一种风电塔架检测机器人平台及其位姿控制方法技术

本发明专利技术提出了一种风电塔架检测机器人平台及其位姿控制方法，平台主要包括外围平台机架、爬升装置和控制装置，其中爬升装置包括沿着外围平台机架均匀分布的若干爬升模块和连接在各爬升模块之间的若干收紧机构。若干爬升模块两侧的丝杆共同收缩形成一个指向风电塔架的合力，使得平台能够停留在风电塔架上的核心，六个爬升模块与机架相连避免了上下爬升时不同步的问题。外围平台机架和爬升装置上还安装有多个传感器，控制装置通过传感器产生的信号对平台的位姿进行控制。本发明专利技术能够有效用于变直径风电塔架的爬升作业，并且在爬升过程中各爬升模块保持同步运行，并且通过及时的位姿监控调整，能够有效实现平台自动安全稳定进行工作的效果。工作的效果。工作的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种风电塔架检测机器人平台及其位姿控制方法


[0001]本专利技术属于风力发电塔架
，具体涉及一种风电塔架检测机器人平台及其位姿控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着石油，天然气，煤炭等不可再生资源的日益紧缺，世界各地都加快了对清洁能源、可再生资源的开发利用。其中，风能作为储量大，分布广的清洁能源受到了广泛关注并且对经济发展和能源结构的调整有重要意义。目前广泛采用的发电形式就是将风能转化成机械能再转换成电能的形式。风电塔架在风电系统中起支撑作用，塔架的安全关系着整个发电系统，为此，必须对风电塔架进行定期的维护。在我国，一般的风电塔架高度为50米以上，甚至最高高达160米，直径为2.5米到3.5米之间，最大的塔架直径为7.5米。但是对风电塔架的维护工作绝大多数还是采用人工的方式，该方式存在诸如安全性低，劳动强度大，工作效率慢，因停机时间长而造成发电量损失严重等问题。
[0003]相比于人工维护，风电塔架检测机器人平台可在风电塔架上爬升，并可搭载检测机器人。其不仅可以对塔架喷涂、探伤、除锈、清洗，还可以对风电扇叶进行探伤、清洗等功能。但现有的风电塔架检测机器人平台在向塔顶爬升过程中极易产生个别驱动轮打滑，驱动轮碰到焊缝，被外界环境所影响等现象，进而导致整个风电塔架检测机器人平台的水平倾斜，周向移动等问题。这极大地增加了安全隐患，影响整个作业的效率和准确度。
[0004]虽然已经有许多学者对风力塔筒机器人检测维护平台的爬升装置进行了研究，但目前的风力塔筒机器人检测维护平台的爬升装置还是主要存在以下缺点：1、只能在等直径塔筒上爬升，无法适用于变直径塔筒；2、爬升装置无法保持同步运行，使得风力塔筒检测维护平台不稳；3、只能在特定材料的塔筒上工作(如电磁式爬升装置)；4、容易产生倾斜和周向移动。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种风电塔架检测机器人平台及其位姿控制方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种风电塔架检测机器人平台，其特征在于，包括外围平台机架、爬升装置和控制装置；所述外围平台机架是围绕变直径风电塔架设置的多边形机架；所述爬升装置包括沿着外围平台机架均匀分布的若干爬升模块和连接在各爬升模块之间的若干收紧机构，各爬升模块通过收紧机构依次相连形成多边形结构；所述控制装置用于控制爬升模块的爬升和收紧机构的收缩，通过控制收紧机构收缩各爬升模块之间的距离，使得各爬升模块在外围平台机架的限制下，紧贴变直径风电塔架进行爬升。
[0008]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0009]进一步地，所述外围平台机架由若干框架连接而成，每个爬升模块都对应有相连
的框架，连接爬升模块的框架上安装有导向轴。
[0010]进一步地，所述爬升模块包括平台模块机箱以及安装在平台模块机箱上的万向脚轮、驱动轮、伺服电机A、链接铰链和直线轴承；
[0011]所述万向脚轮用于平台模块机箱在地面的移动，所述驱动轮由伺服电机A驱动，用于平台模块机箱在变直径风电塔架表面的爬升；所述直线轴承安装在链接铰链上，直线轴承与导向轴滑动连接。
[0012]进一步地，所述爬升模块还包括准双曲面齿轮减速机、驱动轮轴承支架、十字轴万向联轴器和驱动电机安装板；所述伺服电机A和准双曲面齿轮减速机相连并共同安装在驱动电机安装板上，所述准双曲面齿轮减速机的两侧均连接有十字轴万向联轴器，所述十字轴万向联轴器通过驱动轮轴承支架与驱动轮相连。
[0013]进一步地，所述收紧机构包括电机端和拉力端，这两端分别通过电机端支架和拉力端支架可摆动地安装在相邻的两个平台模块机箱上；
[0014]所述电机端包括伺服电机B、伺服电机减速装置、传动轴、万向联轴器、滚珠丝杠、张紧管螺母套、丝杠保护套和激光测距靶；所述伺服电机B安装在电机端支架上，伺服电机B的输出端连接传动轴，所述传动轴还与伺服电机减速装置和万向联轴器相连，所述万向联轴器与滚珠丝杠的一端相连，所述激光测距靶设置在滚珠丝杠的另一端，所述滚珠丝杠的丝杠螺母与张紧管螺母套相连并且外部套设有丝杠保护套；
[0015]所述拉力端包括拉力传感器转轴、拉力传感器和激光测距仪套件；所述拉力传感器的一端通过拉力传感器转轴安装在拉力端支架上，拉力传感器的另一端与张紧管螺母套相连，所述激光测距仪套件嵌套安装在张紧管螺母套上；
[0016]所述伺服电机B产生的转矩通过伺服电机减速装置、传动轴和万向联轴器传递至滚珠丝杠，驱动滚珠丝杠转动并带动丝杠螺母进行直线移动，所述张紧管螺母套在丝杠螺母的带动下在滚珠丝杠和丝杠保护套之间的空隙中直线移动，所述激光测距仪套件通过测量与激光测距靶之间的距离进而得到张紧管螺母套收缩的距离，所述拉力传感器测量张紧管螺母套收缩时的拉力大小。
[0017]进一步地，所述外围平台机架上安装有倾角传感器和三维电子罗盘，所述倾角传感器用于测量外围平台机架在爬升过程中的倾斜角度并产生倾角信号，所述三维电子罗盘提供爬升的导航数据；
[0018]所述爬升装置上安装有高度传感器和位移传感器，所述高度传感器用于测量各爬升模块距地面的高度并产生高度信号，所述位移传感器用于测量外围平台机架周向移动的距离并产生位移信号。
[0019]进一步地，所述控制装置为包括工控机和运动控制卡的控制箱，所述控制箱安装在某一爬升模块中；所述工控机对倾角传感器、三维电子罗盘、高度传感器和位移传感器采集的信号进行分析，并将分析后的数据发送给运动控制卡，所述运动控制卡根据分析后的数据驱动爬升模块的爬升和收紧机构的收缩。
[0020]本专利技术还提出了一种如上所述的风电塔架检测机器人平台的位姿控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0021]S1：采集平台的运动状态信号，所述运动状态信号包括倾角传感器产生的倾角信号和高度传感器产生的高度信号；
[0022]S2：对采集的运动状态信号进行分析得到测量值，所述测量值为外围平台机架在爬升过程中的倾斜角度和各爬升模块距地面的高度，将测量值与预设阈值相比较，计算得到偏差值；
[0023]S3：将计算得到的偏差值经过A/D转换后发送给工控机；工控机根据偏差值来判断平台运动状态是否正常：如果偏差值在合理的偏差值区间内，则平台继续正常工作；如果偏差值超出了偏差值区间，则工控机找出偏差值的修正参数并利用修正参数对偏差值进行校正；
[0024]S4：工控机将校正后的数据发送到运动控制卡，运动控制卡利用校正后的数据，通过位置、速度和力矩三种方式生成脉冲信号，脉冲信号发送至爬升模块中负责驱动爬升的伺服电机A和收紧机构中负责驱动收紧的伺服电机B中；
[0025]S5：各伺服电机A和各伺服电机B根据接收的脉冲信号，对各爬升模块的爬升距离进行精确控制，完成平台的位姿调整。
[0026]进一步地，步骤S3中，工控机首先将倾角偏差值与正常运行情况下的倾角偏差值范围区间进行比较：如果倾角偏差值在倾角偏差值范围区间内，则工控机按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电塔架检测机器人平台，其特征在于，包括外围平台机架(1)、爬升装置(2)和控制装置；所述外围平台机架(1)是围绕变直径风电塔架设置的多边形机架；所述爬升装置(2)包括沿着外围平台机架(1)均匀分布的若干爬升模块(3)和连接在各爬升模块(3)之间的若干收紧机构(4)，各爬升模块(3)通过收紧机构(4)依次相连形成多边形结构；所述控制装置用于控制爬升模块(3)的爬升和收紧机构(4)的收缩，通过控制收紧机构(4)收缩各爬升模块(3)之间的距离，使得各爬升模块(3)在外围平台机架(1)的限制下，紧贴变直径风电塔架进行爬升。2.如权利要求1所述的一种风电塔架检测机器人平台，其特征在于：所述外围平台机架(1)由若干框架(1
‑
1)连接而成，每个爬升模块(3)都对应有相连的框架(1
‑
1)，连接爬升模块(3)的框架(1
‑
1)上安装有导向轴(1
‑
2)。3.如权利要求2所述的一种风电塔架检测机器人平台，其特征在于：所述爬升模块(3)包括平台模块机箱(3
‑
1)以及安装在平台模块机箱(3
‑
1)上的万向脚轮(3
‑
2)、驱动轮(3
‑
3)、伺服电机A(3
‑
4)、链接铰链(3
‑
5)和直线轴承(3
‑
6)；所述万向脚轮(3
‑
2)用于平台模块机箱(3
‑
1)在地面的移动，所述驱动轮(3
‑
3)由伺服电机A(3
‑
4)驱动，用于平台模块机箱(3
‑
1)在变直径风电塔架表面的爬升；所述直线轴承(3
‑
6)安装在链接铰链(3
‑
5)上，直线轴承(3
‑
6)与导向轴(1
‑
2)滑动连接。4.如权利要求3所述的一种风电塔架检测机器人平台，其特征在于：所述爬升模块(3)还包括准双曲面齿轮减速机(3
‑
7)、驱动轮轴承支架(3
‑
8)、十字轴万向联轴器(3
‑
9)和驱动电机安装板(3
‑
10)；所述伺服电机A(3
‑
4)和准双曲面齿轮减速机(3
‑
7)相连并共同安装在驱动电机安装板(3
‑
10)上，所述准双曲面齿轮减速机(3
‑
7)的两侧均连接有十字轴万向联轴器(3
‑
9)，所述十字轴万向联轴器(3
‑
9)通过驱动轮轴承支架(3
‑
8)与驱动轮(3
‑
3)相连。5.如权利要求3所述的一种风电塔架检测机器人平台，其特征在于：所述收紧机构(4)包括电机端和拉力端，这两端分别通过电机端支架(4
‑
1)和拉力端支架(4
‑
2)可摆动地安装在相邻的两个平台模块机箱(3
‑
1)上；所述电机端包括伺服电机B(4
‑
3)、伺服电机减速装置(4
‑
4)、传动轴(4
‑
5)、万向联轴器(4
‑
6)、滚珠丝杠(4
‑
7)、张紧管螺母套(4
‑
8)、丝杠保护套(4
‑
9)和激光测距靶(4
‑
10)；所述伺服电机B(4
‑
3)安装在电机端支架(4
‑
1)上，伺服电机B(4
‑
3)的输出端连接传动轴(4
‑
5)，所述传动轴(4
‑
5)还与伺服电机减速装置(4
‑
4)和万向联轴器(4
‑
6)相连，所述万向联轴器(4
‑
6)与滚珠丝杠(4
‑
7)的一端相连，所述激光测距靶(4
‑
10)设置在滚珠丝杠(4
‑
7)的另一端，所述滚珠丝杠(4
‑
7)的丝杠螺母(4
‑
11)与张紧管螺母套(4
‑
8)相连并且外部套设有丝杠保护套(4
‑
9)；所述拉力端包括拉力传感器转轴(4
‑
12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保升，张端，徐宏，侯军明，乔贵方，郝洪艳，王洪祥，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：