一种基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置，包括：图像处理系统，用于获取待清洁的光伏太阳能板的表面图像，并计算所述太阳能光伏板的深度和姿态；毛刷装置，用于清洁所述光伏太阳能板；机械臂，用于夹持所述毛刷装置，并根据所述太阳能光伏板的深度和姿态控制所述毛刷装置对所述太阳能光伏板进行清洁；履带式移动装置，用于承载所述机械臂。本发明专利技术实现了对光伏太阳能板表面灰尘进行自动化清洁。化清洁。化清洁。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置


[0001]本专利技术涉及光伏太阳能板清洁设备
，特别是涉及一种基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置。

技术介绍

[0002]太阳能作为一种重要的可再生能源，因其获取简单、清洁等重要特点有着很大的应用前景。光伏太阳能板作为太阳能发电中的最重要的部件，表面清洁度对发电效率有着重要的影响。光伏发电站通常安装在地势平坦宽阔、光照充足的地区，这些地区通常存在着降水量少、灰尘大等问题。如果光伏太阳能板表面积聚的灰尘不能够及时清理，不仅会影响光伏太阳能板的光电转换效率，而且严重的话会导致局部温度升高，损坏光伏太阳能板。
[0003]灰尘会遮挡光伏太阳能板上的光电二极管，导致光伏太阳能板上面可接受太阳能的光伏二极管数量减少，进而降低光伏太阳能板的发电效率。根据波士顿大学马勒
·
马札姆达博士研究发现，每平方米仅有4.05克的灰尘层就能减少太阳能转换40％。通常解决办法分为自然清洁法、人工清洁法和机械清洁法，而自然清洁法是依赖雨水的冲洗，通常受制于天气，不受控制。人工清洁法是人工用高压水枪清洁，劳动强度高且效率低，现场飞扬的灰尘会对工人的身体造成一定危害。因此机械清洁法是目前经济适合的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置，实现了对光伏太阳能板表面灰尘进行自动化清洁。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置，包括：
[0006]图像处理系统，用于获取待清洁的光伏太阳能板的表面图像，并计算所述太阳能光伏板的深度和姿态；
[0007]毛刷装置，用于清洁所述光伏太阳能板；
[0008]机械臂，用于夹持所述毛刷装置，并根据所述太阳能光伏板的深度和姿态控制所述毛刷装置对所述太阳能光伏板进行清洁；
[0009]履带式移动装置，用于承载所述机械臂。
[0010]所述图像处理系统包括工业相机和图像处理器，所述工业相机用于拍摄多张广角视野的所述光伏太阳能板的图像；所述图像处理器用于将所述多张广角视野的所述光伏太阳能板的图像合成一张包含有整个光伏太阳能板的表面图像，并基于所述表面图像识别出所述光伏太阳能板的轮廓的像素坐标，并选择出轮廓的角点作为关键点，计算出所述太阳能光伏板的深度和姿态。
[0011]所述图像处理器通过建立中心投影模型计算出太阳能光伏板的深度和姿态，具体为：
[0012]根据所述工业相机的标定结果，利用内参矩阵把所述光伏板的像素坐标变换成图
像坐标；
[0013]在相机坐标系做一垂直于Z轴且平行于XOY的平面，根据透视投影关系得到：
[0014]其中，Z
c1
是相机坐标系下光伏板下边缘距离相机光心的距离，Z
c2
是相机坐标系下光伏板上边缘距离相机光心的距离，(x1,y1)和(x2,y2)是光伏板下边缘两端在图像坐标系下的坐标值，(x1′
,y1′
)和(x2′
,y2′
)是光伏板上边缘两端在图像坐标系下的坐标值，f是工业相机的焦距，L是所述光伏板的长度，H是所述光伏板的高度，θ是所述光伏板的倾斜角度。
[0015]所述机械臂包括多自由度的工业机器人和控制器，所述多自由度的工业机器人的末端夹持所述毛刷装置，所述控制器在接收到所述太阳能光伏板的深度和姿态后控制所述多自由度的工业机器人的末端移动到相应位置，并根据预存的数学模型控制所述多自由度的工业机器人的移动速度和所述毛刷装置的旋转速度实现对所述太阳能光伏板进行清洁。
[0016]所述数学模型针对除尘率与滚刷旋转速度和滚刷移动速度，采用二元回归法建立，并用最小二乘法拟合模型参数，具体为：y＝k1v
12
+k2v1+k3v2+k4+ε，其中，y是除尘率；v1是滚刷的旋转速度；v2是滚刷的移动速度；k1、k2、k3、k4是回归系数；ε是误差项。
[0017]所述履带式移动装置在完成当前所述光伏太阳能板清洁工作后，移动至下一个待清洁的光伏太阳能板的工位。
[0018]有益效果
[0019]由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术可以完全自动处理光伏太阳能板表面的清洁工作，无需人为进行手工清洁。本专利技术还建立了除尘率与滚刷旋转速度和滚刷移动速度的数学模型，优化出了除尘率最高时的滚刷工作参数，使该装置能够更彻底清扫光伏太阳能板表面的灰尘。此外，本专利技术可以在大大减少工人劳动强度的基础上，降低人力成本，提高生产效率。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的结构示意图。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0022]本专利技术的实施方式涉及一种基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置，如图1所示，包括：图像处理系统4，用于获取待清洁的光伏太阳能板3的表面图像，并计算所述太
阳能光伏板3的深度和姿态；毛刷装置2，用于清洁所述光伏太阳能板3；机械臂1，用于夹持所述毛刷装置，并根据所述太阳能光伏板3的深度和姿态控制所述毛刷装置对所述太阳能光伏板3进行清洁；履带式移动装置5，用于承载所述机械臂。
[0023]本实施方式中，所述图像处理系统包括工业相机和图像处理器，所述工业相机用于拍摄多张广角视野的所述光伏太阳能板的图像；所述图像处理器用于将所述多张广角视野的所述光伏太阳能板的图像合成一张包含有整个光伏太阳能板的表面图像，并基于所述表面图像识别出所述光伏太阳能板的轮廓的像素坐标，并选择出轮廓的角点作为关键点，计算出所述太阳能光伏板的深度和姿态。
[0024]具体地说，当需要对光伏太阳能板进行清洁时，履带式移动装置会移动到第一个待清洁的光伏太阳能板的工位，在移动过程中，工业相机可以对着第一个待清洁的光伏太阳能板实时摄像，获取多张的广角视野区域的光伏太阳能板的表面图像，并高速传输至图像处理器，由图像处理器对图像信息进行处理。图像处理器对多张广角视野区域的光伏太阳能板的表面图像进行聚焦视野合成，得到一张包含有整个光伏太阳能板且清晰的表面图像。所述图像处理器再通过建立中心投影模型计算出太阳能光伏板的深度和姿态，具体为：
[0025]根据所述工业相机的标定结果，利用内参矩阵把所述光伏板的像素坐标变换成图像坐标；
[0026]在相机坐标系做一垂直于Z轴且平行于XOY的平面，根据透视投影关系得到：
[0027]其中，Z
c1
是相机坐标系下光伏板下边缘距离相机光心的距离，Z
c2
是相机坐标系下光伏板上边缘距离相机光心的距离，(x1,y1)和(x2,y2)是光伏板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置，其特征在于，包括：图像处理系统，用于获取待清洁的光伏太阳能板的表面图像，并计算所述太阳能光伏板的深度和姿态；毛刷装置，用于清洁所述光伏太阳能板；机械臂，用于夹持所述毛刷装置，并根据所述太阳能光伏板的深度和姿态控制所述毛刷装置对所述太阳能光伏板进行清洁；履带式移动装置，用于承载所述机械臂。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置，其特征在于，所述图像处理系统包括工业相机和图像处理器，所述工业相机用于拍摄多张广角视野的所述光伏太阳能板的图像；所述图像处理器用于将所述多张广角视野的所述光伏太阳能板的图像合成一张包含有整个光伏太阳能板的表面图像，并基于所述表面图像识别出所述光伏太阳能板的轮廓的像素坐标，并选择出轮廓的角点作为关键点，计算出所述太阳能光伏板的深度和姿态。3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的光伏太阳能板智能清洁装置，其特征在于，所述图像处理器通过建立中心投影模型计算出太阳能光伏板的深度和姿态，具体为：根据所述工业相机的标定结果，利用内参矩阵把所述光伏板的像素坐标变换成图像坐标；在相机坐标系做一垂直于Z轴且平行于XOY的平面，根据透视投影关系得到：其中，Z
c1
是相机坐标系下光伏板下边缘距离相机光心的距离，Z
c2
是相机坐标系下光伏板上边缘距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振中，吴帅，陈广峰，甘学辉，陈革，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：