一种自动除冰柱机器人系统技术方案

本发明专利技术的一种自动除冰柱机器人系统，该系统由自动除冰柱机器人、小车轨道、上位机和键盘装置，其中，所述自动除冰柱机器人包括单片机、以及单片机控制的继电器、光电传感器、电热丝、微型电机、收集器、GPRS模块和光伏发电系统构成。在楼顶屋檐的下方安装有并排的小车轨道，收集箱置于小车轨道中间、并在收集箱两端的四角处安装了行走轮，一端行走轮的传动轴上与微型电机驱动连接，在收集箱的前后两侧固定有竖直的固定杆，固定杆的顶端固定有PV板，固定杆的中段分别固定有横杆，在两横杆的两端分别固定有光敏传感器、中间固定有电热丝。该系统可以自动对高层建筑屋檐处的冰柱进行自动清除，大大减少了人工清除冰柱时的工作量，提高了效率。高了效率。高了效率。

【技术实现步骤摘要】
一种自动除冰柱机器人系统


[0001]本专利技术涉及控制系统技术、新能源、人工智能等多领域，在位置数据实时采集以及加热自动控制系统的基础上，添加融合了人工智能算法的光伏发电系统，从而专利技术了一种新型自动除冰柱机器人系统。

技术介绍

[0002]目前，为了适应现代化的发展、解决人口上升带来的住房压力、提高土地的利用率，高层建筑物已经成为人们生活中最为常见的设施，但是相较于常年气温较高的中部于南方地区，在北方地区空气湿度大而且气温低，建筑物的屋檐处极易形成冰柱，特别是在我国北方的冬季与春季交替时节，昼夜温差较大，由于楼顶积雪融化，屋檐处的冰柱更是随处可见，为了防止冰柱从高处突然坠落伤及行人，应当将高层建筑物屋檐处的冰柱进行及时清理。当前，清理冰柱的工作通常由人工完成，利用较长的杆子进行敲击使之坠落，首先，这种人工清理冰柱需要较长的杆子，但随着高层建筑的不断更新升级加高，利用人工拨落的方式显然会越来越困难，无论是操作起来不容易控制，还是远距离对于视线的干扰，都是具有一定的影响的；其次，如果不用人工地面清理而是改变到楼顶上去进行人工清理则会因为寒冷、墙面湿滑等因素导致更大的危险产生；再次，人工除冰柱的速度缓慢，对于减少冰柱坠落的风险简直效率太低；最后，由于冰柱的形成具有反复性，因此还需定期的人工巡视，大大增加了人工的工作量，形成了人力资源的浪费。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是在前人的技术上改进了一种楼顶自动除冰柱机器人，加设了光伏电力系统，解决了高层建筑物屋檐处的冰柱自动清除问题的同时也解决了导线费用，布线冗杂等问题，也通过以上的努力最终削弱了冰柱带来的威胁。
[0004]本专利技术的目的是以如下方式实现的：一种楼顶自动除冰柱机器人，该系统由自动除冰柱机器人、小车轨道、上位机和键盘装置，其中，所述自动除冰柱机器人包括单片机、以及单片机控制的继电器、光电传感器、电热丝、微型电机、收集器、GPRS模块和光伏发电系统构成的。在楼顶屋檐的下方安装有并排的小车轨道，收集箱置于小车轨道中间、并在收集箱两端的四角处安装了行走轮，一端行走轮的传动轴上与微型电机驱动连接，在收集箱的前后两侧固定有竖直的固定杆，固定杆的顶端固定有PV板，固定杆的中段分别固定有横杆，在两横杆的两端分别固定有光敏传感器，在两横杆中间固定有电热丝。
[0005]其中：
[0006]所述小车轨道沿楼顶屋檐安装，作为整个系统的支撑和运行轨道；
[0007]所述自动除冰柱机器人沿轨道进行自动巡视；
[0008]所述光电传感器，用于发现屋檐某个位置有冰柱时，则对电热丝通电，利用热量使屋檐的冰柱脱落，落下的冰柱落入所述收集装置；
[0009]所述GPRS模块，用于将工作状态传递给所述上位机，所述工作状态包括单位距离
内统计的除冰数量、单位时间内除冰的重量；
[0010]所述上位机，用于根据当前工作状态对所述自动除冰柱机器人的巡视频率、速度、位置进行远距离控制，采用自动和/或手动方式的进行；
[0011]所述自动除冰柱机器人通过光伏发电系统进行供电，使其在所述小车轨道上行驶；
[0012]所述自动除冰柱机器人根据所述上位机的指令由所述单片机进行控制。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，小车轨道在小区的楼与楼之间相互连接，并设有道岔，整个小区使用一个机器人进行除冰，根据上位机收集多个建筑物屋檐冰柱数据，调整机器人巡视次数和速度。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，可选地，当机器人除冰时，可通过机器人内部的重量传感器进行检测，判断冰柱是否满箱，如果满箱，可按预定程序使机器人到达指定位置进行人工集中处理。
[0015]本专利技术的有益效果是：该系统在前人可以自动发现并除去高层建筑物屋檐处的冰柱的技术基础上，加设了电力系统装置利用了人工智能算法进行光伏最大功率点的追踪，因为其常年工作与高空位置，遮光的情况相较于地面更加稀少，系统相较于其他设备更加适合光伏系统的使用，另外，对于光伏供电系统夜间无法进行供电的问题，通过考虑与研究冰柱的形成过程、原因(昼夜温差，因白天入黑夜产生。白天温度较高产生冰雪消融在夜间温度骤降从而在屋檐处形成了冰柱)以及冰柱融化的时间(日出后温度逐渐上升从而达到某冰柱脱落)，应用光伏系统功能，刚好可以日出后气温上升之前给予小车供能，从而实现冰柱的安全去除。另外，本专利技术结合了人工智能算法，提升了新能源的利用率，且结构设计合理，构思巧妙新颖，易于推广应用。
附图说明
[0016]图1本专利技术的结构框图；
[0017]图2本专利技术的机械结构图；
[0018]图3单片机接口电路图；
[0019]图4GPRS模块无线通信电路图；
[0020]图5光电传感器电路图；
[0021]图6微型电机电路图；
[0022]图7Buck变换器；
[0023]图8光伏电池等效模型；
[0024]图9改进粒子群优化算法的流程图。
具体实施方式
[0025]参照图各图，一种楼顶自动除冰柱机器人由自动除冰柱机器人(包括控制系统和小车，小车相当于机器人的脚)、小车轨道、上位机和键盘装置，其中，所述自动除冰柱机器人包括单片机、以及单片机控制的继电器、光电传感器、电热丝、微型电机、收集器、GPRS模块和光伏发电系统构成。具体来说在楼顶屋檐的下方安装有并排的小车轨道1，收集箱2置于小车轨道1中间、并在收集箱2两端的四角处安装了行走轮3，一端行走轮3的传动轴上与
微型电机驱动连接，在收集箱2的前后两侧固定有竖直的固定杆4，固定杆4的顶端固定有PV板5，固定杆4的中段分别固定有横杆6，在两横杆6的两端分别固定有光敏传感器7，在两横杆6中间固定有电热丝8，如图2所示，PV板5给本系统的用电设备供电。
[0026]1、机械部分结构
[0027]自动除冰柱机器人机械部分由平行于屋檐下方的水平轨道为轨道作为系统的整体支撑，在电机在单片机的控制下驱动小车在轨道上行走，利用光电传感器对冰柱进行巡视，当遇到冰柱时小车减速，同时启动电热丝将冰柱切断，使之掉落在安装在电热丝下方的收集装置中，以防从高空落地伤人。本专利技术的导轨是平行于墙体安装，固定导轨采用绝缘材质高强度玻璃钢，并将固定导轨的玻璃钢垂直安装在高建筑物的房檐下，同时在给导轨供电的电源上采用了短路保护并可实现无线电告警。
[0028]2、单片机接口电路
[0029]该系统单片机采用STC12C5A60S2增强型51单片机，具有低功耗，高稳定性的特点，除单片机所需最小系统连接引脚外，其中P1.0
‑
P1.2引脚用来控制微型电机；P1.3用来控制继电器进而来控制电热丝是否工作；P1.4
‑
P1.7连光电传感器引脚；P2.1
‑
P2.2连接MCU_serial串口通信芯片RXD与TXD引脚，用来向上位机发送数据与接收上位机数据。当机器人除冰时，可通过机器人内部的重量传感器进行检测，判断冰柱是否满箱，如果满箱，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动除冰柱机器人系统，该系统包括自动除冰机器人、小车轨道、上位机和键盘装置，其特征在于：所述自动除冰柱机器人包括单片机、以及单片机控制的继电器、光电传感器、电热丝、微型电机、收集器、GPRS模块和光伏发电系统；在楼顶屋檐的下方安装有并排的小车轨道(1)，收集箱(2)置于小车轨道(1)中间、并在收集箱(2)两端的四角处安装了行走轮(3)，一端行走轮(3)的传动轴上与微型电机驱动连接，在收集箱(2)的前后两侧固定有竖直的固定杆(4)，固定杆(4)的顶端固定有PV板(5)，固定杆(4)的中段分别固定有横杆(6)，在两横杆(6)的两端分别固定有光敏传感器(7)，在两横杆(6)中间固定有电热丝(8)。2.根据权利要求1所述的一种自动除冰柱机器人系统，其特征在于：所述小车轨道沿楼顶屋檐安装，作为整个系统的支撑和运行轨道；所述自动除冰柱机器人沿轨道进行自动巡视；所述光电传感器，用于发现屋檐某个位置有冰柱时，则对电热丝通电，利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞，王金玉，王蕊，李任武，赵付佳，田康帅，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：