CN107575345B - 一种基于四旋翼的风机叶片检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四旋翼的风机叶片检测装置，包括并联爬行机构、四旋翼飞行系统、真空吸附系统、检测装置和控制系统，并联爬行机构包括动平台、推杆和静平台，推杆通过万向节与动、静平台相连；四旋翼飞行系统包括旋翼电机、旋翼电机支撑柱、电子调速器、飞行控制系统和电力供应系统；真空吸附系统包括吸盘、气路、电磁阀与真空泵，用于提供吸附力；检测装置包括微型摄像机、超声波探伤探头以及将其固定并与下平台电池板连接的支架；控制系统为嵌入式系统，控制整个系统的协调运作。本发明可代替人工进行危险的高空作业；使用四旋翼飞行器和并联机构作为载体，可降落、附着在表面曲率不大的风机叶片表面，并进行扫描检测和移动。

Description

一种基于四旋翼的风机叶片检测装置

技术领域

本发明涉及一种风机叶片检测装置，具体地，涉及到一种基于四旋翼的风机叶片检测装置。

背景技术

传统能源的不断消耗和环境问题的加重，使风力发电等新能源的应用与开发显得迫在眉睫。风力发电机是风能应用的核心设备。然而，在风力发电机组的使用过程中，由于叶片失效引起一系列连锁的零件破坏，将造成停机或更为重大的损失。针对风机叶片的故障预检测和维护的研究一直都在进行中。现阶段的应对方法常采用定期停机拆卸检查以及基于声发射技术的在线监测网络。实际上这两种方法的使用价值和应用前景都存在一定的局限性。对此，本发明提出借助于四旋翼飞行器，基于超声波探伤和振动分析原理，对风机叶片进行现场无损检测。该方案有望在中等风力条件下，对大量的风力发电机组提供快速简便的故障预测，以避免突发故障造成的一系列连锁安全事故和不必要的经济损失。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可灵活使用的基于四旋翼的风机叶片检测装置。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种基于四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于：包括并联爬行机构、四旋翼飞行系统、真空吸附系统、检测装置和控制系统，其中：

所述并联爬行机构包括动平台、推杆和静平台，所述推杆通过万向节将推杆的两端与所述静平台相连接；

所述四旋翼飞行系统包括旋翼电机、旋翼电机支撑柱、桨叶、电子调速器、飞行控制器、电力供应系统，其中旋翼电机支撑柱紧固连接于所述静平台上，所述旋翼电机紧固连接于所述旋翼电机支撑柱上，所述桨叶固定于所述旋翼电机的输出轴，所述电子调速器固定于所述静平台的适当位置，所述飞行控制器固定于动平台上板，所述电力供应系统安装于动平台底板；

所述真空吸附系统采用吸盘通过气管与电磁阀、真空泵相连，通过真空发生装置与多个吸盘的组合产生负压以提供吸附力，多个吸盘分别与动平台、静平台连接，提供支撑和吸附力；

所述检测装置包括微型摄像机、超声波探伤探头以及将其固定并与动平台底板连接的支架；

所述控制系统包括上位机、下位机，其中所述下位机设置于动平台上。

上述技术方案中，所述并联爬行机构为3-UPU并联机构，当静平台固定时动平台有3个平动自由度，当静平台吸附时，所述动平台由推杆驱动进行3个方向的平移运动或者动平台和静平台交替吸附，完成爬行动作。

上述技术方案中，所述动平台下方连接有动平台底板，所述动平台底板用于固定吸盘、探伤探头和电池，所述动平台上固定有飞行控制器、主控制器、真空泵、电磁阀。

上述技术方案中，所述静平台采用双层板设计，所述静平台的上面通过旋翼电机支撑柱固定旋翼电机和桨叶，用于提供飞行的动力装置。

上述技术方案中，所述吸盘末端带有球铰，适应曲面着陆面。

上述技术方案中，所述上位机和所述下位机之间通过无线串口进行通讯，所述下位机控制推杆伸缩、真空发生装置的通断、接受传感器探伤数据、与上位机通讯并接受控制命令。

上述技术方案中，所述上位机为计算机。

上述技术方案中，所述动平台设置指示当前工作状态的指示灯。

上述技术方案中，所述电力供应系统设置在所述动平台底板上，所述超声波探伤探头设置于所述动平台底板的背面。

上述技术方案中，所述动平台、静平台以及旋翼电机支撑柱为镂空结构。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明可以替代人工进行高空作业；

2、本发明基于四旋翼的移动方式，使用更加灵活；

3、本发明操作简单，并且可以节约风机叶片检测的时间成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为基于四旋翼的风机叶片检测装置结构示意正等轴测图；

图2为基于四旋翼的风机叶片检测装置结构示意侧视图；

图3为动平台结构示意图；

图4为检测装置示意图；

图5为系统的工作流程示意图；

图中：1-吸盘；2-静平台；3-旋翼电机支撑柱；4-旋翼电机；5-桨叶；6-桌子；7-动平台；8-万向节；9-推杆；10-真空泵；11-飞行控制器；12-主控制器；13-电力供应系统；14-动平台支撑柱；15-动平台底板；16-微型摄像机；17-超声波探伤探头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1为基于四旋翼的风机叶片检测装置结构示意正等轴测图；如图1所示，本发明提供的一种四旋翼风机叶片检测装置，包括并联爬行机构、四旋翼飞行系统、真空吸附系统、检测装置和控制系统，其中：

并联爬行机构包括动平台7、推杆9和静平台2，所述推杆9通过万向节8将推杆9的两端与所述静平台2相连接；

四旋翼飞行系统包括旋翼电机4、旋翼电机支撑柱3、桨叶5、电子调速器、飞行控制器11、电力供应系统13；其中旋翼电机支撑柱3紧固连接于静平台2上，旋翼电机4紧固连接于旋翼电机支撑柱3上，桨叶5固定于旋翼电机4的输出轴，电子调速器固定于静平台2合适位置，飞行控制器11固定于动平台7上，电力供应系统13安装于动平台底板15；

真空吸附系统采用吸盘1通过气管与电磁阀、真空泵10相连，通过真空发生装置与多个吸盘1的组合产生负压以提供吸附力，多个吸盘1分别与动平台7、静平台2连接，提供支撑和吸附力；

检测装置包括微型摄像机16、超声波探伤探头17以及将其固定并与下平台电池板连接的支架；

控制系统包括上位机、下位机，其中所述下位机设置于动平台7上。

动平台7下方连接有动平台底板15，所述动平台底板用于固定吸盘1、探伤探头和电池，所述动平台7上方固定有飞行控制器11、主控制器12、真空泵10、电磁阀。

静平台2上载有吸盘1作为支撑的同时，通过支撑柱3与旋翼电机4相连接。静平台2采用双层板设计，以加强支链连接处的刚度。静平台2的上面通过旋翼电机支撑柱3固定旋翼电机4和桨叶5，用于提供飞行的动力装置。双层板之间由轻质材料做成的螺母支撑柱连接支撑。吸盘1末端带有球铰，适应曲面着陆面。

上位机和下位机之间通过无线串口进行通讯，下位机控制推杆9伸缩、真空发生装置的通断、接受传感器探伤数据、与上位机通讯并接受控制命令。上位机为计算机。

动平台7设置指示当前工作状态的指示灯。电力供应系统13设置在所述动平台底板15上，超声波探伤探头17布置于所述动平台底板15的背面。在本发明中，电力供应系统13可以为电池。

动平台7上设置有飞行控制器11，主控制器12，下方连接有放置电池13的平台15，吸盘1通过支柱14于动平台连接，起支撑和吸附的作用；真空泵10固定在动平台下板的背面。

三个推杆9在整个机构中关于几何中心成中心对称分布，并通过万向节8与动平台7和静平台2相连，形成3-UPU并联机构，该并联机构具有3个平动自由度，不具有转动自由度，当静平台2吸附时，所述动平台由推杆9驱动进行3个方向的平移运动或者动平台7和静平台2交替吸附，完成爬行动作。工作时，通过推杆9中的电机来控制推杆9的总长度，得以控制动平台7相对于静平台2的位置。推杆9中使用但不限于丝杠将电机的转动转化为平动。

检测工作时，静平台2吸附静止，动平台7由3个UPU运动支链驱动动平台7相对静平台2运动，由超声波探伤探头17进行扫描检测工作。在爬行时，由3个运动支链驱动，动平台7与静平台2交替吸附，交替移动，实现系统在风机叶面上的爬行。

飞行时，主控制器12处于休息状态，由飞行控制器11接受由遥控器发来的控制信号，由此控制装置的飞行。着陆后，主要由主控制器12接受上位机的控制信号，控制动静平台2的相对运动，并处理超声波探伤传感器的数据并传回上位机，从而实现了远程探伤。

推杆9使用的电机可以是步进电机、带编码器的直流有刷或无刷电机。旋翼电机4一般为无刷电机或空心杯电机。

为减轻装置总重量，动平台7、静平台2以及旋翼电机4支撑柱3为镂空结构，材料多选取密度较小的ABS工程塑料，其中对强度要求较大的地方使用强度-密度比较高的碳纤维。

图2为基于四旋翼的风机叶片检测装置结构示意侧视图；如图2所示，动平台7为三层结构分布，从上到下依次为动平台上板、动平台中板、动平台底板15，三层板通过螺柱等支撑件连接在一起。

图3为动平台结构示意图，如图3所示，动平台7为三层结构分布，从上到下依次为动平台上板、动平台中板、动平台底板，三层板通过螺柱等支撑件连接在一起。动平台上板安装飞行控制器11，动平台中板上面安装主控制器12，动平台中板下面安装真空泵10，动平台底板15通过动平台支撑柱14与动平台中板连接，动平台底板15上面安装电力供应系统13，背面安装检测系统。图4为检测装置示意图，如图4所示，为检测装置的局部放大图。微型摄像机16与超声波探伤探头17通过支架连接在一起。

图5为系统的工作流程示意图，如图5所示，具体的施工流程描述如下。首先，将待检测的风机叶片姿态摆为水平，以方便飞行器着陆。接着飞行器起飞，通过微型摄像机16进行目检，检测表面缺陷。在确认表面状况之后，由检测人员判断是否需要进行进一步的接触式检测，如需要，则进行着陆，使用超声波探伤探头17进行检测。最后，待所有任务完成后或电力将耗尽时，返航结束检测。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于：包括并联爬行机构、四旋翼飞行系统、真空吸附系统、检测装置和控制系统，其中：

所述并联爬行机构包括动平台、推杆和静平台，所述推杆通过万向节将推杆的两端与所述静平台相连接；

所述四旋翼飞行系统包括旋翼电机、旋翼电机支撑柱、桨叶、电子调速器、飞行控制器、电力供应系统，其中旋翼电机支撑柱紧固连接于所述静平台上，所述旋翼电机紧固连接于所述旋翼电机支撑柱上，所述桨叶固定于所述旋翼电机的输出轴，所述电子调速器固定于所述静平台的适当位置，所述飞行控制器固定于动平台上板，所述电力供应系统安装于动平台底板；

所述真空吸附系统采用吸盘通过气管与电磁阀、真空泵相连，通过真空发生装置与多个吸盘的组合产生负压以提供吸附力，多个吸盘分别与动平台、静平台连接，提供支撑和吸附力；

所述检测装置包括微型摄像机、超声波探伤探头以及将其固定并与动平台底板连接的支架；

所述控制系统包括上位机、下位机，其中所述下位机设置于动平台上。

2.根据权利要求1所述的四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于，所述并联爬行机构为3-UPU并联机构，当静平台固定时动平台有3个平动自由度，当静平台吸附时，所述动平台由推杆驱动进行3个方向的平移运动或者动平台和静平台交替吸附，完成爬行动作。

3.根据权利要求1所述的四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于，所述动平台下方连接有动平台底板，所述动平台底板用于固定吸盘、探伤探头和电池，所述动平台上固定有飞行控制器、主控制器、真空泵、电磁阀。

4.根据权利要求1所述的四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于，所述静平台采用双层板设计，所述静平台的上面通过旋翼电机支撑柱固定旋翼电机和桨叶，用于提供飞行的动力装置。

5.根据权利要求1所述的四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于，所述吸盘末端带有球铰，适应曲面着陆面。

6.根据权利要求1所述的四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于，所述上位机和所述下位机之间通过无线串口进行通讯，所述下位机控制推杆伸缩、真空发生装置的通断、接受传感器探伤数据、与上位机通讯并接受控制命令。

7.根据权利要求1所述的四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于，所述上位机为计算机。

8.根据权利要求1所述的四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于，所述动平台设置指示当前工作状态的指示灯。

9.根据权利要求1所述的四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于，所述电力供应系统设置在所述动平台底板上，所述超声波探伤探头设置于所述动平台底板的背面。

10.根据权利要求4所述的四旋翼的风机叶片检测装置，其特征在于，所述动平台、静平台以及旋翼电机支撑柱为镂空结构。