CN105728398A - 一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人 - Google Patents

Abstract

一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人，它涉及光伏组件清洁技术领域；直流电机与电源相连，直流电机运行带动气泵产生高压气体，通过管道传输到喷气嘴，管道安装在无人飞行器两侧支架上，管道上开设喷气孔，喷气嘴安装在喷气孔上；擦洗除尘装置由旋转电机、升降装置、万向联轴器及清洁刷头组成；升降装置为伸缩气缸，气缸活塞杆顶端通过万向联轴器连接旋转电机，旋转电机连接清洁刷头，高清摄像机、智能控制单元、直流电机、旋转电机均与电源连接；智能控制单元控制高清摄像机、升降装置、直流电机、旋转电机；自动飞行光伏阵列表面清洁机器人能对屋顶、水面、农田、山坡安装的光伏阵列进行表面清洁。

Description

一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人

技术领域

本发明涉及光伏组件清洁技术领域，具体涉及一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人。

背景技术

目前光伏电站多采用人工擦拭方式与水枪清洗方式。但人员水平差异导致清洁过程不易控制、清洁效果一致性差，清洗效率低；其中水枪清洗方式用水量大，对组件玻璃有磨损，影响透光率和寿命，不适合缺水地区。

也有电站采用机械清洁的方式。目前采用较多是大型重载车辆为底盘+辊刷方式，车辆运行时辊刷随之一起运动，擦拭组件表面灰尘。申请号为CN201510592714的“智能化光伏阵列清洗车”中提出一种由履带底盘和工作装置组成的清洗车。履带底盘含有一对履带行走马达，工作装置包含清洗头单元、支撑定位单元、液压控制单元、供水单元等。在控制单元的作用下，随着履带运行清洁头单元依次清洁阵列表面。这种清洗方式清洗速度快，清洗效果好。但所需大型重载车辆，租用成本较高，仅适用于组件前后间距较大，地势比较平坦，地质较好的场所。

也有采用依附于组件阵列的轨道式清洁装置。申请号为CN201510587130.4的“一种固定式光伏电池板组清洗装置”中提出一种清洗装置。装置通过外置横导轨固定安装在光伏电池板四周，清洁刷头在各电池板间移动，逐块清洗。该方式需外置导轨，要求组件阵列之间平整度≤10mm，取电、供水困难，成本较高。

申请号为CN201510565638的“一种用于光伏电站的清洁装置”中提出一种采用光伏发电作为供电电源的清洁装置，装置主框架的上、下部设置有行走驱动轮和支撑轮，可垂直压附在光伏阵列的上边沿，在其电控单元的作用下沿光伏阵列上边沿左右移动，带动清洁器运行实现清洁光伏阵列表面。该方式无需轨道，装置可支撑在光伏阵列表面，克服了轨道的成本问题。但其结构固化，易受光伏阵列安装方式影响，一旦阵列中组件的排列方式发生变化，该装置结构将重新调整，适应性较差。

以上分析可以看出机械类清洁装置主要存在的问题是:①需要依附大型重载车辆拖动，功耗大、自动化程度低，且对阵列间距和安装地形要求高②需要安装轨道成本高;③结构固定，适应性差。这3个缺陷限制了外置机械类清洁装置的进一步推广应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人，通过对飞行参数的设定或遥控可实现对安装在屋顶、水面、农田、山坡上的光伏阵列表面清洁，清洁方式采用喷气除尘和擦洗除尘相结合，清洁速度≥2m²/min,是机械式除尘的2～3倍，成本≤5万元/台，只有轨道式清洗设备的1/10。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人，它包括无人飞行器、高清摄像机、智能控制单元、喷气除尘装置、擦洗除尘装置和电源；高清摄像机设置在无人飞行器前端底部，无人飞行器内部上方安装有智能控制单元，无人飞行器内部下方安装有喷气除尘装置和电源；喷气除尘装置由直流电机、气泵及喷气嘴组成；直流电机分别连接电源和气泵，气泵连接外置管道，管道设置在无人飞行器两侧支架上，管道内设有喷气孔，其喷气孔上安装有喷气嘴；擦洗除尘装置通过支架固定在机舱内部，其由旋转电机、升降装置、万向联轴器及清洁刷头组成；升降装置为伸缩气缸，其气缸活塞杆顶端通过万向联轴器连接旋转电机，旋转电机连接清洁刷头，高清摄像机、智能控制单元、直流电机、旋转电机均与电源连接；智能控制单元分别连接高清摄像机、升降装置、直流电机、旋转电机。

进一步的，所述的智能控制单元控制升降装置的升降运动及刷头的除尘作业过程，其升降装置为3级伸缩气缸驱动。

进一步的，所述的3级气缸采用一号气缸、二号气缸、三号气缸。

进一步的，所述的喷气嘴为“人”字型结构。

进一步的，所述的喷气嘴包括喷气嘴外壳、罩盖、矩形挡块，喷气嘴外壳连接罩盖，罩盖连接矩形挡块。

进一步的，所述的光伏阵列表面清洁机器人在执行除尘任务时首先采用高压喷气除尘方式清除光伏组件表面灰尘，只有当组件表面有固体沉积物时才需在该区域执行擦拭除尘，否则将执行下一阵列的除尘任务，与传统清洁装置相比，效率提升约50%。

进一步的，所述的自动飞行功能的光伏阵列表面清洁机器人，解决了安装高度高、安装地形复杂、人工难以到达的区域的光伏组件清洁的问题，可应用于安装在屋顶、水面、农田、山坡上的光伏阵列表面清洁。

本发明的工作原理是：无人飞行器运行参数通过无线方式由控制台进行设定，其按指定轨迹运行，当飞行到待清洁区域上空时，开启喷气除尘装置，产生高压气体通过喷气嘴喷射向光伏组件表面，清除浮灰，同时高清摄像机工作，拍摄组件表面图片，并通过智能控制单元与其内部的标准清洁状态图片比对，判断是否有固体沉积物(如鸟粪等)，如有，无人飞行器降落到光伏组件表面，打开机舱，伸出清洁刷头，其在升降装置作用下缓慢下降至光伏组件表面，旋转电机工作，驱动清洁刷头工作，擦除固体沉积物，擦除结束后，清洁刷头上升，缩回到机舱中，完成除尘过程，如无，无人飞行器执行下一列光伏阵列的除尘任务。

采用上述结构后，本发明的有益效果为：采用无人飞行器执行清洁任务时，可应用于安装在屋顶、水面、农田、山坡上的光伏阵列表面清洁，降低了对光伏阵列安装环境的要求，采用高压喷气和定点擦拭两种除尘方式，清洁速度≥2m²/min,是机械式除尘的2～3倍，提高除尘效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的组成框图；

图3是本发明的喷气孔排列示意图；

图4是本发明的喷嘴结构示意图；

图5是本发明的擦洗除尘装置结构示意图；

图6是本发明的升降装置结构示意图；

图7是本发明的万向联轴器结构示意图。

1、无人飞行器；2、高清摄像机；3、智能控制单元；4、喷气除尘装置；5、擦洗除尘装置；6、电源；7、直流电机；8、喷气孔；9、气泵；10、喷气嘴；11、喷气嘴外壳；12、罩盖；13、矩形挡块；14、旋转电机；15、升降装置；16、伸缩气缸；17、万向联轴器；18、清洁刷头；19、管道；20、支架；21、两侧支架；22、一号气缸；23、二号气缸；24、三号气缸。

具体实施方式

实施例

参看如图1-图7所示，本实施例采用的技术方案是：一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人，它包括无人飞行器1、高清摄像机2、智能控制单元3、喷气除尘装置4、擦洗除尘装置5和电源6；高清摄像机2设置在无人飞行器1前端底部，无人飞行器1内部上方安装有智能控制单元3，无人飞行器1内部下方安装有喷气除尘装置4、电源6；喷气除尘装置4由直流电机7、气泵9及喷气嘴10组成；直流电机7分别连接电源6和气泵9，气泵9连接外置管道19，管道19设置在无人飞行器1两侧支架21上，管道19内均匀分布着若干喷气孔8，喷气嘴10安装在喷气孔8上，擦洗除尘装置5通过支架20固定在无人飞行器1内部，其由旋转电机14、升降装置15、万向联轴器17及清洁刷头18组成；升降装置15为伸缩气缸16，气缸16活塞杆顶端通过万向联轴器17连接旋转电机14，旋转电机14连接清洁刷头18；高清摄像机2、智能控制单元3、直流电机7、旋转电机14均与电源6连接；智能控制单元3分别连接高清摄像机2、升降装置15、直流电机7、旋转电机14。

所述的智能控制单元3控制升降装置15的升降运动及清洁刷头18的除尘作业过程，其升降装置15为3级伸缩气缸16驱动。

所述的3级伸缩气缸16采用一号气缸22、二号气缸23、三号气缸24.

所述的喷气嘴10为“人”字型结构。

所述的喷气嘴10包括喷气嘴外壳11、罩盖12、矩形挡块13，喷气嘴外壳11连接罩盖12，罩盖12连接矩形挡块13。

所述的无人飞行器1一体化集成高清摄像机2，操作简易。1200万像素的静态照片拍摄，结合DJI工业级的三轴云台稳定技术，实现多角度、长时间平稳拍摄。

所述的智能控制单元3具有对无人飞行器1飞行参数的设置、飞行状态及飞行轨迹的遥控功能；具有对高清摄像机2拍摄图片的接收与传输功能；具有图片比对功能，将拍摄的图片与清洁状态下的标准图片比对，判断光伏阵列表面是否存在固体沉积物，是否需要擦拭除尘；对擦拭除尘装置5作业的远程控制功能，当需清除组件表面固体沉积物时，将需擦拭区域传送给无人飞行器1，并控制无人飞行器1飞到指定区域执行擦拭除尘任务。

所述的直流电机7从无人飞行器1供电电源6处取电，直流电机7在智能控制单元3的控制下工作，运行带动气泵9工作，产生高压气体，气体通过喷射型的喷气嘴10喷射向光伏组件表面，喷气嘴10安装在无人飞行器1两侧的外置管道19上，喷气嘴10采用人字型结构设计，增大气流的扩散面积，使无人飞行器经过除尘区时，全部表面均能被喷气除尘。

所述的旋转电机14通电后电机转子旋转，驱动清洁刷头18转动，升降装置15为3级伸缩气缸，具有伸缩功能，由智能控制单元3控制，当无人飞行器1机舱打开时，升降装置15下降，当除尘结束后，其在智能控制单元3控制下缩回后置于无人飞行器1机舱内部，清洁刷头18由旋转电机14驱动，通过在光伏组件表面旋转擦拭，清除组件表面固体沉积物。

本实施例的工作原理是：无人飞行器1运行参数通过无线方式由控制台进行设定，其按指定轨迹运行，当飞行到待清洁区域上空时，开启喷气除尘装置4，产生高压气体通过喷气嘴10喷射向光伏组件表面，清除浮灰，同时高清摄像机2工作，拍摄组件表面图片，并通过智能控制单元3与其内部的标准清洁状态图片比对，判断是否有固体沉积物(如鸟粪等)，如有，无人飞行器1降落到光伏组件表面，打开机舱，伸出清洁刷头18，其在升降装置作用下缓慢下降至光伏组件表面，机舱内的旋转电机14工作，驱动清洁刷头18工作，擦除固体沉积物，擦除结束后，清洁刷头18上升缩回到机舱中，完成除尘过程，如无，无人飞行器1执行下一列光伏阵列的除尘任务。

本实施例的有益效果为：采用无人飞行器执行清洁任务时，可应用于安装在屋顶、水面、农田、山坡上的光伏阵列表面清洁，降低了对光伏阵列安装环境的要求，采用高压喷气和定点擦拭两种除尘方式，清洁速度≥2m²/min,是机械式除尘的2～3倍，提高除尘效率。

以上所述，仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人，其特征在于：它包含无人飞行器、高清摄像机、智能控制单元、喷气除尘装置、擦洗除尘装置和电源；高清摄像机设置在无人飞行器前端底部，无人飞行器内部上方安装有智能控制单元，无人飞行器内部下方安装有喷气除尘装置和电源；喷气除尘装置由直流电机、气泵及喷气嘴组成，直流电机和电源相连，直流电机运行带动气泵产生高压气体，通过管道传输到喷气嘴，管道安装在无人飞行器两侧支架上，管道上开设喷气孔，喷气嘴安装在喷气孔上，擦洗除尘装置通过支架固定在机舱内部，其由旋转电机、升降装置、万向联轴器及清洁刷头组成；升降装置为伸缩气缸，其气缸活塞杆顶端通过万向联轴器连接旋转电机，旋转电机连接清洁刷头，高清摄像机、智能控制单元、直流电机、旋转电机均与电源连接；智能控制单元控制高清摄像机、升降装置、直流电机、旋转电机。

2.根据权利要求1所述的一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人其特征在于它的工作原理为：无人飞行器运行参数通过无线方式由控制台进行设定，其按指定轨迹运行，当飞行到待清洁区域上空时，开启喷气除尘装置，产生高压气体通过喷气嘴喷射向光伏组件表面，清除浮灰，同时高清摄像机工作，拍摄组件表面图片，并通过智能控制单元与其内部的标准清洁状态图片比对，判断是否有固体沉积物，如有，无人飞行器降落到光伏组件表面，打开机舱，伸出清洁刷头，其在升降装置作用下缓慢下降至光伏组件表面，旋转电机工作，驱动清洁刷头工作，擦除固体沉积物，擦除结束后，清洁刷头上升，缩回到机舱中，完成除尘过程，如无，无人飞行器执行下一列光伏阵列的除尘任务。

3.根据权利要求1所述的一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人，其特征在于所述的智能控制单元控制升降装置的升降运动及刷头的除尘作业过程，其升降装置为3级伸缩气缸驱动。

4.根据权利要求1所述的一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人，其特征在于所述的喷气嘴为“人”字型结构。

5.根据权利要求1所述的一种自动飞行光伏阵列表面清洁机器人，其特征在于所述的喷气嘴包括喷气嘴外壳、罩盖、矩形挡块，其喷气嘴外壳连接罩盖，罩盖连接矩形挡块。