一种滚刷盘高压喷水混合式光伏电池板清扫机器人的研究

研究一种滚刷盘-高压喷水混合式光伏电池板清扫机器人,该设计采用以单电动机为核心的一级传动结构带动二级传动结构的模式,减少电动机的使用,从而大大提高经济效益。独特的行走轮辅助轮垂直安装方式,解决了传统清洁机器人在光伏组件上稳定性差的问题。近年来,随着疫情和战争对世界的冲击,各国对传统能源的争夺愈发激烈,为避免出现能源受限的局面,对新能源的开发和利用就变得尤为重要。

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。

光伏清扫机器人运动状态对光伏电池板的影响

某些光伏阵列存在高低差距或由于人工安装出现错差等情况,机器人架设在光伏板上进行作业时,会在光伏板间距处出现跌落等现象,有可能对光伏板边框产生破坏。针对此类情况,根据机器人与光伏板的装配关系,以光伏板2件竖装为参考,分析支撑檩条与光伏板不同装配方式、光伏板不同倾角、不同落差、机器人不同运行速度下以两侧主体为主要承力部件下机器人对光伏组件的影响。分析结果表明:机器人在两端承重条件下,机器人以最高时速417 mm/s运行在组件台阶高度5 cm以下时,不会对光伏组件产生破坏影响,对现有光伏电站大规模应用光伏清扫机器人提供参考。

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。

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%。

全向移动光伏清扫机器人清扫特性分析与优化

针对光伏组件灵活、安全清扫问题,设计一种全向移动式光伏清扫机器人构型,采用四轮差速建模法、轮组电磁制动分析,确定机器人构型的合理性。针对现有移动式清扫方式的局限性,研究新型滚刷除尘、管道吸尘同步清扫方法。通过CFD仿真方法,建立机器人吸尘管道、清扫机构流场仿真模型,完成结构模型的清扫特性分析与结构优化仿真,以及实际清扫效果对比评价试验。试验结果表明:设计的清扫机器人能实现86.5%清扫效率,同时改善了运动制动能力。

智能清扫机器人在屋顶分布式光伏电站中的应用

随着国家“双碳”战略的实施,分布式光伏电站作为集中式光伏电站的有效补充应用形式得到了快速发展。由于分布式光伏电站多建于工厂、园区、车站等建筑的屋顶,在进行光伏组件清洗时面临清洗人员高处坠落风险大、清洗次数多等困难。以某屋顶分布式光伏电站为例,首先对传统人工清洗方式存在的问题进行分析,然后针对这些问题提出利用智能清扫机器人进行清扫的解决方案,并对智能清扫机器人实际应用效果进行验证。研究结果显示:采用智能清扫机器人清扫的光伏阵列的总发电量可提升21.2%,在该提升幅度下,对于5.324 MW的屋顶分布式光伏电站而言,使用智能清扫机器人清扫可比采用人工清洗方式清扫每月多提升63.74万kWh的发电量,每年增加的发电量收益为50.77万元,1~2年即可回收智能清扫机器人的初始投资成本。以期该研究结果为分布式光伏电站提升运维效率、降低运维成本提供参考。

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。

基于北斗通信和AI技术的光伏智能清扫机器人研究与应用

随着全球对可再生能源的关注度不断提高,太阳能光伏产业得到了快速发展。然而,光伏组件的表面污染问题对光伏电站的发电效率和寿命造成了严重影响。为解决这个问题,智能光伏清扫机器人成为一个备受关注的研究方向。文章介绍基于北斗通信和AI技术的光伏智能清扫机器人的理论依据,包括表面污染对光伏组件的影响、智能清扫机器人的工作原理和关键技术等。

光伏组件自动换行清洁机器人设计

针对光伏组件上灰尘降低光伏发电效率、影响光伏组件性能等现状,设计了一种光伏组件自动换行清洁机器人。该机器人包括清扫小车、换行小车、行走及换行轨道、锁紧装置及远程无线控制系统,清扫小车采用皮带刷上下清扫方式,换行小车负责运输清扫小车实现自动换行清扫。控制系统以ARM芯片MKW01Z128为主控芯片,清扫小车与换行小车之间可进行RF无线通信。样机现场试验表明:该清洁机器人清扫效率高、清扫效果良好,可以实现自动换行清扫、远程控制等功能,适用于大规模地面光伏电站。

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。

挂板式光伏清扫机器人动力学建模与控制

随着光伏技术发展,光伏电站规模的扩大,不少光伏电站开始利用清扫机器人取代工人来进行光伏面板的清扫,挂板式光伏清扫机器人结构简单,工作效率高,可适用于绝大多数场合,是现在较为常见的一类光清扫机器人,但挂板式光伏清扫机器人运行过程中容易会出现上下驱动无法保持同步导致机器人发生偏摆,严重情况下机器人与光伏板间的相会作用力可能会造成零部件损坏甚至机器人从光伏板上掉落,存在较大安全隐患。为了解决这个问题,采用机理建模的方式对挂板式光伏清扫机器人进行研究。基于对上端悬挂装置的弹性形变分析,给出机器人平移和旋转运动的完整描述,并建立了挂板式光伏清洁机器人动力学模型。通过研究机器人与光伏板间力和运动关系,提出了一种基于线性二次型调节器(LQR)的控制方案,以保证机器人的上下端协同运动,抑制偏摆问题,避免机器人卡死的情况发生。仿真结果表明,设计的线性二次型调节器能够快速纠正挂板式光伏清扫机器人的偏摆,具有良好的稳定性,保证机器人平稳运行,为挂板式光伏清扫机器人的控制系统设计提供了理论基础。

光伏板清扫机器人行走机构的设计与模态分析

光伏板清扫机器人可以用于清扫倾角较小的光伏板阵列,行走机构是光伏板清扫机器人的重要传动部件。对行走同步带、同步带传动机构、辅助支撑轮机构、支撑架进行设计,并通过ANSYS Workbench软件对行走机构的关键部件支撑架进行模态分析,得到固有频率和振型,为避开共振区和结构优化提供理论依据。由模态振型可知,支撑架主要变形产生于主动轮支架及从动轮支架的边缘处。在主动轮支架及从动轮支架的外侧增加紧定螺钉与轴端挡圈,可以减小振动变形。

光伏智能清扫机器人在高寒地区应用探索

为了解决光伏组件表面积灰问题,根据光伏电站的安装规格与数学模型,设计智能清扫机器人,利用直流减速电机驱动,结构简单且合理。通过设计光伏电站,设计的机器人能够应用在高寒地区进行自主清扫,清扫的覆盖率为100%,且不会对光伏组件表面造成影响,提升了整体的清洁度,增加了清扫区的发电量。

基于改进导航圆算法的光伏阵列清扫机器人路径跟踪控制

为解决光伏阵列清扫机器人行进时易受组件间边框和光滑组件表面的影响,出现偏移原轨迹的问题,首先给出针对光伏阵列清扫机器人的运动学模型和超宽带定位系统,之后通过仿真分析原导航圆算法机器人调节距离较长的问题,提出一种基于改进导航圆算法的光伏阵列清扫机器人路径跟踪算法,对原导航圆算法的纠偏角重新修正,然后对修正后的纠偏角进行调节,直至机器人回到目标路径上。试验结果表明,该控制方法相对于原导航圆算法,调节距离缩减50%以上,有效地提升了调整效率。

一种新型光伏电池板清洁机器人设计

针对现有光伏电池板清洁机器人存在的可靠性低、成本较高和维护不便等不足,设计了一种新型光伏电池板清洁机器人。该清洁机器人具有自动化程度高、清洁效果好、维护成本低等优势。

沙漠光伏电池板清洗机器人的路径规划研究和设计

沙漠光伏电池板清洗机器人的路径规划主要是研究和设计人工智能技术在各种环境下的自主推理、规划和控制的能力。文章针对沙漠光伏电池板清洗机器人的路径规划进行设计,引入人工神经网络的结构描述环境约束和计算碰撞能量函数,以定义的碰撞能量函数和路径点距离函数之和为目标优化函数。通过BP神经网络、人工势场法、模拟退火算法及建模,确定沙漠光伏电池板清洗机器人路径规划的最佳方案为模糊人工势场路径规划法。该方法能够使移动清洗机器人路径趋向于最佳规划路径,在复杂路况下仍旧保持平稳运行,同时可以及时、安全、高效地清洗太阳能光伏板。

光伏组件自动清扫机器人系统设计与研究

光伏组件表面积灰问题严重影响光伏电站发电效率,且积灰清洁困难,为实现光伏组件表面积灰的自动化清洁,设计研究了一种光伏组件自动清扫机器人系统。该系统包括清扫小车、摆渡车和光储无线充电系统。清扫小车为直列挂壁式结构,采用螺旋辊刷的无水清洁方式,边行走边清扫;摆渡车通过换行轨道运载清扫小车,并通过自动调节机构将清扫小车与各排光伏组件准确对齐;光储无线充电系统采集存储光伏组件电能,通过无线充电设备对摆渡车和清扫小车电池充电。机器人控制系统以STM32F103RCT6芯片为主控芯片,清扫小车与摆渡车之间通过2.4 GB无线信号进行通信。样机试验表明:该清扫机器人系统运行稳定、清扫效果良好,可实现对多排光伏组件的自动换行清扫。