光伏板清扫机器人及其偏斜检测和纠偏方法与流程

本发明涉及自动控制技术领域，更具体地说，涉及光伏板清扫机器人及其偏斜检测和纠偏方法。

背景技术：

光伏板清扫机器人在电机驱动下沿光伏板外边框行走，其俯视图如图1所示。但在行走过程中光伏板清扫机器人难免出现偏斜，如图2所示。例如，光伏板清扫机器人采用双电机驱动，一个电机驱动左侧的行走轮、另一电机驱动右侧的行走轮，由于两个电机的转速不能保证完全一致，因此光伏板清扫机器人难免出现偏斜。

光伏板清扫机器人上安装的限位装置(例如限位轮，图2中用附图标记“1”表示限位轮)，能够使偏斜后的光伏板清扫机器人的行走方向仍保持与偏斜前一致(参见图1和图2中示出的箭头方向)，但偏斜角度越大，限位装置对光伏板清扫机器人带来的行走阻力也越大，当行走阻力达到一定值时，光伏板清扫机器人就会卡死。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种光伏板清扫机器人及其偏斜检测和纠偏方法，以避免光伏板清扫机器人在行走过程中卡死。

一种光伏板清扫机器人，其中：

所述光伏板清扫机器人的底盘上安装有限位装置，用于使偏斜后的光伏板清扫机器人的行走方向仍保持与偏斜前一致，而不至于从光伏板上掉落；

底盘上还安装有一万向轮，并且所述万向轮位于底盘最前排的行走轮之后、最后排的行走轮之前；

所述万向轮的主轴分为两节，前节固定在万向轮的轴承上，后节固定在底盘上，前、后节通过轴承相连，当所述光伏板清扫机器人发生偏斜时，后节相对前节产生旋转位移；

所述主轴上设置有一检测装置，用于检测后节相对前节产生的旋转位移的大小和方向，并输出检测结果。

可选的，所述检测装置基于电阻环实现，后节相对前节产生的旋转位移的方向决定电阻环阻值是增大还是减小，后节相对前节产生的旋转位移的大小决定电阻环阻值增大和减小的程度。

可选的，所述检测装置基于扭矩传感器实现，后节相对前节产生的旋转位移的大小和方向决定扭矩传感器测得的扭矩的大小和方向。

可选的，所述光伏板清扫机器人上还设置有第一控制单元，用于滤除所述检测结果中的瞬时数据，以避免形成误判。

可选的，所述光伏板清扫机器人采用多电机驱动，一部分电机驱动底盘左侧的行走轮、另一部分电机驱动底盘右侧的行走轮；

所述光伏板清扫机器人上还设置有第二控制单元，用于根据所述第二控制单元输出的检测结果调节电机转速，实现自动纠偏。

可选的，所述第二控制单元还用于滤除所述检测结果中的瞬时数据，以避免形成误判。

一种光伏板清扫机器人偏斜检测方法，应用于上述公开的任一种光伏板清扫机器人，所述方法包括：

检测所述光伏板清扫机器人中万向轮主轴的后节相对前节产生的旋转位移的大小和方向；

输出检测结果。

可选的，所述输出检测结果之后，还包括：滤除所述检测结果中的瞬时数据，以避免形成误判。

一种光伏板清扫机器人纠偏方法，其特征在于，应用于上述采用多电机驱动的光伏板清扫机器人，所述方法包括：

检测所述光伏板清扫机器人中万向轮主轴的后节相对前节产生的旋转位移的大小和方向；

输出检测结果；

根据所述检测结果调节电机转速，实现自动纠偏。

可选的，所述输出检测结果之后，还包括：滤除所述检测结果中的瞬时数据，以避免形成误判。

从上述的技术方案可以看出，本发明利用万向轮的滚动方向始终与光伏板清扫机器人的行走方向保持一致的原理，在万向轮主轴的后节相对前节保持静止时，判定光伏板清扫机器人未发生偏斜，在后节相对前节产生旋转位移时，判定为发生偏斜，而且旋转位移的大小和方向直接反映偏斜角度的大小和方向，从而实现了对光伏板清扫机器人的偏斜角度的自动检测，方便了工作人员实时了解偏斜程度并在偏斜角度过大时及时纠偏，避免了光伏板清扫机器人在行走过程中卡死。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种光伏板清扫机器人未发生偏斜时的俯视示意图；

图2为现有技术公开的一种光伏板清扫机器人发生偏斜时的俯视示意图；

图3为本发明实施例公开的一种光伏板清扫机器人未发生偏斜时的俯视示意图；

图4为本发明实施例公开的一种万向轮结构示意图；

图5为本发明实施例公开的一种光伏板清扫机器人发生偏斜时的俯视示意图；

图6为本发明实施例公开的一种光伏板清扫机器人偏斜检测方法流程图；

图7为本发明实施例公开的又一种光伏板清扫机器人偏斜检测方法流程图；

图8为本发明实施例公开的一种光伏板清扫机器人纠偏方法流程图；

图9为本发明实施例公开的又一种光伏板清扫机器人纠偏方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开的光伏板清扫机器人是在图1的基础上进行改进得到，其俯视图如图3所示，描述如下：

光伏板清扫机器人100的底盘上安装有四个行走轮，当然如果光伏板清扫机器人100的底盘太宽太长，则也可以设置更多个行走轮。光伏板清扫机器人100在行走过程中难免出现偏斜，例如，光伏板清扫机器人100采用多电机驱动(通常为双电机驱动)，一部分电机驱动左侧的行走轮(即沿光伏板左侧的外边框行走的行走轮)、另一部分电机驱动右侧的行走轮(即沿光伏板右侧的外边框行走的行走轮)，在光伏板清扫机器人100行走过程中，驱动左侧行走轮的电机与驱动右侧行走轮的电机的转速不一致带来的累计误差会导致光伏板清扫机器人100发生偏斜。

光伏板清扫机器人100的底盘上还安装有限位装置(例如限位轮，图3中仍用附图标记“1”表示限位轮)，用于使偏斜后的光伏板清扫机器人100的行走方向仍保持与偏斜前一致，从而避免偏斜后的光伏板清扫机器人100在沿光伏板外边框行走过程中从光伏板上掉落。限位装置的存在，虽然能够使偏斜后的光伏板清扫机器人100的行走方向仍保持与偏斜前一致，但偏斜角度越大，限位装置对光伏板清扫机器人100带来的行走阻力也越大，当行走阻力达到一定值时，光伏板清扫机器人100就会卡死。

为避免光伏板清扫机器人100在行走过程中卡死，光伏板清扫机器人100的底盘上还安装了万向轮2，并增设了检测装置，通过检测装置与万向轮2的配合作用，自动检测出光伏板清扫机器人100的偏斜角度，以便工作人员能够实时了解偏斜程度并在偏斜角度过大时及时纠偏。

具体的，万向轮2位于底盘最前排的行走轮之后、最后排的行走轮之前(图3仅以设置在底盘中心位置作为示例)，以光伏板清扫机器人100的底盘具有四个行走轮，分别是左前轮、右前轮、左后轮、右后轮为例，则所述最前排的行走轮是指左前轮和右前轮，所述最后排的行走轮是指左后轮和右后轮。万向轮2的主轴分为两节，前节n固定在万向轮2的轴承上，后节m固定在光伏板清扫机器人100的底盘上，m和n通过轴承相连，如图4所示，其工作原理如下：

由于车辆的前轮为导向轮，后轮仅是跟随车辆运动方向滚动、而不会改变车辆运动方向(倒车时，原先的前轮就会变为后轮，后轮变为前轮)，再加上万向轮作为导向轮的话很容易偏向，因此本实施例将万向轮2设置于最前排的行走轮之后、最后排的行走轮之前，这样，不论在光伏板清扫机器人100前进还是倒车的过程中，万向轮2都是始终跟随光伏板清扫机器人100的行走方向滚动、与其保持一致。

由于万向轮2的滚动方向始终与光伏板清扫机器人100的行走方向保持一致，则在光伏板清扫机器人100发生偏斜后，万向轮2的滚动方向与光伏板清扫机器人100的底盘之间就会产生旋转位移，如图3和图5所示，图3为未发生偏斜时的俯视示意图，图5为发生偏斜时的俯视示意图。也就是说，光伏板清扫机器人100未发生偏斜时，m相对n保持静止，而光伏板清扫机器人100发生偏斜时，m会相对n产生旋转位移，而且偏斜角度越大，旋转位移就越大，偏斜方向也直接决定旋转位移的方向。

万向轮2的主轴上设置有一检测装置，用于检测m相对n产生的旋转位移的大小和方向，并输出检测结果，工作人员根据所述输出结果，即可确定出光伏板清扫机器人100是否发生偏斜，以及发生偏斜时的偏斜角度和偏斜方向，从而在偏斜角度过大时及时纠偏，避免了光伏板清扫机器人100在行走过程中卡死。

可选的，所述检测装置可以基于电阻环实现，m相对n产生的旋转位移的方向决定电阻环阻值是增大还是减小(可以是m相对n产生的旋转位移方向为正时对应电阻环阻值增大、m相对n产生的旋转位移方向为负时对应电阻环阻值减小，也可以是m相对n产生的旋转位移方向为负时对应电阻环阻值增大、m相对n产生的旋转位移方向为正时对应电阻环阻值减小)，m相对n产生的旋转位移的大小决定电阻环阻值增大和减小的程度。或者，所述检测装置也可以是基于扭矩传感器实现，m相对n产生的旋转位移的大小和方向决定扭矩传感器测得的扭矩的大小和方向。

由上述描述可以看出，本实施例利用万向轮2的滚动方向始终与光伏板清扫机器人100的行走方向保持一致的原理，在m相对n保持静止时，判定光伏板清扫机器人100未发生偏斜，在m相对n产生旋转位移时，判定为发生偏斜，而且旋转位移的大小和方向直接反映偏斜角度的大小和方向，从而实现了对光伏板清扫机器人100的偏斜角度的自动检测，方便了工作人员实时了解偏斜程度并在偏斜角度过大时及时纠偏，避免了光伏板清扫机器人在行走过程中卡死。

可选的，在上述公开的任一实施例中，光伏板清扫机器人100上还设置有第一控制单元，用于滤除所述检测结果中的瞬时数据，以避免形成误判。

具体的，由于遇到抖动和障碍等因素干扰时，万向轮2的滚动方向会发生偏移，使得m相对n产生瞬间的较大旋转位移，此时就容易误判成是光伏板清扫机器人100发生了偏斜，因此本实施例在软件上做瞬间值滤波处理，例如：万向轮2遇障碍时突然变向，m与n发生旋转，采集m相对n产生的旋转位移，如果采样值的保持时间小于阈值t(t一般取50ms)，则认为该采样值是瞬间无效值，将其滤除。

可选的，在上述公开的任一实施例中，当光伏板清扫机器人100采用多电机驱动，一部分电机驱动底盘左侧的行走轮、另一部分电机驱动底盘右侧的行走轮时，光伏板清扫机器人100上还设置有第二控制单元，用于根据所述第二控制单元输出的检测结果调节电机转速，实现自动纠偏。

以检测装置基于电阻环实现为例，当检测到电阻环阻值r满足aω-△m≤r≤aω+△m时，认为在误差允许范围内，无需纠偏；当检测到电阻环阻值r＞aω+△m时，如果判断此时光伏板清扫机器人100行走方向从左往右，则增大驱动左侧行走轮的电机的转速进行纠偏，直至满足aω-△m≤r≤aω+△m时，保持所有电机同转速运行；当检测到电阻阻值r＜aω-△m时，且判断此时行走方向从左往右，则增大驱动右侧行走轮的电机的转速进行纠偏，直至满足aω-△m≤r≤aω+△m时，保持所有电机同转速运行。其中，在调速时，可以采用pid积分、微分或比例算法进行优化，保证平缓纠偏，不至于超调量过大导致光伏板清扫机器人100震荡。

可选的，所述第二控制单元还用于滤除所述检测结果中的瞬时数据，以避免形成误判。

本发明实施例还公开了一种光伏板清扫机器人偏斜检测方法，其中：所述光伏板清扫机器人的底盘上安装有限位装置，用于使偏斜后的光伏板清扫机器人的行走方向仍保持与偏斜前一致，而不至于从光伏板上掉落；底盘上还安装有一万向轮，并且所述万向轮位于底盘最前排的行走轮之后、最后排的行走轮之前；所述万向轮的主轴分为两节，前节固定在万向轮的轴承上，后节固定在底盘上，前、后节通过轴承相连，当所述光伏板清扫机器人发生偏斜时，后节相对前节产生旋转位移。

如图6所示，所述光伏板清扫机器人偏斜检测方法包括：

步骤s01：检测所述光伏板清扫机器人中万向轮主轴的后节相对前节产生的旋转位移的大小和方向；

步骤s02：输出检测结果。

可选的，如图7所示，所述步骤s02之后，还包括：步骤s03：滤除所述检测结果中的瞬时数据，以避免形成误判。

本发明实施例还公开了一种光伏板清扫机器人纠偏方法，其中：所述光伏板清扫机器人采用多电机驱动，一部分电机驱动底盘左侧的行走轮、另一部分电机驱动底盘右侧的行走轮；底盘上还安装有限位装置，用于使偏斜后的光伏板清扫机器人的行走方向仍保持与偏斜前一致，而不至于从光伏板上掉落；底盘上还安装有一万向轮，并且所述万向轮位于底盘最前排的行走轮之后、最后排的行走轮之前；所述万向轮的主轴分为两节，前节固定在万向轮的轴承上，后节固定在底盘上，前、后节通过轴承相连，当所述光伏板清扫机器人发生偏斜时，后节相对前节产生旋转位移。

如图8所示，所述光伏板清扫机器人纠偏方法包括：

步骤s11：检测所述光伏板清扫机器人中万向轮主轴的后节相对前节产生的旋转位移的大小和方向；

步骤s12：输出检测结果。

步骤s13：根据所述检测结果调节电机转速，实现自动纠偏。

可选的，如图9所示，所述步骤s12之后，还包括：

步骤s121：滤除所述检测结果中的瞬时数据，以避免形成误判，之后进入步骤s13。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与光伏板清扫机器人产品实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见产品部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。