CN105082143A - 一种风电叶片除尘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种风电叶片除尘机器人，涉及智能机器人技术。该机器人包括机身、三对行走足、控制系统和供电系统。行走足由爪、伸缩部和旋转部组成，爪与伸缩部间由伺服电机连接，旋转部与机身由伺服电机连接，爪的张角受液压伸缩杆控制，伸缩部的活动也受液压伸缩杆控制，液压伸缩杆受控制器给电机的信号控制。本机器人依靠机器视觉，定位路况信息、风电机叶片信息等，与其它位置传感器，压力传感器，红外传感器协同工作，实现机器人的攀爬、抓取风电机叶片边缘、除尘等功能。安装在机身上的毛刷的压力传感器反馈除尘等功能。本仿生机器人能够在扁平的垂直风电机叶片攀爬，可远程遥控。

Description

一种风电叶片除尘机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术，具体为一种清洁、维护风电机叶片的机器人。

背景技术

我国风电装机容量不断增加，然而当今在风电机运行中，风电机叶片表面积灰将导致转矩不平衡，进而对发电机转子产生冲击。若依靠人力清理风电机叶片，人身安全难以保证且效率低下、花费较高。本发明机器人能在风电机叶片上自主移动，抱紧叶片，进而清洁风机叶片。在本申请人检索范围内，应用在风电机叶片上的清洁仿生机器人仍未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种应用于风电叶片的仿生机器人，它能够抓紧风电机叶片边缘，自主攀爬和下降，机器人前部安装的毛刷可紧密贴合叶片，完成除尘、检修等任务。该仿生机器人生动地模仿蜘蛛的行走姿态，结构紧凑，适于在垂直物体的扁平弯曲环境等特点，该仿生机器人可远程遥控。

上述目的通过下述技术方案实现：

设计一种仿生机器人，自主攀爬风电机叶片，该机器人包括机身、三对行走足、控制系统和供电系统。所述的行走足包括爪、伸缩部和旋转部，所述爪通过伺服电机连接伸缩部，所述伸缩部与旋转部连接，为增大行走足行程，所述伸缩部由三个相似结构组成，所述旋转部通过伺服电机连接到机身。所述机身前部连接角度可调的毛刷，所述毛刷安装压力传感器与风机叶片紧密接触。

所述行走足在可触及范围内，爪可以抓取到任何位置。在机器人水平工作时，行走足的转动主要依靠：所述爪与伸缩部之间的伺服电机，以及旋转部与机身连接的伺服电机。行走足的移动主要依靠：所述旋转部与所述伸缩部之间的液压系统，所述伸缩部上的液压系统。所述机器人行走依靠所述转动与移动协同工作。所述机器人在垂直工作时的行走与所述水平情况类似。

上述机器人爪由两部分组成，机器人爪的张角受液压伸缩杆控制，爪表面覆盖橡胶，同时装有压力检测装置和红外检测装置，由主控制机构控制液压伸缩杆来改变爪的张角，使之敏捷可靠的抓紧风电机叶片边缘。爪与伸缩部之间的伺服电机装有位置检测装置，所述伺服电机的转动由主控制器控制。所述伸缩部由三个臂杆组成，所述臂杆的伸展与角度的调节通过主控制机构控制的液压杆来完成，从而实现准确抓取。

上述伸缩部的三个臂杆之间安装有角度传感器，所述旋转部与所述伸缩部之间也安装有角度传感器。

上述机器人控制系统包括主控制模块，安装在上述爪的压力传感装置，安装在上述爪的的红外检测装置，安装在上述爪与伸缩部之间的伺服电机的位置传感器，安装在上述伸缩部三个臂杆之间的位置传感装置，安装在上述伸缩部与旋转部之间的位置传感器，安装在上述旋转部与机身间的伺服电机的位置传感装置，安装在机身前部毛刷的压力传感装置，安装在机身前部连接毛刷的杆臂上的位置传感器。

上述伺服电机通过减速器，联轴器以及固定组件等进行两个部件的连接。

上述机器人前部毛刷底部压力传感器的反馈值反馈给所述主控制模块，所述主控制模块分析后把信号传递给所述水平组件使毛刷与风机叶片间压力合适。

所述机器人的上爬/下降通过上述转动和移动组件电机控制，通过所述爪上的红外检测装置控制，使叶片边缘一直处在爪的范围内，再由所述爪的压力传感器与红外传感器协调控制，所述爪到达设定位置，抓紧。

所述机器人上具有机器视觉，利用机器视觉找到路面信息和风电叶片信息，规划行进路径，控制爪到达指定位置。所述机器人对采集的叶片信息进行存储，对于相同型号叶片直接采用相同的除尘路径，效率更高。

所述多个位置传感器把信息反馈给控制器，所述控制器根据既定的各部件尺寸分析计算出移动与移动的行程，就此控制行走足动作、机身动作、毛刷动作，达到在风电机叶片攀爬、除尘的效果。

有益效果：

本发明风电机叶片除尘机器人依据仿生学原理，设计出适于在风电机叶片攀爬的机器人，该机器人结构简单，运动灵活，控制方便。

本发明克服风电机叶片表面圆滑，难以攀附的特点，能自适应夹紧叶片边缘，可靠安全。爬行步态模仿蜘蛛行走步态，速度快，自主进行除尘，中途不需人工干预，当机器人攀爬到极限位置时能自己做出判断，完成除尘工作后能自主退后启动位置，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合具体实施例和必要的附图作简要的介绍。

图1是本发明实例中提供的风电机叶片攀爬机器人的结构示意图；

图2是本发明实例中提供的风电机叶片攀爬机器人的一个行走足的示意图；

图3是本发明实例中提供的风电机叶片攀爬机器人在风电机叶片上的正面示意图；

附图中控制液压杆的电机、内部控制系统以及供电系统已略去。

具体实施方式

实施例

本风电机叶片20自主清洁机器人包括机身7、安装在机身7上的左行走足1，3，5和右行走足2，4，6，控制三对足动作的控制系统和供电系统(图中略去)。所述的左行走足1，3，5和右行走足2，4，6包括爪10、伸缩部11和旋转部12，所述爪10通过伺服电机13与伸缩部11连接，所述伸缩部11与旋转部12连接，所述旋转部12通过伺服电机14连接到机身7。所述机身前部装有机器视觉采集系统8，,所述机身前部连接有毛刷9。

具体地，爪10的内表面装有成对的红外传感器和压力传感器，用以判断风电机叶片20边缘在爪10内的相对位置，同时爪10内表面覆盖橡胶，增加爪10与风电机叶片20的摩擦力，便于均匀受力。

爪10与伸缩部11之间依靠伺服电机13连接，伸缩部11与旋转部12连接，伺服电机13和伺服电机14组成转动组件；移动组件包括：伸缩部11的三个臂杆，爪10用来抓紧风电机叶片20边缘，伸缩部11控制足的长短。所述组件操控机身7在风电机叶片20表面的或者地面上移动，毛刷9上的压力传感器作为各个部件是非在合适位置的标准，所述机器人的在风机叶片20移动依靠移动组件和转动组件协调工作。

下面结合图1、图2和图3，介绍仿生机器人腿部的工作原理。

在旋转部12装有位置传感器14，旋转部12与伸缩部11之间装有位置传感器18，伸缩部11的三个臂杆间的位置传感器16和17，在爪10与伸缩部11连接处同样装有位置传感器15。因为机身7，旋转部12，伸缩部11的三条臂杆以及爪10的设计长度都是一定的，各个位置传感器把角度数据传递给控制器，在控制器内通过的计算，控制器就可以得出该处风电机叶片20的宽度和机身所处位置，控制器反馈信号给各个伺服电机和电机控制的液压。

本机器人水平工作模式：

将本机器人放在风电场附近的开始位置后，在遥控器上选择“预备”命令，机身摄像头8采集路面情况，爪10闭合，调节毛刷高高抬起，给电机信号控制液压杆，使机身太高离开地面，向采集到的最近的塔杆前进，本仿生机器人采用“三角步态”前进，结合图1中六条足的标注，即，先是行走足1,4,5作为摆动足；行走足2,3,6作为支撑足，然后行走足2,3,6作为摆动足，行走足1,4,5作为支撑足。因为这种步态在保证稳定的前提下，克服了特殊地形轮式机器人移动不便等缺陷，移动速度快效率高。待运行到相应风电塔杆下时，鸣笛等待，待接到来自遥控器的“确认”命令后，行走足5,6降低高度，行走足3，4太高，即达到机身前高后低的效果，机身前部摄像头采集塔杆信息，控制行走足1,2抓取最大直径处，这样行走足3,4,5之后也就能抓住风电塔杆。采用同样的方法，本仿生机器人就能自主爬到风电叶片20。

本机器人垂直工作模式：

待运行到相应风电塔杆下时，鸣笛等待，待接到来自遥控器的“确认”命令后，行走足5,6降低高度，行走足3，4太高，即达到机身前高后低的效果，机身前部摄像头采集塔杆信息，控制行走足1,2抓取最大直径处，这样行走足3,4,5之后也就能抓住风电塔杆。采用同样的方法，本仿生机器人7就能自主爬到风电叶片20。机身前部摄像头8采集风电机叶片20的分布状态并存储(一般有三个叶片)。转动组件与移动组件协调工作，爪10相对风电叶片20边缘的位置靠爪10内侧红外传感器实时监测，保证风电机叶片20边缘始终在爪的内部。行走足1,4,5足摆动时，首先行走足1,4,5的爪10松开风电机叶片20边缘，行走足1,4,5对应的转动组件转动的同时，行走足2,3,6对应的伺服电机13也适当转动，移动组件也适当伸长或缩短，当行走足1,4,5行进距离达到要求时，爪抓紧叶片20；此时行走足1,4,5作为支撑足，行走足2,3,6作为摆动足，行走足2,3,6的爪松开风电机叶片20边缘，行走足2,3,6的移动组件的液压杆适当伸缩，行走足1,4,5的爪10适当转动一定角度，行走足2，3,6到达合适位置抓紧风电机叶片20边缘。无论在哪个行走足前进的过程中，毛刷9与叶片20表面的压力传感器实时监测，控制器综合控制各伺服电机和电机控制的液压支架，使毛刷9与风电机叶片20紧密接触。

具体的，控制器根据各位置传感反馈数据计算出叶片20此位置叶片20大小，并与毛刷9尺寸对比，在叶片20尺寸过大出，控制器发出命令使机身做左右摇摆，增大清洁面积。

本机器人攀爬到风电叶片20顶端时，机身摄像头8提前捕捉到信息，控制器发出命令，把机身抬起，仅仅依靠行走足3,4,5,6的爪10抓住风电机叶片20最前端，行走足3,4,5,6的伺服电机13和14使机身向脱离风电叶片20的一侧转动，同时移动组件的液压装置合理伸缩，在这一过程中机身7近似划过一个圆周，从而机身7到达风电叶片20的另外一面，所以该机器人继续重复前述除尘工作即可；等机器人沿风电机叶片20再次到达风电塔杆附近时，控制系统根据机身前端摄像头8采集该塔杆所有叶片20状态，选择下一个除尘叶片20。待完成该塔杆上所有叶片20除尘后自主回到原地。本机器人可以远程遥控，有“预备”、“终止”“自动”等操作指令，机器人电池电量实时监测并且反馈至遥控终端，当控制人员发现危险情况时可以立即终止其工作。

Claims (7)

1.一种风电叶片除尘机器人包括机身、三对行走足、控制系统和供电系统。其特征在于由三对足由爪、伸缩部和旋转部组成，爪与伸缩部间由伺服电机连接且装有位置传感器，旋转部与机身由伺服电机连接且装有位置传感器，爪的张角受液压伸缩杆控制，伸缩部由三个大型臂杆构成，所述臂杆之间装有位置传感器的张角也受液压伸缩杆控制，液压伸缩杆受主控制器反馈给电机的信号控制。

2.根据权利要求书1所述机器人，其特征是：所述爪由两个小型臂构成，由液压伸缩杆控制其夹角，所述小型臂上安装有成对的红外检测装置，所述小型臂与风电机叶片接触侧安装有多对压力检测装置，所述红外检测装置和所述红外检测装置将信号反馈给所述主控制器，所述主控制器由众多分析判断爪相对风电机叶片的相对位置，并反馈给所述足的伺服电机及液压杆控制电机的动作信号。

3.根据权利要求书1所述机器人，其特征是：所述机器人在风电机叶片上攀爬模仿蜘蛛步态。

4.根据权利要求书1所述机器人，其特征是：所述机器人依靠机器视觉检测路面信息和风电机叶片边缘，由此确定行进路径以及精确确定风电机叶片边缘并抓取。

5.根据权利要求书1所述机器人，其特征是：所述机器人的伸缩部的大型臂杆活动都由液压杆直接调节。

6.根据权利要求书1所述机器人，其特征是：所述机器人控制系统根据旋转部的位置传感器、伸缩部的位置传感器、伸缩部与爪之间的位置传感的信息估算此风电机叶片处的叶片尺寸。

7.根据权利要求书6所述机器人，其特征是：所述机器人控制系统由估算的风电机叶片尺寸决策机身左右摆动距离来增大清洁面积。