2014-10-15 日本香川大学清扫机器人.docx

“Next香川”（高松市）是香川县开设的风险企业支援设施。在距离香川大学工学部校区不远的这栋建筑的一个房间里，有该校创办的风险企业未来机械（冈山县仓敷市）的研究开发点。该公司开发了太阳能电池板清扫机器人，预定于2015年度内投入量产。社长三宅彻曾在香川大学工学部智能机械系统工学系学习机器人工学，在读研究生时创办了未来机械公司。记者在香川大学工学部校区，观看了该公司开发的清扫机器人演示：机器人清扫了由CIS化合物型太阳能电池板（纵向3块，横向2排）以15度倾角设置的演示用阵列（电池板组）。电池板表面事先喷上了沙尘。日本国内设置的太阳能电池板是不会落有这么多沙尘的，该公司的清扫机器人设想是在海外干燥地区设置的百万瓦级光伏电站应用。长72cm、宽43cm，有橙色外壳的清扫机器人的重量约为11kg。男性可以轻松提起（图1）。两手抓住外壳上安装的把手，把机器人放到阵列的右下角。打开开关，安装在前后的旋转刷开始运转，以自主行驶沿着电池板上行。动力源使用内置锂离子电池，没有电线。机器人笔直前行，不会从电池板的外框掉落。在机器人经过之后，原先略微脏的电池板变成了CIS电池板特有的具有光泽的黑色。一望便知砂尘等脏污已经清除干净（图2）。图1：重量约为11kg，男性用双手可以轻松提起（摄影：日经BP社）图2：扫除机器人经过后，电池板上的沙尘变成了光泽（摄影：日经BP社）通过2次90度旋转移动至相邻电池板前进到阵列的右上角之后，机器人将以下列动作，移动到左邻的电池板。步骤如下：（1）首先，机器人以左侧为轴，右侧顺时针向下旋转90度（图3）。此时，机器人的位置成了背部横向对准尚未清扫的左侧区域（图4）。（2）接着，横向的机器人以下侧为轴，上侧沿逆时针向下旋转90度（图5）。此时，机器人移动到了未清扫的左侧区域（图6）。（3）但移动后的位置未到电池板的顶端。如果直接下行，顶端的污垢将得不到清洁，因此，机器人是先上行清扫顶端，之后再下行清扫至底端（图7）。图3：机器人以左侧为轴，右侧顺时针向下旋转90度（摄影：日经BP社）图4：机器人横向背朝未经清扫的左侧区域（摄影：日经BP社）图5：机器人以下侧为轴，上侧逆时针向下旋转90度（摄影：日经BP社）图6：向未清扫的左侧区域的移动完成（摄影：日经BP社）图7：先清扫至顶端，再向下清扫（摄影：日经BP社）反复这些动作，机器人依次向左侧的未清扫区域移动，可清扫整个阵列。抵达阵列左下角时，会发出清扫结束的提示。如果清扫途中蓄电池的电量不足，机器人会回到阵列底端，发出电量耗尽的警报。锂离子蓄电池为盒式，只需更换充满电的电池盒，即可立即恢复清扫作业。充电一次可工作约2个小时，对标准设置的电池板，1小时的清扫面积约为160m2（约100块）。电池板设置角度在15度及以下的均可应用，如果电池板与电池板之间的距离在2cm以内，机器人就可通行无碍。在干燥地区，电池板脏污可能导致输出功率降低10三宅社长从2009年开始正式开发太阳能电池板清扫机器人的。那时，因美国总统奥巴马推行的绿色新政，北美开始建设百万瓦级光伏电站，进而这种动向扩大到了世界各地。当时接到了关于干燥地区等太阳能电池板用清扫机器人开发的洽商是契机。中东、北非等纬度较低的干燥地区设置的太阳能电池板容易为砂尘所污染。而且当地雨水少、设置角度低，堆积的砂尘会长期滞留。电池板的脏污会遮挡日射，据称有些地区，如果1个月不清扫，发电量就会减少约10。考虑到这样的设置环境，三宅为开发的清扫机器人的性能规格制定的目标是：（1）不用水；（2）任何人操作都能实现稳定的清扫品质；（3）在高温干燥的环境下也可正常工作等。现在，符合这些条件的清扫机器人已经开发成功，准备于2015年度投入量产。避免使用水是因为在干燥地区难以保证用水。于是，用各种方法试错，三宅找到了利用前后两个旋转刷刷起电池板上附着的沙尘，用风扇送风，将砂尘吹散到空气中的方式（图8）。“在中东的百万瓦级光伏电站实施验证的结果显示，吹散的沙尘会随风飘走，几乎可以完全清除。实现了与使用水相同的清洗效果”（三宅）。据称，仅旋转刷就试了几十种，筛选出了最佳材质。图8：使用前后2个旋转刷刷起电池板上附着的沙尘（摄影：日经BP社）以简单的设计在恶劣环境下稳定运转要想不受操作人员技术水平的影响，维持稳定的清扫品质，“需要实现完全的自主行驶，打开开关就开始清扫，结束之后会发出提示”（三宅）。为了实现自主行驶，机器人的前后左右安装了4个传感器。左右的传感器可检测太阳能电池板的纵向外框，并以其为指示线校正路线向前行进（图9）。在行至阵列顶端，前后传感器检测到前方没有电池板后即停止，按照前述的动作移动至左侧的未清扫区域。图9：检测到纵向的外框，以外框为指示线修正路线并向前行进（摄影：未来机械）在太阳能电池板上自主行驶时，还有一种方法是使用CCD摄像头，图像识别太阳能电池单元（发电元件）的电极线（母线电极）等作为指示线。而且，为了在倾斜的电池板上不打滑，驱动轮多会安装橡胶履带，增加与设置面之间的摩擦力。但未来机械没有采用这些方法。这是为了“通过采用尽可能简单的设计，使机器人在高温干燥地区的恶劣环境下也能稳定工作”（三宅）。三宅说：“使用CCD摄像头的图像识别方法在室外容易出现识别错误，导致运行不稳定。”而把电池板的框架作为指示线，还具有可适用于没有母线电极的薄膜类太阳能电池板（化合物型、非晶硅型等）的优点（图10）。而之所以不采用履带，主要原因是“不利于轻量化”（三宅）。该公司将驱动轮增加到3个，通过装配不易打滑的橡胶轮胎，在没有履带的情况下也实现了稳定行驶。图10：也适用于薄膜系太阳能电池板（化合物型、非晶硅型等）（摄影：未来机械）还考虑推出日本版现在，未来机械正使用多台样机（试验机），在中东的百万瓦级光伏电站反复做运行试验，并把结果反馈到计划于2015年度上市的量产机的设计之中（图11、图12）。在海外开展业务时，将与当地的运营维护（O&M）企业及设计、采购及施工（EPC）企业和百万瓦级光伏电站发电公司等伙伴合作。图11：使用多台样机在中东的百万瓦级光伏电站做运转试验（摄影：未来机械）图12：在海外的干燥地区，如果1个月不清扫，发电量可能减少约1