一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法技术

本发明专利技术公开了一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，所述自动运维控制方法依次包括5个环节：信息获取环节、运动方式集合获取环节、动作切换控制与轨迹调整环节、边界检测与缝隙过滤环节以及电机控制环节，能够实现对屋顶分布式光伏电站的自动灰尘清洁；机器人为履带式移动机器人，车身前侧配备了滚刷清洗装置；针对屋顶分布式电站，即矩形阵列、组件间缝隙为2到3cm，提出了一种折返式机器人自动控制策略，其中包括动作的切换控制；对阵列边界的检测，从而防止机器人跌落；同时也可对组件间缝隙的进行判断与过滤，从而减少机器人对阵列边界的误判断。本发明专利技术的有益效果是：能够实现对屋顶分布式光伏电站的自动灰尘清洁，提高运维效率。

An Automatic Operation and Maintenance Control Method for Photovoltaic Module Clean Robot

【技术实现步骤摘要】
一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法。
技术介绍
光伏组件表面灰尘的清理是光伏系统运维的重要工作，以往的清洁方式大多为人工擦拭，人工成本较高，效率低下，此外，对于安装在屋顶上的分布式光伏阵列，人工擦拭的运维方式会带来一定的安全隐患，因此国内外研究机构已展开了光伏组件清洁机器人的研究，然而现有机器人大多依赖轨道，或依靠组件自身边缘作为轨道，这使得机器人灵活性较低，适用于组件尺寸较为统一的光伏阵列；此外现有大多数机器人仍绕采用人工遥控的方式进行清洁，效率较低，并会给操作人员带来一定的安全隐患。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，通过以履带式移动机器人为目标机器人，实现对屋顶分布式光伏电站的自动灰尘清洁，提高运维效率。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，所述运维控制方法基于的机器人为一种履带式移动机器人，在所述机器人的车身前侧设置有滚刷清洁装置，所述机器人的硬件控制系统包括电机驱动模块、边缘信号检测单元、姿态信号检测单元以及一个基于超宽带的机器人定位系统，通过给所述机器人的主控处理器编写自动运维控制程序，实现对屋顶分布式光伏电站的自动灰尘清洁；所述自动运维控制方法依次包括5个环节，即5个步骤，具体如下：步骤一、信息获取环节，获取所述机器人硬件控制系统所采集到相关外部信号，所述相关外部信号包括布置在机器人车体周边的6个接近开关输入信号、偏航角Yaw以及所述机器人在定位数据获取单元中的位置坐标(x,y)；所述6个接近开关输入信号分别为J1、J2、J3、J4、J5、J6，1代表接近状态，0代表远离状态；步骤二、运动方式集合获取环节，根据当前采集到的接近开关状态确定车身能够执行的所有运动方式，所述所有运动方式包括前进、后退、顺时针旋转、逆时针旋转，得到车身能够执行的运动方式集合M，运动方式集合获取环节为后续阵列边界的检测提供依据，防止机器人因出界而从光伏组件上跌落；步骤三、动作切换控制与轨迹调整环节，用于实现所述机器人的折返式行走轨迹，并通过定位数据获取单元提供的定位数据来调整机器人行走轨迹，防止机器人因打滑而偏离期望路径，所述动作切换控制与轨迹调整环节将输出当前车身预期运动方式M_Body和滚刷预期运动方式M_Brush；步骤四、边界检测与缝隙过滤环节，利用了所述运动方式集合获取环节中得到的运动方式集合M，并采用了延时判断的方法实现阵列边界的检测，于此同时过滤掉了光伏组件间缝隙对行走的干扰，实现了机器人对边界的检测，防止机器人从光伏组件上跌落；所述步骤四将更新车身运动方式M_Body和滚刷运动方式M_Brush；需要说明的是：车身预期运动方式M_Body和滚刷预期运动方式M_Brush都是步骤三输出的，但它们不是最终确定的运动方式，因为它们可能会在步骤四中被更新，它们的值始终保存在变量M_Body和M_Brush中；步骤五、电机控制环节，根据所述步骤四中最终更新的车身运动方式M_Body与滚刷运动方式M_Brush，确定两个行走电机和一个滚刷电机的转向与速度；另，通过PID调控算法实现对机器人在前进过程中对目标偏航角的跟踪以及实现固定角度的旋转操作；并控制处理器相应的电机控制端口的输出；最终完成一次自动运维控制策略程序的一个循环，处理器通过不断执行所述循环，实现机器人的自动运维功能。上述的一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，所述运动方式集合获取环节通过分析接近开关状态获取机器人能够执行的所有运动方式，这些运动方式构成了运动方式集合M，所述集合M中能够出现的元素包括0停止、1前进、2后退、3顺时针旋转、4逆时针旋转；确定所述集合M的流程如下：当前接近开关状态满足执行某运动的条件时，集合M便会添加与之对应的元素，对于前进运动，接近开关状态满足(J1|J2)&J3&J4＝1时，集合M便添加元素1；对于后退运动，接近开关状态满足(J3|J4)&J5&J6＝1，或J1&J3&J4&J6&(！J2&！J5)＝1，或J2&J3&J4&J5&(！J1&！J6)＝1时，集合M便添加元素2；对于顺时针旋转动作，接近开关状态满足J3&J4&J6＝1时，集合M便添加元素3；同理，对于逆时针旋转动作，接近开关状态满足J3&J4&J5＝1时，集合M便添加元素4；最终集合M中包含了机器人当前能够执行的所有运动方式。上述的一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，所述边界检测与缝隙过滤环节中需要的输入参数为所述步骤三中确定的车身期望运动方式M_Body、滚刷期望运动方式M_Brush、以及运动方式集合M；所述延时判断法为：当接近开关状态无法满足执行预期运动方式的时，能够保持预期运行方式减速运行短暂的一段延时时间，若存在缝隙，机器人在所述一段延时时间内跨越缝隙，此后接近开关的状态将再次满足预期运动方式，从而恢复原来的速度继续行走；若延时结束时接近开关状态仍然不能满足其运动的条件，则认为已经到达边界；所述预期运动方式包括车身期望运动方式M_Body和滚刷期望运动方式M_Brush。上述的一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，所述延时判断法具体实现的步骤是：当预期的运动方式属于集合M时，则说明当前运动方式能够执行，在此情况下若预期的运动方式不为停止，则认为机器人不处于阵列边界，即IsEdge＝0，之后关闭延时定时器，恢复一开始获得的电机速度档位，接着便进入电机控制环节；若预期的运动方式不属于集合M时，若当前还没有检测到边缘，便开启延时定时器，并且调整行走电机的速度档位为第一档，所述第一档为速度最低的一档；之后判断定时器是否溢出，若定时器没有溢出，则说明此时还处于延时状态，行走状态将不会改变；若溢出则说明此时已经到达边界，即IsEdge＝1，机器人车身与滚刷都将停止运行，接着进入电机控制环节。上述的一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，所述步骤三中的动作切换控制与轨迹调整环节包括动作切换子流程以及基于定位数据获取单元的轨迹调整子流程；所述动作切换子流程控制机器人在光伏组件上实现折返式行走路径，所述折返式行走路径中一个折返循环中包括10个动作：先是启动并前进，即Motion＝1；当前进至阵列右边界后，后退至滚刷进入区域，即Motion＝2；当滚刷进入区域后，逆时针旋转90度，即Motion＝3，逆时针旋转时控制左皮带轮不转，因此旋转中心为左皮带轮中心点；完成逆时针旋转后，再逆时针旋转90度，即Motion＝4，此时机器人已向上挪动了一定距离；之后后退至车尾出边界，即Motion＝5；当车尾出阵列边界后，再一次前进，即Motion＝6；当前进至阵列左边界后，后退至滚刷进入区域，即Motion＝7；当滚刷进入区域后，顺时针旋转90度，即Motion＝8，顺时针旋转时控制右皮带轮不转，因此旋转中心为右皮带轮中心点；完成顺时针旋转后，再顺时针旋转90度，即Motion＝9，此时机器人又向上挪动了一定距离；之后后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，其特征在于：所述运维控制方法基于的机器人为一种履带式移动机器人，在所述机器人的车身前侧设置有滚刷清洁装置，通过给所述机器人的主控处理器编写自动运维控制程序，实现对屋顶分布式光伏电站的自动灰尘清洁；所述自动运维控制方法依次包括5个环节，即5个步骤，具体如下：步骤一、信息获取环节，获取所述机器人硬件控制系统所采集到相关外部信号，所述相关外部信号包括布置在机器人车体周边的6个接近开关输入信号、偏航角Yaw以及所述机器人在定位数据获取单元中的位置坐标(x,y)；所述6个接近开关输入信号分别为J1、J2、J3、J4、J5、J6，1代表接近状态，0代表远离状态；步骤二、运动方式集合获取环节，根据当前采集到的接近开关状态确定车身能够执行的所有运动方式，所述所有运动方式包括前进、后退、顺时针旋转、逆时针旋转，得到车身能够执行的运动方式集合M，运动方式集合获取环节为后续阵列边界的检测提供依据，防止机器人因出界而从光伏组件上跌落；步骤三、动作切换控制与轨迹调整环节，用于实现所述机器人的折返式行走轨迹，并通过定位数据获取单元提供的定位数据来调整机器人行走轨迹，防止机器人因打滑而偏离期望路径，所述动作切换控制与轨迹调整环节将输出当前车身预期运动方式M_Body和滚刷预期运动方式M_Brush；步骤四、边界检测与缝隙过滤环节，利用了所述运动方式集合获取环节中得到的运动方式集合M，并采用了延时判断的方法实现阵列边界的检测，于此同时过滤掉了光伏组件间缝隙对行走的干扰，实现了机器人对边界的检测，防止机器人从光伏组件上跌落；所述步骤四将更新车身运动方式M_Body和滚刷运动方式M_Brush；步骤五、电机控制环节，根据所述步骤四中最终更新的车身运动方式M_Body与滚刷运动方式M_Brush，确定两个行走电机和一个滚刷电机的转向与速度；另，通过PID调控算法实现对机器人在前进过程中对目标偏航角的跟踪以及实现固定角度的旋转操作；并控制处理器相应的电机控制端口的输出；最终完成一次自动运维控制策略程序的一个循环，处理器通过不断执行所述循环，实现机器人的自动运维功能。...

【技术特征摘要】
1.一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，其特征在于：所述运维控制方法基于的机器人为一种履带式移动机器人，在所述机器人的车身前侧设置有滚刷清洁装置，通过给所述机器人的主控处理器编写自动运维控制程序，实现对屋顶分布式光伏电站的自动灰尘清洁；所述自动运维控制方法依次包括5个环节，即5个步骤，具体如下：步骤一、信息获取环节，获取所述机器人硬件控制系统所采集到相关外部信号，所述相关外部信号包括布置在机器人车体周边的6个接近开关输入信号、偏航角Yaw以及所述机器人在定位数据获取单元中的位置坐标(x,y)；所述6个接近开关输入信号分别为J1、J2、J3、J4、J5、J6，1代表接近状态，0代表远离状态；步骤二、运动方式集合获取环节，根据当前采集到的接近开关状态确定车身能够执行的所有运动方式，所述所有运动方式包括前进、后退、顺时针旋转、逆时针旋转，得到车身能够执行的运动方式集合M，运动方式集合获取环节为后续阵列边界的检测提供依据，防止机器人因出界而从光伏组件上跌落；步骤三、动作切换控制与轨迹调整环节，用于实现所述机器人的折返式行走轨迹，并通过定位数据获取单元提供的定位数据来调整机器人行走轨迹，防止机器人因打滑而偏离期望路径，所述动作切换控制与轨迹调整环节将输出当前车身预期运动方式M_Body和滚刷预期运动方式M_Brush；步骤四、边界检测与缝隙过滤环节，利用了所述运动方式集合获取环节中得到的运动方式集合M，并采用了延时判断的方法实现阵列边界的检测，于此同时过滤掉了光伏组件间缝隙对行走的干扰，实现了机器人对边界的检测，防止机器人从光伏组件上跌落；所述步骤四将更新车身运动方式M_Body和滚刷运动方式M_Brush；步骤五、电机控制环节，根据所述步骤四中最终更新的车身运动方式M_Body与滚刷运动方式M_Brush，确定两个行走电机和一个滚刷电机的转向与速度；另，通过PID调控算法实现对机器人在前进过程中对目标偏航角的跟踪以及实现固定角度的旋转操作；并控制处理器相应的电机控制端口的输出；最终完成一次自动运维控制策略程序的一个循环，处理器通过不断执行所述循环，实现机器人的自动运维功能。2.根据权利要求1所述的一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，其特征在于：所述运动方式集合获取环节通过分析接近开关状态获取机器人能够执行的所有运动方式，这些运动方式构成了运动方式集合M，所述集合M中能够出现的元素包括0停止、1前进、2后退、3顺时针旋转、4逆时针旋转；确定所述集合M的流程如下：当前接近开关状态满足执行某运动的条件时，集合M便会添加与之对应的元素，对于前进运动，接近开关状态满足(J1|J2)&J3&J4＝1时，集合M便添加元素1；对于后退运动，接近开关状态满足(J3|J4)&J5&J6＝1，或J1&J3&J4&J6&(！J2&！J5)＝1，或J2&J3&J4&J5&(！J1&！J6)＝1时，集合M便添加元素2；对于顺时针旋转动作，接近开关状态满足J3&J4&J6＝1时，集合M便添加元素3；同理，对于逆时针旋转动作，接近开关状态满足J3&J4&J5＝1时，集合M便添加元素4；最终集合M中包含了机器人当前能够执行的所有运动方式。3.根据权利要求1或2所述的一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，其特征在于：所述边界检测与缝隙过滤环节中需要的输入参数为所述步骤三中确定的车身期望运动方式M_Body、滚刷期望运动方式M_Brush、以及运动方式集合M；所述延时判断法为：当接近开关状态无法满足执行预期运动方式的时，能够保持预期运行方式减速运行短暂的一段延时时间，若存在缝隙，机器人在所述一段延时时间内跨越缝隙，此后接近开关的状态将再次满足预期运动方式，从而恢复原来的速度继续行走；若延时结束时接近开关状态仍然不能满足其运动的条件，则认为已经到达边界；所述预期运动方式包括车身期望运动方式M_Body和滚刷期望运动方式M_Brush。4.根据权利要求3所述的一种光伏组件清洁机器人自动运维控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁坤，李元良，于洽，陈富东，陈翔，翁帅，王立，吴佳兵，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32