CN108832885B - 一种光伏组件清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏组件清洁机器人,包括机器人框架、电池、行走模块、清洁机构、红外热成像模块、通信模块、姿态识别模块、以及控制模块；电池、行走模块、清洁机构、红外热成像模块、通信模块均、姿态识别模块与控制模块电性连接；所述热红外图像能够通过通信模块发送至远端计算机；所述行走模块包括两个分别设置在机器人框架两端的行走机构，每个行走机构的移动速度单独可调；相邻行的光伏组件之间通过两根同心设置的半圆弧的轨道连接，两个行走机构能够分别在两根轨道上移动，控制模块能够根据机器人框架的姿态角度变化实时调整两个行走机构的移动速度以保证平稳跨行。该清洁机器人能够对光伏组件进行跨行清洁，且能在清洁的同时进行热斑检测。

Description

一种光伏组件清洁机器人

技术领域

本发明涉及光伏组件维护设备技术领域，特别涉及一种光伏组件清洁机器人。

背景技术

随着不可再生能源的日经枯竭以及人类环保意识的深入，光伏发电作为主要的绿色能源之一，越来越得到人们的重视。而随着光伏产业的不断壮大，光伏电站的一个后期运维问题也开始突显，其中光伏组件表面污渍对其发电量的影响尤其显著。其一，表面的污浊影响光线的透射率，进而影响到组件表面所接受的辐射量 ；其二，污物粘附在电池板表面会形成阴影，在光伏组件的局部产生热斑效应，进而对光伏板造成损伤，影响发电效率的同时也会缩短光伏板的寿命。

而传统的清洗方式需耗费较多的人力物力，并且清洁效率较低、耗水量过高，综合成本高。并且在西部地区所建立的大型地面电站，需要长期频繁清洁，用水不方便，通过人力去清洁光伏组件不是很现实。

目前市场上的智能化的清洁机器人也只能达到普通的清洁效果，并且一台机器人只能清洁一排组件，无法进行跨行清洁，从而导致每一排组件都需要配备一台机器人。并且其他机器人并没有自带热斑检测功能，从而导致光伏电站运维在成本上较高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种光伏组件清洁机器人，该清洁机器人能够对光伏组件进行跨行清洁，且能在清洁的同时进行热斑检测。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种光伏组件清洁机器人,包括机器人框架，电池，用于驱动机器人框架移动的行走模块，用于对光伏组件进行清洁的清洁机构，用于采集光伏组件的热红外图像的红外热成像模块，用于与远端计算机通信的通信模块，用于检测机器人框架姿态角的姿态识别模块，以及控制模块；电池、行走模块、清洁机构、红外热成像模块、通信模块均、姿态识别模块与控制模块电性连接；所述热红外图像能够通过通信模块发送至远端计算机；所述行走模块包括两个分别设置在机器人框架两端的行走机构，每个行走机构的移动速度单独可调；相邻行的光伏组件之间通过两根同心设置的半圆弧的轨道连接，两个行走机构能够分别在两根轨道上移动，控制模块能够根据机器人框架的姿态角度变化实时调整两个行走机构的移动速度以保证平稳跨行。

所述的光伏组件清洁机器人中，所述控制模块包括ARM嵌入式系统和PLC控制器，PLC控制器、电池、红外热成像模块、通信模块、姿态识别模块均与ARM嵌入式系统电性连接；清洁机构、行走模块均与PLC控制器电性连接。

所述的光伏组件清洁机器人中，每个行走机构包括第一电机、电机驱动器、至少两个驱动轮、以及从动轮，第一电机通过同步带传送机构带动驱动轮同步转动，驱动轮压于光伏组件的边框顶部，从动轮的周面与光伏组件边框的侧壁相抵；所述轨道与光伏组件边框端部连接；第一电机、电机驱动器均与PLC控制器电性连接。

所述的光伏组件清洁机器人中，所述清洁机构包括第二电机和转动式毛刷，第二电机通过同步带传动机构带动转动式毛刷转动；第二电机与PLC控制器电性连接。

所述的光伏组件清洁机器人中，所述红外热成像模块包括红外热成像摄像头、图像处理模块、以及图像传输模块；图像处理模块用于对红外热成像摄像头采集的图像数据进行数字化处理，图像传输模块用于把处理后的图像数据传输至ARM嵌入式系统，ARM嵌入式系统通过通信模块把该图像数据发送至远端计算机。

所述的光伏组件清洁机器人中，所述机器人框架由铝型材通过角连接块连接而成。

所述的光伏组件清洁机器人中，所述驱动轮的转轴两端分别穿设在连个轴承座上，每个轴承座固定在一个T形架的横臂上，T形架的竖臂与机器人框架的一根沿长度方向延伸的铝型材固连且连接位置可调；所述从动轮的转轴固定在一根连接杆上，该连接杆与所述铝型材固连，且连接位置可调。

所述的光伏组件清洁机器人中，所述T形架的竖臂通过角连接件与所述的铝型材连接，该铝型材上沿轴向开设有对应的卡槽，角连接件的一端与竖臂固连，另一端通过卡接在该卡槽内的螺栓锁定在该铝型材上；所述连接杆通过角连接件与所述的铝型材连接，该铝型材上沿轴向开设有对应的卡槽，角连接件的一端与连接杆固连，另一端通过卡接在该卡槽内的螺栓锁定在该铝型材上。

所述的光伏组件清洁机器人，还包括风速传感器和雨滴传感器，风速传感器和雨滴传感器与ARM嵌入式系统电性连接。

所述的光伏组件清洁机器人，还包括定位模块，该定位模块与ARM嵌入式系统电性连接。

有益效果：

本发明提供了一种光伏组件清洁机器人，通过两个可独立调节速度的行走机构在光伏组件上移动，当清洁机器人在某一行光伏组件上移动时其姿态角不变，当移动到目前行的光伏组件端部，并进入连接该行光伏组件与下一行光伏组件的轨道时，其姿态角发生变化，姿态识别模块实时检测该变化情况，再由控制模块根据姿态角的变化情况实时调节两个行走机构的速度，从而使机器人顺利通过轨道并平稳地进入下一行；而机器人在移动过程中可通过红外热成像模块采集光伏组件的热红外图像并由通信模块发送至远端计算机进行图像分析，以及时发现光伏组件是否有热斑；可见，该清洁机器人能够对光伏组件进行跨行清洁，且能在清洁的同时进行热斑检测。

附图说明

图1为本发明提供的光伏组件清洁机器人中，部分设备的分布图。

图2为本发明提供的光伏组件清洁机器人中，部分设备的分布图。

图3为本发明提供的光伏组件清洁机器人通过轨道时的示意图。

图4为本发明提供的光伏组件清洁机器人中，驱动轮的安装结构图。

图5为本发明提供的光伏组件清洁机器人中，从动轮的安装结构图。

具体实施方式

本发明提供一种光伏组件清洁机器人，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-5，一种光伏组件清洁机器人,包括机器人框架1，电池2，用于驱动机器人框架移动的行走模块，用于对光伏组件进行清洁的清洁机构7，用于采集光伏组件的热红外图像的红外热成像模块3，用于与远端计算机通信的通信模块4，用于检测机器人框架姿态角的姿态识别模块（图中没画），以及控制模块5；电池、行走模块、清洁机构、红外热成像模块、通信模块均、姿态识别模块与控制模块电性连接；所述热红外图像能够通过通信模块发送至远端计算机；所述行走模块包括两个分别设置在机器人框架两端的行走机构6，每个行走机构的移动速度单独可调；相邻行的光伏组件90之间通过两根同心设置的半圆弧的轨道91连接，两个行走机构能够分别在两根轨道上移动，控制模块5能够根据机器人框架的姿态角度变化实时调整两个行走机构的移动速度以保证平稳跨行。

该清洁机器人工作时，通过两个可独立调节速度的行走机构在光伏组件上移动，当清洁机器人在某一行光伏组件上移动时其姿态角不变，当移动到目前行的光伏组件端部，并进入连接该行光伏组件与下一行光伏组件的轨道时，其姿态角发生变化，姿态识别模块实时检测该变化情况，再由控制模块根据姿态角的变化情况实时调节两个行走机构的速度，从而使机器人顺利通过轨道并平稳地进入下一行；而机器人在移动过程中可通过红外热成像模块采集光伏组件的热红外图像并由通信模块发送至远端计算机进行图像分析，以及时发现光伏组件是否有热斑；可见，该清洁机器人能够对光伏组件进行跨行清洁，且能在清洁的同时进行热斑检测。

为了更准确地判断清洁机器人是否进入轨道91，可在清洁机器人上安装接近开关，并在轨道的起始端设置用于触发该接近开关的触发件，接近开关触发前保持两个行走机构等速，触发后才开始执行跨行程序，此时控制模块才根据姿态识别模块传来的信息调整两个行走机构的速度。可避免清洁机器人在当前行光伏组件上移动时由于姿态识别模块受干扰而发生行走机构速度的误调节。

所述姿态识别模块可选用三轴陀螺仪或其它现有技术中能够进行姿态角识别的设备，此处不对其进行限定。通信模块可采用GPRS和或WIFI通信模块。

具体的，所述控制模块5包括ARM嵌入式系统5.1和PLC控制器5.2，PLC控制器5.2、电池2、红外热成像模块3、通信模块4、姿态识别模块均与ARM嵌入式系统5.1电性连接；清洁机构7、行走模块均与PLC控制器5.2电性连接。ARM嵌入式系统为主要控制单元，主要负责远程通讯、数据采集、故障检测、负责整个机器的行走方式，以及应对外部环境变化，改变机器人行走路线的任务；PLC控制器为辅控制单元，主要负责接收ARM嵌入式系统的行走指令，再控制行走机构的动作；两者间通过232通讯以及IO控制。 红外热成像模块采集的热红外图像也就先在ARM嵌入式系统中进行预处理，粗略地进行热斑分析，若粗略分析检测到热斑再发送至远端计算机进行进一步的精细分析，以最终确认热斑情况，一方面可降低图像传输对通信通道的占用率，另一方面可提高分析效率。

进一步的，每个行走机构6包括第一电机6.1、电机驱动器6.2、至少两个驱动轮6.3、以及从动轮6.4，第一电机通过同步带传送机构带动驱动轮同步转动，驱动轮压于光伏组件的边框90.1顶部，从动轮的周面与光伏组件边框的侧壁相抵；所述轨道与光伏组件边框端部连接；第一电机、电机驱动器均与PLC控制器电性连接。驱动轮在边框90.1上移动，可以防止其对光伏组件面板的损坏，而用从动轮卡在边框侧壁上可防止清洁机器人脱轨。

为了提高第一电机的输出力矩，可在第一电机的输出端设置星型减速箱，本实施例中，星型减速箱选用减少比为1:10的星型减速箱，以驱使驱动轮的行进速度为10m/min。第一电机可选用步进电机、无刷电机、伺服电机、异步电机、直流电机等。

本实施例中，所述清洁机构7包括第二电机7.1和转动式毛刷7.2，第二电机通过同步带传动机构带动转动式毛刷转动；第二电机与PLC控制器电性连接。清洁机器人移动的同时，转动式毛刷转动以清除光伏组件面板上的污迹。此处，可选用传动比为1:6的同步带传动机构并保证转动式毛刷的转速为3r/s，在上述的行进速度下，其清理效果最佳。

具体的，所述红外热成像模块3包括红外热成像摄像头、图像处理模块、以及图像传输模块；图像处理模块用于对红外热成像摄像头采集的图像数据进行数字化处理，图像传输模块用于把处理后的图像数据传输至ARM嵌入式系统，ARM嵌入式系统通过通信模块把该图像数据发送至远端计算机。为了保证能拍摄到光伏组件的整个宽度范围，红外热成像模块可设置在一个伸缩架3.1上，该伸缩架的高度可调，通过调节伸缩架的高度可使用不同宽度的光伏组件的拍摄工作。

进一步的，所述机器人框架1由铝型材通过角连接块连接而成。其重量较小，强度较大，且装配方便快捷。此处，铝型材可选用国标2020铝型材。实现上，铝型材可用不锈钢型材、钛合金型材、碳纤维型材、无机复合材料型材、碳钢型材、太空铝型材等替代。

优选的，见图4、5，所述驱动轮6.3的转轴两端分别穿设在连个轴承座上，每个轴承座固定在一个T形架8的横臂8.1上，T形架的竖臂8.2与机器人框架1的一根沿长度方向延伸（此长度方向是指机器人框架的长度方向，也是光伏组件的宽度方向）的铝型材1.1固连且连接位置可调；所述从动轮6.4的转轴固定在一根连接杆9上，该连接杆与所述铝型材1.1固连，且连接位置可调。通过调节从动轮和驱动轮在机器人框架长度方向上的位置，使它们的位置与实际光伏组件的边框90.1位置对应，从而可在不同宽度的光伏组件上使用，适用性强。

此处，所述T形架8的横臂8.1和竖臂8.2具为铝型材，其它之间通过一个角连接件8.3连接固定。

具体的，所述T形架的竖臂8.2通过角连接件10与所述的铝型材1.1连接，该铝型材1.1上沿轴向开设有对应的卡槽1.1a，角连接件10的一端与竖臂固连，另一端通过卡接在该卡槽内的螺栓锁定在该铝型材1.1上；所述连接杆9通过角连接件11与所述的铝型材1.1连接，该铝型材1.1上沿轴向开设有对应的卡槽1.1b，角连接件11的一端与连接杆固连，另一端通过卡接在该卡槽1.1b内的螺栓锁定在该铝型材1.1上。调节从动轮和驱动轮的位置时，只需松开对应的锁定螺栓，即可进行调节，调节好后重新拧紧螺栓即可，调节方便快捷。

需要说明的是，为了适用驱动轮位置的变化，对应的同步带传动机构的位置也可调。例如，第一电机6.1的输出轴与一根驱动轴6.5连接，该驱动轴6.5与机器人框架的长度方向平行，所述同步带传动机构的主动同步轮可移动地套设在该驱动轴上并通过锁定螺丝锁定，其从动同步轮6.6固定在驱动轮6.3的转轴上（如图4）并随驱动轮一同移动；驱动轮位置改变后，通过调节主动同步轮的位置即可重新使主动同步轮和从动同步轮对准，从而保证传动可靠。

进一步的，所述的光伏组件清洁机器人，还包括风速传感器和雨滴传感器，风速传感器和雨滴传感器与ARM嵌入式系统电性连接。通过通信模块可从远端计算机处接收当地的气象信息，以判断是否采取雨天清洁方案来进行清洁（雨天清洁方案是根据连续雨量情况来控制电池提前储能，保证电能足够，且根据雨量调节行进速度和转动毛刷的转动速度），由于接收的气象信息为预报信息，需要通过雨滴传感器来检测降雨的真实情况来判断是否需要进入雨天清洁程序，且通过雨滴传感器和风速传感器来实时检测降雨量和风速，可判断是否符合安全工作条件，方便及时采取对应的保护措施。

此外，所述的光伏组件清洁机器人，还包括定位模块，该定位模块与ARM嵌入式系统电性连接。定位模块可采用GPS定位模块和或北斗定位模块，可实时检测清洁机器人的实际位置，当机器人故障时可快速定位保证技术人员及时到达机器人处进行维修，而且当检测到热斑时，可对热斑的位置进行快速定位。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种光伏组件清洁机器人,其特征在于，包括机器人框架，电池，用于驱动机器人框架移动的行走模块，用于对光伏组件进行清洁的清洁机构，用于采集光伏组件的热红外图像的红外热成像模块，用于与远端计算机通信的通信模块，用于检测机器人框架姿态角的姿态识别模块，以及控制模块；电池、行走模块、清洁机构、红外热成像模块、通信模块均、姿态识别模块与控制模块电性连接；所述热红外图像能够通过通信模块发送至远端计算机；所述行走模块包括两个分别设置在机器人框架两端的行走机构，每个行走机构的移动速度单独可调；相邻行的光伏组件之间通过两根同心设置的半圆弧的轨道连接，两个行走机构能够分别在两根轨道上移动，控制模块能够根据机器人框架的姿态角度变化实时调整两个行走机构的移动速度以保证平稳跨行，所述控制模块包括ARM嵌入式系统和PLC控制器，PLC控制器、电池、红外热成像模块、通信模块、姿态识别模块均与ARM嵌入式系统电性连接；清洁机构、行走模块均与PLC控制器电性连接，所述清洁机构包括第二电机和转动式毛刷，第二电机通过同步带传动机构带动转动式毛刷转动；第二电机与PLC控制器电性连接，还包括风速传感器和雨滴传感器，风速传感器和雨滴传感器与ARM嵌入式系统电性连接，每个行走机构包括第一电机、电机驱动器、至少两个驱动轮、以及从动轮，第一电机通过同步带传送机构带动驱动轮同步转动，驱动轮压于光伏组件的边框顶部，从动轮的周面与光伏组件边框的侧壁相抵；所述轨道与光伏组件边框端部连接；第一电机、电机驱动器均与PLC控制器电性连接，所述机器人框架由铝型材通过角连接块连接而成，所述驱动轮的转轴两端分别穿设在两个轴承座上，每个轴承座固定在一个T形架的横臂上，T形架的竖臂与机器人框架的一根沿长度方向延伸的铝型材固连且连接位置可调；所述从动轮的转轴固定在一根连接杆上，该连接杆与所述铝型材固连，且连接位置可调，所述T形架的竖臂通过角连接件与所述的铝型材连接，该铝型材上沿轴向开设有对应的卡槽，角连接件的一端与竖臂固连，另一端通过卡接在该卡槽内的螺栓锁定在该铝型材上；所述连接杆通过角连接件与所述的铝型材连接，该铝型材上沿轴向开设有对应的卡槽，角连接件的一端与连接杆固连，另一端通过卡接在该卡槽内的螺栓锁定在该铝型材上。

2.根据权利要求1所述的光伏组件清洁机器人，其特征在于，所述红外热成像模块包括红外热成像摄像头、图像处理模块、以及图像传输模块；图像处理模块用于对红外热成像摄像头采集的图像数据进行数字化处理，图像传输模块用于把处理后的图像数据传输至ARM嵌入式系统，ARM嵌入式系统通过通信模块把该图像数据发送至远端计算机。

3.根据权利要求1所述的光伏组件清洁机器人，其特征在于，还包括定位模块，该定位模块与ARM嵌入式系统电性连接。