阅读说明：本技术 一种光伏板清洁机器人及其控制方法 (photovoltaic panel cleaning robot and control method thereof ) 是由 余大强 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及光伏板清洁机器人技术领域,具体提供一种光伏板清洁机器人及其控制方法。所述光伏板清洁机器人的控制方法,包括判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍；若是,调整滚刷转动方向至与所述光伏板清洁机器人的前进方向一致。所述光伏板清洁机器人包括检测单元,所述检测单元用于检测滚刷电机的转速和滚刷电机的负荷电流；控制单元,所述控制单元用于接收检测单元的数据,判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍,输出控制指令；执行单元,所述执行单元包括滚刷和滚刷电机,所述滚刷电机接收控制单元的控制指令,驱动滚刷按照所述控制指令转动。本发明利用滚刷提供的辅助动力,可以很好的解决过障问题,提高机器人的过障能力。(The invention relates to the technical field of photovoltaic panel cleaning robots, and particularly provides a photovoltaic panel cleaning robot and a control method thereof. The control method of the photovoltaic panel cleaning robot comprises the steps of judging whether the photovoltaic panel cleaning robot meets an obstacle or not; if so, adjusting the rotation direction of the rolling brush to be consistent with the advancing direction of the photovoltaic panel cleaning robot. The photovoltaic panel cleaning robot comprises a detection unit, wherein the detection unit is used for detecting the rotating speed of a rolling brush motor and the load current of the rolling brush motor; the control unit is used for receiving the data of the detection unit, judging whether the photovoltaic panel cleaning robot meets an obstacle or not and outputting a control instruction; and the execution unit comprises a rolling brush and a rolling brush motor, and the rolling brush motor receives the control instruction of the control unit and drives the rolling brush to rotate according to the control instruction. The invention utilizes the auxiliary power provided by the rolling brush, can well solve the problem of obstacle crossing and improve the obstacle crossing capability of the robot.)

一种光伏板清洁机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及光伏板清洁技术领域，具体而言，涉及一种光伏板清洁机器人及其控制方法。

背景技术

光伏板清洁设备，或称光伏板清洁机器人，用于清洁光伏板阵列中光伏板表面的沙尘、杂质等。光伏板清洁机器人一般包括行走轮和滚刷，行走轮带动整个光伏板清洁机器人在光伏板表面行走，同时滚刷由滚刷电机带动旋转，以实现对光伏板的清扫。

由于光伏阵列的安装受地形限制及安装精度的影响，相邻的光伏板阵列经常会存在前后错位、高低落差、仰角差异、平面台阶等障碍，光伏板清洁机器人在通过这些障碍时，滚刷经常会被这些障碍卡住，导致过障失败，进而降低机器人的通过能力，并使其应用场所受限。而且，现有技术中，为了提高清扫效果，往往采用滚刷旋转方向与前进方向相反的方式来清扫，这种控制方式使得光伏板清洁机器人在通过障碍地段时，越障更加困难，导致毛刷电机堵转甚至烧毁；另外，由于滚刷反转行走负荷较大，在运行过程中如果电池电量过低，极易带来机器人因电量耗尽停留在光伏板上的风险。

发明内容

为在一定程度上解决上述技术问题的至少一个方面，本发明提供一种光伏板清洁机器人的控制方法，包括：

判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍；

若是，调整滚刷转动方向至与光伏板清洁机器人的前进方向一致。

可选地，所述判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍，包括：

检测滚刷电机的转速，

判断所述滚刷电机的转速是否低于第一速度阈值；

若是，则判定所述光伏板清洁机器人遇到障碍。

可选地，所述判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍，包括：

检测滚刷电机的负荷电流；

判断所述滚刷电机的负荷电流是否高于第一电流阈值；

若是，则判定所述光伏板清洁机器人遇到障碍。

可选地，所述判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍后还包括：判断所述滚刷电机的转速是否高于第二速度阈值，和/或，所述滚刷电机的负荷电流是否低于第二电流阈值；若，所述滚刷电机的转速高于所述第二速度阈值，和/或，所述滚刷电机的负荷电流低于所述第二电流阈值，则判定所述光伏板清洁机器人通过障碍。

可选地，所述判定所述光伏板清洁机器人通过障碍后，还包括：调整滚刷转动方向为与所述光伏板清洁机器人的前进方向相反的方向。

可选地，所述判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍的步骤之前还包括：判断所述光伏板清洁机器人的电池组容量是否低于容量阈值，和/或，电池组电压是否低于电压阈值；

若，所述电池组容量低于所述容量阈值，和/或，所述电池组电压低于所述电压阈值，则调整所述滚刷转动方向至与所述光伏板清洁机器人的前进方向一致；

若，所述电池组容量不低于所述容量阈值，且，所述电池组电压不低于所述电压阈值，则执行所述判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍的步骤。

相较于现有技术，本发明的光伏板清洁机器人的控制方法，在无障碍区域采用反转的方式达到较高的清扫效果；在遇到障碍时自动切换为正转方式，利用滚刷正转所提供的辅助动力，可以很好的解决过障问题，极大提高机器的过障能力。

本发明的另一目的在于提供一种光伏板清洁机器人，以解决现有技术中，光伏板清洁机器人越障困难，从而导致毛刷电机堵转甚至烧毁的难题。

为达到上述目的，本发明的技术方案时这样实现的：

一种光伏板清洁机器人，包括：

检测单元，所述检测单元用于检测滚刷电机的转速和滚刷电机的负荷电流；

控制单元，所述控制单元用于接收所述检测单元的数据，并与预设数据进行比较，判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍，并输出控制指令；

执行单元，所述执行单元用于接收所述控制单元的所述控制指令，并执行。

可选地，所述执行单元包括滚刷和滚刷电机，所述滚刷电机驱动所述滚刷按照所述控制指令转动；

所述滚刷两端设有辅助轮，所述辅助轮与所述滚刷同轴转动。

可选地，所述滚刷包括刷轴和附着在所述刷轴外壁上的刷丝，所述辅助轮凸出于所述刷轴外壁的高度值为h，所述刷丝可见部分的长度值为s，h介于0.4s-0.6s之间。

可选地，所述辅助轮的材质为橡胶或聚氨酯。

相较于现有技术，本发明的光伏板清洁机器人具有与上述控制方法相同的有益效果，这里不再赘述；另外，本发明的光伏板清洁机器人的滚刷两端加装了辅助轮，越障时，辅助轮不仅可以提供辅助动力帮助越障，还可以保护滚刷的刷丝不被磨损。

附图说明

图1为本发明光伏板清洁机器人的控制方法的流程图一；

图2为本发明光伏板清洁机器人的控制方法的流程图二；

图3为本发明光伏板清洁机器人的控制方法的流程图三；

图4为本发明光伏板清洁机器人的控制方法的流程图四；

图5为本发明光伏板清洁机器人的控制方法的流程图五；

图6本发明光伏板清洁机器人实施例的辅助轮安装位置示意图；

图7为本发明所述辅助轮与滚刷的结构及尺寸示意图；

图8a为光伏板清洁机器人稳定运行时的状态图；

图8b为光伏板清洁机器人下方前倾时的状态图；

图8c为光伏板清洁机器人上方前倾时的状态图；

图8d为光伏板清洁机器人整体上移时的状态图。

附图标记说明：

1-滚刷；11-刷轴；12-刷丝；2-辅助轮；3-光伏板清洁机器人轮廓；41-光伏板上边缘；42-光伏板下边缘；51-上行走轮；52-下行走轮；61-第一边缘轮；62-第二边缘轮；71-光伏板上边缘；72-光伏板下边缘；81-第一巡边传感器；82-第二巡边传感器。

具体实施方式

为便于理解本发明，在开始进行具体实施例的说明之前，首先对现有技术中的光伏板清洁机器人做简单介绍如下：一般来说，光伏板清洁机器人包括上、下动力装置，上、下动力装置均设置行走轮，行走轮带动并支撑整个光伏板清洁机器人在光伏板表面移动；上、下动力装置之间设有滚刷，滚刷跨搭在光伏板表面，在行走轮行走的同时，滚刷电机驱动滚刷转动，从而实现滚刷对光伏板表面的清扫。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，一种光伏板清洁机器人的控制方法，包括如下步骤：

S1：判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍。

由于光伏板清洁机器人在正常行走和清扫过程中，滚刷与光伏板表面的接触面积相对固定，负荷大小也基本恒定；当滚刷遇到障碍，转动受阻时，其负荷增加、转速降低，如果滚刷被卡住时，滚刷电机的转速将降为零，滚刷电机处于堵转状态，堵转过流最大。因此，可以通过检测滚刷电机的负荷或转速判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍。

当然，还可以采用其他方式检测光伏板清洁机器人是否遇到障碍，例如视觉或测距等传感器，但其实现算法可能较为复杂，成本较高。

S2：若是，调整滚刷转动方向至与光伏板清洁机器人的前进方向一致。

清扫机器人在光伏板阵列表面行走过程中，靠滚刷电机驱动滚刷旋转来清扫掉光伏板表面的灰尘和污物。为了提高清扫效果，往往采用滚刷旋转方向与清扫机器人的前进方向相反的方式来清扫。这在光伏板清扫机器人未遇到障碍时，可以达到较好的清扫效果，但是当清扫机器人遇到障碍时，滚刷反转(本说明书中所述的滚刷反转，均指滚刷的转动方向与清扫机器人的前进方向相反；本说明书中所述的滚刷正转，均指滚刷的转动方向与清扫机器人的前进方向相同)会进一步增加清扫机器人的越障难度。

因此，本实施例中，在判断清洁机器人是遇到障碍后，首先停止滚刷电机输出，然后调整滚刷转动方向至与光伏板清洁机器人的前进方向一致，利用滚刷正转所提供的辅助动力，可以很好的解决过障问题，极大提高清扫机器人的过障能力。如图2所示，较佳地，步骤S1还包括子步骤：

S11：检测滚刷电机的转速。检测电机的转速的方法很多，例如通过设置光电传感器检测电机输出轴或者滚刷在单位时间内的旋转周数，或使用编码器等，这在行业内应用普遍，这里不再赘述。

S12：判断滚刷电机的转速是否低于第一速度阈值。第一速度阈值为预先设定的速度值，光伏板清洁机器人正常清扫时，滚刷电机的转速是高于该第一速度阈值的。第一速度阈值的设置可通过试验和经验设置。需要说明的是，本步骤中判断滚刷电机的转速是否低于第一速度阈值是在光伏板清洁机器人在清扫模式下判断，当光伏板清洁机器人处于正常停机状态时，不进行本步骤的判断。

较佳地，为减少误操作、保障滚刷正反转切换可靠，第一速度阈值具有一定阈值区间。

S13：若滚刷电机的转速低于第一速度阈值，则判定光伏板清洁机器人遇到障碍。

本实施例中，通过检测滚刷电机的转速来判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍，在其他实施例中，也可以通过检测并判断滚刷电机的负荷电流是否高于第一电流阈值，进而判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍。

较佳地，如图3所示，步骤S1包括子步骤：

S11’：检测滚刷电机的负荷电流。检测负荷电流可以采用电流传感器及检测电路实现。

S12’：判断滚刷电机的负荷电流是否高于第一电流阈值。第一电流阈值可以通过实验和经验确定。

较佳地，为减少误操作、保障滚刷正、反转切换可靠，第一电流阈值也具有一定阈值区间。

S13’：若滚刷电机的负荷电流高于第一电流阈值，则判定光伏板清洁机器人遇到障碍。

在另外的实施例中，也可以同时检测滚刷电机的转速和滚刷电机的负荷电流，并判断滚刷电机的转速是否低于第一速度阈值，且所述滚刷电机的负荷电流是否高于第一电流阈值，若是，则判定光伏板清洁机器人遇到障碍。

如图4所示，较佳地，步骤S1后面还包括以下步骤：

S3：若滚刷电机的转速高于第二速度阈值，和/或，所述滚刷电机的负荷电流低于第二电流阈值，则判定所述光伏板清洁机器人通过障碍。

当光伏板清洁机器人越过障碍后，由于滚刷仍处于正转状态，即，滚刷转动方向仍与光伏板清洁机器人的前进方向一致，滚刷与光伏板摩擦力变小，电机负荷变小、转速升高，此时滚刷电机的转速高于第二速度阈值，和/或，滚刷电机的负荷电流低于第二电流阈值。第二速度阈值为光伏板清洁机器人正常工作时的期望速度，或者说，是设定的光伏板清洁机器人正常工作时的滚刷转速。第二电流阈值为光伏板清洁机器人正常工作时，滚刷电机以预设期望速度转动时，滚刷电机的负荷电流。

S4：调整滚刷转动方向为与所述光伏板清洁机器人的前进方向相反的方向。若判定光伏板清洁机器人通过障碍后，则调整滚刷电机停转，然后调整滚刷电机反转，即，调整滚刷转动方向至与所述光伏板清洁机器人的前进方向相反。此时光伏板清洁机器人处于继续正常清扫状态。

较佳地，如图5所示，步骤S1之前还包括如下步骤S0：

判断光伏板清洁机器人的电池组容量是否低于容量阈值，和/或，电池组电压是否低于电压阈值。该步骤中包括：检测光伏板清洁机器人自带的电池组容量和/或电池组电压,并将电池组容量与预设的容量阈值进行比较，将电池组电压与预设的电压阈值进行比较。其中，电池组容量和电池组电压均是表征电池组电量的参数，本步骤中通过检测电池组容量和电池组电压，可判断电池组的电量。

若，电池组容量低于容量阈值，和/或，电池组电压低于电压阈值，则调整所述滚刷转动方向至与所述光伏板清洁机器人的前进方向一致。

若，电池组容量不低于容量阈值，且，电池组电压不低于电压阈值，则执行步骤S1。

本实施例中，如果，电池组容量低于容量阈值，和/或，电池组电压低于电压阈值，则可判定电池组的电量不足，调整滚刷转动方向至与光伏板清洁机器人的前进方向一致，步骤S1和S2不再执行。如果电池组容量不低于容量阈值，并且电池组电压也不低于电压阈值，则可判定电池组的电量足够，则继续执行步骤S1和S2。

本实施例通过将表征电池组电量的参数与预设阈值进行比较，从而得到电池组电量的状态，若电池组电量不足，则控制滚刷转动方向与光伏板清洁机器人的前进方向一致，从而降低阻力，以确保光伏板机器人能够可靠地行走到停靠位置，避免出现因电池组电量耗尽后光伏板清洁机器人停留在光伏板上的风险。

本发明另一实施例提供了一种光伏板清洁机器人，包括：检测单元，所述检测单元用于检测滚刷电机的转速、滚刷电机的负荷电流、电池组容量和电池组电压等参数中的一种或几种。检测单元可以包括光电传感器、编码器、电流传感器及相关检测电路等硬件设备。

控制单元，所述控制单元用于接收所述检测单元的数据，并与预设数据进行比较，及判断光伏板清洁机器人是否遇到障碍，并输出控制指令。

控制单元接收的来自检测单元的数据，包括但不限于滚刷电机的转速、滚刷电机的负荷电流、电池组容量和电池组电压等数据。控制单元首先将电池组容量与预设的容量阈值进行比较，或将电池组电压与预设的电压阈值进行比较，若电池组容量低于容量阈值，或电池组电压低于电压阈值,则发出调整滚刷电机至正转的指令。否则，控制单元继续将滚刷电机的转速与第一速度阈值进行比较，和/或，将滚刷电机的负荷电流与第一电流阈值进行比较。若，滚刷电机的转速低于第一速度阈值，和/或，滚刷电机的负荷电流高于第一电流阈值，则判定光伏板清洁机器人遇到障碍，控制单元发出调整滚刷电机至正转的指令。否则，则判定光伏板清洁机器人已经越过障碍或未遇到障碍，控制单元发出调整滚刷电机至反转的指令或维持反转的指令。

执行单元，所述执行单元用于接收控制单元的控制指令，并执行。具体的，控制单元的控制指令包括滚刷电机的旋转方向等。

执行单元包括滚刷和滚刷电机，滚刷电机接收控制单元的控制指令，驱动滚刷按照控制指令转动。具体地，滚刷电机可以驱动滚刷正转或驱动滚刷反转。在需要切换滚刷电机的旋转方向时，首先停止滚刷电机输出，即，使滚刷电机停转，然后切换滚刷电机的旋转方向至与原来转动方向相反的方向。

如图6所示，较佳地，滚刷1两端设有辅助轮2，辅助轮2与滚刷1同轴转动。滚刷1包括刷轴11，刷轴11连接滚刷电机，滚刷电机用于驱动刷轴11转动。刷轴11的外壁上固定设有刷丝12，刷轴11转动，带动刷丝12与光伏板表面摩擦，从而达到清扫光伏板的目的。

当光伏板清洁机器人正常运行时，辅助轮2不与光伏板面发生接触摩擦。光伏板清洁机器人在过障碍时，某些情况下，辅助轮2与障碍物发生接触，辅助轮2与刷轴11同步转动，给光伏板清洁机器人提供辅助动力，协助过障。同时，辅助轮2还能支撑滚刷1，减少刷丝12磨损。

较佳地，如图7所示，辅助轮2与刷轴11同轴心，且辅助轮2的径向外壁凸出于刷轴11外壁的高度值为h。设置在刷轴11外壁上的刷丝12的可见部分的长度值为s，此处刷丝12的可见部分，指的是刷丝12从刷轴11的外壁沿刷轴11的径向向外延伸的长度。h与s之间满足如下关系：0.4s≤h≤0.6s，即h介于0.4s-0.6s之间。

本实施例中，由于辅助轮2凸出于刷轴11外壁的高度值接近于刷丝12可见部分的长度值s的一半，能够较好的保护刷丝12不会在过障时过渡磨损。

较佳地，辅助轮2的材质为橡胶或聚氨酯(PU：Polyurethane)。采用橡胶或者PU材质，使得辅助轮2在于障碍物接触时，摩擦力较大，辅助过障效果更好。

本发明的其他实施例的光伏板清洁机器人的控制方法，还包括位置检测控制方法。由于光伏阵列建设在户外环境中，受地形、施工条件、人员因素等条件制约，会导致相邻光伏板阵列之间存在前后错位、高低落差、仰角差异、平面台阶等各种障碍。光伏板清洁机器人运行在光伏阵列上时，需要依靠自身的适应能力过障，从一个光伏板阵列行走至另一个光伏板阵列。光伏板清洁机器人在过障后，可能会随着产生倾斜。

为对倾斜的光伏板清洁机器人进行校正，传统的校正方式为：在机器人的上动力装置上安装挂轮，挂轮与光伏板的上侧面接触；在机器人的下动力装置上安装导向轮，导向轮与光伏板下侧面接触，利用挂轮与导向轮弹簧的张力，将机器人硬性的校正，使其与光伏板纵向相平行。这类机器人普遍需要在光伏板上下侧边安装轨道，从而增加应用成本；同时，还存在调整倾斜范围有限，机器人一旦走斜，极易导致卡死、电机烧毁等故障，并且，采用这种校正方式的机器人普遍过障能力不高，运行故障率偏高。

为在一定程度上解决上述技术问题，本实施例采用的位置检测控制方法为：

如图8(包括图8a-图8d)所示，光伏板清洁机器人上设有第一行走轮、第二行走轮、第三行走轮和第四行走轮。其中，第一行走轮与第二行走轮为设置在上动力装置上的上行走轮51，第三行走轮和第四行走轮为设置在下动力装置上的下行走轮52。上行走轮51由上电机驱动，下行走轮52由下电机驱动。设光伏板清洁机器人的行走方向如图8中箭头所示，光伏板清洁机器人的外部轮廓如图8中所示的光伏板清洁机器人轮廓3，光伏板的上、下边缘分别如图8中所示的光伏板上边缘71和光伏板下边缘72，其中，光伏板清洁机器人轮廓3仅仅是便于体现位置关系的示意图，不代表实际的光伏板清洁机器人的具体轮廓。

光伏板清洁机器人上方设有第一边缘轮61和第二边缘轮62，当光伏板清洁机器人行走时，第一边缘轮61和第二边缘轮62依靠自重力或行走轮动力，始终贴合在光伏板上边缘71行走。光伏板清洁机器人下方设有第一巡边传感器81和第二巡边传感器82，第一巡边传感器81和第二巡边传感器82均采用反射式光电开关，对光伏板下边缘72进行检测，当传感器位于光伏板上方时有信号输出；传感器位于光伏板外侧时，无信号输出。

如图8a所示，当光伏板清洁机器人平行于光伏板边缘行走时，第一边缘轮61和第二边缘轮62贴合于光伏板上边缘71，此时机器人以最佳姿态运行，第一巡边传感器81和第二巡边传感器82均位于光伏板外侧，无信号输出。

如图8b所示，当由于过障、爬坡或电机速度差异等导致机器人下方超前时，机器人的第一边缘轮61腾空，以第二边缘轮62为支点，形成前倾。由于机器人的长度较长，即使发生较小的倾斜，由于放大效应，此时第一巡边传感器81将位于光伏板上方，输出信号给控制单元。控制单元通过减小下电机的转速，降低下行走轮52的速度，使机器人运行趋于与光伏板平行的状态。

如图8c所示，当机器人上方超前时，机器人的第二边缘轮62腾空，以第一边缘轮61为支点，形成后倾。此时，第二巡边传感器82位于光伏板上方，输出检测信号到控制单元。控制单元通过增加下电机的转速，提高下行走轮52的速度，实现机器人位置的校正。

如图8d所示，某些特殊情况下，机器人整体上移，第一巡边传感器81和第二巡边传感器82均位于光伏板上方，均输出检测信号时，控制单元先对下行走轮52进行减速，使其进入图8c所示的状态，第一边缘轮61先与光伏板上边缘71贴合；然后，对下行走轮52进行加速，直到机器人进入图8a所示的稳定状态。

当光伏板清洁机器人的行走方向相反时，调整机器人姿态的方式与上述实施例原理一致，这里不再赘述。上述实施例中，光伏板清洁机器人的位置检测控制方法，稳定性好，适用场合广泛，结构简单。

可选地，第一巡边传感器81和第二巡边传感器82均采用激光传感器，可以较好的抵抗灰尘、污物的影响，达到较高的检测精度。当然，还可以采用超声传感器或其他传感器。

可选地，也可以将机器人的动力轮设置为挂轮，使其在光伏板边缘行走。

较佳地，下行走轮52的线速度稍高于上行走轮51的线速度，使得下行走轮52的线速度可以有较大的调节范围；

可选地，也可以以下电机速度作为参考，对上电机速度进行调整以校正姿态。上电机和下电机，可以选用无刷电机、有刷电机、伺服电机、步进电机等。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。