光伏电池板组的除尘清洗机器人装置答辩PPT-new(精)
一种太阳能光伏板清扫机器人的设计
一种太阳能光伏板清扫机器人的设计作者：侯凡博姬鹏飞张修太王程阳来源：《科技风》2020年第23期摘要：针对光伏板表面的积灰情况和清扫特点，设计了一种智能清扫机器人。
该清扫机器人以STC51单片机为控制核心，按照清扫工序顺序动作，在光伏板表面进行自动清扫和吸尘。
经过仿真实验，该清扫机器人能够自主完成对光伏组件的智能清洁，满足光伏电站实际应用需求。
关键词：光伏板;清扫机器人;智能1 绪论随着传统不可再生能源的逐渐减少，能源危机问题日益突出。
光伏发电作为主要绿色能源之一，越来越多的得到应用，太阳能发电的规模也达到了前所未有的程度。
然而在实际使用过程中，空气中的微小颗粒容易积聚在光伏板表面形成积灰，导致光伏组件发电效率降低，同时也会给光伏企业带来巨大的经济损失。
因此，太阳能光伏板的清洁成了新的研究课题。
传统的清洁方式以人工擦拭和清水清洗为主，效率较低且成本较高，而且受到环境和地域限制。
近年来，国内外已经研发出了一些用于光伏板清洗的机器人，如以色列开发的机器人Ecoppia E4和日本未来机械公司研制的太阳能电池板清扫机器人，虽然都可以应用于太阳能光伏板的清扫，但是价格昂贵，普及型不高[1]。
国内开发的车载式清扫机器人利用滚刷和吸尘系统对光伏组件进行无水清洗，不利于山区或沙漠地区使用。
针对目前存在的问题，本文设计了一种太阳能光伏板清扫机器人。
该清扫机器人是一种智能化的光伏电池板清扫装置，可实现对光伏板表面灰尘自动清扫，功能集成性好、工作效率高，能有效应用于多种光伏发电场所。
2 系统的整体设计本文设计的清扫机器人结构主要包括：矩形框架、行走机构、爬升机构、清扫机构。
矩形框架用于支撐整个机器人的形状，为各种机构提高安装位置。
其结构示意图如图1所示。
具体工作过程是：行走机构带动清扫机器人在光伏组件上沿水平方向向前行走，行走的同时由清扫机构对光伏板表面进行清扫;当走到光伏组件尽头时，位置传感器检测到光伏组件边缘，机器人停止前进和清扫，由爬升机构将机器人向上提升一个工位;向上爬行结束后，机器人会朝反方向水平前进，前进的同时光伏板表面进行清扫;当走到光伏组件另一侧边缘时，再次停止前进和清扫，向上爬升一个工位[2]。
光伏电池板积灰干式清洗机器人结构优化设计
- 19 -高 新 技 术来，极大地方便了操作，同时节省了时间。
另外该文在对工作流进行性能分析时,主要考虑在资源充足的条件下，使用时间参数进行分析。
没有考虑资源有限时,流程中的排队问题。
因此在接下来的工作中,要使用排队论对流程中的节点瓶颈进行分析。
在武器装备测试过程管理系统运行时,基于SOA 的面向服务架构对工作流的流程进行了设计,但在实际运行时,还需要进一步规范SOA 服务的接口,使之符合武器装备的测试要求。
４ 结语总而言之，在武器装备性能测试过程中使用断点设置方法，能够达到安全可靠、操纵灵活的测试效果，随时断开或连接无需对系统进行初始化，也不会对系统的运行造成影响，因此提高了性能测试、发现故障、系统调试的便捷性。
参考文献[1]石小丽，贾建军，张亮.一种基于幕墙反射激光光斑的空地ATP 粗跟踪动态性能测试方法[J].科学技术与工程，2013，13(17)：4951-4955.[2]张瑶，张学军，张军.甚高频数据链模式二通信协议栈一致性测试系统设计及验证[J].航空电子技术，2018，39(1)：1-4.[3]王延路.民机试飞空地一体化综合监控网络系统技术研究[J].现代电子技术，2012，35(15)：110-112.[4]范新坤，张磊，宋延嵩，等.雪崩光电二极管探测性能的分析与仿真[J].激光与光电子学进展，2017(10)：161-165.[5]刘建勋，程子敬，陆翔，等.基于IP over AOS 的空地网络互联性能研究[J].计算机工程，2016，42(6)：113-119.[6]李一凡，王潇一，王晓峰.测试性与性能一体化设计方法研究[J].计算机测量与控制，2015，23(9)：2936-2938.０ 引言太阳能作为第一大清洁能源，相对于煤炭、石油等能源来说，是一种可再生无污染的清洁能源，如何高效利用太阳能成为人们关注的焦点。
我国大规模光伏电站建设在戈壁荒漠地区，干旱缺水、沙尘污染大，长此以往光伏板上容易积累灰尘，影响光伏组件对太阳光的吸收，降低了光伏组件发电效率，减少了光伏电站的经济效益。
太阳能电池板自动除尘装置
研制背景及意义太阳能电池板表面除尘的传统方法有两种：一种是采用水冲刷，这种方法会耗费大量人力和水资源，且这种方法只能应用于安装在低矮位置的太阳能电池板，如太阳能草坪灯、太阳能地灯等，对安装在较高位置的太阳能电池板，如太阳能路灯、屋顶太阳能供电装置，则除尘极为不便；另一种是通过控制器用电机带动传动装置对太阳能电池板表面进行除尘，此类装置结构复杂，可靠性差，且初始投入与后期维护成本较高，大大增加了发电成本，不易推广应用。
针对以上问题，我们研制出了一种结构相对简单、能够自动运行并且节约能源的太阳能电池板自动除尘装置。
本装置仅使用太阳能，不消耗其他能源，在能源危机日益加剧的今天具有很好的发展前景。
设计方案太阳能电池板自动除尘装置基本结构图如图1所示，包括装有自主研制的相变材料的集热装置、气缸、除尘刷、压力真空表及阀门。
气缸布置在太阳能电池板的一侧，通过气缸支架与太阳能电池板边框固定连接。
集热管的出气口通过管道连接气缸的进气口，管道上安装有一个四通接头。
四通接头的一端连按压力真空表，用于测量管道内的压力值；一端连接阀门，用于对管道和集热管抽真空，使气动装置的管道内在初始阶段为负压；四通接头的另外两端与管道相连。
气缸的滑块与气缸支架下端之间装有相吸的磁铁片，确保活塞在气压增加的条件下能直接运动到导轨上端，不会在导轨中间停留。
滑块同时与除尘杆相连，除尘杆与滑块一体或者固定在一起，除尘刷安装于除尘杆上，位于太阳能电池板的正面，与太阳能电池板的上、下两边缘平行，其起始位置位于太阳能电池板的下端。
太阳能电池板自动除尘装置选取膨胀度高、相变潜热小的相变材料为工质，利用相变材料的热膨胀产生推动力驱动装置运行。
装置的工作原理见图2。
白天，太阳能电池板自动除尘装置接受阳光照射，集热管吸热升温，同时一部分阳光通过反光壁面反射到集热管上，使得集热管的温升加剧，引起管内相变材料汽化，随着汽化的液体增加，管道内的压力也随着增大。
当温度升高到一定值时，集热管内的高压气体将推动气缸内的活塞移动，从而推动除尘刷上移，直到升至太阳能电池板的最顶端，达到清洁太阳能电池板的目的。
答辩需要的PPT
感谢三位老师听完我对论文的阐述， 由于我认识浅薄，论文中肯定还有很多不 足之处，恳请老师们给予批评和指正。
五 与袋式静电除尘器优缺点的比较
静电除尘器比起袋式除尘器具体高效低阻的 特点，它的烟气处理量大，而且能处理高温、高 湿度、高黏附性的气体。不过由于袋式除尘器能 捕集微细颗粒，电除尘器比袋式除尘器除尘效率 略低，尤其静电除尘器对高粉尘比电阻的粉尘捕 集效果很差。在占地面积和一次性投资上，电除 尘器都要高于袋式除尘器。
四 影响静电除尘器性能因素分析
总体归纳为四种因素：粉尘特性、烟气特性、结构因 素和运行因素。 1.粉尘特性：粉尘比电阻、粉尘粒径、粉尘黏附性。 1.粉尘特性：粉尘比电阻、粉尘粒径、粉尘黏附性。 对策：粉尘比电阻 高—烟气调质，低—敲打收尘板 烟气调质，低— 2.烟气特性：烟气温度和压力、烟气湿度、烟气含尘 2.烟气特性：烟气温度和压力、烟气湿度、烟气含尘 浓度。 对策：烟气特性需要控制烟气温度和压力，对煤种进 行研究。 3.结构因素：漏风和气流分布不均匀。 3.结构因素：漏风和气流分布不均匀。 对策：及时消除漏风和加装气流均布装置。 4.运行因素：供电状况和振打系统运行状态。 4.运行因素：供电状况和振打系统运行状态。 对策：采用脉冲供电和调整振打周期。
二 发展趋势
提高除尘效率， 提高除尘效率，达到新的排放标准要求 减少成本投资和设备改造费用 降低能耗， 降低能耗，节约能源 解决高比电阻粉尘的捕集问题 提高静电除尘器对煤种变化的适应性 提高自动化水平
三 静电除尘器结构和原理
1.原理：利用高压电源使电晕极和收尘极之间产 1.原理：利用高压电源使电晕极和收尘极之间产 生强电场, 生强电场,烟气进入电场中电离并发生荷电，荷电尘粒 向收尘极移动并积聚。 2.构成：本体和供电电源。 2.构成：本体和供电电源。 （1）本体结构：收尘极系统、电晕极系统、烟箱 系统、箱体系统、储卸灰系统。 收尘极和电晕极共同构成空间电场，电晕极系统 电晕放电，使气体电离，收尘极协助尘粒荷电，捕集荷 电粉尘。 烟箱系统主要作用是使气流分布均匀。 （2）供电电源：升压变压器、整流器、控制箱和 振打排灰等辅助设备组成。
面向光伏板清洗的单轨行走式机器人清洗器位姿研究
M e t h o d sU s e d i nK i n e m a t i cM o d e l i n g o fR o b o tM a -n i p u l a t o r s [J ].R o b o t i c sa n d C o m p u t e r ‐i n t e g r a t e d M a n u f a c t u r i n g,2011,27(4):723‐728.[10] C h i a b e r tP ,O r l a n d o M.A b o u t aC A T M o d e lC o n -s i s t e n tw i t h I S O /T C213L a s t I s s u e s [J ].J o u r n a l o f M a t e r i a l sP r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,2004,157/158:61‐66.[11] M e jb r i H ,A n s e l m e t t iB ,M a w u s s iK.F u nc t i o n a l T o l e r a n c i n g o f C o m pl e xM e c h a n i s m s :I d e n t i f i c a t i o n a n dS p e c i f i c a t i o no fK e y P a r t s [J ].C o m pu t e r s &I n d u s t r i a l E n g i n e e r i n g ,2005,49(2):241‐265.[12] 张斌.精密工程中免形状测量的关键技术研究[D ].北京:北京工业大学,2012.(编辑 王旻玥)作者简介:吕 程,女,1988年生㊂湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室博士研究生㊂研究方向为机械产品公差设计理论及装配精度分析与控制㊂刘子建(通信作者),男,1953年生㊂湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室教授㊁博士㊂面向光伏板清洗的单轨行走式机器人清洗器位姿研究沈铖玮 杭鲁滨 卞怀强 王 君 陆九如 王玉昭 秦 伟 皇甫亚波上海工程技术大学,上海,201620摘要:基于单轨车辆转向架技术,构建一种单轨行走式光伏电池板清洗机器人㊂根据机器人系统的力学㊁几何特性及其行走架的行走机理,提出5条基本假设,构造基于弹簧阻尼模型的清洗机器人电池板系统力学模型㊂建立行走过程中清洗机器人的运动学方程,研究在清洗器任意运动下行走架的动态响应,确定清洗器在工作区间内对应的位姿㊂利用分段函数建立清洗器对应工况下的运动函数,基于MA T L A B /S i m u l i n k 建立仿真模型,得到行走架和清洗器对应的位姿变化曲线㊂结果表明清洗器的运动对行走架的位置参数存在一定影响,清洗器的位姿与自身的工作位置有关㊂样机试验进一步验证了设计构型与分析模型的合理性㊂关键词:光伏电池板清洗;单轨行走式;机器人电池板系统模型;清洗器位姿中图分类号:T H 113 D O I :10.3969/j.i s s n .1004‐132X.2015.24.006R e s e a r c ho nP o s i t i o na n dG e s t u r e o fC l e a n e r o fM o n o r a i l T r a c k e dR o b o t f o rC l e a no f S o l a rP a n e lS h e nC h e n g w e i H a n g L u b i n B i a nH u a i q i a n g W a n g Ju n L u J i u r u W a n g Y u z h a o Q i n W e i H u a n gf uY a b o S h a ngh a iU ni v e r s i t y o fE n g i n e e r i n g S c i e n c e ,S h a n gh a i ,201620A b s t r a c t :B a s e do nb o g i e t e c h n o l o g y o fm o n o r a i l v e h i c l e ,am o n o r a i l t r a c k e d r o b o t f o r c l e a no f s o -l a r p a n e lw a s p r e s e n t e d .A c c o r d i n g t om e c h a n i c a l a n d g e o m e t r i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c l e a n i n g ro b o t a n d m o t i o nm e c h a n i s mo f t h e b o g i e ,f i v e h y p o t h e s e sw e r e p r o p o s e d a n d t h e r o b o t ‐p a n e l s ys t e m m o d e l w a s b u i l t b a s e do n t h e s p r i n g ‐d a m p e r u n i t .T h em o t i o ne q u a t i o n so f c l e a n i n g r o b o t d u r i n g t r a v e lw e r e e s -t a b l i s h e d a n d t h e d y n a m i c r e s p o n s e s o f b o g i eu n d e r t h e i n pu t o f c l e a n e r ’sm o t i o nw e r e s o l v e d .T h e n t h e c o r r e s p o n d i n gp o s i t i o na n d g e s t u r eo f c l e a n e rw i t h i n m o t i o nr a n g ew e r ed e t e r m i n e d .B y d e f i n i n gw o r k i n g f u n c t i o n o f c l e a n e r b a s e d o n t h e p i e c e w i s e ,t h e s i m u l a t i o nm o d e l w a s b u i l t a n d c u r v e s o f p o s i -t i o na n d g e s t u r ew e r e p l o t t e d i nMA T L A B /S i m u l i n k .T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e p o s i t i o n o f b o g i e i s a f -f e c t e db y t h em o t i o no f c l e a n e r .T h e p o s i t i o na n dg e s t u r eo f c l e a n e ra r er e l a t e dt o i t sw o r k i n gp o s i -t i o n s .F u r th e r p r o t o t y p e t e s t v e ri f i e s t h e r a t i o n a l i t y o f s t r u c t u r a l d e s i g na n d a n a l ys i sm o d e l .K e y wo r d s :c l e a no f s o l a r p a n e l ;m o n o r a i l t r a c k e d ;r o b o t ‐p a n e l s y s t e m m o d e l ;p o s i t i o na n d g e s t u r e o f c l e a n e r0 引言随着石油资源的逐渐枯竭,环境问题日渐突收稿日期:20150531基金项目:国家自然科学基金资助项目(N F S 51475050);上海市科学技术委员会重点支撑项目(12510501100);上海工程技术大学研究生科研创新项目(E 1‐0903‐15‐01012);上海工程技术大学本科生科研创新项目(c s 1401007)出,可再生能源越发受到人们的重视㊂而太阳能作为一种清洁能源,其产业近年来发展迅速,已成为我国新能源产业的重点之一[1]㊂光伏电池板是太阳能发电系统中的核心部分,依靠太阳光产生电能,作为光电转换过程中最为重要的一个环节,其光电转换效率直接影响整个系统的性能㊂目前对于光伏电池板光电转换效率的研究主要集中在㊃1033㊃面向光伏板清洗的单轨行走式机器人清洗器位姿研究沈铖玮 杭鲁滨 卞怀强等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.发电技术[2]及材料[3]方面,然而,空气中的灰尘覆盖,也会极大地降低光电转换效率[4],尤其是大型地面光伏电站,电池板上经常有积灰,因此需要频繁地清洗,同时要避免玻璃振动产生硬质水点㊂目前国内大规模光伏阵列自动化清洁系统仍未普及,因此,面向光伏电池板清洗的机械设计与研究具有很大的应用价值㊂针对大面积的平面及专用器械的清洗,汉莎航空公司采用的 S k y w a s h”机器人[5]由汽车底盘负载,通过一个多关节机械臂可以实现对各类型飞机的清洁;香港城市大学设计的C l e a n b o t‐Ⅲ[6],其由吸附机构组成的底盘能在壁面上爬行并跨越障碍;弗朗霍夫生产技术与自动化研究所开发的S F RI清洗系统[7],将清洗技术与轨道技术结合,该清洗机构可沿轨道行驶完成清洗作业;关士学[8]采用串联杆式机械臂进行光伏电池板清洗工作,并对其进行了结构设计与分析㊂上述研究均表明各类清洗装置的末端执行器,即清洗器的姿态对清洗效果存在较大影响,研究清洗器在工作区间内对应的位姿对清洗装置的设计与优化有着重要意义㊂本文构建一种面向在用光伏电池板的清洗机器人,其行走架基于单轨车辆转向架技术,可在电池板之间行走,不受地面坑洼的影响,逐块清洗,保证工作的效率和质量㊂通过简化机器人电池板系统模型,建立运动学方程并求解,基于MA T-L A B/S i m u l i n k研究行走架在给定的清洗器运动激励下的动态响应,确定清洗器在工作区间内对应的位姿㊂1 行走架结构及工作原理与一般的轮式移动机构不同,单轨交通车辆的行走底盘结构[9]如图1所示,该机构以一对橡胶轮胎(即行走轮)在轨道梁上行驶,布置在车体两侧下垂处的导向轮和稳定轮夹行在轨道两侧,车辆可以平稳安全地在轨道上运行,没有脱轨的危险㊂图1 单轨车辆转向架结构示意图本文所构建的光伏电池板清洗机器人的基本结构如图2所示㊂机器人行走架基于单轨车辆转向架技术,主要包括机架㊁行走轮组㊁夹紧轮组以及跨越轮组㊂工作时,清洗机器人的双方向压紧轮与太阳能电池板金属边缘可靠接触,保证机器人在行走轮驱动下,定向行走;在行走轮行走方向一侧设置有跨越轮,由跨越电机驱动,当检测到电池板间沟槽时,跨越轮支杆向后收缩或向前放出跨越轮,实现对电池板间间隙的跨越㊂清洗器在丝杠传动下根据工作需求沿导轨往复运动,完成电池板的清洗工作㊂所设计的清洗机器人样机如图3所示㊂1.夹紧轮2.清洗器3.丝杠4.机架5.电池板6.跨越轮7.跨越轮支杆8.行走轮图2清洗机器人结构示意图图3 清洗机器人样机清洗机器人要达到最好的工作效果,行走架所在的横向平面必须要和电池板表面保持平行,在非行驶方向上也要和电池板保持相对静止㊂由于所清洗的光伏电池板表面积较大,清洗器运动行程较长,随着位置的改变,行走架各轮组承受的载荷也随之改变㊂而各轮组与行走架之间通过弹簧相连以保证轮胎与电池板间的接触,因此行走架的位置及姿态将不可避免地产生变化,进而影响清洗器的工作位姿㊂2 机器人运动学模型在机器人控制㊁并联机构分析以及车辆动力学等领域,经常通过建立弹簧阻尼模型[10],将机械系统模拟为有弹簧和阻尼器连接的多刚体[11]㊃2033㊃中国机械工程第26卷第24期2015年12月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.来分析其相关特性㊂清洗器的位姿与自身工作状态以及行走架的结构参数密切相关,构建机器人电池板系统力学模型,建立清洗机器人运动学方程,分析行走架的运动规律,确定清洗器对应的位姿㊂2.1 机器人电池板系统模型光伏电池板清洗机器人是一个复杂的机械系统,为研究清洗器的位置及姿态,基于清洗机器人的力学及几何特性,对其作5条基本假设:①行走架㊁丝杠和导轨视作一个集中质量,忽略轮组的质量;②清洗器简化为一个可以与行走架之间产生相对移动的质量,并且由于清洗器由滚珠丝杠驱动,摩擦阻力很小可忽略不计;③各轮胎始终与电池板接触,不脱离电池板面并与电池板之间不存在滑移;④行走架的摆动角度近似为小角度;⑤行走架的横向运动与垂向运动互相解耦[12],即两个方向的运动不相互影响㊂大多数地面光伏电站的电池板与地面间的夹角较小,将电池板视为平行于地面放置;在清洗机器人工作过程中,行走架以匀速行驶且速度较慢,不考虑行走架跨越电池板间隙,行走架与电池板之间为准静止状态;轮胎通过与行走架相连的压紧弹簧与电池板表面始终保持接触,不考虑轮胎的动态性能[13],可视为点接触,则接触点与行走架之间可以采用等效弹簧阻尼模型来替代[14]㊂该弹簧阻尼模型为一个线性的理想模型,即线性无质量㊁阻尼与变形速度成比例,受到压缩或拉伸时性能不变㊂基于上述5点假设,清洗机器人电池板系统被简化为一个平面的双质量弹簧阻尼模型,如图4所示㊂模型中,行走架拥有Y方向的位移㊁Z 方向的位移以及绕X轴的转动3个自由度,而清洗器与行走架之间只存在Y方向的相对位移㊂图4中M为行走架质量,J为行走架绕X轴的转动惯量,m为清洗器质量,2b为导轨长度,k1为行走轮组等效刚度,c1为行走轮组等效阻尼,k2为夹紧轮组等效刚度,c2为夹紧轮组等效阻尼㊂图4 机器人电池板系统简化模型在该双质量弹簧阻尼模型中,清洗器相对于行走架之间的运动是影响行走架位姿变化的主要因素,求解行走架在清洗器运动激励下的动态响应,可以得到清洗器对应的位置及姿态㊂2.2 机器人运动方程2.2.1 机器人横向运动方程如图5所示,取行走架质心的Y方向坐标y 和清洗器质心的Y方向坐标y m为广义坐标,以静平衡位置为初始位置㊂基于假设④和假设⑤,行图5 机器人横向受力模型走架Z方向的位移和绕X轴的转动对Y方向运动的影响很小,则M y¨+m y¨m=f1L+f1R(1)其中,f1L和f1R为行走架Y方向所受等效弹簧阻尼力,且f1L=f1R=-2c1y㊃-2k1y(2)令清洗器相对于行走架的运动函数为f(t)=y m-y(3)联立式(1)~式(3),整理得(M+m)y¨+4c1y㊃+4k1y=-m f¨(t)(4)根据D u h a m e l积分公式[15],系统在零初始条件下的响应为y(t)=1(M+m)ωd1∫t0(-m f¨(t))e-ζ1ωn1(t-τ)s i nωd1(t-τ)dτ(5)ωn1=4k1M+m ζ1=2c1M+()mωn1ωd1=1-ζ21ωn12.2.2 机器人垂向运动方程如图6所示,取行走架质心的Z方向坐标z和绕X轴的转角φ为广义坐标,以行走架置于电池板表面瞬间所处的位置为初始位置,基于假设④有s i nφ≈φ,c o sφ≈1,可得以下方程㊂图6 机器人垂向受力模型(1)机器人Z方向的运动方程为(M+m)z¨=2f2L+2f2R+(M+m)g(6)其中,f2L和f2R为行走架Z方向所受等效弹簧阻㊃3033㊃面向光伏板清洗的单轨行走式机器人清洗器位姿研究 沈铖玮 杭鲁滨 卞怀强等Copyright©博看网. All Rights Reserved.尼力,且f 2L =-2k 2(z +b φ)-2c 2(z ㊃+b φ㊃)f 2R =-2k 2(z -b φ)-2c 2(z ㊃-b φ㊃})(7)整理,得(M +m )z ¨+8c 2z ㊃+8k 2z =(M +m )g(8)方程所对应的通解为z (t )=A 1e s 1t +A 2e s 2t+(M +m )g 8k 2(9)其中,A 1㊁A 2为待定系数,且s 1=-4c 2M +m+(4c 2M +m )2-8k 2M +m s 2=-4c 2M +m -(4c 2M +m )2-8k 2M +üþýïïïïm (2)机器人绕X 轴转动的运动方程为J φ¨=2f 2L b -2f 2R b -mg (y m -y )(10)将式(3)和式(7)代入式(10),整理得J φ¨+8c 2b φ㊃+8k 2b 2φ=-mg f (t )(11)对应的动态响应为φ(t )=∫t(-mg f (t ))e -ζ2ωn 2(t-τ)s i n ωd 2(t -τ)d τJ ωd 2(12)ωn 2=8k 2b 2J ζ2=4c 2b Jωn 2ωd 2=1-ζ22ωn 22.3 清洗器的位姿模型基于上述5条基本假设,清洗机器人系统运动方程如式(4)㊁式(8)和式(11)所示,其中包含了系统最基本㊁最重要的参数,包括行走架质量㊁清洗器质量㊁等效弹簧刚度㊁等效阻尼系数以及清洗器的运动输入,式(5)㊁式(9)和式(12)为行走架在清洗器运动激励下的动态响应通解,行走架的位姿直接影响清洗器的位姿㊂基于双质量弹簧阻尼模型,清洗器对应的位姿模型可表示为y m z m φéëêêêùûúúúm =R y z éëêêêùûúúúφ+f (t )éëêêêùûúúú00(13)其中,清洗器横向位移y m ㊁垂向位移z m 及倾角φm为其工作区间内对应的位置及姿态,由式(5)㊁式(9)㊁式(12)和式(13),给定初始条件和系统参数即可确定㊂R 为清洗器位姿变换矩阵,表达式为R =11-f (t )éëêêêùûúúú1(14)3 仿真分析与试验3.1 清洗器运动输入模型清洗器相对于行走架的运动是激发行走架产生Y 方向运动和绕X 轴转动的主要原因㊂其在导轨上作往复运动,一个行程可分为加速㊁匀速及减速三个阶段,取其作为运动输入,则数学表达式为f (t )=-b +12a t2t 1≤t <t 2v (t -6)t 2≤t <t 3b -12a (t -12)2t 3≤t ≤t ìîíïïïïï4(15)式中,a ㊁v 分别为清洗器相对于行走架的加速度和速度,a =0.1m /s 2,v =0.1m /s ;b 为丝杠行程的1/2,为0.55m ㊂取t 1㊁t 2㊁t 3和t 4分别为0㊁1s ㊁11s 和12s ,代入式(15)并绘制曲线,结果如图7所示㊂图7 清洗器运动输入函数3.2 基于M A T L A B /S i m u l i n k 的数值分析S i m u l i n k 是MA T L A B 提供的主要工具箱之一,可用于可视化的动态系统建模㊁仿真和分析[16]㊂在MA T L A B /S i m u l i n k 环境下,建立仿真模型,选择适当的信号源模块作为输入信号,通过输出模块观察系统的响应来分析系统特性㊂基于上文所建立的机器人运动学方程搭建S i m u l i n k 仿真模型,如图8所示㊂仿真模型中的主要参数为:M =75k g,J =100k g ㊃m 2,m =25k g ,k 1=1200N /m ,c 1=200N ㊃s /m ,k 2=3000N /m ,c 2=300N ㊃s /m ㊂仿真时间为12s ,采用o d e 45求解器对模型进行求解,得到行走架和清洗器的位姿变化曲线如图9~图14所示㊂在给定的清洗器运动输入条件下,仿真结果表明:①行走架在Y 方向位移受清洗器加速㊁减速运动的影响,由于清洗器质量相对行走架较小,因此行走架位移幅度较小,在1mm 以内;②行走架Z 方向位移在1s 后趋于稳定,约为0.03m ,主要是由于自身重力使弹簧产生变形造成Z 方向位移的变化,与清洗器运动无关;③清洗器的倾角与行走架绕X 轴的转角相同,随清洗器的运动产生相应变化,在清洗器位于导轨两端时,转角幅值最大,约为1.3°,对应的Z 方向位移同样为最大值,约0.04m ;④综合①㊁②可知,清洗器的运动规律及质量分别对行走架的Y ㊁Z 方向位移有一㊃4033㊃中国机械工程第26卷第24期2015年12月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图8 S i m u l i n k 仿真框图定影响;⑤清洗器在工作区间内对应的位置和姿态与自身的工作位置有关㊂图9 行走架Y方向位移仿真曲线图10 行走架Z方向位移仿真曲线图11 行走架绕X 轴转角仿真曲线3.3 样机试验根据3.1中定义的清洗器运动函数,对清洗机器人样机进行试验㊂试验结果表明,所设计光伏电池板清洗机器人可以按照需求正常工作,清洗器在工作过程中的位置及姿态变化与仿真结果基本一致,验证了清洗机器人设计参数以及所建图12 清洗器Y方向位移仿真曲线图13 清洗器Z方向位移仿真曲线图14 清洗器倾角仿真曲线立的清洗机器人电池板系统模型的合理性㊂4 结论(1)构建了一种基于单轨车辆转向架技术的移动式清洗机器人,说明了其工作原理㊂(2)根据机器人系统及其行走架的力学㊁几何特性,提出5条基本假设,将清洗机器人电池板系统简化为双质量弹簧阻尼模型,建立行走过程中机器人运动学方程㊂㊃5033㊃面向光伏板清洗的单轨行走式机器人清洗器位姿研究沈铖玮 杭鲁滨 卞怀强等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.(3)基于机器人运动学方程,求解清洗器在任意运动激励下行走架的动态响应通解,确定清洗器在工作区间内所对应的位置和姿态㊂(4)基于MA T A L B/S i m u l i n k,给定清洗器相对行走架运动的输入函数,建立仿真模型,得到清洗器的位姿变化曲线,结果表明清洗器的位姿随工作位置发生相应变化㊂样机试验结果与仿真结果基本一致,验证了模型的合理性㊂参考文献:[1] 陈枫楠,王礼茂.中国太阳能光伏产业空间格局及影响因素分析[J].资源科学,2012,34(2):287‐294.C h e n F e n g n a n,W a n g L i m a o.O nD i s t r i b u t i o na n dD e t e r m i n a n t s o fP VS o l a rE n e r g y I n d u s t r y i nC h i n a[J].R e s o u r c e sS c i e n c e,2012,34(2):287‐294. 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光伏电池板组的除尘清洗机器人装置论文
大学生创新活动计划项目合同书项目名称光伏电池板组的除尘清洗机器人装置项目负责人徐嘉俊班级/专业 011210112/现代装备与控制工程通讯地址机械工程学院手机186****4035指导教师杭鲁滨项目起止日期 2011 年 6 月～ 2012 年 5 月大学生创新活动计划领导小组二ОО八年二月制定目录摘要 (1)ABSTRACT (2)0 引言 (4)1 太阳能光伏板组清洗机构的结构和原理 (5)1．1 太阳能光伏板清洗机构的结构 (6)1．2 太阳能光伏板清洗机构的工作过程 (7)2 机械部件选型计算2．1 丝杠选型计算2．2 清洗直流电机选型计算2．3 带轮选型计算2．4 轴承选型计算2．5 装置三维建模3 电气元件选型3．1 传感器选型3．2 继电器选型3．3 编码器选型4 步进电机的选择4．1 步进电机的基础理论4．1．1 步进电机的分类、结构、原理4．1．2 步进电机的基本特性4．2 步进电机的选型计算4．3 步进电机驱动电路的选择5 PLC控制步进电机工作方式的选择5．1 PLC的选择5．2 常见的步进电机的工作方式5．3 步进电机控制原理5．4 PLC控制步进电机的方法5．5 PLC控制步进电机的设计思路6 控制系统的软件设计6．1 STEP7概述6．2 STEP7项目的创建6．3 本设计相关指令7 总结展望8 参考文献9 原文说明摘要由于尘埃阻挡太阳光，影响硅光板的光电效应，使得发电效率将降低35-40%。
太阳能光伏电池板发电效率每提升1～2个百分点，将耗费大量研发的资金。
在已知的太阳能光伏电池板组的清洗方式中，目前国内外主要采用价格昂贵的自洁材料；以及危险性大的人工清理方式。
也有少量采用自动清洗装置，但都是针对单块太阳能光伏电池板的清洁。
但在实际的太阳能发电厂中，都采用了成排安装的太阳能光伏电池板组，所以只能清洗单块太阳能光伏电池板的自动清洗装置无法运用在太阳能发电厂中，使其实际应用价值受到很大的限制。
光伏发电站组件自动清扫机器人的应用
光伏发电站组件自动清扫机器人的应用摘要:清扫机器人是科技的产物，为生活生产提供了极大的便利。
文章将研究视角集中在清扫机器人技术方面，在大量资料梳理的基础之上，指出技术运用当中存在的各项问题，同时对比了光伏电池板清扫机器人在运用当中存在的问题，例如维护不便、成本较高、可靠性低等，在此基础之上设计了新型光伏电池板清扫机器人，不仅克服了现有光伏电池板清扫机器人运用的各项缺陷，而且还取得了很好的清扫效果。
关键词:光伏电池板；表面光洁度；发电效率；清扫机器人0引言光伏电站发电量会受到诸多因素的影响，例如人类活动的积灰、地表颗粒等，为了保障设备设施的正常运行，可以通过清扫机器人完成各项组件的清扫工作，在中广核连云港市某集中式百兆瓦级光伏电站清扫方面取得明显成效。
无论是大气环境良好还是大气污染严重，整体的发电量都有所提升，前者提升了7%，后者提升了17%，为此需要高度重视组件的清扫问题。
2012年，我国集中了大量的力量对组件清扫技术进行了深入探讨，同时根据光伏发电站的运行情况提出了多种多样的清扫技术。
清扫机器人则是典型的机械清扫，可以分为单排清扫、便携式清扫和挂牌清扫三大类，文章将结合自动清扫机器人运用情况，对光伏发电站组件减少问题进行系统分析。
1清扫机器人的技术路线1.1单排清扫技术顾名思义，单排清扫技术是不能越排的，只能对一排光伏组件进行清扫。
该项技术研究起步较早，目前清扫机器人的结构设计、控制系统等多方问题，已经获得了高校和科研院所的共同关注，诞生了大量的运用成果，南京天创、Ecoppia 公司、南京索能多思等都是其中的典型生产企业。
1)南京天创清扫机器人应用范围最广。
随着技术研究的不断深入，很多企业都已经具备了清扫机器人的生产资质，该类产品主要由行走系统、电池和控制系统、清扫系统和导向系统共同组成。
产品在作用过程中，行走轮会沿着组件边框进行，通过毛刷的快速转动来完成清扫工作，大部分的灰尘会落到地面，少部分会遗留在光伏组件上。