多模态LoRa通信技术在光伏机器人的应用

为解决光伏清洁机器人通信的功耗高、通讯距离受限等问题,对LoRa(Long Range)技术在光伏机器人中的应用进行了研究。结合光伏机器人的应用场景以及LoRa技术,设计了低功耗通信方案,提出了基于LoRaWAN标准协议的ClassA、B、C 3种工作模式相结合的多模态LoRa通信机制,并设计了网络层的通信协议,实现了机器人系统的功耗和通信时效的兼顾。最后结合北京某分布式屋顶的光伏机器人项目,实现系统方案。实验分析表明,相比较于传统控制方法,所提LoRa通信机制能够降低功耗,提高产品性能。

盘刷式光伏清扫机器人结构与驱动设计研究

针对光伏电站中运维使用的清扫机器人轻量化设计问题,提出一种盘刷式光伏清扫机器人结构并设计驱动系统。首先,在现有轮式机器人基础上,将盘刷与机器人驱动轮集成为一体,设计紧凑型机器人结构,在机器人运动过程中同步实现组件表面清扫,并对电机支架进行优化设计。其次,采用四轮驱动方式,设计盘刷式光伏清扫机器人驱动系统软硬件。在屋顶光伏组件表面开展实验,实验结果表明所设计的盘刷式光伏清扫机器人结构与驱动系统满足清扫需求,在夏季晴天天气清扫一块面积为2.44 m^(2)的光伏组件,对比清扫前后光伏组件标准化的电气特性,清扫后修正至标准测试条件(STC)下的最大功率提升约16.1%。

光伏板智能清洁机器人设计与实现

为有效解决光伏板表面灰尘覆盖问题,提高光伏电站光电转化效率,根据目前光伏板安装环境,设计一种光伏板智能清洁机器人。机器人由行走机构、清洁机构、控制模块以及各传感器组成,可在光伏板上自主进行清洁工作。对机器人的行走机构和清洁机构进行设计计算,再通过力学分析得出机器人运动稳定性条件,然后结合机器人功能对机器人的控制系统进行设计,最后制作出机器人样机。通过对机器人进行运动和清洁性能测试,此机器人可在25°以下的斜面上稳定运动,清洁机构对于浮尘或积垢类污渍都具有一定的清洁能力,且机器人可按照设计路径自主完成清洁工作。与传统清洁方式相比,在解决光伏板灰尘覆盖问题的同时,极大地降低了人工成本,减少了水资源的浪费。

光伏电池板清洗机器人定位与导航系统的开发与设计

针对目前光伏电池板清洗机器人在未知环境中感知能力差,缺乏自主规划路径和躲避障碍物能力差三方面,使用ROS机器人操作系统结合激光雷达传感器以及SLAM同步定位与建图技术来解决上述问题。采用A*和D*算法实现对机器人路径规划,以实现实时避障等功能,并通过自主开发的光伏电池板清洗机器人进行验证。结果表明:在现实环境中机器人利用激光雷达可对未知环境地图进行构建,并且机器人可按照制定路线进行移动,同时也可躲避出现在其路径之上的障碍物,验证了光伏电池板清洗机器人开发的可能性。

光伏板清扫机器人行走机构支撑架应力应变试验研究

通过采用静态应变仪对光伏板清扫机器人行走机构支撑架进行静态测试,在满载的基础上,同时考虑行走机构实际工作时可能产生变形的地方,所以在支撑架上选取4个点进行测试,得到相应的试验数据,再将其与有限元分析结果进行分析对比。结果显示,有限元分析结果与试验数据在整体上基本吻合,从而验证了设计的可靠性,为后续新型光伏板清扫机器人行走机构的优化设计打下基础。

一种适合大面积清扫的光伏板清洁机器人设计

太阳能发电正在受到越来越多人的关注,光伏板设备数量也在以极快的速度增加,然而光伏板的发电效率会受到环境影响,尤其是表面积灰会极大降低发电效率。针对光伏板表面的清洁问题,设计了一种适合大面积清扫的光伏板清洁机器人。采用类行车式的行走组件和清洁组件,并能自主规划路径。可拼接式的模块化轨道,不受光伏板的尺寸限制,保证整个光伏板表面都能被清洗,减少了板面的无效清洁区域,提高了大面积清洁光伏板的工作效率,并为光伏清洁机器人的后续研究提供了依据。

光伏阵列清洁机器人路径跟踪改进型自抗扰控制

针对光伏阵列清洁机器人清洁作业过程中存在路径跟踪精度低与外界不确定干扰等问题,提出了一种改进型自抗扰控制策略来控制驱动单元模型,实现驱动单元角速度(力矩)的高鲁棒性控制,从而提高了机器人的路径跟踪精度.通过分析机器人的运动状态,得到清洁机器人实际运动位姿与期望运动位姿之间的误差.由于外界环境以及其他不确定因素的干扰,通过建立清洁机器人移动底盘带不确定干扰因素的动力学控制模型,在传统自抗扰控制器的基础上通过改进fal函数,提出了一种运动学与动力学内外嵌套的改进型自抗扰策略.改进型扩张状态观测器来实时观测并补偿不确定干扰因素,从而实现清洁机器人高精度跟踪作业目标路径.通过多种目标路径的跟踪仿真实验,最终都表现出了较好的跟踪结果.证明了本文所设计的基于改进型自抗扰控制的光伏阵列清洁机器人路径跟踪控制算法的优越性与有效性,提高了光伏阵列清洁机器人的清洁作业路径跟踪精度.

可变斜面光伏清扫机器人行走特性研究

针对光伏面板清扫特点、大斜面稳定行走的严苛要求,设计了变斜面光伏清扫全向轮式机器人构型。在建立其数学模型基础上,完成了机器人行走特性分析和实验。分析了斜面角φ变化的附着特性,给出了在2种工况下行走机构斜面上稳定附着角度。通过仿真和实验,验证了在满足力学模型约束下,三全向轮式对称构型,在斜面上有一定附着角度。分析了随姿态角θ变化的速度、力矩分配规律基础上,为了消除行走机构3个全向轮之间挤压力问题,对行走机构速度和驱动电机力矩进行综合控制。实验数据表明,采用双PI控制策略后,机器人在斜面上行走的速度偏差和功耗都有一定的减少。

基于MPC的光伏清扫机器人防偏摆控制研究

针对光伏清扫机器人在行驶过程中容易出现偏摆等问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)方法的光伏清扫机器人防偏摆控制策略,以改善机器人车身偏摆问题。首先,建立机器人的动力学和运动学模型,并运用MPC原理在仿真软件中搭建光伏清扫机器人的数学模型;其次,基于模型设计线性时变防偏摆控制器,将光伏清扫机器人的防偏摆控制问题转化为带约束的二次规划问题;最后,对机器人进行仿真实验。仿真结果表明:在所设计控制器的作用下,光伏清扫机器人的速度迅速达到设定的目标速度0.05 m/s,偏摆角从0.1 rad迅速趋近于零,实现了防偏摆控制,验证了该控制器的有效性及优越性。

基于响应面法的光伏清扫机器人结构优化设计

针对光伏清扫机器人质量较大、平稳性差及运行过程中容易发生偏摆等问题,首先对光伏清扫机器人结构进行了优化设计;其次在保证机器人结构的强度和刚度情况下,实现轻量化设计。以车架杆子厚度、防偏架厚度以及上下端板子的厚度作为设计变量,以机器人质量最轻、等效应力最小和变形最小作为目标函数,通过Box-Behnken试验方法设计了57个样本点,构建了响应面近似数学模型,并采用多目标遗传算法求最优解。结果表明:优化后的光伏清扫机器人的质量降低到18.35 kg,降低了30.9%,实现对机器人的轻量化设计。

基于改进型自抗扰控制的光伏板清洁机器人路径跟踪控制研究

针对移动式光伏板清洁机器人在清洁作业过程中存在路径跟踪不稳定、低精度等问题,通过分析机器人的运动状态,建立了光伏板清洁机器人路径偏差系统的非线性数学模型,并采用小偏差线性化处理将该系统简化为一个等效的SISO(Single Input Single Output)系统。在传统自抗扰控制理论的基础上,通过改进扩张状态观测器提出一种改进型光伏板清洁机器人自抗扰路径跟踪控制策略。利用MATLAB搭建仿真环境,并进行光伏板清洁机器人路径跟踪仿真实验。结果表明:与传统的自抗扰控制理论相比,改进型控制策略能够减小机器人路径跟踪的运行误差,具有较好的稳定性。一定程度上提高了光伏板清洁机器人路径跟踪的控制精度。

基于ADMAS的光伏清洁机器人结构设计与分析

利用单轨车辆转向架技术,设计了一种单轨行走式光伏清洗机器人。对光伏清洁机器人进行结构设计、虚拟样机建模和动力学仿真,提高光伏清洁机器人设计过程的效率与可靠性。在ADAMS中建立光伏清洁机器人的机械动力学模型,并运用ADAMS与MATLAB/Simulink联合仿真技术控制其运动,验证机器人在倾斜角太阳能板上的运动平稳性。结果表明:所设计的结构能够高效地在倾斜太阳能板上进行日常清洁工作,可为实际物理样机的开发提供可靠依据,对传统设计过程中机械和控制系统不匹配问题提供了一种解决方案。

基于忆阻神经网络的光伏面板清扫机器人PID控制器研究

机器人清扫是光伏面板高效、便捷的清扫方式。文章研究了光伏面板清扫机器人的PID控制器的优化策略。文章基于忆阻器独特的纳米级电路特性,设计了一种新型的突触电路;然后,基于新型的突触电路,构建对应的神经元和神经网络电路,并将忆阻神经网络和光伏面板清扫机器人中的PID控制器相结合,提出一种新型PID控制方法,该方法在一定程度上解决了传统PID控制器体积大、功耗高和相关参数不可调的问题;最后,基于仿真结果验证了文章提出方案的可行性和有效性。

一种光伏清洁机器人的研究与设计

提出一种多吸盘履带式行走方案的光伏清洁机器人。首先通过对光伏清洁机器人的受力分析提出吸附的稳定性条件,然后对光伏清洁机器人运动模块的多吸盘履带行走机构进行方案设计,并用动力学软件进行仿真分析,验证机构方案设计的可行性。制作出清洁机器人的样机,并对样机进行运动功能的实验,结果证明了设计原理和理论分析的正确性。

一种装配式光伏电池板清扫机器人的研制

研究一种针对具有5°~75°倾斜度光伏电池板的清扫机器系统,该系统利用电池板的倾斜度有效解决了行走装置的稳定性问题。采用单直流电机驱动模式,主副行走轮通过蜗轮减速机驱动保持同步运动,降低了制造费用。控制方式采用芯片-继电器方式,通过行程信号控制运动方向和位置,提高了系统的可靠性。系统供电采用自带光伏板充电,解决了系统的动力供应问题。

光伏清洗机器人实时环境构建与路径规划技术的研究

光伏发电的发电效率在很大程度上与电池板的清洁有关,研究具备自动构建环境信息并自主规划路径能力且成本低廉的光伏清洗机器人,具有非常重要的意义和推广前景。提出了针对此种机器人的实时三维环境构建与路径规划算法,并采用履带机器人进行了模拟电站场景下的试验,验证了该算法较好的可行性和鲁棒性。

基于数智油田的便携式智能光伏清洁机器人设计

随着物联网、大数据、人工智能等一系列新技术的突破及应用,数智油田的开发逐渐兴起,数智油田是利用新一代数字化、智能化技术,实现企业全业务、全过程、全方位的数字化转型,不仅涵盖信息技术应用,更注重企业运营发展。文章介绍了光伏清洁机器人的研究现状,并针对当前机器人存在的不足,设计一款便携式智能光伏清洁机器人,介绍了该机器人总体构成、操作方式、工作原理及产品优缺点,并对光伏清洁机器人的实验效果做出评价。

可贴合光伏面板起伏实行自动清扫的光伏组件清洁机器人设计探析

光伏组件清洁机器人能够实现光伏组件的自动清扫。文章结合光伏组件清洁机器人设计项目,从上方传动盒模组、中间行走轮模组、下方控制盒模组、传动杆、万向节联轴器等方面分析了光伏组件清洁机器人的设计要点。项目通过万向节联轴器连接传动杆与中间行走轮模组、上方传动盒模组、下方控制盒模组,实现了柔性驱动,能够根据光伏面板的高低落差自动调节整体结构,贴合光伏面板,实现自动清扫。