CN113650694A - 一种巡检作业机器人的爬塔底盘平台及其调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巡检作业机器人的爬塔底盘平台及其调整方法，此平台包括底盘主架、多个前驱动机构、多个后驱动机构、安装板、负重作业基台、配重旋转机构和重心调节机构；底盘主架用于套设于塔架上，各前驱动机构位于底盘主架的前端，各后驱动机构位于底盘主架的后端，安装板通过配重旋转机构与底盘主架的后端转动连接，负重作业基台位于安装板上，重心调节机构位于安装板上，用于对安装板上的部件重心进行调整；各前驱动机构和各后驱动机构均包括驱动轮和驱动件，各驱动轮均与塔架接触并在驱动件的驱动下转动以实现底盘主架在塔架上的上下行走运动。本发明具有结构简单紧凑、行走安全可靠等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及风电机组巡检技术领域，具体涉及一种巡检作业机器人的爬塔底盘平台及其调整方法。
背景技术
目前我国风电产业发展取得了举世瞩目的成绩，也成为绿色电力供应的中坚力量。现如今全国各个地方有布置有风电机组不停运转发电，成为各个地方经济发展的重要基石。但随着时间的推移，风电机组的维护与保养也日渐凸显，也成了未来绿色电力持续发展的重要保障。
通常，风电机组外部主要分为塔架(塔筒)、机架、机舱、导流罩、叶片等几大部分。经过长时间的日晒雨淋和其他因素的影响都会出现不同程度的老化与损伤。如叶片的损伤、掉漆、锈迹、焊缝、密封、裂纹、卫生、异响和塔架(塔筒)的损伤、掉漆、锈迹、焊缝、裂纹、卫生等等。这些问题对风电机组的长久运行有着致命隐患。所以，需要经常对其设备进行检测、维护与保养，才能保证风电机组安全、高效与长久。
目前，布置使用风电机组塔架(塔筒)多为直径为3-5米左右，其长度也有几十上百米。通常，风电设备的外部维护保养都是通过人工通过悬挂安全绳在塔架(塔筒)外进行高空作业，危险性极高。不仅如此，风电机组一般都布置在群山环绕的山顶，其地方偏远，人烟稀少，山路崎岖。人工作业的交通极为不便。而且山顶寒风凛冽且风大飘忽不定，时常还伴随着切变风、横向风等异常气流的气候变化影响。对高空作业的工人也有着极大的安全隐患。正因如此，风电机组设备的维护保养工人也更是稀缺，极为难求，成为电厂公司的一大难题。
根据风电机组维护与保养的需要，市场上也出现了无人机巡检机器人对设备进行检测。但无人机对风电机组的巡检能力非常有限，通常无人机巡检机器人只能保持在一定的距离之外对其叶片和塔架(塔筒)进行巡检，其机身还有一定程度的振动，对巡检的图像和影像质量都有一定影响。其变化的气流对无人机巡检机器人的影响非常大。特别是切变风等异常气流还有将无人机撞向风机叶片的风险，造成叶片的损伤、损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、行走稳定、安全可靠的巡检作业机器人的爬塔底盘平台及其调整方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种巡检作业机器人的爬塔底盘平台，包括底盘主架、多个前驱动机构、多个后驱动机构、安装板、负重作业基台、配重旋转机构和重心调节机构；所述底盘主架用于套设于塔架上，各所述前驱动机构位于所述底盘主架的前端，各所述后驱动机构位于所述底盘主架的后端，所述安装板通过所述配重旋转机构与所述底盘主架的后端转动连接，所述负重作业基台位于所述安装板上，所述重心调节机构位于所述安装板上，用于对安装板上的部件重心进行调整；各所述前驱动机构和各后驱动机构均包括驱动轮和驱动件，各所述驱动轮均与塔架接触并在驱动件的驱动下转动以实现底盘主架在塔架上的上下行走运动。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述重心调节机构包括导轨和调节件，所述导轨位于所述安装板上，爬塔底盘平台的控制柜滑动于所述导轨上，所述调节件用于驱动所述控制柜在所述导轨上滑动，从而调节安装板上各部件的重心位置。
所述调节件包括调节电机、齿轮和传动杆，所述调节电机的输出端与所述齿轮相啮合，所述齿轮套设于所述传动杆的一端，所述传动杆的另一端与所述控制柜螺纹连接。
所述底盘主架的两侧设置有导向固定机构；所述导向固定机构包括定位珠和压缩弹簧，所述压缩弹簧的一端固定于所述底盘主架上，所述定位珠固定于所述压缩弹簧的另一端，用于抵住塔架以实现底盘主架两侧的定位。
各所述驱动轮均铰接于一底座上，所述底座与底盘主架之间设置有微调机构，用于转动所述底座上的驱动轮以调整其行走方向。
所述微调机构为关节电机。
所述底座与微调机构之间设置有压力传感器，用于获取驱动轮的自锁正压力。
所述底盘主架上设置有姿态传感仪，用于获取底盘主架的运动姿态。
本发明还公开了一种基于如上所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台的调整方法，包括运动姿态的调整方法，具体包括步骤：
1)获取底盘主架的运动姿态；
2)根据所述底盘主架的运动姿态，调整各驱动件的速度，保证底盘主架处于合适的运动姿态。
作为上述技术方案的进一步改进：
还包括压力调整方法，具体包括步骤：
S1、获取各驱动轮的自锁正压力；
S2、根据各驱动轮的自锁正压力，通过重心调节机构调整安装板上各部件的位置，从而调整平台的整体重心位置，以调整各驱动轮的自锁正压力处于预设范围内。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的底盘主架受安装板上各部件的重量而自锁于塔架上(杠杆原理)，其自锁安全可靠；由于其重力自锁的原理，上述底盘主架不仅能够运用在圆柱状的塔架(塔筒)上，也能够应用于圆锥等形状的塔架(塔筒)上，适用性广；其中通过配重旋转机构的旋转，可以使得安装板上的负重作业基台处于水平状态，便于工作人员或机器人进行巡检作业；其中重心调节机构能够调整爬塔底盘平台整体的重心位置，从而调整各驱动轮与塔架之间的接触压力，保证其接触压力在合适范围内，保障整体设备上下行走的可靠性；上述整体结构简单紧凑、行走稳定可靠。
本发明的各驱动轮的行走方向均可以通过微调机构(关节电机)来进行微调，从而保证平台在行走过程中的稳定可靠性。另外，在底座与微调机构之间设置有压力传感器，用于获取驱动轮的自锁正压力(驱动轮与塔架之间的接触压力)，从而便于对其自锁正压力进行调节。
本发明在底盘主架上设置有姿态传感仪，用于获取底盘主架的运动姿态，根据其运动状态可以自动控制调整各驱动件的速度以实现差速(即各驱动轮的速度不同)，微调底盘主架整体的运动姿态，从而使底盘主架保持在正确的运动方向上。上述控制过程均为闭环控制，能够提高其调整精度。在上述平台姿态调整的同时，也同时通过微调机构(关节电机)来调整各个驱动轮的运动方向始终与塔架的轴线方向(即竖直方向)相同，从而保障其上下行走的可靠性。
本发明的底盘主架的两侧设置有导向固定机构，保障底盘主架两侧的导向固定，从而保证底盘主架平衡而不会往左右两侧倾斜。
附图说明
图1为本发明的平台在实施例的立体结构示意图。
图2为本发明的平台在实施例的主视结构示意图。
图3为本发明的平台在实施例的俯视结构示意图。
图4为本发明的平台在实施例的侧视结构示意图。
图5为图1的局部放大图。
图例说明：1、底盘主架；11、姿态传感仪；2、前驱动机构；21、驱动轮；22、驱动件；23、底座；24、微调机构；241、关节电机；25、连接柱；26、压力传感器；3、后驱动机构；4、安装板；5、负重作业基台；6、配重旋转机构；61、旋转电机；7、重心调节机构；71、导轨；72、调节件；721、调节电机；722、齿轮；723、传动杆；8、控制柜；9、导向固定机构；91、压缩弹簧；92、定位珠。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1～5所示，本实施例的巡检作业机器人的爬塔底盘平台，包括底盘主架1、控制柜8、多个前驱动机构2、多个后驱动机构3、安装板4、负重作业基台5、配重旋转机构6和重心调节机构7；底盘主架1用于套设于塔架(塔筒)上，各前驱动机构2位于底盘主架1的前端，各后驱动机构3位于底盘主架1的后端，安装板4的一端通过配重旋转机构6与底盘主架1的后端转动连接，负重作业基台5位于安装板4的另一端上，用于承载巡检作业机器人本体或者作业人员，控制柜8则位于安装板4上，重心调节机构7同样位于安装板4上，用于调整控制柜8等部件在安装板4上的位置，从而调节平台的重心位置；各前驱动机构2和各后驱动机构3的结构相同，均包括驱动轮21和驱动件22，各驱动轮21均与塔架接触并在驱动件22的驱动下转动，以实现底盘主架1在塔架上的上下行走运动。
在具体应用时，将底盘主架1套设在塔架或塔筒上，由于安装板4上设有控制柜8(内有控制系统、电池等部件)以及负重作业基台5等，受安装板4上各部件的重量影响，将使底盘主架1整体向上翘起，即前驱动机构2往上翘起，后驱动机构3则顶住塔架(此时前驱动机构2的位置高于后驱动机构3的位置)，从而实现底盘主架1受安装板4上各部件的重量而自锁于塔架上(杠杆原理)，其自锁安全可靠；由于其重力自锁的原理，上述底盘主架1不仅能够运用在圆柱状的塔架(塔筒)上，也能够应用于圆锥等形状的塔架(塔筒)上；在各驱动件22驱动相应驱动轮21转动后，使得底盘主架1克服驱动轮21与塔杆之间的摩擦力后进行自由的上下行走；其中通过配重旋转机构6的旋转，可以使得安装板4上的负重作业基台5处于水平状态，便于工作人员或机器人进行巡检作业；其中重心调节机构7能够调整爬塔底盘平台整体的重心位置，从而调整各驱动轮21与塔架之间的接触压力，保证其接触压力在合适范围内，保障整体设备上下行走的可靠性；上述整体结构简单紧凑、行走稳定可靠。
在一具体实施例中，重心调节机构7包括导轨71和调节件72，导轨71位于安装板4上，控制柜8滑设于导轨71上，调节件72用于驱动控制柜8在导轨71上滑动，从而调节控制柜8等部件在安装板4上的位置，实现平台整体重心位置的调整。具体地，调节件72包括调节电机721、齿轮722和传动杆723，调节电机721的输出端与齿轮722相啮合，齿轮722套设于传动杆723的一端，传动杆723的另一端与控制柜8上的螺母螺纹连接。在调节电机721转动时，带动齿轮722转动，传动杆723转动，从而使控制柜8在导轨71上滑动。
在一具体实施例中，如图5所示，各驱动轮21均铰接于一底座23上，底座23与底盘主架1之间设有微调机构24，通过微调机构24的旋转可以带动底座23上的驱动轮21旋转，从而实现驱动轮21行走方向的调整。具体地，微调机构24为关节电机241。在初始状态下，驱动轮21轴心方向与底座23长度方向一致，使其能让驱动轮21轴心始终与塔架(塔筒)轴心保持垂直，从而让驱动轮21能沿着塔架(塔筒)轴心方向滚动，在实际应用中效果就是使整个底盘主架1能在塔架(塔筒)中进行上下垂直行走。
另外，在底座23与微调机构24之间设置有压力传感器26，用于获取驱动轮21的自锁正压力(驱动轮21与塔架之间的接触压力)，从而便于对其自锁正压力进行调节。具体地，其中底座23与微调机构24之间通过多根连接柱25进行连接，其中多根连接柱25的布置呈圆环状，其中压力传感器26则布置于连接柱25形成圆环状范围内，即位于底座23的中部，使得压力检测更加精准。
当底盘主架1应用于不同直径或者是圆锥形状的塔架(塔筒)时，可通过重心调节机构7将控制柜8等部件进行调整，从而对整体平台的重心进行调整，从而调节各驱动轮21对塔架(塔筒)适当大小的自锁正压力，不会因其自锁正压力太大而造成平台憋死在塔架(塔筒)上，也不会因为其自锁正压力太小而存在掉落的风险。当然，在其它实施例中，在进行各驱动轮21的自锁正压力的调节时，也可以配合配重旋转机构6(旋转电机61)的转动来实现整体平台的重心调整。
在一具体实施例中，底盘主架1上设置有姿态传感仪11，用于获取底盘主架1的运动姿态。在实际应用时，底盘主架1在爬行过程中会因各种因素导致其产生水平旋转或者位置倾斜，在底盘主架1和配重旋转机构6上分别装有姿态传感仪11等感应设备，并根据对应的传感器检测其运动姿态，从而自动控制调整各驱动件22的速度以实现差速(即各驱动轮21的速度不同)，微调底盘主架1整体的运动姿态(如底盘主架1往左侧向下倾斜，此时则调整左侧的驱动轮21的速度大于右侧驱动轮21的速度)，从而使底盘主架1保持在正确的运动方向上，如底盘主架1所在的平面与塔架的轴线垂直。在上述具体调节过程之后，姿态传感仪11再将调整后姿态再反馈回来，从而形成闭环控制，进一步提高其调整精度。在上述平台姿态调整的同时，通过微调机构24(关节电机241)来调整各个驱动轮21的运动方向始终与塔架的轴线方向(即竖直方向)相同，从而保障其上下行走的可靠性。
进一步地，在安装板4上也可以安装姿态传感仪11，用于获知安装板4的姿态信息，在获知安装板4上负重作业基台5的状态后，可以自动控制配重旋转机构6的转动，从而保证负重作业基台5处于基本水平状态。
在一具体实施例中，底盘主架1的两侧设置有导向固定机构9，用于保障底盘主架1两侧的导向固定。导向固定机构9的具体结构包括定位珠92和压缩弹簧91，压缩弹簧91的一端固定于底盘主架1上，定位珠92固定于压缩弹簧91的另一端，用于抵住塔架以实现底盘主架1两侧的定位，从而保证底盘主架1平衡而不会往左右两侧倾斜。
在一具体实施例中，底盘主架1由四块支架刚性连接，构成一个矩形结构，其矩形结构的尺寸大于塔架(或塔筒)。前驱动机构2分为左右两组，根据所使用的场景中塔架(塔筒)的大小确定其间距。其中前驱动机构2中的驱动轮21为防滑驱动滚轮，对应的驱动件22为大扭矩驱动电机。后驱动机构3也分为左右两组，根据所使用的场景中塔架(塔筒)的大小确定其间距。其中后驱动机构3中的驱动轮21也为防滑驱动滚轮，对应的驱动件22为普通驱动电机。上述安装板4上的负重作业基台5可以根据需求定制多种功能的机器人，如拾音、可视、检测、作业类机器人等等。
本发明还公开了一种基于如上所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台的调整方法，包括运动姿态的调整方法，具体包括步骤：
1)获取底盘主架1的运动姿态；
2)根据底盘主架1的运动姿态，调整各驱动件22的速度，保证底盘主架1处于合适的运动姿态(底盘主架1两侧处于同一水平位置，不存在倾斜的状态)。
具体地，在底盘主架1上装有姿态传感仪11，根据姿态传感仪11检测底盘主架1的运动姿态，如底盘主架1两侧是否有倾斜，从而自动控制调整各驱动件22的速度以实现差速(即各驱动轮21的速度不同)，微调底盘主架1整体的运动姿态(如底盘主架1左侧向下倾斜，此时则调整左侧的驱动轮21的速度大于右侧驱动轮21的速度；如底盘主架1右侧向下倾斜，此时则调整右侧的驱动轮21的速度大于左侧驱动轮21的速度)，从而使底盘主架1保持在正确的运动方向上(底盘主架1所在的平面与塔架的轴线垂直)。上述具体调节过程均为闭环控制，提高其调整精度。
进一步地，在上述通过差速控制以调节底盘主架1整体的姿态时，由于底盘主架1左右两侧会适当倾斜以保持平衡，使各侧的驱动轮21也会有一定的倾斜，即各驱动轮21的行走方向与塔架的轴线方向有一定的偏差。为了解决此技术问题，可以通过姿态传感仪11检测的底盘主架1的运动姿态，从而获知对应各驱动轮21对应的行走方向，然后再通过微调机构24(关节电机241)旋转各驱动轮21，使各驱动轮21的行走方向与塔架的轴线方向一致，从而保证底盘主架1上下自由行走的可靠性。
再进一步地，在安装板4上也可以安装姿态传感仪11，用于获知安装板4的姿态信息，在获知安装板4上负重作业基台5的状态后，可以自动控制配重旋转机构6的转动，从而保证负重作业基台5处于基本水平状态。
在一具体实施例中，还包括压力调整方法，具体包括步骤：
S1、获取各驱动轮21的自锁正压力；
S2、根据各驱动轮21的自锁正压力，通过重心调节机构7调整控制柜8等部件的位置，从而调整平台的整体重心位置，以调整各驱动轮21的自锁正压力处于预设范围内。
具体地，通过重心调节机构7将控制柜8等部件的位置进行调整，从而对整体平台的重心进行调整，保持住平台对塔架(塔筒)适当大小的自锁正压力，不会因其自锁正压力太大而造成平台憋死在塔架(塔筒)上，也不会因为其自锁正压力太小而有掉落的风险。当然，在进行各驱动轮21的自锁正压力的调节时，也可以将重心调节机构7与配重旋转机构6进行配合来实现整体平台的重心调整。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种巡检作业机器人的爬塔底盘平台，其特征在于，包括底盘主架(1)、多个前驱动机构(2)、多个后驱动机构(3)、安装板(4)、负重作业基台(5)、配重旋转机构(6)和重心调节机构(7)；所述底盘主架(1)用于套设于塔架上，各所述前驱动机构(2)位于所述底盘主架(1)的前端，各所述后驱动机构(3)位于所述底盘主架(1)的后端，所述安装板(4)通过所述配重旋转机构(6)与所述底盘主架(1)的后端转动连接，所述负重作业基台(5)位于所述安装板(4)上，所述重心调节机构(7)位于所述安装板(4)上，用于对安装板(4)上的部件重心进行调整；各所述前驱动机构(2)和各后驱动机构(3)均包括驱动轮(21)和驱动件(22)，各所述驱动轮(21)均与塔架接触并在驱动件(22)的驱动下转动以实现底盘主架(1)在塔架上的上下行走运动。
2.根据权利要求1所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台，其特征在于，所述重心调节机构(7)包括导轨(71)和调节件(72)，所述导轨(71)位于所述安装板(4)上，爬塔底盘平台的控制柜(8)滑动于所述导轨(71)上，所述调节件(72)用于驱动所述控制柜(8)在所述导轨(71)上滑动，从而调节安装板(4)上各部件的重心位置。
3.根据权利要求2所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台，其特征在于，所述调节件(72)包括调节电机(721)、齿轮(722)和传动杆(723)，所述调节电机(721)的输出端与所述齿轮(722)相啮合，所述齿轮(722)套设于所述传动杆(723)的一端，所述传动杆(723)的另一端与所述控制柜(8)螺纹连接。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台，其特征在于，所述底盘主架(1)的两侧设置有导向固定机构(9)；所述导向固定机构(9)包括定位珠(92)和压缩弹簧(91)，所述压缩弹簧(91)的一端固定于所述底盘主架(1)上，所述定位珠(92)固定于所述压缩弹簧(91)的另一端，用于抵住塔架以实现底盘主架(1)两侧的定位。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台，其特征在于，各所述驱动轮(21)均铰接于一底座(23)上，所述底座(23)与底盘主架(1)之间设置有微调机构(24)，用于转动所述底座(23)上的驱动轮(21)以调整其行走方向。
6.根据权利要求5所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台，其特征在于，所述微调机构(24)为关节电机(241)。
7.根据权利要求5所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台，其特征在于，所述底座(23)与微调机构(24)之间设置有压力传感器(26)，用于获取驱动轮(21)的自锁正压力。
8.根据权利要求1～3中任意一项所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台，其特征在于，所述底盘主架(1)上设置有姿态传感仪(11)，用于获取底盘主架(1)的运动姿态。
9.一种基于权利要求1～7中任意一项所述的巡检作业机器人的爬塔底盘平台的调整方法，其特征在于，包括运动姿态的调整方法，具体包括步骤：
1)获取底盘主架(1)的运动姿态；
2)根据所述底盘主架(1)的运动姿态，调整各驱动件(22)的速度，保证底盘主架(1)处于合适的运动姿态。
10.根据权利要求9所述的调整方法，其特征在于，还包括压力调整方法，具体包括步骤：
S1、获取各驱动轮(21)的自锁正压力；
S2、根据各驱动轮(21)的自锁正压力，通过重心调节机构(7)调整安装板(4)上各部件的位置，从而调整平台的整体重心位置，以调整各驱动轮(21)的自锁正压力处于预设范围内。
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