一种除草车用太阳自动追踪发电云台制造技术

本实用新型专利技术涉及一种太阳能发电云台，特别涉及一种除草车用太阳自动追踪发电云台，主要由机械部分和电控部分组成，机械部分包括水平旋转机构，俯仰机构和折展机构；电控部分包括主控制器、步进电机驱动器、稳压电源模块、电流检测传感器和9轴姿态传感器。与现有技术相比，本实用新型专利技术是一种新型的、高效率的、可折展的车载太阳自动追踪发电云台机构。本太阳自动追踪发电云台机构通过追踪太阳位置使云台上的太阳能板的发电能力基本保持在最大状态，发电量可提高35％‑40％，在中小型除草车上可以实现除草车的长时间续航工作。

【技术实现步骤摘要】
一种除草车用太阳自动追踪发电云台
本技术涉及一种太阳能发电云台，特别涉及一种除草车用太阳自动追踪发电云台。
技术介绍
随着工业和科技的快速发展，化石能源的枯竭速度在不断加快。太阳能作为一种新型能源，具有量大、清洁、安全、取之不尽用之不竭的特点，已经成为各国长期发展的主要战略资源。近年来，在国家政策的支持下，光伏发电的应用开始扩展到各行各业。除草车作为一种长期处于太阳下工作的机器非常适合引入光伏发电系统来提高其续航能力。目前，国内外已经有几款加装了光伏发电系统的除草机器人成功量产，这几款除草机器人都采用将太阳能板固结在车体表面，特别是水平固结在车体上方的方案。然而，由于现阶段太阳能板的发电效率不高以及太阳照射不充分，除草车车体的体积与发电功率之间产生明显矛盾。若需要满足相对足够的发电量，车体就不得不做得宽大，以增设更多太阳能板；若希望车体结构紧凑，光伏发电系统的发电量对车体供电效果就杯水车薪。传统的改进方案一般是将太阳能板进行分层分布，这种方案结构简单，可以一定程度上增加太阳能板的发电面积，但是如想大幅提高，就必须大幅增加层叠数，由于每层之间的间距是有最低限制的，所以车体的高度也会大大增加。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种除草车用太阳自动追踪发电云台，以改善现有的除草车采用的固定式太阳能发电系统的发电效率不高，车体结构太大等问题。为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：一种除草车用太阳自动追踪发电云台机构，主要由机械部分和电控部分组成，机械部分包括水平旋转机构，俯仰机构和折展机构。水平旋转机构包括云台底架、下转盘总成、上转盘总成和圆锥滚子轴承，下转盘总成包括下转盘、第一齿轮和导电滑环，第一齿轮和导电滑环固结在下转盘上，上转盘总成包括水平步进电机、第二齿轮、上转盘和导电滑环同轴固定架，水平步进电机和导电滑环同轴固定架都固结在上转盘上，第二齿轮固定在水平步进电机的输出轴上，云台底架与下转盘总成固结，下转盘总成与圆锥滚子轴承的内孔过盈配合，上转盘总成与圆锥滚子轴承的外圆过盈配合，第一齿轮和第二齿轮为直齿轮，两者相互啮合，构成行星齿轮传动机构，水平步进电机旋转时即可带动上转盘及其以上相连部分旋转，导电滑环同轴固定架的长轴一端与导电滑环内孔的滑环过盈配合，带动滑环端的输出电线与上转盘总成一起旋转，实现云台无限制水平旋转而不拉扯电线。俯仰机构包括俯仰步进电机总成、俯仰蜗轮轴总成、俯仰步进电机固定架、俯仰侧向固定架和云台控制板，云台控制板固定在俯仰步进电机固定架上，两块俯仰侧向固定架分别在两侧与俯仰步进电机固定架固定连接，俯仰蜗轮轴总成经过轴承固定在俯仰侧向固定架，两块俯仰侧向固定架分别与水平旋转机构的上转盘相固结，俯仰步进电机总成包括俯仰步进电机和蜗杆1，俯仰步进电机固定在俯仰步进电机固定架上，蜗杆1固定在俯仰步进电机输出轴上，俯仰蜗轮轴总成包括俯仰蜗轮轴、蜗轮1和两个同步轮1，蜗轮1和两个同步轮1-1共同固结在俯仰蜗轮轴，蜗轮1与蜗杆1啮合传动实现俯仰步进电机的大传动比减速和云台俯仰的自锁功能，俯仰机构与折展机构通过同步轮同步带啮合传动控制折展机构的俯仰姿态。折展机构包括折展基架总成、一级折展总成、二级折展总成、三级折展总成，折展基架总成包括折展基架总成支架、折展双出轴步进电机。折展基架总成支架分别与两块俯仰侧向固定架连接形成转动副，折展基架总成支架中段固结的转动轴与两块俯仰侧向固定架的上部通孔轴承内孔组成转动副，实现折展基架总成(折展机构)与俯仰侧向固定架(俯仰机构)之间的铰接连接，达到俯仰机构支撑折展基架总成(折展机构)的效果，同时折展基架总成支架中段转动轴上固结的两个同步轮1-2与俯仰机构的两个同步轮1-1组成同步轮同步带传动，实现俯仰步进电机控制折展机构的俯仰运动。折展双出轴步进电机固定在折展基架总成支架上，折展双出轴步进电机输出轴的两端是通过旋向相反的蜗轮蜗杆传动和同步带同步轮传动连接到一级折展总成，折展基架总成支架、一级折展总成、二级折展总成和三级折展总成通过转动副依次铰接连接。一级折展总成、二级折展总成和三级折展总成构成Z型折展机构，通过两级行星同步轮传动机构，实现单一电机控制整个机构的折叠和展开状态，其中，第一级行星同步轮传动的传动比为1：2，这级传动可以控制一级折展总成在折展方向上姿态变化时，二级折展总成相对于一级折展总成的姿态变化角度为一级折展总成的姿态变化角度的-2倍，即一级折展总成从竖直姿态向展开方向逆时针转动90°时，二级折展总成就会相对一级折展总成顺时针转动180°，此时一、二级折展总成在折展方向同步达到平直姿态；第二级行星同步轮传动的传动比为1：1，这级传动可以控制二级折展总成在折展方向上姿态变化时，三级折展总成相对于二级折展总成的姿态变化角度为二级折展总成的姿态变化角度的-1倍，即二级折展总成从竖直姿态向展开方向顺时针转动180°时，三级折展总成就会相对二级折展总成逆时针转动180°，两级行星同步轮传动能够使一、二、三级折展总成在折展方向同步达到平直姿态，实现单一驱动的折展功能。各级折展总成上设置有太阳能板，太阳能板可根据实际需要进行配置；随着折展机构展开，吸收太阳能为除草车提供电源。电控部分包括主控制器、步进电机驱动器、稳压电源模块、电流检测传感器和9轴姿态传感器，所述主控制器、步进电机驱动器、稳压电源模块和电流检测传感器均安装在云台控制板上，主控制器控制机械部分和电控部分运行，太阳能板电力输出端和稳压电源模块、电流检测传感器连接，分别用于发电稳压输出和电流检测，稳压电源模块输出端与步进电机驱动器连接，步进电机驱动器用于控制三个步进电机，9轴姿态传感器安装在一级折展总成上，用于测量云台的折展部分的折展姿态，提高折展精度。太阳能板的电力输出先连接到第1个稳压电源模块的输入端将电压稳压到5V，其次第1个稳压电源模块的输出端再连接到电流检测传感器的测量输入端和电源端，电流检测传感器的测量输出端连接到剩余的主控制器电源端、9轴姿态传感器电源端和第2个稳压电源模块的输入端，第2个稳压电源模块将5V电压升压到20V后，其输出端连接到步进电机驱动器的电源端和云台的电力输出端。稳压电源模块用于发电稳压输出，主控制器和步进电机驱动器用于分别控制云台上的水平步进电机、俯仰步进电机和折展步进电机，电流检测传感器用于测量太阳能板的发电电流得出发电功率，然后反馈给主控制器调节云台姿态来达到最大发电功率，9轴姿态传感器用于测量云台的折展机构的折展姿态(状态)。工作时，折展步进电机启动，折展机构展开，然后俯仰步进电机启动，控制折展机构的太阳能板法线与水平面夹角为45°，水平步进电机启动，水平旋转机构旋转一周，根据电流反馈得到水平方向最大发电位置，水平旋转机构转向最大发电位置，接着俯仰步进电机再次启动使太阳能板法线在俯仰范围内移动，根据电流反馈得到俯仰方向最大发电位置，俯仰机构转向最大发电位置。在后续的整车移动过程中，通过9轴姿态传感器反馈调整水平旋转步进电机，俯仰步进电机控制量使云台保持最大发电状态。进一步地，在折展机构的折展基架总成中，所述蜗轮轴机构包含蜗轮2、蜗杆2、折展涡轮轴，同步轮2-1、同步轮3-1，折展双出轴步进电机的两端输出轴与蜗杆2连接，两端的蜗杆2旋转方向相反，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种除草车用太阳自动追踪发电云台机构，其特征在于，主要由机械部分和电控部分组成，机械部分包括水平旋转机构，俯仰机构和折展机构；水平旋转机构包括云台底架、下转盘总成、上转盘总成和圆锥滚子轴承，下转盘总成包括下转盘、第一齿轮和导电滑环，第一齿轮和导电滑环固结在下转盘上，上转盘总成包括水平步进电机、第二齿轮、上转盘和导电滑环同轴固定架，水平步进电机和导电滑环同轴固定架都固结在上转盘上，第二齿轮固定在水平步进电机的输出轴上，云台底架与下转盘总成固结，下转盘总成与圆锥滚子轴承的内孔过盈配合，上转盘总成与圆锥滚子轴承的外圆过盈配合，第一齿轮和第二齿轮啮合，构成行星齿轮传动机构，导电滑环同轴固定架的长轴一端与导电滑环内孔的滑环过盈配合；俯仰机构包括俯仰步进电机总成、俯仰蜗轮轴总成、俯仰步进电机固定架、俯仰侧向固定架和云台控制板，云台控制板固定在俯仰步进电机固定架上，两块俯仰侧向固定架分别在两侧与俯仰步进电机固定架固定连接，俯仰蜗轮轴总成经过轴承固定在俯仰侧向固定架，两块俯仰侧向固定架分别与水平旋转机构的上转盘相固结，俯仰步进电机总成包括俯仰步进电机和蜗杆1，俯仰步进电机固定在俯仰步进电机固定架上，蜗杆1固定在俯仰步进电机输出轴上，俯仰蜗轮轴总成包括俯仰蜗轮轴、蜗轮1和两个同步轮1‑1，蜗轮1和两个同步轮1‑1共同固结在俯仰蜗轮轴，蜗轮1与蜗杆1啮合传动；俯仰机构与折展机构通过同步轮同步带啮合传动控制折展机构的俯仰姿态；折展机构包括折展基架总成、一级折展总成、二级折展总成、三级折展总成，折展基架总成包括折展基架总成支架、折展双出轴步进电机，折展基架总成支架分别与两块俯仰侧向固定架连接形成转动副，折展双出轴步进电机固定在折展基架总成支架上，折展双出轴步进电机输出轴的两端是通过蜗轮蜗杆传动和同步带同步轮传动连接到一级折展总成，折展基架总成支架、一级折展总成、二级折展总成和三级折展总成通过转动副依次铰接连接，一级折展总成、二级折展总成和三级折展总成构成Z型折展机构，通过两级行星同步轮传动机构，实现一个电机控制整个折展机构的折叠和展开状态，其中，第一级行星同步轮传动的传动比为1：2，第二级行星同步轮传动的传动比为1：1，两级行星同步轮传动能够使一、二、三级折展总成在折展方向同步达到平直姿态，实现单一驱动的折展功能；各级折展总成上设置有太阳能板；电控部分包括主控制器、步进电机驱动器、稳压电源模块、电流检测传感器和9轴姿态传感器，所述主控制器、步进电机驱动器、稳压电源模块和电流检测传感器均安装在云台控制板上，主控制器控制机械部分和电控部分运行，太阳能板电力输出端和稳压电源模块、电流检测传感器连接，分别用于发电稳压输出和电流检测，稳压电源模块输出端与步进电机驱动器连接，9轴姿态传感器安装在一级折展总成上。...

【技术特征摘要】
1.一种除草车用太阳自动追踪发电云台机构，其特征在于，主要由机械部分和电控部分组成，机械部分包括水平旋转机构，俯仰机构和折展机构；水平旋转机构包括云台底架、下转盘总成、上转盘总成和圆锥滚子轴承，下转盘总成包括下转盘、第一齿轮和导电滑环，第一齿轮和导电滑环固结在下转盘上，上转盘总成包括水平步进电机、第二齿轮、上转盘和导电滑环同轴固定架，水平步进电机和导电滑环同轴固定架都固结在上转盘上，第二齿轮固定在水平步进电机的输出轴上，云台底架与下转盘总成固结，下转盘总成与圆锥滚子轴承的内孔过盈配合，上转盘总成与圆锥滚子轴承的外圆过盈配合，第一齿轮和第二齿轮啮合，构成行星齿轮传动机构，导电滑环同轴固定架的长轴一端与导电滑环内孔的滑环过盈配合；俯仰机构包括俯仰步进电机总成、俯仰蜗轮轴总成、俯仰步进电机固定架、俯仰侧向固定架和云台控制板，云台控制板固定在俯仰步进电机固定架上，两块俯仰侧向固定架分别在两侧与俯仰步进电机固定架固定连接，俯仰蜗轮轴总成经过轴承固定在俯仰侧向固定架，两块俯仰侧向固定架分别与水平旋转机构的上转盘相固结，俯仰步进电机总成包括俯仰步进电机和蜗杆1，俯仰步进电机固定在俯仰步进电机固定架上，蜗杆1固定在俯仰步进电机输出轴上，俯仰蜗轮轴总成包括俯仰蜗轮轴、蜗轮1和两个同步轮1-1，蜗轮1和两个同步轮1-1共同固结在俯仰蜗轮轴，蜗轮1与蜗杆1啮合传动；俯仰机构与折展机构通过同步轮同步带啮合传动控制折展机构的俯仰姿态；折展机构包括折展基架总成、一级折展总成、二级折展总成、三级折展总成，折展基架总成包括折展基架总成支架、折展双出轴步进电机，折展基架总成支架分别与两块俯仰侧向固定架连接形成转动副，折展双出轴步进电机固定在折展基架总成支架上，折展双出轴步进电机输出轴的两端是通过蜗轮蜗杆传动和同步带同步轮传动连接到一级折展总成，折展基架总成支架、一级折展总成、二级折展总成和三级折展总成通过转动副依次铰接连接，一级折展总成、二级折展总成和三级折展总成构成Z型折展机构，通过两级行星同步轮传动机构，实现一个电机控制整个折展机构的折叠和展开状态，其中，第一级行星同步轮传动的传动比为1：2，第二级行星同步轮传动的传动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴伟，邓志华，梁健成，谢凌望，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：新型
国别省市：广东,44