專利名稱：定日鏡重新定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能追蹤和校準(zhǔn)裝置，并且具體地，涉及一種要求持續(xù)地重新定位以保持與太陽對(duì)準(zhǔn)的聚光型光電追蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在降低太陽能價(jià)格的嘗試中，關(guān)于降低以兩個(gè)自由度精確地重新定位和校準(zhǔn)表面的成本得到了許多發(fā)展。在聚光型太陽能熱系統(tǒng)中，定日鏡陣列利用雙軸線重新定位機(jī)構(gòu)，以通過使定日鏡的法向矢量平分當(dāng)前太陽位置和目標(biāo)之間的角度來將太陽光重新定向至中央塔。隨后，由中央塔產(chǎn)生的熱能夠用于產(chǎn)生用于工業(yè)應(yīng)用的蒸汽或用于共用電網(wǎng)的電。聚光型光電(CPV)系統(tǒng)利用雙軸線機(jī)構(gòu)獲得垂直于CPV表面的矢量與太陽能位置矢量重合的位置。當(dāng)CPV表面調(diào)準(zhǔn)到太陽時(shí)，內(nèi)部光學(xué)器件能夠?qū)⑻柟饩奂叫〉母咝Ч怆婋姵?。雙軸線定位系統(tǒng)還使平板光電(PV)系統(tǒng)能夠通過太陽能追蹤產(chǎn)生更多功率。與固定的斜置系統(tǒng)相比，雙軸線PV系統(tǒng)在年度計(jì)算的基礎(chǔ)上多產(chǎn)生35-40%的能量。盡管這種能量產(chǎn)生的增長(zhǎng)看上去吸引人，但當(dāng)前的技術(shù)忽視了通過使總的系統(tǒng)資金和維修成本增加40-50%才能實(shí)現(xiàn)雙軸線太陽能追蹤的價(jià)值。針對(duì)控制和校準(zhǔn)單獨(dú)表面的問題的傳統(tǒng)方案落入以下三個(gè)主要策略之一中:主動(dòng)單獨(dú)致動(dòng)、模塊或鏡聯(lián)動(dòng)、以及被動(dòng)控制。在主動(dòng)單獨(dú)致動(dòng)模式中，每個(gè)雙軸線系統(tǒng)需要兩個(gè)馬達(dá)、一微處理器、一后備電源、現(xiàn)場(chǎng)配線以及一電子系統(tǒng)來控制并校準(zhǔn)每個(gè)表面。此外，所有部件必須承載20多年的壽命，并且系統(tǒng)要求針對(duì)惡劣的安裝環(huán)境密封。在分?jǐn)偪刂茊为?dú)表面的固定成本的嘗試中，傳統(tǒng)工程師的在單獨(dú)致動(dòng)范例中的觀點(diǎn)是建立了 150平方米(m2)的定日鏡和225平方米的PV/CPV追蹤器。盡管以此大小降低了控制成本，但大追蹤器對(duì)鋼、底座和安裝的要求提高。另一種方法試圖通過將具有纜線或機(jī)械聯(lián)接件的多個(gè)表面在一起聯(lián)動(dòng)來解決固定控制成本問題。盡管這有效地分?jǐn)偭笋R達(dá)致動(dòng)成本，但其對(duì)土地平整度的要求嚴(yán)格、極大地復(fù)雜化安裝過程，并且由于機(jī)械聯(lián)接件的所需剛度而承擔(dān)較大鋼成本。由于制造和安裝中的常見的地面沉降和不完整性，定日鏡和CPV系統(tǒng)要求增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和維護(hù)成本的單獨(dú)調(diào)節(jié)。利用液壓流體、雙金屬帶或仿生材料來追蹤太陽的被動(dòng)系統(tǒng)限于平板光電應(yīng)用，并且當(dāng)與單獨(dú)致動(dòng)或聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)相比時(shí)表現(xiàn)不佳。此外，這些系統(tǒng)不能執(zhí)行對(duì)用于能量產(chǎn)出和地面覆蓋比率的太陽能場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化的倒向追蹤算法。

發(fā)明內(nèi)容
一些實(shí)施方式的總的目的是提供一種低成本太陽能追蹤系統(tǒng)，其能夠以兩個(gè)自由度精確地控制和校準(zhǔn)表面，而不設(shè)單獨(dú)的微處理器、方位驅(qū)動(dòng)、上升驅(qū)動(dòng)、中央控制系統(tǒng)或備用電源。這些部件由具有可調(diào)節(jié)地取向的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)和自主地調(diào)節(jié)一長(zhǎng)排(100+)單獨(dú)的鏡、CPV模塊或平板太陽能面板的單個(gè)機(jī)器人控制器替代。一些實(shí)施方式的第二總的目的是通過將校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)與機(jī)器人控制器聯(lián)結(jié)，使得該裝置能夠確定鏡、CPV模塊或太陽能面板的精確取向并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布局、已知目標(biāo)和/或當(dāng)前太陽位置對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，來消除對(duì)單獨(dú)太陽能校準(zhǔn)傳感器的需要。一些實(shí)施方式的第三總的目的是在機(jī)器人控制器不重新定位機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)時(shí)鎖定機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的位置。在其復(fù)雜程度最小的水平時(shí)，機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)包括單個(gè)可變形的聯(lián)接件或具有高摩擦的接頭。一些實(shí)施方式的第四總的目的是利用機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)中的齒輪或齒輪系系統(tǒng)以將兩個(gè)輸入軸的旋轉(zhuǎn)重新定位轉(zhuǎn)換成表面的兩個(gè)自由度。表面的取向能夠通過使用外部制動(dòng)系統(tǒng)或通過將齒輪或齒輪系系統(tǒng)設(shè)計(jì)成其不能被反向驅(qū)動(dòng)來鎖定。一些實(shí)施方式的第五總的目的是使用磁或電磁交接部調(diào)節(jié)單獨(dú)的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)，磁或電磁交接部消除了機(jī)器人控制器直接接觸支承精確控制的表面的機(jī)械交接部的要求。一些實(shí)施方式的第六總的目的是通過預(yù)組裝多排位置鎖定機(jī)構(gòu)，并且通過使用桿底座以消除平整安裝場(chǎng)地的需要而顯著降低安裝成本和復(fù)雜性。—些實(shí)施方式的第七總的目的是利用結(jié)合充電機(jī)構(gòu)的機(jī)載能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)向機(jī)器人控制器提供功率。一些實(shí)施方式的第八總的目的是利用消除對(duì)機(jī)載能量?jī)?chǔ)存的要求的帶電軌或系鏈線系統(tǒng)向機(jī)器人控制器提供功率。一些實(shí)施方式的第九總的目的是結(jié)合用于太陽能熱功率的中央接收器、中央光伏接收器、用于水脫鹽和工業(yè)蒸汽應(yīng)用的中央接收器利用該定日鏡重新定位系統(tǒng)，或者成本有效地追蹤C(jī)PV模塊或PV面板。一種用于控制多個(gè)太陽能表面的系統(tǒng)，包括:支承梁或軌道；聯(lián)結(jié)到第一支承結(jié)構(gòu)的第一端的多個(gè)太陽能表面的第一太陽能表面，其中，所述第一支承結(jié)構(gòu)的第二端聯(lián)結(jié)到軌道梁的第一位置并且所述第一支承結(jié)構(gòu)包括第一位置鎖定機(jī)構(gòu)；聯(lián)結(jié)到第二支承結(jié)構(gòu)的第一端的多個(gè)太陽能表面的第二太陽能表面，其中，所述第二支承結(jié)構(gòu)的第二端聯(lián)結(jié)到軌道的第二位置并且所述第二支承結(jié)構(gòu)包括第二位置鎖定機(jī)構(gòu)；和機(jī)器人控制器，包括用于將所述機(jī)器人控制器定位在軌道上的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在所述機(jī)器人控制器定位在軌道的所述第一位置附近時(shí)修正第一太陽能表面的方向，并且在機(jī)器人控制器定位在所述軌道的第二位置附近時(shí)修正第二太陽能表面的方向。所列的本發(fā)明的這些總的目的不是排他性的并且不意于限制本發(fā)明的范圍。本說明書中描述的特征和優(yōu)點(diǎn)不是包括一切的，并且特別地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員鑒于附圖和說明書將清楚許多附加特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，應(yīng)當(dāng)注意，本說明書中使用的語言原則上出于可讀性和教導(dǎo)目的進(jìn)行選擇，而非選擇用以描繪或限制創(chuàng)造性主題。


圖1是能夠操作本發(fā)明的一實(shí)施方式所處的環(huán)境的圖示。圖2是具有根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的光伏(PV)表面的圖示。圖3是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的更詳細(xì)的圖示。圖4是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的分解視圖的圖示。圖5是根據(jù)一實(shí)施方式附接到支承梁的機(jī)械位置鎖定系統(tǒng)的圖示。圖6是根據(jù)一實(shí)施方式的支承梁地面安裝系統(tǒng)的圖示。圖7是根據(jù)一實(shí)施方式與機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)交接的二級(jí)齒輪系系統(tǒng)的圖示。圖8是與機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)交接的二級(jí)齒輪系系統(tǒng)的另一實(shí)施方式的圖示。圖9是利用致動(dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)的二級(jí)齒輪系系統(tǒng)的另一實(shí)施方式的圖示。圖10是根據(jù)一實(shí)施方式的電磁交接部的圖示。圖11是根據(jù)一實(shí)施方式經(jīng)由基于接觸的充電系統(tǒng)向機(jī)器人控制器提供功率的系統(tǒng)的圖示。圖12是根據(jù)一實(shí)施方式經(jīng)由帶電軌向機(jī)器人控制器提供功率的系統(tǒng)的圖示。圖13是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)器人控制器的圖示。圖14是根據(jù)一實(shí)施方式的移除了其頂部機(jī)架的機(jī)器人控制器的更詳細(xì)的圖示。圖15是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)器人控制器的電磁交接系統(tǒng)的更詳細(xì)的圖示。圖16是根據(jù)一實(shí)施方式使用機(jī)械交接部校準(zhǔn)和/或調(diào)節(jié)每個(gè)位置鎖定機(jī)構(gòu)的機(jī)器人控制器的圖示。圖17是根據(jù)一實(shí)施方式使用兩個(gè)電磁交接部校準(zhǔn)和/或調(diào)節(jié)每個(gè)位置鎖定機(jī)構(gòu)的機(jī)器人控制器的圖示。圖18是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)器人控制器的圖示。圖19是根據(jù)一實(shí)施方式利用機(jī)械調(diào)節(jié)交接部的機(jī)器人控制器的圖示。圖20是根據(jù)一實(shí)施方式利用兩個(gè)電磁調(diào)節(jié)交接部的機(jī)器人控制器的圖示。附圖僅出于圖示的目的描繪本發(fā)明的各種實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員從下面的討論將容易地認(rèn)識(shí)到，可以采用這里圖示的結(jié)構(gòu)和方法的替代實(shí)施方式而不脫離這里描述的本發(fā)明的原理。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同或功能相似的元件。在說明書中，關(guān)于“一種實(shí)施方式”或“一實(shí)施方式”是指與實(shí)施方式相關(guān)描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特征被包括在本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式中。措詞“在一種實(shí)施方式中”或“一實(shí)施方式”在說明書多處位置的出現(xiàn)不一定均涉及相同的實(shí)施方式。下面的詳細(xì)描述的一些部分是針對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)位上的操作算法和符號(hào)表示給出的。這些算法描述和表示是數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中的技術(shù)人員所使用的將他們的工作最有效地傳輸至本領(lǐng)域中的其它技術(shù)人員的方式。算法在這里、并且通常被設(shè)想是導(dǎo)致期望結(jié)果的自相一致序列步驟(指令)。所述步驟是要求物理量的物理操作的步驟。通常，盡管不是必須的，這些量采用能夠被存儲(chǔ)、傳輸、結(jié)合、比較和以其它方式操作的電、磁或光信號(hào)的形式。主要出于常用的原因，有時(shí)便于將這些信號(hào)稱作位、值、元素、符號(hào)、字符、術(shù)語、數(shù)字等。此外，有時(shí)也便于將要求物理量的物理操作或轉(zhuǎn)換或物理量的表示的步驟的一些設(shè)置稱作模塊或代碼裝置，而不失概括性。但是，所有這些和類似的術(shù)語都與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)，并且僅僅是應(yīng)用于這些量的便利的標(biāo)識(shí)。除非特別闡明，否則從下面的討論清楚可知，在整個(gè)說明書中，利用諸如“處理”或“計(jì)算”或“校準(zhǔn)”或“確定”或“顯示”等術(shù)語的討論是指操作和轉(zhuǎn)換表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器或寄存器或其它這種信息存儲(chǔ)、傳輸或顯示裝置內(nèi)的物理(電子)量的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類似的電子計(jì)算裝置(諸如特定計(jì)算機(jī)器)的動(dòng)作和過程。本發(fā)明的某些方面包括在這里描述的算法形式的處理步驟和指令。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的處理步驟和指令可以被實(shí)施在軟件、固件或硬件中，并且當(dāng)被實(shí)施在軟件中時(shí)，可以被下載以寄存在多種操作系統(tǒng)使用的不同平臺(tái)上并且被從所述不同平臺(tái)操作。本發(fā)明還能夠位于計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品能夠在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行這里的操作的設(shè)備。該設(shè)備可以是出于目的特別構(gòu)造的，例如特定計(jì)算機(jī)，或者其可以包括由存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的計(jì)算機(jī)程序選擇性地激活或重新構(gòu)造的通用計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介中，諸如但不限于任何類型的盤(包括軟盤、光盤、CD-ROM、磁光盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、EPROM、EEPR0M、磁卡或光卡)、特定用途集成電路(ASIC)、或適用于存儲(chǔ)電子指令的任何類型的介質(zhì)，并且所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介分別聯(lián)接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線。存儲(chǔ)器能夠包括任意上述裝置和/或能夠存儲(chǔ)信息/數(shù)據(jù)/程序的其它裝置。此外，說明書中提及的計(jì)算機(jī)可以包括單個(gè)處理器或者可以是為了增強(qiáng)計(jì)算能力采用多個(gè)處理器設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。這里提供的算法和顯示不是固有地與任意具體計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備相關(guān)。根據(jù)這里的教導(dǎo)，各種通用系統(tǒng)也可以使用程序，或者可以證明便于構(gòu)造更專用的設(shè)備來執(zhí)行方法步驟。從以下描述將清楚用于多種這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明未參照任何具體程序語言描述。將清楚的是，各種程序語言可以用于執(zhí)行如這里描述的本發(fā)明的教導(dǎo)，并且以下對(duì)特定語言的任何參考都是為了本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)和最佳模式的公開而提供的。另外，說明書中使用的語言主要出于可讀性和指導(dǎo)性目的而選擇，并且不是被選擇用以描繪或劃界本發(fā)明主題。相應(yīng)地，本發(fā)明的公開意在是對(duì)本發(fā)明的范圍的示例表示，而非對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。依據(jù)定日鏡陣列或CPV/PV模塊的實(shí)時(shí)控制引發(fā)浪費(fèi)的致動(dòng)成本，本發(fā)明的實(shí)施方式試圖消除校準(zhǔn)和重新定位單獨(dú)表面的固定成本。這同時(shí)省去對(duì)推動(dòng)大追蹤器發(fā)展的核心工程的采用，并且使得本發(fā)明能夠成本有效地追蹤小的表面。除較低的初始資本成本之夕卜，小的定日鏡或太陽能追蹤器能夠更容易被預(yù)裝配、大量生產(chǎn)和運(yùn)送。較小的機(jī)構(gòu)也能夠通過簡(jiǎn)單的手工工具安裝，并且不要求安裝者租用昂貴的起重機(jī)或安裝裝備?，F(xiàn)在參照附圖，圖1-6顯示用于能夠以兩個(gè)自由度保持多個(gè)單獨(dú)表面的位置的預(yù)裝配的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)排的一種構(gòu)造。這些表面，例如太陽能表面，可以是曲面鏡、平面鏡、能夠包括聚光光伏(CPV)模塊的光伏(PV)模塊、或平板太陽能板。為了便于討論，這些表面將被稱為PV表面。圖1是能夠操作本發(fā)明的一實(shí)施方式所處的環(huán)境的圖示。圖1描繪設(shè)計(jì)的一種可能配置，其中，單獨(dú)的表面101相對(duì)于剛性支承梁102 (這里也稱作“軌道”)的取向可調(diào)節(jié)。該支承梁能夠由鋼、鋁、塑料、玻璃纖維、或者能夠提供足夠的剛性以支承太陽能表面的材料制成。該圖顯示每個(gè)表面經(jīng)由機(jī)械的位置鎖定機(jī)構(gòu)103附接到梁。在一種實(shí)施方式中，獨(dú)立的機(jī)器人控制器104沿著剛性支承梁運(yùn)動(dòng)，并且與單獨(dú)的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)交接以調(diào)節(jié)不同表面的雙軸線取向。機(jī)器人控制器范例權(quán)衡太陽能位置矢量每小時(shí)僅運(yùn)動(dòng)15度并由此能夠通過調(diào)節(jié)多個(gè)表面來使其成本最小化的事實(shí)?；旧?，較好的機(jī)器人-不降低馬達(dá)、控制器、電源或布線成本-將使更吸引人的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性成為可能，因?yàn)檠b置能夠被連續(xù)升級(jí)以在站之間運(yùn)動(dòng)更快、調(diào)節(jié)更快速并且承載更長(zhǎng)的使用期限。在一替代實(shí)施方式中，剛性支承梁(軌道)的唯一功能性任務(wù)是在太陽能表面之間輸送機(jī)器人控制器。在該實(shí)施方式中，每個(gè)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)具有單獨(dú)的底座。剛性支承梁由此用作輕型軌道，該輕型軌道可以由塑料(例如聚氯乙烯(PVC)管材)、玻璃纖維鋁、鋼、或能夠支承機(jī)器人控制器重量的任何材料制成。軌道可以鄰近多個(gè)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)布置。軌道也可以是柔性的，以允許用于支承每個(gè)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的單獨(dú)的底座的安裝公差。對(duì)于在太陽能表面之間要求較大空間量的光伏應(yīng)用而言，將剛性支承梁用作非結(jié)構(gòu)構(gòu)件是優(yōu)選的。圖2是根據(jù)一實(shí)施方式具有機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的光伏(PV)表面的圖不。圖2顯示表面101附接到機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)103，并且該機(jī)構(gòu)附接到梁102。該圖還顯示在可重新定位的表面上的多個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)201。這些點(diǎn)的總的目的是使機(jī)器人控制器104能夠通過確定自其一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)傳感器202到多個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的距離來感測(cè)表面的取向。機(jī)器人控制器接著可以使用機(jī)載計(jì)算機(jī)將這些點(diǎn)的這些發(fā)現(xiàn)位置適配到幾何平面。這些校準(zhǔn)點(diǎn)能夠是通過機(jī)器人控制器產(chǎn)生的虛擬節(jié)點(diǎn)或者表面上的物理標(biāo)記。還注意到，這些點(diǎn)主要用于視覺目的，并且沒有必要具有物理校準(zhǔn)點(diǎn)。在一種實(shí)施方式中，機(jī)器人控制器的校準(zhǔn)系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)化光發(fā)射裝置和能夠檢測(cè)結(jié)構(gòu)化光的并列的相機(jī)。機(jī)載圖像處理單元使用被檢測(cè)特征的三角測(cè)量來確定自相機(jī)的深度。深度圖隨后被形成，其將被檢測(cè)特征適配到幾何平面。前述平面的運(yùn)動(dòng)學(xué)確定相對(duì)取向。圖3是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的更詳細(xì)圖示。圖3是機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的接近視圖。該機(jī)構(gòu)可以包括齒輪系，該齒輪系以兩個(gè)自由度控制表面的取向。其包含內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)301、包封內(nèi)部聯(lián)接件的外部管狀聯(lián)接結(jié)構(gòu)302、以及安裝到固定于內(nèi)部管狀聯(lián)接結(jié)構(gòu)的軸304上的直角齒輪箱303A、303B。在系統(tǒng)的最基本功能形式中，單個(gè)齒輪固定到內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)305。該齒輪的旋轉(zhuǎn)直接調(diào)節(jié)表面101的方位取向。附加齒輪306固定到外部管狀聯(lián)接件。該齒輪的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)直角齒輪箱的輸入齒輪303A的位置。直角齒輪箱中的輸出齒輪303B的軸304固定到內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)。固定到內(nèi)部聯(lián)接件305的齒輪由此能夠控制表面的方位取向，并且固定到外部聯(lián)接件306的齒輪能夠控制可重新定位的表面的上升或傾斜。直角齒輪箱303A、303B可以利用錐齒輪、等徑錐齒輪、面齒輪、磁齒輪或渦輪系統(tǒng)。類似地，固定到內(nèi)部和外部聯(lián)接件的齒輪305、306可以是正齒輪、等徑錐齒輪、錐齒輪、渦輪、面齒輪、諧波齒輪、磁齒輪或螺旋齒輪系統(tǒng)或齒輪系。這些齒輪可以用作用于機(jī)器人控制器的交接部，但從功能性角度看不是必須的。作為一例子，機(jī)器人控制器可以接合內(nèi)部和外部聯(lián)接件301、302并且直接使它們旋轉(zhuǎn)。齒輪系系統(tǒng)的高水平目的是將具有固定旋轉(zhuǎn)軸線的兩個(gè)輸入聯(lián)接件的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成表面的雙軸線控制。該機(jī)構(gòu)極大地降低了機(jī)器人控制器的復(fù)雜性，因?yàn)閮蓚€(gè)輸入聯(lián)接件在調(diào)節(jié)過程中保持在同一位置。兩個(gè)輸入聯(lián)接件必須具有固定旋轉(zhuǎn)軸線的限制能夠被去除，以便降低機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性。在這些系統(tǒng)中，機(jī)器人控制器需要補(bǔ)償在調(diào)節(jié)過程中不保持在同一位置的輸入聯(lián)接件。將本發(fā)明的分布式致動(dòng)范例取為極端，機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)可以包括固定到可重新定位的表面上的可鎖定或柔性的單個(gè)接頭。在該類方案中，機(jī)器人將需要能夠解鎖該接頭、使用可以直接接觸表面的機(jī)載致動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)表面，并且在運(yùn)動(dòng)到另一機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)之前鎖定接頭。圖4是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的分解圖的圖示。圖4是圖3的分解圖。外部管狀聯(lián)接結(jié)構(gòu)302和固定到其上的兩個(gè)齒輪顯示為單獨(dú)的部件。該視圖展示直角齒輪箱中的輸入齒輪303A固定到外部聯(lián)接結(jié)構(gòu)302并且由此圍繞內(nèi)部聯(lián)接件301旋轉(zhuǎn)。直角齒輪箱的輸出齒輪303B圍繞固定到內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)上的軸304自由旋轉(zhuǎn)。機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的齒輪系中的齒輪的特定構(gòu)造將允許系統(tǒng)通過扭轉(zhuǎn)或不均勻表面加載被反向驅(qū)動(dòng)。這能夠通過在系統(tǒng)中引入高程度摩擦或者通過選擇不能被反向驅(qū)動(dòng)的諸如渦輪組或諧波齒輪組的齒輪系統(tǒng)得以阻止。圖5是根據(jù)一實(shí)施方式的附接到支承梁的機(jī)械位置鎖定系統(tǒng)的圖示。圖5顯示機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)附接到支承梁102。其還顯示一個(gè)齒輪305可以如何附接到內(nèi)部聯(lián)接件301，并且另一齒輪306可以如何附接到外部聯(lián)接件302。在一種實(shí)施方式中，內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)可以在其基部處具有凸緣501。該凸緣將防止扭轉(zhuǎn)或其它力將機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)拉離支承梁。內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)也可以與固定到支承梁102的軸承502交接，以便減小摩擦。圖6是根據(jù)一實(shí)施方式的支承梁地面安裝系統(tǒng)的圖示。圖6顯示梁102可以如何牢固地安裝在地面安裝系統(tǒng)中。在一種實(shí)施方式中，桿601可以被驅(qū)動(dòng)到地面中并且通過可允許或不可允許調(diào)節(jié)的安裝夾602固定到梁。圖6將該安裝夾描繪為標(biāo)準(zhǔn)U型螺栓。這些桿也可以被安置在混凝土中或者附接到防止扭轉(zhuǎn)傾倒系統(tǒng)的加重壓載。在一種實(shí)施方式中，壓載可以直接通過安裝夾或標(biāo)準(zhǔn)螺栓型式固定到梁。被驅(qū)動(dòng)的桿提供最大程度的系統(tǒng)靈活性，因?yàn)樗鼈兡軌蛞愿淖兩疃葟亩紤]場(chǎng)地高度的局部變化的方式安裝，盡管在一些實(shí)施方式中梁102不需要被校平。系統(tǒng)可以被構(gòu)造成具有連接在一起的多個(gè)支承梁，以形成用于機(jī)器人控制器的一個(gè)擴(kuò)充排。圖7-9顯示用于機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的其它可能的構(gòu)造。該構(gòu)造將附加齒輪引至齒輪系，并且引入在機(jī)器人控制器不調(diào)節(jié)表面時(shí)保持系統(tǒng)的位置的制動(dòng)機(jī)構(gòu)。制動(dòng)機(jī)構(gòu)尤其對(duì)不具有固有防反向驅(qū)動(dòng)性能的齒輪系系統(tǒng)有用。圖7是根據(jù)一實(shí)施方式與機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)交接的二級(jí)齒輪系系統(tǒng)的圖示。圖7顯示與圖1-6中所示的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)103的輸入齒輪305、306交接的二級(jí)齒輪系系統(tǒng)的一種實(shí)施方式。附加齒輪系統(tǒng)的目的是使得單獨(dú)的表面101的控制更加精確，并且/或者提供直接齒輪系鎖定。在一種實(shí)施方式中，機(jī)器人控制器與齒輪系系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)末級(jí)部件交接，以使重新定位表面所需的扭矩量最小化。在所描繪的齒輪系構(gòu)造中，固定聯(lián)接件704支承二級(jí)齒輪系系統(tǒng)。該齒輪系包括與固定到外部聯(lián)接件上的齒輪306交接的頂部末級(jí)齒輪701和與固定到內(nèi)部聯(lián)接件上的齒輪305交接的底部末級(jí)齒輪702。這些末級(jí)齒輪還可以與制動(dòng)機(jī)構(gòu)交接。該制動(dòng)機(jī)構(gòu)被設(shè)計(jì)用以例如在機(jī)器人控制器不調(diào)節(jié)單獨(dú)的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)時(shí)鎖定齒輪的位置，以便例如防止齒輪的任何明顯或顯著的運(yùn)動(dòng)并因此防止表面基于齒輪滑動(dòng)的任何明顯運(yùn)動(dòng)。一種這樣的制動(dòng)機(jī)構(gòu)將不能被反向驅(qū)動(dòng)的齒輪(諸如渦輪傳動(dòng))并入齒輪系的任何級(jí)。這種類型的齒輪能夠被動(dòng)地鎖定單獨(dú)表面的位置而不增加額外的制動(dòng)。其它制動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠通過與齒輪系系統(tǒng)中的任何齒輪主動(dòng)接合和脫開、或者直接與內(nèi)部聯(lián)接件和外部聯(lián)接件主動(dòng)接合和脫開起作用。在所描繪的模式中，兩個(gè)彈簧迫使頂部和底部末級(jí)齒輪701、702進(jìn)入齒輪鎖定機(jī)構(gòu)703，以便防止齒輪系反向驅(qū)動(dòng)。在其它構(gòu)造中，頂部和底部末級(jí)齒輪可以具有固定的豎向位置，并且齒輪鎖定機(jī)構(gòu)可以是彈簧加載的。齒輪鎖定機(jī)構(gòu)可以利用摩擦墊和/或強(qiáng)制接合件705來防止末級(jí)齒輪旋轉(zhuǎn)。為了調(diào)節(jié)末級(jí)齒輪的旋轉(zhuǎn)并且重新定位表面，機(jī)器人控制器首先需要停用制動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)器人控制器不必為了在兩個(gè)軸線中控制表面而使兩個(gè)末級(jí)齒輪都旋轉(zhuǎn)。例如，如果在該構(gòu)造中的頂部末級(jí)齒輪701鎖定且底部末級(jí)齒輪702旋轉(zhuǎn)，那么表面的方位取向和傾斜將被同時(shí)調(diào)節(jié)。利用該效果的機(jī)器人控制器需要能夠使頂部末級(jí)齒輪與其制動(dòng)脫開并且旋轉(zhuǎn)底部末級(jí)齒輪，以便僅改變表面的方位取向。圖8是與機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)交接的二級(jí)齒輪系系統(tǒng)的另一實(shí)施方式的圖示。圖8展示利用該效果的較簡(jiǎn)單的二級(jí)齒輪系系統(tǒng)。固定的聯(lián)接件704可以支承該二級(jí)齒輪系系統(tǒng)。在所描繪的實(shí)施方式中，齒輪鎖定機(jī)構(gòu)703僅結(jié)合底部末級(jí)齒輪702工作。圖7中所示的頂部末級(jí)齒輪701由致動(dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)801代替。該致動(dòng)的柱的一端裝備有制動(dòng)墊802,該制動(dòng)墊802可以主動(dòng)地接合外部聯(lián)接結(jié)構(gòu)302或接合固定到外部聯(lián)接結(jié)構(gòu)的齒輪306。該制動(dòng)墊可以利用摩擦和/或強(qiáng)制接合來防止接合的系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。該致動(dòng)的柱的另一端803可以包含金屬或磁性材料以使磁或電磁調(diào)節(jié)成為可能。通過致動(dòng)該系統(tǒng)，機(jī)器人控制器能夠有效地鎖定和解鎖外部聯(lián)接結(jié)構(gòu)。該制動(dòng)致動(dòng)器可以是彈簧加載的，以便降低機(jī)器人控制器的復(fù)雜性。圖9是利用致動(dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)的二級(jí)齒輪系系統(tǒng)的另一實(shí)施方式的圖示。利用致動(dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)801的二級(jí)齒輪系系統(tǒng)同時(shí)鎖定固定到內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)305和外部聯(lián)接結(jié)構(gòu)306的齒輪的位置。類似于圖8中描繪的致動(dòng)的制動(dòng)，該制動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是彈簧加載的。制動(dòng)墊802也可以通過螺旋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)901致動(dòng)。為了接合和脫開該制動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)器人控制器必須能夠旋轉(zhuǎn)地控制致動(dòng)器的輸入軸902。該輸入軸可以包含金屬或磁性材料以使磁或電磁調(diào)節(jié)成為可能。機(jī)器人控制器與機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)(圖1-9中描畫的)交接，以便調(diào)節(jié)可重新定位的表面的取向。存在許多能夠用于完成該目標(biāo)的這種交接部。一類方案包括但不限于利用機(jī)械接合來調(diào)節(jié)輸入齒輪和/或制動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置。這能夠使用摩擦和/或強(qiáng)制接合來完成。另一類方案包括但不限于利用磁和/或電磁接合來調(diào)節(jié)輸入齒輪和/或制動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置。該類方案具有極大地增加機(jī)器人控制器的額定使用期限的潛能，因?yàn)槠淠軌蚴乖跊]有物理接觸的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)成為可能。這種接合類型還使得機(jī)器人控制器和機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)相對(duì)于彼此和安裝環(huán)境密封。精確的站調(diào)準(zhǔn)對(duì)于電磁系統(tǒng)也不太重要，因?yàn)榇怕?lián)結(jié)器能夠固有地考量未調(diào)準(zhǔn)。圖10是根據(jù)一實(shí)施方式的電磁交接部的圖示。圖10描畫了磁或電磁交接部的一種實(shí)施方式。為了便于討論，術(shù)語“電磁”在這里的使用包括電磁和磁的交接部和效果。在該模式中，頂部末級(jí)齒輪701和底部末級(jí)齒輪702裝備有多個(gè)金屬盤或磁體1001。這些盤與機(jī)器人控制器(未不出)上的磁或電磁系統(tǒng)相互作用。機(jī)器人控制器的磁或電磁系統(tǒng)可以在頂部和底部末級(jí)齒輪上提供法向力。該效果是期望的，因?yàn)槠淠軌虮焕靡员阍谡{(diào)節(jié)過程之前并且貫穿調(diào)節(jié)過程使末級(jí)齒輪與其制動(dòng)機(jī)構(gòu)脫開。這可以通過將末級(jí)齒輪彈簧加載到作為默認(rèn)狀態(tài)防止末級(jí)齒輪旋轉(zhuǎn)的齒輪鎖定機(jī)構(gòu)702中來完成。當(dāng)機(jī)器人控制器的磁或電磁系統(tǒng)被起動(dòng)，其提供使頂部和底部末級(jí)齒輪從齒輪鎖定機(jī)構(gòu)脫開的法向力。這又使得機(jī)器人控制器直接控制每個(gè)末級(jí)齒輪的位置。從功能性角度看，齒輪系系統(tǒng)中的末級(jí)齒輪可以猶如其為軸向通量馬達(dá)的一半那樣運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)器人控制器可以包含設(shè)想的軸向通量馬達(dá)的另一半，并且將這種復(fù)雜性-連同單獨(dú)的校準(zhǔn)、布線和表面控制的復(fù)雜性-分布在許多位置鎖定機(jī)構(gòu)之間。但是，本發(fā)明的范圍并不意味著被限制為經(jīng)由旋轉(zhuǎn)動(dòng)作輸入重新定位。雖然這些系統(tǒng)設(shè)想地較易于理解，但本發(fā)明可以利用包括線性或非線性機(jī)構(gòu)的多種輸入動(dòng)作來以兩個(gè)自由度致動(dòng)可重新定位的表面。圖11和12展示向機(jī)器人控制器提供功率的多種方法。機(jī)器人控制器可以要求能量，以便向電子部件和/或能夠在調(diào)節(jié)站之間輸送控制器的機(jī)載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供以功率。機(jī)器人控制器還可以要求功率以調(diào)節(jié)各個(gè)位置鎖定機(jī)構(gòu)。圖11顯示根據(jù)一實(shí)施方式經(jīng)由基于接觸的充電系統(tǒng)向機(jī)器人控制器提供功率的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的目的是為機(jī)載于機(jī)器人控制器上的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)充電。充電系統(tǒng)可以包括保持正接觸塞片1102和負(fù)接觸塞片1103的支承臂1101。機(jī)器人控制器可以以金屬刷和/或輪接合這些接觸塞片。充電系統(tǒng)可以布置在沿著梁的任意點(diǎn)處。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，其布置在包括多個(gè)支承梁102和位置鎖定機(jī)構(gòu)103的長(zhǎng)排的端部處。機(jī)器人控制器可以使用充電系統(tǒng)在任意時(shí)刻對(duì)其能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)再充電。如果其承載具有小容量的機(jī)載能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，其可以在每次排調(diào)節(jié)循環(huán)過程中或在每次排調(diào)節(jié)循環(huán)結(jié)束時(shí)再充電。在一實(shí)施方式中，其將承載足夠一整天調(diào)節(jié)用的能量?jī)?chǔ)存容量，并且在夜間再充電。充電器可以利用直接接觸或電磁感應(yīng)以將功率傳輸至機(jī)器人控制器。充電能量的來源可以是本身使用太陽能能量充電的電池。圖12是根據(jù)一實(shí)施方式經(jīng)由帶電軌向機(jī)器人控制器提供功率的系統(tǒng)的圖示。圖12顯示能夠經(jīng)由帶電軌1201向機(jī)器人控制器提供連續(xù)功率的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以被用于對(duì)機(jī)器人控制器的機(jī)載能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)再充電或者直接向機(jī)器人控制器供以功率。帶電軌可以包括正接觸條1202和負(fù)接觸條1203，機(jī)器人控制器可以以刷和/或輪接合正接觸條1202和負(fù)接觸條1203。支承梁之間的結(jié)合部1205需要電路徑連接器1204，以便形成用于機(jī)器人控制器的帶電軌道的連續(xù)排。提供連續(xù)功率的功能任務(wù)也可以通過將來自電源的線連接到機(jī)器人控制器來實(shí)現(xiàn)。在系鏈系統(tǒng)中，機(jī)器人控制器需要諸如纜線載體的機(jī)構(gòu)來管理過多的線。圖13-15展示單獨(dú)地校準(zhǔn)和/或調(diào)節(jié)每個(gè)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的機(jī)器人控制器的一種實(shí)施方式。機(jī)器人控制器的目的是聚集許多將獨(dú)立表面適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谝粋€(gè)現(xiàn)場(chǎng)可替換部件中所需的復(fù)雜控制元件。在其最基本的功能水平，機(jī)器人控制器必須能夠在機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)之間運(yùn)動(dòng)、將其自身適當(dāng)?shù)卣{(diào)準(zhǔn)到調(diào)節(jié)站、脫開制動(dòng)機(jī)構(gòu)(如果需要的話)、操縱機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)，并且重新接合制動(dòng)機(jī)構(gòu)(如果需要的話)。附加的校準(zhǔn)傳感器可以附接到機(jī)器人控制器，以使機(jī)器人能夠確定對(duì)于各種太陽能應(yīng)用可重新定位的表面應(yīng)當(dāng)如何取向。圖13-15展示機(jī)器人控制器可以如何調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)利用齒輪系系統(tǒng)(參照?qǐng)D8)將旋轉(zhuǎn)輸入動(dòng)作傳遞到表面的兩個(gè)自由度中的機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)。圖13是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)器人控制器的圖示。圖13描繪了可以結(jié)合到機(jī)器人控制器104中以實(shí)現(xiàn)前述基本功能目標(biāo)的系統(tǒng)的概觀。這些系統(tǒng)可以包括但不限于:用以在機(jī)械位直鎖定機(jī)構(gòu)之間輸送系統(tǒng)的集合的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1301 ;能夠接收來自帶電軌1201、系鏈纜線或靜態(tài)充電系統(tǒng)的電能的電源交接部1302 ;能夠接收來自電源交接部的能量并且向機(jī)載系統(tǒng)提供功率的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1303(參照?qǐng)D14);能夠給出和/或接收來自各種部件的指令的中央或分布處理系統(tǒng)1304(參照?qǐng)D14);能夠存儲(chǔ)來自機(jī)載傳感器的信息的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)1305(參照?qǐng)D14);能夠操縱機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的磁、電磁或機(jī)械的調(diào)節(jié)交接部1306(參照?qǐng)D14);能夠接合和/或脫開制動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械調(diào)節(jié)交接部1307 ;用以連接系統(tǒng)部件的內(nèi)部布線系統(tǒng)；用以容納系統(tǒng)部件的機(jī)架1308 ;和能夠以兩個(gè)自由度特征化表面的校準(zhǔn)系統(tǒng)1309。該校準(zhǔn)系統(tǒng)包括多個(gè)部件，可以包括但不限于:相機(jī)、單獨(dú)的處理單元、結(jié)構(gòu)化光發(fā)射和檢測(cè)系統(tǒng)、激光距離傳感器、以及能夠確定機(jī)器人控制器的全局或相對(duì)定位的位置定位系統(tǒng)。在一替代實(shí)施方式中，多個(gè)機(jī)器人控制器可以被包括在單個(gè)軌道中。這能夠增加太陽能表面的調(diào)節(jié)頻率，并且還提供在一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人控制器停止操作情況下的故障保護(hù)系統(tǒng)。機(jī)器人控制器能夠包括允許到其它機(jī)器人控制器和/或到中央站(未示出)的無線或有線連通的計(jì)算機(jī)(或例如其它處理裝置)。中央站(或多個(gè)中央站)能夠包括處理器、存儲(chǔ)器、儲(chǔ)存器、無線通信裝置，以提供集中式系統(tǒng)，其能夠傳輸和接收信息到機(jī)器人控制器并且提供軟件/硬件更新和數(shù)據(jù)庫(kù)更新。集中式站能夠?qū)τ跈C(jī)器人控制器是本地的，例如在幾百米內(nèi)。另外，集中式站可以與遠(yuǎn)程總部服務(wù)器通信，該遠(yuǎn)程總部服務(wù)器能夠保持狀態(tài)并向許多遠(yuǎn)程太陽能能量收集系統(tǒng)提供指令。圖14是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)器人控制器的更詳細(xì)圖示，其中機(jī)器人控制器的頂部機(jī)架被移除。圖14顯示移除了頂部機(jī)架的機(jī)器人控制器。所描繪的配置使用兩個(gè)電磁交接部來調(diào)節(jié)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)。一個(gè)電磁交接部1307用于調(diào)節(jié)致動(dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)801的位置。如果致動(dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)是彈簧加載的并且包含金屬或磁性材料，則機(jī)器人控制器能夠通過起動(dòng)和停用簡(jiǎn)單的電磁體來接合和脫開制動(dòng)。如果致動(dòng)的制動(dòng)系統(tǒng)利用用于致動(dòng)的螺旋驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)901，則機(jī)器人控制器的電磁交接部向致動(dòng)器的輸入軸902提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。這可以通過將交接部轉(zhuǎn)向設(shè)想的軸向通量馬達(dá)來完成，其中，螺旋致動(dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)的一端包含金屬或磁性材料，并且機(jī)器人控制器的交接部1307包含電磁體和控制電子元件。另一電磁交接部1306用于調(diào)節(jié)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的末級(jí)齒輪的旋轉(zhuǎn)。該交接部可以包括靜態(tài)或活動(dòng)電磁體，所述靜態(tài)或活動(dòng)電磁體與附接到機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的底部末級(jí)齒輪702的金屬或磁性盤1001互相作用。該交接部可以猶如其為軸向通量或感應(yīng)馬達(dá)那樣運(yùn)轉(zhuǎn)，其中，復(fù)雜部件包含在機(jī)器人控制器中，并且最少量的被動(dòng)部件并入在機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)中。連接到帶電軌(未示出)的電源可以將能量傳輸?shù)綑C(jī)器人控制器。機(jī)器人控制器通過可以包括接觸刷1401或輪的電源交接部1302接收該電能。機(jī)器人控制器可以使用其機(jī)載能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1303儲(chǔ)存該電能。
機(jī)載于機(jī)器人控制器上的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1301能夠在位置鎖定機(jī)構(gòu)之間輸送系統(tǒng)的集合。這可以利用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)輪1402來完成。該目標(biāo)還可以通過使用諸如帶、鏈或纜線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的外部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。圖15是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)器人控制器的電磁交接系統(tǒng)的更詳細(xì)圖示。圖15顯示電磁交接系統(tǒng)的接近視圖。一個(gè)系統(tǒng)1307用于致動(dòng)制動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且另一活動(dòng)電磁系統(tǒng)1306用于調(diào)節(jié)位置鎖定機(jī)構(gòu)的底部末級(jí)齒輪的旋轉(zhuǎn)?？刂浦聞?dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)的交接部可以包括單個(gè)電磁體，其經(jīng)由磁接合與彈簧加載的制動(dòng)機(jī)構(gòu)互相作用。在該配置中，活動(dòng)電磁系統(tǒng)包括在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)1502上的四個(gè)電磁體1501。平臺(tái)連接到能夠提供足夠的轉(zhuǎn)矩以旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1503。四個(gè)電磁體被同時(shí)起動(dòng)，并且與機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的底部末級(jí)齒輪702上的四個(gè)金屬或磁性盤1001互相作用。當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)活動(dòng)電磁系統(tǒng)1306時(shí)，這又旋轉(zhuǎn)當(dāng)前機(jī)電地聯(lián)接到四個(gè)電磁體1501的底部末級(jí)齒輪。這使得機(jī)器人控制器的活動(dòng)電磁系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)中底部末級(jí)齒輪的定位。圖16是根據(jù)一實(shí)施方式使用機(jī)械交接部校準(zhǔn)和/或調(diào)節(jié)每個(gè)位置鎖定機(jī)構(gòu)的機(jī)器人控制器的圖示。該機(jī)械調(diào)節(jié)交接部物理地接合機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的末級(jí)齒輪。這可以通過強(qiáng)制接合和/或摩擦完成。所描繪的系統(tǒng)利用與機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的末級(jí)齒輪配合的兩個(gè)調(diào)節(jié)齒輪1601。機(jī)載馬達(dá)1602附接到這些調(diào)節(jié)齒輪1601并且能夠精確地且單獨(dú)地旋轉(zhuǎn)它們。機(jī)載馬達(dá)由此能夠在調(diào)節(jié)齒輪1601與機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的末級(jí)齒輪配合時(shí)控制太陽能表面的位置。圖17是根據(jù)一實(shí)施方式使用兩個(gè)電磁交接部校準(zhǔn)和/或調(diào)節(jié)每個(gè)位置鎖定機(jī)構(gòu)的機(jī)器人控制器的圖示。圖17展示使用兩個(gè)靜態(tài)電磁交接部1701校準(zhǔn)和/或調(diào)節(jié)每個(gè)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的機(jī)器人控制器的一種實(shí)施方式。每個(gè)交接部包括能夠單獨(dú)地起動(dòng)的多個(gè)電磁線圈1702。這些線圈與嵌入在機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的末級(jí)齒輪701、702中的金屬或磁性盤1001交接。當(dāng)適當(dāng)?shù)仄饎?dòng)時(shí)，該系統(tǒng)可以猶如其為軸向通量或感應(yīng)馬達(dá)那樣運(yùn)轉(zhuǎn)。這些電磁線圈可以通過機(jī)器人控制器的機(jī)載能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)和/或電源交接部來供以功率。圖18是根據(jù)一實(shí)施方式的機(jī)器人控制器的圖示。圖18將圖13-15和圖8中描述的系統(tǒng)結(jié)合，以更好地展示機(jī)器人控制器如何可以用于校準(zhǔn)和/或調(diào)節(jié)多個(gè)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)。該過程可以以機(jī)器人控制器的中央處理單元的起動(dòng)開始。該計(jì)算系統(tǒng)以高水平確定機(jī)器人控制器應(yīng)當(dāng)如何與機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)互相作用。其也能夠?qū)⒌退街噶畎l(fā)送至機(jī)載部件以執(zhí)行前述高水平功能。在一實(shí)施方式中，計(jì)算過程中的步驟是從過去的操作歷史和/或機(jī)載校準(zhǔn)傳感器1309抽取信息。這有助于機(jī)器人控制器確定其在支承梁上的當(dāng)前位置。下一步驟是確定機(jī)器人應(yīng)當(dāng)如何將其自身輸送至下一調(diào)節(jié)站。一旦進(jìn)行計(jì)算，機(jī)器人控制器可以起動(dòng)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以包括例如附接到驅(qū)動(dòng)輪的單個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá))，直到其到達(dá)調(diào)節(jié)站。為了識(shí)別站，機(jī)器人控制器可以使用用于識(shí)別適當(dāng)位置的各種方法中的任意一種。例子包括能夠檢測(cè)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的特征的相機(jī)系統(tǒng)。其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也可以利用系統(tǒng)的先前知識(shí)以使機(jī)器人控制器運(yùn)動(dòng)預(yù)計(jì)算的距離。機(jī)器人控制器也可以使用能夠感測(cè)布置在每個(gè)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)處的一塊金屬或磁體的金屬或磁性材料檢測(cè)系統(tǒng)。一旦在位置鎖定機(jī)構(gòu)處，中央處理器可以再次向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送指令以便實(shí)現(xiàn)精確站調(diào)準(zhǔn)。在調(diào)節(jié)過程開始之前，機(jī)器人控制器可以從其過去的操作歷史和/或校準(zhǔn)傳感器抽取附加信息，以更好地確定可重新定位的表面的當(dāng)前取向并且/或者計(jì)算調(diào)節(jié)的所需量。一旦這完成，機(jī)器人控制器可以起動(dòng)其控制致動(dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)801的位置的電磁交接部1307。這有效地解鎖固定到外部聯(lián)接結(jié)構(gòu)的齒輪306的位置?；顒?dòng)電磁系統(tǒng)1306中的電磁體1501現(xiàn)在能夠被起動(dòng)。該起動(dòng)在機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的底部末級(jí)齒輪702上提供使其從齒輪鎖定機(jī)構(gòu)703釋放的法向力。一旦脫開，系統(tǒng)解鎖并且能夠通過起動(dòng)控制活動(dòng)電磁系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)位置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1503重新定位。調(diào)節(jié)脫開制動(dòng)的底部末級(jí)齒輪的旋轉(zhuǎn)僅調(diào)節(jié)表面的方位取向。為了改變表面的傾斜，機(jī)器人控制器能夠通過停用其電磁制動(dòng)交接部1307來重新接合制動(dòng)機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)接合制動(dòng)的較低末級(jí)齒輪將調(diào)節(jié)傾斜和方位取向。在重新定位過程完成之后，中央處理單元可以記錄用于將來重新定位期間的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)。其也可以從其校準(zhǔn)傳感器抽取數(shù)據(jù)，以證實(shí)表面已經(jīng)被正確地重新定位。該證實(shí)過程可以使用多種方法中的任意方法。例子包括利用將結(jié)構(gòu)光投射到太陽能表面下側(cè)上的機(jī)載光發(fā)射機(jī)構(gòu)和能夠檢測(cè)太陽能表面上的結(jié)構(gòu)光的圖型的并列的相機(jī)。機(jī)器人控制器的機(jī)載處理單元接著可以處理該信息，以將多個(gè)檢測(cè)的點(diǎn)適配到幾何平面。為了證實(shí)表面被正確地定位，機(jī)器人控制器的軟件檢查表面的期望取向匹配測(cè)量的取向。圖19是根據(jù)一實(shí)施方式利用機(jī)械調(diào)節(jié)交接部的機(jī)器人控制器的圖示。圖19將圖16和圖3中描述的系統(tǒng)結(jié)合，以更好地展示機(jī)器人控制器可以如何用于利用機(jī)械調(diào)節(jié)交接部校準(zhǔn)和/或調(diào)節(jié)多個(gè)位置鎖定機(jī)構(gòu)。機(jī)器人控制器的過程非常類似于圖18中描畫的過程。但是，代替起動(dòng)電磁交接部以調(diào)節(jié)位置鎖定機(jī)構(gòu)的位置，這種構(gòu)造使用直接機(jī)械接合。在機(jī)械人控制器自身已經(jīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)準(zhǔn)到調(diào)節(jié)站并且已經(jīng)計(jì)算重新定位表面所需的調(diào)節(jié)之后，其可以使其調(diào)節(jié)齒輪1601物理地接合機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的輸入齒輪305、306。接合過程可以像準(zhǔn)確地拉入調(diào)節(jié)站中并且允許齒輪組配合那樣簡(jiǎn)單。這種簡(jiǎn)單的接合過程展示選擇帶輸入軸的齒輪系系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)之一，該輸入軸貫穿所有行進(jìn)點(diǎn)保持在同一位置。一旦被接合，機(jī)器人控制器可以起動(dòng)其機(jī)載馬達(dá)1602，以使機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)的輸入軸旋轉(zhuǎn)。圖20是根據(jù)一實(shí)施方式利用兩個(gè)電磁調(diào)節(jié)交接部的機(jī)器人控制器的圖示。圖20將圖17和圖7中描述的系統(tǒng)結(jié)合，以更好地展示機(jī)器人控制器可以如何用于利用兩個(gè)電磁調(diào)節(jié)交接部1701校準(zhǔn)和/或調(diào)節(jié)多個(gè)機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)。機(jī)器人控制器的過程非常類似于圖18中描畫的過程。但是，代替使用電磁系統(tǒng)來控制致動(dòng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種構(gòu)造使用能夠?qū)㈨敳亢偷撞磕┘?jí)齒輪701、702與齒輪鎖定機(jī)構(gòu)703脫開的兩個(gè)靜態(tài)電磁系統(tǒng)。這些靜態(tài)電磁系統(tǒng)也能夠調(diào)節(jié)頂部和底部末級(jí)齒輪的旋轉(zhuǎn)，以有效地重新定位機(jī)械位置鎖定機(jī)構(gòu)。在機(jī)器人控制器自身已經(jīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)準(zhǔn)到調(diào)節(jié)站并且已經(jīng)計(jì)算重新定位表面的所需調(diào)節(jié)之后，其可以起動(dòng)兩個(gè)靜態(tài)電磁交接部。這種起動(dòng)在頂部末級(jí)齒輪701和底部末級(jí)齒輪702上引起將它們從齒輪鎖定機(jī)構(gòu)703釋放的法向力。一旦齒輪鎖定已經(jīng)被脫開，包含在每個(gè)靜態(tài)電磁交接部中的線圈1702可以被單獨(dú)地起動(dòng)以旋轉(zhuǎn)頂部和底部末級(jí)齒輪。在末級(jí)齒輪已經(jīng)被適當(dāng)?shù)刂匦露ㄎ恢?，機(jī)器人控制器可以停用其靜態(tài)電磁系統(tǒng)。這去除在齒輪上的法向力并且允許彈簧加載的系統(tǒng)使齒輪回復(fù)到鎖定位置。機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)過程在具有固有抗反向驅(qū)動(dòng)性能的齒輪系系統(tǒng)中更加簡(jiǎn)單。這些系統(tǒng)不要求機(jī)器人控制器在調(diào)節(jié)過程中操縱制動(dòng)機(jī)構(gòu)。雖然在這里已經(jīng)圖示并描述了特定實(shí)施方式和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不限于這里公開的精確結(jié)構(gòu)和部件，在本發(fā)明的方法和設(shè)備的布置、操作和細(xì)節(jié)中可以進(jìn)行各種變型、轉(zhuǎn)換和變動(dòng)，而不背離權(quán)利要求中提及的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于控制多個(gè)太陽能表面的系統(tǒng)，包括: 用于支承控制器的軌道； 聯(lián)結(jié)到第一支承結(jié)構(gòu)的第一端的多個(gè)太陽能表面的第一太陽能表面，其中，所述第一支承結(jié)構(gòu)的第二端鄰近所述軌道的第一位置并且所述第一支承結(jié)構(gòu)包括第一位置鎖定機(jī)構(gòu)； 聯(lián)結(jié)到第二支承結(jié)構(gòu)的第一端的多個(gè)太陽能表面的第二太陽能表面，其中，所述第二支承結(jié)構(gòu)的第二端鄰近所述軌道的第二位置并且所述第二支承結(jié)構(gòu)包括第二位置鎖定機(jī)構(gòu)；和 機(jī)器人控制器，包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于將所述機(jī)器人控制器定位在所述軌道上并且在所述機(jī)器人控制器定位在所述軌道的所述第一位置附近時(shí)修正所述第一太陽能表面的方向，以及在所述機(jī)器人控制器定位在所述軌道的所述第二位置附近時(shí)修正所述第二太陽能表面的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一太陽能表面的尺寸小于4平方米，并且所述第二太陽能表面的尺寸小于4平方米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)器人控制器還包括: 位置感測(cè)裝置，用于識(shí)別所述機(jī)器人控制器何時(shí)定位在所述第一位置或第二位置附近； 調(diào)準(zhǔn)模塊，設(shè)置成在所述第一位置附近時(shí)與所述第一位置鎖定機(jī)構(gòu)互相作用，并且設(shè)置成在所述第二位置附近時(shí)與所述第二位置鎖定機(jī)構(gòu)互相作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述第一位置鎖定機(jī)構(gòu)包括: 第一內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)，用于響應(yīng)于與所述調(diào)準(zhǔn)模塊的互相作用使所述第一太陽能表面運(yùn)動(dòng)； 第一外部聯(lián)接結(jié)構(gòu)，圍繞所述第一內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)的一部分定位，用于響應(yīng)于與所述調(diào)準(zhǔn)模塊的互相作用使所述第一太陽能表面運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)， 其中，所述第一內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)所述第一太陽能表面的方位取向；并且 其中，所述第一外部聯(lián)接結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)所述第一太陽能表面的上升取向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述第一內(nèi)部聯(lián)接結(jié)構(gòu)包括與所述調(diào)準(zhǔn)模塊互相作用的第一內(nèi)部聯(lián)接齒輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述第一外部聯(lián)接結(jié)構(gòu)包括與所述調(diào)準(zhǔn)模塊互相作用的第一外部聯(lián)接齒輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)準(zhǔn)模塊使用機(jī)械交接部與所述第一位置鎖定機(jī)構(gòu)互相作用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)準(zhǔn)模塊包括調(diào)準(zhǔn)齒輪，所述調(diào)準(zhǔn)齒輪聯(lián)結(jié)到所述第一位置鎖定機(jī)構(gòu)中的齒輪，以在所述機(jī)器人控制器定位在所述第一位置附近時(shí)修正所述第一太陽能表面的方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)準(zhǔn)模塊包括調(diào)準(zhǔn)齒輪，所述調(diào)準(zhǔn)齒輪聯(lián)結(jié)在所述第二位置鎖定機(jī)構(gòu)中的齒輪，以在所述機(jī)器人控制器定位在所述第二位置附近時(shí)修正所述第二太陽能表面的方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)準(zhǔn)模塊使用電磁交接部與所述第一位置鎖定機(jī)構(gòu)互相作用。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一位置鎖定機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)第一電磁裝置，并且其中所述調(diào)準(zhǔn)模塊包括至少一個(gè)第二電磁裝置，其中所述電磁交接部包括所述第一電磁裝置和所述第二電磁裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述第二電磁裝置造成所述第一電磁裝置運(yùn)動(dòng)并修正所述第一太陽能表面的方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一位置鎖定機(jī)構(gòu)防止所述第一支承結(jié)構(gòu)在處于鎖定位置時(shí)的任何明顯運(yùn)動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括: 地面固定裝置，聯(lián)結(jié)到所述軌道以固定地定位所述軌道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述軌道不是水平的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述軌道是基本水平的。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)器人控制器定位在所述軌道內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述軌道包括罩，所述罩和軌道形成封閉的路徑并且所述機(jī)器人控制器沿著所述封閉的路徑行進(jìn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)器人控制器包括: 校準(zhǔn)傳感器，用以在定位于所 述第一位置附近時(shí)檢測(cè)所述第一太陽能表面的第一取向，并且用以在定位于所述第二位置附近時(shí)檢測(cè)所述第二太陽能表面的第二取向。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)器人控制器包括: 用于向內(nèi)部功率儲(chǔ)存裝置充電的充電機(jī)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)器人控制器包括: 連接到外部電源的功率輸入裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述軌道帶電并且是所述外部電源。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述軌道包括塑料管道。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括第二機(jī)器人控制器，其中所述第一機(jī)器人控制器和第二機(jī)器人控制器使用無線通信系統(tǒng)彼此通信。
全文摘要
一種降低了致動(dòng)成本的用于提供定日鏡陣列或CPV/PV模塊的實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)和方法，本發(fā)明降低了校準(zhǔn)和重新定位各個(gè)表面的固定成本。這同時(shí)省去了推動(dòng)大追蹤器發(fā)展的核心工程的采用，并且使系統(tǒng)和方法能夠成本有效地追蹤小表面。除了較低的最初成本之外，小的定日鏡或太陽能追蹤器能夠更容易預(yù)組裝、大量生產(chǎn)和運(yùn)送。較小的機(jī)構(gòu)也能夠通過簡(jiǎn)單的手工工具安裝并且不需要安裝者租用昂貴的起重機(jī)或安裝設(shè)備。
文檔編號(hào)F24J2/38GK103097829SQ201180036825
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者T·卡瑞爾, W·伯哈里 申請(qǐng)人:克博蒂克斯公司