CN218428372U - 一种风机叶片自动检修机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风机叶片自动检修机器人，包括行走单元，在行走单元上设置有吊装调整单元、修复单元以及工具库，所述行走单元采用双层嵌套结构，通过吸附机构、X轴移动机构和Y轴移动机构配合工作，实现机器人在风机叶片上沿X轴、Y轴方向的运动；所述吊装调整单元用于实现机器人沿牵引绳方向的自升降运动，同时配合旋翼收纳结构，实现对机器人的姿态调整、飞行控制以及自身的收纳，确保机器人能够稳定地降落到风机叶片上；所述工具库用于存储修复风机叶片所需的工具；所述修复单元用于实现对风机叶片上缺陷位置的修复操作。能够实现对风机叶片的吊装、飞行控制和姿态调整，同时能够完成从检测、各种缺陷修复到再确认的全流程修型作业。

Description

一种风机叶片自动检修机器人

技术领域

本实用新型属于高空作业设备的技术领域，具体涉及一种风机叶片自动检修机器人。

背景技术

在风机叶片智能化运维的背景下，相关企业、院所及高校展开了研究工作，构思或设计了相关的自动化运维设备，为实现机械化代人、智能化减人奠定了基础。

中国专利CN113245128A、CN113289832A、CN113290464A，这三个专利分别公开了一种用于风机叶片涂油漆机器人、刮腻子机器人、打磨机器人，这三种机器人分别执行一项修复作业流程，相关作业流程未能集成到一起，在实际应用中难以推广应用。同时，上述公开的技术方案在实际应用中还存在如下不足：1)装置缺乏安全冗余设计，一旦吸盘漏气或者气源失效，将会导致机器人从高空坠落，引发安全事故；2)机器人的吸附行走机构采用了吸盘吸附的方式，并阐述了带吸盘的移动机构数量可以是六个、八个或更多，且在该专利中以八个为例阐述了其移动方式，但是并没有注意到机器人行走的平衡性问题；3)现在机械臂的主要驱动力来源于液压驱动，虽然液压驱动的作用力相对较大，但液压驱动的效率较低(约50％左右)，这将降低能源的利用率，减小机器人的工作时间，降低作业效率；4)机器人作业的机械臂属于工业型机械臂，而较之更加灵活、承载力更强，质量较轻的协作式机械臂并未被采用。

中国专利CN105082143A公开了一种风电叶片除尘机器人，该机器人包括机身、三对行走足、控制系统和供电系统。该机器人通过行走足抓取叶片边缘进行移动，对于较厚一侧的叶片边缘抓取将较为困难；随着叶片尺寸的变大，叶片宽度较大，此时将会使得行走足的宽度较大，不利于机器人行走及减重；为了能够稳定抓住叶片，需要较大抓取力，这可能将导致行走足对叶片产生破坏。

中国专利CN111941211A公开了一种风电叶片打磨机器人，包括底盘和打磨装置。该机器人通过底盘上的四个舵轮，在地面开展叶片打磨相关作业，无法在高空展开作业；该机器人的主要驱动动力源为液压驱动，而液压驱动存在能源转化效率低，液压动力源及油箱需要占用较大空间，液压油易泄露等不足之处；该打磨部件的主要执行装置是滚筒，由于滚筒宽度为800mm，宽度较大，不利于风机叶片曲面部分打磨；该机器人的能够实现整体旋转、升降、伸缩、伸缩杆角度的调节，为了配合机器人打磨的操作过程，属于常规动作。

实用新型内容

在机械化代人背景下，为了能够实现叶片机器人智能化运维，本实用新型提供了一种风机叶片检修机器人，该机器人能够实现对风机叶片缺陷的检测以及吊装、飞行控制和姿态调整，同时能够完成从检测、各种缺陷修复到再确认的全流程修型作业，一体化水平高，操作便捷、灵活，便于推广应用。

本实用新型可通过以下技术方案实现：

一种风机叶片自动检修机器人，包括行走单元，在所述行走单元上设置有吊装调整单元、修复单元以及工具库，

所述行走单元所述行走单元包括工作台，在所述工作台上设置有工具库、修复单元、吊装调整单元，其底面通过X轴移动机构与内框相连、通过Y轴移动机构与外框相连，所述内框、外框采用嵌套结构，两者之间留有间隙，在其底面对应设置有内吸附单元、外吸附单元，所述X轴移动机构用于在内吸附单元、外吸附单元交替工作时，带动工作台连同外框、内框交替沿X轴方向移动，所述Y轴移动机构用于在内吸附单元、外吸附单元交替工作时，带动工作台连同内框、外框交替沿Y轴方向移动，从而实现机器人在风机叶片上的自由运动；

所述吊装调整单元包括设置在行走机构的底盘一端的升降单元以及设置在行走机构的底盘周边的调整单元，所述升降单元用于控制机器人沿牵引绳方向的自升降运动，所述调整单元包括设置在底盘周边的多组旋翼，每组旋翼均通过收纳旋转机构与行走机构相连，所述收纳旋转机构用于调整每组旋翼的转动以及与底盘周边的收纳和伸展；

所述工具库用于存储修复风机叶片所需的工具；

所述修复单元包括多自由度协作型的机械臂，在所述机械臂的末端设置有图像采集模块、快换主盘，所述图像采集模块用于对缺陷位置进行图像采集，所述工具库上均匀间隔设置有与快换主盘配合的多个快换副盘，每个所述快换副盘均连接一种工具，从而实现各种工具与机械臂末端之间的快换，实现对风机叶片上缺陷位置的修复操作。

进一步，所述X轴移动机构包括沿X轴方向设置的多个第一直线滑轨、一个或多个第一滚珠丝杠，每个所述第一直线滑轨的滑块均与工作台连接，每个所述第一滚珠丝杠的丝杠螺母均与工作台连接，其丝杠的一端与X轴电动机连接；

所述Y轴移动机构包括沿Y轴方向设置的多个第二直线滑轨、一个或多个第二滚珠丝杠，每个所述第二直线滑轨的滑块均与工作台连接，每个所述第二滚珠丝杠的丝杠螺母均与工作台连接，其丝杠的一端与Y轴电动机连接。

进一步，所述外框、内框均呈方形结构，其X轴方向的长度大于Y轴方向的长度，在所述外框对应内框X轴方向的侧边上均设置有凸起，所述凸起的长度大于内框的长度，其顶面与工作台的底面留有间隙。

进一步，所述收纳旋转机构包括基座，在所述基座上设置有第一电动机，所述第一电动机的输出轴通过折叠机构与对应的旋翼相连，所述第一电动机用于带动折叠机构连同旋翼进行转动；

所述基座的一侧与连接臂的一端连接，所述连接臂采用电动驱动式的伸缩结构，其另一端与第二电动机相连，所述第二电动机的输出轴与U形支架的开口处固定连接，所述U形支架的封闭端与底盘相连，所述第二电动机用于带动连接臂连同基座从水平方向到竖直方向或者竖直方向到水平方向的折叠，从而实现整个收纳旋转机构向底盘方向的收纳或者伸缩；

所述折叠机构包括平行设置的两个夹板，每个所述夹板的中央均有与第一电动机的输出轴配合的通孔，两个所述夹板之间空隙的两端各设置一个第三电动机，每个所述第三电动机的输出轴均与一个旋翼连接，用于带动旋翼从连接臂的轴向方向到垂直于连接臂轴向方向或者垂直于连接臂轴向方向到连接臂的轴向方向的折叠，从而实现旋翼的折叠或者伸展。

进一步，所述工具库包括T字形立体框架，在所述T字形立体框架竖向部的两侧各间隔设置有多个弹性锁紧机构，所述弹性锁紧机构与工具一一对应设置，用于锁紧对应工具或者解除锁紧对应工具，每个所述工具均与机器人末端的快换装置对应设置。

本实用新型有益的技术效果如下：

1、本实用新型公开的叶片检修机器人能够实现全流程作业，结合工具库以及机械臂的快换装置，能够将叶片缺陷检测、打磨、喷涂、修型、烘干及修型再检测等一整套作业流程集成到检修机器人上，这不是将具有单项作业功能的机器人所能实现的功能进行简单拼凑，而是根据风叶检修需要进行的一体化设计，该检修机器人能够连续执行修复作业，作业效率高。

2、本实用新型公开机器人的吊装调整单元可以升降单元提供的牵引力为支撑，结合调整单元进行机器人姿态调整，使机器人能够满足风机叶片倾斜工况下的吊装要求，更好适应陆地及海上作业环境。

3、本实用新型公开的旋翼收纳结构具有收纳功能，除了能够通过控制旋翼达到姿态调整的目的，还能够完成收纳，避免行进、修复等过程中可能会对旋翼造成的损伤，同时还可以减小机器人所占空间。

4、本实用新型公开的行走单元采用双层结构的底盘设计，实现在机器人行走的过程中依然能够稳定吸附在叶片上，根据叶片的曲面形状及作业要求实现自适应移动，其移动方向及移动距离不受机构的限制，并且结合调整单元的旋翼设计，可以根据作业的实际需要，共同协作完成机器人的行走，操作方式更加灵活，应用范围更加广泛；

采用滚珠丝杠加滑轨作为行走单元的驱动机构，其底盘厚度可以做到小于100mm，厚度较小，降低了整个机器人的重心，提高了整机的稳定性；借助外框侧边的凸起设计，可以延伸内框向外侧伸出的距离，提高整个底座的阻力臂长度，增加机器人作业时的稳定性，另外当风机叶片上有导流片时，能够通过抬升底盘的高度，跨越导流片，实现越障行走。

5、采用机器人末端快换装置结合工具库的弹性锁紧机构组成本实用新型公开的修复单元，能够装载和使用多种工具，完成不同的修复，具有良好的自适应性，能够满足不同位置的叶片表面修型要求，提高修型工具及整个机器人的适应性，并且能够确保机器人在不同的作业阶段取放工具的安全性及可靠性，为实现机器人作业功能集成奠定基础。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图一；

图2为本实用新型的整体结构示意图二；

图3为本实用新型的行走单元的结构示意图；

图4(a)为本实用新型的行走单元沿X轴方向右向移动第一阶段的状态示意图；

图4(b)为本实用新型的吸附行走装置右向移动第二阶段即回复初始位置的状态示意图；

图5(a)为本实用新型的行走单元沿Y轴方向前向移动第一阶段的状态示意图；

图5(b)为本实用新型的行走单元前向移动第二阶段即回复初始位置的状态示意图；

图6为本实用新型的内框移动进入凸起里面，以改变整个装置的重心位置的状态示意图；

图7为本实用新型的伸展状态下调整单元的整体结构示意图；

图8为本实用新型的收纳状态下调整单元的整体结构示意图；

图9为本实用新型的收纳旋转机构的结构示意图；

图10为本实用新型的姿态检测单元在底盘上的安装状态示意图；

图11为本实用新型的升降单元的整体结构示意图；

图12为本实用新型的右计量单元的结构示意图；

图13为本实用新型的电磁式微型伸缩杆与限位槽的配合结构示意图；

图14为本实用新型的工具库的部分结构示意图；

图15为本实用新型的紧固爪手与弹性锁紧机构配合的结构示意图；

图16(a)为本实用新型的紧固爪手缩回的状态示意图；

图16(b)为本实用新型的紧固爪手张开的状态示意图；

图17为本实用新型的耗材库的结构示意图；

其中，1-行走单元，101-工作台，102-内框，103-外框，1031-凸起，104-第一直线滑轨，105-第一滚珠丝杠，106-X轴电动机，107-第二直线滑轨，108-第二滚珠丝杠，109-Y轴电动机，110-真空吸盘，2-修复单元，201-快换装置，3-工具库，301-工具，302-T字形立体框架，303-C形托盘，304-紧固爪手，3041-活动部，3042-固定部，305-挡板，306-第一推杆，307-第二推杆，308-柔性钢丝，309-第一复位弹簧，310-第二复位弹簧，311-锁定机构，4-耗材库，401-存储罐，402-环状卡箍，5-升降单元，501-左收绳轮，502-右收绳轮，503-左驱动器，504-右驱动器，505-左排线器，506-右排线器，507-左计量单元，508-右计量单元，5081-编码器，5082-槽轮，509-引导件，510-限位槽，511-电磁式微型伸缩杆，512-支撑板，6-调整单元，601-旋翼，602-收纳旋转机构，6021-基座，6022-第一电动机，6023-第二电动机，6024-连接臂，6025-U形支架，6026-夹板，6027-第三电动机，6028-活动支杆。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1-2所示，本实用新型提供了一种风机叶片自动检修机器人，包括行走单元1，在行走单元1上设置有巡检单元、吊装调整单元、修复单元2、工具库3以及耗材库4，该行走单元1采用双层嵌套结构，通过吸附机构、X轴移动机构和Y轴移动机构配合工作，实现机器人在风机叶片上沿X轴、Y轴方向的运动；该吊装调整单元采用对称式的牵引驱动结构，实现机器人沿牵引绳方向的自升降运动，同时配合非对称式的旋翼收纳结构，实现对机器人的姿态调整以及自身的收纳，确保机器人能够稳定地降落到风机叶片上；该工具库3用于存储修复风机叶片所需的工具；该耗材库4用于存储修复风机叶片所需的原料；该修复单元2采用图像处理技术，通过机械、工具库的配合工作，实现对风机叶片上缺陷位置的检测、修复和再确认操作；该巡检单元用于对风机叶片上的缺陷进行近距离实地巡检；该行走单元、吊装调整单元、修复单元均与处理器相连，该处理器用于根据无人机检测的缺陷信息，控制吊装调整单元带动机器人稳定地到达风机叶片，在此期间启动巡检单元对风机叶片上的缺陷进行巡检，然后控制行走单元带动机器人到达缺陷位置，最后控制修复单元完成对缺陷位置的修复操作，从而实现全自动化修复。这样，借助对称式的驱动牵引结构，确保机器人在升降吊装过程中的平衡性和稳定性，再利用非对称式旋翼结构，实现机器人的稳定降落，同时借助收纳功能实现调整单元的收纳，减少占用空间，避免调整单元甚至整个机器人受到不必要的损坏，然后利用行走单元，可以实现机器人在风机叶片上的自由运动，提高了检修的便捷性和应用范围，最后通过修复单元结合工具库、耗材库执行修复操作，完成了从吊装到修复整个过程的全自动化作业，智能化水平高，全面减少人力参与，降低了对操作人员经验值的要求门槛，提高了作业效率和安全性，节省了大量的物力资源，具有广阔的应用前景。具体如下：

如图3-6所示，该行走单元1包括工作台101，该工作台101的底面通过X轴移动机构与内框102相连、通过Y轴移动机构与外框103相连，该工作台101、内框102、外框103共同构成机器人的底盘，在底盘的顶面设置有工具库3、耗材库4、修复单元2、牵引驱动结构，在其周边设置有旋翼收纳结构。

该内框102、外框103采用嵌套结构，两者之间留有间隙，在其底面对应设置有内吸附单元、外吸附单元，该X轴移动机构用于在内吸附单元、外吸附单元交替工作时，带动工作台101连同外框103、内框102交替沿X轴方向移动，该Y轴移动机构用于在内吸附单元、外吸附单元交替工作时，带动工作台101连同内框102、外框103交替沿Y轴方向移动，从而实现机器人在风机叶片上的自由运动，扩大了机器人修复操作的便捷性和应用范围，其中内框102和外框103之间的间隙即为Y轴移动机构、X轴移动机构的移动步长，具体可以根据实际情况而定。

为了降低结构的复杂度同时保障机器人行走的稳定性，该X轴移动机构包括沿X轴方向设置的多个第一直线滑轨104、一个或多个第一滚珠丝杠105，每个第一直线滑轨104的滑块均与工作台101连接，每个第一滚珠丝杠105的丝杠螺母均与工作台101连接，其丝杠的一端与X轴电动机106连接，其具体位置布置可以将第一滚珠丝杠105设置在多个第一直线滑轨104中央位置，也可以依据实际情况位居工作台101的两侧，

如图4所示，在内吸附单元工作，外吸附单元不工作时，此时内框102固定不动，该X轴电动机106用于带动丝杠螺母连同工作台101沿X轴方向运动，以及带动与工作台101相连的滑块沿第一直线滑轨104运动，带动与工作台101相连的外框102沿X轴方向运动，

在外吸附单元工作，内吸附单元不工作时，此时工作台101固定不动，该X轴电动机106用于带动丝杠连同内框102沿X轴方向运动，以及带动与内框102相连的第一直线滑轨104沿X轴方向运动，实现滑块在第一直线滑轨104、丝杠螺母在第一滚珠丝杠105上的往复运动，进而带动吸附行走装置在X轴方向的运动；

如图5所示，同样，该Y轴移动机构包括沿Y轴方向设置的多个第二直线滑轨107、一个或多个第二滚珠丝杠108，每个第二直线滑轨107的滑块均与工作台101连接，每个第二滚珠丝杠108的丝杠螺母均与工作台101连接，其丝杠的一端与Y轴电动机109连接，

在外吸附单元工作，内吸附单元不工作时，此时外框103固定不动，该Y轴电动机109用于带动丝杠螺母连同工作台101沿Y轴方向运动，以及带动与工作台101相连的滑块沿第二直线滑轨107运动，带动与工作台101相连的内框102沿X轴方向运动，

在内吸附单元工作，外吸附单元不工作时，此时工作台101固定不动，该Y轴电动机109用于带动丝杠连同外框103沿Y轴方向运动，以及带动与外框103相连的第二直线滑轨107沿Y轴方向运动，实现滑块在第二直线滑轨107、丝杠螺母在第二滚珠丝杠108上的往复运动，进而带动吸附行走装置在Y轴方向的运动。

为了提高整个装置的避障能力，在外框103的周边设置有避障检测单元，该避障检测单元可以包括摄像头、各种测距传感器等等，用于检测吸附行走装置周边的障碍物状况，与X轴移动机构、Y轴移动机构配合工作，实现吸附行走装置的避障操作，如发现左前方5cm处有障碍物，可以通过X轴移动机构、Y轴移动机构使吸附行走装置从右侧越过障碍物，再继续前进。

同时考虑到风机叶片上有固定安装的多个导流片，它们横纵整个风机叶片，无法通过上述避障方法越过，我们在吸附单元增加了高度调节机构，即该内吸附单元包括多个真空吸盘110，它们分别通过各自的高度调节机构间隔设置在内框的底面，该外吸附单元也包括多个真空吸盘110，它们分别各自的高度调节机构间隔设置在外框的底面，该高度调节机构用于调节真空吸盘110距离外框103或者内框102的高度，这样，当避障检测单元识别出前方的障碍物是导流片时，通过高度调节机构将外框或者内框升高使工作台升高，越过导流片再行进，实现吸附行走装置的越障操作。

考虑到移动方向的需求，该外框103、内框102均设计成方形结构，第一直线滑轨104、第一滚珠丝杠105可以设置在内框1X轴方向的两个侧边上，同样第二直线滑轨107、第二滚珠丝杠108也可以设置在外框Y轴方向的两个侧边上，考虑到滚珠丝杠作为主动部件，可以设置在内框、外框的中间位置，如在内框、外框的边上设置有朝向中心延伸的舌头，滚珠丝杠可以设置在对应的舌头上，而第一直线滑轨104、第二直线滑轨107都被分为两组，对称分布在滚珠丝杠的两侧，当然也可以在内框的两条平行边、外框的两条平行边各设置一组滚珠丝杠，确保内框102、外框103的受力均匀，当然具体需根据实际情况而定，如工作台的面积较小可以不设置在中间位置。

为了适应装置的实际布置需求，该外框103、内框102可能是长条形状，如X轴方向的长度大于Y轴方向的长度，而工作时的机械臂可能会伸到装置的侧面，此时装置的重心会发生变化，会有倾倒风险，因此，如图6所示，我们在外框103对应内框102X轴方向的侧边上均设置有凸起1031，该凸起1031的长度大于内框的长度，其顶面与工作台101的底面接触，这样内框102相对外框103的运动范围不仅仅是两者之间的间隙，能够尽可能向外框103的内边缘运动，直至凸起1031抵住内框102上的滑轨部件，从而改变整个装置的重心，使其可以尽可能靠近机械臂偏移的位置，提高整个装置的稳定性，降低倾覆风险。

该吊装调整单元包括升降单元5和调整单元6，该升降单元5设置在底盘的一端，用于通过牵引绳吊装，实现机器人的自升降，该调整单元6设置在底盘的周边，用于通过多组旋翼的配合工作，实现机器人的飞行控制、姿态调整，以确保机器人能够稳定地降落到风机叶片上，

如图7-10所示，该调整单元6包括设置在工作台101周边的多组旋翼601以及设置在内框102底面的姿态检测模块，该姿态检测模块用于检测底盘不同位置和风机叶片之间的距离信息、机器人的重心位置偏移量，每组旋翼602均通过收纳旋转机构602与工作台相连，该收纳旋转机构602用于调整每组旋翼601的转动速度以及与工作台101周边的间距、以及收缩和伸展即向工作台101的收纳与伸展，该姿态检测模块、收纳旋转机构602均与处理器相连，该处理器用于通过收纳旋转机构602控制各组旋翼601的伸展，根据姿态检测单元检测的重心位置偏移量，通过收纳旋转机构602调整对应旋翼601和底盘周边的间距，使重心位置处于所有旋翼601所处的几何中心，根据姿态检测单元检测的距离信息，通过收纳旋转机构602控制每组旋翼601的转动速度，从而调整底盘不同位置与风机叶片之间的距离，实现对机器人的姿态调整，确保机器人能够稳定地降落到风机叶片上，然后再通过收纳旋转机构602控制各组旋翼601的收缩，从而为机器人的后续操作做好准备。至于机器人的飞行控制则可以采用类似四旋翼的无人机控制方法进行操控。

如图9所示，该收纳旋转机构602包括基座6021，在基座6021上设置有第一电动机6022，该第一电动机6022的输出轴通过折叠机构与每组旋翼相连，用于带动折叠机构连同各组旋翼进行转动，该基座6021、第一电动机6022均可以采用扁平的圆柱体结构，以减少占用空间；该基座6021与连接臂6024的一端连接，该连接臂6024采用电动驱动式的伸缩结构，其另一端与第二电动机6023相连，该第二电动机6023的输出轴与U形支架6025的开口处固定连接，该U形支架6025的封闭端与工作台相连，该第二电动机6023用于带动连接臂6024连同基座6021从水平方向到竖直方向或者竖直方向到水平方向的折叠，从而实现整个收纳旋转机构向工作台方向的收纳或者伸展。而借助具有伸缩功能的连接臂6024则可以调节旋翼与工作台之间的间距，进一步减少整个吊装调整单元的体积，该第二电动机6023采用双轴输出结构，以配合U形支架6025的两个侧板的通孔，尽可能减少连接部件，同时为了方便维修第二电动机6023，我们可以设计一端封口的筒状结构，未封口端套装在连接臂6024上，封口端连接第二电动机6023，然后可以借助紧固件锁紧在连接臂6024，也便于拆卸，这样整个第二电动机6023可以形成一个独立模块结构，便于维修处理。

该折叠机构包括平行设置的两个夹板6026，每个夹板6026的中央均有与第一电动机6022的输出轴配合的通孔，两个夹板6026之间空隙的两端各设置一个第三电动机，每个第三电动机6027的输出轴均与一个旋翼连接，其也采用扁平的圆柱体结构，用于带动旋翼从连接臂6024的轴向方向到垂直于连接臂6024轴向方向或者垂直于连接臂6024轴向方向到连接臂6024的轴向方向的折叠，从而实现旋翼的收纳或者伸展。

为了节省空间，该第一电动机6022、第三电动机6027、基座6021均采用扁平式的圆柱体结构，该夹板6026设置成长条结构，第一电动机6022设置在基座6021的上面，其输出轴穿过两个夹板6026中央的通孔，与其固定连接，以便带动旋翼转动，而第三电动机6027设置在两个夹板6026之间的间隙里，可以固定设置在一个夹板6026上，其输出轴通过轴承设置在另一个夹板6026上，而旋翼套装在输出轴上，从而在第三电动机6027的带动下，实现旋翼的折叠收纳。

该第二电动机6023采用双轴输出结构，便于和U形支架6025的开口端配合，可以将第二电动机6023设置在一个套筒的一端，该套筒的另一端套装在连接臂6024的另一端上，可以通过紧固件锁紧，也方便拆卸和维修，该连接臂6024的一端直接连接到基座6021的侧面，与折叠机构一起形成一个L形结构，便于折叠收纳的同时，还不影响旋翼的转动，同时我们还可以设置一个与连接臂6024配合的活动支杆6028，该活动支杆6028的一端设置有C形开口，可以卡装在连接臂6024上，另一端设置有矩形框，该矩形框可以容纳折叠后的每组旋翼，当折叠收纳完成后，可以沿着连接臂6024手推活动支杆6028，将每组旋翼插入矩形框，进一步提高旋翼的安全性。

当需要旋翼工作时，由第三电动机6027带动旋翼转动到与夹板6026共线的位置，同时在第二电动机6023的带动下，将连接臂6024连同基座6021向远离底盘方向转动，使其与底盘的侧边垂直，实现整个收纳旋转机构的伸展，方便第一电动机6022带动夹板6026连同旋翼一起转动，为后续的吊装姿态调整做好准备；

当不需要旋翼工作时如吊装过程中，由第三电动机6027带动旋翼转动到与夹板6026垂直且与连接臂6024共线的位置，完成旋翼的折叠收纳，同时在第二电动机6023的带动下，将连接臂6024连同基座6021向靠近底盘方向转动，使其与底盘的侧边平行，同时根据需要还可以调整连接臂6024的长度，进一步收缩整个收纳旋转机构的体积，实现整个收纳旋转机构的折叠收纳，减少占用空间，保护整个吊装姿态调整装置，便于卷扬机等设备实现高空作业机器人的吊装作业。为了增加对收纳后的收纳旋转机构的支撑力，我们在在底盘周边对应收纳后的连接臂6024位置设置一个支撑架，其开口与连接臂6024配合，起到支撑作用。

如图10所示，该姿态检测单元包括五组测距传感器6029，它们分别设置在底盘的前、后、左、右端和中央位置，我们在底盘周边对应前、后、左、右端测距传感器的位置各设置有一组旋翼，从而可以根据高空作业机器人前后左右方向的距离测试，实现对前后左右方向的升力调整，进而完成姿态调整。考虑到高空作业机器人的实际作业情况，本实施例中高空作业机器人的底盘呈长方体结构，其前端用于装配吊装用的牵引绳，四组旋翼601结构则仅被分为两组，分布在底盘周边的左右两侧，它们采用不对称布置，而此时的五组测距传感器6029仍然处于底盘的前后左右和中央位置，以便能够准确地检测底盘与叶片之间的间距，其具体调整方法在下文中将会详细描述。

在使用本实用新型的调整单元进行姿态调整时，处理器通过收纳旋转机构602控制对应的旋翼601收缩，到达目标位置时，处理器再通过收纳旋转机构602控制对应的旋翼601伸展，然后根据姿态检测单元检测的距离信息，通过收纳旋转机构602调整对应旋翼601的转动速度，使底盘与风机叶片的对应位置平行，从而确保高空作业机器人可以稳定地降落到风机叶片上；或者根据姿态检测单元检测的重心位置偏移量，通过收纳旋转机构调整对应旋翼和底盘周边的间距，使重心位置始终位于所有旋翼所处的几何中心，再通过收纳旋转机构调整对应旋翼的转动速度，使底盘与风机叶片的对应位置平行，从而确保高空作业机器人可以稳定地降落到风机叶片上。至于飞行控制则类似四旋翼无人机控制方法，这里不再详述。

考虑到高空作业机器人的底盘面积较风机叶片要小很多，在进行姿态调整时，我们以中央位置测距传感器检测的距离信息为基准，通过收纳旋转机构按照设定频率调整对应旋翼的转动速度，使前、后、左、右端测距传感器检测的距离信息与基准的差值始终处于可接受范围内，直至高空作业机器人能够稳定地降落到风机叶片上。

由于越靠近风机叶片，稳定性要求越高，因此该设定频率可以随着基准越来越小，设定频率就越来越大。

若前、后、左或右端测距传感器检测的距离信息与基准小，说明高空作业机器人对应端距离风机叶片较近，则通过收纳旋转机构调整对应旋翼的转动速度升高，提高对应端的升力，直至与基准的差值处于可接受范围内；若前、后、左或右端测距传感器检测的距离信息与基准大，说明高空作业机器人对应端距离风机叶片较远，则通过收纳旋转机构调整对应旋翼的转动速度降低，降低对应端的升力，直至与基准的差值处于可接受范围内。

随着机器人作业进程的推进，机器人整机重心发生较大变化的情况包括但不限于：1)机械臂的位置未完全回复到初始位置；2)机器人作业时，消耗了部分物料，导致重心发生变化；3)为了满足任务需要，携带了不同用途的工具，导致机器人整机重心发生变化等等，此时，如果仅依靠改变旋翼的升力来满足机器人的平衡问题，那将会使得旋翼的升力要预留较大的冗余空间，不仅使得旋翼的尺寸变大，而且使得旋翼的动力不能充分释放，同时如果由于机器人重心偏离较大，将会使得旋翼在调整姿态时消耗了过多的能量，不利于整机的电能调配，影响机器人的作业时间和工作效率。因此，本实用新型采用不对称式的旋翼布置加驱动旋翼伸缩的动力机构配合工作，以应对重心偏移过大时的姿态调整，具体如下：

首先，考虑到高空作业机器人底盘上的器件布置，很多时候不一定是均匀的，因此，各组旋翼采用不对称式结构布置在底盘周边；

其次，每个旋转收纳机构中的连接臂6024均采用电动伸缩结构，该姿态检测单元包括重心位置检测模块，该重心位置检测模块用于检测高空作业机器人重心位置的偏移量，如分别设置在底盘的前、后、左、右端位置的称重传感器，这样随着高空作业机器人的作业进程推进，导致高空作业机器人的重心位置发生变化，此时四个称重传感器的检测数据将会发生变化，该重心位置检测模块与各个连接臂6024的驱动器均与处理器相连，该处理器用于接收重心位置的偏移量，通过各个连接臂6024的驱动器调整对应连接臂6024的长度，以适应重心位置的变化，使其可以基本处于所有旋翼所处的几何中心，确保高空作业机器人在姿态调整过程中的稳定性。

如图11-13所示，该升降单元5包括设置在工作台101左侧的左收绳轮501，设置在工作台右侧的右收绳轮502，该左收绳轮501的中心轴与左驱动器503的输出轴相连，该右收绳轮502的中心轴与右驱动器504的输出轴相连，该左驱动器503、右驱动器504分别用于控制左收绳轮501、右收绳轮502正转或者反转，从而控制牵引绳的拉出或者收回，在左收绳轮501的前方设置有左排线器505和左计量单元507，在右收绳轮502的前方设置有右排线器506和右计量单元508，该左计量单元507、右计量单元508分别用于计算经由左收绳轮501、右收绳轮502拉出或者收回的牵引绳长度，该左排线器505、右排线器506用于牵引绳均匀缠绕在左收绳轮501、右收绳轮502上；该左计量单元507、右计量单元508、左驱动器503、右驱动器504均与处理器相连，该处理器用于根据左计量单元507、右计量单元508检测的牵引绳长度，分别通过控制左驱动器503或者右驱动器504的转动方向或转动速度，使经由左收绳轮501和右收绳轮502拉出或者收回的牵引绳长度相同，确保整个吊装过程中机器人的平衡性。该升降单元采用对称分布的两条牵引绳辅助提供牵引力，与左驱动器503和右驱动器504以及计量单元配合，实现机器人的吊装作业，较常规的一条牵引绳，其平衡性更好，安全性更高。

为了减小整体的体积和重量，该右驱动器504、左驱动器503均采用伺服电动机和谐波减速器结构，可以在获得大传动比的同时，较常规减速器的体积和重量都比较小；该左计量单元507、右计量单元508采用编码器5081加槽轮5082结构如V形槽轮，将牵引绳缠绕在V形槽轮上，编码器5081检测V形槽轮的转动角度，再结合其周长就可以获得经由V形槽轮的牵引绳长度，也就是经由左、右驱动器504带动的牵引绳长度，便于处理器进行综合控制。

为了确保牵引绳在右收绳轮502、左收绳轮501上的缠绕均匀性，我们还增设了排线器，该排线器结构和卷扬机中的排线结构类似，包括与收绳轮的中心轴平行的往复丝杠，在往复丝杠上安装有移动导向单元，类似滚珠丝杠结构，牵引绳穿过移动导向单元缠绕到收绳轮的中心轴上，在中心轴和往复丝杠之间通过皮带传动，借助皮带传动和移动导向单元的限位作用，使得中心轴带动往复丝杠同步转动，从而带动往复丝杠上的移动导向单元在往复丝杠的两端往复运动，进而带动牵引绳从收绳轮的中心轴的一端缠绕运动至另一端，均匀地缠绕在中心轴上。

另外还在牵引绳上套装有引导件509，该引导件509为喇叭口结构设置在计量单元的V形槽轮的正上方，固定连接在收绳轮上，确保进入V形槽轮、排线器的牵引绳可以在一个固定角度，提高测试准确性。

为了提高左收绳轮501、右收绳轮502在自升降装置不工作时的安全性能，我们在左收绳轮501、右收绳轮502的一个侧板上、且与中心轴同心的圆周上均匀间隔设置有多个限位槽510，正对其中一个限位槽510设置有电磁式微型伸缩杆511，该电磁式微型伸缩杆511设置在支撑板512上，为了确保对称性，该支撑板512可以设置四个，分别平行设置在左收绳轮501、右收绳轮502的侧板的外侧、且固定设置在底盘上，该电磁式微型伸缩杆511与处理器相连，这样在自升降装置不工作时，该处理器就可以通过控制电磁式微型伸缩杆511的伸出或者缩回，实现电磁式微型伸缩杆511插入限位槽510内部或者从限位槽510内部缩回，完成对左收绳轮501或者右收绳轮502的锁定或者解除锁定，防止收绳轮意外转动。

如图1-2、14-16所示，该修复单元2包括多功能宽自由度协作型的机械臂，在机械臂的末端设置有图像采集模块、快换装置201的快换主盘，该工具库3上均匀间隔设置有与快换主盘配合的多个快换副盘，每个快换副盘均连接一种工具301，从而实现各种工具301与机械臂末端之间的快换，利用机器人的快换装置201可以很好地满足修复缺陷的工具需求，简单快捷；该图像采集单元、机械臂的驱动模块均与处理相连，该处理器用于根据图像采集模块检测的缺陷图像信息，采用图像处理技术进行图像识别，再通过驱动模块控制机械臂选择合适的工具、原料对缺陷位置进行修复，并将修复结果反馈至上位机。

该工具库3包括T字形立体框架302，在T字形立体框架302的两侧各间隔设置有多个弹性锁紧机构，该弹性锁紧机构与工具一一对应设置，用于锁紧对应工具301或者解除锁紧对应工具301，每个工具301均与机器人末端的快换装置对应设置，与快换副盘连接的工具可以根据修复操作所需进行适当调整，同样下文中每个存储罐内部的液体也是根据需要而定。

如图17所示，该耗材库4设置在T字形立体框架302的横向部，包括多个存储罐401，用于存储修复叶片所需的原料，该横向部采用开口空心结构，其内部设置有多个环状卡箍402，每个环状卡箍402用于固定一个存储罐401，每个存储罐401均与真空泵连通，其开口处均设置有电磁阀门和输送管道，该输送管道的自由端沿机械臂延伸直至机械臂末端的喷嘴处，该真空泵、电磁阀门、弹性锁紧机构均与处理器相连，该处理器用于通过弹性锁紧机构控制对应工具的锁紧或解除锁紧，实现机械臂末端的快换主盘与对应快换副盘之间的连接或解除连接，通过真空泵、电磁阀门的配合工作，将对应存储罐内部的液体经由导通管道输送至喷嘴处，喷涂至缺陷位置。

考虑到液体输送需要管道，因此将输送管道沿着整个机械臂布置一直到末端的喷嘴处，在需要使用液体如涂料、水等时，直接控制真空泵、电磁阀门进行控制即可，而无需像修复工具那样来回替换，以免干涉机械臂移动等。

每个工具均由C形托盘303进行承载，在C形托盘303的下方设置有与工具配合的紧固抓手304，该紧固抓手304与弹性锁紧机构相连，该弹性锁紧机构用于带动紧固抓手304的张开或者缩回，以实现对放入C形托盘303内的工具的锁紧或者解除锁紧。

该紧固抓手304包括转动连接的活动部3041和固定部3042，在固定部3042的内部空间设置有挡板305，该弹性锁紧机构包括伸缩机构，该伸缩机构穿过固定部3042与挡板305、活动部3041分别相连，其上还设置有锁定机构311，该伸缩机构用于带动活动部3041的张开或者缩回，以及同时带动挡板305向靠近固定部3042或者远离固定部3042的方向运动，从而方便工具进入紧固抓手304并使活动部3041缩回或者离开紧固抓手304并使活动部张开，该锁定机构311用于对缩回的活动部3041进行锁定或者解除锁定。

该伸缩机构包括套装在一起的第一推杆306和第二推杆307，该第二推杆307的自由端与固定支架相连，该第一推杆306的自由端与挡板305相连，其非自由端通过柔性钢丝308与活动部401相连，还通过第一复位弹簧309与固定支架相连，该第一复位弹簧309套装在第二推杆307上，在第一推杆306的非自由端上设置有锁定机构，该活动部3401与固定部3402之间设置有第二复位弹簧10，该第一复位弹簧309用于带动第一推杆306及与之连接的挡板305复位，该第二复位弹簧310用于带动活动部3401复位。

这样在放置工具进入C形托盘303时，进入紧固爪手304的工具3会推动挡板305向靠近固定部3402的方向运动，带动与挡板305连接的第一推杆306向固定支架方向运动，对应的第一复位弹簧309被压缩，同时通过柔性钢丝308带动活动部3401转动缩回，使第二复位弹簧310被拉伸，并借助锁定机构进行锁定，从而可以将工具牢牢地锁定在紧固爪手304之内，也可以使工具与C形托盘303的配合更加紧密，安全性更高；

当需要取出工具时，机器人末端快换装置的主盘和对应工具上的副盘连接好以后，先利用锁定机构解除对活动部3401的锁定，工具逐步离开紧固爪手304，压缩状态的第一复位弹簧309没有束缚力能够逐步复位，通过第一推杆306带动挡板305逐步向远离固定部3402及固定支架的方向运动，同时拉伸状态的第二复位弹簧310逐步复位，带动活动部3401逐步张开，方便工具取出。

该紧固爪手304的活动部3401设置有对称的两个弧形件，固定部3402呈半圆圈状，它们共同构成开口状的圆圈形，与C形托盘303上下对应设置，该固定部3402的两个端部均设置有U型部即带有两个耳朵，两个弧形件的一个端部均设置有与U型部配合倒T型部，这样通过一个转轴就可以把U型部和倒T型部转动地连接在一起，然后将第二复位弹簧310的一端连接到倒T型部，另一端与固定部3402连接，并且第二复位弹簧310处于自然伸长状态下时，对应的活动部3401处于张开状态，从而在伸缩机构带动活动部3401缩回时，可以借助第二复位弹簧310的复位拉力促使活动部3401张开。

由于固定部3402呈圆弧状，在其中部的内壁上设置有与挡板305对应的凹口，可以将挡板305也设计呈弧形状，从而便于工具放入紧固抓手304的内部；同时在固定部3402上设置有供柔性钢丝308穿过的开口，该柔性钢丝308设置有两条，它们对称设置，其一端连接在第一推杆的非自由端，另一端穿过开口连接到弹性件的内壁上，便于拉动弹性件实现缩回操作。

采用本实用新型的风机叶片自动检修机器人进行检修，具体如下：

步骤一、通过无人机对风机叶片进行整体探伤，确定并上传缺陷信息至上位机，由于风机叶片的体积巨大，光靠机器人探伤，耗时较长，效率太低，因此，本实用新型先利用无人机进行图像采集，经由上位机图像处理后，确定好缺陷所在的大体位置，再借助机器人进行修复。

步骤二、上位机给机器人的处理器下发控制指令，由处理器控制吊装调整带动机器人上升并降落至风机叶片上，在此期间启动巡检单元对风机叶片的缺陷进行近距离实地巡检，再控制行走单元带动机器人运动至缺陷位置，具体控制过程如上文所述。

考虑到风机叶片大多和垂直面有个倾斜角度，不是完全垂直状态，而牵引绳吊装需要垂直布置，这样两者之间存在一定角度，因此当升降单元带动机器到达缺陷位置的附近时，可以启动调整单元执行飞行控制，其控制方法类似四旋翼的无人机，在升降单元牵引绳的辅助支撑下，带动机器人到达叶片的表面，然后启动姿态调整功能，使机器人能够稳定地降落到风机叶片上，或者在升降单元带到机器人到达风机叶片的边缘时，就启动飞行控制，使机器人可以近距离沿着叶片表面飞行，直至缺陷位置，在此期间可以启动巡检单元对风机叶片的缺陷进行近距离实地巡检，以获取比无人机巡检更详细准确的缺陷信息，方便后续修复作业的安排。另外，当两个待修复的缺陷位置相距较远时，也可先以旋翼飞行代替行走单元的吸附行走到达目标位置附近，再使用吸附行走到达目标位置，这样采用远距离旋翼飞行近距离吸附行走的方式，使得作业效率更高，操作更加灵活。

步骤三、对机械臂末端图像采集模块检测的图像进行分析处理，根据分析结果对缺陷位置进行清洁、打磨、喷涂、表面整形、加热固化操作，实现表面修型；具体的修复操作可以根据实际情况而定，如缺陷较小，仅是喷涂可以解决，则无需打磨、固化等操作。

步骤四、对表面修型后的缺陷位置进行平整度检测，若符合标准，则通过行走单元带动机器人至下一缺陷位置，继续进行表面修型；若不符合标准，则重复执行步骤三，直至平整度符合标准。

借助本实用新型的风机叶片自动修复机器人，改变了传统人工修复必须将风力发电机拆卸下来的业方式，减少了大型起吊机械的使用，极大的降低了成本，其作业工程高度自动化，减少了人工的工作量，同时极大的降低了对工人的技术熟练度要求，采用模块化的设计，能够根据不同的修复工况，更换不同的功能模块，具备更广泛的适用范围，极具应用前景。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种风机叶片自动检修机器人，其特征在于：包括行走单元，在所述行走单元上设置有吊装调整单元、修复单元以及工具库，

所述行走单元包括工作台，在所述工作台上设置有工具库、修复单元、吊装调整单元，其底面通过X轴移动机构与内框相连、通过Y轴移动机构与外框相连，所述内框、外框采用嵌套结构，两者之间留有间隙，在其底面对应设置有内吸附单元、外吸附单元，所述X轴移动机构用于在内吸附单元、外吸附单元交替工作时，带动工作台连同外框、内框交替沿X轴方向移动，所述Y轴移动机构用于在内吸附单元、外吸附单元交替工作时，带动工作台连同内框、外框交替沿Y轴方向移动，从而实现机器人在风机叶片上的自由运动；

所述吊装调整单元包括设置在行走机构的底盘一端的升降单元以及设置在行走机构的底盘周边的调整单元，所述升降单元用于控制机器人沿牵引绳方向的自升降运动，所述调整单元包括设置在底盘周边的多组旋翼，每组旋翼均通过收纳旋转机构与行走机构相连，所述收纳旋转机构用于调整每组旋翼的转动以及与底盘周边的收纳和伸展；

所述工具库用于存储修复风机叶片所需的工具；

所述修复单元包括多自由度协作型的机械臂，在所述机械臂的末端设置有图像采集模块、快换主盘，所述图像采集模块用于对缺陷位置进行图像采集，所述工具库上均匀间隔设置有与快换主盘配合的多个快换副盘，每个所述快换副盘均连接一种工具，从而实现各种工具与机械臂末端之间的快换，实现对风机叶片上缺陷位置的修复操作。

2.根据权利要求1所述的风机叶片自动检修机器人，其特征在于：所述X轴移动机构包括沿X轴方向设置的多个第一直线滑轨、一个或多个第一滚珠丝杠，每个所述第一直线滑轨的滑块均与工作台连接，每个所述第一滚珠丝杠的丝杠螺母均与工作台连接，其丝杠的一端与X轴电动机连接；

所述Y轴移动机构包括沿Y轴方向设置的多个第二直线滑轨、一个或多个第二滚珠丝杠，每个所述第二直线滑轨的滑块均与工作台连接，每个所述第二滚珠丝杠的丝杠螺母均与工作台连接，其丝杠的一端与Y轴电动机连接。

3.根据权利要求2所述的风机叶片自动检修机器人，其特征在于：所述外框、内框均呈方形结构，其X轴方向的长度大于Y轴方向的长度，在所述外框对应内框X轴方向的侧边上均设置有凸起，所述凸起的长度大于内框的长度，其顶面与工作台的底面留有间隙。

4.根据权利要求1所述的风机叶片自动检修机器人，其特征在于：所述收纳旋转机构包括基座，在所述基座上设置有第一电动机，所述第一电动机的输出轴通过折叠机构与对应的旋翼相连，所述第一电动机用于带动折叠机构连同旋翼进行转动；

所述基座的一侧与连接臂的一端连接，所述连接臂采用电动驱动式的伸缩结构，其另一端与第二电动机相连，所述第二电动机的输出轴与U形支架的开口处固定连接，所述U形支架的封闭端与底盘相连，所述第二电动机用于带动连接臂连同基座从水平方向到竖直方向或者竖直方向到水平方向的折叠，从而实现整个收纳旋转机构向底盘方向的收纳或者伸缩；

所述折叠机构包括平行设置的两个夹板，每个所述夹板的中央均有与第一电动机的输出轴配合的通孔，两个所述夹板之间空隙的两端各设置一个第三电动机，每个所述第三电动机的输出轴均与一个旋翼连接，用于带动旋翼从连接臂的轴向方向到垂直于连接臂轴向方向或者垂直于连接臂轴向方向到连接臂的轴向方向的折叠，从而实现旋翼的折叠或者伸展。

5.根据权利要求1所述的风机叶片自动检修机器人，其特征在于：所述工具库包括T字形立体框架，在所述T字形立体框架竖向部的两侧各间隔设置有多个弹性锁紧机构，所述弹性锁紧机构与工具一一对应设置，用于锁紧对应工具或者解除锁紧对应工具，每个所述工具均与机器人末端的快换装置对应设置。

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