太陽能電池智能定日跟蹤機器人的制作方法

本實用新型涉及一種工業機器人，特別是一種太陽能電池智能定日跟蹤機器人，本機器人通過數學建模于機械聯動結構中，采用人工智能時間區域控制運行，原智能機械工位自動執行調節，可保證太陽能電池板精確按照天地自然運行規律，在一年四季的每一天中的每一刻自動跟隨太陽移動，保持太陽光線始終與太陽能電池板垂直，提高太陽通電池板的發電產能。

背景技術：

目前太陽能電池板在室外安裝大多采用固定式，即太陽能電池板的受光面處于朝陽方向，所謂朝陽是指以安裝地春分、秋分當日白天中午處于太陽光線直射狀態；但是平日里，或上午和下午，特別是早晨太陽初升或近傍晚太陽西下時，太陽光線與太陽能電池板的角度偏離較大，發電效率低，早晨到中午時間段太陽能電池板的發電效率逐漸提高，中午到晚上太陽能電池板的發電效率逐漸降低；況且,自然界太陽光的入射角,是隨著冬至——春分——夏至——秋分——冬至的節氣變化而每天變化的,這樣,就造成現有固定式安裝的太陽能電池板,對太陽旋轉角和俯仰角的嚴重失真,這也造成了現有太陽能電池板發電效率的降低；而現有的定日跟蹤器多為兩軸分控式,其弊端是；成本高、故障率高、結構整合效果差。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種無論上午、下午、還是春、夏、秋、冬都可保持太陽能電池板始終與太陽光線角度保持垂直、提高太陽能電池板發電效率的太陽能電池智能定日跟蹤機器人。

本實用新型的太陽能電池智能定日跟蹤機器人，包括豎向設置的管狀主體立架，在主體立架上端轉動連接有水平旋轉主軸架，水平旋轉主軸架與主體立架同軸設置，減速步進電機固定安裝在主體立架上部內側，減速步進電機的輸出軸與水平旋轉主軸架的下端固定連接；在水平旋轉主軸架的兩側對稱連接有太陽能電池板。

本實用新型的太陽能電池智能定日跟蹤機器人，其中所述的主體立架上端通過螺栓固定連接有半周傘齒輪，所述的水平旋轉主軸架通過半周傘齒輪與主體立架轉動連接，水平旋轉主軸架與半周傘齒輪之間設有承重軸承和向心軸承；

在水平旋轉主軸架上通過齒輪軸軸承橫向安裝有俯仰主動直齒輪軸，在俯仰主動直齒輪軸的兩端均一體緊固安裝有與半周傘齒輪相嚙合的從動錐齒輪；

在水平旋轉主軸架上位于俯仰主動直齒輪軸的上方設有與俯仰主動直齒輪軸相平行的俯仰心軸，在俯仰心軸的兩端連接有電池板連接法蘭，所述的太陽能電池板連接在電池連接法蘭上；

在俯仰心軸上套裝有錨狀的俯仰從動齒輪，俯仰從動齒輪的下部圓弧部分加工有直齒，該部分直齒與所述的俯仰主動直齒輪軸中部的直齒部分相嚙合；在俯仰心軸上固定安裝有俯仰調節蝸輪，在俯仰從動齒輪的側邊連接有轉軸，在該轉軸上套裝有調節棘輪蝸桿，調節棘輪蝸桿與俯仰調節蝸輪相互嚙合。

本實用新型的太陽能電池智能定日跟蹤機器人，其中在調節棘輪蝸桿的轉軸上套裝有棘爪撥轉滑座，在該轉軸上、下部的三角形凹槽處和棘爪撥轉滑座長孔中間設有O型復位簧片，在棘爪撥轉滑座內側設有內齒棘爪，在調節棘輪蝸桿的端頭設有與內齒棘爪相嚙合的外棘輪齒；

在水平旋轉主軸架上與俯仰主動直齒輪軸的正交方向固定有推塊固定座，棘爪滑座推塊插入推塊固定座的中心孔內，棘爪滑座推塊的一端位于水平旋轉主軸架側面的U型開口內并兩側與水平旋轉主軸架之間的間隙內均設有推塊復位板簧，棘爪滑座推塊的另一端上部有與棘爪撥轉滑座相配的接觸球頭，下部與半周傘齒輪上平面處的凹槽相配。

本實用新型的太陽能電池智能定日跟蹤機器人，其中在半周傘齒輪上位于半周齒的兩端處的大半圓凹槽槽內均設有齒銷撥轉契塊，換向中繼齒銷向半周傘齒輪的徑向里側端頭的一部分呈扁形并插入齒銷撥轉契塊的內孔，齒銷撥轉契塊的內孔有對稱的凸尖擋在換向中繼齒銷的扁形部分側面，在齒銷撥轉契塊和換向中繼齒銷的端頭套裝有保持齒銷撥轉契塊直立的契塊復位扭簧，換向中繼齒銷的另一部分為下部為順向圓柱形的單一齒形，該齒形與半周傘齒輪的齒形相同，徑向插入在半周傘齒輪上位于半周齒的兩端處的大半圓凹槽槽內，在俯仰主動直齒輪軸上裝有對稱的與齒銷撥轉契塊相配的齒銷契塊碾輪。

本實用新型的太陽能電池智能定日跟蹤機器人在工作時段，無論在每一天的上午、中午還是下午，或者一年四季（春、夏、秋、冬）當中，可始終保持太陽能電池板垂直于太陽光線，明顯提高太陽能電池板的發電效率。

附圖說明

圖1是本實用新型具體實施方式的主視示意圖；

圖2是圖1所示的左視剖視示意圖；

圖3是圖1所示的俯視示意圖；

圖4是圖1所示的B-B剖視示意圖；

圖5是圖1所示的B向示意圖；

圖6是圖2所示的a’- a’剖視示意圖；

圖7是圖1所示的C-C半剖視示意圖；

圖8是本實用新型具體實施方式在十小時工作日控制區域圖。

具體實施方式

如圖1、2、3、6所示：1為管狀的豎向設置的主體立架，在主體立架1上端轉動連接有水平旋轉主軸架3，即水平旋轉主軸架3可相對于主體立架1轉動，水平旋轉主軸架3與主體立架1均為豎向同軸設置。

減速步進電機2固定安裝在主體立架1上部內側，減速步進電機2的輸出軸與水平旋轉主軸架3的下端固定連接，即減速步進電機2的輸出軸插入水平旋轉主軸架3的下端軸孔內并通過鍵聯接，水平旋轉主軸架3的下端軸頭螺紋連接有軸架鎖緊螺母4。在水平旋轉主軸架3的兩側對稱連接有太陽能電池板28。減速步進電機2運行時水平旋轉主軸架3可帶動太陽能電池板28每天隨著太陽光線轉動，完成太陽能電池板28對日的水平旋轉跟蹤，以提高發電效率。

主體立架1上端通過螺栓固定連接有半周傘齒輪7，半周傘齒輪7向上周邊部分一半有齒，另一半為無齒平面（如圖3、6）。水平旋轉主軸架3通過半周傘齒輪7與主體立架1轉動連接，水平旋轉主軸架3與半周傘齒輪7之間設有承重軸承6和向心軸承5，水平旋轉主軸架3通過承重軸承6和向心軸承5可相對于主體立架1和半周傘齒輪轉動。

在水平旋轉主軸架3上通過一對齒輪軸軸承8橫向安裝有俯仰主動直齒輪軸11，在俯仰主動直齒輪軸11的兩端均安裝有與半周傘齒輪7相嚙合的從動錐齒輪10，當其中一個從動錐齒輪10位于半周傘齒輪7上的有齒部分中間位置時，另一個從動錐齒輪10剛好位于圓周無齒平面部分的中間位置（如圖6）。

在水平旋轉主軸架3上位于俯仰主動直齒輪軸11的上方設有與俯仰主動直齒輪軸11相平行的俯仰心軸13，在俯仰心軸13的兩端固定連接有電池連接法蘭25，太陽能電池板28通過螺栓固定連接在電池連接法蘭25上。

在俯仰心軸13上套裝有俯仰從動齒輪12，俯仰從動齒輪12可相對于俯仰心軸13轉動，俯仰從動齒輪12只在下部有部分直齒，該部分直齒與俯仰主動直齒輪軸11中部的直齒部分相嚙合（如圖1、2）。在俯仰心軸13上通過銷釘固定安裝有俯仰調節蝸輪14。在俯仰從動齒輪12的對日側邊連接有轉軸，該轉軸與俯仰從動齒輪12為一體結構，在該轉軸上套裝有調節棘輪蝸桿15，調節棘輪蝸桿15可相對于該轉軸轉動。調節棘輪蝸桿15與俯仰調節蝸輪14相互嚙合。

如圖1、2所示：在套裝調節棘輪蝸桿15的轉軸上還套裝有棘爪撥轉滑座16，棘爪撥轉滑座16的上下兩臂將調節棘輪蝸桿15夾持在轉軸中間，并在端頭處設有用于軸向限位的卡環17。在該轉軸對應棘爪撥轉滑座16的上下兩臂等高位置加工有三角形凹槽和棘爪撥轉滑座16長孔之間設有O型復位簧片18，O型復位簧片18有兩個并上下設置。在棘爪撥轉滑座16上部內側設有內齒棘爪29，在調節棘輪蝸桿15的上部端頭設有與內齒棘爪29相嚙合的外齒棘輪30，平時在O型復位簧片18的作用下，內齒棘爪29和外齒棘輪30處于分離狀態(如圖1)。當棘爪撥轉滑座16的外側受力，O型復位簧片18受擠壓時，棘爪撥轉滑座16沿長孔滑向轉軸，內齒棘爪29和外齒棘輪30可相互嚙合。

如圖1、6、7所示：在水平旋轉主軸架3上與俯仰主動直齒輪軸11的正交方向固定有推塊固定座21，棘爪滑座推塊19的一端插入并穿過推塊固定座21的中心孔，與另一端銷釘固連，棘爪滑座推塊19位于水平旋轉主軸架3側面的開口內的一端，呈對稱凸輪狀，可在水平旋轉主軸架3的U型槽內偏轉一定角度，其中內藏式的直槽與水平旋轉主軸架3的U型槽兩壁之間的間隙內均設有推塊復位板簧20，棘爪滑座推塊19的另一端上部有與棘爪撥轉滑座16相配的接觸球頭，下部與半周傘齒輪7上平面處的凹槽31相配，凹槽31位于半周傘齒輪7上的無齒平面的中間位置。水平旋轉主軸架3拖動棘爪滑座推塊19轉動走行，棘爪滑座推塊19的下端部轉動至凹槽31內時，棘爪滑座推塊19在推塊復位板簧20的作用下復位而處于豎直狀態，當繼續走行離開凹槽31時，在凹槽31側邊的阻擋下產生向另一側的歪斜，歪斜時推塊復位板簧20被擠壓變形。

如圖1、4、5所示：在半周傘齒輪7上位于半周齒的兩端處的大半圓凹槽齒槽內均設有齒銷撥轉契塊22，換向中繼齒銷23向半周傘齒輪7的徑向里側的端頭一部分呈扁形并插入齒銷撥轉契塊22的內孔（如圖4），齒銷撥轉契塊22的內孔有對稱的凸尖擋在換向中繼齒銷23端頭的扁形部分側面。在齒銷撥轉契塊22和換向中繼齒銷23的端頭套裝有保持齒銷撥轉契塊22直立的契塊復位扭簧24。換向中繼齒銷23的另一部分為下部為順向圓柱形的單一齒形，該齒形與半周傘齒輪7的齒形相同,徑向插入在半周傘齒輪上位于半周齒的兩端處的大半圓凹槽槽內；在俯仰主動直齒輪軸11上裝有對稱的與齒銷撥轉契塊22對位的齒銷契塊碾輪9。俯仰主動直齒輪軸11隨水平旋轉主軸架3轉動時，當齒銷契塊碾輪9壓向齒銷撥轉契塊22時，齒銷撥轉契塊22內孔中的凸尖可撥動換向中繼齒銷23在大半圓凹槽內轉動，使換向中繼齒銷23的單一齒部分旋起，并補充在半周傘齒輪7的齒端部，保證了其中一個從動錐齒輪10轉動至半周傘齒輪7的齒端部并相互嚙合的齒分離時，另一個從動錐齒輪10在半周傘齒輪7的另一齒端部能及時與半周傘齒輪7嚙合。

在半周傘齒輪7上方罩有防塵罩26，防塵罩26將位于半周傘齒輪7上方的所有部件全部罩在其內，防塵罩26下口周邊與半周傘齒輪7外側周邊通過密封法蘭滑動連接,兩則開口處與電池連接法蘭25周邊通過密封件防塵滑動連接。

工作過程如下：如圖8所示：系統設定好工作時域和調節時域后，由時間控制器，控制系統的整體運行，早晨七點（可設定！七點至六點則被視為回程調節時域，同理，下午五點至六點則視為當日跟蹤結束調節區域），太陽能電池定日跟蹤機器人面對東方偏南15度方向，減速步進電機2接受指令信號發生轉動，輸出軸帶動水平旋轉主軸架3同時轉動,初始位置于南北向安置在半周傘齒中間位置的成180度對稱軸承安裝在水平旋轉主軸架3上的從動錐齒輪10的其中一個，因與固定半周傘齒輪7的半周傘齒嚙合而發生走行并轉動，同時帶動俯仰主動直齒輪軸11轉動，此時，對面的另一個從動錐齒輪10處于半周傘齒輪7的半周無齒嚙合面中間，從而只能隨之一起發生空轉；俯仰主動直齒輪軸11的轉動,也帶動與之嚙合的俯仰中心齒輪12以俯仰心軸13為軸心減速轉動；俯仰從動齒輪12轉動的同時，還帶動同為穿過俯仰心軸13、且與安裝在圓缺形俯仰從動齒輪12的玄臂上的調節棘輪蝸桿15相嚙合的俯仰調節蝸輪14一起發生同步轉動；又由于太陽能電池板28通過電池連接法蘭25固定聯接在俯仰心軸13兩端，這樣太陽能電池板28也就隨著水平旋轉主軸架3和俯仰心軸13一起既做平面、同時也做垂直俯仰的定日二維轉動了。當時間來到中午，水平旋轉主軸架3帶動整個旋轉裝置轉動到正交中心位置、也就是系統放置的正南向， 俯仰系統、以及太陽能電池板28對日仰角達到當天最大；此時，與固定半周傘齒輪7的半周傘齒嚙合的一個從動錐齒輪10移出嚙合面，而另一個從動錐齒輪10尚未與固定半周傘齒輪7的半周傘齒嚙合而處于空檔位置，旋轉方向上半周傘齒輪7即將齒合一則的齒銷撥轉契塊22受旋轉到此位置的固定在俯仰主動直齒輪軸11的齒銷契塊碾輪9碾壓作用，和契塊復位扭簧24一起在槽內旋下倒向入齒向一邊,而與之相連的換向中繼齒銷23旋起，齒入從動錐齒輪10齒間，從而保持俯仰從動齒輪12以及太陽能電池板28不會在此換向位置失去控制而發生誤轉動；另一側的出齒方向上的齒銷撥轉契塊22，也在另一端固定在俯仰主動直齒輪軸11的齒銷契塊碾輪9碾壓作用下，和契塊復位扭簧24一起在槽內旋下倒向出齒向一邊，這時，齒銷撥轉契塊22與換向中繼齒銷23產生滑轉，不影響系統狀態，隨著水平旋轉主軸架3繼續帶動俯仰主動直齒輪軸11平面轉動，齒銷契塊碾輪9失去對齒銷撥轉契塊22碾壓作用之后，齒銷撥轉契塊22與換向中繼齒銷23由契塊復位扭簧24在槽中復位。同時，棘爪滑座推塊19隨水平旋轉主軸架3正好轉動到設置在半周傘齒輪7上的凹槽位置，棘爪滑座推塊19受到推塊復位板簧20的作用，在凹槽中復位；時間繼續走行，水平旋轉主軸架(3)繼續拖動棘爪滑座推塊（19）轉出凹槽時，凹槽上沿使得棘爪滑座推塊19倒向另一邊；而上午閑置側的從動錐齒輪10也進入半周傘齒輪7的嚙合面，又帶動俯仰主動直齒輪軸11嚙合著俯仰從動齒輪12反向轉動，垂直跟蹤系統運行呈上午的反過程，系統的對日仰角逐漸變小，而水平對日跟蹤系統仍然順時針轉動，這樣，到下午五點半，既完成一天對太陽的兩維定日跟蹤；一天中，系統隨著時間平面轉動到終點位置和退回到起點位置，俯仰從動齒輪12向對日方向棘爪撥轉滑座16的球頭端，有兩次向下轉動觸碰到設置在水平旋轉主軸架3上的棘爪滑座推塊19上的頂端球面的機會，而由于棘爪滑座推塊19隨水平旋轉主軸架3轉動時經過半周傘齒輪7上的凹槽而變向，使得進程和回程時棘爪滑座推塊19頂端球頭的偏轉方向不同，當裝置在錨狀俯仰從動齒輪12玄臂上的棘爪撥轉滑座16的球頭部下端弧面，隨俯仰從動齒輪12旋轉到下部棘爪滑座推塊19頂端球頭位置時，在棘爪滑座推塊19上的頂端球面向軸心一側的頂力作用下，棘爪撥轉滑座16首先克服O形復位片簧18的彈力，沿其上的長孔，向軸心徑向移動，使棘爪和棘輪緊密結合，隨著俯仰從動齒輪12的繼續向下旋轉，偏置的棘爪滑座推塊19球頭將與棘爪撥轉滑座16的球頭發生觸碰，并將棘輪頂轉動一個齒角，調節棘輪蝸桿15的轉動，也使得俯仰調節蝸輪14相對于俯仰從動齒輪12轉動了一個角度；又由于太陽能電池板28、俯仰心軸13與俯仰調節蝸輪14之間是剛性固定連接，所以，太陽能電池板28就變動了與每日基礎轉輪——俯仰從動齒輪12間的一個初始角度；完成當日調節后，減速步進電機2帶動系統反轉，系統中所有機械聯動部件，如同影像倒播一樣按原動作和線路返回，棘爪撥轉滑座16也隨著俯仰從動齒輪12向上旋起，失去棘爪滑座推塊19球頭的頂力作用的棘爪撥轉滑座16受O形復位片簧18的作用，使棘爪和棘輪脫開，并自動轉回到初始設定位置；系統也繼續回程到一天中的啟始位置，等待下一個工作日的到來；系統可根據需求,通過控制水平旋轉主軸架3一天中轉動角度的大小即選擇此時過轉到下午六點，還是返回后過轉到早晨六點的方式，控制選擇棘爪撥轉滑座16的球頭是否與棘爪滑座推塊19球頭發生碰撞偏轉,是結束跟蹤工況的傍晚偏轉,還是回程等待工況的清晨碰撞偏轉(兩個位置的碰撞的結果，由于棘爪滑座推塊19球頭的偏轉方向不同，從而帶動棘爪撥轉滑座16向兩個不同的的方向推動棘輪蝸桿15的轉動，使俯仰調節蝸輪14有效帶動太陽能電池板28于每天的工作前變動對日初始仰角。這一過程描述為：太陽能電池板28在冬至——夏至期間的初始仰角上調，和夏至——冬至期間的初始仰角下調，周而復始，循回不斷。本跟蹤器通過數學建模于機械聯動結構中，其機理高度契合太陽天體的運行機理，可保持太陽能電池板始終與太陽光線相互垂直，提高了太陽能電池板的發電效率。