本发明属于光伏发电维护领域，具体地，涉及一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备及方法。
背景技术：
1、随着光伏发电技术的普及，其使用规模不断扩大，光伏组件的清洁问题严重制约着发电效率的提高。为了全面掌握光伏发电板表面的清扫情况，及时检测光伏发电板表面的光斑，确保光伏发电板正常运行，光伏发电板的清扫任务不可或缺。传统的人力清扫和人工操作的清扫车对水、电资源的需求高，极大浪费人力物力，且无法在沙漠、湖泊等复杂地形及淡水资源匮乏区域完成清扫；市面上现有的智能清扫机需要人工辅助清扫，清扫效率低、维护成本高，且难以实时检测光伏发电板表面的光斑，导致光斑未及时发现并处理，进而增加了经济损失。
2、因此，有必要提出一种新的用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备及方法。
技术实现思路
1、本发明的目的就在于解决上述技术问题。
2、本技术的目的之一是提出一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，包括清扫机器人，所述清扫机器人包括：
3、飞行装置，所述飞行装置的本体上设有可正反转的螺旋桨，且飞行装置上搭载有gps模块、深度相机、机载电脑、imu惯性测量单元和光斑检测装置，所述gps模块用于飞行装置的定位和通讯，所述深度相机用于获取光伏发电板的板面图像并将板面图像传输到机载电脑，所述机载电脑用于板面图像进行可视化信息处理后传递至地面端工作人员；所述imu惯性测量单元用于采集飞行装置的速度、方向、姿态以及螺旋桨的转速，所述光斑检测装置用于拍摄光伏发电板的表面，并将信息传至机载电脑，所述机载电脑利用内置的sift特征检测算法检测光伏发电板上的光斑，之后对其进行特征匹配和处理，识别出待清扫和维护的光伏发电板；
4、清扫装置，所述清扫装置包括履带行走机构和滚刷清扫机构，所述履带行走机构设置于飞行装置的本体的底部，用于驱动飞行装置在光伏发电板的板面上进行行走，所述飞行装置的螺旋桨反转时，用于吹洗光伏发电板的板面，同时为履带行走机构施加压力，增强履带行走机构对光伏发电板的附着能力，所述滚刷清扫机构设置于飞行装置的本体的底部两端，用于对光伏发电板的板面进行滚刷刷洗。
5、优选地，所述光斑检测装置设置在飞行装置的本体的底面上，且光斑检测装置包括红外相机和机械快门广角相机；所述深度相机采用双目相机，且双目相机和gps模块均设置在飞行装置的本体的前部。
6、优选地，所述飞行装置采用多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器包括设置于飞行装置的本体上方的正六边形飞行架，所述正六边形飞行架上沿周向均布有6个飞行器机臂，每个飞行器机臂上均设有螺旋桨和用于驱动螺旋桨工作的无刷电机，所述飞行装置的本体内设置有飞行控制器，所述飞行控制器通过调整各螺旋桨的转速对清扫机器人的速度、姿态进行调整。
7、优选地，所述履带行走机构的履带外表面均布有吸盘，且飞行装置的本体内设有用于驱动履带行走机构行进的减速电机。履带上分布有吸盘，在行进过程中，先由滚刷清扫机构与吸盘清扫灰尘，再由履带给予吸盘压力，排除空气，让清扫装置整体能够吸附在光伏发电板上，保持清扫过程的稳定性，由履带转动带动吸盘离开，由此实现整体的前进。
8、优选地，所述滚刷清扫机构包括连接在飞行装置的本体的前后端的第一滚刷组件和第二滚刷组件，所述第一滚刷组件和第二滚刷组件均包括固定连接在飞行装置的本体上的外护壳以及转动连接在外护壳内的滚刷。飞行装置在履带行走机构的驱动下沿光伏发电板前后移动时，带动滚刷在光伏发电板表面进行滚动，从而实现对光伏发电板的刷洗作业。
9、优选地，本发明还包括分布式部署的机巢，所述机巢用于对进入机巢内的清扫机器人进行充电维护。采用分布式部署机巢方案，在光伏发电厂区内部署多个机巢，在清扫机器人将附近光伏发电板表面清扫完成后或者当清扫机器人能源即将耗尽时，将通过gps模块获取最近机巢地理位置信息，清扫机器人将前往最近机巢进行充电维护，进而对其他光伏发电板进行清扫，实现清扫面积全覆盖。
10、优选地，本发明还包括ppk定位系统，所述ppk定位系统包括一台进行同步观测的基准站接收机和一台流动接收机组成，所述机巢作为基准站，配置有基准站接收机，所述清扫机器人的飞行装置上搭载有流动接收机。清扫任务开始后，清扫机器人会沿自主规划好的路径飞行，机巢会与清扫机器人同步采集静态数据，并由清扫机器人上搭载的机载电脑进行数据的解算与转换，得到清扫机器人移动过程中精确的三维坐标，实现飞行装置飞行过程中的定位。
11、优选地，所述机巢包括外壳和机巢架，所述外壳罩设在机巢架外侧，且外壳和机巢架顶部留设有供飞行装置进出的通口，且通口处滑动设置有可遮蔽通口的小型光伏发电板，所述机巢内可升降连接有升降平台，所述升降平台上滑动连接有限位装置，所述升降平台用于支撑进入机巢的清扫机器人，所述限位装置用于对升降平台上的清扫机器人进行限位，所述机巢内还设有蓄电池和plc控制器，所述plc控制器和小型光伏发电板分别与蓄电池电连接，用于给进入机巢的清扫机器人供电，起到节能、延长续航的目的。
12、优选地，所述外壳的顶部一侧转动连接有螺纹杆，所述螺纹杆的一端传动连接有位移电机，所述位移电机与plc控制器电连接，所述小型光伏发电板的底部设有与螺纹杆相匹配的滑动座，所述位移电机通过正反转带动滑动座沿螺纹杆前后移动，所述小型光伏发电板在滑动座的牵引下沿通口前后移动。小型光伏发电板通过将太阳光转化为电能供机巢和清扫机器人使用，起到节能，延长续航的目的。
13、优选地，所述升降平台下方设有电动推杆，所述电动推杆可驱动升降平台上下升降；所述限位装置包括第一限位杆和第二限位杆，所述升降平台的左右两侧分别滑动连接有第一限位杆，且升降平台的前后两侧分别滑动连接有第二限位杆，所述升降平台上设有分别为第一限位杆和第二限位杆提供导向的第一滑槽和第二滑槽，两个第一限位杆的同一端分别对应铰接有第一连杆，两个第一连杆的另一端共同铰接有一根第一竖杆，所述第一竖杆的另一端固定连接有第一电动伸缩杆，两个第二限位杆的同一端分别对应铰接有第二连杆，两个第二连杆的另一端共同铰接有一根第二竖杆，所述第二竖杆的另一端固定连接有第二电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆为同步伸缩杆，所述电动推杆、第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆分别与plc控制器电连接。该设置用于对机巢内清扫机器人的降落位置进行精确控制，升降平台作为清扫机器人的主要支撑装置，使得清扫机器人能稳定固定在机巢内。电动推杆为升降平台提供驱动力，采用配套的控制器和传感器，提供闭环控制功能，精准地控制电动推杆的运动，使清扫机器人可以自由灵活进出机巢。具体地，第一限位杆和第二限位杆作为限位装置，稳定的将清扫机器人进行充电维护。当清扫机器人降落到升降平台上后，电动推杆下降，带动两个第一限位杆和两个第二限位杆分别沿第一滑槽和第二滑槽向中间靠拢，将清扫机器人固定在升降平台中央。两个同步伸缩杆可根据清扫机器人的型号对两个第一限位杆和两个第二限位杆之间的距离进一步调节。当清扫机器人起飞时，电动推杆上升，带动第一限位杆和第二限位杆向两侧打开，让清扫机器人得以顺利飞出。
14、本技术的目的之二是提供一种用于清扫和维护光伏发电板表面的方法，其采用上述用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备对光伏发电板表面进行清扫，且包括如下步骤：
15、s1.通过飞行装置对光伏发电板进行巡视、拍照和实时光斑检测，并将拍照结果和检测结果进行可视化信息处理后传递至地面端工作人员；
16、s2.地面端工作人员根据接收到的可视化信息判定需要清扫和维护的光伏发电板，并将对应的清扫指令和需要清扫和维护的光伏发电板的位置信息发动给飞行装置；
17、s3.飞行装置接收到相应的清扫指令和需要清扫和维护光伏发电板的位置信息后，飞行并降落至相应的光伏发电板上，并按清扫指令对光伏发电板进行滚刷刷洗和螺旋桨吹洗；
18、s4.当飞行装置电量消耗的一定程度后，就近飞入临近的机巢中进行充电维护，充电维护结束后，执行下一次飞行任务。
19、本发明的工作原理是，通过在机载电脑装载ros机器人操作系统， ros机器人操作系统利用激光slam和视觉slam相结合的方式来建立三维模拟地图，结合gps模块和imu惯性测量单元对坐标信息进行修正，然后利用move_base及全覆盖路径规划算法并行使用实现了该机器人的路径规划、自主导航与精准定位，最终完成对光伏发电厂区的全方位清理。
20、本技术的飞行装置以无刷电机为动力来源，使螺旋桨产生升力带动清扫机器人整体飞行。飞行期间由飞行控制器采集imu惯性测量单元的测量信息并通过调整各螺旋桨的转速对清扫机器人的速度、姿态进行调整。飞行装置搭载gps、双目相机等模块，对光伏发电板的板面进行图像获取，将识别的图像在机载电脑的数据库中通过sift算法进行特征检测，判断积灰程度和光斑，由机载电脑进行信息处理后提供可视化信息至地面端工作人员。清扫装置采用“滚刷刷洗+螺旋桨吹洗”的独特方式，通过螺旋桨和履带进行横纵向移动，必要时利用飞行装置螺旋桨反转产生压力，增强履带行走机构对光伏发电板的附着能力，解决了传统清扫装置无法在光伏发电板上有效附着的问题。通过各组成部分的协同配合，实现了对光伏发电板的高效一体化清扫，保证了光伏发电板的整洁，提高了光伏发电板的发电量，有效地缓解了光伏发电厂区清扫的行业难题。
21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22、1、能够在沙漠、湖泊等复杂地形及淡水资源匮乏区域完成清扫；
23、2、自动化程度高、清扫效率高、运行及维护成本低。
24、3、能够实时检测光伏发电板表面的光斑，方便地面作业人员及时发现并处理，进而降低经济损失。
25、4、解决了传统清扫装置无法在光伏发电板上有效附着的问题，能够对光伏发电厂区实现全方位清理。
1.一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，包括清扫机器人，其特征在于，所述清扫机器人包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，其特征在于：所述光斑检测装置设置在飞行装置的本体的底面上，且光斑检测装置包括红外相机和机械快门广角相机；所述深度相机采用双目相机，且双目相机和gps模块均设置在飞行装置的本体的前部。
3.根据权利要求1所述的一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，其特征在于，所述飞行装置采用多旋翼飞行器，所述多旋翼飞行器包括设置于飞行装置的本体上方的正六边形飞行架，所述正六边形飞行架上沿周向均布有6个飞行器机臂，所述飞行器机臂包括能够使飞行器机臂实现旋转的轴臂电机，每个飞行器机臂上均设有螺旋桨和用于驱动螺旋桨工作的无刷电机，所述飞行装置的本体内设置有飞行控制器，所述飞行控制器通过调整各螺旋桨的转速对清扫机器人的速度、姿态进行调整。
4.根据权利要求1所述的一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，其特征在于，所述履带行走机构的履带外表面均布有吸盘，且飞行装置的本体内设有用于驱动履带行走机构行进的减速电机；所述滚刷清扫机构包括连接在飞行装置的本体的前后端的第一滚刷组件和第二滚刷组件，所述第一滚刷组件和第二滚刷组件均包括固定连接在飞行装置的本体上的外护壳以及转动连接在外护壳内的滚刷。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，其特征在于，还包括分布式部署的机巢，所述机巢用于对进入机巢内的清扫机器人进行充电维护。
6.根据权利要求5所述的一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，其特征在于：还包括ppk定位系统，所述ppk定位系统包括一台进行同步观测的基准站接收机和一台流动接收机组成，所述机巢作为基准站，配置有基准站接收机，所述清扫机器人的飞行装置上搭载有流动接收机。
7.根据权利要求6所述的一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，其特征在于，所述机巢包括外壳和机巢架，所述外壳罩设在机巢架外侧，且外壳和机巢架顶部留设有供飞行装置进出的通口，且通口处滑动设置有可遮蔽通口的小型光伏发电板，所述机巢内可升降连接有升降平台，所述升降平台上滑动连接有限位装置，所述升降平台用于支撑进入机巢的清扫机器人，所述限位装置用于对升降平台上的清扫机器人进行限位，所述机巢内还设有蓄电池和plc控制器，所述plc控制器和小型光伏发电板分别与蓄电池电连接，用于给进入机巢的清扫机器人供电。
8.根据权利要求7所述的一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，其特征在于，所述外壳的顶部一侧转动连接有螺纹杆，所述螺纹杆的一端传动连接有位移电机，所述位移电机与plc控制器电连接，所述小型光伏发电板的底部设有与螺纹杆相匹配的滑动座，所述位移电机通过正反转带动滑动座沿螺纹杆前后移动，所述小型光伏发电板在滑动座的牵引下沿通口前后移动。
9.根据权利要求8所述的一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备，其特征在于，所述升降平台下方设有电动推杆，所述电动推杆可驱动升降平台上下升降；所述限位装置包括第一限位杆和第二限位杆，所述升降平台的左右两侧分别滑动连接有第一限位杆，且升降平台的前后两侧分别滑动连接有第二限位杆，所述升降平台上设有分别为第一限位杆和第二限位杆提供导向的第一滑槽和第二滑槽，两个第一限位杆的同一端分别对应铰接有第一连杆，两个第一连杆的另一端共同铰接有一根第一竖杆，所述第一竖杆的另一端固定连接有第一电动伸缩杆，两个第二限位杆的同一端分别对应铰接有第二连杆，两个第二连杆的另一端共同铰接有一根第二竖杆，所述第二竖杆的另一端固定连接有第二电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆为同步伸缩杆，所述电动推杆、第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆分别与plc控制器电连接。
10.一种用于清扫和维护光伏发电板表面的方法，其特征在于，采用如权利要求5所述的一种用于清扫和维护光伏发电板表面的自动化设备对光伏发电板表面进行清扫，且包括如下步骤：
