太阳能光伏板清洁机器人三维路径规划研究

发布时间：2020-07-29 21:39

【摘要】：当前,太阳能光伏板被广泛应用于光伏发电中。在实际的应用中,空气中的尘埃会源源不断的沉积在光伏板的表面,一定程度上影响光伏板的发电效率。若能对光伏板进行有效的清洁,在相同装机容量下可以提高发电站的发电效率。传统的清洁作业方式为人工清洁,清洁成本较高,而移动清洁机器人能有效的解决传统人工作业的挑战。移动清洁机器人在数千亩大的太阳能发电站执行清洁作业时,要解决的首要问题是路径获取问题,因此对移动清洁机器人进行路径规划研究意义重大。本文对太阳能光伏板清洁机器人在三维环境下的路径规划进行了研究,主要包含以下几个方面的内容:(1)针对利用移动机器人清洁西北地区大型太阳能发电站光伏板清洁作业任务时首要解决的环境建模问题,采用一种基于数字高程模型的环境地图,并根据通行结果和环境的约束条件分析生成三维地图。(2)基于粒子群算法和引力搜索混合算法(PSOGSA)对光伏板清洁机器人路径进行规划。该混合算法挖掘粒子群优化算法的全局搜寻能力和引力优化算法的局部搜索的能力,很好地解决了全局路径规划时容易与障碍物发生碰撞,并且容易陷入局部最小值等特点。在三维环境下进行该算法测试,对比实验结果显示,该算法对复杂环境有很好的适应性,同时能有效避免局部最小值,提高路径的准确性。(3)运用MATLAB GUI仿真平台对所建立的三维环境模型和提出的混合算法进行可视化设计,对算法的参数进行设置及对仿真结果进行显示,以此来验证所提出的算法的可行性。本文利用数字高程模型建立太阳能发电站环境地图,提出引力与粒子群混合路径优化算法,并将所提出的优化算法应用于太阳能发电站三维路径规划,数值仿真结果证明,粒子群混合路径优化算法很好地解决了全局路径规划时容易与障碍物发生碰撞,并且容易陷入局部最小值等缺点,提高了搜索路径的准确性。论文的研究工作为今后利用移动机器人进行太阳能清洁作业时环境建模和路径规划提供一些工程应用参考。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP242
【图文】：

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硕士学位论文洁效率等方面具有重大的意义，因而备受人们的关注[15]。作为一类太阳能光伏板清洁机器人能够有效的解决光伏板上积灰的问题，并家科研机构，企业单位和大学相继研究。本在世界上机器人技术领域内处于领先地位，已研制出并投入使用太阳能光伏板的机器人。在 2013 年 3 月，日本冈山县高松市的 M香川大学等联合开展研究，已成功研制出全球首个无水太阳能电池器人[16]，如图 1.1 所示。该清洁机器人长约 72cm，宽约 43cm，高约 1kg，质量较轻，一人足以搬起，在充满电的情况下可连续清洁太阳小时。机器人在工作时，旋转刷开始运转，以自主行驶沿着光伏板上光伏板的外框掉落，动力源使用内置锂电池。由于该清洁机器人在需要水且自动工作，在干旱缺水地区的清洁效果可达到人工清洁程于沙漠、荒原、戈壁等干旱缺水的地方。

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太阳能光伏板清洁机器人三维路径规划研究后，根据记录的位置信息重新开始清扫。蓄电池的更换能在短时间内在短暂的等待后继续清扫作业。另外还配备有红外线 LED 灯，可在014 年 4 月，德国西门子公司和以色列 Arava-Power 公司合作开发了自动光伏板清洁机器人 Ecoppia E4[18]安装在太阳能光伏板一旁的移器人自身能在光伏板前后移动。它使用单独供能系统，同时也装载能源供给装置。它采用鼓风机和由超细纤维制成的旋转电刷，在不下，通过电机驱动的刷子清扫落在光伏板表面的尘埃。该清洁机器，甚至可通过智能手机来完成清洁作业。采用这种设备，能清除光达 99%的尘土颗粒。

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图 1.3 国内首个太阳能面板清洁机器人年 12 月，科沃斯独立研发的商用机器人系列产品—太阳能[20]，能够自动升降式不使用水进行清扫，使常年暴露在太底摆脱灰尘和污垢，如图 1.4 所示。当把锐宝放置在太阳自主行走、自主清洁、自动识别光伏组件边界，可轻松跨真空泵，底部吸盘采用柔软硅胶材质，爬行不留痕迹，且，吸盘能使锐宝平稳地吸附在安装角度小于 55°的太阳能式行走，自动升降式滚刷高速清扫，高效无刷电机强劲吸扫”、“ 吸”等清洁工作，清洁覆盖面积高达 100%。每m2，自动规划清洁路线，能去除太阳能电池板 99%表面积尘结束、点亮消耗、信息故障等智能提醒，提升太阳能光伏约了水与人力成本，提高了发电站的效益。

【参考文献】