CN116902240A - 一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人及其检测方法。它包括四旋翼无人机、轮式移动底盘、曲面自适应相控阵超声扫查结构和相机检测系统。曲面自适应相控阵超声扫查结构包括曲面自适应单元和用于检测叶片主梁内部缺陷的相控阵超声探头，在曲面自适应单元作用下，保证相控阵超声探头在曲面上移动时保持垂直检测面，并紧贴所述检测面；相机检测系统包括无人机主体摄像头和安装在轮式移动底盘下方车体相机模块，无人机主体摄像头用于检测机器人运行方向的环境信息，车体相机模块用于检测曲面自适应相控阵超声扫查结构工作情况和叶片表面的损伤。本发明可以检测时可以自适应风电叶片的变曲率曲面，同时还能检测在役叶片主梁内外缺陷。

Description

一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人及其检测方法
技术领域
本发明涉及风电叶片检测设备技术领域，尤其涉及一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人及其检测方法。
背景技术
风电叶片除了在制造过程中可能出现缺陷外，例如紫外线辐射、冰、冰雹、温度变化、部件中的应力疲劳、冲击损伤、污垢和盐也会影响在役风电叶片的效率和性能。主梁作为叶片的主要受力部位之一，在长期的运行过程中容易出现隐患，为避免风电叶片的故障，应做好定期检查，然而叶片的维护和检查非常困难。
目前与风电行业相关的检测机器人较多，比如风电叶片管道内窥履带机器人、风力涡轮机维护多机器人系统、无人机检测、风力涡轮抱撑式攀爬机器人等。按照检测设备与叶片接触与否可以分为接触式检测机器人和非接触式检测机器人，其中有以真空吸附为代表的接触式检测机器人和以无人机检测为代表的非接触式检测机器人。检测机器人和叶片的接触方式主要分为两类，一种是通过吸盘与叶片之间进行真空吸附，另一种是通过机构与塔筒之间通过磁吸附等方式固定本体设备伸出辅助臂对叶片进行检测。
有的选择将检测机器人的本体采用磁吸附的方式固定在塔筒上从本体上伸出带有摄像头的环抱检测机构包围风电叶片进行检测，该种检测方式仅能对叶片表面的缺陷进行检测，对于叶片表层以下的缺陷无法探查。例如，在中国专利文献上公开的“风电叶片检测机器人”，其公开号为“CN112033958A”,包括车体、整体连接结构和环抱检测机构。车体包括车架、安装在车架两侧的四个车轮、安装在车架底部并与四个车轮相连接的电机以及安装在车架底部的永磁吸附装置；整体连接结构包括与车架相连接的固定装置、安装在固定装置上的移动装置及安装在移动装置上的环抱检测机构连接体；环抱检测机构包括与环抱检测机构连接体相连接的环抱架、安装在环抱架上的摄像头和移动架以及安装在移动架内侧的一对叶片贴合机构。该机器人的检测机构只有摄像头，仅能够检测叶片表层缺陷，无法深入检测深层隐患，另一方面该机器人仅靠磁吸附固定的方式也存在安全隐患。
有的叶片损伤检测机器人采用吸盘吸附的方式固定在叶片表面，但是由于设计的机器人本体重量和体积较大，用于在役叶片的检测需要借助大型设备，并且由于是真空吸附方式固定机器人本体，机器人的检测效率还有很大的提升空间。例如在中国专利文献上公开的“一种在役叶片损伤检测机器人”，其公开号“CN111398418A”，包括损伤探测系统、相机模块、相控阵超声模块和运动控制系统等。相机模块拍摄叶片表面；相控阵超声模块检测叶片内部损伤。运动控制系统，包括吸盘组件，使机器人吸附停驻于叶片上；电动气缸，控制吸盘组件与超声探头垂直运动；直线运动单元，控制吸盘组件与超声探头水平位移。数据传输系统，下位机的图像信息通过无线与上位机实时通讯，下位机的超声信号通过网线与上位机实时通讯。但该机器人在使用时需要拖曳线缆并且需要绳索等设备吊装，由于采用的是吸盘吸附和万向轮支撑的方式，机器人运动的过程中会发生溜坡情况并且受制于机器人的移动方式检测速度也受到较大限制。
目前的在役风电叶片检测机器人大多数仅可检测在役风电叶片表面的损伤，较少能检测在役叶片内部缺陷的机器人由于设计原因大都质量和体积较大，在使用安装时较为复杂，另外有一些检测机器人虽能达到基本的检测需求，但机器人的检测设备无法做到自适应风电叶片的变曲率曲面，所以行业内十分需要一种能稳定自适应风电叶片变曲率曲面，并能检测在役叶片主梁内外缺陷的小型叶片检测机器人。
发明内容
本发明要解决现有技术无法方便地检测在役风电叶片主梁的内外部缺陷问题，提供一种小型在役叶片主梁隐患检测机器人，实现对在役风电叶片主梁内外部损伤的精准检测。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明的一方面提供了一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，包括四旋翼无人机、轮式移动底盘、曲面自适应相控阵超声扫查结构和相机检测系统。
所述的四旋翼无人机配置有轮式移动底盘，在轮式移动底盘的下方安装所述曲面自适应相控阵超声扫查结构；
所述的曲面自适应相控阵超声扫查结构包括曲面自适应单元和用于检测叶片主梁内部缺陷的相控阵超声探头，在曲面自适应单元作用下，保证相控阵超声探头在曲面上移动时保持垂直检测面，并紧贴所述检测面；
所述相机检测系统包括无人机主体摄像头和安装在轮式移动底盘下方车体相机模块，所述无人机主体摄像头用于检测机器人运行方向的环境信息，所述车体相机模块用于检测曲面自适应相控阵超声扫查结构工作情况和叶片表面的损伤。
进一步说，所述的曲面自适应单元包括浮动接头、导向板、导向柱和弹簧；所述导向板上四角有安装孔放置所述导向柱，所述导向柱外套有弹簧，所述导向柱与探头连接块连接；所述探头连接块与水管连接块固定；所述相控阵超声探头安装在水管连接块内部。
进一步说，还包括姿态调整系统；所述姿态调整系统包括陀螺仪和激光距离传感器，陀螺仪安装在机器人本体的质心位置，用于检测机器人本体的姿态；激光距离传感器安装在轮式移动底盘的四角，用于检测轮子与接触面之间的距离。
进一步说，所述轮式移动底盘中四个轮子相对位置可调，用于适应不同规格的叶片检测需求。
本发明的另一方面提供了一种在役风电叶片主梁隐患检测方法，使用上述的检测机器人，该方法包括以下步骤：
S1：获取无人机主体摄像头和车体相机模块的图像；
S2：通过获取的图像信息判断检测机器人降落的位置；
S3：待检测机器人降落至叶片表面后，四旋翼无人机桨叶反向旋转，并获取陀螺仪和激光距离传感器的数据；
S4：通过获取的陀螺仪和激光距离传感器的数据，判断当前检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况；
S5：若检测机器人姿态出现偏差且有轮子与接触面无接触，判断具体脱离轮的位置；
S6：通过脱离轮的位置信息，控制轮毂电机运动调整检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况，保证机器人四轮全部与接触面接触且姿态正常；
S7：当检测机器人姿态恢复稳定后，遥控机器人沿叶片径向方向运动至待检测位置，控制曲面自适应相控阵超声扫查结构工作；
S8：曲面自适应相控阵超声扫查结构的步进电机运动带动相控阵超声探头以自适应变曲率的姿态对叶片主梁进行扫查；
S9：将相控阵超声探头采集的数据和车体相机模块的图像信息无线传输给上位机进行分析；
S10：待检测任务完成后，控制桨叶正向旋转，遥控检测机器人降落至指定位置。
进一步说，待机器人稳定在叶片表面后，控制四旋翼无人机的桨叶反向旋转，桨叶反转产生的压力，该压力方向垂直于接触面，压力大小根据机器人的位置和实际需求进行调节：
当机器人姿态水平时，即机器人的位置相对于竖直方向没有发生偏转，此时相当于在平面上运行仅依靠自身的摩擦力即可实现稳定运行，压力为最小；
当机器人由于检测需要运行到可稳定运行范围的边界时，由于此时的下滑分力较大，机器人较易滑落，无人机提供的压力最大；
进一步说，通过陀螺仪和激光距离传感器准确获取机器人当前姿态信息，根据获取的陀螺仪和激光距离传感器的数据计算当前检测机器人的姿态和悬空轮的位置。
进一步说，步骤S6具体是：
读取陀螺仪和激光距离传感器数据：包括角速度数据、姿态数据和四个轮子与叶片表面的距离数据；
计算机器人姿态：通过获取的数据计算机器人的姿态；
判断姿态偏差：通过计算机器人当前姿态和正常运行时姿态；
判断轮子接触情况：根据激光距离传感器读数，判断机器人是否有三个轮子与曲面接触；
存储接触状态；当三个轮子与曲面接触时，存储机器人当前的姿态和悬空轮的位置为后续姿态恢复做准备；
姿态恢复：通过控制轮毂电机的运动调整机器人的姿态，使机器人回到四轮接触状态。
与现有的技术相比，本发明的有益效果为：
1.在本发明中，针对目前一些在役风电叶片检测机器人的检测设备无法自适应叶片变曲率曲面的问题，提出了一种曲面自适应相控阵超声扫查结构。该设备在浮动接头、导向板、导向柱和弹簧共同作用下，当检测的环境发生变化时，如遇到变曲率曲面时可以确保检测探头在曲面上移动时保持垂直检测面，从而实现检测探头自适应变曲率曲面。
通过遥控机器人在叶片主梁区域沿叶片径向方向运行，在需要扫查时，控制扫查机构沿丝杆方向左右移动，曲面自适应相控阵超声扫查结构可以实现相控阵超声探头紧密贴附在变曲率叶片表面，确保扫查的准确性和稳定性。另外轮毂电机连接板和定向轮连接板之间的距离可调节，可实现对不同规格的叶片进行检测，大大提高了设备的通用性，解决了现有叶片检测机器人检测设备自适应变曲率曲面的问题。
2.在发明中，对于大多数检测机器人无法检测在役风电叶片内部缺陷的问题，提出了一种高分辨率相机和相控阵超声探头检测相结合的检测方式，高分辨率相机可以检测叶片主梁外部的损伤，相控阵超声探头可以检测叶片主梁内部的缺陷，使得对叶片主梁的内外隐患检测更加精确，确保能准确反映出叶片主梁的健康状况，弥补了目前行业中大多数机器人无法实现对在役叶片主梁内部检测的问题。
3.在本发明中，针对目前在役叶片检测机器人体积和重量较大，在使用时安装部署较为复杂的现实问题，提出了一种轮翼复合检测机器人，实现了叶片检测机器人的小型化和轻量化，在使用时无需使用大型设备吊装，使运维检测高效便捷，弥补了目前在役叶片检测机器人无法实现利用小型化的不足。
4.本发明中，针对曲面上机器人在仅依靠摩擦力时无法保持稳定的问题，提出了一种结合桨叶反转提供压力以及利用轮胎与接触面之间的摩擦力来提高机器人曲面稳定性的解决方案。
机器人在叶片表面检测或者调整运行方向时，在叶片上一些区域仅依靠机器人轮胎和叶片之间的摩擦力机器人很难确保机器人的稳定性，采用无人机桨叶反向旋转提供压力的方式增加机器人的稳定性。待机器人稳定在叶片表面后控制无人机的桨叶反向旋转，桨叶反转时会产生一个向下的压力，该压力方向垂直于接触面，压力的大小可根据机器人的位置和实际需求进行调节，当机器人姿态水平时即机器人的位置相对于竖直方向没有发生偏转，此时相当于在平面上运行仅依靠自身的摩擦力即可实现稳定运行，需要的无人机提供压力也最小。当机器人由于检测需要运行到可稳定运行范围的边界时，由于此时的下滑分力较大机器人较易滑落，所以需要无人机提供的压力也就最大。当机器人在叶片上运行方向调整时可能出现三轮受力的情况，此时无人机桨叶反转提供压力就尤为重要，可以确保调整方向时机器人的稳定性。当机器人在极端情况下或者由于不可抗环境因素导致机器人滑落时，可以控制无人机切换为正常运行模式，即四旋翼无人机的桨叶正向旋转提供升力，遥控机器人离开叶片降落至指定位置。
该方案依靠橡胶轮胎与叶片表面摩擦力和无人机桨叶反向旋转提供的压力，保证机器人在变曲率曲面表面稳定运行，可用于检测任务等多种应用场景。相较于其他设备如真空吸附等方式维持机器人在曲面上稳定的方案，本方案减少了设备体积和重量，使检测更具高效性和便捷性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是曲面自适应相控阵超声扫查结构示意图。
图3是本发明的整体工作示意图。
图4是风电叶片主梁检测机器在主梁区域检测示意图。
图5是一种在役风电叶片主梁隐患检测方法的流程示意图。
图1和图2中：
1.桨叶，2.旋翼无刷电机，3.机架，4.无人机主体，41.无人机主体摄像头，5.底板，6.铝型材，7.轮毂电机连接板，71.车体相机模块，8.轮毂电机，9.轮毂电机支架，10.定向轮，11定向轮支架，12.定向轮连接板，13.曲面自适应相控阵超声扫查结构，131.侧板，132.背板，133.丝杆，134.导轨，135.联轴器，136.滑块，137.步进电机，138.滑块连接板，139.螺杆连接块，140.长连接螺杆，141.浮动接头，142.短连接螺杆，143.导向板，144.导向柱，145.弹簧，146.相控阵超声探头，147.探头连接块，148.水管连接块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行具体描述，如附图1和附图2所示，一种在役风电叶片主梁检测机器人，该检测机器人包括四旋翼无人机，轮式移动底盘和曲面自适应相控阵超声扫查结构。
在本申请实施例中，所述四旋翼无人机包括桨叶1，旋翼无刷电机2，机架3和无人机主体4。
所述桨叶1安装在旋翼无刷电机2的转轴上；所述的旋翼无刷电机2固定在机架3上；所述机架3固定在无人机主体4结构上。
在本申请实施例中，所述轮式移动底盘包括底板5，铝型材6，轮毂电机连接板7，轮毂电机8，轮毂电机支架9，定向轮10，定向轮支架11和定向轮连接板12。
所述的无人机主体4与底板5螺栓固定，所述底板5与铝型材6螺栓连接；所述铝型材6之间通过角码和内置连接件连接；所述轮毂电机支架9与轮毂电机连接板7螺栓连接；所述轮毂电机连接板7与铝型材6之间通过内置连接件连接；所述定向轮10与定向轮支架11螺栓连接；所述定向轮支架11与定向轮连接板12螺栓连接；所述定向轮支架11与铝型材6通过内置连接件连接；所述轮毂电机连接板7与轮毂电机支架9连接；所述定向轮连接板12与定向支架11连接；轮毂电机连接板7和定向轮连接板12之间的距离可以调节以适应不同的接触面。
在本申请实施例中，所述曲面自适应相控阵超声扫查结构13包括侧板131，背板132，丝杆133，导轨134，联轴器135，滑块136，步进电机137，滑块连接板138，螺杆连接块139，长连接螺杆140，浮动接头141，短连接螺杆142，导向板143，导向柱144，弹簧145，相控阵超声探头146，探头连接块147和水管连接块148。
所述曲面自适应相控阵超声扫查结构13与铝型材6通过内置连接件连接；所述侧板131与背板132螺栓连接；所述丝杆133与联轴器135相连接；所述联轴器135与步进电机137连接；所述滑块136与滑块连接板138连接；所述滑块连接板138与螺杆连接块139螺栓连接；所述滑块136沿导轨134运动。所述长连接螺杆140一端与螺杆连接块139螺纹连接，所述长连接螺杆140另一端与浮动接头141螺纹连接；所述浮动接头141与短连接螺杆142连接；所述短连接螺杆142一端与导向板143螺纹连接；所述导向板143上四角有安装孔放置导向柱144，所述导向柱144外套有弹簧145，所述导向柱144与探头连接块147之间螺纹连接；所述探头连接块147与水管连接块148之间通过内六角螺丝固定；所述相控阵超声探头146安装在水管连接块148内部，所述水管连接块148两侧安装有螺栓可控制相控阵超声探头与接触面之间的距离。
在某一优先实施例中，检测机器人还包括姿态调整系统和相机检测系统
进一步，姿态调整系统，包括：
陀螺仪和激光距离传感器，陀螺仪安装在机器人本体的质心位置，负责检测机器人本体的姿态；激光距离传感器安装在轮式移动底盘的四角负责检测轮子与接触面之间的距离。
进一步，相机检测系统，包括：
无人机主体摄像头41和安装在轮式移动底盘下方轮毂电机连接板上的车体相机模块71，无人机主体摄像头负责检测机器人运行方向的环境信息；车体相机模块检测曲面自适应相控阵超声扫查结构工作情况和叶片表面的损伤。
作为优选的，所述曲面自适应相控阵超声扫查结构与铝型材之间通过内置连接件连接，可以沿轮式移动底盘前后移动，以适应不同的检测环境；曲面自适应相控阵超声扫查结构的长连接螺杆和短连接螺杆可调节，以达到调节相控阵超声探头与接触面之间距离的目的，实现相控阵超声探头与接触面之间的接触力可调节，使贴附更加紧密。
作为优选的，维持机器人稳定的方式不仅依靠机器人轮胎与叶片之间的摩擦力，还包括无人机桨叶反向旋转提供的与接触面垂直且方向指向接触面的压力，该压力可以根据机器人所处的位置和所需压力大小进行调节。同时，桨叶旋转所产生的风力可以将叶片表面的浮尘和表层污染物吹落，保证叶片表面的整洁确保轮胎与叶片之间的摩擦力稳定。
如附图3、附图4和附图5所示，本发明另外提供一种在役风电叶片主梁隐患的检测方法，采用所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，包括如下步骤：
S1：获取无人机主体摄像头和车体相机模块的图像；
具体的，相机检测系统，包括无人机主体摄像头41和安装在轮式移动底盘下方轮毂电机连接板上的车体相机模块71。
无人机主体摄像头41负责检测机器人运行方向的环境信息；
装在轮式移动底盘下方轮毂电机连接板上的相机模块71检测曲面自适应相控阵超声扫查结构的工作情况和叶片表面的损伤。
并可根据无人机主体摄像头41和车体相机模块71显示的环境信息判断机器人本体所处的环境和机器人与叶片之间的距离。
S2：通过获取的图像信息判断降落的位置；
具体的，首先通过遥控的方式控制无人机飞行到空中，通过获取的图像信息在空中寻找最佳降落位置后悬停在待检测的风电叶片正上方；
在悬停的过程中由于桨叶旋转带来空气的流动，可吹走叶片表面的一些灰尘和附着杂质，确保机器人降落区域的干净整洁，确保机器人可稳定降落在叶片表面。
S3：待检测机器人降落至叶片表面后，四旋翼无人机桨叶反向旋转，并获取陀螺仪和激光距离传感器的数据；
具体的，待机器人稳定在叶片表面后控制四旋翼无人机的桨叶1反向旋转，桨叶反转时会产生一个向下的压力，该压力方向垂直于接触面，压力的大小可根据机器人的位置和实际需求进行调节。
当机器人姿态水平时，即机器人的位置相对于竖直方向没有发生偏转，此时相当于在平面上运行仅依靠自身的摩擦力即可实现稳定运行，需要的无人机提供压力也最小。
当机器人由于检测需要运行到可稳定运行范围的边界时，由于此时的下滑分力较大机器人较易滑落，所以需要无人机提供的压力最大。
当机器人在叶片上运行方向调整时可能出现三轮受力的情况，此时无人机桨叶反转提供压力就尤为重要，可以确保方向调整时机器人的稳定性。
当机器人在极端情况下或者由于不可抗环境因素导致机器人要滑落时，可以控制无人机桨叶正向旋转，遥控机器人离开叶片降落至指定位置。
在机器人轮胎摩擦力和无人机反转提供的压力作用下可确保机器人在变曲率曲面上执行检测任务时自身的稳定性。
安装在机器人上的陀螺仪和激光距离传感器可以获取机器人的实时姿态和距离数据。
S4：通过获取的陀螺仪和激光距离传感器的数据，判断当前检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况；
具体的，姿态调整系统，包括陀螺仪和激光距离传感器：
陀螺仪安装在机器人本体的质心位置，负责检测机器人本体的姿态；
激光距离传感器安装在轮式移动底盘的四角，负责检测轮子与接触面之间的距离。
通过获取的陀螺仪和激光距离传感器的数据，可判断当前检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况。
S5：若检测机器人姿态出现偏差且有轮子与接触面无接触，判断具体脱离轮的位置；
具体的，机器人降落在待检测风电叶片上时可能会出现机器人三轮受力的状态，以前进方向为机器人的前方。
机器人三轮着地的情况有四种，分别为左前定方轮10离地、左后轮毂电机8离地、右前定向轮10离地和右后轮毂电机8离地。实际上，由于相控阵超声探头146和水管连接块148时刻保持与接触面接触且与接触面之间有一定的摩擦力，可以视为轮式移动底盘的第五个轮子，所以三轮受力时实际上是四轮受力。
安装在机器人上的陀螺仪和安装在轮式移动底盘四角的激光距离传感器可以准确的获取机器人当前姿态信息，并可根据获取的陀螺仪和激光距离传感器的数据计算当前检测机器人的姿态和悬空轮的位置。
S6：通过脱离轮的位置信息，控制左右轮毂电机的运动调整检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况，保证机器人四轮全部与接触面接触且姿态正常；
具体的，如果机器人是三轮着地，此时机器人可以自动调节自身姿态确保四轮与接触面稳定接触。主要流程如下:
首先读取陀螺仪和激光距离传感器数据：包括机器人的角速度数据、姿态数据和机器人四个轮子与叶片表面的距离数据；
计算机器人姿态：通过获取的数据计算机器人的姿态；
判断姿态偏差：通过计算机器人当前姿态和正常运行时姿态；
判断轮子接触情况：根据激光距离传感器读数，判断机器人是否有三个轮子与曲面接触；
存储接触状态；当三个轮子与曲面接触时，存储机器人当前的姿态和悬空轮的位置为后续姿态恢复做准备；
姿态恢复：通过控制轮毂电机的运动调整机器人的姿态，使机器人回到四轮接触状态。
S7：当检测机器人姿态恢复稳定后，遥控机器人沿叶片径向方向运动至待检测位置，控制曲面自适应相控阵超声扫查结构工作；
具体的，当检测机器人姿态恢复稳定后，可以遥控机器人沿叶片径向方向运动至指定位置；可以通过遥控方式控制步进电机的运动方向和速度，以此实现对扫查方向和扫查速度的控制。
S8：曲面自适应相控阵超声扫查结构的步进电机运动带动相控阵超声探头以自适应变曲率的姿态对叶片主梁进行扫查；
具体的，机器人在叶片上执行任务时的运动控制过程如下:
在机器人执行检测任务的过程中四旋翼无人机桨叶旋转实现对叶片表层污物的清扫，同时确保机器人轮胎与接触面之间的摩擦因数不会发生突变。
待机器人稳定降落至叶片表面后，首先遥控控制机器人控制轮毂电机8运动，待机器人停到指定位置后控制步进电机137工作，滑块136沿着丝杆133和滑轨134做直线运动，滑块136带动曲面自适应相控阵超声扫查结构实现对叶片主梁区域进行扫查；
在扫查的过程中，可通过车体相机模块71观察当前相控阵超声探头与接触面之间的状态，并且能够查看叶片主梁表面的损伤情况；
浮动接头141可实现在扫查方向以一定角度运动以实现相控阵超声探头与接触面的垂直，由于机器人轮胎位置的不同和变曲率叶片形状的变化，相控阵超声探头与接触面垂直方向的距离会因为检测位置的变化而发生变化；
在导向板143、导向柱144和弹簧145的作用下，可以确保相控阵超声探头与接触面的紧密接触。导向板143可以将上下方向的力沿导向柱144的方向传递给弹簧143，实现扫查时不同位置都能确保相控阵超声探头与接触面之间有一定的压力，确保减少耦合剂的消耗，实现对变曲率叶片主梁区域内外隐患的准确检查。
S9：将相控阵超声探头采集的数据和相机模块的图像信息无线传输给上位机进行分析；
具体的，在检测的过程中，相控阵超声探头146采集的叶片主梁内部的信息和车体相机模块71的图像信息可以实时将数据信息传输给上位机进行分析判断。
S10：待检测任务完成后，控制桨叶正向旋转，遥控检测机器人降落至指定位置。
具体的，待检测完成之后，遥控机器人运行到合适位置保证机器人起飞前姿态的平稳，然后控制无人机桨叶1正向旋转起飞使机器人离开叶片，最后遥控机器人降落至指定区域。
本实施方案中，具体的，由于实际的检测情况环境要求不同，相控阵超声探头146与接触面之间的距离要根据实际情况调节到合适的距离，水管连接块148侧边可安装螺栓调节相控阵超声探头与接触面之间的距离。
本实施方案中，具体的，长连接螺杆140和短连接螺杆142的位置要根据实际的工作环境进行调节，以确保检测的准确性并控制相控阵超声探头146与接触面的摩擦力大小适当。由于检测叶片的型号尺寸大小不同，轮毂电机连接板7和定向轮连接板12之间的距离要根据工作环境提前调整，以确保机器人在变曲率曲面上的稳定性，提高了机器人对不同曲率叶片的通用性。
工作原理：
本发明中，在进行使用时，如附图3和附图4所示：
首先通过遥控的方式控制无人机飞行到空中，在空中寻找最佳降落位置后悬停在待检测叶片正上方。在悬停的过程中由于桨叶旋转带来空气的流动，可吹走叶片表面的一些灰尘和附着杂质，确保机器人轮胎与接触面之间的摩擦因数不会发生突变。
然后根据无人机主体摄像头41和车体相机模块71显示的环境信息判断机器人本体所处的环境和机器人与叶片之间的距离，为机器人的降落做准备。
接着遥控机器人降落在待检测风电叶片上，待机器人稳定在叶片表面后控制无人机的桨叶1反向旋转。桨叶反转时会产生一个向下的压力，该压力方向垂直于接触面，压力的大小可根据机器人的位置和实际需求进行调节，在机器人轮胎摩擦力和四旋翼无人机桨叶反转提供的压力作用下，可确保机器人在变曲率曲面上执行检测任务时自身的稳定性。
若机器人运动过程中出现三轮受力状态，机器人可以自动调节自身姿态确保四轮与接触面稳定接触。
待机器人在叶片表面姿态调整稳定后，首先遥控控制机器人轮毂电机8运动使机器人运行到指定位置，然后控制步进电机137工作，带动曲面自适应相控阵超声扫查结构工作，实现自适应对叶片主梁区域进行扫查。
待检测完成之后，遥控机器人运行到合适位置保证机器人起飞前姿态的平稳，然后控制四旋翼无人机桨叶正向旋转起飞使机器人离开叶片，最后遥控机器人降落至指定区域。

Claims (8)

1.一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，包括四旋翼无人机、轮式移动底盘、曲面自适应相控阵超声扫查结构和相机检测系统，其特征在于：
所述的四旋翼无人机配置有轮式移动底盘，在轮式移动底盘的下方安装所述曲面自适应相控阵超声扫查结构；
所述的曲面自适应相控阵超声扫查结构包括曲面自适应单元和用于检测叶片主梁内部缺陷的相控阵超声探头，在曲面自适应单元作用下，保证相控阵超声探头在曲面上移动时保持垂直检测面，并紧贴所述检测面；
所述相机检测系统包括无人机主体摄像头和安装在轮式移动底盘下方车体相机模块，所述无人机主体摄像头用于检测机器人运行方向的环境信息，所述车体相机模块用于检测曲面自适应相控阵超声扫查结构工作情况和叶片表面的损伤。
2.根据权利要求1所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，其特征在于：所述的曲面自适应单元包括浮动接头、导向板、导向柱和弹簧；
所述导向板上四角有安装孔放置所述导向柱，所述导向柱外套有弹簧，所述导向柱与探头连接块连接；所述探头连接块与水管连接块固定；所述相控阵超声探头安装在水管连接块内部。
3.根据权利要求1所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，其特征在于：还包括姿态调整系统；所述姿态调整系统包括陀螺仪和激光距离传感器，陀螺仪安装在机器人本体的质心位置，用于检测机器人本体的姿态；激光距离传感器安装在轮式移动底盘的四角，用于检测轮子与接触面之间的距离。
4.根据权利要求1所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，其特征在于：所述轮式移动底盘中四个轮子相对位置可调，用于适应不同规格的叶片检测需求。
5.一种在役风电叶片主梁隐患检测方法，使用权利要求1-4中任一项所述的检测机器人，其特征在于该方法包括以下步骤：
S1：获取无人机主体摄像头和车体相机模块的图像；
S2：通过获取的图像信息判断检测机器人降落的位置；
S3：待检测机器人降落至叶片表面后，四旋翼无人机桨叶反向旋转，并获取陀螺仪和激光距离传感器的数据；
S4：通过获取的陀螺仪和激光距离传感器的数据，判断当前检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况；
S5：若检测机器人姿态出现偏差且有轮子与接触面无接触，判断具体脱离轮的位置；
S6：通过脱离轮的位置信息，控制轮毂电机运动调整检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况，保证机器人四轮全部与接触面接触且姿态正常；
S7：当检测机器人姿态恢复稳定后，遥控机器人沿叶片径向方向运动至待检测位置，控制曲面自适应相控阵超声扫查结构工作；
S8：曲面自适应相控阵超声扫查结构的步进电机运动带动相控阵超声探头以自适应变曲率的姿态对叶片主梁进行扫查；
S9：将相控阵超声探头采集的数据和车体相机模块的图像信息无线传输给上位机进行分析；
S10：待检测任务完成后，控制桨叶正向旋转，遥控检测机器人降落至指定位置。
6.根据权利要求5所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测方法，其特征在于：步骤S3具体是：待机器人稳定在叶片表面后，控制四旋翼无人机的桨叶反向旋转，桨叶反转产生的压力，该压力方向垂直于接触面，压力大小根据机器人的位置和实际需求进行调节：
当机器人姿态水平时，即机器人的位置相对于竖直方向没有发生偏转，此时相当于在平面上运行仅依靠自身的摩擦力即可实现稳定运行，压力为最小；
当机器人由于检测需要运行到可稳定运行范围的边界时，由于此时的下滑分力较大，机器人较易滑落，无人机提供的压力最大。
7.根据权利要求5所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测方法，其特征在于：步骤S5具体是：通过陀螺仪和激光距离传感器准确获取机器人当前姿态信息，根据获取的陀螺仪和激光距离传感器的数据计算当前检测机器人的姿态和悬空轮的位置。
8.根据权利要求5所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测方法，其特征在于：步骤S6具体是：
读取陀螺仪和激光距离传感器数据：包括角速度数据、姿态数据和四个轮子与叶片表面的距离数据；
计算机器人姿态：通过获取的数据计算机器人的姿态；
判断姿态偏差：通过计算机器人当前姿态和正常运行时姿态；
判断轮子接触情况：根据激光距离传感器读数，判断机器人是否有三个轮子与曲面接触；
存储接触状态；当三个轮子与曲面接触时，存储机器人当前的姿态和悬空轮的位置为后续姿态恢复做准备；
姿态恢复：通过控制轮毂电机的运动调整机器人的姿态，使机器人回到四轮接触状态。
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