[发明专利]一种面向太阳跟踪的一维驱动两维输出机器人机构

说明书

技术领域

本发明涉及采用跟踪单元利用太阳能，尤其涉及采用跟踪单元利用太阳能中的一种面向太阳跟踪的一维驱动两维输出机器人机构。

背景技术

太阳自动跟踪系统能增加光伏模块接收的太阳能，提高日用功率和年输出功率，但比固定式系统成本高，且更复杂。太阳跟踪系统存在产品系统可靠性不能满足要求、跟踪误差大、成本过高等问题，如何设计一种性价比及发电增益高的太阳跟踪系统，既提高发电量，又降低投资成本成为亟待解决的问题。现有的太阳能跟踪系统主要有单轴系统、双轴机械跟踪定位系统，具体如下：

(1)单轴跟踪

单轴跟踪一般采用：①倾斜布置东西跟踪；②焦线南北水平布置，东西跟踪；③焦线东西水平布置，南北跟踪。这三种方式都是单轴转动的南北向或东两向跟踪，工作原理基本相似。第①种跟踪方式的原理为跟踪装置的转轴南北布置，且倾斜一当地的地理纬度角，东西方向跟踪太阳，一年之中春分、秋分两天，太阳光线与电池板垂直，而在其余时间太阳光线入射角在-23.5°和+23.5°之间；第②种跟踪方式的原理为跟踪系统的转轴南北方向布置，根据事先计算的太阳时角的变化，太阳能电池板绕转轴作匀速转动跟踪太阳。采用这种跟踪方式，一年之中太阳光线都是斜射，仅在每天正午时刻电池板太阳光入射角最小，此时光伏电池输出最大；第③种跟踪方式是转轴东西水平布置，根据事先计算的太阳赤纬角的变化自动调整电池板绕转轴作俯仰转动跟踪太阳，或者根据一年四季的变化手动调整转轴的位置跟踪太阳。理论分析，3种单轴跟踪之中，第①种方式最优，第③种方式最差。虽然单轴跟踪结构简单，但是由于入射光线不能始终与丰光轴平行，收集太阳能的效果并不理想。

(2)双轴跟踪

如果能够在太阳高度和赤纬角的变化上都能够跟踪太阳就可以获得最多的太阳能，全跟踪即双轴跟踪就是根据这样的要求而设计的。双轴跟踪又可以分为两种方式：极轴式全跟踪和高度角方位角式全跟踪。

极轴式全跟踪。其跟踪装置的一轴指向天球北极，即与地球自转轴相平行，故称为极轴；另一轴与极轴垂直，称为赤纬轴。工作时电池板绕极轴运转，其转速的设定与地球自转角速度大小相同方向相反用以跟踪太阳的时角变化；电池板绕赤纬轴作俯仰转动是为了跟踪赤纬角的变化。这种跟踪方式并不复杂，但在结构上电池板的重量不通过极轴轴线，极轴支承装置的设计比较困难。

高度角-方位角式太阳跟踪。高度角和方位角式太阳跟踪方法又称为地平坐标系双轴跟踪，电池板的方位轴垂直于地平面，另一根轴与方位轴垂直，称为俯仰轴。工作时电池板根据太阳的位置变化绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰轴作俯仰运动改变电池板的倾斜角，从而使电池板的法线始终与太阳光线平行。这种跟踪系统的特点是跟踪精度高，而且集热器的重量保持在垂直轴所在的平面内，支承结构的设计比较容易。

现有的二轴太阳跟踪机构基本上有两类，一类是方位角/俯仰角式的，另一类是极轴式的。由于极轴式的太阳跟踪机构承重不平衡，不适于在大型跟踪系统中应用。方位角俯仰角式的跟踪机构原理简单，需要两轴的驱动，制造成本高。有文献提出用三轴的并联球面机构作为跟踪机构，这种机构结构复杂，而且需要三轴驱动，制造成本更高。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种面向太阳跟踪的一维驱动两维输出机器人机构。

本发明提供了一种面向太阳跟踪的一维驱动两维输出机器人机构，包括支架、太阳能组件安装板、凸轮、电机、第一旋转轴和单向联轴器，其中，所述电机设置在所述支架上，所述电机通过所述单向联轴器与所述凸轮连接，所述电机与所述第一旋转轴连接，所述太阳能组件安装板的一端与所述第一旋转轴铰接，另一端与所述凸轮相接触抵接，所述电机通过所述第一旋转轴与所述太阳能组件安装板连接并驱动所述太阳能组件安装板绕所述凸轮的边缘自转。

作为本发明的进一步改进，所述太阳能组件安装板与所述第一旋转轴的铰接形成的铰接旋转轴与所述凸轮相平行。

作为本发明的进一步改进，所述电机连接有第一齿轮，所述第一旋转轴连接有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮相啮合。

作为本发明的进一步改进，所述电机通过电机输出轴与所述第一齿轮连接。

作为本发明的进一步改进，所述第二齿轮与所述单向联轴器连接。

作为本发明的进一步改进，所述第二齿轮通过传动轴与所述单向联轴器连接。

作为本发明的进一步改进，所述单向联轴器与所述凸轮之间连接有减速器。

作为本发明的进一步改进，所述减速器通过减速器输出轴与所述凸轮连接。