CN107128388B - 一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，包括可变V型转角，推拉杆机构，清洗机构，塔筒永磁履带攀爬机构；所述可变V型转角和推拉杆机构组成多边框架结构，清洗机构和塔筒永磁履带攀爬机构相对于多边框架结构，两者同向均匀分布或异向均匀分布安装在可变V型转角和/或推拉杆机构上，至少有一处可变V型转角和推拉杆机构为拆装活动连接。本发明通过模块化的多边形可变框架结构来实现对风机塔筒的包围，并通过安装至多边形框架内的永磁履带攀爬机构来实现框架的攀爬功能，同时在此基础上通过安装至框架的清洗机构和成像机构来完成对风机塔筒的清洗和风机叶片的检测，是一种理想的风电机组维护机器人设备。

Description

一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种风机塔筒清洗和叶片检测机器人维护作业设备。

背景技术

风力发电作为一种可再生的清洁能源，近年来得到了世界各国的大力推广。风力发电机组单机容量逐年递增，对风电机组的维护、塔筒的清洗以及对风机叶片的检测显得越来越重要。而风电机组的工作现场时常有风沙、雨雪等恶劣天气，风电机组一旦出现故障，轻则影响发电效率和发电厂的经济效益，重则造成风电机组损毁和巨大的经济损失，因此风电机组必须常年进行维护作业。

风电厂为了降低风电机组的停机风险，每年都需定期对风机塔筒和叶片进行检测，而风电机组设备验收时，还需对风机塔筒进行清洗，而我国目前风机叶片的检测、塔筒的清洗一般大多数采用人工吊装作业，吊车作业、吊装设备作业等维护方式，存在着安全性低、劳动强度大、效率低下等一系列的问题。

攀爬机器人能够替代人工进行攀爬作业，且能够安装检测、清洗、维护设备对作业对象进行维护作业，能够有效的解决风电机组维护目前采用人工作业所存在的安全、效率、成本等问题。

而现有攀爬机器人技术还在不断完善中，如CN201610401323.0《一种履带式电力设备维修机器人》，包括履带支架A、履带支架B、从动辊轮、主动辊轮、伺服电机，所述的履带支架A为长方形平板结构，在履带支架A的两侧各设置两个铰支座A，所述的履带支架B由一块折弯的平板构成，折弯角为30°，履带支架B总共有2个，其与履带支架A通过铰支座A连接在一起；在履带支架A和履带支架B的上下两端分别安装有圆柱状的从动辊轮和主动辊轮，所述主动辊轮由伺服电机直接驱动，主动辊轮和从动辊轮之间使用橡胶履带传递动力；本发明通过三条橡胶履带攀爬电线杆，可以获得较大的摩擦力，从而可以轻松攀爬到电线杆顶部，减少了工人体力的消耗，提高了工作效率。

CN201620390050.X《一种履带式多功能攀爬机器人》，本实用新型采用脚足式结构履带式，利用电磁吸盘吸附，从而实现机器人在墙上的行走。通过软管将地面的油漆或清洗液送至吸附在墙上的工作模块，从而实现粉刷或清洗功能，提高粉刷的速度和质量，解决了人工清洗劳动强度大、劳动效率低的问题。

显然，CN201610401323.0由三条橡胶履带攀爬电线杆，是基于电线杆的有限直径和有限负载等方面而设计的； CN201620390050.X，采用脚足式结构履带式，利用电磁吸盘吸附，从而实现机器人在墙上的行走。履带式攀爬机器人本体通过真空吸盘贴合在墙壁上，由真空泵产生负压，通过导管连接到吸盘吸嘴，真空吸盘与墙壁间的空气被真空泵产生的负压吸出，进而吸盘紧密贴合贴合墙面，完成车体吸附在墙面的工作流程。

从现有的中国专利公开的资料显示，永磁履带第一次出现在1998年，CN98110551.3《船罐焊缝自动爬行X射线探伤机》，探伤主机靠铰式软连接活动机架上的永磁履带吸附式链条传动爬行机构；最近的出现在2016年，CN201610187880.7《履带爬壁四自由度并联机器人》，其包括履带车和四自由度并联机器人；所述履带车包括矩形底盘，四个套，两个永磁履带机构，套与底盘均布固连，永磁履带机构与底盘对称联接，带动底盘沿磁性壁爬行。从相关的近100篇论文中也不难发现永磁履带及永磁履带机器人的应用正在不断扩大。本发明也是在从事这个方向的研发。特别是针对风力发电塔筒的结构特点，设计出一种即有利于攀爬、全径清洗、适应筒径变化的机器人，将是本发明的主要创造性劳动的体现形式，从而实现本发明目的。

发明内容

本发明目的就是针对风力发电机组的维护和检测作业需求，设计了一种能通过多边形可变框架结构和永磁吸附履带攀爬机构来进行塔筒攀爬作业，通过清洗机构和检测设备来完成风机塔筒清洗和叶片检测的风电塔清洗检测机器人。该机器人具有模块化、低成本、快速拆装、稳定可靠，攀爬速度快，负载能力强，且能适应风力发电塔塔身的上下塔筒直径变化的特点。

本发明技术方案：

一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，包括可变V型转角，推拉杆机构，清洗机构，塔筒永磁履带攀爬机构；所述可变V型转角和推拉杆机构组成多边框架结构，清洗机构和塔筒永磁履带攀爬机构相对于多边框架结构，两者同向均匀分布或异向均匀分布安装在可变V型转角和/或推拉杆机构上，至少有一处可变V型转角和推拉杆机构为拆装活动连接。

进一步，推拉杆机构采用被动式伸缩调整结构或采用在动力装置作用下的主动式伸缩调整结构，推拉杆机构、清洗机构和塔筒永磁履带攀爬机构三者的动力装置设置时，采用独立设置、任意两者或三者统一设置并由传动机构传动；采用主动式伸缩调整结构时，各推拉杆机构中分别设有动力装置或由统一的动力装置经各传动机构传动至各推拉杆机构。

更进一步，各推拉杆机构为同步伸缩控制。

更进一步，各推拉杆机构中分别设有动力装置时，由电信号控制各动力装置同步工作；由统一的动力装置经各传动机构传动至各推拉杆机构时，由电信号控制各传动机构同步工作或由机械方式控制各传动机构同步工作。

更进一步，由机械方式控制各传动机构同步工作时，传动机构为气压活塞结构，各推拉杆机构的气压活塞的气腔连通。

进一步，多边框架在塔筒永磁履带攀爬机构的作用下，沿着塔筒的轴向上下运动或沿着风电塔的塔身螺旋向上向下运动，清洗采用定向方式、旋转方式或摆动方式，清洗机构的运动方向与多边框架运动方向垂直或与多边框架螺旋运动方向一至。

进一步，多边框架结构为正多边框架结构，清洗机构分为主清洗机构和副清洗机构，主清洗机构设置在可变V型转角的支座上方，塔筒永磁履带攀爬机构设置在可变V型转角的支座内侧，副清洗机构设置在推拉杆机构上，主清洗机构和副清洗机构上下错位设置组成在不同筒径段下的塔筒圆周全覆盖清洗机构。

进一步，可变V型转角包括V型套管支架、V型转角支座、V型套管和电动缸缸体，可变V型转角两侧分别设有V型套管和电动缸缸体，同一侧的两个上下分布的V型套管和一个位于中间的电动缸缸体分别与V型转角支座形成V型结构并通过V型套管固定支架固定，两侧的V型套管通过V型套管支架分别与V型转角支座连接构成V型框架的刚性整体单元，电动缸缸体为推拉杆机构的动力装置，通过多边形的各刚性整体单元及与推拉杆机构组成多边形框架结构。

更进一步，电动缸缸体为推拉杆机构的动力装置，电动缸缸体由统一的电信号同步伸缩控制。

进一步，推拉杆机构包括电动缸推拉轴、推拉导向轴和推拉杆支架，其中，两根推拉导向轴与电动缸推拉轴由推拉杆支架固定，推拉导向轴与V型套管连接，电动缸推拉轴与电动缸缸体连接，电动缸缸体为电动缸推拉轴的动力装置，推拉杆支架上还安装有检测摄像头，检测摄像头对叶片进行检测成像，副清洗机构安装在推拉杆支架。

进一步，所述副清洗机构设有V型刷头清洗机构，所述主清洗机构设有两套V型刷头清洗机构；

V型刷头清洗机构安装在清洗机构支架上，清洗机构支架由清洗支架齿条、清洗导向轴、清洗支架固定板组成，位于上方的清洗导向轴、位于底部的清洗安装轴、位于底部上方的清洗支架齿条及支架固定装置构成一刚性框架，V型刷头清洗机构安装在清洗导向轴上形成直线滑动连接关系，V型刷头清洗机构上的动力装置通过传动齿轮与清洗支架齿条啮合形成齿轮齿条驱动机构；

所述副清洗机构的支架固定装置为两端部分别设有的两个清洗支架固定板，清洗安装轴安装在推拉杆支架和/或推拉导向轴上；

所述主清洗机构的支架固定装置为V型清洗支架底座及两端部设有的V型清洗机构固定支架，V型清洗支架底座及V型清洗支架底座两端分别连接的清洗支架导向轴、清洗安装轴、清洗支架齿条及V型清洗机构固定支架构成两个呈一定角度V型结构刚性框架。

更进一步，所述副清洗机构包括一字型清洗机构支架和V型刷头清洗机构，一字型清洗机构支架由一字型清洗支架齿条、一字型清洗导向轴、清洗支架固定板组成，位于上方的一字型清洗导向轴、位于底部的清洗安装轴、位于底部上方的一字型清洗支架齿条及两端部分别设有的两个清洗支架固定板构成一刚性框架，清洗安装轴安装在推拉杆支架和/或推拉导向轴上，V型刷头清洗机构安装在一字型清洗导向轴上形成直线滑动连接关系，V型刷头清洗机构上的动力装置通过传动齿轮与一字型清洗支架齿条啮合形成齿轮齿条驱动机构。

更进一步，所述主清洗机构包括V型清洗支架底座及V型清洗支架底座两端分别连接的两套V型清洗机构，所述V型清洗机构包括V型清洗机构支架和V型刷头清洗机构，V型清洗机构支架包括与V型清洗支架底座两端分别连接的位于上方的V型清洗支架导向轴，位于底部的清洗安装轴、位于底部上方的V型清洗支架齿条、清洗安装轴中间设有的V型清洗支架加强板及两端部设有的V型清洗机构固定支架，V型清洗支架底座、四根V型清洗支架导向轴、四根清洗安装轴、两根V型清洗支架齿条及两个V型清洗机构固定支架构成两个呈一定角度V型结构刚性框架，V型刷头清洗机构安装在V型清洗支架导向轴上形成直线滑动连接关系，V型刷头清洗机构上的动力装置通过传动齿轮与V型清洗支架齿条啮合形成齿轮齿条驱动机。

进一步，V型刷头清洗机构包括清洗滚刷、雾化喷嘴、V型支撑气弹簧、水管、V型清洗刷头支架和V型清洗臂；两对V型清洗臂对称地设置在V型清洗刷头支架底端的两侧，两对V型清洗臂之间形成摆动连接关系，V型清洗刷头支架的顶端两侧分别通过V型支撑气弹簧连接固定至两对V型清洗臂的尾端，两对V型清洗臂的尾端分别安装有清洗滚刷，清洗滚刷实现对不同弧度与塔筒表面的接触形成清洗机器手；V型清洗刷头支架上布置有管路接头和水管及雾化喷嘴。

更进一步，V型清洗刷头支架底端的还安装有定位滚轮，两对V型清洗臂对称地设置在V型清洗刷头支架底端的定位滚轮内侧，定位滚轮对V型清洗臂的摆动角度进行限位。

进一步，V型清洗刷头支架上还安装包括有V型清洗支架齿轮、电机传动同步带、主驱动带轮、右侧滚刷驱动带轮、左侧滚刷驱动带轮和清洗驱动电机，清洗驱动电机通过电机传动同步带与主驱动带轮传动连接，再由主驱动带轮带动在同一根驱动轴上的右侧滚刷驱动带轮、左侧滚刷驱动带轮、清洗支架齿轮同步旋转，其中，右侧滚刷驱动带轮和左侧滚刷驱动带轮分别通过一组清洗滚刷传动同步带和清洗滚刷同步带轮对左右两侧的清洗滚刷进行同步驱动；

清洗驱动电机作为V型刷头清洗机构上的动力装置同时还通过传动齿轮与清洗支架齿条啮合；

V型清洗刷头支架上还安装有清洗支架导向套，清洗支架导向套与清洗支架的清洗导向轴组成滑动副。

进一步，塔筒永磁履带攀爬机构包括攀爬机构定位管、攀爬机构驱动电机、攀爬机构永磁履带、攀爬机构支架、攀爬机构支撑连杆和攀爬机构气弹簧，攀爬机构支撑连杆通过攀爬机构气弹簧与攀爬机构支架形成摆动连接关系，两边的攀爬机构支撑连杆通过攀爬机构气弹簧与两组攀爬机构永磁履带形成弹性负载连接，攀爬机构支架上安装有攀爬机构驱动电机及传动系统，攀爬机构永磁履带内安装有永磁体；

攀爬机构支架通过安装攀爬机构定位管，安装可变V型转角的内侧。

本发明布置巧妙，通过模块化的多边形可变框架结构来实现对风机塔筒的包围，并通过安装至多边形框架内的永磁履带攀爬机构来实现框架的攀爬功能，同时在此基础上通过安装至框架的清洗机构和成像机构来完成对风机塔筒的清洗和风机叶片的检测，其可靠性好、安全性强、攀爬效率高、负载能力强、拆装方便且成本较低，是一种理想的风电机组维护机器人设备。

除了上面所描述的目的，特征和优点之外，本发明具有的其他目的、特征、优点，将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的框架组件示意图；

图3是本发明的框架组件局部示意图；

图4是本发明的永磁履带攀爬结构示意图；

图5是本发明的永磁履带攀爬机构结构示意图；

图6是本发明的清洗机构示意图；

图7是本发明的清洗刷头机构示意图；

图8是本发明的清洗刷头机构侧视示意图；

图9是本发明的框架变形对比示意图。

附图标记说明

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

如图1所示，一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，包括：六组可变V型转角1组成的六边形框架，连接可变V型转角1并能调节框架大小的推拉杆机构2，安装在可变V型转角1上的六组主清洗机构3以及安装在可变V型转角1上的六组塔筒永磁履带攀爬机构4。可变V型机构1和推拉杆机构2构成一可变大小的六边形来适应风电塔塔筒外表面直径的变化，主要通过该六边形框架能够改变其边长从而能够适应风机塔筒上下的直径变化；永磁履带攀爬机构4通过六边形框架的变形来实现对塔筒的接触和压紧，并通过永磁履带机构驱动六边形框架沿着塔筒表面进行攀爬作业，用于整体机构的攀爬提升；主清洗机构3能够跟随六边形框架随着塔筒的自适应变化来跟随完成对塔筒的接触和滚动清洗，即在攀爬过程中完成对风电塔塔筒的清洗。

具体来说，如图2-3所示，每个可变V型转角1上安装并连接有两组推拉杆机构2，为了补偿主清洗机构3在大直径清洗时覆盖面的不足，推拉杆机构2上还安装有副清洗机构，一字型清洗机构支架6可用于安装V型清洗刷头机构7，同时在推拉杆机构2上还安装有检测摄像头5可对风电塔机风机叶片进行检测成像。

其中，推拉杆机构2包括电动缸推拉轴8、推拉导向轴9和推拉杆支架10，一根电动缸推拉轴8以及两根推拉导向轴9均与推拉杆支架10连接并固定，其中，两根推拉导向轴9与电动缸推拉轴8分别与推拉杆支架10固定，一字型清洗机构支架6同样也固定至推拉杆支架10上。同时，推拉杆支架10上所安装的一字型清洗机构支架6由位于上方一字型清洗导向轴12、位于底部的清洗安装轴、位于底部上方的副清洗机构齿条11及两端部的清洗支架固定板13连接所组成，一字型清洗导向轴12、清洗安装轴以及一字型清洗支架齿条11分别通过端部连接至两块清洗支架固定板13从而构成一刚性框架，V型刷头清洗机构7安装至一字型清洗导向轴12上并可通过其进行直线滑动，V型刷头清洗机构7上的齿轮与一字型清洗支架齿条11啮合，使V型刷头清洗机构7能够在一字型清洗机构支架6上通过齿轮齿条的驱动，从而实现V型刷头清洗机构7在一字型清洗机构支架6上的往复线性运动，进而实现对塔筒表面的清洗。V型清洗刷头机构7中设有清洗驱动电机。

如图2-5所示，可变V型转角1包括V型套管支架14、V型转角支座15、V型套管固定支架16、V型套管17、电动缸缸体18。可变V型转角1通过四根V型套管17与V型套管支架14连接来组成V型结构，同时V型套管支架14与V型转角支座15相连接，并在V型转角支座15上安装有两组电动缸缸体18，两组电动缸缸体18分别通过一定角度与V型转角支座15相连接呈V型结构布置，每个电动缸缸体18还通过V型套管固定支架16与平行的两根V型套管17相连，同时V型套管17、V型套管支架14、V型转角支座15构成V型框架的刚性整体单元，通过六组可变V型转角1的模块化设计以及与推拉杆机构2的连接，能够快速的组成一可变大小的六边形框架结构。通过电动缸缸体18与推拉杆机构2上的电动缸推拉轴8的直线推拉运动，改变框架六边形的边长，为框架的大小变形提供驱动动力，同时V型套管17与推拉杆机构2上的推拉导向轴9连接，并通过V型套管固定支架16将V型套管17与电动缸缸体18连接固定，使得可变V型转角1的线性驱动具备更高的导向和承载能力。

如图4-5所示，塔筒永磁履带攀爬机构4通过攀爬机构定位管19及攀爬机构支架22与可变V型转角1的V型转角支座15连接，为可变V型转角1提供沿塔筒表面的吸附攀爬动力，塔筒永磁履带攀爬机构4包括攀爬机构定位管19、攀爬机构驱动电机20、攀爬机构永磁履带21、攀爬机构支架22、攀爬机构支撑连杆23、攀爬机构气弹簧24。安装在攀爬机构支架22上的攀爬机构驱动电机20来为履带驱动提供动力，攀爬机构永磁履带21具备永磁吸附风电塔塔筒表面的能力并可通过攀爬机构支撑连杆23以及安装在攀爬机构支架22上的四根攀爬机构气弹簧24来对塔筒表面提供压紧力以及对曲面的适应能力，安装在六边形框架上的永磁履带攀爬机构4能适应风电塔筒直径的变化，始终以合适的压力接触并进行攀爬提升。具体为：攀爬机构永磁履带21分别通过攀爬机构支撑连杆23以及攀爬机构气弹簧24与攀爬机构支架22连接，通过气弹簧的弹性作用，使两组攀爬机构永磁履带21能够通过攀爬机构支撑连杆23的摆动，攀爬机构支撑连杆23通过攀爬机构气弹簧24与攀爬机构永磁履带21形成弹性负载连接即有一定压力，自适应的接触到塔筒带有一定弧度的曲面上，同时攀爬机构支架22上还安装有攀爬机构驱动电机20及传动系统，可同时对两组攀爬机构永磁履带21进行驱动，攀爬机构永磁履带21内安装有永磁体可增强对塔筒表面的附着力。

所述主清洗机构3包括V型清洗支架底座25及V型清洗支架底座25两端分别连接的两套V型清洗机构，V型清洗机构与副清洗机构类似，如图6所示，主清洗机构3包括V型清洗支架底座25、V型清洗支架导向轴26、V型清洗机构固定支架27、V型清洗机构加强板28、V型清洗机构齿条29；构成对称的V型清洗支架并安装两组V型清洗刷头机构7，V型清洗支架底座25固定在可变V型转角1上，两根位于上方的V型清洗支架导向轴26、位于底部的四根清洗安装轴、位于底部上方的两根V型清洗机构齿条29连接固定成两套刚性框架，通过两端的V型清洗机构固定支架27进行固定限位，同时清洗安装轴通过V型清洗机构加强板28固定连接起到V型清洗支架整体刚性加强的作用，同时两组V型清洗刷头机构7分别安装至左右两侧的V型清洗支架导向轴26上，同时V型清洗刷头机构7上的齿轮与V型清洗机构齿条29啮合，可使两组V型清洗刷头机构7分别能在左右两侧的V型清洗支架导向轴26上进行来回驱动运动。主清洗机构3整体为V型结构，使其对塔筒的曲面有更宽的适应能力。

如图7-8所示，V型刷头清洗机构7包括清洗滚刷30、雾化喷嘴31、V型支撑气弹簧32、水管33、V型清洗刷头支架34、定位滚轮35、V型清洗臂36。V型清洗刷头支架34通过V型支撑气弹簧32分别连接固定至V型清洗臂36的尾端，使V型清洗臂36能够在气弹簧弹力的作用下改变V型清洗臂36的角度，并通过安装至V型清洗臂36尾端的清洗滚刷30来实现对不同弧度塔筒表面的接触和清洗。

对称设置在V型清洗刷头支架34底端的定位滚轮35内侧的两组V型清洗臂36，构成V型结构，并通过两根V型支撑气弹簧32分别与V型清洗刷头支架34和V型清洗臂36的连接，使V型清洗臂36能始终以一定的弹力围绕V型清洗刷头支架34进行摆动，能够通过V型清洗臂36的运动来适应不同直径风机塔筒的表面弧度，同时通过安装至V型清洗臂36上的两个清洗滚刷30来接触风电塔筒并完成滚动式清洗。

其中，两个清洗滚刷30分别通过安装在V型清洗臂36上的一组清洗滚刷同步带轮38和清洗滚刷传动同步带37来实现清洗滚刷30的旋转，同时在V型清洗臂36上还安装有雾化喷嘴31和水管33 ，V型清洗刷头支架34上布置有管路接头可将地面高压输送过来的清洗液经由水管33分别输送至安装至V型清洗臂36两侧的雾化喷嘴31，通过高压可将地面的清洗剂输送至主清洗机构3来对塔筒表面喷射清洗剂，清洗机构在雾化的清洗液以及滚刷的滚动清洗下达到更佳的清洗效果。同时为了防止V型清洗臂36的摆动角度过大，在V型清洗刷头支架34还安装有定位滚轮35来对V型清洗臂36的摆动角度进行限位。

V型清洗刷头支架34上还安装有V型清洗支架齿轮39、电机传动同步带40、主驱动带轮41、右侧滚刷驱动带轮42、左侧滚刷驱动带轮43、清洗驱动电机44。

清洗滚刷30的驱动通过安装在V型清洗刷头支架34上的清洗驱动电机44来实现，清洗驱动电机44通过电机传动同步带40与主驱动带轮41将旋转动力传递至右侧滚刷驱动带轮42及左侧滚刷驱动带轮43上，右侧滚刷驱动带轮42及左侧滚刷驱动带轮43分别将动力传递至安装在V型清洗臂36上的清洗滚刷同步带轮38和清洗滚刷传动同步带37上，来实现两组清洗滚刷30的同步旋转。

V型清洗刷头支架34上还安装有清洗支架导向套45，用于连接至图6所示的V型清洗支架导向轴26或图3所示的一字型清洗导向轴12，清洗支架导向套45与V型清洗支架导向轴26或一字型清洗导向轴12形成滑动副，作为V型刷头清洗机构7在清洗机构上的线性导向作用，来实现V型清洗刷头机构7的直线运动，同时清洗驱动电机44还能将旋转动力传递至安装在V型清洗刷头支架34上的V型清洗支架齿轮39或一字型清洗支架齿条11，通过V型清洗支架齿轮39与图6所示的V型清洗机构齿条29或图3所示的一字型清洗支架齿条11的啮合以及清洗驱动电机44正反旋转运动，可驱动整个V型清洗刷头机构7在V型清洗支架导向轴26或一字型清洗导向轴12上实现来回直线运动，使两个清洗滚刷30能够在V型清洗支架导向轴26或一字型清洗导向轴12的行程范围内覆盖更多的塔筒清洗面。

塔筒清洗同步驱动过程为：清洗驱动电机44通过电机传动同步带40将选择动力传到主驱动带轮41，再由主驱动带轮41带动在同一根驱动轴上的右侧滚刷驱动带轮42、左侧滚刷驱动带轮43、V型清洗支架齿轮39同步旋转，其中，右侧滚刷驱动带轮42和左侧滚刷驱动带轮43分别通过一组清洗滚刷传动同步带37和清洗滚刷同步带轮38对左右两侧的清洗滚刷30进行同步驱动，V型清洗支架齿轮39与主清洗机构3上所安装的V型清洗支架齿条29啮合，通过清洗驱动电机44的正反转运动来驱动V型清洗支架齿轮39，从而驱动V型刷头清洗机构7在V型清洗支架齿条29上进行来回往复直线运动，使清洗滚刷30能够通过往复运动覆盖往复运动范围内的塔筒表面。

如图9所示，通过可变V型转角1以及与其连接的推拉杆机构2所组成的六边形结构能够通过改变边长来对不同的风机塔筒直径进行适应，使可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人能够沿着锥形结构的塔筒进行自适应的攀爬运动，主清洗机构3上布置的两组V型刷头清洗机构7在塔筒底部大圆直径的清洗范围内有部分无法覆盖的清洗区域，由安装在一字型清洗机构支架6上的一组V型刷头清洗机构7来进行清洗盲区的清洗，从而使清洗作业能够覆盖到塔筒底部至塔筒顶部。

适应直径范围为2.5米-4.5米。

本发明充分利用了多边形框架变边长以及永磁吸附和履带攀爬的特点，通过六边形可变大小的框架来实现对风机塔筒上窄下宽锥形塔筒的适应能力，通过永磁吸附履带攀爬装置能稳定可靠的吸附于塔身壁面之上，并且能沿塔身壁面快速移动，通过安装在框架结构上的清洗机构和成像设备来对风电机组进行清洗作业和检测作业，是一种高效低成本，稳定可靠的风机塔筒维护机器人设备。

其它实施例中：包括以下内容中在实施例1中没有出现的技术内容：

本发明一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，包括可变V型转角1，推拉杆机构2，清洗机构，塔筒永磁履带攀爬机构4；所述可变V型转角1和推拉杆机构2组成多边框架结构，清洗机构和塔筒永磁履带攀爬机构4相对于多边框架结构，两者同向均匀分布或异向均匀分布安装在可变V型转角1和/或推拉杆机构2上，推拉杆机构2采用被动式伸缩调整结构或采用在动力装置作用下的主动式伸缩调整结构，推拉杆机构2、清洗机构和塔筒永磁履带攀爬机构4三者的动力装置设置时，采用独立设置、任意两者或三者统一设置并传动机构传动，多边框架在塔筒永磁履带攀爬机构4的作用下，沿着塔筒的轴向上下运动或沿着风电塔的轴向螺旋向上向下运动，清洗采用定向方式、旋转方式或摆动方式，清洗机构的运动方向与多边框架运动方向垂直或与多边框架螺旋运动方向一致。

显然，以上技术在实施例1的引导下，可进行多种技术组合。因此，以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (23)

1.一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，包括可变V型转角（1），推拉杆机构（2），清洗机构，塔筒永磁履带攀爬机构（4）；其特征在于，所述可变V型转角（1）和推拉杆机构（2）组成多边框架结构，清洗机构和塔筒永磁履带攀爬机构（4）相对于多边框架结构，两者同向均匀分布或异向均匀分布安装在可变V型转角（1）和/或推拉杆机构（2）上，至少有一处可变V型转角（1）和推拉杆机构（2）为拆装活动连接；

推拉杆机构（2）采用在动力装置作用下的主动式伸缩调整结构；

可变V型转角（1）包括V型套管支架（14）、V型转角支座（15）、V型套管（17）和电动缸缸体（18），可变V型转角（1）两侧分别设有V型套管（17）和电动缸缸体（18），同一侧的两个上下分布的V型套管（17）和一个位于中间的电动缸缸体（18）分别与V型转角支座（15）形成V型结构并通过V型套管固定支架（16）固定，两侧的V型套管（17）通过V型套管支架（14）分别与V型转角支座（15）连接构成V型框架的刚性整体单元，通过多边形的各刚性整体单元与推拉杆机构（2）组成多边形框架结构。

2.根据权利要求1所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，推拉杆机构（2）、清洗机构和塔筒永磁履带攀爬机构（4）三者的动力装置设置时，采用独立设置、任意两者或三者统一设置并由传动机构传动。

3.根据权利要求1所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，各推拉杆机构（2）中分别设有动力装置或由统一的动力装置经各传动机构传动至各推拉杆机构（2）。

4.根据权利要求1所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，各推拉杆机构（2）为同步伸缩控制。

5.根据权利要求3所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，各推拉杆机构（2）中分别设有动力装置时，由电信号控制各动力装置同步工作；由统一的动力装置经各传动机构传动至各推拉杆机构（2）时，由电信号控制各传动机构同步工作或由机械方式控制各传动机构同步工作。

6.根据权利要求5所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，由机械方式控制各传动机构同步工作时，传动机构为气压活塞结构，即电动缸缸体（18）为气压活塞结构，各推拉杆机构（2）的气压活塞的气腔连通。

7.根据权利要求1或2所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，多边框架在塔筒永磁履带攀爬机构（4）的作用下，沿着塔筒的轴向上下运动或沿着风电塔的塔身螺旋向上向下运动，清洗采用定向方式、旋转方式或摆动方式，清洗机构的运动方向与多边框架运动方向垂直或与多边框架螺旋运动方向一致。

8.根据权利要求1或2所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，多边框架结构为正多边框架结构，清洗机构分为主清洗机构（3）和副清洗机构，主清洗机构（3）设置在可变V型转角（1）的支座上方，塔筒永磁履带攀爬机构（4）设置在可变V型转角（1）的支座内侧，副清洗机构设置在推拉杆机构（2）上，主清洗机构（3）和副清洗机构上下错位设置组成在不同筒径段下的塔筒圆周全覆盖清洗机构。

9.根据权利要求2所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，电动缸为推拉杆机构（2）的动力装置。

10.根据权利要求8所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，推拉杆机构（2）包括电动缸推拉轴（8）、推拉导向轴（9）和推拉杆支架（10），其中，两根推拉导向轴（9）与电动缸推拉轴（8）由推拉杆支架（10）固定，推拉导向轴（9）与V型套管（17）连接，电动缸推拉轴（8）与电动缸缸体（18）连接，电动缸缸体（18）为电动缸推拉轴（8）提供动力，推拉杆支架（10）上还安装有检测摄像头（5），检测摄像头（5）对叶片进行检测成像，副清洗机构安装在推拉杆支架（10）上。

11.根据权利要求8所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，所述副清洗机构设有V型刷头清洗机构（7），所述主清洗机构（3）设有两套V型刷头清洗机构（7）。

12.根据权利要求11所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，V型刷头清洗机构（7）安装在清洗机构支架上，清洗机构支架由清洗支架齿条、清洗导向轴、清洗支架固定板组成，位于上方的清洗导向轴、位于底部的清洗安装轴、位于底部上方的清洗支架齿条及支架固定装置构成一刚性框架，V型刷头清洗机构（7）安装在清洗导向轴上形成直线滑动连接关系，V型刷头清洗机构（7）上的动力装置通过传动齿轮与清洗支架齿条啮合形成齿轮齿条驱动机构。

13.根据权利要求12所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，所述副清洗机构的支架固定装置为两端部分别设有的两个清洗支架固定板（13），清洗安装轴安装在推拉杆支架（10）和/或推拉导向轴（9）上。

14.根据权利要求12所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，所述主清洗机构（3）的支架固定装置为V型清洗支架底座（25）及两端部设有的V型清洗机构固定支架（27），V型清洗支架底座（25）及V型清洗支架底座（25）两端分别连接的清洗支架导向轴、清洗安装轴、清洗支架齿条及V型清洗机构固定支架（27）构成两个呈一定角度V型结构刚性框架。

15.根据权利要求8所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，所述副清洗机构包括一字型清洗机构支架（6）和V型刷头清洗机构（7），一字型清洗机构支架（6）由一字型清洗支架齿条（11）、一字型清洗导向轴（12）、清洗支架固定板（13）组成，位于上方的一字型清洗导向轴（12）、位于底部的清洗安装轴、位于底部上方的一字型清洗支架齿条（11）及两端部分别设有的两个清洗支架固定板（13）构成一刚性框架，清洗安装轴安装在推拉杆支架（10）和/或推拉导向轴（9）上，V型刷头清洗机构（7）安装在一字型清洗导向轴（12）上形成直线滑动连接关系，V型刷头清洗机构（7）上的动力装置通过传动齿轮与一字型清洗支架齿条（11）啮合形成齿轮齿条驱动机构。

16.根据权利要求8所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，所述主清洗机构（3）包括V型清洗支架底座（25）及V型清洗支架底座（25）两端分别连接的两套V型清洗机构，所述V型清洗机构包括V型清洗机构支架和V型刷头清洗机构（7），V型清洗机构支架包括与V型清洗支架底座（25）两端分别连接的位于上方的V型清洗支架导向轴（26），位于底部的清洗安装轴、位于底部上方的V型清洗支架齿条（29）、清洗安装轴中间设有的V型清洗支架加强板（28）及两端部设有的V型清洗机构固定支架（27），V型清洗支架底座（25）、四根V型清洗支架导向轴（26）、四根清洗安装轴、两根V型清洗支架齿条（29）及两个V型清洗机构固定支架（27）构成两个呈一定角度V型结构刚性框架，V型刷头清洗机构（7）安装在V型清洗支架导向轴（26）上形成直线滑动连接关系，V型刷头清洗机构（7）上的动力装置通过传动齿轮与V型清洗支架齿条（29）啮合形成齿轮齿条驱动机。

17.根据权利要求11所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，V型刷头清洗机构（7）包括清洗滚刷（30）、雾化喷嘴（31）、V型支撑气弹簧（32）、水管（33）、V型清洗刷头支架（34）和V型清洗臂（36）；两对V型清洗臂（36）对称地设置在V型清洗刷头支架（34）底端的两侧，两对V型清洗臂（36）之间形成摆动连接关系，V型清洗刷头支架（34）的顶端两侧分别通过V型支撑气弹簧（32）连接固定至两对V型清洗臂（36）的尾端，两对V型清洗臂（36）的尾端分别安装有清洗滚刷（30），清洗滚刷（30）实现对不同弧度与塔筒表面的接触形成清洗机器手；V型清洗刷头支架（34）上布置有管路接头和水管（33）及雾化喷嘴（31）。

18.根据权利要求17所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，V型清洗刷头支架（34）底端的还安装有定位滚轮（35），两对V型清洗臂（36）对称地设置在V型清洗刷头支架（34）底端的定位滚轮（35）内侧，定位滚轮（35）对V型清洗臂（36）的摆动角度进行限位。

19.根据权利要求17或18所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，V型清洗刷头支架（34）上还安装包括有V型清洗支架齿轮（39）、电机传动同步带（40）、主驱动带轮（41）、右侧滚刷驱动带轮（42）、左侧滚刷驱动带轮（43）和清洗驱动电机（44），清洗驱动电机（44）通过电机传动同步带（40）与主驱动带轮（41）传动连接，再由主驱动带轮（41）带动在同一根驱动轴上的右侧滚刷驱动带轮（42）、左侧滚刷驱动带轮（43）、清洗支架齿轮同步旋转，其中，右侧滚刷驱动带轮（42）和左侧滚刷驱动带轮（43）分别通过一组清洗滚刷传动同步带（37）和清洗滚刷同步带轮（38）对左右两侧的清洗滚刷（30）进行同步驱动。

20.根据权利要求19所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，清洗驱动电机（44）作为V型刷头清洗机构（7）上的动力装置同时还通过传动齿轮与清洗支架齿条啮合。

21.根据权利要求17所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，V型清洗刷头支架（34）上还安装有清洗支架导向套（45），清洗支架导向套（45）与清洗支架的清洗导向轴组成滑动副。

22.根据权利要求1所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，塔筒永磁履带攀爬机构（4）包括攀爬机构定位管（19）、攀爬机构驱动电机（20）、攀爬机构永磁履带（21）、攀爬机构支架（22）、攀爬机构支撑连杆（23）和攀爬机构气弹簧（24），攀爬机构支撑连杆（23）通过攀爬机构气弹簧（24）与攀爬机构支架（22）形成摆动连接关系，两边的攀爬机构支撑连杆（23）通过攀爬机构气弹簧（24）与两组攀爬机构永磁履带（21）形成弹性负载连接，攀爬机构支架（22）上安装有攀爬机构驱动电机（20）及传动系统，攀爬机构永磁履带（21）内安装有永磁体。

23.根据权利要求22所述的一种可变框架结构的履带攀爬式风电塔清洗检测机器人，其特征在于，攀爬机构支架（22）通过安装攀爬机构定位管（19），安装在可变V型转角（1）的内侧。