一种光伏板智能清洁无人机、系统及清洁方法

1.本发明涉及光伏板清洁领域，尤其涉及一种光伏板智能清洁无人机、系统及清洁方法。


背景技术：

2.目前，光伏发电站存在较多的问题，比如灰尘、鸟粪等会影响发电效率；人工清洗强度高、工作效率低，清洗成本过高；光伏板裂纹、热斑等缺陷检测及维护难；光能丰富地区多缺水、水洗方法不普及；缺乏系统性服务，管理难度大等问题。
3.目前国内外现有的清洁方法主要有人工清洁法、喷淋清洗、大型车载式机器人、板上清洁机器人、轨道清洁机器人、光伏板自清洁技术等。国内的主流清洁方式为人工清洁法，该方法主要为人工水洗光伏板，但清洁效果较差、人工成本也非常高，同时受限于光伏板的安装区域。现有的清洁方案存在的问题主要有：
4.(1)灵活性差、续航短。各类光伏板上机器人需要长距离电缆对其持续供电、清洁长距离间隔的光伏阵列也需要人为介入。
5.(2)安装复杂、环境适应差。导轨式和自清洁式需要在光伏电站安装和部署设、而车载式容易受到环境、光伏板倾角影响。
6.(3)各类方法存在不同程度的缺陷。目前的各类解决方案都存在不同的问题，在实践中存在明显不足。
7.(4)成本高，效率低，经济效益不高。目前的解决方案成本普遍较高，效率非常低。
8.(5)未综合考虑运营维护的其它需求、系统性差。光伏板的清洁可视为一种运营维护项目，但在清洁过程中可结合检测等其他维护项目，综合提高运营效率，从而降低运营成本。
9.目前，国内的清洁机器人主要有采用真空吸附模式、伸缩方式行走的板上清洁机器人，但其无法同时进行移动和吸附，重量较重，清洁速度慢。另外有固定的轨道式清洁机器人。该解决方案的优势是自带光伏板可自身供电，但是固定的方式，使其只能在固定的光伏电站工作，移动不便使用效率较低。
10.因此，有必要设计一种光伏板智能清洁无人机，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于针对现有技术中光伏板清洁成本高、效率低、环境适应性差的问题，提供一种光伏板智能清洁无人机、系统及清洁方法。
12.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明实施例第一方面提供了一种光伏板智能清洁无人机，包括：
13.机身，设置有电池容纳腔，所述电池容纳腔设置有电连接部，所述机身的两侧设置有支撑框架；
14.电子模块，通过螺栓安装在所述机身的内部，所述电子模块包括多个电路板；
15.清洁模块，包括净风出管、细毛刷、粗毛刷、吸尘进管、集尘仓和风机，其中，所述风机位于所述电池容纳腔的正下方，且所述风机通过螺栓安装在所述机身上；所述集尘仓位于所述风机的下方，且所述集尘仓通过螺栓安装在所述机身上，所述集尘仓的下方设置有集尘仓倾倒口；所述吸尘进管通过螺栓连接在所述集尘仓的一侧，所述吸尘进管的端部设置有吸尘进口；所述净风出管通过螺栓连接在所述风机的一侧，所述净风出管的端部设置有净风出口；所述细毛刷和所述粗毛刷位于所述集尘仓的下方，所述细毛刷和所述粗毛刷通过轴承安装在所述机身上；
16.动力模块，包括限位轮、驱动轮、非驱动轮和电池，其中，所述电池安装在所述电池容纳腔中，所述电池通过所述电连接部与所述电子模块以电线相连；所述限位轮通过螺栓安装在所述支撑框架的底部；所述驱动轮通过螺栓安装在所述机身的底部的一侧，所述非驱动轮通过螺栓安装在所述机身的底部的另一侧，所述驱动轮与所述非驱动轮通过轴承杆相连；
17.飞行模块，包括扇叶保护框、扇叶和飞行臂，其中，所述飞行臂设置在所述机身上；所述扇叶保护框和所述扇叶均通过螺栓安装在所述飞行臂的端部，所述扇叶保护框包围所述扇叶；
18.定位模块，包括gps定位芯片和多个红外距离传感器，其中，所述gps定位芯片通过焊接安装在所述电子模块的电路板上；多个所述红外距离传感器通过胶连的方式安装在所述机身以及所述支撑框架上，多个所述红外距离传感器分别位于所述机身的前后左右上下位置；和
19.检测与标记模块，包括探伤传感器，所述包括探伤传感器通过螺栓安装在所述机身背面的底部。
20.进一步地，所述电子模块还包括用于控制风机的第一电力控制模块、用于控制集尘仓倾倒口的第二电力控制模块、用于控制驱动轮的第三电力控制模块、用于控制电量指示灯的第四电力控制模块、用于控制扇叶的第五电力控制模块、用于控制飞行指示灯的第六电力控制模块、用于控制红外距离传感器的第七电力控制模块以及用于控制探伤传感器的第八电力控制模块，其中，所述第一电力控制模块通过电线与风机相连；所述第二电力控制模块通过电线与集尘仓倾倒口相连；所述第三电力控制模块通过电线与驱动轮相连；所述第四电力控制模块通过电线与电量指示灯相连；所述第五电力控制模块通过电线与扇叶相连；所述第六电力控制模块通过电线与飞行指示灯相连；所述第七电力控制模块通过电线与多个红外距离传感器相连；所述第八电力控制模块通过电线与探伤传感器相连。
21.进一步地，所述集尘仓与所述风机的连接处还设置有一层过滤网；和/或
22.所述细毛刷的中心和所述粗毛刷的中心位于同一横线上；和/或
23.所述吸尘进口与所述净风出口相对设置在所述机身的两侧。
24.进一步地，所述动力模块还包括电池盖板和电量指示灯，所述电池盖板位于所述电池容纳腔的上方且通过螺栓安装在所述机身上，所述电量指示灯胶连在所述机身的外部。
25.进一步地，所述飞行模块还包括飞行指示灯，所述飞行指示灯安装在所述飞行臂的端部，所述飞行指示灯位于所述扇叶保护框的中心。
26.进一步地，所述红外距离传感器的数量为10个；所述红外距离传感器通过胶连安
装在所述支撑框架的两侧底部；所述红外距离传感器通过胶连安装在所述支撑框架的面向机身的侧面底部两端上，且所述红外距离传感器位于所述限位轮的两端；所述红外距离传感器通过胶连安装在所述机身正面正中间的位置上，且位于所述电量指示灯的上方；所述红外距离传感器通过胶连安装在所述机身背面正中间的位置上。
27.本发明实施例第二方面提供了一种基于上述的光伏板智能清洁无人机的清洁无人机系统，包括：
28.清洁系统，包括上述的光伏板智能清洁无人机中的清洁模块和电子模块，所述清洁系统用于根据风力负压清洁光伏板上的污渍，将清扫后的灰尘收集存放在集尘仓内，在指定区域倾倒集尘仓内的灰尘，同时利用风力进行机器自清洁集尘仓以及细毛刷和粗毛刷表面的污渍；
29.动力系统，包括上述的光伏板智能清洁无人机中的动力模块和电子模块，所述动力系统用于在光伏板上匀速移动以供清洁系统进行清洁作业，同时通过限位轮在倾斜的光伏板上稳定的移动；
30.飞行系统，包括上述的光伏板智能清洁无人机中的飞行模块和电子模块，所述飞行系统用于自动将清洁无人机从运输车或光伏电站移动至待清洁的光伏板上，以供清洁无人机按照预设的工作路径飞行；
31.定位系统，包括上述的光伏板智能清洁无人机中的定位模块和电子模块，所述定位系统包括gps定位功能和自动寻回功能，所述定位系统用于清洁无人机自动定位待清洁的光伏板，并协助清洁无人机在光伏板上稳定降落，同时对清洁无人机进行实时定位；
32.检测与标记系统，包括上述的光伏板智能清洁无人机中的检测与标记模块和电子模块，所述检测与标记系统包括故障检测功能和故障标记功能，所述检测与标记系统用于通过探伤传感器对清扫过的光伏板进行清洁度和故障检测，同时将检测到的数据上传至光伏电站数字孪生管理服务系统；和
33.光伏电站数字孪生管理服务系统，用于对清洁无人机进行管理，对清洁无人机发布工作任务和最大效率清洁路径指令，并结合清洁无人机反馈的数据，进行光伏电站可视化管理。
34.进一步地，所述光伏电站数字孪生管理服务系统包括移动端的任务管理app和可视化云平台，其中，所述任务管理app包含任务分发系统、任务跟踪系统和任务辅助系统功能；所述可视化云平台包括状态检测、任务管理、异常报警、故障记录和报表生成功能。
35.进一步地，所述可视化云平台的数据包括光伏电站数据、任务数据和环境数据，其中，所述光伏电站数据包括gis地图、发电量曲线、光伏板布局和光伏板异常记录，所述光伏板异常记录包括坐标位置和故障类型；所述任务数据包括任务列表、任务完成度和任务历史；所述环境数据则包括气象信息和地理信息。
36.本发明实施例第三方面提供了一种基于上述的光伏板智能清洁无人机的清洁方法，包括以下步骤：
37.(1)输入清洁任务：根据光伏电站数据和环境数据自动规划清洁任务，根据输入的清洁任务指令，联动云端指定的清洁区域，获取清洁区域的空间坐标，清洁无人机自主规划移动路径；
38.(2)自动寻位：清洁无人机起飞，自动寻位，根据规划的移动路径到达起点的光伏
板上方，同时，工作小组成员通过移动端的任务管理app实时监控清洁无人机的工作状态；
39.(3)精准降落：清洁无人机到达光伏板的清洁区域后，自动调整悬停姿态，通过多个红外距离传感器进行避障和降落定位，清洁无人机的一侧先与倾斜的光伏板上端接触后进行限位，另一侧再匀速降落，驱动轮和非驱动轮落在光伏板的铝合金框架上，同时限位轮卡在光伏板两侧，扇叶停止工作；
40.(4)自动清洁作业：清洁无人机的驱动轮工作，带动非驱动轮转动，带动清洁无人机前进；风机工作，利用负压产生气体流动，净风出口喷射出风刀，吹散光伏板表面的灰尘；顽固污渍通过细毛刷和粗毛刷滚动刷掉，并通过吸尘进口吸入集尘仓中；
41.(5)自动探伤作业：清洁无人机在清洁过程中，同时进行探伤作业，通过检测与标记模块中的探伤传感器扫描光伏板进行清洁度和故障检测，并保存检测到的数据；
42.(6)数据回传：清洁无人机在清洁完光伏板的当前清洁区域后，将清洁数据和探伤数据上传至光伏电站数字孪生管理服务系统；
43.(7)连续作业：清洁无人机在清洁完光伏板的当前清洁区域后，重复步骤(1)-步骤(6)，继续清洁下一清洁区域；
44.(8)自动寻回：清洁无人机在工作结束或电量过低时，自动寻回，根据定位模块返回集中运输能源供给车结束作业或由工作小组成员手动更换电池；
45.(9)自清洁作业：集尘仓的空余容量小于10％自身容量时，根据预设条件飞行抵达指定的灰尘倾倒区，打开集尘仓倾倒口，将所收集的灰尘集中倒出，同时，风机进行反转改变风向，将集尘仓中剩余的灰尘吹出。
46.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
47.(1)高效：本发明的无人机连续作业，自动检测，并飞跃光伏板支架的安装空隙，可以节约时间成本；在电量不足自动寻回后，工作人员只需要更换电池，即可继续工作，提高了工作效率；故障检测功能在清洁的过程中，同时进行探伤检测，大大提高了件擦效率。
48.(2)智能：本发明的云端平台根据ai算法可智能规划派发清洁任务，同时生成最优清洁路径；同时无人机具备全自动放飞、清洁与回收功能；光伏电站数字孪生管理服务系统具备智能报警、精准报告电站异常光伏板数据。
49.(3)低成本：本发明的清洁过程无人化，可以有效节约人力；风力除尘，减少水资源的浪费；双轮清扫，有助于确保清洁力；精准报告故障位置和类型，有助于降低维修时间和人力成本。
50.(4)灵活：本发明无线清洁，轻盈灵便，适用于各种地形环境；毛刷、集尘仓等各零件为组件化设计，便于拆卸清洁和更换；配合工作小组模块化管理，适用于不同量级的清洁需求。
51.(5)全局管理：本发明通过统一的数字孪生可视化平台可以实时检测光伏电站的各项数据指标，多终端的数字化信息管理系统便于管理；光伏电站数字孪生管理服务系统可自动评估电站光伏清洁维护需求，真正做到智能化清洁、系统化管理。
附图说明
52.图1为本发明的光伏板智能清洁无人机的立体结构示意图；
53.图2为本发明的光伏板智能清洁无人机的正视图；
54.图3为本发明的光伏板智能清洁无人机的后视图；
55.图4为本发明的光伏板智能清洁无人机的左视图；
56.图5为本发明的光伏板智能清洁无人机的俯视图；
57.图6为本发明的光伏板智能清洁无人机的内部结构示意图。
58.图中，扇叶保护框1、扇叶2、电池盖板3、电量指示灯4、飞行指示灯5、净风出管6、净风出口61、支撑框架7、限位轮8、驱动轮9、细毛刷10、粗毛刷11、非驱动轮12、吸尘进管13、吸尘进口131、集尘仓14、集尘仓倾倒口15、风机16、电池17、电子模块18、探伤传感器19、飞行臂20、红外距离传感器21。
具体实施方式
59.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
60.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
61.应当理解，尽管在本技术可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
62.参见图1-图6，本发明实施例提供了一种光伏板智能清洁无人机，该清洁无人机包括机身、电子模块18、清洁模块、动力模块、飞行模块、定位模块以及检测与标记模块。
63.本实施例中，机身设置有电池容纳腔电池容纳腔设置有电连接部，机身的两侧设置有支撑框架7。
64.本实施例中，电子模块18通过螺栓安装在机身的内部，电子模块18位于集尘仓14的一端，电子模块18包括多个电路板，电子模块18用于控制调配各个模块，即根据实际清洁任务的需要调配清洁模块、动力模块、飞行模块、定位模块以及检测与标记模块等模块。
65.进一步地，电子模块18还包括用于控制风机16的第一电力控制模块、用于控制集尘仓倾倒口15的第二电力控制模块、用于控制驱动轮9的第三电力控制模块、用于控制电量指示灯4的第四电力控制模块、用于控制扇叶2的第五电力控制模块、用于控制飞行指示灯5的第六电力控制模块、用于控制红外距离传感器21的第七电力控制模块以及用于控制探伤
传感器19的第八电力控制模块。其中，第一电力控制模块通过电线与风机16相连；第二电力控制模块通过电线与集尘仓倾倒口15相连；第三电力控制模块通过电线与驱动轮9相连；第四电力控制模块通过电线与电量指示灯4相连；第五电力控制模块通过电线与扇叶2相连；第六电力控制模块通过电线与飞行指示灯5相连；第七电力控制模块通过电线与多个红外距离传感器21相连；第八电力控制模块通过电线与探伤传感器19相连。
66.本实施例中，清洁模块包括净风出管6、细毛刷10、粗毛刷11、吸尘进管13、集尘仓14和风机16。其中，风机16位于机身正中并处于电池容纳腔的正下方，且风机16横向放置并通过螺栓安装在机身上，风机16可以顺时针旋转或逆时针旋转以达到控制风的方向，风机16通过电线与电子模块18相连。集尘仓14位于风机16的下方，且集尘仓14通过螺栓安装在机身上，集尘仓14的上端通过螺栓连接在风机16上，集尘仓14的下方设置有集尘仓倾倒口15，集尘仓倾倒口15与集尘仓14通过螺栓连接，集尘仓倾倒口15通过电线与电子模块18相连。吸尘进管13通过螺栓连接在集尘仓14的一侧，吸尘进管13的端部设置有吸尘进口131。净风出管6通过螺栓连接在风机16的一侧，净风出管6的端部设置有净风出口61。细毛刷10和粗毛刷11位于集尘仓14的下方，细毛刷10和粗毛刷11通过轴承安装在机身上，细毛刷10和粗毛刷11均是通过中间的轴承与机身螺栓连接，细毛刷10和粗毛刷11的刷毛与轴承胶接。
67.进一步地，集尘仓14与风机16的连接处还设置有一层过滤网。优选地，过滤网的材质为金属材质。
68.进一步地，细毛刷10的中心和粗毛刷11的中心位于同一横线上，如图4所示。
69.进一步地，吸尘进口131与净风出口61相对设置在机身的两侧，如图6所示，吸尘进口131与细毛刷10相邻，净风出口61与粗毛刷11相邻。
70.本实施例中，动力模块包括两组限位轮8、一组驱动轮9、一组非驱动轮12和电池17。其中，电池17安装在电池容纳腔中，电池17通过电连接部与电子模块18以电线相连，当电池17的电量使用完毕时可以进行更换，电池17能够为电子模块18供电。两组限位轮8一共包括四个限位轮8，限位轮8通过螺栓安装在支撑框架7的底部，两组限位轮8分别安装在机身两侧设置的支撑框架7的底部，一组限位轮8中的两个限位轮8分别安装在一侧支撑框架的底部的两侧，另一组限位轮8中的两个限位轮8分别安装在另一侧支撑框架的底部的两侧；限位轮8主要用于协助无人机在有倾斜角度的光伏板上进行作业，保证无人机行进的稳定性。一组驱动轮9通过螺栓安装在机身的底部的一侧，一组非驱动轮12通过螺栓安装在机身的底部的另一侧，驱动轮9与非驱动轮12通过轴承杆相连，驱动轮9通过电线与电子模块18相连；驱动轮9用于驱动无人机，驱动轮9运转的时候带动非驱动轮12运转，在光伏板的金属边框上行走。
71.进一步地，动力模块还包括电池盖板3和电量指示灯4。其中，电池盖板3位于电池容纳腔的上方且通过螺栓安装在机身上，电池盖板3用于保护电池17，使得电池17安装在电池容纳腔中时不易掉出来，当电池盖板3打开时，向外展开露出电池17以及电池容纳腔。电量指示灯4胶连在机身的外部，且电量指示灯4与电子模块18通过电线相连。
72.本实施例中，飞行模块包括扇叶保护框1、扇叶2和飞行臂20。其中，飞行臂20设置在机身上。扇叶保护框1和扇叶2均通过螺栓安装在飞行臂20的端部，扇叶保护框1包围扇叶2，扇叶2与电子模块18通过电线相连。飞行模块主要为四翼飞行模式，同时具备悬浮降落功
能，便于无人机降落在有倾斜角度的光伏板上，在清洁过程中，飞行模块不工作。
73.应当理解的是，该飞行模块包括四个飞行臂20、四个扇叶保护框1以及四组扇叶2；每组扇叶2可包括两个扇叶2、三个扇叶2或四个扇叶2等等，具体数量可以根据实际需要进行设置，进行设置其数量的时候需要考虑稳定性和重量。
74.进一步地，飞行模块还包括飞行指示灯5，飞行指示灯5安装在飞行臂20的端部，飞行指示灯5位于扇叶保护框1的中心，且飞行指示灯5与电子模块18通过电线相连，如图5所示。
75.应当理解的是，由于飞行模块主要为四翼飞行模式，因此，可以在每个飞行臂20的端部上安装飞行指示灯5，也可以相对设置的两个飞行臂20的端部上安装飞行指示灯5。
76.本实施例中，定位模块包括gps定位芯片和多个红外距离传感器21。其中，gps定位芯片通过焊接安装在电子模块18的电路板上；多个红外距离传感器21通过胶连的方式安装在机身以及支撑框架7上，多个红外距离传感器21分别位于机身的前后左右上下位置，多个红外距离传感器21通过电线与电子模块18相连。
77.优选地，红外距离传感器21的数量为10个，10个红外距离传感器21分别位于机身的前后左右上下位置。具体地，红外距离传感器21通过胶连安装在支撑框架7的两侧底部，由于有两个支撑框架7，如此便通过胶连安装了4个红外距离传感器21；红外距离传感器21通过胶连安装在支撑框架7的面向机身的侧面底部两端上，且红外距离传感器21位于限位轮8的两端，由于有两个支撑框架7，如此便通过胶连安装了4个红外距离传感器21；红外距离传感器21通过胶连安装在机身正面正中间的位置上，且位于电量指示灯4的上方；红外距离传感器21通过胶连安装在机身背面正中间的位置上，机身的正面与背面正中间的位置上各安装有1个红外距离传感器21。综上所述，本实施例中一共安装了10个红外距离传感器21，且10个红外距离传感器21通过胶连的方式安装在机身以及支撑框架7上，且分别位于机身的前后左右上下位置。
78.应当理解的是，可以根据实际需要选择红外距离传感器21的数量，只需要将多个红外距离传感器21设置在机身的前后左右上下位置即可，同时，需要考虑稳定性和重量的平衡问题。
79.本实施例中，检测与标记模块包括探伤传感器19，探伤传感器19通过螺栓安装在机身背面的底部，如图3和图5所示，另外，探伤传感器19通过电线与电子模块18相连。
80.应当理解的是，检测与标记模块主要用于检测与标记故障，通过探伤传感器19可以得到故障，进一步完成故障的检测与标记。
81.值得一提的是，本发明实施例还提供了一种基于上述实施例所述的光伏板智能清洁无人机的清洁无人机系统，该清洁无人机系统包括清洁系统、动力系统、飞行系统、定位系统、检测与标记系统以及光伏电站数字孪生管理服务系统。
82.本实施例中，清洁系统包括上述实施例所述的光伏板智能清洁无人机中的清洁模块和电子模块18，清洁系统用于根据风力负压清洁光伏板上的污渍，将清扫后的灰尘收集存放在集尘仓14内，在指定区域倾倒集尘仓14内的灰尘，同时利用风力进行机器自清洁集尘仓14以及细毛刷10和粗毛刷11表面的污渍。
83.本实施例中，动力系统包括上述实施例所述的光伏板智能清洁无人机中的动力模块和电子模块18，动力系统用于在光伏板上匀速移动以供清洁系统进行清洁作业，同时通
过限位轮8在倾斜的光伏板上稳定的移动。
84.本实施例中，飞行系统包括上述实施例所述的光伏板智能清洁无人机中的飞行模块和电子模块18，飞行系统用于自动将清洁无人机从运输车或光伏电站移动至待清洁的光伏板上，以供清洁无人机按照预设的工作路径飞行。
85.本实施例中，定位系统包括上述实施例所述的光伏板智能清洁无人机中的定位模块和电子模块18，定位系统包括gps定位功能和自动寻回功能，定位系统用于清洁无人机自动定位待清洁的光伏板，并协助清洁无人机在光伏板上稳定降落，同时对清洁无人机进行实时定位，便于人员管理清洁无人机。
86.本实施例中，检测与标记系统包括上述实施例所述的光伏板智能清洁无人机中的检测与标记模块和电子模块18，检测与标记系统包括故障检测功能和故障标记功能，检测与标记系统用于通过探伤传感器19对清扫过的光伏板进行清洁度和故障检测，同时将检测到的数据上传至光伏电站数字孪生管理服务系统。
87.本实施例中，光伏电站数字孪生管理服务系统用于对清洁无人机进行管理，对清洁无人机发布工作任务和最大效率清洁路径等指令，并结合清洁无人机反馈的数据，进行光伏电站可视化管理，便于工作人员对损坏的光伏板进行深度维护。
88.应当理解的是，光伏电站数字孪生管理服务系统是目前公知的一种系统，通过该光伏电站数字孪生管理服务系统可以对清洁无人机进行管理。
89.进一步地，光伏电站数字孪生管理服务系统包括移动端的任务管理app和可视化云平台。其中，任务管理app包含任务分发系统、任务跟踪系统和任务辅助系统功能等；可视化云平台包括状态检测、任务管理、异常报警、故障记录和报表生成功能等。
90.进一步地，可视化云平台的数据包括光伏电站数据、任务数据和环境数据。其中，光伏电站数据包括gis地图、发电量曲线、光伏板布局和光伏板异常记录等，光伏板异常记录包括坐标位置和故障类型；任务数据包括任务列表、任务完成度和任务历史等；环境数据则包括气象信息和地理信息等。
91.本发明实施例还提供了一种基于上述实施例所述的光伏板智能清洁无人机的清洁方法。
92.该清洁方法具体包括如下步骤：
93.(1)输入清洁任务：根据光伏电站数据和环境数据等自动规划清洁任务，根据输入的清洁任务指令，联动云端指定的清洁区域，获取清洁区域的空间坐标，清洁无人机自主规划移动路径。
94.本实施例中，根据光伏电站数据和环境数据等自动规划清洁任务，根据云端智能计算的最优清洁无人机数量和清洁任务指令输入，联动云端指定的清洁区域，获取区域空间坐标，清洁无人机自主规划移动路径，工作小组接受分配任务，将清洁无人机和备用电池进行装车以提高清洁效率。
95.具体地，光伏电站维护管理人员通过使用光伏电站数字孪生管理服务系统的任务数据模块划分清洁区域，计算清洁时间和清洁无人机数量，安排清洁任务至工作小组。工作小组成员可在移动端app中的任务列表查看具体清洁任务，并根据任务安排准备相应数量的清洁无人机和备用电池装入运输车。工作小组成员驾驶运输车移动到需要清洁的光伏板附近，启动清洁无人机，清洁无人机将根据系统规定的飞行路线飞往清洁区域作业。待清洁
无人机电量不足巡回后，工作小组更换清洁无人机的电池17并再次启动清洁无人机，即可再次飞行作业。
96.(2)自动寻位：清洁无人机起飞，自动寻位，根据规划的移动路径到达起点的光伏板上方，同时，工作小组成员通过移动端的任务管理app实时监控清洁无人机的工作状态。
97.本实施例中，工作小组成员驾驶集中运输能源供给车抵达作业区域附近，多台清洁无人机从集中运输能源供给车上起飞，自动寻位，根据步骤(1)规划的移动路径到达起点的光伏板上方；同时，工作小组成员在车内待命，可通过移动端的任务管理app实时监控清洁无人机的工作状态。
98.具体地，工作小组成员启动清洁无人机后，清洁无人机通过自身携带的gps定位，根据系统预设的最优清洁路径和降落坐标飞行至光伏电板上方准备降落。此时，工作小组成员可启动多台清洁无人机，它们根据体统安排可进行多区域同时清洁作业。工作小组成员同样可以通过清洁无人机的gps定位系统获得它们的实时位置，并可以在移动端的任务管理app中的任务完成度上查询其工作状态。
99.(3)精准降落：清洁无人机到达光伏板的清洁区域后，自动调整悬停姿态，通过多个红外距离传感器21进行避障和降落定位，清洁无人机的一侧先与倾斜的光伏板上端接触后进行限位，另一侧再匀速降落，驱动轮9和非驱动轮12落在光伏板的铝合金框架上，同时限位轮8卡在光伏板两侧，扇叶2停止工作以达到节能的目的。
100.具体地，清洁无人机到达光伏板的清洁区域后，自动调整悬停姿态，清洁无人机通过分布在机身前后左右上下的10个红外距离传感器21进行避障和降落定位，可以在降落时避开光伏板的清洁区域内的障碍物。通过位于机身正面和背面的红外距离传感器21负责确定清洁无人机和光伏板的位置。通过位于支撑框架7上的8个红外距离传感器21定位光伏板的边框位置，通过红外距离传感器21的光学反馈配合清洁无人机的扇叶2速度的变化，从而达到在倾斜光伏板上稳定精准降落，降落到光伏板上以后扇叶2及时停止工作，可以达到节能的目的。
101.(4)自动清洁作业：清洁无人机的驱动轮9工作，带动非驱动轮12转动，带动清洁无人机前进；风机16工作，利用负压产生气体流动，净风出口61喷射出风刀，吹散光伏板表面的灰尘；顽固污渍通过细毛刷10和粗毛刷11滚动刷掉，并通过吸尘进口131吸入集尘仓14中。
102.具体地，清洁无人机的动力轮开始驱动，带动无人机前进，即驱动轮9工作，带动非驱动轮12转动，从而带动清洁无人机前进，同时通过限位轮8防止路径产生偏移以确保行进的稳定性。风机16开始工作，利用负压产生气体流动，位于清洁无人机前方的净风出口61喷射出风刀，吹散光伏板表面的灰尘对光伏板进行预清洁。对于无法吹散的顽固污渍，先由粗毛刷11清洁，再由细毛刷10滚动刷掉清理，两次清洁后的清洁度可达到80％以上。吸尘进口131位于细毛刷10的后方，通过吸尘进口131提高吸力，将清扫下的灰尘污渍吸入集尘仓14中储存，避免污染已经清洁过的光伏板。
103.(5)自动探伤作业：清洁无人机在清洁过程中，同时进行探伤作业，通过检测与标记模块中的探伤传感器19扫描光伏板进行清洁度和故障检测，并保存检测到的数据。
104.具体地，清洁无人机在清洁过程中，同时进行探伤作业，通过检测与标记模块中的探伤传感器19扫描光伏板进行清洁度和故障检测，即通过探伤传感器19检测光伏板的清洁
度以及是否存在裂纹、热斑、鸟粪等故障。通过gps系统标记光伏板内部缺陷和顽固污渍的坐标定位，同时将检测到的数据以及相关定位数据进行存储。
105.(6)数据回传：清洁无人机在清洁完光伏板的当前清洁区域后，将清洁数据和探伤数据上传至光伏电站数字孪生管理服务系统，如此便于工作小组成员在后台进行查询、记录、维修等操作。
106.应当理解的是，回传的数据包括裂纹、热斑、鸟粪等数据机器坐标位置。
107.(7)连续作业：清洁无人机在清洁完光伏板的当前清洁区域后，重复步骤(1)-步骤(6)，继续清洁下一清洁区域。
108.具体地，清洁无人机在清洁完光伏板的当前清洁区域后，可自动起飞，根据定位模块和预设的清洁任务指令，寻找下一清洁区域，重复步骤(1)-步骤(6)，继续进行下一清洁区域的高效清洁。
109.(8)自动寻回：清洁无人机在工作结束或电量过低时，自动寻回，根据定位模块返回集中运输能源供给车结束作业或由工作小组成员手动更换电池17。
110.(9)自清洁作业：集尘仓14的空余容量小于10％自身容量时，根据预设条件飞行抵达指定的灰尘倾倒区，打开集尘仓倾倒口15，将所收集的灰尘集中倒出，同时，风机16进行反转改变风向，将集尘仓14中剩余的灰尘吹出。
111.应当理解的是，前期在自动清洁作业时，将灰尘污渍吸入集尘仓14中，集尘仓14的自身容量是有限的，随着吸入灰尘污渍的增多，集尘仓14的空余容量逐渐减小，当集尘仓14的空余容量小于10％自身容量时，清洁无人机会进行自清洁作业。
112.另外，还会根据清洁无人机反馈的故障类型进行优先级分类，并按照优先级从大到小的顺序派遣维护人员精准抵达故障处，进行维护或局部清洁顽固污渍。
113.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种光伏板智能清洁无人机，其特征在于，包括：机身，设置有电池容纳腔，所述电池容纳腔设置有电连接部，所述机身的两侧设置有支撑框架(7)；电子模块(18)，通过螺栓安装在所述机身的内部，所述电子模块(18)包括多个电路板；清洁模块，包括净风出管(6)、细毛刷(10)、粗毛刷(11)、吸尘进管(13)、集尘仓(14)和风机(16)，其中，所述风机(16)位于所述电池容纳腔的正下方，且所述风机(16)通过螺栓安装在所述机身上；所述集尘仓(14)位于所述风机(16)的下方，且所述集尘仓(14)通过螺栓安装在所述机身上，所述集尘仓(14)的下方设置有集尘仓倾倒口(15)；所述吸尘进管(13)通过螺栓连接在所述集尘仓(14)的一侧，所述吸尘进管(13)的端部设置有吸尘进口(131)；所述净风出管(6)通过螺栓连接在所述风机(16)的一侧，所述净风出管(6)的端部设置有净风出口(61)；所述细毛刷(10)和所述粗毛刷(11)位于所述集尘仓(14)的下方，所述细毛刷(10)和所述粗毛刷(11)通过轴承安装在所述机身上；动力模块，包括限位轮(8)、驱动轮(9)、非驱动轮(12)和电池(17)，其中，所述电池(17)安装在所述电池容纳腔中，所述电池(17)通过所述电连接部与所述电子模块(18)以电线相连；所述限位轮(8)通过螺栓安装在所述支撑框架(7)的底部；所述驱动轮(9)通过螺栓安装在所述机身的底部的一侧，所述非驱动轮(12)通过螺栓安装在所述机身的底部的另一侧，所述驱动轮(9)与所述非驱动轮(12)通过轴承杆相连；飞行模块，包括扇叶保护框(1)、扇叶(2)和飞行臂(20)，其中，所述飞行臂(20)设置在所述机身上；所述扇叶保护框(1)和所述扇叶(2)均通过螺栓安装在所述飞行臂(20)的端部，所述扇叶保护框(1)包围所述扇叶(2)；定位模块，包括gps定位芯片和多个红外距离传感器(21)，其中，所述gps定位芯片通过焊接安装在所述电子模块(18)的电路板上；多个所述红外距离传感器(21)通过胶连的方式安装在所述机身以及所述支撑框架(7)上，多个所述红外距离传感器(21)分别位于所述机身的前后左右上下位置；和检测与标记模块，包括探伤传感器(19)，所述包括探伤传感器(19)通过螺栓安装在所述机身背面的底部。2.根据权利要求1所述的光伏板智能清洁无人机，其特征在于，所述电子模块(18)还包括用于控制风机(16)的第一电力控制模块、用于控制集尘仓倾倒口(15)的第二电力控制模块、用于控制驱动轮(9)的第三电力控制模块、用于控制电量指示灯(4)的第四电力控制模块、用于控制扇叶(2)的第五电力控制模块、用于控制飞行指示灯(5)的第六电力控制模块、用于控制红外距离传感器(21)的第七电力控制模块以及用于控制探伤传感器(19)的第八电力控制模块，其中，所述第一电力控制模块通过电线与风机(16)相连；所述第二电力控制模块通过电线与集尘仓倾倒口(15)相连；所述第三电力控制模块通过电线与驱动轮(9)相连；所述第四电力控制模块通过电线与电量指示灯(4)相连；所述第五电力控制模块通过电线与扇叶(2)相连；所述第六电力控制模块通过电线与飞行指示灯(5)相连；所述第七电力控制模块通过电线与多个红外距离传感器(21)相连；所述第八电力控制模块通过电线与探伤传感器(19)相连。3.根据权利要求1所述的光伏板智能清洁无人机，其特征在于，所述集尘仓(14)与所述风机(16)的连接处还设置有一层过滤网；和/或
所述细毛刷(10)的中心和所述粗毛刷(11)的中心位于同一横线上；和/或所述吸尘进口(131)与所述净风出口(61)相对设置在所述机身的两侧。4.根据权利要求1所述的光伏板智能清洁无人机，其特征在于，所述动力模块还包括电池盖板(3)和电量指示灯(4)，所述电池盖板(3)位于所述电池容纳腔的上方且通过螺栓安装在所述机身上，所述电量指示灯(4)胶连在所述机身的外部。5.根据权利要求1所述的光伏板智能清洁无人机，其特征在于，所述飞行模块还包括飞行指示灯(5)，所述飞行指示灯(5)安装在所述飞行臂(20)的端部，所述飞行指示灯(5)位于所述扇叶保护框(1)的中心。6.根据权利要求1所述的光伏板智能清洁无人机，其特征在于，所述红外距离传感器(21)的数量为10个；所述红外距离传感器(21)通过胶连安装在所述支撑框架(7)的两侧底部；所述红外距离传感器(21)通过胶连安装在所述支撑框架(7)的面向机身的侧面底部两端上，且所述红外距离传感器(21)位于所述限位轮(8)的两端；所述红外距离传感器(21)通过胶连安装在所述机身正面正中间的位置上，且位于所述电量指示灯(4)的上方；所述红外距离传感器(21)通过胶连安装在所述机身背面正中间的位置上。7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的光伏板智能清洁无人机的清洁无人机系统，其特征在于，包括：清洁系统，包括权利要求1-6中任一项所述的光伏板智能清洁无人机中的清洁模块和电子模块(18)，所述清洁系统用于根据风力负压清洁光伏板上的污渍，将清扫后的灰尘收集存放在集尘仓(14)内，在指定区域倾倒集尘仓(14)内的灰尘，同时利用风力进行机器自清洁集尘仓(14)以及细毛刷(10)和粗毛刷(11)表面的污渍；动力系统，包括权利要求1-6中任一项所述的光伏板智能清洁无人机中的动力模块和电子模块(18)，所述动力系统用于在光伏板上匀速移动以供清洁系统进行清洁作业，同时通过限位轮(8)在倾斜的光伏板上稳定的移动；飞行系统，包括权利要求1-6中任一项所述的光伏板智能清洁无人机中的飞行模块和电子模块(18)，所述飞行系统用于自动将清洁无人机从运输车或光伏电站移动至待清洁的光伏板上，以供清洁无人机按照预设的工作路径飞行；定位系统，包括权利要求1-6中任一项所述的光伏板智能清洁无人机中的定位模块和电子模块(18)，所述定位系统包括gps定位功能和自动寻回功能，所述定位系统用于清洁无人机自动定位待清洁的光伏板，并协助清洁无人机在光伏板上稳定降落，同时对清洁无人机进行实时定位；检测与标记系统，包括权利要求1-6中任一项所述的光伏板智能清洁无人机中的检测与标记模块和电子模块(18)，所述检测与标记系统包括故障检测功能和故障标记功能，所述检测与标记系统用于通过探伤传感器(19)对清扫过的光伏板进行清洁度和故障检测，同时将检测到的数据上传至光伏电站数字孪生管理服务系统；和光伏电站数字孪生管理服务系统，用于对清洁无人机进行管理，对清洁无人机发布工作任务和最大效率清洁路径指令，并结合清洁无人机反馈的数据，进行光伏电站可视化管理。8.根据权利要求7所述的清洁无人机系统，其特征在于，所述光伏电站数字孪生管理服务系统包括移动端的任务管理app和可视化云平台，其中，所述任务管理app包含任务分发
系统、任务跟踪系统和任务辅助系统功能；所述可视化云平台包括状态检测、任务管理、异常报警、故障记录和报表生成功能。9.根据权利要求8所述的清洁无人机系统，其特征在于，所述可视化云平台的数据包括光伏电站数据、任务数据和环境数据，其中，所述光伏电站数据包括gis地图、发电量曲线、光伏板布局和光伏板异常记录，所述光伏板异常记录包括坐标位置和故障类型；所述任务数据包括任务列表、任务完成度和任务历史；所述环境数据则包括气象信息和地理信息。10.一种基于权利要求1-6中任一项所述的光伏板智能清洁无人机的清洁方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)输入清洁任务：根据光伏电站数据和环境数据自动规划清洁任务，根据输入的清洁任务指令，联动云端指定的清洁区域，获取清洁区域的空间坐标，清洁无人机自主规划移动路径；(2)自动寻位：清洁无人机起飞，自动寻位，根据规划的移动路径到达起点的光伏板上方，同时，工作小组成员通过移动端的任务管理app实时监控清洁无人机的工作状态；(3)精准降落：清洁无人机到达光伏板的清洁区域后，自动调整悬停姿态，通过多个红外距离传感器(21)进行避障和降落定位，清洁无人机的一侧先与倾斜的光伏板上端接触后进行限位，另一侧再匀速降落，驱动轮(9)和非驱动轮(12)落在光伏板的铝合金框架上，同时限位轮(8)卡在光伏板两侧，扇叶(2)停止工作；(4)自动清洁作业：清洁无人机的驱动轮(9)工作，带动非驱动轮(12)转动，带动清洁无人机前进；风机(16)工作，利用负压产生气体流动，净风出口(61)喷射出风刀，吹散光伏板表面的灰尘；顽固污渍通过细毛刷(10)和粗毛刷(11)滚动刷掉，并通过吸尘进口(131)吸入集尘仓(14)中；(5)自动探伤作业：清洁无人机在清洁过程中，同时进行探伤作业，通过检测与标记模块中的探伤传感器(19)扫描光伏板进行清洁度和故障检测，并保存检测到的数据；(6)数据回传：清洁无人机在清洁完光伏板的当前清洁区域后，将清洁数据和探伤数据上传至光伏电站数字孪生管理服务系统；(7)连续作业：清洁无人机在清洁完光伏板的当前清洁区域后，重复步骤(1)-步骤(6)，继续清洁下一清洁区域；(8)自动寻回：清洁无人机在工作结束或电量过低时，自动寻回，根据定位模块返回集中运输能源供给车结束作业或由工作小组成员手动更换电池(17)；(9)自清洁作业：集尘仓(14)的空余容量小于10％自身容量时，根据预设条件飞行抵达指定的灰尘倾倒区，打开集尘仓倾倒口(15)，将所收集的灰尘集中倒出，同时，风机(16)进行反转改变风向，将集尘仓(14)中剩余的灰尘吹出。

技术总结
本发明公开了一种光伏板智能清洁无人机、系统及清洁方法，该清洁无人机包括机身、电子模块、清洁模块、动力模块、飞行模块、定位模块和检测与标记模块，其中，机身、电子模块、清洁模块、动力模块、定位模块和检测与标记模块构成清洁无人机主体，飞行模块与主体相连接。本发明具有高效、智能、低成本的优点，解决了光伏板清洁现有的灵活性差、环境适应性差、成本高等问题；本发明在清洁光伏板的同时具备探伤检测功能和数字孪生管理服务系统功能，为光伏电站提供更智能的管理服务；本发明具有适用多种场景的优点，适用于各类大型光伏电站或人工难以抵达的光伏板，比如屋顶、水面等；本发明能够减少水源的浪费、降低人工成本和人工作业风险。险。险。


技术研发人员：张旭生 白杨 楼倩雅
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/6