CN114919352B - 一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，包括飞行机构、平衡旋翼和行走机构；飞行机构包括连接杆、旋转支架和2n个飞行旋翼；连接杆底端安装在行走机构的顶面，连接杆中部或顶端设有套筒；旋转支架包括旋转杆和旋翼安装杆；旋转杆中部插设在套筒中；旋翼安装杆布设在套筒两侧的旋转杆上；平衡旋翼包括平衡旋翼叶片、平衡旋翼支架和Y型连杆；平衡旋翼叶片设在平衡旋翼支架中；Y型连杆的底端与套筒或连接杆相连接，Y型连杆的顶端具有弧形槽；平衡旋翼支架安装在Y型连杆的弧形槽上；行走机构能夹紧在杆件表面并沿杆件进行行走。本发明能够“着陆”在曲面上，还能飞行靠近杆状构件，然后夹紧并进行行走检测。

Description

一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人

技术领域

本发明涉及一种多自由检测机器人，特别是一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，在未来它的发展潜力巨大，是未来能源结构的重要组成之一。随着风电市场逐渐成熟，大型的风电机组也相继出现，风电机组的各核心部件的尺寸也越来越大，给维护检测带来了不小的挑战。

风电叶片则是风电机组中核心部件之一，它的性能直接影响风力发电系统的工作和效率。风电叶片在生产、运输以及使用过程中都会存在一定的缺陷。现在传统的叶片检测手段可分为两种：一是外表面的大缺陷，用望远镜观察；二是存在于叶片内部的缺陷，采用绳索垂降人工敲击，凭经验判断。

传统检测方法有以下几个缺点：

1)检测效率低，工作强度大。

2)高空作业，检测成本高。

3)检测时间长，停机损失大。

4）检测机器人与风电叶片的曲面贴合度不高，检测准确度低下；另外，难以兼顾对风力发电风车的杆件进行检测（如斜拉桥的缆索等）。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，该能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人能对不同角度的缆索等杆件进行检测，还能对风电叶片等曲度或斜度不同的曲面或斜面进行检测。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，包括飞行机构、平衡旋翼和行走机构。

飞行机构包括连接杆、旋转支架和2n个飞行旋翼；其中，n为不小于2的自然数。

连接杆底端固定安装在行走机构的顶面中心，连接杆中部或顶端垂直设置有套筒。

旋转支架包括旋转杆和旋翼安装杆。

旋转杆中部转动式插设在套筒中，且能主动或从动旋转。

旋翼安装杆对称布设在套筒两侧的旋转杆上。

2n个飞行旋翼对称布设在旋翼安装杆上，每个飞行旋翼均能主动或从动旋转。

平衡旋翼包括平衡旋翼叶片、平衡旋翼支架和Y型连杆。

平衡旋翼叶片设置在平衡旋翼支架中，且能主动旋转。

Y型连杆的底端与套筒或连接杆顶端相连接，Y型连杆的顶端具有弧形槽。

平衡旋翼支架转动式安装在Y型连杆的弧形槽，平衡旋翼支架的旋转轴与连接杆相垂直。

行走机构能夹紧在杆件表面并沿杆件进行行走。

平衡旋翼支架能主动旋转。

旋翼安装杆具有两根，对称布设旋转杆的两端，使得旋转支架呈工字型。

飞行旋翼具有四个，四个飞行旋翼对称布设在两根旋翼安装杆的端部。

旋翼安装杆具有两根，对称布设套筒两侧的旋转杆中部；飞行旋翼具有六个，六个飞行旋翼对称布设在两根旋翼安装杆的端部和旋转杆的端部。

旋翼安装杆具有四根，对称布设套筒两侧的旋转杆上；飞行旋翼具有八个，八个飞行旋翼对称布设在四根旋翼安装杆的端部。

行走机构还能在平面或曲面表面进行行走。

行走机构包括中间行走机构、两个侧行走机构和两个翻转机构。

中间行走机构包括主框架和设置在主框架上的万向行走机构一；万向行走机构一具有位于主框架内侧的万向轮。

两个侧行走机构对称布设在中间行走机构的两侧，每个侧行走机构均包括副框架、驱动行走机构和万向行走机构二。

两个副框架均与主框架相铰接，并能在对应翻转机构的驱动下，并实现与主框架的相对翻转与夹紧。

驱动行走机构和万向行走机构二均设置在副框架上，其中，驱动行走机构具有位于副框架内侧的主动轮，万向行走机构二具有位于副框架内侧的万向轮。

万向行走机构一、驱动行走机构和万向行走机构二均具有弹簧阻尼悬挂机构；弹簧阻尼悬挂机构安装在主框架或副框架上，弹簧阻尼悬挂机构底端安装所述万向轮或主动轮。

弹簧阻尼悬挂机构包括滑动导轨、固定块、固定连接板、活动连接板、阻尼器和弹簧。

滑动导轨底部设置所述万向轮或主动轮。

固定块、固定连接板和活动连接板从下至上依次套设在位于万向轮或主动轮上方的滑动导轨上；其中，固定块和固定连接板能相对滑动导轨滑动，活动连接板与滑动导轨固定连接。

固定块和固定连接板分别与主框架或副框架固定连接。

阻尼器和弹簧布设在固定连接板和活动连接板之间。

主框架中的万向轮具有两个，每个副框架中的主动轮和万向轮各具有一个。

本发明具有如下有益效果：本申请能够“着陆”在曲面，如风电叶片、索塔和桥墩等，且曲面贴合度高。另外，还能飞行靠近杆状构件（拉索，风力发电风车的杆子上），然后夹紧并进行行走检测。

附图说明

图1是本发明一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人的结构示意图一。

图2是本发明一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人的结构示意图二。

图3显示了本发明中平衡旋翼的局部结构示意图。

图4显示了本发明中行走机构的结构示意图一。

图5显示了本发明中行走机构的结构示意图二。

图6显示了本发明中的中间行走机构的结构示意图。

图7显示了本发明中侧行走机构的结构示意图。

图8显示了本发明中万向行走机构的结构示意图。

图9显示了本发明中驱动行走机构的结构示意图。

图10显示了本发明中弹簧阻尼悬挂机构的结构示意图一。

图11显示了本发明中弹簧阻尼悬挂机构的结构示意图二。

图12显示了本发明中弹簧阻尼悬挂机构在自然状态时的侧视图。

图13显示了图5中弹簧阻尼悬挂机构在压缩状态时的侧视图。

图14显示了本发明中行走机构在管件上行走时的示意图。

图15显示了本发明中行走机构在管件上行走时的俯视图。

图16显示了本发明中行走机构在斜面或曲面上行走时的示意图。

图17显示了本发明一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人在斜面或曲面上行走时的示意图。

图18显示了本发明一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人在管件上行走时的示意图。

其中有：

10.中间行走机构；

11.主框架；111.负载安装板；112.主弧形杆；113.主连杆；

12.万向行走机构一；

121.万向轮；

122.弹簧阻尼悬挂机构；122a.滑动导轨；122b.固定块；122c.固定连接板；122d.活动连接板；122e.阻尼器；122f.弹簧；

20.侧行走机构；

21.副框架；211.副弧形杆；212.副连杆；

22.驱动行走机构；

221.主动轮；221a.主动轮支撑架；221b.主动轮轮轴；

222.主动轮驱动装置；222a.驱动电机；222b.同步带；

23.万向行走机构二；

30.翻转机构；

31.翻转驱动装置；311.翻转驱动电机；312.翻转同步带；

32.驱动转轴；

40.飞行机构；

41.连接杆；411.套筒；

42.旋转支架；421.旋转杆；422.旋翼安装杆；

43.飞行旋翼；

50.平衡旋翼；

51.平衡旋翼支架；

52.Y型连杆；

53.平衡旋翼叶片。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，包括飞行机构40、平衡旋翼50和行走机构。

飞行机构包括连接杆41、旋转支架42和2n个飞行旋翼43；其中，n为不小于2的自然数。

连接杆底端固定安装在行走机构的顶面中心，连接杆中部或顶端垂直设置有套筒411。

旋转支架包括旋转杆421和旋翼安装杆422。

旋转杆中部转动式插设在套筒中，且能主动或从动旋转，从而使得行走机构适应不同角度的拉索和斜面。

其中，飞行旋翼的数量和旋翼安装杆的设置方式优选具有如下三种方案。

实施例1

旋翼安装杆具有两根，对称布设旋转杆的两端，使得旋转支架呈工字型。

飞行旋翼具有四个，四个飞行旋翼对称布设在两根旋翼安装杆的端部；每个飞行旋翼均能主动或从动旋转。

实施例2

旋翼安装杆具有两根，对称布设套筒两侧的旋转杆中部。

飞行旋翼具有六个，六个飞行旋翼对称布设在两根旋翼安装杆的端部和旋转杆的端部。

实施例3

旋翼安装杆具有四根，对称布设套筒两侧的旋转杆上。

飞行旋翼具有八个，八个飞行旋翼对称布设在四根旋翼安装杆的端部。

如图3所示，平衡旋翼包括平衡旋翼叶片53、平衡旋翼支架51和Y型连杆52。

平衡旋翼叶片设置在平衡旋翼支架中，且能主动旋转。

Y型连杆的底端与套筒或连接杆顶端相连接，Y型连杆的顶端具有弧形槽，Y型连杆的弧形槽转动式安装有平衡旋翼支架。

平衡旋翼支架的旋转轴与连接杆相垂直，平衡旋翼支架能主动旋转，从而驱动旋转支架旋转，进而平衡行走机构的重力，当行走机构贴合在曲面的时候还可以提供一个机构与曲面的压力。

如图4和图5所示，行走机构，包括中间行走机构10、两个侧行走机构20和两个翻转机构30。

如图6所示，中间行走机构主要包括主框架11和设置在主框架上的两个万向行走机构一12。

主框架优选包括负载安装板111、主弧形杆112和主连杆113。

主弧形杆优选有两根，平行并列设置。主弧形杆呈弧形，作为替换，主弧形杆也可以为直杆，主弧形杆也可以三根或多根。

主连杆优选设置有两根，并用于连接两根主弧形杆。两根主连杆平行并列设置在两根主弧形杆的中间，形成类工字型结构。

负载安装板套设在主连杆上，用于安装负载等功能结构。

如图4和图8所示，万向行走机构一设置在主弧形杆上，万向行走机构一具有位于主框架内侧的万向轮121以及弹簧阻尼悬挂结构122。

弹簧阻尼悬挂机构安装在主弧形杆上，如图10和图11所示，弹簧阻尼悬挂机构包括滑动导轨122a、固定块122b、固定连接板122c、活动连接板122d、阻尼器122e和弹簧122f。

其中在滑动导轨底部设置有上述的万向轮。固定块、固定连接板和活动连接板从下至上依次套设在位于万向轮或主动轮上方的滑动导轨上；其中，固定块和固定连接板能相对滑动导轨滑动，活动连接板与滑动导轨固定连接。固定块和固定连接板均与主框架固定连接。阻尼器和弹簧布设在固定连接板和活动连接板之间。阻尼器和弹簧各有两根，交错对称布设在滑动导轨四周的固定连接板和活动连接板之间。

万向轮安装在弹簧阻尼悬挂机构的底端，优选为两个，分别安装在两根主弧形杆的内侧中部。其中，每个万向轮均能够实现360°转动。

万向行走机构一由于具有万向轮与弹簧阻尼悬挂机构的配合，能够缓冲本行走机构与接触面之间碰撞产生的振动，还可以辅助本行走机构在行进过程中克服接触面粗糙、有凸起或不平整引起的相关问题。

如图12和图13所示，当万向轮触碰到接触面时，作用力会沿万向轮、滑动导轨和活动连接板方向进行传导，此时滑动导轨带动活动连接板相对于固定块进行滑动，固定连接板与滑动连接板之间的距离变大，从而使得两者之间设置的两根弹簧拉伸相应长度，期间产生的振动再由阻尼器进行减轻。整体上这种设置方式能够减轻本行走机构在行进过程中产生的相关振动问题。

如图4、图5和图7所示，主弧形杆还能够起到连接两个侧行走机构的作用。

两个侧行走机构对称布设在中间行走机构的两侧，每个侧行走机构均包括副框架21、驱动行走机构22和万向行走机构二23。

两个副框架均与主框架相铰接，并能在对应翻转机构的驱动下，并实现与主框架的相对翻转与夹紧。

每个副框架均包括副弧形杆211和副连杆212；副弧形杆有两根，平行并列设置；副连杆用于连接两根副弧形杆。每个副框架上均设置有驱动行走机构和万向行走机构二。

如图4、图5和图9所示，驱动行走机构具有位于副框架内侧的主动轮221、弹簧阻尼悬挂机构和主动轮驱动装置222。

主动轮优选安装在副框架中位于顶部的副弧形杆的外端内侧。每个主动轮221均包括主动轮支撑架221a和主动轮轮轴221b。

弹簧阻尼悬挂机构的结构同上，不同点在于：固定块和固定连接板均与副框架中位于顶部的副弧形杆固定连接，主动轮安装在滑动导轨底部。

主动轮驱动装置安装在活动连接板上，用于驱动主动轮的转动。

主动轮驱动装置优选包括驱动电机222a和同步带222b，驱动电机安装在对应活动连接板上，驱动电机通过同步带实现主动轮的旋转驱动。

万向行走机构二包括万向轮和弹簧阻尼悬挂机构。

万向行走机构二中的万向轮安装在对应副框架中位于底部的副弧形杆的外端内侧。弹簧阻尼悬挂机构的结构同上，不同点在于：固定块和固定连接板均与副框架中位于底部的副弧形杆固定连接，万向行走机构二中的万向轮安装在滑动导轨底部。

如图4和图5所示，每个翻转机构均包括翻转驱动转轴32和翻转驱动装置31。

在主框架中的两根主弧形杆与两侧副框架中的两根副弧形杆分别通过一根翻转驱动转轴相铰接；翻转驱动装置主要用于驱动转轴的旋转驱动。

翻转驱动装置优选包括翻转驱动电机311和翻转同步带312；翻转驱动电机优选安装在负载安装板上，翻转驱动电机优选通过翻转同步带实现驱动转轴的旋转驱动。作为替换，翻转驱动装置也可为齿轮传动等现有技术中已知的其他驱动机构。

如图14、图15和图16所示，中间行走机构位于整体的中心部分，能够将两侧的翻转机构进行连接工作。两侧的翻转机构用于驱动两侧行走机构“开合”。当两侧的行走机构打开的时候，可以用于平面（斜面）、曲面的行走；当两侧行走机构打合起来的时候，能够适应管状的“夹紧”，并可以在管状或杆状，比如斜拉桥的拉索上进行行走。

如图17和图18所示，本发明能够“着陆”在曲面（索塔，桥墩，风力发电风车的叶片），还能飞行靠近杆状构件（拉索，风力发电风车的杆子上），然后夹紧并进行行走检测。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，其特征在于：包括飞行机构、平衡旋翼和行走机构；

飞行机构包括连接杆、旋转支架和2n个飞行旋翼；其中，n为不小于2的自然数；

连接杆底端固定安装在行走机构的顶面中心，连接杆中部或顶端垂直设置有套筒；

旋转支架包括旋转杆和旋翼安装杆；

旋转杆中部转动式插设在套筒中，且能主动或从动旋转；

旋翼安装杆对称布设在套筒两侧的旋转杆上；

2n个飞行旋翼对称布设在旋翼安装杆上，每个飞行旋翼均能主动或从动旋转；

平衡旋翼包括平衡旋翼叶片、平衡旋翼支架和Y型连杆；

平衡旋翼叶片设置在平衡旋翼支架中，且能主动旋转；

Y型连杆的底端与套筒或连接杆顶端相连接，Y型连杆的顶端具有弧形槽；

平衡旋翼支架转动式安装在Y型连杆的弧形槽，平衡旋翼支架的旋转轴与连接杆相垂直；

行走机构包括中间行走机构、两个侧行走机构和两个翻转机构；

中间行走机构包括主框架和设置在主框架上的万向行走机构一；万向行走机构一具有位于主框架内侧的万向轮；

两个侧行走机构对称布设在中间行走机构的两侧，每个侧行走机构均包括副框架、驱动行走机构和万向行走机构二；

两个副框架均与主框架相铰接，并能在对应翻转机构的驱动下，并实现与主框架的相对翻转与夹紧；

驱动行走机构和万向行走机构二均设置在副框架上，其中，驱动行走机构具有位于副框架内侧的主动轮，万向行走机构二具有位于副框架内侧的万向轮；

行走机构能夹紧在杆件表面并沿杆件进行行走，还能在平面或曲面表面进行行走；

中间行走机构位于整体的中心部分，能够将两侧的翻转机构进行连接工作；两侧的翻转机构用于驱动两侧行走机构“开合”；当两侧的行走机构打开的时候，能用于平面或曲面的索塔、桥墩或风力发电风车的叶片上行走；当两侧行走机构合起来的时候，能够适应管状的“夹紧”，并能在管状或杆状的斜拉桥拉索或风力发电风车的杆子上进行行走检测；

平衡旋翼支架能主动旋转，从而驱动旋转支架旋转，进而平衡行走机构的重力，当行走机构贴合在曲面的时候还能提供一个行走机构与曲面的压力。

2.根据权利要求1所述的能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，其特征在于：旋翼安装杆具有两根，对称布设旋转杆的两端，使得旋转支架呈工字型。

3.根据权利要求2所述的能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，其特征在于：飞行旋翼具有四个，四个飞行旋翼对称布设在两根旋翼安装杆的端部。

4.根据权利要求1所述的能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，其特征在于：旋翼安装杆具有两根，对称布设套筒两侧的旋转杆中部；飞行旋翼具有六个，六个飞行旋翼对称布设在两根旋翼安装杆的端部和旋转杆的端部。

5.根据权利要求1所述的能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，其特征在于：旋翼安装杆具有四根，对称布设套筒两侧的旋转杆上；飞行旋翼具有八个，八个飞行旋翼对称布设在四根旋翼安装杆的端部。

6.根据权利要求1所述的能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，其特征在于：万向行走机构一、驱动行走机构和万向行走机构二均具有弹簧阻尼悬挂机构；弹簧阻尼悬挂机构安装在主框架或副框架上，弹簧阻尼悬挂机构底端安装所述万向轮或主动轮。

7.根据权利要求6所述的能与风电叶片曲面柔顺贴合的多自由度飞爬机器人，其特征在于：弹簧阻尼悬挂机构包括滑动导轨、固定块、固定连接板、活动连接板、阻尼器和弹簧；

滑动导轨底部设置所述万向轮或主动轮；

固定块、固定连接板和活动连接板从下至上依次套设在位于万向轮或主动轮上方的滑动导轨上；其中，固定块和固定连接板能相对滑动导轨滑动，活动连接板与滑动导轨固定连接；

固定块和固定连接板分别与主框架或副框架固定连接；

阻尼器和弹簧布设在固定连接板和活动连接板之间。

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