本发明专利技术属于无损检测装置技术领域，特别涉及一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台。一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，包括：齿轮箱、上连接板、下连接板、电机部件、五轮同步传动轮系和钕铁硼强磁轮。该平台能够提高检测效率、精度，避免人工高空检测作业坠落危险；采用左右180度反转对称紧凑式模块化设计，同侧前后两轮同步驱动设计；创新设计了钕铁硼强磁轮，机器人平台在垂直铁质表面的垂直负载能够满足搭载任何无损检测探头及装备的技术要求；电机到每侧两轮的传动路线的齿轮采用五轮同速同步传动设计；能够在大角度甚至垂直的风力发电机塔身的被检测表面进行攀爬作业，同时具有稳定的可靠性。定的可靠性。定的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台
[0001]本专利技术属于无损检测装置
，特别涉及一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台。
技术介绍
[0002]风能是当前世界各国重点攻关和竞相利用的重要可持续能源之一。我国拥有高原、丘陵与海岸线等广阔风能丰富地区，加之政府对于风电设备购买补贴政策，我国的风电行业迎来快速发展。2010年中国风力发电机总容量达到世界第一，预计2022年将达到2.1亿千瓦，届时我国风力发电机数量将达数十万台。随着风力发电机大型化发展趋势，当今风力发电机整体高度达到100
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150米，其中塔身高度超过100米，重量达几十吨，是支撑风机叶片与发电机组的一个关键部件。塔身材料通常采用铁质碳素结构钢，设计成圆锥或圆柱等筒形结构，此种塔身结构具有占地少、受力性能好、重量轻等诸多优点。塔身外围直径超过5米，外表面曲率较小；因此对于体积较小的参照物，可以近似看作平面。
[0003]风力发电机工作过程中，塔身不仅承受叶片与发电机组的巨大重力，而且受到叶片与发电机转动产生的震动影响，以及风力作用在叶片上的横向推力。因此，塔身承受复杂的弯矩、扭矩及剪切力的复合作用。塔身通常采取模块化设计制造，采用焊接或者法兰连接等形式加工而成。塔身的材料内部存在气泡或微裂纹等天然瑕疵，以及焊缝裂纹或者由于连接处应力集中而造成疲劳裂纹。这些裂纹在上述巨大的弯矩、扭矩及剪切力作用下，极易扩展开来，如果没有及时诊断发现，可能会造成塔身局部材料失效，甚至突然倒塌，造成严重的经济损失与社会影响，同时形成巨大的安全隐患。风机塔身内部裂纹缺陷的早期诊断发现，有助于避免后期的社会经济损失。
[0004]目前，风力发电机塔身疲劳裂纹的早期检测一般为人工操作。
①
地面瞭望方式是经常采用的一种简单易操作的检测方法，工作人员站立在塔身附近借用目力或望远镜，观测塔身表面是否发生裂纹或者形变，此种方法检测的准确度与精度都比较差。
②
无人机巡查最近发展比较迅速，无人机搭载高清摄像头，飞行至塔身附近，采用扫掠方式对于塔身表面进行安全巡检，此种检测方式对于表面裂纹的检测精度比较高，但是对于材料内部的早期细微裂纹没有鉴别能力。
③
人工检测方法是指检测人员借助大型起重机、吊索、安全绳、吊筐等辅助设备，沿塔身表面贴附爬行行进，用手持式超声无损检测装置逐片区域地对塔身开展检测作业，诊断塔身内部材料的疲劳裂损状态和程度，并决定是否需要专业维修。采用专用设备的安全检测，能够发现塔身内部早期细微裂纹，尽早采取补救措施，从而有效避免重大经济损失。风力塔身高达100多米，专业检测人员不得不暴露在高空危险环境中开展检测作业，这样一方面浪费大量人力和物力，检测效率低，而且检测人员还面临极大安全风险。
[0005]采用自动检测机器人平台，沿塔身做垂直的爬升和返回等运动，利用搭载的列阵超声探头完成塔身裂纹的无损检测作业是一种很好的解决方式。该方式避免了专业检测人员暴露在高空危险环境中开展检测作业的风险，避免人力和物力的浪费，提高了检测效率。
[0006]采用自动检测机器人平台进行风力发电机塔身疲劳裂纹的早期检测需要解决的一个关键技术问题是：在进行检测的过程中，该机器人平台需要依靠轮子和检测表面之间的静摩擦力牢靠吸附于塔身表面，以确保检测的精确度。解决上述关键技术问题所需要克服的技术障碍是：1、风力发电机筒形塔身的被检测表面为垂直的，或者接近于垂直状态；2、机器人平台本身有自重，同时机器人平台需要搭载列阵超声检测探头及附属设备，为了确保安全，机器人平台还需要设定一定的安全系数，这需要进一步提高垂直负载能力；3、机器人平台若想稳定吸附于塔身表面，需要依靠轮子和检测表面之间产生足够的静摩擦力，所述静摩擦力与轮子和检测表面之间的吸附压力与摩擦系数相关。因此，轮子需要选用能够产生足够吸附压力的强磁材料。另一方面，因为要在轮子外缘增加2mm厚的热塑胶从而会在某种程度上减小强磁材料的吸附压力，这为强磁材料的选择提出了更高的技术要求。因此，如何保证机器人平台在进行检测的过程中牢靠吸附于塔身表面，在大角度甚至近乎垂直的风力发电机塔身的被检测表面攀爬的可靠性，成为亟需解决的一个问题。
[0007]另一个亟待解决的技术问题是如何控制机器人平台的横向尺寸，同时尽量减小机器人平台各部件的外廓尺寸以及自重，从而提高自动检测机器人平台的工作可靠性。
[0008]由于风力发电机塔身具有一定曲率，机器人平台的横向尺寸需要控制在一定的范围。机器人平台的横向尺寸过大，在具有一定曲率的塔身表面贴附爬行，会导致曲面效应太明显，轮子与塔身表面接触面积减小，从降低机器人平台的负载能力与工作可靠性。机器人平台的横向尺寸过大的另一个缺点是机器人平台底盘与塔身被检测表面之间的空间过小，容易导致机器人平台拖底。
[0009]目前本领域没有相关的自动检测机器人平台，如何解决上述技术问题，从而实现自动检测机器人平台的首创设计，是摆在申请人面前的重要课题。
技术实现思路
[0010]针对上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，该平台能够提高检测效率、精度，避免人工高空检测作业坠落危险；采用左右180度反转对称紧凑式模块化设计，同侧前后两轮同步驱动设计；创新设计了钕铁硼强磁轮，机器人平台在垂直铁质表面的垂直负载能够满足搭载任何无损检测探头及装备的技术要求；电机到每侧两轮的传动路线的齿轮采用五轮同速同步传动设计；在进行检测的过程中能够牢靠吸附于塔身表面；能够独创地完成在大角度甚至垂直的风力发电机塔身的被检测表面进行攀爬作业，同时具有稳定的可靠性。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0012]一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，包括：齿轮箱1、上连接板17、下连接板18、电机部件2、五轮同步传动轮系3和钕铁硼强磁轮4；
[0013]齿轮箱1包括左齿轮箱和右齿轮箱；所述左齿轮箱和右齿轮箱分别包括齿轮箱内板11和齿轮箱外板15；
[0014]所述齿轮箱内板11包括一体成型的位于外侧的板体12和位于内侧的电机安装腔13；
[0015]齿轮箱内板11的板体12的外侧上部由一端向另一端依次设有动力输入轴孔121、第一过桥齿轮安装孔122和第二过桥齿轮安装孔123，板体12的外侧下部由一端向另一端依
次分别设有第一输出齿轮安装孔124和第二输出齿轮安装孔125，第一输出齿轮安装孔124邻近动力输入轴孔121，第二输出齿轮安装孔125邻近第二过桥齿轮安装孔123，所述第一输出齿轮安装孔124、动力输入轴孔121、第一过桥齿轮安装孔122、第二过桥齿轮安装孔123和第二输出齿轮安装孔125布置成倒“U”形；
[0016]所述齿轮箱外板15的下部对称布置有两个贯穿所述齿轮箱外板15的动力输出轴孔151；
[0017]左齿轮箱和右齿轮箱沿纵向方向180度反转对称布置；所述左齿轮箱和右齿轮本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：其包括：齿轮箱(1)、上连接板(17)、下连接板(18)、电机部件(2)、五轮同步传动轮系(3)和钕铁硼强磁轮(4)；齿轮箱(1)包括左齿轮箱和右齿轮箱；所述左齿轮箱和右齿轮箱分别包括齿轮箱内板(11)和齿轮箱外板(15)；所述齿轮箱内板(11)包括一体成型的位于外侧的板体(12)和位于内侧的电机安装腔(13)；齿轮箱内板(11)的板体(12)的外侧上部由一端向另一端依次设有动力输入轴孔(121)、第一过桥齿轮安装孔(122)和第二过桥齿轮安装孔(123)，板体(12)的外侧下部由一端向另一端依次分别设有第一输出齿轮安装孔(124)和第二输出齿轮安装孔(125)，第一输出齿轮安装孔(124)邻近动力输入轴孔(121)，第二输出齿轮安装孔(125)邻近第二过桥齿轮安装孔(123)，所述第一输出齿轮安装孔(124)、动力输入轴孔(121)、第一过桥齿轮安装孔(122)、第二过桥齿轮安装孔(123)和第二输出齿轮安装孔(125)布置成倒“U”形；所述齿轮箱外板(15)的下部对称布置有两个贯穿所述齿轮箱外板(15)的动力输出轴孔(151)；左齿轮箱和右齿轮箱沿纵向方向180度反转对称布置；所述左齿轮箱和右齿轮箱的上部通过上连接板(17)连接，左齿轮箱和右齿轮箱的下部通过下连接板(18)连接；电机部件(2)包括左电机部件和右电机部件；左电机部件位于左侧的电机安装腔(13)中，右电机部件位于右侧的电机安装腔(13)中；左电机部件和右电机部件包括电机输出轴(21)，电机输出轴(21)的端部设有主动锥齿轮(22)；所述左齿轮箱和右齿轮箱中，分别设有一套结构相同的五轮同步传动轮系(3)，但左齿轮箱中的五轮同步传动轮系(3)与右齿轮箱中的五轮同步传动轮系(3)呈180度反转对称布置；所述五轮同步传动轮系(3)包括输入齿轮(31)、第一过桥齿轮(32)、第二过桥齿轮(33)、第一输出齿轮(34)和第二输出齿轮(35)；动力输入轴穿过动力输入轴孔(121)可转动地布置于齿轮箱内板(11)的板体(12)的上部；动力输入轴和与其邻近的左电机部件或右电机部件的电机输出轴(21)垂直；动力输入轴的内端设有从动锥齿轮(36)；所述从动锥齿轮(36)与电机输出轴(21)端部的主动锥齿轮(22)啮合；动力输入轴的外端设有输入齿轮(31)；第一输出齿轮(34)通过第一输出齿轮安装孔(124)可转动地布置于齿轮箱内板(11)的下部；第一输出齿轮(34)和输入齿轮(31)啮合；第一过桥齿轮(32)和第二过桥齿轮(33)分别通过第一过桥齿轮安装孔(122)和第二过桥齿轮安装孔(123)可转动地布置于齿轮箱内板(11)的上部；第二输出齿轮(35)通过第二输出齿轮安装孔(125)可转动地布置于齿轮箱内板(11)的下部；第一过桥齿轮(32)和输入齿轮(31)啮合，第二过桥齿...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷成刚，张文霞，李明强，凌刚，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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