CN116652574B - 一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电技术领域，公开了一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，包括：S1、行走机构行走至所需紧固的螺栓；S2、升降座带动紧固组件向下移动，获取紧固组件的当前下降距离；当当前下降距离为第一预设下降距离时，进入步骤S3；当当前下降距离位于第二预设下降距离时，进入步骤S4；S3、升降座带动紧固组件向下移动，直至柔性链松动；紧固套筒相对于紧固组件转动，直至套住螺母；S4、升降座带动所述紧固组件向下移动，直至紧固组件的下降距离不变，且柔性链松动时，紧固套筒拧紧螺栓。本方案提出的螺栓紧固方法，在确保螺栓紧固方法的作业速度和精度的前提下，对风电塔筒作业机器人起到有效的保护作用，延长风电塔筒作业机器人的使用寿命。

Description

一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法。

背景技术

螺栓连接具有工艺要求较低、结构简单和装拆方便特点，且其结构可靠，强度高，是应用极为广泛的一类机械零件。在各种机械、设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑、结构、工具、仪器、仪表和用品等上面都可以看到各式各样的螺栓。对于重大工程及重型机械设备而言，螺栓的检测防松问题已经成为全世界范围内的重大科学瓶颈。特别是对于中大型风力发电机组而言，其所使用的螺栓数量十分巨大，且通常在位置狭小且不易检查的位置，抑或在风险较高的危险处；另外，风力发电机组因为长期工作在野外、暴晒和雷雨等恶劣环境中，其损坏率高达40～50％，同时由于风力发电设备的维护技术跟不上风力发电的发展速度，一旦其关键零部件（如齿轮、轴承、叶片等）发生故障，将会使设备损坏、发电机停机，带来严重的经济损失。因此，为保证风力发电系统可靠稳定运行，降低系统的维护成本，保证风电塔筒的每个螺栓都处在标准扭矩范围内是十分必要的。

风电塔筒的侧壁底部一般向外倾斜设置，风电塔筒的内侧壁设置有环绕塔筒的紧固平台，而紧固螺栓则间隔均匀地围绕于紧固平台的顶部。以往，国内的风力发电企业通过人工攀爬来逐一检测紧固螺栓，而人员攀爬检测主要采取简单的扳手检测，检测难度大风险高，效率低。此外，由于是人工检测，其效率和精度都难以保障，且受天气的客观因素影响较大，受环境及工程技术人员水平限制，检测及紧固质量难以保证。

为了解决人工检测带来的效率和安全问题，一些风力发电企业研制出用于实现风力发电机组塔筒螺栓快速紧固的作业装置，而现有的螺栓紧固装置一般包括行走机构和紧固机构，其中，行走机构用于令紧固机构能够沿风电塔筒的内侧壁移动，紧固机构用于拧紧位于紧固平台的螺栓。

现有的螺栓紧固装置一般携带自动扳手，通过自动扳手对螺栓施加扭矩，从而实现螺栓的拧紧。由于现有装置中的自动扳手一般与紧固机构中的其他部件刚性连接，当自动扳手向螺栓施加扭矩时，紧固装置也会受到扭矩施加时的反作用而发生小幅度的结构扭转，而该小幅度的结构扭转可能会导致紧固机构中的其他部件，甚至行走机构的部件损坏，不利于延长螺栓紧固装置的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提出一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，在风电塔筒作业机器人的结构上通过增设柔性链，以缓冲并抵消拧紧螺栓时所带来的作用力，并根据结构的设置对其螺栓紧固方法进行改进，以在确保螺栓紧固方法的作业速度和精度的前提下，对风电塔筒作业机器人起到有效的保护作用，延长风电塔筒作业机器人的使用寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，适用于风电塔筒作业机器人，所述风电塔筒作业机器人包括行走机构和紧固机构，所述紧固机构安装于所述行走机构；

所述紧固机构包括升降座、柔性链和紧固组件，所述升降座可上下移动地安装于所述行走机构，所述紧固组件设置于所述升降座的下方，且所述升降座和所述紧固组件之间通过所述柔性链相连，所述升降座通过所述柔性链带动所述紧固组件的上下移动；所述紧固组件的底部设置有用于容纳螺母的紧固套筒，且所述紧固套筒可相对于所述紧固组件转动；

S1、所述行走机构行走至所需紧固的螺栓；

S2、所述升降座带动所述紧固组件向下移动，直至所述紧固组件的下降距离不变时，获取所述紧固组件的当前下降距离；

当所述紧固组件的当前下降距离为第一预设下降距离时，进入步骤S3；

当所述紧固套筒套住螺母，且所述紧固组件的当前下降距离位于第二预设下降距离时，进入步骤S4；

S3、所述升降座带动所述紧固组件向下移动，直至所述柔性链松动；所述紧固套筒相对于所述紧固组件转动，直至所述紧固套筒套住螺母；

S4、所述升降座带动所述紧固组件向下移动，直至所述紧固组件的下降距离不变，并且所述柔性链松动时，所述紧固套筒相对于所述紧固组件转动并拧紧螺栓；

S5、所述升降座带动所述紧固组件向上移动，直至所述紧固组件脱离螺栓，行走机构启动并行走至下一所需紧固的螺栓。

优选的，步骤S2还包括：

当所述紧固套筒没有套住螺母，且所述紧固组件的当前下降距离位于第二预设下降距离时，发出异常状态报警信号；

当所述紧固组件的当前下降距离位于第三预设下降距离时，发出异常状态报警信号。

优选的，步骤S3中，所述升降座带动所述紧固组件向下移动的下降距离小于所述柔性链的长度的2/3。

优选的，所述紧固组件还包括驱动扳手，所述驱动扳手设置于所述柔性链和所述紧固套筒之间；所述驱动扳手包括驱动轴、扳手本体和反作用力臂，所述紧固套筒可转动地安装于所述驱动轴的底部；所述扳手本体可转动地套装于所述驱动轴的外部，所述反作用力臂安装于所述扳手本体的一侧，且所述反作用力臂的外侧设置有与风电塔筒的侧壁相抵的反作用面；

步骤S4中，所述紧固套筒相对于所述紧固组件转动并拧紧螺栓包括：

所述驱动轴带动反作用力臂转动，直至所述反作用面与风电塔筒的侧壁相抵；

所述驱动轴带动所述紧固套筒转动，直至所述紧固套筒拧紧螺栓。

优选的，所述紧固机构还包括距离检测器，所述距离检测器安装于所述行走机构，且所述距离检测器的检测端对准所述紧固组件的顶部；

步骤S2中，通过所述距离检测器获取所述紧固组件的下降距离。

优选的，步骤S5包括：

S51、所述升降座带动所述紧固组件向上移动，通过所述距离检测器获取所述距离检测器的检测端与所述紧固组件之间的上升间距；

当上升间距小于上升阈值时，进入步骤S52；

S52、所述升降座停止带动所述紧固组件向上移动，行走机构启动并行走至下一所需紧固的螺栓。

优选的，所述紧固机构还包括升降驱动器，所述升降驱动器安装于所述行走机构，且所述升降驱动器的输出端与所述升降座相连，所述升降驱动器用于驱动所述升降座的上下移动，所述升降驱动器电联接于所述距离检测器；

步骤S5包括：

S51、所述升降驱动器开启驱动所述紧固组件向上移动，通过所述距离检测器获取所述距离检测器的检测端与所述紧固组件之间的上升间距；

当上升间距小于上升阈值时，进入步骤S52；

当上升间距大于等于上升阈值时，进入步骤S53；

S52、所述升降驱动器关闭，行走机构启动并行走至下一所需紧固的螺栓；

S53、获取所述升降驱动器的驱动参数；

当所述升降驱动器的驱动参数在标准参数范围内时，进入步骤S51；

当所述升降驱动器的驱动参数不在标准参数范围内时，所述升降驱动器关闭，并发出异常状态报警信号。

优选的，所述紧固机构还包括激光定位传感器，所述激光定位传感器安装于所述行走机构，且所述激光定位传感器靠近所述紧固套筒设置；所述激光定位传感器电联接于所述行走机构，且所述激光定位传感器的激光发射端朝向风电塔筒的侧壁；

步骤S1包括：

S11、所述行走机构按照预设速度沿紧固平台匀速行走，并获取所述激光定位传感器所发出的激光光束的实时长度；

当激光光束的实时长度小于第一预设长度时，进入步骤S12；

S12、获取激光光束的实时长度与第二预设长度之间的差值e(t)；

基于PID算法，计算运行速度v(t)；

;

其中，K_p、K_i、K_d均为常数；

所述行走机构按照运行速度沿紧固平台行走；

S13、比较运行速度和运行阈值；

当运行速度大于等于运行阈值时，进入步骤S12并更新运行速度；

当运行速度小于运行阈值时，进入步骤S14；

S14、所述行走机构停止行走。

优选的，所述第一预设长度为，当所述激光定位传感器所发出的激光光束末端落在风电塔筒的侧壁时，所述激光定位传感器所发出的激光光束的长度；

所述第二预设长度为，当所述紧固套筒和螺母同轴时，所述激光定位传感器所发出的激光光束的长度。

优选的，所述激光光束的发射方向与所述行走机构的行走方向的切线相互垂直；

所述第二预设长度为，当所述激光定位传感器所发出的激光光束末端落在螺栓的侧壁时，所述激光定位传感器所发出的激光光束的最短长度。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

将紧固机构进行了分体设计，将用于实现升降功能的升降座和用于拧紧螺栓的紧固组件设计为独立的结构，并将上述两个独立的结构利用柔性链（包括但不限于铁链、安全绳等）进行连接。在对紧固组件进行升降时，升降座通过柔性链带动紧固组件进行上升和下降，柔性链的设置不会影响紧固组件升降动作的正常实现；而当紧固组件需要施加扭矩拧紧螺栓时，其反作用力会被柔性链缓冲并抵消，从而避免升降组件甚至作业机器人的其他结构受到上述反作用力而发生损坏，从而能有效延长作业机器人的使用寿命。

根据结构改进后的紧固机构，对作业机器人的螺栓紧固方法进行改进，以在确保螺栓紧固方法的作业速度和精度的前提下，对风电塔筒作业机器人起到有效的保护作用，从而更有利于延长风电塔筒作业机器人的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法中所适用的风电塔筒作业机器人的一个视角的作业过程示意图。

图2是本发明一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法中所适用的风电塔筒作业机器人的另一个视角的作业过程示意图。

图3是本发明一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法中所适用的风电塔筒作业机器人的一个视角的局部结构示意图。

图4是本发明一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法中所适用的风电塔筒作业机器人的另一个视角的局部结构示意图。

图5是本发明一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法的流程图。

其中：行走机构1；

紧固机构2、升降座21、柔性链22、紧固组件23、驱动扳手232、扳手本体2321、反作用力臂2322、紧固套筒233、距离检测器24、升降驱动器25、激光定位传感器26；

风电塔筒3、紧固平台31；

螺栓4、螺杆41、螺母42。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本技术方案提供了一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，适用于风电塔筒作业机器人，所述风电塔筒作业机器人包括行走机构1和紧固机构2，所述紧固机构2安装于所述行走机构1；

所述紧固机构2包括升降座21、柔性链22和紧固组件23，所述升降座21可上下移动地安装于所述行走机构1，所述紧固组件23设置于所述升降座21的下方，且所述升降座21和所述紧固组件23之间通过所述柔性链22相连，所述升降座21通过所述柔性链22带动所述紧固组件23的上下移动；所述紧固组件23的底部设置有用于容纳螺母42的紧固套筒233，且所述紧固套筒233可相对于所述紧固组件23转动；

S1、所述行走机构1行走至所需紧固的螺栓4；

S2、所述升降座21带动所述紧固组件23向下移动，直至所述紧固组件23的下降距离不变时，获取所述紧固组件23的当前下降距离；

当所述紧固组件23的当前下降距离为第一预设下降距离时，进入步骤S3；

当所述紧固套筒233套住螺母42，且所述紧固组件23的当前下降距离位于第二预设下降距离时，进入步骤S4；

S3、所述升降座21带动所述紧固组件23向下移动，直至所述柔性链22松动；所述紧固套筒233相对于所述紧固组件23转动，直至所述紧固套筒233套住螺母42；

S4、所述升降座21带动所述紧固组件23向下移动，直至所述紧固组件23的下降距离不变，并且所述柔性链22松动时，所述紧固套筒233相对于所述紧固组件23转动并拧紧螺栓4；

S5、所述升降座21带动所述紧固组件23向上移动，直至所述紧固组件23脱离螺栓4，行走机构1启动并行走至下一所需紧固的螺栓4。

为了进一步使螺栓紧固装置更满足其作业需求，本方案提出了一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，其适用于具有柔性链22结构的风电塔筒作业机器人，

并通过柔性链22缓冲并抵消拧紧螺栓时所带来的作用力。

具体地，如图1-4所示，本方案所适用的风电塔筒作业机器人包括行走机构1和紧固机构2，其中，行走机构1用于沿风电塔筒3的紧固平台31行走，紧固机构2用于对位于紧固平台31的螺栓4进行紧固。另外需要说明的是，本案所提到的螺栓4包括螺杆41和螺母42，转动螺母42可实现螺栓4在紧固平台31上的拧紧。

由于现有装置中的液压扳手一般与紧固机构中的其他部件刚性连接，当液压扳手向螺栓施加扭矩时，紧固装置也会受到扭矩施加时的反作用而发生小幅度的结构扭转，而该小幅度的结构扭转可能会导致紧固机构2中的其他部件，甚至会对行走机构1的部件损坏，不利于延长螺栓紧固装置的使用寿命。

因此，为了避免紧固机构2在对螺栓4施加扭矩时，其反作用力作用于作业机器人的其他结构，从而增大作业机器人寿命降低的风险，本方案将紧固机构2进行了分体设计，将用于实现升降功能的升降座21和用于拧紧螺栓4的紧固组件23设计为独立的结构，并将上述两个独立的结构利用柔性链22（包括但不限于铁链、安全绳等）进行连接。在对紧固组件23进行升降时，升降座21可相对于行走机构1上下移动，并通过柔性链22带动紧固组件23进行上升和下降，柔性链22的设置不会影响紧固组件23升降动作的正常实现；而当紧固组件23需要施加扭矩拧紧螺栓4时，其反作用力会被松动的柔性链22缓冲并抵消，从而避免升降座21甚至行走机构1受到上述反作用力而发生损坏，从而能有效延长作业机器人的使用寿命。

进一步地，本方案还根据结构改进后的紧固机构2，对作业机器人的螺栓紧固方法进行改进，以在确保螺栓紧固方法的作业速度和精度的前提下，对风电塔筒作业机器人起到有效的保护作用，从而更有利于延长风电塔筒作业机器人的使用寿命。

具体地，本案的螺栓紧固方法首先通过作业机器人的行走机构1将紧固机构2行走至所需紧固的螺栓4。行走机构1的行走位置准确时，在紧固组件23的下降过程中，紧固套筒233可能会发生以下两种情况：

紧固套筒233的容纳腔形状（如为正六边形）与螺栓4的螺母42的形状（如六角螺母）匹配，在升降座21的带动下，紧固套筒233的下表面可与紧固平台31的上表面相互接触。因此，当紧固套筒233的下表面与紧固平台31的上表面相互接触时，说明此时紧固套筒233已套住螺母42，不需要进行额外的匹配调整；接下来，只需要使紧固组件23继续下降，并使柔性链22松动，令紧固套筒233的转动具有一定的自由度，即可向紧固套筒233施加扭矩并拧紧螺栓4。上述情况下简称“匹配状态”。

紧固套筒233的容纳腔形状（如为正六边形）与螺栓4的螺母42的形状（如六角螺母）不匹配，在升降座21的带动下，紧固套筒233的下表面只能与螺母42的上表面相互接触。因此，当紧固套筒233的下表面与螺母42的上表面相互接触时，此时需要先令紧固组件23下降一段距离并使柔性链22松动，令紧固套筒233的转动具有一定的自由度后向紧固套筒233施加扭矩，直至紧固套筒233在重力的作用下套住螺母42；接下来，再令紧固组件23下降，直至紧固套筒233的下表面与紧固平台31的上表面相互接触，在此基础上再令紧固组件23下降，并使柔性链22松动，令紧固套筒233的转动具有一定的自由度，再向紧固套筒233施加扭矩并拧紧螺栓4。上述情况下简称“调整状态”。

因此，为使作业机器人的螺栓紧固方法适应上述两种情况，本方案在步骤S2中引入了紧固组件23的当前下降距离（指的是紧固组件23下表面的初始位置与紧固组件23下表面的当前位置之间的距离）这一参数，并令其与第一预设下降距离和第二预设下降距离进行比较，以判断紧固组件23的下降距离不变时，紧固套筒233处于匹配状态还是调整状态，从而根据相应的状态进行不同的步骤，最终实现螺栓4的拧紧。

需要说明的是，当紧固组件23的当前下降距离为第一预设下降距离时，说明此时紧固套筒233处于调整状态，紧固套筒233的下表面与螺母42的上表面相互接触。第一预设下降距离可以为紧固组件23下表面的初始位置与螺母42的上表面之间的距离值，或预设距离范围，在此不作限定。

而当紧固套筒233套住螺母42，且紧固组件23的当前下降距离为第二预设下降距离时，说明此时紧固套筒233处于匹配状态，紧固套筒233的下表面与紧固平台31的上表面相互接触。第二预设下降距离可以为紧固组件23下表面的初始位置与紧固平台31的上表面之间的距离值，或预设距离范围，在此不作限定。

需要另外说明的是，本方案的行走机构1为可以在风电塔筒3的紧固平台31上进行行走的任意的移动结构，在此不作限定。

在本技术方案的一个优选实施例中，所述紧固机构2还包括液压扳手（图中未标示）。通过液压扳手对紧固套筒233施出扭矩并拧动螺母42。在螺栓紧固方法中，可以将液压扳手的液压值转换成电压值，通过监控电压值的变换情况来反映实际的扭矩输出情况。

在本技术方案的另一个优选实施例中，所述紧固机构2还包括摄像头（图中未标示）通过摄像头对螺栓紧固过程进行全程录像，同时对紧固套筒233的工作情况进行跟踪，通过观测紧固套筒233是否有实际转动来确认液压扳手是否有效作业。

更进一步说明，步骤S2还包括：

当所述紧固套筒233没有套住螺母42，且所述紧固组件23的当前下降距离位于第二预设下降距离时，发出异常状态报警信号；

当所述紧固组件23的当前下降距离位于第三预设下降距离时，发出异常状态报警信号。

上述匹配状态和调整状态的判定，都是基于行走机构1的行走位置准确时所界定的。为避免行走机构1的行走位置不准确，本案还增设了两种异常状态的判定。需要说明的是，本案中行走机构1的行走位置准确，指的是在行走机构1的带动下，紧固套筒233与螺栓4同轴；行走机构1的行走位置不准确，指的是在行走机构1的带动下，紧固套筒233与螺栓4不同轴。

具体地，在紧固套筒233与螺栓4不同轴的情况下，紧固套筒233可能会发生以下两种情况：

在升降座21的带动下，紧固套筒233的下表面与螺杆41的上表面相互接触。第二，在升降座21的带动下，紧固套筒233的下表面与紧固平台31的上表面相互接触，紧固套筒233并没有套住螺母42。针对上述两种情况，本案由作业机器人发出异常状态报警信号，由技术人员进行后续调试和维修。

更进一步说明，步骤S3中，所述升降座21带动所述紧固组件23向下移动的下降距离小于所述柔性链22的长度的2/3。

在本技术方案的一个优选实施例中，将步骤S3中紧固组件23用于调整的下降距离优选为小于柔性链22的长度的2/3，可以保证在有效调整的前提下，提升作业机器人的紧固效率。

更进一步说明，所述紧固组件还包括驱动扳手232，所述驱动扳手232设置于所述柔性链22和所述紧固套筒233之间；所述驱动扳手232包括驱动轴（图中未显示）、扳手本体2321和反作用力臂2322，所述紧固套筒233可转动地安装于所述驱动轴的底部；所述扳手本体2321可转动地套装于所述驱动轴的外部，所述反作用力臂2322安装于所述扳手本体2321的一侧，且所述反作用力臂2322的外侧设置有与风电塔筒3的侧壁相抵的反作用面。为了确保设置有柔性链22的紧固机构2实现螺栓4的有效拧紧，本方案特别在扳手本体2321的外侧突出设置有反作用力臂2322，其可以在紧固套筒233拧紧螺栓的过程中与风电塔筒3的侧壁相抵，以拓宽紧固套筒233的转动范围，确保螺栓4的拧紧。

步骤S4中，所述紧固套筒233相对于所述紧固组件23转动并拧紧螺栓包括：

所述驱动轴带动反作用力臂2322转动，直至所述反作用面与风电塔筒3的侧壁相抵；

所述驱动轴带动所述紧固套筒233转动，直至所述紧固套筒233拧紧螺栓4。

作为本技术方案的一个优选实施例，当紧固套筒233完全套住螺栓4，且柔性链22松动时，驱动扳手232向紧固套筒233输出扭矩，使其拧紧螺栓4的动作可分为两个阶段：

第一阶段，此时紧固套筒233完全套住螺栓4，而扳手本体2321和反作用力臂2322无结构可依附，因此驱动轴所输出的扭矩会先作用于扳手本体2321和反作用力臂2322，使扳手本体2321和反作用力臂2322转动一定角度后，反作用力臂2322的反作用面与风电塔筒3的侧壁相抵；

第二阶段，此时紧固套筒233完全套住螺栓4，且反作用力臂2322的反作用面与风电塔筒3的侧壁相抵，而由于反作用力臂2322和风电塔筒3之间的作用力大于紧固套筒233和螺栓4之间的作用力，因此驱动轴所输出的扭矩会作用于紧固套筒233，使紧固套筒233转动并拧紧螺栓4。

更进一步说明，螺母42为六角螺母，步骤S3中，所述紧固套筒233相对于所述紧固组件23转动的转动角度小于60°。

现有风电塔筒螺栓4的螺母42一般为六角螺母，在本技术方案的另一个优选实施例中，将步骤S3中紧固套筒233用于调整的转动角度优选为小于60°，可以保护在有效调整的前提下，更进一步提升作业机器人的紧固效率。

更进一步说明，所述紧固机构2还包括距离检测器24，所述距离检测器24安装于所述行走机构1，且所述距离检测器24的检测端对准所述紧固组件23的顶部；

步骤S2中，通过所述距离检测器24获取所述紧固组件23的下降距离。

更进一步地，为了提升紧固机构2的自动化程度和螺栓紧固方法的作业精度，本方案还增设有距离检测器24，并通过距离检测器24获取紧固组件23的下降距离。需要说明的是，当使用距离检测器24获取紧固组件23的下降距离时，可以通过下降前距离检测器24的检测端与紧固组件23之间的距离，与下降后距离检测器24的检测端与紧固组件23之间的距离进行相减，其差值即为紧固组件23的下降距离。

优选的，所述距离检测器24为拉绳位移传感器，且所述拉绳位移传感器的检测绳与所述紧固组件23的顶部相连。

更进一步说明，步骤S5包括：

S51、所述升降座21带动所述紧固组件23向上移动，通过所述距离检测器24获取所述距离检测器24的检测端与所述紧固组件23之间的上升间距；

当上升间距小于上升阈值时，进入步骤S52；

S52、所述升降座21停止带动所述紧固组件23向上移动，行走机构1启动并行走至下一所需紧固的螺栓4。

进一步地，在本案螺栓紧固方法中，还设计了行走机构1向前行走的节点，以提升螺栓紧固方法的作业效率。需要说明的是，上升阈值为紧固组件23完全脱离螺栓4时，距离检测器24的检测端与紧固组件23之间的距离值，或预设距离范围，在此不作限定。

更进一步说明，所述紧固机构2还包括升降驱动器25，所述升降驱动器25安装于所述行走机构1，且所述升降驱动器25的输出端与所述升降座21相连，所述升降驱动器25用于驱动所述升降座21的上下移动，所述升降驱动器25电联接于所述距离检测器24；

步骤S5包括：

S51、所述升降驱动器25开启驱动所述紧固组件23向上移动，通过所述距离检测器24获取所述距离检测器24的检测端与所述紧固组件23之间的上升间距；

当上升间距小于上升阈值时，进入步骤S52；

当上升间距大于等于上升阈值时，进入步骤S53；

S52、所述升降驱动器25关闭，行走机构1启动并行走至下一所需紧固的螺栓4；

S53、获取所述升降驱动器25的驱动参数；

当所述升降驱动器25的驱动参数在标准参数范围内时，进入步骤S51；

当所述升降驱动器25的驱动参数不在标准参数范围内时，所述升降驱动器25关闭，并发出异常状态报警信号。

在现有螺栓紧固装置的作业方法中，在螺栓4被拧紧后，一般仅驱动套筒上升并脱离螺栓4，缺乏对套筒上升过程中，用于驱动套筒上升的驱动器的运行考虑。

因此，本方案还在紧固组件23的上升过程中对升降驱动器25的驱动参数（如电流等）进行持续获取，并由于判断紧固套筒233是否与螺母42卡住，以进一步对作业机器人起到保护作用，延长其使用寿命。

更进一步说明，所述紧固机构2还包括激光定位传感器26，所述激光定位传感器26安装于所述行走机构1，且所述激光定位传感器25靠近所述紧固套筒233设置；所述激光定位传感器25电联接于所述行走机构1，且所述激光定位传感器25的激光发射端朝向风电塔筒3的侧壁；

步骤S1包括：

S11、所述行走机构1按照预设速度沿紧固平台31匀速行走，并获取所述激光定位传感器25所发出的激光光束的实时长度；

当激光光束的实时长度小于第一预设长度时，进入步骤S12；

S12、获取激光光束的实时长度与第二预设长度之间的差值e(t)；

基于PID算法，计算运行速度v(t)；

；

其中，K_p、K_i、K_d均为常数，均可由技术人员根据实际情况进行设定；

所述行走机构1按照运行速度沿紧固平台31行走；

S13、比较运行速度和运行阈值；

当运行速度大于等于运行阈值时，进入步骤S12并更新运行速度；

当运行速度小于运行阈值时，进入步骤S14；

S14、所述行走机构1停止行走。

另外，现有螺栓紧固装置的行走机构在行走过程中缺乏对其运动流畅性的控制，使得行走机构行走到所需紧固的螺栓时，行走机构容易刹停，因此难以保证紧固套筒233与螺栓4同轴，极大地影响了作业机器人的作业精度。

因此，为了进一步提升螺栓紧固方法的作业精度，本案在行走机构1的行走过程中引入了PID算法对其进行控制。

具体地，行走机构1首先以预设速度沿紧固平台31匀速行走，并在行走过程中通过激光定位传感器26发出激光光束，同时对激光光束的长度进行实时获取。当激光光束的实时长度小于第一预设长度时，说明行走机构1已靠近所需紧固的螺栓4；此时基于PID算法，计算行走机构1下一步的运行速度，并根据取激光光束的实时长度与第二预设长度之间的差值e(t)进行更新，可以让行走机构1在令紧固套筒233与螺栓4同轴的过程中的行走更加顺滑，减少作业机器人的运动顿挫。

需要说明的是，运行阈值指的是，在此运行速度下，行走机构1的停止不容易影响作业机器人的作业精度，在此不作限定。而在本方案的一个优选实施例中，运行阈值为1e-3。

更进一步说明，所述第一预设长度为，当所述激光定位传感器25所发出的激光光束末端落在风电塔筒3的侧壁时，所述激光定位传感器25所发出的激光光束的长度；

所述第二预设长度为，当所述紧固套筒233和螺母42同轴时，所述激光定位传感器25所发出的激光光束的长度。

更进一步说明，所述激光光束的发射方向与所述行走机构1的行走方向的切线相互垂直；

所述第二预设长度为，当所述激光定位传感器25所发出的激光光束末端落在螺栓4的侧壁时，所述激光定位传感器25所发出的激光光束的最短长度。

在本技术方案的一个优选实施例中，第一预设长度为激光定位传感器25和风电塔筒3之间的距离，第二预设长度为行走机构1的行走位置准确时，激光定位传感器25和螺栓4之间的距离。当激光光束的实时长度小于第一预设长度时，说明激光光束的末端已落在螺栓4上，即行走机构1已靠近所需紧固的螺栓4，并从该节点开始调整行走机构1的运行速度。

需要说明的是，激光光束末端落在螺栓4的侧壁时，可以落在螺杆41或螺母42的侧壁，在此不作限定。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，适用于风电塔筒作业机器人，其特征在于：所述风电塔筒作业机器人包括行走机构和紧固机构，所述紧固机构安装于所述行走机构；

所述紧固机构包括升降座、柔性链和紧固组件，所述升降座可上下移动地安装于所述行走机构，所述紧固组件设置于所述升降座的下方，且所述升降座和所述紧固组件之间通过所述柔性链相连，所述升降座通过所述柔性链带动所述紧固组件的上下移动；所述紧固组件的底部设置有用于容纳螺母的紧固套筒，且所述紧固套筒可相对于所述紧固组件转动；

所述紧固方法的具体步骤：

S1、所述行走机构行走至所需紧固的螺栓；

S2、所述升降座带动所述紧固组件向下移动，直至所述紧固组件的下降距离不变时，获取所述紧固组件的当前下降距离；

当所述紧固组件的当前下降距离为第一预设下降距离时，进入步骤S3；

当所述紧固套筒套住螺母，且所述紧固组件的当前下降距离位于第二预设下降距离时，进入步骤S4；

S3、所述升降座带动所述紧固组件向下移动，直至所述柔性链松动；所述紧固套筒相对于所述紧固组件转动，直至所述紧固套筒套住螺母；

S4、所述升降座带动所述紧固组件向下移动，直至所述紧固组件的下降距离不变，并且所述柔性链松动时，所述紧固套筒相对于所述紧固组件转动并拧紧螺栓；

S5、所述升降座带动所述紧固组件向上移动，直至所述紧固组件脱离螺栓，行走机构启动并行走至下一所需紧固的螺栓；

所述第一预设下降距离为，所述紧固组件下表面的初始位置与螺母的上表面之间的距离值或预设距离范围；

所述第二预设下降距离为，所述紧固组件下表面的初始位置与紧固平台的上表面之间的距离值或预设距离范围。

2.根据权利要求1所述的一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，其特征在于：步骤S2还包括：

当所述紧固套筒没有套住螺母，且所述紧固组件的当前下降距离位于第二预设下降距离时，发出异常状态报警信号；

当所述紧固组件的当前下降距离位于第三预设下降距离时，发出异常状态报警信号；

所述第三预设下降距离为，所述紧固套筒的下表面与螺杆的上表面相互接触时，所述紧固组件下表面的初始位置与螺杆的上表面之间的距离。

3.根据权利要求1所述的一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，其特征在于：步骤S3中，所述升降座带动所述紧固组件向下移动的下降距离小于所述柔性链的长度的2/3。

4.根据权利要求1所述的一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，其特征在于：所述紧固组件还包括驱动扳手，所述驱动扳手设置于所述柔性链和所述紧固套筒之间；所述驱动扳手包括驱动轴、扳手本体和反作用力臂，所述紧固套筒可转动地安装于所述驱动轴的底部；所述扳手本体可转动地套装于所述驱动轴的外部，所述反作用力臂安装于所述扳手本体的一侧，且所述反作用力臂的外侧设置有与风电塔筒的侧壁相抵的反作用面；

步骤S4中，所述紧固套筒相对于所述紧固组件转动并拧紧螺栓包括：

所述驱动轴带动反作用力臂转动，直至所述反作用面与风电塔筒的侧壁相抵；

所述驱动轴带动所述紧固套筒转动，直至所述紧固套筒拧紧螺栓。

5.根据权利要求1所述的一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，其特征在于：所述紧固机构还包括距离检测器，所述距离检测器安装于所述行走机构，且所述距离检测器的检测端对准所述紧固组件的顶部；

步骤S2中，通过所述距离检测器获取所述紧固组件的下降距离。

6.根据权利要求5所述的一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，其特征在于：步骤S5包括：

S51、所述升降座带动所述紧固组件向上移动，通过所述距离检测器获取所述距离检测器的检测端与所述紧固组件之间的上升间距；

当上升间距小于上升阈值时，进入步骤S52；

S52、所述升降座停止带动所述紧固组件向上移动，行走机构启动并行走至下一所需紧固的螺栓。

7.根据权利要求6所述的一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，其特征在于：所述紧固机构还包括升降驱动器，所述升降驱动器安装于所述行走机构，且所述升降驱动器的输出端与所述升降座相连，所述升降驱动器用于驱动所述升降座的上下移动，所述升降驱动器电联接于所述距离检测器；

步骤S5包括：

S51、所述升降驱动器开启驱动所述紧固组件向上移动，通过所述距离检测器获取所述距离检测器的检测端与所述紧固组件之间的上升间距；

当上升间距小于上升阈值时，进入步骤S52；

当上升间距大于等于上升阈值时，进入步骤S53；

S52、所述升降驱动器关闭，行走机构启动并行走至下一所需紧固的螺栓；

S53、获取所述升降驱动器的驱动参数；

当所述升降驱动器的驱动参数在标准参数范围内时，进入步骤S51；

当所述升降驱动器的驱动参数不在标准参数范围内时，所述升降驱动器关闭，并发出异常状态报警信号。

8.根据权利要求1所述的一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，其特征在于：所述紧固机构还包括激光定位传感器，所述激光定位传感器安装于所述行走机构，且所述激光定位传感器靠近所述紧固套筒设置；所述激光定位传感器电联接于所述行走机构，且所述激光定位传感器的激光发射端朝向风电塔筒的侧壁；

步骤S1包括：

S11、所述行走机构按照预设速度沿紧固平台匀速行走，并获取所述激光定位传感器所发出的激光光束的实时长度；

当激光光束的实时长度小于第一预设长度时，进入步骤S12；

S12、获取激光光束的实时长度与第二预设长度之间的差值e(t)；

基于PID算法，计算运行速度v(t)；

；

其中，K_p、K_i、K_d均为常数；

所述行走机构按照运行速度沿紧固平台行走；

S13、比较运行速度和运行阈值；

当运行速度大于等于运行阈值时，进入步骤S12并更新运行速度；

当运行速度小于运行阈值时，进入步骤S14；

S14、所述行走机构停止行走；

所述第一预设长度为，当所述激光定位传感器所发出的激光光束末端落在风电塔筒的侧壁时，所述激光定位传感器所发出的激光光束的长度；

所述第二预设长度为，当所述紧固套筒和螺母同轴时，所述激光定位传感器所发出的激光光束的长度。

9.根据权利要求8所述的一种风电塔筒法兰螺栓的紧固方法，其特征在于：所述激光光束的发射方向与所述行走机构的行走方向的切线相互垂直；

所述第二预设长度为，当所述激光定位传感器所发出的激光光束末端落在螺栓的侧壁时，所述激光定位传感器所发出的激光光束的最短长度。