一种自动巡航式太阳能攀爬清洁车及充电驿站的设计和排列方法技术

本发明专利技术涉及一种自动巡航式太阳能攀爬清洁车及充电驿站的设计和排列方法，实现自动巡航、自动避障并通过太阳能光伏进行无线充电的攀爬清洁车对高空玻璃幕墙清洁。首先对清洁车装配微型抽真空风机、真空封条等装置并对车轮进行改性处理，增加其对壁面粘附性；再对清洁车进行编程使之实现自动巡航、自动避障功能；最后搭建充电驿站并安装太阳能电池板、无线充电线圈、稳压器等装置，实现其长时间稳定的工作。总之，该设计与传统立面清洗方式相比具有可编程自动巡航、环境友好、清洁效率高、成本低的优势。的优势。的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种自动巡航式太阳能攀爬清洁车及充电驿站的设计和排列方法


[0001]本专利技术属于太阳能器件技术以及自动化控制领域，特别涉及一种自动巡航式太阳能攀爬清洁车及充电驿站的设计和排列方法。

技术介绍

[0002]随着国家经济的迅速发展，现代化建设随之而起，各种高楼大厦也成为现代化城市的独特风景。为增加了室内的自然光采光效果，而且兼具美观、不变形、防潮等要求，目前大量高楼的外观很多都采用玻璃壁面结构，各种高楼大厦成为城市靓丽的外衣，但是也同样带来了大量的壁面清洗工作。高楼外壁一般采用玻璃材料，表面积特别大，高度接近一百米，并且表面光滑没有攀爬的扶手，对高楼壁面的清洗带来了很大的困难，并且存在较大危险，清洗费用高。这个有可能在百亿规模的市场，却一直主要依赖三种清洁方式：蜘蛛人一人一绳一板一桶的常见方式；通过升降平台、吊篮等工具承载清洁工清洗；楼顶吊索轨道系统将擦窗机对准窗户进行清洁。前两种效率低、劳动强度大、危险性高，第三种初期投入高，还需要在建设时就将擦窗系统考虑在内，因此并不现实。目前市面上最常见的是“蜘蛛人”人工清洗，这种传统的清理方式虽然比较简单，但是存在着巨大的危险性，在半空中的气流强烈容易使人摇摆，失去平衡，风吹日晒，工作环境的特殊性，属于高危职业，对于自身安全和壁面都有很大的隐患。若以每平方米3元的低收费标准、每年清洁一次的清洁频率计算，国内的幕墙清洗市场规模约在75亿元人民币以上。若将可迁移的高空墙体粉刷的市场规模考虑在内，市场规模会在百亿以上。更重要的是国家对于高空作业人员做出了立法限制，因此采用机器代替人力进行高空玻璃清洁是亟待解决的问题。
[0003]研发可替代人工的高空幕墙清洁机器人需要满足以下功能：吸附功能、移动功能、越障功能以及清洗功能。其中，移动功能、越障功能的实现难度都不低。关于高空幕墙清洁机器人，国外的研究早已有之，德国Skywash、日本BE、德国SIRIUSC、美国 Sky Washer都推出过不同的商用方案，但都未能大规模推广开来。国内清洁机器人研究起步较晚。相关资料显示，自1988年以来，上海大学、哈尔滨工业大学等高校都是国内壁面移动机器人研究较早的单位，但由于稳定性、通用性等原因这些产品并未能商业化。并且机器的工作需要大量能源的消耗，而化石能源的燃烧排放出大量二氧化碳以及含硫等的其他污染气体。二氧化碳的过度排放导致温室效应的加剧，这一点已成为全球的共识。
[0004]我国作为制造大国，随着工业的高速发展，能源的消耗也在高速增加。因此世界上许多国家将能源研究热点转向太阳能、风能和核能等新能源方向，由于太阳能资源的优越性，国内外学者对太阳能资源更为关注。太阳能作为人类取之不尽，用之不竭的清洁能源，其需求量逐年增加，预计在本世纪中叶太阳能发电将占比全球电力供应的76％，具有十分广阔的市场前景。因此开发以太阳能作为能量动力的机器具有十分重要的意义。此外，市面上现有的擦玻璃机器人大多需要插线工作，使得其活动范围严重受限，仅能在几个平方米范围内进行清洁任务，只能满足家用的需求，难以满足大面积玻璃幕墙的清洗，因此开发可
无线工作的立面清洁车对于增大清洁面积，满足大面积清洁需求有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：为了解决现有擦玻璃机器人需要插线工作，工作范围受限无法满足单次大面积清洁大于30m2的问题，本专利技术涉及一种低成本每平方米1.3 元，相较当前人工收费节省约60％自动巡航式太阳能攀爬清洁车的设计方案及充电驿站的设计、制备方法以及分布排列。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种增加车轮黏附性能的方法，将车轮置于浓度为10～50 mg/mL的多巴胺溶液中，在20～30℃下恒温放置5～10min。
[0007]本专利技术进一步的技术方案是：所述多巴胺溶液的pH值在5.5～7.0范围内。
[0008]本专利技术进一步的技术方案是：一种太阳能攀爬清洁车，包括车体、车轮、第一锂电池、微型抽真空风机、Arduino可编程模块和自动巡航模块，所述锂电池用于为清洁车供电，车体下方安有车轮，车头两侧和车尾两侧安有自动巡航模块，自动巡航模块与Arduino可编程模块够实现自行避障；微型抽真空风机位于车体内部，使得清洁车在抽真空风机工作时在负压的作用下吸附在立面上，实现清洁车的立面攀爬的目的。
[0009]本专利技术进一步的技术方案是：所述微型抽真空风机的需求功率通过以下公式确定：
[0010][0011]其中：P：所需功率，A：风口面积，ρ：空气密度，m：清洁车质量，g：重力加速度，μ：车轮与玻璃间的摩擦系数。
[0012]本专利技术进一步的技术方案是：所述第一锂电池的电池容量根据电池比容量以及要求的工作时间，通过公式
[0013][0014]确定，其中：t：工作时间，x：电池容量，U：输出电压，A：风口面积，ρ：空气密度，m0：无电池清洁车质量，S：锂电池比容量，g；重力加速度，μ：车轮与玻璃间的摩擦系数。
[0015]本专利技术进一步的技术方案是：所述车体底部开有若干小孔，且外围安装真空封条，且真空封条安装后的高度一致且与清洁车车轮底部平齐或高于底部1～3mm。
[0016]本专利技术进一步的技术方案是：所述自动巡航模块在清洁车遇到障碍时，将信号传至Arduino模块，Arduino模块对清洁车发出指令进行避障；Arduino模块同时探测清洁车电量低于工作阈值时，停止工作进行充电。
[0017]本专利技术进一步的技术方案是：一种充电驿站，其特征在于，包括太阳能电池板1
‑
1、第二锂电池1
‑
2、稳压器1
‑
3、无线充电圈1
‑
4和支撑框架1
‑
5，所述支撑框架1
‑
5下方的支撑点与玻璃固连，下方与玻璃之间存在攀爬清洁车存在的空间用于充电；支撑框架 1
‑
5上方固定有太阳能电池板1
‑
1；太阳能电池板1
‑
1通过稳压器与锂电池相联连接，使得充电驿站
获得的稳定的太阳能并储存在第二锂电池1
‑
2中。
[0018]本专利技术进一步的技术方案是：充电驿站在玻璃幕墙上的分布规律为：将玻璃幕墙分割成若干个am
×
bm的矩形单元，满足a
×
b≤A1，充电驿站分布在矩形单元的对角两点；其中A1为单次充电工作面积：A1＝v
·
t2·
d，其中t2；充满一次电可工作时长，x：电池容量，U2：输出电压，P2：工作功率。
[0019]本专利技术进一步的技术方案是：一种太阳能攀爬清洁车的清洁方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0020]步骤1：设计排布权利要求7所述的充电驿站，并确认太阳能攀爬清洁车初始满足工作所需的电量；
[0021]步骤2：Arduino模块设定小车初始值运动速度和充电驿站坐标，太阳能攀爬清洁车开始进行清洁工作；
[0022]步骤3：太阳能攀爬清洁车通过红本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增加车轮黏附性能的方法，其特征在于，将车轮置于浓度为10～50mg/mL的多巴胺溶液中，在20～30℃下恒温放置5～10min。2.如权利要求1所述的一种增加车轮黏附性能的方法，其特征在于，所述多巴胺溶液的pH值在5.5～7.0范围内。3.一种采用权利要求1所述车轮的太阳能攀爬清洁车，其特征在于，包括车体、车轮、第一锂电池、微型抽真空风机、Arduino可编程模块和自动巡航模块，所述锂电池用于为清洁车供电，车体下方安有车轮，车头两侧和车尾两侧安有自动巡航模块，自动巡航模块与Arduino可编程模块够实现自行避障；微型抽真空风机位于车体内部，使得清洁车在抽真空风机工作时在负压的作用下吸附在立面上，实现清洁车的立面攀爬的目的。4.如权利要求3所述车轮的太阳能攀爬清洁车，其特征在于，所述微型抽真空风机的需求功率通过以下公式确定：其中：P：所需功率，A：风口面积，ρ：空气密度，m：清洁车质量，g：重力加速度，μ：车轮与玻璃间的摩擦系数。5.如权利要求3所述车轮的太阳能攀爬清洁车，其特征在于，所述第一锂电池的电池容量根据电池比容量以及要求的工作时间，通过公式确定，其中：t：工作时间，x：电池容量，U：输出电压，A：风口面积，ρ：空气密度，m0：无电池清洁车质量，S：锂电池比容量，g；重力加速度，μ：车轮与玻璃间的摩擦系数。6.如权利要求3所述车轮的太阳能攀爬清洁车，其特征在于，所述车体底部开有若干小孔，且外围安装真空封条，且真空封条安装后的高度一致且与清洁车车轮底部平齐或高于底部1～3mm。7.如权利要求3所述的太阳能攀爬清洁车，其特征在于，所述自动巡航模块在清洁车遇到障碍时，将信号传至Arduino模块，Arduino模块对清洁车发出指令进行避障；Arduino模块同时探测清洁车电量低于工作阈值时，停止工作进行充电。8.一种权利要求6所述太阳能攀爬清洁车所需的充电驿站，其特征在于，包括太阳能电池板(1
‑
1)、第二锂电池(1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖黎爽，刘畅，秦文洋，刘瑜阳，刘哲，李祯，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：