所述清扫辊上螺旋设置有辊刷。
14.具体的，所述清扫机构还设置有辅助支撑轮，所述辅助支撑轮能够在所述受光面上自由转动。
15.具体的，所述清扫机构在所述清扫辊的辊轴两侧分别设置有视觉检测装置，所述视觉检测装置用于检测受光面的清洁程度。
16.具体的，所述清扫机构还包括设置在所述清扫机构的防护罩表面的光伏电池板，所述光伏电池板用于对清扫机器人补充电能。
17.本技术还提供一种包括上述光伏面板清扫机器人的光伏面板清扫系统，所述光伏面板清扫系统还包括设置于光伏组件阵列一端的停放区。
18.具体的，所述光伏面板清扫系统还包括连接相邻光伏组件阵列的转移轨道。
19.本技术的技术方案简化了清扫机器人的行走机构设置，将行走机构简化为贴靠光伏组件阵列的y向上桁架移动的单侧行走机构。不仅简化了清扫机器人的机构布置，而且避免了行走机构卡死导致的机器人和光伏组件损坏的问题。另一方面，通过设置清扫机构绕其一端转动，使得清扫机构在清扫过程中或者是在执行清扫任务之前能够根据受光面的实际脏污情况，人为或者自动的调整清扫机构相对于行走机构的转角，以获得辊刷在受光面的合适的清扫线速度方向，实现更好的去污效果。
附图说明
20.图1为本技术的清扫机器人在光伏组件阵列上的示意图；
21.图2为本技术的行走机构的内部结构在z轴方向上的俯视图；
22.图3为本技术的行走机构的内部立体结构图；
23.图4为本技术的行走机构在y向上桁架上移动配合时沿y向的侧视图；
24.图5为本技术的行走机构沿x轴负向的前视图；
25.图6为本技术的清扫机构的清扫辊的示意图；
26.图7为本技术的清扫机构的整体示意图；
27.图8为本技术的光伏面板清扫系统的整体示意图。
28.l:光伏组件阵列1:清扫机器人7:壳体8:停放区9:转移轨道o:旋转轴l1:受光面l2:y向上桁架l3:背光面11:行走机构12:清扫机构111:驱动装置112:压紧装置113:引导装置114:限位装置1112:行走轮1113:履带1122:弹性部件1131:引导轮112r:转动支点1123:第一压臂1124:第二压臂31a:第一压紧轮31b:第二压紧轮22a:弹簧41a:限位组件41b:限位支座41c:限位转轴41d:限位块41e:复位部件41f:滚轮121:清扫辊1211:辊刷122:辅助支撑轮123:视觉检测装置124:光伏电池板125:防护罩21r:辊轴1111:驱动电机126:清扫电机
127:控制箱
具体实施方式
29.以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明，在本说明书中，附图尺寸比例并不代表实际尺寸比例，其只用于体现各部件之间的相对位置关系与连接关系，名称相同或标号相同的部件代表相似或相同的结构，且仅限于示意的目的。
30.现有的太阳能光伏电站是由大量的光伏组件阵列组成的，多个光伏组件平铺或者与水平面呈一定倾角斜铺在金属桁架上形成光伏组件阵列。本技术的光伏面板清扫机器人即实现在该光伏组件阵列l上的自动行走清扫。本技术中以光伏组件阵列l的受光平面为xy平面，以光伏组件阵列l的宽度方向为x轴，以光伏组件阵列l的延伸方向为y轴，以受光面的表面法向为z轴建立右手坐标系。后续的内容如未指明均以该坐标系为方位基准。
31.光伏组件阵列l出厂时即在其受光面l1周向设置有铝合金桁架结构。通常，在光伏组件阵列l斜铺时，y向上桁架l2特指该桁架结构中位于竖直方向上相对高位的侧边的桁架结构，而在光伏组件阵列l平铺时，y向上桁架l2可以指代任意一侧边的桁架结构，受光面l1接收太阳光能量并实现太阳能向电能的转化，受光面l1的背面为背光面l3。
32.如图1所示，本技术的清扫机器人1包括行走机构11与清扫机构12。行走机构11贴靠在光伏组件阵列l的y向上桁架l2上，以实现行走机构11沿着y向上桁架l2的可靠移动。清扫机构12设置在光伏组件阵列l的受光面l1上，从而通过清扫机构12实现对受光面l1的表面清扫。
33.图2是行走机构11的内部沿z轴方向的俯视图，行走机构11上沿z轴方向设置有旋转轴o，清扫机构12的一端转动设置在旋转轴o上。当清扫机构12执行清扫操作时，清扫机构12能够在图2所示的β角度范围内围绕旋转轴o做整体转动。从而实现其在受光面l1上的清扫方向的变化。
34.图3是行走机构11的内部立体结构图，该图中为了展示行走机构11的内部结构，隐藏了行走机构11的上盖板。图3提供了对于行走机构11内部结构的整体认识。图4是行走机构11贴靠y向上桁架l2移动时沿y向的侧视图，从图中可以清晰说明驱动装置111、压紧装置112、引导装置113、限位装置114的安装位置与光伏组件阵列l之间的位置关系。驱动装置111设置在受光面l1同侧，贴靠在受光面l1上，通过驱动装置111与受光面l1之间的相对移动驱动行走机构11沿y轴的移动。压紧装置112设置在背光面l3的同侧，压紧装置112被压紧在背光面l3上，压紧装置112的压紧作用给驱动装置111与受光面l1之间的接触摩擦提供了下压力，避免了驱动装置111与受光面l1之间的空转。引导装置113设置在y向上桁架l2的侧面，这里的侧面是指相对于受光面l1与背光面l3的侧面，行走机构11可以大致上沿着y向上桁架l2的侧面移动，而不会发生在x轴方向的漂移，即引导装置113起着引导行走机构11沿者y向上桁架l2的y向边缘移动的作用。限位装置114同样设置在背光面l3的同侧，稍有区别的在于，限位装置114设置在背光面l3一侧的内凹区中，使得限位装置114端部与引导装置113形成在x方向的双向限位，避免了速度过快时，引导装置113与y向上桁架l2的侧面脱离接触导致脱轨的问题。实际上，y向上桁架l2势必在受光面l1一侧存在一定的厚度，因此本技术中，驱动装置111贴靠受光面l1也应当包括驱动装置111与y向上桁架l2在受光面l1同侧的表面贴合的实施例。
35.图5是行走机构11沿x轴负向的前视图，下面结合图5对行走机构11的驱动装置111与压紧装置112做详细介绍。驱动装置111在受光面l1的上部，沿着y轴的移动方向上依次设置两个行走轮1112，并在行走轮1112上环绕履带1113，其中一个行走轮1112由驱动电机1111驱动转动，组成一副履带转动机构，当驱动电机1111启动时，带动与之连接的行走轮1112转动，进而使履带1113转动，并在受光面l1做沿y轴方向的前进或后退运动。虽然本技术中详细描述了使用履带转动的具体结构，但是同样应当认为履带转动的方案并非本技术的驱动装置111的唯一方案。对于不使用履带行走，而使用一组或者多组轮式机构代替履带也应当视作是本技术的技术方案之一。
36.压紧装置112设置在背光面l3一侧，具体到特定的光伏组件阵列l，其背光面l3的结构可能是多样的，比如本技术中图5的情况，其边缘桁架结构的高度大于光伏板的高度，而在受光面l1的背面形成具有高差的台阶面，在本技术中，所有位于受光面l1背面的台阶面都被认为是背光面l3的一个组成部分。本技术中，压紧装置112设置在背光面l3一侧，压紧装置112包括两个一端均转动连接在壳体7上的转动支点112r上的第一压臂1123与第二压臂1124，在第一压臂1123的自由端设置一第一压紧轮31a，在第二压臂1124的自由端设置一第二压紧轮31b，通过弹性部件1122连接第一压臂1123与第二压臂1124，在图5中示出的实施例中，弹性部件1122为一弹簧22a。由于弹簧22a的存在使得第一压臂1123与第二压臂1124之间将会产生一相对于背光面l3的压力，该压力一方面将第一压紧轮31a与第二压紧轮31b压紧在背光面l3上，另一方面同样使得驱动装置111被紧压在受光面l1的表面，从而保证了驱动装置111在受光面l1上移动的可靠性，而不会因为下压力不足，导致机器人空转。
37.回到图4，在驱动装置111与压紧装置112配合实现行走机构11的沿y轴移动以及限制z轴方向上的位移的前提下，引导装置113与限位装置114实现了对行走机构11在x轴方向上的位移的限制。引导装置113设置有引导轮1131，引导轮1131能够沿平行于z轴方向的旋转轴自由转动，并且贴靠在y向上桁架l2的侧面上，因此在其接触y向上桁架l2的侧面时，将会发生转动，以降低移动阻力，而同时，由于引导轮1131的存在，限制了行走机构11向x轴正向的移动，能够使行走机构11保持在y向上桁架l2上移动时x轴位置相对固定。本技术的引导轮1131应当至少设置有一组以实现x轴正向的限位，自然在本技术图3所示出的实施例中，可见其引导轮1131设置有两组。另一方面，图5中可见，于压紧装置112的y向两侧，还各设置有一组限位组件41a。限位组件41a包括设置于壳体7上的限位支座41b，在限位支座41b上转动设置有限位块41d，限位块41d与限位支座41b之间通过限位转轴41c转动连接，以实现限位块41d在yz平面的转动。此外，在限位转轴41c上设置有复位部件41e，复位部件41e在图3中示出。通常情况下复位部件41e可以是设置在限位转轴41c上的一个或多个扭簧，从而实现当限位块41d受外力偏离图5中的平衡位置后，在撤去外力后，重新回到该平衡位置。在限位块41d的自由端可选的设置有自由转动的滚轮41f。通过滚轮41f与y向上桁架l2的内侧面接触实现对行走机构11的x轴负向的位移限制，在其限位块41d的端部设置滚轮41f则有利于减小摩擦。在此基础上，当行走机构11行走过程中遇到设置于相邻的光伏组件之间的x向桁架时，限位组件41a的限位块41d由于该x向桁架的挤压发生绕限位转轴41c的位置偏转，从而顺利跨过桁架的阻挡，而在经过桁架后，由于复位部件41e的存在，限位块41d又重新回复到原来的平衡位置，发挥原有的x向限位作用。
38.图6是清扫机构12的清扫辊121的示意图。清扫机构12包括其辊轴21r平行于受光面l1的清扫辊121，在清扫辊121上螺旋设置有辊刷1211。当清扫辊121转动时，辊刷1211将受光面l1表面的脏污扫除。
39.图7是清扫机构12的整体示意图。在清扫辊121外与受光面l1表面间隔一段距离设置有防护罩125，防护罩125基本将清扫辊121以及辊刷1211覆盖，在防护罩125表面布置有光伏电池板124与控制箱127，光伏电池板124用于对清扫机器人1进行辅助电能补充，控制箱127集成了清扫机器人1的主要控制部分与蓄电池单元。在清扫机构12的自由端，与辊轴21r同轴设置一清扫电机126，清扫电机126用于控制清扫辊121的转动，实现清扫功能。清扫机构12上还设置有用于辅助支撑的辅助支撑轮122，辅助支撑轮122为贴靠受光面l1转动的支撑轮，通常在清扫机构12的辊轴21r两侧分别设置一个，从而将清扫机构12稳定支撑在受光面l1上，避免无支撑情况下辊刷1211在受光面l1上的下压距离不一致，导致清扫效果无法保证的问题。辊刷1211在清扫机构12上的安装位置通过ansys仿真分析，考虑到轴的应力应变情况合理确定。可选的，在清扫机构12上设置有视觉检测装置123，用于检测受光面l1表面的清扫质量，从而反馈至控制箱127中的控制器，实现对受光面l1的清扫质量的动态控制，对于检测到的未清扫区域可以实现动态加强清扫。在本技术的实施例中，视觉检测装置123的数量为两个，在x方向上间隔一定距离设置，实现两组视觉检测装置123的组合视场对受光面l1的完全覆盖。
40.本技术中，辊刷1211的螺旋角是固定的，因此在不改变清扫机构12绕旋转轴o的转角的情况下，随着辊刷1211的运转，脏污最终会被辊刷1211输送至清扫机构12的自由端一侧，并从受光面l1上掉落。而由于本技术的清扫机构12与行走机构11之间通过旋转轴o转动连接，则可以实现清扫机构12的转角的调整。
41.在相对简化的实施例中，行走机构11与清扫机构12之间的转动机构可以是无动力驱动的，但应当可以人为预先设定。比如通过螺栓或者销轴配合连接实现旋转轴o处的转动机构。从而在设备工作前可以通过人为方式设定清扫机构12的旋转角度，使清扫机构12在工作时与x轴方向以该角度保持，从而在清扫机构12工作时提供一个不同的线速度方向。以适应不同的脏污状态。
42.而在本技术的实施例中，则通过设置在旋转轴o处的伺服电机动态控制清扫机构12的转动，以实现在清扫过程中根据受光面l1的脏污情况对行走机构11的移动过程与清扫机构12的转角的动态调整。
43.同时在y向上桁架l2上位于光伏组件阵列l的y向两端的位置设置有位置感应装置，比如光电传感器，用于感应清扫机器人1的运行，当机器人运动到光伏阵列末端时或者停机位附近时，光电传感器触发，机器人降速防止过冲，到达光伏阵列末端或者停车位末端触发接近限位开关，机器人停稳。
44.在机器的运行过程中，既可以选择手动清扫，即通过上位机在现场或者远程控制清扫机器人1按发出的指令清扫；也可以设置机器人进入无人值守模式，在该模式下，既可以采用定时清扫模式，设置清扫机器人1在设定的时间周期内按预设的清扫参数执行清扫过程；也可以采用定位清扫模式，按照设定的光伏组件清扫顺序清扫。
45.本技术同时提供一种光伏面板清扫系统，其示意图如图8所示，对于并排相邻布置的光伏组件阵列l，在一端的光伏组件阵列l的侧面设置停放区8，并且在相邻的光伏组件阵
列l之间搭建转移轨道9用于清扫机器人1在不同的光伏组件阵列l之间的移动过渡。从而可以实现多个并排布置的光伏组件阵列l共用同一清扫机器人1，减少在清扫机器人1上的设备投入。其中，停放区8的顶面优选使用透光材料，比如玻璃、树脂基塑料，更具体的可以使用亚克力材料。从而保证即使清扫机器人1处于停放区8内时，仍然能够保证受光充电。为了保证系统的鲁棒性，还在停放区8中设置有充电设备，以实现在清扫机器人1停放于停放区8时对清扫机器人1的自动充电。
46.上述内容仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种光伏面板清扫机器人，该清扫机器人(1)用于光伏组件阵列(l)的清洁，包括设置于所述光伏组件阵列(l)的受光面(l1)上的清扫机构(12)和贴靠所述光伏组件阵列(l)的y向上桁架(l2)移动的行走机构(11)，其特征在于，所述清扫机构(12)的一端与所述行走机构(11)转动连接，以使所述清扫机构(12)能够在所述受光面(l1)上绕所述行走机构(11)上的旋转轴(o)转动。2.如权利要求1所述的光伏面板清扫机器人，其特征在于，所述行走机构(11)包括设置于所述受光面(l1)同侧的驱动装置(111)，所述驱动装置(111)贴靠所述受光面(l1)，所述驱动装置(111)用于驱动所述行走机构(11)移动；设置于所述受光面(l1)背侧的背光面(l3)一侧的压紧装置(112)，所述压紧装置(112)具有贴靠所述背光面(l3)转动的，所述通过弹性部件(1122)压紧在所述背光面(l3)上；设置于所述y向上桁架(l2)侧面的引导装置(113)，所述引导装置(113)具有贴靠所述y向上桁架(l2)转动的引导轮(1131)。3.如权利要求2所述的光伏面板清扫机器人，其特征在于，所述压紧装置(112)包括设置在同一行走机构(11)的第一压臂(1123)与第二压臂(1124)，在所述第一压臂(1123)、第二压臂(1124)的自由端分别设置有第一压紧轮(31a)和第二压紧轮(31b)，所述第一压臂(1123)与所述第二压臂(1124)之间通过弹簧(22a)拉紧。4.如权利要求2所述的光伏面板清扫机器人，其特征在于，所述行走机构(11)还包括设置在所述背光面(l3)一侧的限位装置(114)，所述限位装置(114)包括分别设置在所述压紧装置(112)的沿行走机构(11)移动方向两侧的两组限位组件(41a)；所述限位组件(41a)包括一端转动设置在限位支座(41b)的限位转轴(41c)的限位块(41d)，使所述限位块(41d)能够在垂直于背光面(l3)且过行走机构(11)移动方向的平面内绕限位转轴(41c)转动，所述限位转轴(41c)上还设置有用于复位所述限位块(41d)的复位部件(41e)。5.如权利要求1所述的光伏面板清扫机器人，其特征在于，所述清扫机构(12)设置有平行于受光面(l1)的转动的清扫辊(121)，所述清扫辊(121)上螺旋设置有辊刷(1211)。6.如权利要求5所述的光伏面板清扫机器人，其特征在于，所述清扫机构(12)还设置有辅助支撑轮(122)，所述辅助支撑轮(122)能够在所述受光面(l1)上自由转动。7.如权利要求5所述的光伏面板清扫机器人，其特征在于，所述清扫机构(12)在所述清扫辊(121)的辊轴(21r)两侧分别设置有视觉检测装置(123)，所述视觉检测装置(123)用于检测受光面(l1)的清洁程度。8.如权利要求5所述的光伏面板清扫机器人，其特征在于，所述清扫机构(12)还包括设置在所述清扫机构(12)的防护罩(125)表面的光伏电池板(124)，所述光伏电池板(124)用于对清扫机器人(1)补充电能。9.一种光伏面板清扫系统，其特征在于，所述光伏面板清扫系统包括如权利要求1-8任一项所述的清扫机器人(1)以及设置于光伏组件阵列(l)一端的停放区(8)。10.如权利要求9所述的光伏面板清扫系统，其特征在于，所述光伏面板清扫系统还包括连接相邻光伏组件阵列(l)的转移轨道(9)。

技术总结
本申请提供一种光伏面板清扫机器人及清扫系统。该清扫机器人包括设置于光伏组件阵列的受光面上的清扫机构和贴靠光伏组件阵列的上桁架移动的行走机构，清扫机构的一端与行走机构转动连接，以使清扫机构能够在受光面上绕行走机构上的旋转轴转动。本申请的清扫机器人中仅需要贴靠光伏组件阵列的上桁架移动的单个行走机构。可以避免行走机构发生自锁，卡死，避免驱动部件损坏，而且通过设置清扫机构与行走机构于清扫机构的一端转动，可以根据实际脏污情况，调整清扫机构相对于行走机构的转角，以获得辊刷在受光面的合适的清扫线速度方向，实现更高效地去除受光面表面的脏污。实现更高效地去除受光面表面的脏污。实现更高效地去除受光面表面的脏污。


技术研发人员：汪方斌 严瑞阳 朱达荣 张彦福 唐晟 王端标 杨岗
受保护的技术使用者：安徽建筑大学
技术研发日：2022.07.12
技术公布日：2022/11/1