一种光伏清扫机器人的三轴传感器姿态调整方法技术

本发明专利技术适用于光伏清扫机器人技术领域，提供了一种光伏清扫机器人的三轴传感器姿态调整方法，包括将光伏清扫机器人的上下两侧行走轮分别设置两个电机进行独立运行，两个电机分别由控制器的两路电机驱动进行控制，并且电机的速度可调，电机的调速由控制器的内部软件算法实现；光伏清扫机器人上增加角度传感器，以用于测量到角度变化并将能将其测量数据进行传输；本发明专利技术能够在光伏清扫机器人在光伏组件上发生角度倾斜时通过控制两个电机的转速达到纠正清扫机器人姿态的效果，从而提高设备稳定性、降低设备故障，并减少发生倾斜时对光伏电站的发电影响，提升了机器人的使用寿命、降低运维频率。低运维频率。低运维频率。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏清扫机器人的三轴传感器姿态调整方法


[0001]本专利技术属于光伏清扫机器人
，尤其涉及一种光伏清扫机器人的三轴传感器姿态调整方法。

技术介绍

[0002]光伏清扫机器人是基于ARM控制器的光伏清扫设备。主要结构包括：电机驱动、毛刷、嵌入式控制系统、太阳能发电系统等。正常工作的时候设备放在组件表面，上中下行走轮通过刚性同步连接，并沿着组件边框运行，毛刷电机带动毛刷滚动清除组件表面灰尘。
[0003]理想情况下，机器人沿着组件直线运行，但实际中光伏组并非件排列整齐，会存在上下错位、表面凸起等情况，这样会导致机器人在运行中局部受阻进而引起设备倾斜，倾斜严重时或引起打滑、卡阻等，如图3及图4是清扫机器人运行中可能遇到的情形，因此设计一种光伏清扫机器人的三轴传感器姿态调整方法来解决这种问题很有必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种光伏清扫机器人的三轴传感器姿态调整方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种光伏清扫机器人的三轴传感器姿态调整方法，包括如下步骤：
[0006]S1，传统机器人上中下行走轮通过齿轮、链条、皮带或者传动杆硬性连接以保证同步性，但在本方法中，需将光伏清扫机器人的上下两侧行走轮分别设置两个电机进行独立运行，两个电机分别由控制器的两路电机驱动进行控制，并且电机的速度可调，电机的调速由控制器的内部软件算法实现；
[0007]S2，在光伏清扫机器人上增加角度传感器，以用于测量到角度变化并将能将其测量数据进行传输，该传感器直接输出的原始数据就是角度数据，是可以被我们直接使用的数据；
[0008]S3，数据采集完成之后需要对数据进行处理，数据处理主要是通过滤波手段进行处理，由于在传感器的运行过程中会存在着振动和电磁干扰等问题，因此需要对角度传感器所传输的数据使用卡尔曼滤波对系统下一步的走向做出有根据的预测，首先建立模型，使用一个三轴的陀螺仪，虽然使用的时候是使用一轴的数据，但是做滤波的时候仍然采用三轴一起做滤波算法，且默认三轴数据在噪声环境下完全遵循高斯正态分布，三轴的数据需要建立一个1
×
3的矩阵，并引入协方差矩阵，表示前后采集的数据的相关度，以确定数据在噪声情况下的当前真实可信数值，卡尔曼滤波的最优估计α
k
和协方差矩阵P
k
，其中x、y、z分别代表三轴的实测数据，其公式如下：
[0009][0010]当前状态(k
‑
1时刻)来预测下一状态(k时刻)，此时无法知道对下一状态的所有预测中哪个是“真实”的，但预测函数并不在乎，它对所有的可能性进行预测，给出新的高斯分布，并给出最终的卡尔曼滤波公式：
[0011][0012]H
k
P
k
'H
kT
＝H
k
P
k
'H
k
‑
KH
k
P
k
'H
kT
[0013]上述式中，H
k
为状态矩阵，K为卡尔曼增益，将上述公式的左右两边都乘以状态矩阵的逆矩阵得到；
[0014][0015]P
k
'＝P
k
‑
K'H
k
P
k
[0016]K'＝P
k
H
kT
(H
k
P
k
H
kT
+R
k
)
‑1[0017]α
k
'和P
k
'是当前预测的最佳的数据矩阵和协方差矩阵，α
k
'中的矩阵数据就是可用的有效角度数据然后把该矩阵作为上一组的矩阵进行下一组数据的迭代；
[0018]S4，对Z轴数据进行处理以得到设备的倾斜角度数据，并在在获取到倾斜角度数据后选用PID控制算法对改数据进行控制，PID控制器是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点，而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制，连续控制系统的理想PID控制规律为：
[0019][0020]上述式中，Kp为比例增益，且Kp与比例度成倒数关系；
[0021]T
t
为积分时间常数；
[0022]T
D
为微分时间常数；
[0023]u(t)为PID控制器的输出信号；
[0024]u(t)为给定值r(t)与测量值的差；
[0025]同时，进行PID离散化处理，离散化处理后数据可以在嵌入式平台高效率处理，而离散化公式如下：
[0026]Δu(t)＝q0e(t)+q1e(t
‑
1)+q2e(t
‑
2)
[0027][0028][0029]当|e(t)|≤β的时候：
[0030][0031]当|e(t)|＞β的时候：
[0032][0033]其中，u(t)为控制器的输出值；
[0034]e(t)为控制器输入与设定值之间的误差；
[0035]K
p
为比例系数；
[0036]T
i
为积分时间常数；
[0037]T
d
为微分时间常数；
[0038]T为调节周期；
[0039]β为积分分离阈值；
[0040]由于PID的输入参数为e(t)，而该数值是一个差值，即为采集的角度数据与期望的差值，在该系统中我们期望倾斜角度为0
°
，因此PID的输入为卡尔曼滤波后的数据矩阵的输入减去期望值，即：
[0041]e(t)＝α
′0‑0°
[0042]PID的输出为Δu(t)，即是PID的增量输出，也是控制电机进行差速的原始输出变量，电机差速的原理是PID的输出是一个增益变量，两台电机以相同的速度基点为原点分别减去和加上PID的输出增益，以控制两台电机的转速；
[0043]S5，当检测到光伏清扫机器人发生倾斜后，通过调节上下两个电机的转速进行光伏清扫机器人的姿态纠正。
[0044]优选的，角度传感器固定安装在光伏清扫机器人的控制板上，且其摆放角度与控制板相平行，在获取到有效的可信数据以后，就需要对数据进行处理，而角度传感器是平放在设备的控制板上面，因此需要的是控制板围绕传感器的Z轴旋转的角度，只需要对Z轴数据进行处理就可以得到控制板的倾斜角度。
[0045]优选的，角度传感器通过软件进行相关的控制算法，并通过SPI与控制芯片进行通信，以实现数据传输。
[0046]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0047]本专利技术能够在光伏清扫机器人在光伏组件上发生角度倾斜时通过控制两个电机的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光伏清扫机器人的三轴传感器姿态调整方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将光伏清扫机器人的上下两侧行走轮分别设置两个电机进行独立运行，两个电机分别由控制器的两路电机驱动进行控制，并且电机的速度可调，电机的调速由控制器的内部软件算法实现；S2，在光伏清扫机器人上增加角度传感器，以用于测量到角度变化并将能将其测量数据进行传输；S3，对角度传感器所传输的数据使用卡尔曼滤波对系统下一步的走向做出有根据的预测，首先建立模型，使用一个三轴的陀螺仪，虽然使用的时候是使用一轴的数据，但是做滤波的时候仍然采用三轴一起做滤波算法，且默认三轴数据在噪声环境下完全遵循高斯正态分布，三轴的数据需要建立一个1
×
3的矩阵，并引入协方差矩阵，表示前后采集的数据的相关度，以确定数据在噪声情况下的当前真实可信数值，卡尔曼滤波的最优估计α
k
和协方差矩阵P
k
，其中x、y、z分别代表三轴的实测数据，其公式如下：当前状态(k
‑
1时刻)来预测下一状态(k时刻)给出新的高斯分布，并给出最终的卡尔曼滤波公式：H
k
P
k
'H
kT
＝H
k
P
k
'H
k
‑
KH
k
P
k
'H
kT
上述式中，H
k
为状态矩阵，K为卡尔曼增益，将上述公式的左右两边都乘以状态矩阵的逆矩阵得到；P
k
'＝P
k
‑
K'H
k
P
k
K'＝P
k
H
kT
(H
k
P
k
H
kT
+R
k
)
‑1α
k
'和P
k
'是当前预测的最佳的数据矩阵和协方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈娜，陈丽，
申请(专利权)人：苏州菲沃博新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：