【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自动控制，尤其是光伏阵列清洗机器人步态控制方法。
技术介绍
1、随着全球能源危机的加剧和环境污染问题的日益严重，太阳能作为一种清洁、可再生的能源越来越受到人们的关注。光伏发电系统作为太阳能利用的主要方式，其运行效率和发电量直接关系到太阳能的利用率。然而，在光伏发电系统的运行过程中，由于灰尘、污垢等污染物的积累，会导致光伏组件表面的透光率降低，从而影响发电效率。为了解决这一问题，光伏清洗机器人应运而生。
2、光伏清洗机器人是一种专门用于清洗光伏发电系统的自动化设备，其主要功能是清除光伏组件表面的灰尘、污垢等污染物，以保证光伏发电系统的正常运行和发电效率。光伏清洗机器人的工作原理主要包括以下几个方面：
3、1.自动导航：光伏清洗机器人通过搭载高精度的gps定位系统和惯性导航系统，实现对光伏发电系统的自动识别和定位。在清洗过程中，机器人可以根据预设的清洗路线自动行走，避免重复清洗和遗漏清洗，提高清洗效率。
4、2.智能检测：光伏清洗机器人配备有先进的光电传感器和超声波传感器，可以实时检测光伏组件表面的污染程度和污垢类型。通过对污染程度的检测，机器人可以自动调整清洗策略，确保清洗效果达到最佳。
5、3.高效清洗：光伏清洗机器人采用高压水喷射系统，通过高压水流对光伏组件表面进行冲洗，将污垢冲刷掉。同时，机器人还配备有软毛刷和吸水器，可以对顽固污垢进行刷洗和吸水处理，确保光伏组件表面的清洁度。
6、4.安全保护：光伏清洗机器人在运行过程中，可以通过激光雷达和摄像头实时
7、5.远程监控：光伏清洗机器人配备有无线通信模块，可以实现与上位机的远程通信。通过上位机，操作人员可以实时监控机器人的工作状态、清洗进度和故障信息，方便及时进行调度和维护。
8、光伏阵列清洗机器人的结构特征为履带式行走设计，通过橡胶履带的凸起背胶和凹槽设计，能够轻松实现前进、后退、左右转弯等动作。但是，光伏组件阵列之间通常存在较大的高度差和不平整度，机器人需要能够自适应地调整行走姿态和速度，以确保稳定行走并避免碰撞光伏板。
9、同时由于光伏阵列清洗机器人在实际应用中受到光伏阵列地形分布的影响，导致出现控制下的清洗效果较差的问题
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出光伏阵列清洗机器人步态控制方法，以机器人质心为基准建立光伏阵列清洗机器人的运动学模型，引入灰色马尔科夫模型，采用新陈代谢法进行改进，结合机器人的运动特性，预测相应的最优步态轨迹，计算末端弹簧位移及姿态角两个参数，实现步态控制算法的设计。
2、本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
3、光伏阵列清洗机器人步态控制方法，包括以下步骤：
4、步骤1、根据机器人的位置信息，得到机器人在坐标系中的广义坐标；
5、步骤2、根据步骤1得到的机器人在坐标系中的广义坐标，构建机器人的运动学模型；
6、步骤3、根据构建到的运动学模型、灰色马尔科夫模型以及新陈代谢机制对机器人最优步态轨迹进行预测。
7、而且，所述步骤1的具体实现方法为：设定机器人的质心与其几何中心处于同一点位，以机器人质心为原点建立直角坐标系，并定义在机器人运动过程中，质心运动速度在两个坐标轴上的分量：
8、
9、其中，x和y分别表示机器人质心运动速度在x、y两个坐标轴上的分量，vt表示机器人质心的瞬时运动速度，θ表示运动姿态角；进一步整理得到：
10、xsinθ-ycosθ＝0
11、解析机器人质心与前轮几何中心之间的几何关系：
12、
13、其中，c表示机器人前轮的几何中心，xc、yc表示该点位的坐标值，d表示前轮几何中心与机器人质心的垂直距离；
14、对机器人质心与前轮几何中心之间的几何关系进行求导，得到机器人在坐标系中的广义坐标：
15、q＝[xc,yc,θ]
16、其中，q表示机器人的广义坐标。
17、而且，所述步骤2的具体实现方法为：引入pfaffian约束方程建立机器人广义坐标的约束矩阵：
18、a(q)＝[cosθ-sinθ-d][s(q)]
19、其中，a(q)表示广义坐标约束矩阵，s(q)表示满秩矩阵；考虑机器人在运动过程中的转动特性，将机器人运动的平移速度和转动角速度输入到该矩阵中，得到机器人的运动速度约束矩阵：
20、
21、其中，v表示机器人运动速度约束矩阵，v表示机器人广义坐标的平移速度，ω表示角速度；建立机器人的运动学模型；通过广义坐标与质心局部坐标之间的映射关系，得到运动学模型的微分表达式：
22、
23、其中，q表示机器人运动学模型表达式，vx和vy分别表示矩阵在两个坐标轴上的分量，ρ表示映射矩阵。
24、而且，所述步骤3的具体实现方法为：构建一个高效生成[0,1]区间内随机实数的函数，将这些随机实数直接应用于运动学模型方程中，直接求解出机器人的末端执行器在不同条件下的空间位置：
25、
26、其中，d表示机器人运动边界，αmax、αmin分别表示机器人轮毂的最大与最小转动角度，r表示随机函数，j表示函数生成的随机实数；
27、引入灰色马尔科夫模型对光伏阵列清洗的最优轨迹进行预测，设机器人在执行光伏阵列清扫工作时的步态轨迹为随机过程，以此建立机器人步态轨迹状态的随机序列：
28、{xn,n＝1,2,…}
29、其中，xn表示运动轨迹空间的离散点，n表示离散点的可能取值数量；
30、将这一随机序列视为马尔科夫链，结合求解的机器人运动边界，建立灰色马尔科夫基本模型：
31、
32、其中，p表示一步状态转移概率，b(xn)表示相应离散点的状态向量，ε表示灰色系数；将新陈代谢机制融入传统灰色马尔科夫模型，新陈代谢法改进下的模型预测序列为：
33、
34、其中，表示改进后的预测序列，β表示模型的待估参数向量，e表示自然常数，k表示无偏灰色系数；
35、通过新陈代谢法的改进，将基本模型中的一步状态转移概率改进为两步转移概率矩阵的形式：
36、
37、其中，p(k)表示改进灰色马尔科夫模型的两步转移概率矩阵，p11(k)等均为矩阵向量；
38、利用改进灰色马尔科夫模型对光伏阵列清洗机器人的最优步态轨迹进行预测：
39、
40、其中，f(n)表示最优步态，t表示机器人的运动时间，s表示模型行向量；
41、根据预测的最优步态轨迹，对机器人步态控制的末端弹簧位移和姿态角参数进行计算，从而生成光伏阵列清洗机器人的步态控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.光伏阵列清洗机器人步态控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的光伏阵列清洗机器人步态控制方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：设定机器人的质心与其几何中心处于同一点位，以机器人质心为原点建立直角坐标系，并定义在机器人运动过程中，质心运动速度在两个坐标轴上的分量：
3.根据权利要求1所述的光伏阵列清洗机器人步态控制方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：引入Pfaffian约束方程建立机器人广义坐标的约束矩阵：
4.根据权利要求1所述的光伏阵列清洗机器人步态控制方法，其特征在于：所述步骤3的具体实现方法为：构建一个高效生成[0,1]区间内随机实数的函数，将这些随机实数直接应用于运动学模型方程中，直接求解出机器人的末端执行器在不同条件下的空间位置：
【技术特征摘要】
1.光伏阵列清洗机器人步态控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的光伏阵列清洗机器人步态控制方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：设定机器人的质心与其几何中心处于同一点位，以机器人质心为原点建立直角坐标系，并定义在机器人运动过程中，质心运动速度在两个坐标轴上的分量：
3.根据权利要求1所述的光伏阵列清洗机器人...
【专利技术属性】
技术研发人员：董鹏程，阎凯，
申请(专利权)人：天津军粮城发电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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