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1.案例简介
龙门式光伏清洗机器人如何在狭窄地头实现无碰撞高效换行，同时针对不同污染程度自适应调节清洁强度，兼顾作业效率与运行稳定性？这是本项目聚焦解决的核心问题。
本项目为蓝桥杯全国大学生软件和信息技术专业人才大赛智能装备数字化建模赛道获奖作品，依托 MWORKS 平台完成了光伏板清洗机器人自适应清洁控制系统的全流程建模仿真。
当前光伏运维装备研发存在物理样机试制成本高、机械 - 控制多域耦合建模复杂、多污染工况实地测试复现难度大、狭窄地头换行碰撞风险难以前置验证等痛点。本项目通过多档位自适应清洁控制与姿态锁定蟹行换行一体化方案，为龙门式清洗机器人的方案论证、参数迭代与工程落地提供低成本、高保真的数字仿真支撑。
2. 技术路线
整体采用 “Sysplorer 多体动力学建模 + Syslab 自适应控制算法开发” 的分层协同仿真架构，实现机械机理模型与智能控制逻辑的深度耦合与闭环验证。主要技术亮点如下：
分层模块化建模：拆解为清洗组件、车身行进、车轮转向、车轮行进四大功能单元，通过标准化接口联动，降低多域统一建模复杂度，可灵活适配不同规格清洁设备。
多档位分段清洁控制：采用五阶段时序控制策略，配套高、中、低三档滚刷转速，精准匹配轻、中、重度污染场景的差异化清洁需求。
巴特沃斯低通滤波：针对三路控制信号独立设计滤波通道，高频噪声抑制率达 85% 以上，相位延迟控制在 50ms 以内，有效抑制执行机构振动冲击。
姿态锁定蟹行换行：全局横摆角锁定约束结合五次 Bézier 轨迹规划，将传统 180° 旋转掉头降维为横向平移，地头空间压缩 58% 以上，从根源消除换行碰撞风险。
双平台闭环协同仿真：依托原生双向数据接口，无需格式转换即可实现 “控制指令 - 动力学反馈” 闭环迭代，研发效率提升 40% 以上。

图 1 光伏板清洗机器人技术路线
3. 仿真结果分析
本系统基于 MWORKS 协同仿真环境搭建验证平台，使用者可在 Syslab 端通过调整时间表参数与档位开关，选择不同污染等级对应的清洁模式与光伏阵列行间距参数，在 Sysplorer 端观测机器人实时运动状态与动力学响应，验证控制精度与运行稳定性。
仿真设置两类核心验证场景：7 秒单周期三档位清洁工况、20 秒双周期蟹行换行工况，分别验证系统的自适应清洁平顺性与狭窄空间作业安全性。
多档位清洁验证中，三档模式均可精准跟踪控制指令：低速工况下滚刷转速波动仅 ±0.1，超调量小于 1%，齿轮传动偏差控制在 ±0.02 以内，运行平稳性最优，适配轻度浮尘精细清洁；高速工况下转速波动控制在 ±0.8 以内，可高效剥离重度积尘与顽固污渍，兼顾效率与可靠性。

高速

（a）支架速度曲线

（b）毛刷转速曲线

（c）齿轮转速曲线

中速

（a）支架速度曲线

（b）毛刷转速曲线

（c）齿轮转速曲线

低速

（a）支架速度曲线

（b）毛刷转速曲线

（c）齿轮转速曲线
表 1高中低三速的支架毛刷齿轮曲线
物理执行层面，Sysplorer 多体动力学模型完整复现机器人全作业流程的运动特性，速度、位移曲线过渡平滑，无刚性冲击与传动打滑现象。蟹行换行工况下，车体横摆角最大偏差≤±0.1°，横向定位精度达 ±0.02，四轮转向同步误差小于 0.1°，全程姿态稳定无偏移，无碰撞与干涉风险。三维仿真动画可直观呈现纵向清扫、横向平移换行的完整作业过程，机构动作衔接自然，无穿模异常。

图 2蟹型换行图片与速度走线曲线
仿真结果充分验证了方案的可行性与工程适配性，无需实体样机即可完成多工况方案验证与参数迭代，有效降低研发试错成本，为物理样机的设计与调试提供精准的数据参考。
4. 完整案例开放
完整模型源码与技术文档已整理开源至 MoHub 社区，点击本链接
https://mohub.net/model/26289/summary?repold=15731可前往查看下载。