本课题针对城区屋顶的光伏阵列清洁问题,提出并设计了一种旋转滚刷与负压吸附组合的六轮驱动式光伏组件清洁机器人,使清洁机器人可以在城区屋顶的光伏阵列表面自由行驶,解决阵列铺设面积较大使得人工清洁工作量增大,以及大量位置难以清洁等问题。同时设计出相应的控制功能,本文主要研究内容以及成果如下:在分析了光伏组件负压吸附式六轮清洁机器人功能需求的基础上,提出了清洁机器人的总体设计方案,主要包括机械结构、硬件系统和软件系统等部分。清洁机器人机械结构包含载具系统和清洁系统以及整体结构。因此该清洁机器人采用“六轮移动+双负压吸附”的运行方式,可实现机器人在20°以内倾角的光伏阵列中自由移动;同时采用“滚刷起尘+负压集尘”的清洁方式,可高效完成对光伏板表面的积灰清洁。设计了光伏组件负压吸附式六轮清洁机器人的硬件系统,该系统以单片机Atxmega128作为机器人的主控制器,再通过电源降压模块、电机驱动模块、陀螺仪模块、测距模块、无线通信模块、定位模块等部分共同构成一套完整的清洁机器人硬件控制系统。经测试,所设计的硬件设备可以支持光伏组件负压吸附式六轮清洁机器人完成稳定供电、电机运行、姿态角检测、边沿检测、数据的无线传输以及定位等功能。根据机器人在现场运行的实际情况以及机器人所需完成的各项工作任务,开展了清洁机器人软件系统的设计。提出了清洁机器人陀螺仪姿态角解算算法,实现机器人姿态调整与吸附系统控制;开发了清洁机器人定位功能、通信系统和行进算法,实现清洁机器人路径规划与自动运行;最后提出了机器人清洁周期规划算法,实现光伏电站经济性运维。建立了清洁机器人性能测试实验平台,开展了清洁性能评测,对清洁机器人整体功能及硬软件系统的各项功能进行测试,结果表明:该清洁机器人单次行进距离超过200m,可在20°安装倾角和20mm组件缝隙的光伏阵列上安全运行;当光伏组件的灰尘积累量分别为4g/m~2,6g/m~2,8g/m~2时,清洁机器人的清洁效率分别达到92.14%、91.04%和90.09%;陀螺仪姿态角X、Y两轴的数据变化误差不超过0.15°,而Z轴数据的误差可保持在0.1°以内;在定位性能方面,对于20°以内安装角度的光伏阵列,X、Y两个方向的偏差皆在±4cm以内;清洁机器人的两种路径规划算法整体偏差不超过±3°并将预设点的污渍处理干净;采用清洁周期优化方法对比分析了清洁机器人与人工的清洁周期和清洁成本,可以得出:1MW光伏电站机器人清洁周期比人工清洁周期缩短了22.6天;若每年清洁次数为12次,则每兆瓦光伏电站使用机器人清洁相较于人工清洁,其成本差异达到32100元。由此可验证清洁机器人对光伏组件积灰清理的有效性。