一种光伏组件清扫机器人及其控制方法与流程

本发明属于可再生能源工程的，涉及太阳能光伏技术。更具体地，本发明涉及一种光伏组件清扫机器人。本发明还涉及该清扫机器人的控制方法

背景技术：

1、自主式光伏清扫机器人在光伏组件上行走时往往会因为表面不平整、组件之间有错位、组件阵列排布不在同一直上线等原因而出现偏斜。

2、光伏电站实际安装铺设过程中，受地理环境限制，相邻光伏阵列排布不规整、相同行光伏组件阵列不在同一直线上的情况相当常见，自主式光伏组件清扫机器人在长时间运行后往往会因轮子打滑、悬空、转速不一致等原因出现偏斜，需要及时进行纠正以保障机器人运行安全性，提高清扫作业效率。

3、为了解决这一技术问题，现有技术中的光伏清扫机器人机身上还加装了限位轮和限位卡等部件，来阻挡机器人从光伏组件上掉落。但机器人长时间以偏斜姿态行进，仍然会导致车轮阻力增大、电机负载增加等问题；偏斜严重时甚至会导致机器人在组件上卡死，影响机器人的正常运行。

4、传统纠偏方案为在电机上安装编码器或测距传感器，利用编码器读数进行积分或测距传感器实时测量机器人到光伏组件侧边的距离来判定当前机器人是否出现偏斜。但机器人长时间运行后必然出现随时间逐渐增大的累计误差，且光伏组件侧边厚度太小，机器人运行时的震动、越障时的姿态倾斜等原因也极易使传感器无法对正组件，造成读数不准，影响机器人纠偏程序的正常运行，机器人实际部署时仍主要依赖限位轮纠正机器人行走姿态。

5、现有技术的缺陷：

6、1、编码器积分的累计误差会随时间增大，且机器人在运行过程中轮子打滑、悬空时也容易出现计数错误的情况，造成机器人姿态判断不准；

7、2、光伏组件整体可近似为一薄板结构，上表面大，厚度较小，测距传感器在测量光伏组件侧边的情况下容易因机器人行走姿态倾斜而造成读数不准。

8、采用“光伏；清扫；机器人；偏；控制”等关键词，对现有公开的技术文献进行检索，得到以下结果：

9、1、中国专利文献：“一种光伏清扫机器人防卡死纠偏机构及光伏清扫机器人”，专利(申请)号为202310621766.0；其记载的技术方案是：

10、该“光伏清扫机器人防卡死纠偏机构，包括随动臂、侧轮、摆臂轴、摆动检测元件和弹性复位件，随动臂的中间通过摆臂轴转动安装在光伏清扫机器人一侧的安装架上，侧轮安装在随动臂的两端；弹性复位件设于安装架上，并弹性作用在随动臂或侧轮的轮轴上，摆动检测元件设于安装架上”；

11、其记载的技术效果是：

12、“通过将光伏清扫机器人的侧轮设置在随动臂上，利用弹性复位件保持侧轮与安装架保持相对稳定状态，利用摆动检测元件检测随动臂的偏摆方向和偏摆位置，进而对光伏清扫机器人进行及时纠偏，防止出现卡死的问题，结构设计简单紧凑，检测准确且稳定性好，制造成本低本”。

13、2、中国专利文献：“光伏板清扫机器人及其偏斜检测和纠偏方法”，专利(申请)号为201811267387.1；其记载的技术方案是：

14、该“光伏板清扫机器人的底盘上安装有限位装置，用于使偏斜后的光伏板清扫机器人的行走方向仍保持与偏斜前一致，而不至于从光伏板上掉落；底盘上还安装有一万向轮，万向轮位于底盘最前排的行走轮之后、最后排的行走轮之前；万向轮的主轴分为两节，前节固定在万向轮的轴承上，后节固定在底盘上，前、后节通过轴承相连，当光伏板清扫机器人发生偏斜时，后节相对前节产生旋转位移；所述主轴上设置有一检测装置，用于检测后节相对前节产生的旋转位移的大小和方向，并输出检测结果”；

15、其记载的技术效果是：

16、“避免光伏板清扫机器人在行走过程中卡死”。

17、然而，上述公开的现有技术文献提供的技术方案，并没有能够解决现有技术中存在的“累计误差会随时间增大；运行过程中轮子打滑、悬空时也容易出现计数错误的情况，造成机器人姿态判断不准；机器人行走姿态倾斜而造成读数不准；不能及时纠正偏航、偏斜”的问题和缺陷。

技术实现思路

1、本发明提供一种光伏组件清扫机器人，其目的是及时纠正清扫机器人的偏斜等姿态错误。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、本发明的光伏组件清扫机器人，包括机身、四个行走轮和四个限位轮；所述的清扫机器人设置位置传感器；所述的位置传感器采集光伏组件上表面在位置传感器感应区域内的位置信息。

4、所述的位置传感器的数量为四个；所述的位置传感器感应区域竖直向下指向光伏组件上表面。

5、所述的清扫机器人上设置mcu微控制器；所述的mcu微控制器实时读取四个行走轮驱动电机的转速信息及四个位置传感器的输出结果，并生成相应控制信号，传输给行走轮驱动电机的驱动模块。

6、所述的位置传感器的安装位置与光伏组件之间的几何关系是：

7、所述的光伏组件边框为两条平行线，当光伏组件边框与清扫机器人单侧上下两个限位轮相切时，所述的位置传感器感应区域与光伏组件表面有重叠区域；

8、当所述的光伏组件边框与清扫机器人对角线的两个限位轮相切时，相应对角线方向的两个位置传感器感应区域应与光伏组件表面有重叠区域，而另一对角线位置的两个位置传感器与光伏组件无重叠区域。

9、所述的位置传感器采用光电开关或接近开关。

10、所述的清扫机器人设置行走轮驱动电机；所述的行走轮由行走轮驱动电机提供动力。

11、所述的行走轮驱动电机上设置编码器；所述的编码器实时检测行走轮驱动电机的转速；所述的行走轮驱动电机的转速则由电机驱动模块进行调节控制。

12、所述的四个行走轮、四个限位轮及四个位置传感器均按机身的中心线中心左右对称分布；左右对称的两个限位轮之间的最小距离w1大于光伏组件的宽度w；左右对称的两个行走轮之间的最大距离w2小于光伏组件的宽度w；左右对称的两个位置传感器之间的最小距离w3小于左右对称的两个限位轮3之间的最小距离w1。

13、为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的光伏组件清扫机器人的控制方法，其技术方案是：

14、所述的mcu微控制器实时读取所有四个行走轮驱动电机的转速信息及四个位置传感器的输出结果，并生成相应控制信号，传输给电机驱动模块，进而调节控制行走轮驱动电机转速、控制清扫机器人的运动。

15、具体地：所述的光伏组件清扫机器人的控制方法为：

16、位置传感器探测到光伏组件存在的输出定义为“1”，探测不到光伏组件存在的输出定义为“0”；

17、mcu微控制器在清扫机器人开始运行时进入运行状态判断程序；通过读取四个位置传感器的感应数据与预设真值表进行对比，来判定清扫机器人当前是否处于偏航状态，是否需要进行偏航纠正处理，以及是否需要进行偏斜偏航纠正或侧方偏航纠正；

18、若所有四个位置传感器检测结果均为“0”，则清扫机器人处于正常行进状态；

19、若有位置传感器检测结果为“1”，则mcu微控制器结合电机编码器数据和控制指令，进一步判定此次检测结果是否为偏航信号；如果是，则进入偏航处理程序；

20、若清扫机器人进入偏航纠正程序，则mcu微控制器首先读取所有四个位置传感器的输入及当前清扫机器人速度指令；

21、清扫机器人首先判断当前是否处于回正状态；如果是，则直接退出循环完成纠偏处理；如果为否，则mcu微控制器进一步将当前位置传感器输入与预设运动状态真值表进行比对；

22、若判定清扫机器人当前处于偏斜偏航状态，则执行偏斜偏航纠正程序；待程序执行完成后，mcu微控制器再次采集数据并判定当前清扫机器人是否回正，继续状态判断流程。

23、如果mcu微控制器判定当前清扫机器人不是偏斜偏航状态，则进一步判定清扫机器人当前是否属于侧方偏航状态；如果是，则执行侧方偏航纠正程序；待程序执行完成后，mcu微控制器再次采集数据并判定当前清扫机器人是否回正，继续状态判断流程；

24、如果mcu微控制器判定当前清扫机器人即不是偏斜偏航状态也不是侧方偏航状态，则结束偏航纠正处理程序，重新回到运行状态判断程序。

25、本发明采用上述技术方案，相较于现有技术中的编码器纠偏方案和距离传感器测距纠偏方案，感应可靠性更强，传感器布置更为简单，也能够解决累计误差随时间增大所带来的问题；在控制方法方面，依托位置传感器读数与预设真值表实时比对的方式来判读清扫机器人当前的运动状态，相较于依托距离传感器测距读数的方式，能够避免机身姿态倾斜带来的测距读数不准的问题，控制方法稳定性和实用性更强。