一种用于清洗的路径规划控制方法以及光伏机器人与流程

本发明涉及光伏面板清洁领域，尤其涉及一种用于清洗的路径规划控制方法以及光伏机器人。

背景技术：

1、伴随全球对可再生能源需求的增加，以及光伏电站规模的不断扩大，产业下游对高效、经济的新能源运维解决方案的需求旺盛。而光伏清洁机器人，作为提高运维效率、降低人力成本的有效工具，其市场需求与日俱增，也对研发人员更新迭代研发成果的工作提出了更高要求。

2、光伏机器人实施清洁的光伏面板普遍呈平面状，一般部署方式为多块拼接在一起，形成一排或者多排，一排或者多排面板的四周普遍无遮挡。光伏机器人在光伏面板上运动和清洁时，需要判断光伏面板的边缘，防止光伏机器人自上而下跌落。现有技术中，机器人对光伏面板的清洁工作要么追求高效导致容易漏擦，要么增加清洁时间来减少漏擦几率，难以实现兼顾。因此，针对上述问题，行业内尚未提出合理的解决方案，能够在提升光伏面板清洁效率的同时有效避免漏擦情况发生。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：如何设计出一种用于清洗的路径规划控制，能够使光伏机器人的清洁路径更加高效，在提升光伏面板清洁效率的同时有效避免漏擦情况发生。

2、发明人在针对光伏面板清洁场景，设计机器人自动化清洁方案的研发过程中，提出一种用于清洗的路径规划控制方法以及光伏机器人，所述光伏机器人的底部设置有视觉摄像头，所述视觉摄像头的视角范围能够覆盖至少一个子电池区块，所述视觉摄像头用于通过视觉算法识别视觉范围内子电池区块的直线，得到参考原点到直线的垂直距离和直线与水平轴的角度，所述水平轴垂直于机器头部方向。进一步地，根据实际情况，所述水平轴可以为x轴或者y轴，转换到直角坐标系的公式如下：

3、ρ＝xcosθ+ysinθ

4、其中，参见图3，当机器沿着直线平行运动时θ接近于数值零的时候，机器到直线的距离x的数值等于ρ的数值。

5、因为视觉范围大于一个子电池区块，当光伏机器人与直线平行运动时，在运动方向的垂直方向会出现两条直线，通过比例换算可以计算出子电池区块的大小，结合光伏机器人的运动和光伏面板边缘检测，可以计算出光伏面板长宽方向上的子电池区块数量，从而计算出光伏面板的尺寸。

6、有了光伏机器人相对子电池区块之间白色线条的偏移距离ρ和角度θ信息后，就可以控制光伏机器人沿着选定的直线运动；光伏机器人即机器沿直线平行运动，可以分解为角度控制和距离控制。

7、角度控制：控制机器左右轮速度，保持机器的运动方向与直线平行；

8、距离控制：通过调节机器运动方向与直线的偏角来控制机器原点到直线的距离。

9、在光伏机器人刚开始运动时，获取初始距离td，距离控制使用比例控制方法，即距离控制的输出out_d与距离之间的差值成正比，也就是实时距离与初始距离的差值成正比。其中，距离控制的输出out_d经过转换作为角度控制的输入，角度控制系统如图4所示。

10、进一步地，角度pid控制的传递函数如下：

11、

12、其中，kp为比例控制，即输入目标角度与当前角度的差值乘以一定的比例系数；kd为微分控制，即与角速度成反比，起到阻尼作用；ki为积分控制，即比例控制的累加，可以减小累计误差。

13、进一步地，本发明提出一种用于清洗的路径规划控制方法，所述方法用于光伏机器人内部的控制单元，所述光伏机器人放置于光伏面板上，所述路径规划控制方法包括：s1，接收清洁行动指令，识别光伏机器人相对于光伏面板的起始位置；s2，获取光伏面板以及光伏机器人之间的关联参数，依据关联参数规划光伏机器人的目标清洁路径。

14、其进一步的技术方案为，所述获取光伏面板以及光伏机器人之间的关联参数，依据关联参数规划光伏机器人的目标清洁路径，包括：s11，识别光伏面板相对于水平面的姿态角度，并以光伏面板下方的水平面为基准，建立xyz轴坐标系；s12，读取光伏机器人对应的xy方向的姿态角，并计算出光伏面板相对于水平面的最大倾角a；s13，判断光伏机器人的头部方向的角度，与最大倾角a之间的差值是否小于预设偏差角度；s14，如果光伏机器人的头部方向的角度，与最大倾角a之间的差值不小于预设偏差角度，调整光伏机器人的头部方向以减小差值；s15，如果光伏机器人的头部方向的角度，与最大倾角a之间的差值小于预设偏差角度，控制光伏机器人移动到光伏面板的底部的边缘。其中，以水平面为基准建立xyz轴坐标系的具体方式，以及x轴y轴z轴的角度均为本领域技术人员所知晓。

15、其进一步的技术方案为，所述控制光伏机器人移动到光伏面板的底部的边缘之后，所述方法还包括：s21，控制光伏机器人移动到光伏面板的顶部的边缘，计算光伏面板的竖直方向的距离，并退回光伏机器人的半个机身的距离，机身逆时针旋转90度，沿水平方向移动到光伏面板的侧面的边缘；s22，控制光伏机器人原地旋转180度，沿水平方向移动到光伏面板的另一侧面的边缘，并计算出光伏面板的横向边长；s23，控制光伏机器人回退安全距离，判断光伏机器人距离光伏面板的底边的第一距离l1，是否大于光伏机器人的机身宽度的1.5倍，即第二距离l2；s24，如果光伏机器人距离光伏面板的底边的第一距离l1，大于光伏机器人的机身宽度的1.5倍，控制光伏机器人沿光伏面板向下运动一个机身的距离，光伏机器人原地顺时针旋转90度；s25，如果光伏机器人距离光伏面板的底边的第一距离l1，不大于光伏机器人的机身宽度的1.5倍，在第一距离l1大于第二距离l2的一半的情况下，光伏机器人向下运动第一距离l1以及第二距离l2的一半之间的差值距离，光伏机器人原地顺时针旋转90度。其中，所述步骤s21当中沿水平方向移动到光伏面板的侧面的边缘之后，由于并未遍历整个光伏面板，所以此时还无法对整个光伏面板的规格进行测量；在光伏面板上，所述光伏机器人前进或后退的具体方向、具体角度，为本领域技术人员所知晓；所述第一距离l1以及第二距离l2的一半之间的差值距离，计算顺序为已知第二距离l2的一半，再计算与第一距离l1的差值；进一步地，所述光伏机器人包括机身，所述机身的距离即长或宽，所述回退安全距离以光伏机器人的机身的长度为基准，具体的回退方式为本领域所熟知。

16、其进一步的技术方案为，所述光伏机器人原地顺时针旋转90度之后，所述方法还包括：所述光伏机器人原地顺时针旋转90度之后，所述方法还包括：s31，控制光伏机器人向前运动，直到检测到光伏面板的侧面的边缘；s32，控制光伏机器人回退安全距离，原地逆时针旋转90度，判断光伏机器人距离光伏面板的底边的第一距离l1，是否大于光伏机器人的机身宽度的1.5倍，即第二距离l2；s33，如果光伏机器人距离光伏面板的底边的第一距离l1，大于光伏机器人的机身宽度的1.5倍，控制光伏机器人沿光伏面板向下运动一个机身的距离，光伏机器人原地顺时针旋转90度，并向前运动直到检测到光伏面板的侧面的边缘，完成光伏面板的清洁工作；s34，如果光伏机器人距离光伏面板的底边的第一距离l1，不大于光伏机器人的机身宽度的1.5倍，在第一距离l1大于第二距离l2的一半的情况下，光伏机器人向下运动第一距离l1以及第二距离l2的一半之间的差值距离，光伏机器人原地顺时针旋转90度，并向前运动直到检测到光伏面板的侧面的边缘，完成光伏面板的清洁工作。其中，所述第一距离l1对应光伏机器人距离光伏面板的底边，所述第二距离l2对应光伏机器人的机身宽度的1.5倍；在第一距离l1不大于第二距离l2的一半的情况下，直接转入完成光伏面板的清洁工作的步骤。

17、其进一步的技术方案为，所述获取光伏面板以及光伏机器人之间的关联参数，依据关联参数规划光伏机器人的目标清洁路径，包括：识别光伏面板相对于水平面的姿态角度，并以光伏面板所在的平面为基准，建立xyz轴坐标系；控制光伏机器人测量光伏面板x轴长度以及光伏面板y轴长度；根据光伏面板x轴长度以及光伏面板y轴长度，结合光伏机器人的第一边长以及第二边长，计算轴向清洁回合数；以轴向清洁回合数以及姿态角度为依据，规划光伏机器人的目标清洁路径；根据所述起始位置、所述目标清洁路径，实现光伏机器人对光伏面板的清洁工作。在一实施例中，所述轴向清洁回合数包括第一清洁回合数、第二清洁回合数，所述第一清洁回合数依据光伏面板x轴长度生成，用于衡量机器垂直于x轴即沿y轴来回运动的次数，所述第二清洁回合数依据光伏面板y轴长度生成，用于衡量机器垂直于y轴即沿x轴来回运动的次数。

18、其进一步的技术方案为，所述接收清洁行动指令，识别光伏机器人相对于光伏面板的起始位置，包括：接收清洁行动指令，识别光伏机器人相对于光伏面板的起始位置，根据所述清洁行动指令对应的参数生成清洁要求信息。上述方案中，清洁行动指令可以由用户发起，也可以由光伏机器人在符合预设发起条件的情况下自行生成指令；所述清洁行动指令对应的参数，可以由用户自行设定，也可以由光伏机器人根据实际场景智能生成，其具体实现方式不会对本发明实施例的技术效果构成影响。

19、其进一步的技术方案为，所述根据所述起始位置、所述目标清洁路径，实现光伏机器人对光伏面板的清洁工作之后，所述方法还包括：根据所述清洁要求信息，实现光伏机器人对多个并排的光伏面板的二次清洁工作。在一实施例中，多个并排的光伏面板即光伏阵列，前述光伏机器人已经完成了对光伏面板的清洁工作，因此是否进行二次清洁由用户根据实际需求来决定。

20、其进一步的技术方案为，所述光伏机器人上设有探测装置，所述探测装置用于获取尘埃累积值；所述根据所述清洁要求信息，实现光伏机器人对光伏面板的二次清洁工作，包括：根据光伏面板的多个子电池区块的尘埃累积值，根据预设规则将多个子电池区块划分为三个级别，包括高级别子电池区块、中级别子电池区块、低级别子电池区块；沿x轴的距离，对多个高级别子电池区块进行排序，获取用于显示排序结果的二次清洁规划；控制光伏机器人依据二次清洁规划进行二次清洗，若出现至少两个位于同一y轴上的高级别子电池区块，依照距离光伏机器人从近到远的顺序沿y轴依次清洁至少两个高级别子电池区块，直至完成二次清洁工作。上述方案中，所述预设规则可以是按尘埃累积值进行排序后按数量筛选，也可以是根据尘埃累积值的情况进行聚类或分组，本领域技术人员可以理解，预设规则包括但不限于上述方式。在一实施例中，所述子电池区块的数量庞大，划分之后的高级别子电池区块也有几十个。进一步地，所述排序结果的数据量庞大，由于尘埃累积值不同的各个子电池区块，会被划分为相同的级别，因此所述排序结果当中不可避免会包含并列的高级别子电池区块，即无论尘埃累积值多少均划分为相同的级别。

21、其进一步的技术方案为，本发明实施例还提出一种光伏机器人，所述光伏机器人包括用于执行如上所述路径规划控制方法的单元；该光伏机器人运行的过程中，首先计算出子电池区块之间线条的距离和角度，然后判断当前光伏机器人的前进方向与线条的偏移角度，如果角度大于数值零，则光伏机器人相对线条角度偏左，控制机器顺时针旋转，以控制角度差接近数值零；否则，如果角度不大于数值零，控制机器逆时针旋转。

22、当所述角度接近于数值零后，开始控制光伏机器人沿着前进方向的中心线与线条保持一定的距离，当实际距离与设定的距离有偏差时，控制光伏机器人向左或右偏移一定的小角度前进，以使距离接近设定的角度；从而控制光伏机器人沿着选定的线条向前运动。

23、在一实施例中，光伏机器人的路径规划方法为，用户将光伏机器人放置到光伏面板上后，首先会读取机器x轴和y轴方向上的姿态角度，并得到光伏面板的最大倾角。一般最大倾角方向放置一到两排面板，水平方向会放置多块面板，调整光伏机器人的头部方向y轴与最大倾角方向水平，即机头朝向光伏面板上方，光伏机器人沿着最大倾角方向上下运动，得到光伏面板宽度，即最大倾角方向的长度。有了光伏面板宽度的数据后，计算出机器需要在水平方向运动几个来回即轴向清洁回合数，直到清洁工作结束。

24、因此，本发明的有益效果为完全靠机器自主运行，不用现场施工，且清洁路径高效，不会出现漏擦情况。

25、综上所述，光伏机器人实施清洁的光伏面板普遍呈平面状，一般部署方式为多块拼接在一起，形成一排或者多排，一排或者多排面板的四周普遍无遮挡。光伏机器人在光伏面板上运动和清洁时，需要判断光伏面板的边缘，防止光伏机器人自上而下跌落。现有技术中，机器人对光伏面板的清洁工作要么追求高效导致容易漏擦，要么增加清洁时间来减少漏擦几率，难以实现兼顾；本技术所述方案，能够使光伏机器人的清洁路径更加高效，在提升光伏面板清洁效率的同时有效避免漏擦情况发生。