一种用于光伏清扫机器人的路径导航系统

本发明涉及智能机器人，具体为一种用于光伏清扫机器人的路径导航系统。

背景技术：

1、随着光伏产业的快速发展，光伏板表面的清洁度对光伏发电效率有着重要影响。为了保持光伏板的清洁，需要使用清扫机器人对光伏板进行定期清扫。然而，由于光伏板布局复杂、环境多变，清扫机器人在路径规划、避障、安全性和可靠性等方面面临诸多挑战。

2、目前，现有的光伏清扫机器人往往采用简单的路径规划和避障算法，缺乏对复杂环境和动态变化的适应能力，此外，一些机器人在安全性和可靠性方面存在不足，缺乏对紧急情况的及时响应和处理能力，为此提出一种用于光伏清扫机器人的路径导航系统。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于光伏清扫机器人的路径导航系统，解决了现有的光伏清扫机器人往往采用简单的路径规划和避障算法，缺乏对复杂环境和动态变化的适应能力的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于光伏清扫机器人的路径导航系统，包括感知模块，用于获取周围环境的信息，包括光伏板的位置、障碍物、地形；

3、定位模块，用于确定机器人在光伏场地中的位置和姿态；

4、路径规划模块，根据光伏场地的布局和清扫需求，规划机器人的最优路径，以确保高效的清扫覆盖；

5、避障模块，基于感知模块提供的环境信息，通过避开障碍物、规避地形，确保机器人安全地导航和完成清扫任务；

6、控制模块，负责控制机器人的运动，以实现路径导航和避障功能；

7、自主充电模块，用于使得机器人能够自主返回指定的充电站进行充电，以延长工作时间和减少人工干预；

8、自动维护和故障诊断模块，用于实时监测和分析机器人的运行状态和传感器数据，检测潜在的故障，并提供相应的维护建议和报警信息；

9、安全性和可靠性模块，用于确保机器人在紧急情况下能够及时停止运动；

10、智能调度模块，用于根据太阳能资源、天气情况和光伏场地的清扫需求，安排机器人的清扫任务和工作时间，以优化清扫效率；

11、软件界面模块，该模块提供友好的用户界面，使操作人员能够监控和控制机器人的导航系统，获取清扫机器人工作信息；

12、所述感知模块和所述定位模块以及所述规避模块输出端均与路径规划模块输入端连通，所述路径规划模块输出端与控制模块输入端连通，所述安装性和可靠性模块和自动维护和故障诊断模块输出端均与控制模块输入端连通，所述控制模块输出端分别与智能调度模块和自主充电模块输入端连通，所述软件界面模块输出端与自动维护和故障诊断模块输入端连通。

13、优选的，所述感知模块包括：

14、摄像头单元：包括多个摄像头，获取更全面的视野和图像信息。

15、激光雷达单元：使用多个激光雷达，对周围环境进行感知。

16、红外传感器单元：用于检测光伏板的热量辐射，以帮助确定其位置和状态。

17、气象传感器单元：用于监测环境温度、湿度、风速，以优化路径规划和清扫调度。

18、优选的，所述定位模块包括：

19、视觉定位单元：利用图像处理和特征匹配，实现机器人在场地中的精确定位。

20、轮式编码器单元：通过监测轮子的旋转和移动距离，推算出机器人的位置和姿态。

21、外部定位系统单元：提供更精准的定位信息。

22、优选的，所述路径规划模块包括：

23、动态路径规划单元：根据实时环境变化和清扫需求的变化，动态调整机器人的路径规划。

24、避开阴影单元：根据光伏板的位置和太阳光照情况，规划路径以避开光伏板的阴影区域，确保清扫效果。

25、考虑效率的路径规划单元：结合光伏板布局和清扫任务优先级，优化路径规划以提高清扫效率。

26、优选的，所述规避模块包括：

27、智能障碍物识别单元：通过深度学习和图像处理，识别复杂障碍物并采取相应的避障策略。

28、地形感知单元：通过地形传感器或地形图数据，识别地形特征，并规划避障路径。

29、优选的，所述安全性和可靠性模块包括：

30、紧急避险单元：根据环境感知和避障算法，及时响应紧急情况，采取避险动作，确保机器人和周围环境的安全。

31、自动备份系统单元：在关键组件或系统故障时，自动切换到备用系统，以确保机器人的可靠性和持续工作。

32、优选的，所述自动维护和故障诊断模块包括：

33、故障预测单元：通过分析传感器数据和机器人运行状态，预测潜在的故障并提前采取维护措施。

34、自动维护单元：根据故障诊断结果，自动执行维护任务。

35、远程故障诊断单元：通过网络连接，将故障信息发送到远程服务器进行诊断，并提供相应的故障解决方案。

36、优选的，所述智能调度模块包括：

37、太阳能预测单元：通过天气数据和太阳能预测模型，预测未来一段时间内的太阳能资源，以优化清扫任务调度。

38、任务优先级管理单元：根据清扫任务的紧急程度、光伏板状态等因素，确定任务的优先级和顺序。

39、优选的，所述自主充电模块包括：

40、充电状态监测单元：监测充电电池的电量和充电状态，以决定是否需要进行充电。

41、充电站选择单元：根据机器人当前位置和充电需求，选择最近或最适合的充电站进行充电。

42、充电桩对接单元：实现机器人与充电桩的自动对接和连接，以便进行充电。

43、优选的，所述软件界面模块包括：

44、数据可视化单元：将机器人的实时数据和状态以图表、曲线等形式展示，方便操作人员监控和分析。

45、远程控制单元：通过远程连接，实现对机器人导航系统的远程监控和控制，方便远程操作和管理。

46、报警和通知单元：在发生重要事件或故障时，向操作人员发送报警和通知信息，以便及时处理和干预。

47、工作原理：当光伏清扫机器人启动时，感知模块首先获取周围环境的信息。通过摄像头单元提供的全方位视野和图像信息，机器人能够准确感知光伏板的位置、数量和布，激光雷达单元通过多个激光束扫描周围环境，测量障碍物的距离和形状，并生成环境地图。红外传感器单元检测光伏板的热量辐射，从而确定其位置和状态。气象传感器单元监测环境温度、湿度和风速等气象参数，以优化路径规划和清扫调度，定位模块根据感知模块提供的信息，确定机器人在光伏场地中的准确位置和姿态。视觉定位单元利用图像处理和特征匹配技术，识别场地中的标志物或特征点，实现机器人的精确定位。轮式编码器单元通过监测轮子的旋转和移动距离，推算出机器人相对于场地的位置和姿态。外部定位系统单元，如gps或室内定位系统，提供更精准的定位信息，增强机器人的定位能力，路径规划模块根据光伏场地的布局和清扫需求，规划机器人的最优路径，以确保高效的清扫覆盖。动态路径规划单元根据实时环境变化和清扫需求的变化，动态调整机器人的路径规划，避免障碍物和光伏板阴影区域。避开阴影单元根据光伏板的位置和太阳光照情况，规划路径以避开光伏板的阴影区域，确保清扫效果。同时，考虑效率的路径规划单元结合光伏板布局和清扫任务优先级，优化路径规划以提高清扫效率，减少重复清扫，避障模块根据感知模块提供的环境信息，通过避开障碍物和规避地形，确保机器人安全地导航和完成清扫任务。智能障碍物识别单元使用深度学习和图像处理技术，对复杂障碍物进行识别，并采取相应的避障策略，如绕行或停下等。地形感知单元通过地形传感器或地形图数据，识别地形特征，并规划避障路径，确保机器人在不同地形上能够稳定导航，控制模块根据路径规划模块输出的路径信息，控制机器人的运动，实现路径导航和避障功能。它调整机器人的速度和方向，使其按照规划的路径进行导航。当遇到障碍物或需要避开阴影区域时，控制模块相应地调整机器人的运动，以确保安全和清扫效果，自主充电模块使机器人能够自主返回指定的充电站进行充电，以延长工作时间和减少人工干预。充电状态监测单元监测充电电池的电量和充电状态，根据需要判断是否需要进行充电。充电站选择单元根据机器人当前位置和充电需求，选择最近或最适合的充电站进行充电。充电桩对接单元实现机器人与充电桩的自动对接和连接，以便进行充电，自动维护和故障诊断模块实时监测和分析机器人的运行状态和传感器数据，检测潜在的故障，并提供相应的维护建议和报警信息。故障预测单元通过分析传感器数据和机器人运行状态，预测潜在的故障并提前采取维护措施，避免因故障导致的停机时间。自动维护单元根据故障诊断结果，自动执行维护任务，例如更换零部件或进行清洁。远程故障诊断单元通过网络连接，将故障信息发送到远程服务器进行诊断，并提供相应的故障解决方案，安全性和可靠性模块确保机器人在紧急情况下能够及时停止运动，保证机器人和周围环境的安全。紧急避险单元根据环境感知和避障算法，及时响应紧急情况，采取避险动作，如紧急停机或改变运动方向等。自动备份系统单元在关键组件或系统故障时，自动切换到备用系统，以确保机器人的可靠性和持续工作，智能调度模块根据太阳能资源、天气情况和光伏场地的清扫需求，安排机器人的清扫任务和工作时间，以优化清扫效率。太阳能预测单元通过天气数据和太阳能预测模型，预测未来一段时间内的太阳能资源，以便调度机器人的工作。任务优先级管理单元根据清扫任务的紧急程度、光伏板状态等因素，确定任务的优先级和顺序，确保高效完成清扫任务。软件界面模块提供友好的用户界面，使操作人员能够监控和控制机器人的导航系统，获取清扫机器人的工作信息。

48、本发明提供了一种用于光伏清扫机器人的路径导航系统。具备以下有益效果：

49、1、本发明通过感知模块获取周围环境信息，包括光伏板的位置、数量和状态，以及环境温度、湿度和风速等气象参数，以优化路径规划和清扫调度。

50、2、本发明通过视觉定位单元利用图像处理和特征匹配技术，识别场地中的标志物或特征点，实现机器人的精确定位。同时，轮式编码器单元通过监测轮子的旋转和移动距离，推算出机器人相对于场地的位置和姿态。

51、3、本发明通过路径规划模块根据光伏场地的布局和清扫需求，规划机器人的最优路径，以确保高效的清扫覆盖。动态路径规划单元根据实时环境变化和清扫需求的变化，动态调整机器人的路径规划，避免障碍物和光伏板阴影区域。

52、4、本发明通过避障模块根据感知模块提供的环境信息，通过避开障碍物和规避地形，确保机器人安全地导航和完成清扫任务。智能障碍物识别单元使用深度学习和图像处理技术，对复杂障碍物进行识别，并采取相应的避障策略。

53、5、本发明通过控制模块根据路径规划模块输出的路径信息，控制机器人的运动，实现路径导航和避障功能。同时，自主充电模块使机器人能够自主返回指定的充电站进行充电，以延长工作时间和减少人工干预。