CN117623153A - 一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，包括手持遥控器、卷扬控制器、张力传感器、一体化伺服驱动器和卷扬装置，所述卷扬装置机壳外表面一侧设有清理机构，所述卷扬装置包括卷扬装置机壳、绕线机构、排线机构、抽线机构和旋转底座，所述卷扬控制器、所述一体化伺服驱动器和张力传感器和所述张力传感器均位于所述卷扬装置机壳内部。本发明具有如下的有益效果，本发明可以检测安全绳的张紧力来控制安全绳的收放，并且可以通过旋转底座的设计，当爬壁机器人在风电塔筒壁上横向移动时，可以控制卷扬装置沿相同方向旋转，确保安全绳始终接近垂直状态，避免在机器人跌落时出现较大的横向摆动，导致与塔筒壁发生强烈的撞击。

Description

一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统

技术领域

本发明是一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，属于卷扬系统领域。

背景技术

磁吸附爬壁机器人在进行风电塔筒外壁进行高空作业时，百米高空风速较大，在越过焊缝或者在曲面上转弯时，可能存在磁吸轮或者磁吸履带与塔筒外壁发生打滑跌落的风险。传统的卷扬系统只能收放绳索，无法检测绳索的张力，绳索张力过大会对吸附在塔筒外壁的爬壁机器人施加拉力，反而存在使爬壁机器人跌落的风险。另外，爬壁机器人会横向运动，由于卷扬系统位置固定，安全绳索呈非垂直状态，一旦机器人发生跌落，由于重力作用，机器人在空中会发生较大的横向摆动，出现撞击风险更大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，包括手持遥控器、卷扬控制器、张力传感器、一体化伺服驱动器和卷扬装置，所述卷扬装置机壳外表面一侧设有清理机构，所述卷扬装置包括卷扬装置机壳、绕线机构、排线机构、抽线机构和旋转底座，所述卷扬控制器、所述一体化伺服驱动器和张力传感器和所述张力传感器均位于所述卷扬装置机壳内部。

进一步地，所述绕线机构包括绕线机构支架，所述绕线机构支架固定所述卷扬装置机壳内底部，所述绕线机构支架上活动连接有转轴一，所述转轴一上设有卷筒，所述卷筒上缠绕有安全绳，所述转轴一的另一端贯穿至所述绕线机构支架的外侧与减速器连接，所述减速器与绕线机构伺服电机输出端连接。

进一步地，所述排线机构包括排线支架，所述排线支架设置在所述卷扬装置机壳内顶部，所述排线支架内设有滚珠丝杠，所述排线支架的端部设有排线机构伺服电机，所述排线机构伺服电机的输出端与所述滚珠丝杠连接，所述滚珠丝杠上螺纹连接有丝杆滑块，所述丝杆滑块的底部连接有排线器，所述排线器的底部两端均设有线轮，所述排线器设有与所述线轮相配合的压紧器；

所述压紧器包括竖向滑动连接在所述排线器内的支撑件一和固定在所述排线器内中部的推拉电磁铁一，所述支撑件一的中部与所述推拉电磁铁一连接，所述支撑件一的两端均设有压紧轮一，所述压紧轮一位于所述线轮的上方。

进一步地，所述抽线机构包括抽线支架，所述抽线支架与所述排线支架连接固定，所述抽线支架的顶部设有抽线机构伺服电机，所述抽线机构伺服电机的输出端设有皮带轮，所述抽线支架内部转动连接有转轴二，所述转轴二的中部固定有同步轮，所述同步轮与所述皮带轮之间通过皮带连接，所述转轴二的两端分别设有一个动力轮，所述抽线支架的内部竖向滑动有支撑件二，所述支撑架的两端分别设有一个压紧轮二，所述压紧轮二位于所述动力轮的下方，所述抽线支架的内底部设有与所述支撑件二相配合的推拉电磁铁二，所述抽线支架远离所述排线支架一侧和张力传感器连接固定，所述张力传感器顶部连接在从动滑轨上，所述从动滑轨固定在所述卷扬装置机壳内顶部。

进一步地，所述安全绳依次穿过所述压紧轮一和所述线轮之间的间隙、所述压紧轮二、所述动力轮之间的间隙和所述张力传感器贯穿至所述卷扬装置机壳外侧，所述卷扬装置机壳上开设有安全绳出口，所述安全绳通过所述安全绳出口贯穿至所述卷扬装置机壳外侧，所述卷扬装置机壳外侧设有与所述安全绳相配合的限位开关和安全绳横档。

进一步地，所述旋转底座包括旋转底座支架，所述旋转底座支架底部中心处设有吸附电磁铁，所述吸附电磁铁吸附在风电塔筒顶部，所述旋转底座支架的顶部设有旋转台，所述旋转台的顶部固定有固定支撑板，所述固定支撑板的顶部与所述卷扬装置机壳底部的连接电磁铁固定在一起，所述旋转底座支架侧边固定有旋转伺服电机和蜗轮蜗杆系统，所述旋转伺服电机和所述蜗轮蜗杆系统连接在一起，所述蜗轮蜗杆系统和所述旋转台连接。

进一步地，所述清理机构包括固定在所述卷扬装置机壳上的安装座，所述安装座上活动连接有壳体，所述壳体底部设有开口，所述壳体内中部设有固定箱，所述固定箱内中部设有双轴电机，所述双轴电机的两侧输出端均设有主动锥形齿轮，所述主动锥形齿轮的两侧均啮合有从动锥形齿轮，所述从动锥形齿轮的端部固定有旋转杆，所述旋转杆活动连接在固定板一上，所述旋转杆上固定有驱动齿轮，所述固定板一的端部贯穿至所述固定箱的外侧，所述壳体的内部两侧内壁上均固定有与所述固定板一相配合的固定板二，所述固定板一和所述固定板二两者上均设有支撑杆，两组所述支撑杆之间活动连接有清理件，所述清理件由环形件和外齿环组成，所述外齿环固定在所述环形件的圆周外表面，所述驱动齿轮与所述外齿环相啮合，所述环形件的侧边外表面开设有与所述支撑杆相配合的环形槽，所述环形件的中部开设有清理孔，所述清理孔内壁上等间距设有若干个清理刷，所述壳体上开设有与所述清理孔相配合的通孔，所述壳体内部两侧均设有与所述安全绳相配合的导向轮，所述安全绳通过所述通孔贯穿至所述壳体内部经过所述清理孔与所述导向轮延伸至外界。

进一步地，所述卷扬控制器包括卷扬控制器主控模块和无线接收模块，所述卷扬控制器主控模块和所述无线接收模块两者设置在所述绕线机构支架上，所述卷扬装置机壳外侧设有提手、无线天线、驱动器散热风扇、过线孔护套、开关和电源接口。

根据本发明另一个方面，提供了一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统使用方法，用于所述的风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，包括以下步骤：

步骤S401：将卷扬装置固定在旋转底座上，连接旋转底座通信电缆，系统通电；

步骤S402：打开旋转底座电磁铁开关，使旋转底座吸附在风电塔机舱顶面；

步骤S403：开启手持遥控器，使手持遥控器与卷扬系统连接匹配；

步骤S404：触发手持遥控器上的自动放伸按键，卷扬装置上的卷筒放开安全绳，当安全绳抵达地面时，停止放绳；

步骤S405：将安全绳与爬壁机器人上的安全吊环连接，触发手持遥控器上的手动收绳按键，将安全绳索调整到合适长度；

步骤S406：机器人开始在塔筒外壁爬行作业，触发手持遥控自主控制按键，通过安全绳张力控制自主调整安全绳收放；

步骤S407：当爬壁机器人水平移动时，通过手持遥控器上的旋转按键，控制卷扬装置旋转，使安全绳接近垂直状态；

步骤S408：机器人作业结束时，将安全绳索从机器人上取下，触发手持遥控器上的自动收绳按键，将安全绳收紧。

本发明的有益效果：

本发明提供的安全绳卷扬系统通过张力传感系统感知安全绳张紧力，通过主控模块控制排线机构、绕线机构和抽线机构运行，从而控制安全绳的自动收紧和放开，保护爬壁机器人在高空作业安全。

本发明通过张力传感器检测安全绳的张紧力，并反馈给卷扬控制器主控模块，根据设定的张紧力阈值自动控制安全绳的收放，避免安全绳对正常运行的爬壁机器人施加拉力。

本发明通过旋转底座的设计，当爬壁机器人在风电塔筒壁上横向移动时，可以控制卷扬装置沿相同方向旋转，确保安全绳始终接近垂直状态，避免在机器人跌落时出现较大的横向摆动，导致与塔筒壁发生强烈的撞击。

通过绕线机构的设计，绕线机构的控制伺服驱动器接收卷扬控制器主控模块的信号，控制绕线机构伺服电机的旋转方向和速度，从而控制卷筒收紧或者放开安全绳。

通过排线机构的设计，通过控制排线机构上推拉电磁铁一的通电/断电，来实现压紧轮一的压合与松开动作，即，推拉电磁铁一通电压紧轮一松开，推拉电磁铁一断电压紧轮一压紧在线轮的线孔上，排线机构的控制伺服驱动器接收卷扬控制器主控模块的信号，控制排线机构伺服电机的旋转方向和速度，使丝杠滑块在行程范围内左右移动，从而实现安全绳在卷筒上有规律缠绕。

通过张力传感器的设计，当张力传感器检测到安全绳张力过大时，卷扬控制器控制卷筒放开安全绳，同时控制推拉电磁铁二断电放下压紧轮二压紧安全绳，动力轮开始旋转将放开的安全绳抽出；当张力传感器检测到安全绳张力过小时，控制推拉电磁铁二通电抬起压紧轮二脱离安全绳，动力轮停止旋转，卷扬控制器控制卷筒收紧安全绳。

通过将张力传感器设置在从动滑轨上的设置方式，用于监测安全绳的张紧力，通过RS485总线将监测数据传送给卷扬控制器主控模块，卷扬控制器主控模块将测量数据与设定阈值进行比对计算并控制绕线机构收紧或者放开安全绳。

通过吸附电磁铁与连接电磁铁的设计，从而可以将卷扬装置固定于风电塔机舱顶面，使其下垂的安全绳能够承受几百公斤的重物。

通过旋转底座的设计，可以控制卷扬装置旋转，进而在爬壁机器人在塔筒壁横向移动时，使安全绳与爬壁机器人的连接始终接近垂直状态。

通过清理机构的设计，从而在绕线机构收卷安全绳时，因为安全绳在使用时会粘附一些灰尘或者鸟屎等附着物，在收卷安全绳时，启动双轴电机，双轴电机带动两侧的主动锥形齿轮旋转，主动锥形齿轮通过从动锥形齿轮带动旋转杆旋转，旋转杆旋转带动驱动齿轮旋转，驱动齿轮旋转通过与外齿环的啮合带动清理件旋转，清理件旋转带动清理孔内的清理刷旋转，安全绳在收卷时会经过清理孔，进而使得清理刷可以对安全绳外表面的附着物进行清扫，进而避免附着物进入到卷扬装置机壳内部。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的总结构示意图；

图2为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的卷扬装置结构示意图；

图3为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的卷扬装置内部结构示意图；

图4为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的绕线机构结构示意图；

图5为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的排线机构和抽线机构连接结构示意图；

图6为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的排线机构结构示意图；

图7为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的抽线机构结构示意图；

图8为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的清理机构结构示意图；

图9为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的固定箱内部结构示意图；

图10为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的清理件结构示意图；

图11为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统使用方法步骤流程图；

图12为本发明一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统的安全绳松开与收紧的自主控制方法步骤流程图。

图中，1、卷扬装置机壳；2、提手；3、安全绳出口；4、限位开关；5、安全绳横档；6、连接电磁铁；7、无线天线；8、驱动器散热风扇；9、过线孔护套；10、开关；11、电源接口；12、旋转底座支架；13、吸附电磁铁；14、旋转伺服电机；15、蜗轮蜗杆系统；16、旋转台；17、固定支撑板；18、一体化伺服驱动器；19、绕线机构；20、卷扬控制器主控模块；21、排线机构；22、抽线机构；23、张力传感器；24、滚珠丝杠；25、从动滑轨；26、绕线机构伺服电机；27、减速器；28、转轴一；29、绕线机构支架；30、卷筒；31、无线接收模块；32、排线器；33、压紧器；34、压紧轮二；35、动力轮；36、同步轮；37、推拉电磁铁一；38、排线机构伺服电机；39、抽线机构伺服电机；40、推拉电磁铁二；41、安装座；42、壳体；43、固定箱；44、双轴电机；45、主动锥形齿轮；46、从动锥形齿轮；47、旋转杆；48、固定板一；49、固定板二；50、支撑杆；51、清理件；52、环形件；53、外齿环；54、环形槽；55、清理孔；56、清理刷；57、驱动齿轮；58、导向轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，本发明提供一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统技术方案，一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，包括手持遥控器、卷扬控制器、张力传感器23、一体化伺服驱动器18和卷扬装置，所述卷扬装置机壳1外表面一侧设有清理机构，所述卷扬装置包括卷扬装置机壳1、绕线机构19、排线机构21、抽线机构22和旋转底座，所述卷扬控制器、所述一体化伺服驱动器18和张力传感器23和所述张力传感器23均位于所述卷扬装置机壳1内部，所述绕线机构19包括绕线机构支架29，所述绕线机构支架29固定所述卷扬装置机壳1内底部，所述绕线机构支架29上活动连接有转轴一28，所述转轴一28上设有卷筒30，所述卷筒30上缠绕有安全绳，所述转轴一28的另一端贯穿至所述绕线机构支架29的外侧与减速器27连接，所述减速器27与绕线机构伺服电机26输出端连接；绕线机构19用于控制安全绳的收放，绕线机构19的控制伺服驱动器接收卷扬控制器主控模块20的信号，控制绕线机构伺服电机26的旋转方向和速度，从而控制卷筒30收紧或者放开安全绳；

手持遥控器包含手持遥控控制模块、手持遥控无线发射模块、手持遥控控制按键、指示灯和电池；

手持遥控控制模块根据手持遥控控制按键操作生成控制信号，并将控制信号传输给手持遥控无线发射模块；

手持遥控器无线发射模块将控制模块生成的控制信号发送给卷扬控制器，并控制排线机构21和绕线机构19的运行；

手持遥控器无线发射模块与手持遥控控制模块之间采用SBUS串行通信协议进行信号传输；

手持遥控控制按键包括手动收绳按键、手动放绳按键、自动收绳按键、自动放绳按键、自主控制按键、顺时和逆时旋转按键；

手持遥控手动收绳按键/放绳按键用于手动控制安全绳的收放。长按手动放绳按键，卷扬控制器控制绕线机构放开安全绳；长按手动收绳按键，卷扬控制器控制绕线机构收紧安全绳；

手持遥控自动收绳按键/放绳按键用于自动控制安全绳的收放。按下自动放绳按键，卷扬控制器控制绕线机构放开安全绳，再次按下自动放绳按键，绕线机构停止运行；按下自动收绳按键，卷扬控制器控制绕线机构收紧安全绳，再次按下自动收绳按键，绕线机构停止运行；

手持遥控自主控制按键用于启动卷扬控制器主控模块根据安全绳张紧力自主收放安全绳；

手持遥控顺时和逆时旋转按键用于控制卷扬装置旋转底座转动，保持安全绳始终接近垂直状态；

手持遥控器和卷扬控制器之间采用2.4G无线射频通信。

参阅图5-6，所述排线机构21包括排线支架，所述排线支架设置在所述卷扬装置机壳1内顶部，所述排线支架内设有滚珠丝杠24，所述排线支架的端部设有排线机构伺服电机38，所述排线机构伺服电机38的输出端与所述滚珠丝杠24连接，所述滚珠丝杠24上螺纹连接有丝杆滑块，所述丝杆滑块的底部连接有排线器32，所述排线器32的底部两端均设有线轮，所述排线器32设有与所述线轮相配合的压紧器33；所述压紧器33包括竖向滑动连接在所述排线器32内的支撑件一和固定在所述排线器32内中部的推拉电磁铁一37，所述支撑件一的中部与所述推拉电磁铁一37连接，所述支撑件一的两端均设有压紧轮一，所述压紧轮一位于所述线轮的上方；排线机构21上的推拉电磁铁一37通电压紧轮一松开，推拉电磁铁一37断电压紧轮一压紧在线轮的线孔上，排线机构21的控制伺服驱动器接收卷扬控制器主控模块20的信号，控制排线机构伺服电机38的旋转方向和速度，使丝杠滑块在行程范围内左右移动，从而实现安全绳在卷筒30上有规律缠绕。

参阅图5、图7，所述抽线机构22包括抽线支架，所述抽线支架与所述排线支架连接固定，所述抽线支架的顶部设有抽线机构伺服电机39，所述抽线机构伺服电机39的输出端设有皮带轮，所述抽线支架内部转动连接有转轴二，所述转轴二的中部固定有同步轮36，所述同步轮36与所述皮带轮之间通过皮带连接，所述转轴二的两端分别设有一个动力轮35，所述抽线支架的内部竖向滑动有支撑件二，所述支撑架的两端分别设有一个压紧轮二34，所述压紧轮二34位于所述动力轮35的下方，所述抽线支架的内底部设有与所述支撑件二相配合的推拉电磁铁二40，所述抽线支架远离所述排线支架一侧和张力传感器23连接固定，所述张力传感器23顶部连接在从动滑轨25上，所述从动滑轨25固定在所述卷扬装置机壳1内顶部，所述安全绳依次穿过所述压紧轮一和所述线轮之间的间隙、所述压紧轮二34、所述动力轮35之间的间隙和所述张力传感器23贯穿至所述卷扬装置机壳1外侧，所述卷扬装置机壳1上开设有安全绳出口3，所述安全绳通过所述安全绳出口3贯穿至所述卷扬装置机壳1外侧，所述卷扬装置机壳1外侧设有与所述安全绳相配合的限位开关4和安全绳横档5；当张力传感器23检测到安全绳张力过大时，卷扬控制器控制卷筒30放开安全绳，同时控制推拉电磁铁二40断电放下压紧轮二34压紧安全绳，动力轮35开始旋转将放开的安全绳抽出；当张力传感器23检测到安全绳张力过小时，控制推拉电磁铁二40通电抬起压紧轮二34脱离安全绳，动力轮35停止旋转，卷扬控制器控制卷筒30收紧安全绳；张力传感器23设置在从动滑轨25上，用于监测安全绳的张紧力，通过RS485总线将监测数据传送给卷扬控制器主控模块20，卷扬控制器主控模块20将测量数据与设定阈值进行比对计算并控制绕线机构23收紧或者放开安全绳。

参阅图1，所述旋转底座包括旋转底座支架12，所述旋转底座支架12底部中心处设有吸附电磁铁13，所述吸附电磁铁13吸附在风电塔筒顶部，所述旋转底座支架12的顶部设有旋转台16，所述旋转台16的顶部固定有固定支撑板17，所述固定支撑板17的顶部与所述卷扬装置机壳1底部的连接电磁铁6固定在一起，所述旋转底座支架12侧边固定有旋转伺服电机14和蜗轮蜗杆系统15，所述旋转伺服电机14和所述蜗轮蜗杆系统15连接在一起，所述蜗轮蜗杆系统15和所述旋转台16连接；旋转底座用于将卷扬装置固定于风电塔机舱顶面，使其下垂的安全绳能够承受几百公斤的重物，并且，用于控制卷扬装置旋转，当爬壁机器人在塔筒壁横向移动时，使安全绳与爬壁机器人的连接始终接近垂直状态；

卷扬装置固定在旋转台16上，旋转底座支架12通过吸附电磁铁13吸附在风电塔机舱顶面，卷扬控制器主控模块20根据手持遥控器发送的控制指令输出信号，旋转底座伺服驱动接收信号并控制旋转伺服电机14旋转，从而控制卷扬装置随旋转底座旋转，使安全绳调整到垂直状态。

供电系统通过动力线缆为卷扬控制器、排线机构21、绕线机构19和抽线机构22供电，并通过卷扬控制器主控模块20为张力传感器23和电磁铁供电。

参阅图8-10，所述清理机构包括固定在所述卷扬装置机壳1上的安装座41，所述安装座41上活动连接有壳体42，所述壳体42底部设有开口，所述壳体42内中部设有固定箱43，所述固定箱43内中部设有双轴电机44，所述双轴电机44的两侧输出端均设有主动锥形齿轮45，所述主动锥形齿轮45的两侧均啮合有从动锥形齿轮46，所述从动锥形齿轮46的端部固定有旋转杆47，所述旋转杆47活动连接在固定板一48上，所述旋转杆47上固定有驱动齿轮57，所述固定板一48的端部贯穿至所述固定箱43的外侧，所述壳体42的内部两侧内壁上均固定有与所述固定板一48相配合的固定板二49，所述固定板一48和所述固定板二49两者上均设有支撑杆50，两组所述支撑杆50之间活动连接有清理件51，所述清理件51由环形件52和外齿环53组成，所述外齿环53固定在所述环形件52的圆周外表面，所述驱动齿轮57与所述外齿环53相啮合，所述环形件52的侧边外表面开设有与所述支撑杆50相配合的环形槽54，所述环形件52的中部开设有清理孔55，所述清理孔55内壁上等间距设有若干个清理刷56，所述壳体42上开设有与所述清理孔55相配合的通孔，所述壳体42内部两侧均设有与所述安全绳相配合的导向轮58，所述安全绳通过所述通孔贯穿至所述壳体42内部经过所述清理孔55与所述导向轮58延伸至外界；通过清理机构的设计，从而在绕线机构19收卷安全绳时，因为安全绳在使用时会粘附一些灰尘或者鸟屎等附着物，在收卷安全绳时，启动双轴电机44，双轴电机44带动两侧的主动锥形齿轮45旋转，主动锥形齿轮45通过从动锥形齿轮46带动旋转杆47旋转，旋转杆47旋转带动驱动齿轮57旋转，驱动齿轮57旋转通过与外齿环53的啮合带动清理件51旋转，清理件51旋转带动清理孔55内的清理刷56旋转，安全绳在收卷时会经过清理孔55，进而使得清理刷56可以对安全绳外表面的附着物进行清扫，进而避免附着物进入到卷扬装置机壳1内部。

参阅图3，所述卷扬控制器包括卷扬控制器主控模块20和无线接收模块31，所述卷扬控制器主控模块20和所述无线接收模块31两者设置在所述绕线机构支架29上，无线接收模块31用于接收手持遥控无线发射模块发送的控制信号，并将接收到的手持遥控器操控指令发送给卷扬控制器主控模块20；卷扬控制器主控模块20根据手持遥控发送的控制指令输出信号，控制排线机构21、绕线机构19和抽线机构22的运行，无线接收模块31与卷扬控制器主控模块20之间采用SBUS串行通信协议进行信号传输，一体化网络伺服驱动器18为四轴一体化伺服驱动器，通过EtherCAT总线与卷扬控制器主控模块20进行通讯，四轴一体化伺服驱动器接收卷扬控制器主控模块20的程序指令，分别控制绕线机构伺服电机26、排线机构伺服电机38、抽线机构伺服电机39和旋转伺服电机14的旋转方向和速度，所述卷扬装置机壳1外侧设有提手2、无线天线7、驱动器散热风扇8、过线孔护套9、开关10和电源接口11。

实施例二，参阅图11，根据本发明另一个方面，提供了一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统使用方法，用于所述的风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，包括以下步骤：

步骤S1101：将卷扬装置固定在旋转底座上，连接旋转底座通信电缆，系统通电；

步骤S1102：打开旋转底座电磁铁开关，使旋转底座吸附在风电塔机舱顶面；

步骤S1103：开启手持遥控器，使手持遥控器与卷扬系统连接匹配；

步骤S1104：触发手持遥控器上的自动放伸按键，卷扬装置上的卷筒30放开安全绳，当安全绳抵达地面时，停止放绳；

步骤S1105：将安全绳与爬壁机器人上的安全吊环连接，触发手持遥控器上的手动收绳按键，将安全绳索调整到合适长度；

步骤S1106：机器人开始在塔筒外壁爬行作业，触发手持遥控自主控制按键，通过安全绳张力控制自主调整安全绳收放；

步骤S1107：当爬壁机器人水平移动时，通过手持遥控器上的旋转按键，控制卷扬装置旋转，使安全绳接近垂直状态；

步骤S1108：机器人作业结束时，将安全绳索从机器人上取下，触发手持遥控器上的自动收绳按键，将安全绳收紧。

具体步骤如下：

卷扬装置和旋转底座是分体式设计，在使用前，将卷扬装置和旋转底座连接在一起，将卷扬装置吸附固定在固定支撑板17上，然后将旋转底座通讯线缆连接到卷扬装置对应的通讯接口上，将卷扬装置和旋转底座电源接通，并打开电源开关，系统启动；

打开旋转底座上的电磁铁控制开关，旋转底座支架12底部的吸附电磁铁13通电，使旋转底座牢固吸附在风电塔机舱顶面，进而达到固定卷扬装置的目的；

如果是卷扬装置单独使用，直接打开卷扬装置上的电磁铁控制开关，旋转底座支架12底部四块连接电磁铁6通电，使卷扬装置直接吸附在风电塔机舱顶面；

开启手持遥控器，遥控器与卷扬装置自动搜索连接，连接成功后，遥控器指示灯变成绿色。

在安全绳末端吊索悬挂配重块，触发手持遥控器自动放绳按键，卷扬控制器接收自动放绳信号，控制绕线机构19上的卷筒30放开安全绳，排线器32根据安全绳位置在滚珠丝杠24上跟随滑动，压紧器33的压紧轮一松开，抽线机构22上的压紧轮二34放下压紧安全绳，动力轮35开始旋转将放开的安全绳抽出；

当安全绳触达地面时，再次触发手持遥控器自动放绳按键，绕线机构19停止放绳，抽线机构22上的压紧轮二34抬起，动力轮35停止旋转。

取下安全绳末端的悬挂配重块，将安全绳吊索与爬壁机器人安全吊环连接，点按手持遥控器手动收绳按键，卷扬控制器接收收绳信号，控制绕线机构19上的卷筒30收紧安全绳，排线器32根据安全绳位置在滚珠丝杠24上跟随滑动，压紧器33上的压紧轮一压紧安全绳；

每点按一次手动收绳按键，卷扬控制器控制绕线机构19按照特定角度旋转收紧安全绳，直到将安全绳调整到适当长度；

机器人开始在塔筒外壁爬行作业时，触发手持遥控自主控制按键，此时卷扬装置自主控制安全绳收放，安装于卷扬装置内部的张力传感器23被触发，实时监测安全绳张紧力，并将数据发送给卷扬控制器，通过对安全绳张力与设定阈值进行比对分析，卷扬控制器发送信号，控制绕线机构19进行安全绳收放。

如果张力传感器23检测到安全绳张力大于设定阈值，卷扬控制器控制绕线机构19放开绳索；

如果张力传感器23检测到安全绳张力小于设定阈值，卷扬控制器控制绕线机构19收紧绳索。

当爬壁机器人水平移动时，安全绳发生倾斜，通过手持遥控旋转按键控制旋转底座旋转，进而调整卷扬装置安全绳的出口方向，使安全绳接近垂直状态；

爬壁机器人作业结束时，爬壁机器人返回地面，再次触发手持遥控自主控制按键，张力传感器23关闭，取消卷扬装置自主控制安全绳收放.将安全绳从机器人上取下，触发手持遥控自动收绳按键，卷扬控制器接收自动收绳信号，控制抽线机构22上的压紧轮二34抬起，动力轮35停止旋转，控制排线机构21跟随安全绳位置在滚珠丝杠24上滑动，压紧器33上的压紧轮一压紧安全绳，控制绕线机构19上的卷筒30收紧安全绳；当安全绳末端横档触碰到安全绳出口限位开关4，绕线机构19停止运行。

实施例三，参阅图12，风电塔筒爬壁机器人安全绳松开与收紧的自主控制方法如图12所示，主控模块的逻辑控制如下：

步骤S1201：卷扬装置主控模块中设定安全绳张力阈值；

步骤S1202：张力传感器感知安全绳张力变化，并将测量值发送给主控模块；

步骤S1203：主控模块比较测量值与阈值的大小；

步骤S1204：测量值高于阈值5％；

步骤S1205：主控模块发送信号，控制排线机构压紧器松开，排线机构滚珠丝杆根据安全绳在卷筒上的位置控制排线器随动；

步骤S1206：主控模块发送信号，控制绕线机构滚筒旋转放开安全绳；

步骤S1207：主控模块发送信号，控制抽线机构压紧轮放下并压紧安全绳，动力轮旋转将安全绳抽出；

步骤S1208：测量值低于阈值5％；

步骤S1209：主控模块发送信号，控制抽线机构压紧轮抬起并松开安全绳，动力轮旋转停止旋转；

步骤S1210：主控模块发送信号.控制排线机构压紧器压紧，排线机构滚珠丝杆根据安全绳在卷筒上的位置控制排线器随动；

步骤S1211：主控模块发送信号，控制绕线机构滚筒旋转收紧安全绳。

安全绳收紧过程中，张力传感器实时感知安全绳的张力，当两条安全绳。

具体步骤如下：

卷扬装置主控模块用于比较测量获得的安全绳张力和存储阈值的大小，主控模块中预先设定了安全绳张力阈值。

安全绳末端吊索与爬壁机器人吊环连接，安全绳会产生张紧力，通过卷扬装置内部张力传感器感知安全绳张力变化，并将测量值通过RS485总线发送给主控模块。

主控模块接收张力传感器发送的测量数据，并对两条安全绳的张力值进行求平均，并比平均值与设定阈值的大小。

如果测量张力值高于设定阈值5％，安全绳处于绷紧状态，并对爬壁机器人产生拉力。主控模块启动安全绳松开程序。

主控模块通过IO输出信号控制排线机构压紧器松开，主控模块通过EtherCAT总线向四轴一体化伺服驱动器发送排线信号，驱动器轴2控制排线机构滚珠丝杆根据安全绳在卷筒上的位置控制排线器随动。

主控模块通过EtherCAT总线向四轴一体化伺服驱动器发送放线信号，驱动器轴1控制绕线机构滚筒旋转放开安全绳。

主控模块通过IO输出信号控制抽线机构的压紧轮放下并压紧安全绳，主控模块通过EtherCAT总线向四轴一体化伺服驱动器发送抽线信号，驱动器轴3控制抽线机构的动力轮旋转将安全绳抽出。

安全绳抽出过程中，张力传感器实时感知安全绳的张力，当两条安全绳的张力平均值位于阈值×(1±5％)之内，主控模块控制卷扬装置收放系统停止运行。

如果测量张力值低于设定阈值5％，安全绳处于松弛状态，主控模块启动安全绳收紧程序。

主控模块通过IO输出信号控制抽线机构的压紧轮抬起并松开安全绳，主控模块通过EtherCAT总线向四轴一体化伺服驱动器发送停止抽线信号，驱动器轴3控制抽线机构的动力轮停止旋转。

主控模块通过IO输出信号控制排线机构压紧器压紧安全绳，主控模块通过EtherCAT总线向四轴一体化伺服驱动器发送排线信号，驱动器轴2控制排线机构滚珠丝杆根据安全绳在卷筒上的位置控制排线器随动。

主控模块通过EtherCAT总线向四轴一体化伺服驱动器发送收线信号，驱动器轴1控制绕线机构滚筒旋转收紧安全绳。

安全绳收紧过程中，张力传感器实时感知安全绳的张力，当两条安全绳的张力平均值位于阈值×(1±5％)之内，主控模块控制卷扬装置收放系统停止运行。

在绕线机构19收卷安全绳时，因为安全绳在使用时，安全绳上会粘附一些灰尘或者鸟屎等附着物，在收卷安全绳时，启动双轴电机44，双轴电机44带动两侧的主动锥形齿轮45旋转，主动锥形齿轮45通过从动锥形齿轮46带动旋转杆47旋转，旋转杆47旋转带动驱动齿轮57旋转，驱动齿轮57旋转通过与外齿环53的啮合带动清理件51旋转，清理件51旋转带动清理孔55内的清理刷56旋转，安全绳在收卷时会经过清理孔55，进而使得清理刷56可以对安全绳外表面的附着物进行清扫，进而避免附着物进入到卷扬装置机壳1内部。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，其特征在于，包括手持遥控器、卷扬控制器、张力传感器(23)、一体化伺服驱动器(18)和卷扬装置，所述卷扬装置机壳(1)外表面一侧设有清理机构，所述卷扬装置包括卷扬装置机壳(1)、绕线机构(19)、排线机构(21)、抽线机构(22)和旋转底座，所述卷扬控制器、所述一体化伺服驱动器(18)和张力传感器(23)和所述张力传感器(23)均位于所述卷扬装置机壳(1)内部。

2.根据权利要求1所述的一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，其特征在于，所述绕线机构(19)包括绕线机构支架(29)，所述绕线机构支架(29)固定所述卷扬装置机壳(1)内底部，所述绕线机构支架(29)上活动连接有转轴一(28)，所述转轴一(28)上设有卷筒(30)，所述卷筒(30)上缠绕有安全绳，所述转轴一(28)的另一端贯穿至所述绕线机构支架(29)的外侧与减速器(27)连接，所述减速器(27)与绕线机构伺服电机(26)输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，其特征在于，所述排线机构(21)包括排线支架，所述排线支架设置在所述卷扬装置机壳(1)内顶部，所述排线支架内设有滚珠丝杠(24)，所述排线支架的端部设有排线机构伺服电机(38)，所述排线机构伺服电机(38)的输出端与所述滚珠丝杠(24)连接，所述滚珠丝杠(24)上螺纹连接有丝杆滑块，所述丝杆滑块的底部连接有排线器(32)，所述排线器(32)的底部两端均设有线轮，所述排线器(32)设有与所述线轮相配合的压紧器(33)；

所述压紧器(33)包括竖向滑动连接在所述排线器(32)内的支撑件一和固定在所述排线器(32)内中部的推拉电磁铁一(37)，所述支撑件一的中部与所述推拉电磁铁一(37)连接，所述支撑件一的两端均设有压紧轮一，所述压紧轮一位于所述线轮的上方。

4.根据权利要求3所述的一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，其特征在于，所述抽线机构(22)包括抽线支架，所述抽线支架与所述排线支架连接固定，所述抽线支架的顶部设有抽线机构伺服电机(39)，所述抽线机构伺服电机(39)的输出端设有皮带轮，所述抽线支架内部转动连接有转轴二，所述转轴二的中部固定有同步轮(36)，所述同步轮(36)与所述皮带轮之间通过皮带连接，所述转轴二的两端分别设有一个动力轮(35)，所述抽线支架的内部竖向滑动有支撑件二，所述支撑架的两端分别设有一个压紧轮二(34)，所述压紧轮二(34)位于所述动力轮(35)的下方，所述抽线支架的内底部设有与所述支撑件二相配合的推拉电磁铁二(40)，所述抽线支架远离所述排线支架一侧和张力传感器(23)连接固定，所述张力传感器(23)顶部连接在从动滑轨(25)上，所述从动滑轨(25)固定在所述卷扬装置机壳(1)内顶部。

5.根据权利要求4所述的一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，其特征在于，所述安全绳依次穿过所述压紧轮一和所述线轮之间的间隙、所述压紧轮二(34)、所述动力轮(35)之间的间隙和所述张力传感器(23)贯穿至所述卷扬装置机壳(1)外侧，所述卷扬装置机壳(1)上开设有安全绳出口(3)，所述安全绳通过所述安全绳出口(3)贯穿至所述卷扬装置机壳(1)外侧，所述卷扬装置机壳(1)外侧设有与所述安全绳相配合的限位开关(4)和安全绳横档(5)。

6.根据权利要求5所述的一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，其特征在于，所述旋转底座包括旋转底座支架(12)，所述旋转底座支架(12)底部中心处设有吸附电磁铁(13)，所述吸附电磁铁(13)吸附在风电塔筒顶部，所述旋转底座支架(12)的顶部设有旋转台(16)，所述旋转台(16)的顶部固定有固定支撑板(17)，所述固定支撑板(17)的顶部与所述卷扬装置机壳(1)底部的连接电磁铁(6)固定在一起，所述旋转底座支架(12)侧边固定有旋转伺服电机(14)和蜗轮蜗杆系统(15)，所述旋转伺服电机(14)和所述蜗轮蜗杆系统(15)连接在一起，所述蜗轮蜗杆系统(15)和所述旋转台(16)连接。

7.根据权利要求6所述的一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，其特征在于，所述清理机构包括固定在所述卷扬装置机壳(1)上的安装座(41)，所述安装座(41)上活动连接有壳体(42)，所述壳体(42)底部设有开口，所述壳体(42)内中部设有固定箱(43)，所述固定箱(43)内中部设有双轴电机(44)，所述双轴电机(44)的两侧输出端均设有主动锥形齿轮(45)，所述主动锥形齿轮(45)的两侧均啮合有从动锥形齿轮(46)，所述从动锥形齿轮(46)的端部固定有旋转杆(47)，所述旋转杆(47)活动连接在固定板一(48)上，所述旋转杆(47)上固定有驱动齿轮(57)，所述固定板一(48)的端部贯穿至所述固定箱(43)的外侧，所述壳体(42)的内部两侧内壁上均固定有与所述固定板一(48)相配合的固定板二(49)，所述固定板一(48)和所述固定板二(49)两者上均设有支撑杆(50)，两组所述支撑杆(50)之间活动连接有清理件(51)，所述清理件(51)由环形件(52)和外齿环(53)组成，所述外齿环(53)固定在所述环形件(52)的圆周外表面，所述驱动齿轮(57)与所述外齿环(53)相啮合，所述环形件(52)的侧边外表面开设有与所述支撑杆(50)相配合的环形槽(54)，所述环形件(52)的中部开设有清理孔(55)，所述清理孔(55)内壁上等间距设有若干个清理刷(56)，所述壳体(42)上开设有与所述清理孔(55)相配合的通孔，所述壳体(42)内部两侧均设有与所述安全绳相配合的导向轮(58)，所述安全绳通过所述通孔贯穿至所述壳体(42)内部经过所述清理孔(55)与所述导向轮(58)延伸至外界。

8.根据权利要求7所述的一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，其特征在于，所述卷扬控制器包括卷扬控制器主控模块(20)和无线接收模块(31)，所述卷扬控制器主控模块(20)和所述无线接收模块(31)两者设置在所述绕线机构支架(29)上，所述卷扬装置机壳(1)外侧设有提手(2)、无线天线(7)、驱动器散热风扇(8)、过线孔护套(9)、开关(10)和电源接口(11)。

9.一种风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统使用方法，其特征在于，用于权利要求8所述的风电塔筒爬壁机器人安全绳的卷扬系统，包括以下步骤：

步骤S1101：将卷扬装置固定在旋转底座上，连接旋转底座通信电缆，系统通电；

步骤S1102：打开旋转底座电磁铁开关，使旋转底座吸附在风电塔机舱顶面；

步骤S1103：开启手持遥控器，使手持遥控器与卷扬系统连接匹配；

步骤S1104：触发手持遥控器上的自动放伸按键，卷扬装置上的卷筒(30)放开安全绳，当安全绳抵达地面时，停止放绳；

步骤S1105：将安全绳与爬壁机器人上的安全吊环连接，触发手持遥控器上的手动收绳按键，将安全绳索调整到合适长度；

步骤S1106：机器人开始在塔筒外壁爬行作业，触发手持遥控自主控制按键，通过安全绳张力控制自主调整安全绳收放；

步骤S1107：当爬壁机器人水平移动时，通过手持遥控器上的旋转按键，控制卷扬装置旋转，使安全绳接近垂直状态；

步骤S1108：机器人作业结束时，将安全绳索从机器人上取下，触发手持遥控器上的自动收绳按键，将安全绳收紧。