CN112693537A - 风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，包括机身、探头夹持机构和机械足；四条机械足呈矩形布置在机身的底部，真空泵和转向电机设置在机身的顶板与底板之间，转向电机的动力输出轴垂直穿过机身的底板，与转台上端面的中心处固接；转台的下端面设有连接耳；第一关节电机固接于转台的连接耳内部，第一关节电机的动力输出轴穿过连接耳与大腿的首端固接；第二关节电机固接在小腿的首端内部，第二关节电机的动力输出轴穿过小腿与大腿的末端固接；第三关节电机固接在连接件上，第三关节电机的动力输出轴与小腿的末端固接；真空吸盘固接于连接件上，并与真空泵连通。本发明实现在垂直风力发电机叶片表面沿不同方向自由攀爬。

Description

风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台
技术领域
本发明属于无损检测装置技术领域，特别涉及一种风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台。
背景技术
风能是当前世界各国重点攻关和竞相利用的重要可持续能源之一，风力发电机一般安装在丘陵、草原、浅海等环境下。叶片是风力发电机核心的部件之一，制造成本和维护成本占到了整套风力发电机设备的20％～30％。风力发电机塔身高度大约100米左右，直径约3～4米。风力发电机叶片长度50米左右，重量达数吨，甚至十多吨重。风力发电机叶片虽然在出厂前经过严格的质量检测，但叶片表面以下还是会存在一些天然结构缺陷：例如，细微孔隙、细微裂纹、细微分层等(这种材料的天然结构缺陷不属于叶片质量问题)。由于风力发电机叶片体积和重量庞大，运输和安装的过程中可能因操作失误造成冲击损伤，通常当时不会出现明显的伤痕，但叶片内部可能已经受到了损伤，这也会引起后期隐患。叶片材料的天然结构缺陷和运输安装过程中产生的内部损伤，这些早期产生的细微孔隙、裂纹、分层等结构缺陷，在风力发电机实际工况环境中，循环受到静载荷、动载荷、温度变化等综合影响，造成了叶片疲劳裂纹产生和扩展，最终导致整个叶片疲劳产生裂痕，甚至叶片整体断裂，造成巨大经济损失。因此，风力发电机叶片内部裂纹早期诊断发现，有助于避免后期的重大损失。
风力发电机叶片疲劳裂纹的早期检测一般为人工操作，风力发电机停机后，检测人员借助大型起重机、吊索、安全绳、吊筐等辅助设备，爬升至叶片表面附近，用手持式检测装置逐片区域地检测叶片，诊断叶片疲劳裂损状态和程度，并决定是否需要专业维修。风力发电机中心轮毂离地面几十米最高可达一百多米，检测过程不仅浪费大量人力和物力，而且专业检测人员也面临极大的安全风险。因此，开发无损检测机器人平台搭载无损检测装备，针对风机叶片开展自动化的裂纹安全检测，成为风力发电场健康维护领域的一个重要技术攻关方向。
目前广泛使用的列阵超声无损检测(PAUT)探头为直径20mm、高度15mm的圆柱体形状，PAUT下表面为检测工作面。开展无损检测作业时，PAUT的检测工作面与风力发电机叶片的检测表面需紧密贴合。由于风力发电机叶片表面为经纬双维度不规则的曲面结构。当机器人平台的机械臂搭载PAUT，驱动PAUT靠近并压紧在风力发电机叶片的表面的过程中，要求机械臂能够自动补偿绕X轴(叶片宽度方向)、Y轴(叶片长度方向)的角偏差，和沿Z轴(叶片厚度方向)的位移偏差，使PAUT达到工作状态的技术要求。本申请人的发明专利“无损检测装置探头安装平台的万向节自适应调节机构”(ZL 201810573242.8)和“用于曲面无损检测的气压弹簧空间三自由度自适应机构”(ZL 201810575568.4)很好地解决了上述技术问题，使检测探头紧密贴附于风力发电机叶片表面，开展针对叶片的无损检测作业。
然而，如何保证机器人平台在进行检测的过程中牢靠吸附于风力发电机叶片表面，在大角度甚至近乎垂直的风力发电机叶片的被检测表面攀爬的可靠性，成为亟需解决的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，实现在垂直的风力发电机叶片沿不同方向自由爬行，通过探头夹持机构(如“无损检测装置探头安装平台的万向节自适应调节机构”ZL 201810573242.8和“用于曲面无损检测的气压弹簧空间三自由度自适应机构”ZL 201810575568.4)搭载无损检测探头，对风机叶片表面裂纹开展自动化的无损检测作业。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，其特征在于，所述机器人平台包括机身1、探头夹持机构3和机械足5。
四条机械足5呈矩形布置在机身1的底部，每个机械足5均包括真空泵501、转向电机502、转台503、大腿504、小腿505、连接件506、真空吸盘507、第一关节电机508、第二关节电机509和第三关节电机510。
所述机身1包括顶板和底板。
所述真空泵501和转向电机502设置在机身1的顶板与底板之间，转向电机502的动力输出轴垂直穿过机身1的底板，与转台503上端面的中心处固接；转台503的下端面设有连接耳；所述第一关节电机508固接于转台503的连接耳内部，第一关节电机508的动力输出轴穿过连接耳与大腿504的首端固接；所述第二关节电机509固接在小腿505的首端内部，第二关节电机509的动力输出轴穿过小腿505与大腿504的末端固接；所述第三关节电机510固接在连接件506上，第三关节电机510的动力输出轴与小腿505的末端固接；所述真空吸盘507固接于连接件506上，并与真空泵501连通。
直线电机4安装在机身1的底板与顶板的中心处，所述探头夹持机构3的顶端与直线电机4动力输出轴固定连接，探头夹持机构3的底端安装无损检测探头2。
所述第一关节电机508、第二关节电机509和第三关节电机510的动力输出轴均为双向动力输出轴。
所述大腿504、小腿505和连接件506均采用ABS材料3D打印制备。
检测工作状态时，机器人平台通过直线电机4将探头夹持机构3向风力发电机叶片表面伸出，使无损检测探头2紧密贴附于风力发电机叶片表面。
攀爬行进状态时，机器人平台通过直线电机4将探头夹持机构3收回，使无损检测探头2与风力发电机叶片表面间隔一定距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的足式攀爬机器人，利用足末端的真空吸盘，稳定吸附于垂直状态的风力发电机叶片表面。每条机械足的三个关节处分别布置一个电机，每个关节处具有一个转动自由度；整条机械足与机器人车身连接的转台处布置一个转向电机，整条机械足能够绕机器人车身平面转动360度。也就是说，每条机械足一共具有四个自由度。机器人前进或后退时，利用机械足关节处的3个自由度，四条机械足协同运动，实现仿生状态爬行。机器人改变运动方向时，利用机械足与机器人车身连接处的转向电机，四条机械足依次旋转一定角度后，机器人实现既定的运动路线方向。机器人能够实现在垂直风力发电机叶片表面沿不同方向自由攀爬，并利用搭载的无损检测探头，对风力发电机叶片表面裂纹开展自动化的无损检测作业。
附图说明
图1为本发明的风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台的结构示意图；
图2为本发明的风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台的检测工作状态示意图；
图3为本发明的风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台的攀爬行进状态示意图。
其中的附图标记为：
1 机身
2 无损检测探头
3 探头夹持机构
4 直线电机
5 机械足
501 真空泵
502 转向电机
503 转台
504 大腿
505 小腿
506 连接件
507 真空吸盘
508 第一关节电机
509 第二关节电机
510 第三关节电机
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，一种风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，包括机身1、探头夹持机构3和机械足5。
四条机械足5呈矩形布置在机身1的底部，每个机械足5均包括真空泵501、转向电机502、转台503、大腿504、小腿505、连接件506、真空吸盘507、第一关节电机508、第二关节电机509和第三关节电机510。
所述机身1包括顶板和底板；
所述真空泵501和转向电机502设置在机身1的顶板与底板之间，转向电机502的动力输出轴垂直穿过机身1的底板，与转台503上端面的中心处固接；转台503的下端面设有连接耳；所述第一关节电机508固接于转台503的连接耳内部，第一关节电机508的动力输出轴穿过连接耳与大腿504的首端固接；所述第二关节电机509固接在小腿505的首端内部，第二关节电机509的动力输出轴穿过小腿505与大腿504的末端固接；所述第三关节电机510固接在连接件506上，第三关节电机510的动力输出轴与小腿505的末端固接；所述真空吸盘507固接于连接件506上，并与真空泵501连通。
优选地，所述第一关节电机508、第二关节电机509和第三关节电机510的动力输出轴均为双向动力输出轴。
优选地，所述大腿504、小腿505和连接件506均采用ABS材料3D打印制备。
直线电机4安装在机身1的底板与顶板的中心处，所述探头夹持机构3的顶端与直线电机4动力输出轴固定连接，探头夹持机构3的底端安装无损检测探头2。如图2所示，检测工作状态时，机器人平台通过直线电机4将探头夹持机构3向风力发电机叶片表面伸出，使无损检测探头2紧密贴附于风力发电机叶片表面；如图3所示，攀爬行进状态时，机器人平台通过直线电机4将探头夹持机构3收回，使无损检测探头2与风力发电机叶片表面间隔一定距离，避免无损检测探头2因与风力发电机叶片表面发生碰撞而损坏。
本发明的工作过程如下：
将本发明的风力发电机叶片无损检测足式爬行机器人平台布置于风力发电机叶片表面，各机械足5的真空泵501启动，使得各真空吸盘507与风力发电机叶片表面之间产生负高压气场，形成巨大吸附力，使机器人平台稳定地吸附于垂直状态的风力发电机叶片表面。检测时，通过直线电机4将探头夹持机构3向风力发电机叶片表面伸出，使无损检测探头2紧密贴附于风力发电机叶片表面，开展自动化的无损检测作业。
整条机械足5通过转向电机502能够绕机身1平面做360°旋转；每条机械足5的三个关节处具有一个转动自由度，每条机械足5相对于机身1一共具有四个转动自由度。
机器人平台攀爬行进时，通过直线电机4将探头夹持机构3收回，使无损检测探头2与风力发电机叶片表面间隔一定距离，避免无损检测探头2因与风力发电机叶片表面发生碰撞而损坏；利用机械足5的三个关节处的自由度，实现仿生状态爬行。机器人改变行进方向时，利用机械足5的转向电机502产生的自由度，实现机器人平台在垂直风力发电机叶片表面任意方向的自由攀爬。

Claims (5)

1.一种风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，其特征在于，所述机器人平台包括机身(1)、探头夹持机构(3)和机械足(5)；
四条机械足(5)呈矩形布置在机身(1)的底部，每个机械足(5)均包括真空泵(501)、转向电机(502)、转台(503)、大腿(504)、小腿(505)、连接件(506)、真空吸盘(507)、第一关节电机(508)、第二关节电机(509)和第三关节电机(510)；
所述机身(1)包括顶板和底板；
所述真空泵(501)和转向电机(502)设置在机身(1)的顶板与底板之间，转向电机(502)的动力输出轴垂直穿过机身(1)的底板，与转台(503)上端面的中心处固接；转台(503)的下端面设有连接耳；所述第一关节电机(508)固接于转台(503)的连接耳内部，第一关节电机(508)的动力输出轴穿过连接耳与大腿(504)的首端固接；所述第二关节电机(509)固接在小腿(505)的首端内部，第二关节电机(509)的动力输出轴穿过小腿(505)与大腿(504)的末端固接；所述第三关节电机(510)固接在连接件(506)上，第三关节电机(510)的动力输出轴与小腿(505)的末端固接；所述真空吸盘(507)固接于连接件(506)上，并与真空泵(501)连通；
直线电机(4)安装在机身(1)的底板与顶板的中心处，所述探头夹持机构(3)的顶端与直线电机(4)动力输出轴固定连接，探头夹持机构(3)的底端安装无损检测探头(2)。
2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，其特征在于，所述第一关节电机(508)、第二关节电机(509)和第三关节电机(510)的动力输出轴均为双向动力输出轴。
3.根据权利要求1所述的风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，其特征在于，所述大腿(504)、小腿(505)和连接件(506)均采用ABS材料3D打印制备。
4.根据权利要求1所述的风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，其特征在于，检测工作状态时，机器人平台通过直线电机(4)将探头夹持机构(3)向风力发电机叶片表面伸出，使无损检测探头(2)紧密贴附于风力发电机叶片表面。
5.根据权利要求1所述的风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，其特征在于，攀爬行进状态时，机器人平台通过直线电机(4)将探头夹持机构(3)收回，使无损检测探头(2)与风力发电机叶片表面间隔一定距离。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113027706A (zh) * 2021-04-28 2021-06-25 上海电气集团股份有限公司 一种用以检测风机叶片的机器人装置
CN114793668A (zh) * 2022-04-15 2022-07-29 成都理工大学 一种树枝修剪智能机器人
US11959463B2 (en) * 2018-02-09 2024-04-16 Bladebug Limited Wind turbine blade inspection system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105216902A (zh) * 2015-09-29 2016-01-06 浙江大学 一种用于探测航天器表面的攀附机器人
CN106184452A (zh) * 2016-08-10 2016-12-07 西安交通大学 一种四足式电磁吸附爬壁机器人
CN107054590A (zh) * 2017-04-25 2017-08-18 重庆大学 振动吸附式水下四足爬壁机器人
CN206606271U (zh) * 2017-03-15 2017-11-03 上海未来伙伴机器人有限公司 机器人腿部舵机以及机器人
CN109050701A (zh) * 2018-07-13 2018-12-21 西南石油大学 一种足式磁吸附爬壁机器人
CN209921455U (zh) * 2019-01-22 2020-01-10 浙江工业大学 一种用于平面建筑结构探伤的爬壁机器人检测系统
CN210364126U (zh) * 2019-07-24 2020-04-21 杭州萤石软件有限公司 多足式移动机器人
CN111591368A (zh) * 2020-05-06 2020-08-28 江苏警官学院 基于钩爪连续旋转抓附的机械脚掌及腿及机器人与方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105216902A (zh) * 2015-09-29 2016-01-06 浙江大学 一种用于探测航天器表面的攀附机器人
CN106184452A (zh) * 2016-08-10 2016-12-07 西安交通大学 一种四足式电磁吸附爬壁机器人
CN206606271U (zh) * 2017-03-15 2017-11-03 上海未来伙伴机器人有限公司 机器人腿部舵机以及机器人
CN107054590A (zh) * 2017-04-25 2017-08-18 重庆大学 振动吸附式水下四足爬壁机器人
CN109050701A (zh) * 2018-07-13 2018-12-21 西南石油大学 一种足式磁吸附爬壁机器人
CN209921455U (zh) * 2019-01-22 2020-01-10 浙江工业大学 一种用于平面建筑结构探伤的爬壁机器人检测系统
CN210364126U (zh) * 2019-07-24 2020-04-21 杭州萤石软件有限公司 多足式移动机器人
CN111591368A (zh) * 2020-05-06 2020-08-28 江苏警官学院 基于钩爪连续旋转抓附的机械脚掌及腿及机器人与方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11959463B2 (en) * 2018-02-09 2024-04-16 Bladebug Limited Wind turbine blade inspection system
CN113027706A (zh) * 2021-04-28 2021-06-25 上海电气集团股份有限公司 一种用以检测风机叶片的机器人装置
CN114793668A (zh) * 2022-04-15 2022-07-29 成都理工大学 一种树枝修剪智能机器人

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