具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“对称”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解，上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

根据本发明的一种基于菲涅尔透镜的聚光加热熔沙装置主要包括菲涅尔聚光系统、菲涅尔聚光系统俯仰机构、菲涅尔聚光系统极轴翻转机构、菲涅尔聚光系统横向平移机构、菲涅尔聚光系统纵向提升机构、装置全向移动机构、太阳能跟踪系统、控制系统和供电系统。以下结合附图对各个系统进行详细说明。

参见图1-图3，所述菲涅尔聚光系统由圆形菲涅尔透镜2、聚光器25、菲涅尔聚光器固定架1构成。圆形菲涅尔透镜2的轮廓为正方形结构，透镜的聚光有效区域为环状等距组合。从图2中可以清楚地看出，聚光器25分别由两个圆台按拔模方向对接而成组合为一体结构，圆台的拔模角度和尺寸大小由合理的数据计算得出，属于本领域技术人员的已知技术，此处不再进行详细说明。聚光器25有入射口与出射口，其轮廓均为圆形孔且两个圆形孔的圆心位于同一轴线上，圆形菲涅尔透镜2位于聚光器25正上方，圆形菲涅尔透镜2的环状聚光区域的圆心被聚光器轴线穿过，透镜平面与聚光器入射口平面保持一定距离，圆形菲涅尔透镜2和聚光器25通过菲涅尔聚光器固定架1固定，从而使得菲涅尔透镜2与聚光器25之间的轴向距离保持恒定。

作为一种具体的实施方式，菲涅尔聚光器固定架1可以进一步分为菲涅尔透镜2的固定框架与聚光器25的固定框架，二者的轮廓形状与尺寸大小均与其相固定的部件对应，二者之间通过钢结构固定连接，其固定位置与菲涅尔透镜2和聚光器25之间的距离对应。在菲涅尔聚光器固定架1上还固定有一对菲涅尔固定架转轴，转轴的位置关于菲涅尔聚光器固定架对称。

进一步地，参见图1和图2，所述菲涅尔聚光系统俯仰机构由菲涅尔聚光器托架5、菲涅尔聚光器俯仰推杆23、菲涅尔聚光器俯仰推杆连杆26、菲涅尔聚光器俯仰推杆连杆固定铰链4构成。菲涅尔聚光器托架5例如由钢结构组合而成，其结构为双悬臂梁，并对梁的固定端进行角肋板加强连接，梁的活动端有一通孔，与菲涅尔聚光器固定架1中的转轴连接。由此，通过菲涅尔聚光器俯仰推杆23的直线移动，菲涅尔聚光器固定架1可在菲涅尔聚光器托架5的两悬臂梁之间实现俯仰转动。菲涅尔聚光器俯仰推杆23的固定端固定在菲涅尔聚光器托架5上，其位置优选地位于菲涅尔聚光器托架5悬臂梁固定端处且该处为两悬臂梁的对称中心；菲涅尔聚光器俯仰推杆连杆固定铰链4位于菲涅尔聚光器固定架1中的菲涅尔透镜固定框架的上边缘的正中心位置处。该位置优选是菲涅尔聚光器固定架1上的转轴的对称中心；菲涅尔聚光器俯仰推杆连杆26两端分别有通孔，其两端分别与菲涅尔聚光器俯仰推杆23和菲涅尔聚光器俯仰推杆连杆固定铰链4连接。

参见图1和图2，所述菲涅尔聚光系统极轴翻转机构由菲涅尔聚光器托架旋转电机18、菲涅尔聚光器托架旋转电机固定架构成。菲涅尔聚光器托架旋转电机固定架优选采用将在下文描述的横向平移固定架6。横向平移固定架6例如为直角角撑结构，例如可以是一对等尺寸直角角撑钢材之间通过横梁连接组合而成，由钢结构搭建而成，菲涅尔聚光器托架旋转电机18固定在横向平移固定架6上，菲涅尔聚光器托架旋转电机18的输出轴与菲涅尔聚光器托架5的固定端连接，菲涅尔聚光器托架5可随电机的输出轴一起转动并带动整个菲涅尔聚光系统转动。

结合图1-3，所述菲涅尔聚光系统横向平移机构由横向平移导轨21、横向平移导轨滑块27、横向平移丝杆12、横向平移丝杆丝母座29、横向平移丝杆固定座22、底座、横向平移电机30构成。横向平移导轨21为两组，分别固定在底座上并相互平行，底座优选为将在下文描述的纵向提升平台20。横向平移丝杆12通过一对横向平移丝杆固定座22固定在底座上，横向平移丝杆12位于两组横向平移导轨21的中间位置且距离两组导轨等距并平行，横向平移电机30固定在底座上且横向平移电机30的输出轴与横向平移丝杆12连接，横向平移丝杆12可由横向平移电机30控制转动，横向平移丝杆丝母座29与横向平移固定架6连接，优选位于横向平移固定架6的几何对称位置处，横向平移丝杆丝母座29与横向平移丝杆12实现机械配合，横向平移导轨滑块27固定在横向平移固定架6底部位置上，共有四组横向平移导轨滑块，每组横向平移导轨装配两组横向平移滑块，该两组横向平移滑块之间的间距合理固定。当然，也可以采用横向平移导轨滑块27之外的其它形式，例如可以采用与横向平移导轨21配合的滑轨，只要能够与横向平移导轨21配合发生相对滑动即可。

结合图1-3，所述菲涅尔聚光系统纵向提升机构由主体支承龙门架10、纵向提升导轨7、纵向提升丝杆11、纵向提升丝杆丝母座17、纵向提升电机16、纵向提升导轨滑块19构成。主体支承龙门架10优选为对称结构，由立柱和横梁组建而成，例如可以为两根相互平行的等尺寸立柱，并通过两根等尺寸横梁连接，将上述具体组建结构定义为一个单元结构，而主体支承龙门架包括两个这种单元结构，两个单元结构中的两根横梁分别通过连结构件连接，连接处优选位于单元结构中横梁的正中间位置处。纵向提升丝杆11为两组，一组纵向提升丝杆11的两端分别与主体支承龙门架10的单元结构中的两根横梁连接，连接位置位于横梁中间位置且与两根立柱平行并等距。另一组纵向提升丝杆11与主体支承龙门架10的另一单元结构连接，连接方式与前述纵向提升丝杆连接方式相同。两个纵向提升电机16分别固定在主体支承龙门架10的外侧，且分别与两组纵向提升丝杆连接。纵向提升导轨7有四组，每组分别固定在主体支承龙门架的四根立柱上，且全部位于四根立柱的内侧，每组纵向提升导轨装配一组纵向提升导轨滑块19，总共有四组纵向提升导轨滑块，纵向提升导轨滑块安装在纵向提升平台的两侧，每侧均按照两组纵向提升导轨滑块，其二者之间的安装距离与所装配的纵向提升导轨之间距离一致。

所述装置全向移动机构由底盘14、地面接合部件15、全向移动机构动力装置构成。地面接合部件15例如采用全向轮或者履带的形式，和全向移动机构动力装置安装在底盘14上，底盘上部固定主体支承龙门架10。

参见图4，所述控制系统13由太阳能跟踪控制系统、菲涅尔聚光器聚焦控制系统、装置全向移动机构控制系统构成。太阳能跟踪传感器3与太阳能跟踪控制系统连接，太阳能跟踪控制系统接收来自太阳能跟踪传感器3的信号。太阳能跟踪控制系统根据来自太阳能跟踪传感器3的信号，控制菲涅尔聚光系统俯仰机构中的菲涅尔聚光器俯仰推杆和菲涅尔聚光系统极轴翻转机构中的菲涅尔聚光器托架旋转电机。菲涅尔聚光器聚焦控制系统与菲涅尔聚光系统中的横向平移机构中的横向平移电机和菲涅尔聚光系统纵向提升机构中的纵向提升电机连接。装置全向移动机构控制系统与装置全向移动机构中的全向移动机构动力装置连接。控制系统13例如可以安装在装置全向移动机构中的底盘上部，其中包括控制系统所需的电气元件及其线路。

所述供电系统由太阳能板8、太阳能板固定支架9、蓄电池28构成，太阳能板通过太阳能板固定支架固定在菲涅尔聚光系统纵向提升机构中的主体支承龙门架的上横梁，蓄电池安装在装置全向移动机构中的底盘底部位置处。

参见图5，所述供料系统由采料系统31和送料系统32构成，采料系统为建筑工程中的沙石采集装置，送料系统为建筑工程中的沙石送料装置，例如采用输送带的形式。

以上对本发明的基于菲涅尔透镜的聚光加热熔沙装置结构进行了详细说明。根据上述结构，所述菲涅尔聚光系统中的菲涅尔聚光器固定架可在所述菲涅尔聚光器托架的双悬臂梁空隙之间绕菲涅尔聚光器固定架上的菲涅尔聚光器固定架转轴转动，利用太阳能跟踪传感器收集的太阳光强信号输入到太阳能跟踪控制系统中进行处理，最终输出控制信号给菲涅尔聚光器俯仰推杆，进而实现俯仰倾角的调整，俯仰倾角调整根据一年四季去改变，此方向角度调整范围较小，可定义为X轴向转动。

所述菲涅尔聚光系统极轴翻转机构中的菲涅尔聚光器托架旋转电机受太阳能跟踪控制系统控制，可带动菲涅尔聚光系统俯仰机构中的菲涅尔聚光器托架转动，包括菲涅尔聚光系统一起转动，进而实现极轴角的调整，可定义为Y轴向转动。

所述菲涅尔聚光系统横向平移机构中的横向平移电机受菲涅尔聚光器聚焦系统控制，可带动横向平移丝杆转动，从而带动横向平移丝杆丝母座做前后直线移动并包括横向平移固定架上的菲涅尔聚光器托架旋转电机，因此最终带动菲涅尔聚光系统做直线移动，此方向的运动控制主要为适应菲涅尔聚光系统因太阳跟踪变化导致焦点位置变化的过程，可定义为Y轴向直线移动。

所述菲涅尔聚光系统纵向提升机构中的纵向提升电机受菲涅尔聚光器聚焦系统控制，可带动纵向提升丝杆转动，从而带动纵向提升丝杆丝母座做直线移动并包括纵向移动平台上的菲涅尔聚光系统横向平移机构，因此最终带动菲涅尔聚光系统做直线移动，运动方向为纵向移动或上下移动，此方向的运动控制主要为适应菲涅尔聚光系统因太阳跟踪变化导致焦点位置变化的过程，能理解为定点对焦处理，可定义为Z轴向直线移动。

所述装置全向移动机构中的底盘底部安装的全向轮可实现整个工作平台在地面上的全向移动，在熔沙过程中，可通过全向轮使光线焦点照射在沙子表面的任意位置；上述X、Y、Z轴向的运动变化，即可实现此发明实时的聚焦加热效果，使本发明的装置可实现连续工作，为了使用不同的施工环境，底盘底部安装的全向轮可替换为履带，从而提高装置的施工适应能力。

所述供料系统主要由采料系统负责采取沙漠沙，最终由送料系统负责输送到需要施工区域，送料系统的送料口要与菲涅尔聚光系统中的聚光器光线出射口与之配合施工，且送料口要与菲涅尔聚光系统做同步运动，满足沙子的持续供应。

由此可见，本发明整体结构稳定，可实现对菲涅尔聚光器的实时聚焦调整，底盘的全向轮能够达到光线焦点的全区域移动，使该技术的工作区域范围变广，实现连续性的工作，达到无污染、高效、节能的技术效果。