[發明專利]風力發電機葉片無損檢測足式攀爬機器人平臺

在審

• 申請號: 202110133127.0
• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112693537A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 殷成剛;馬昌武;張文霞;李明強;凌剛
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024;B62D57/032;F03D17/00
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 李彬;徐林

本發明涉及一種風力發電機葉片無損檢測足式攀爬機器人平臺，包括機身、探頭夾持機構和機械足；四條機械足呈矩形布置在機身的底部，真空泵和轉向電機設置在機身的頂板與底板之間，轉向電機的動力輸出軸垂直穿過機身的底板，與轉臺上端面的中心處固接；轉臺的下端面設有連接耳；第一關節電機固接于轉臺的連接耳內部，第一關節電機的動力輸出軸穿過連接耳與大腿的首端固接；第二關節電機固接在小腿的首端內部，第二關節電機的動力輸出軸穿過小腿與大腿的末端固接；第三關節電機固接在連接件上，第三關節電機的動力輸出軸與小腿的末端固接；真空吸盤固接于連接件上，并與真空泵連通。本發明實現在垂直風力發電機葉片表面沿不同方向自由攀爬。

技術領域

本發明屬于無損檢測裝置技術領域，特別涉及一種風力發電機葉片無損檢測足式攀爬機器人平臺。

背景技術

風能是當前世界各國重點攻關和競相利用的重要可持續能源之一，風力發電機一般安裝在丘陵、草原、淺海等環境下。葉片是風力發電機核心的部件之一，制造成本和維護成本占到了整套風力發電機設備的20％～30％。風力發電機塔身高度大約100米左右，直徑約3～4米。風力發電機葉片長度50米左右，重量達數噸，甚至十多噸重。風力發電機葉片雖然在出廠前經過嚴格的質量檢測，但葉片表面以下還是會存在一些天然結構缺陷：例如，細微孔隙、細微裂紋、細微分層等(這種材料的天然結構缺陷不屬于葉片質量問題)。由于風力發電機葉片體積和重量龐大，運輸和安裝的過程中可能因操作失誤造成沖擊損傷，通常當時不會出現明顯的傷痕，但葉片內部可能已經受到了損傷，這也會引起后期隱患。葉片材料的天然結構缺陷和運輸安裝過程中產生的內部損傷，這些早期產生的細微孔隙、裂紋、分層等結構缺陷，在風力發電機實際工況環境中，循環受到靜載荷、動載荷、溫度變化等綜合影響，造成了葉片疲勞裂紋產生和擴展，最終導致整個葉片疲勞產生裂痕，甚至葉片整體斷裂，造成巨大經濟損失。因此，風力發電機葉片內部裂紋早期診斷發現，有助于避免后期的重大損失。

風力發電機葉片疲勞裂紋的早期檢測一般為人工操作，風力發電機停機后，檢測人員借助大型起重機、吊索、安全繩、吊筐等輔助設備，爬升至葉片表面附近，用手持式檢測裝置逐片區域地檢測葉片，診斷葉片疲勞裂損狀態和程度，并決定是否需要專業維修。風力發電機中心輪轂離地面幾十米最高可達一百多米，檢測過程不僅浪費大量人力和物力，而且專業檢測人員也面臨極大的安全風險。因此，開發無損檢測機器人平臺搭載無損檢測裝備，針對風機葉片開展自動化的裂紋安全檢測，成為風力發電場健康維護領域的一個重要技術攻關方向。

目前廣泛使用的列陣超聲無損檢測(PAUT)探頭為直徑20mm、高度15mm的圓柱體形狀，PAUT下表面為檢測工作面。開展無損檢測作業時，PAUT的檢測工作面與風力發電機葉片的檢測表面需緊密貼合。由于風力發電機葉片表面為經緯雙維度不規則的曲面結構。當機器人平臺的機械臂搭載PAUT，驅動PAUT靠近并壓緊在風力發電機葉片的表面的過程中，要求機械臂能夠自動補償繞X軸(葉片寬度方向)、Y軸(葉片長度方向)的角偏差，和沿Z軸(葉片厚度方向)的位移偏差，使PAUT達到工作狀態的技術要求。本申請人的發明專利“無損檢測裝置探頭安裝平臺的萬向節自適應調節機構”(ZL 201810573242.8)和“用于曲面無損檢測的氣壓彈簧空間三自由度自適應機構”(ZL 201810575568.4)很好地解決了上述技術問題，使檢測探頭緊密貼附于風力發電機葉片表面，開展針對葉片的無損檢測作業。

然而，如何保證機器人平臺在進行檢測的過程中牢靠吸附于風力發電機葉片表面，在大角度甚至近乎垂直的風力發電機葉片的被檢測表面攀爬的可靠性，成為亟需解決的問題。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的是提供一種風力發電機葉片無損檢測足式攀爬機器人平臺，實現在垂直的風力發電機葉片沿不同方向自由爬行，通過探頭夾持機構(如“無損檢測裝置探頭安裝平臺的萬向節自適應調節機構”ZL 201810573242.8和“用于曲面無損檢測的氣壓彈簧空間三自由度自適應機構”ZL 201810575568.4)搭載無損檢測探頭，對風機葉片表面裂紋開展自動化的無損檢測作業。

為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：