一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人及其检测方法技术

本发明专利技术公开了一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人及其检测方法。它包括四旋翼无人机、轮式移动底盘、曲面自适应相控阵超声扫查结构和相机检测系统。曲面自适应相控阵超声扫查结构包括曲面自适应单元和用于检测叶片主梁内部缺陷的相控阵超声探头，在曲面自适应单元作用下，保证相控阵超声探头在曲面上移动时保持垂直检测面，并紧贴所述检测面；相机检测系统包括无人机主体摄像头和安装在轮式移动底盘下方车体相机模块，无人机主体摄像头用于检测机器人运行方向的环境信息，车体相机模块用于检测曲面自适应相控阵超声扫查结构工作情况和叶片表面的损伤。本发明专利技术可以检测时可以自适应风电叶片的变曲率曲面，同时还能检测在役叶片主梁内外缺陷。役叶片主梁内外缺陷。役叶片主梁内外缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人及其检测方法


[0001]本专利技术涉及风电叶片检测设备
，尤其涉及一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人及其检测方法。

技术介绍

[0002]风电叶片除了在制造过程中可能出现缺陷外，例如紫外线辐射、冰、冰雹、温度变化、部件中的应力疲劳、冲击损伤、污垢和盐也会影响在役风电叶片的效率和性能。主梁作为叶片的主要受力部位之一，在长期的运行过程中容易出现隐患，为避免风电叶片的故障，应做好定期检查，然而叶片的维护和检查非常困难。
[0003]目前与风电行业相关的检测机器人较多，比如风电叶片管道内窥履带机器人、风力涡轮机维护多机器人系统、无人机检测、风力涡轮抱撑式攀爬机器人等。按照检测设备与叶片接触与否可以分为接触式检测机器人和非接触式检测机器人，其中有以真空吸附为代表的接触式检测机器人和以无人机检测为代表的非接触式检测机器人。检测机器人和叶片的接触方式主要分为两类，一种是通过吸盘与叶片之间进行真空吸附，另一种是通过机构与塔筒之间通过磁吸附等方式固定本体设备伸出辅助臂对叶片进行检测。
[0004]有的选择将检测机器人的本体采用磁吸附的方式固定在塔筒上从本体上伸出带有摄像头的环抱检测机构包围风电叶片进行检测，该种检测方式仅能对叶片表面的缺陷进行检测，对于叶片表层以下的缺陷无法探查。例如，在中国专利文献上公开的“风电叶片检测机器人”，其公开号为“CN112033958A”,包括车体、整体连接结构和环抱检测机构。车体包括车架、安装在车架两侧的四个车轮、安装在车架底部并与四个车轮相连接的电机以及安装在车架底部的永磁吸附装置；整体连接结构包括与车架相连接的固定装置、安装在固定装置上的移动装置及安装在移动装置上的环抱检测机构连接体；环抱检测机构包括与环抱检测机构连接体相连接的环抱架、安装在环抱架上的摄像头和移动架以及安装在移动架内侧的一对叶片贴合机构。该机器人的检测机构只有摄像头，仅能够检测叶片表层缺陷，无法深入检测深层隐患，另一方面该机器人仅靠磁吸附固定的方式也存在安全隐患。
[0005]有的叶片损伤检测机器人采用吸盘吸附的方式固定在叶片表面，但是由于设计的机器人本体重量和体积较大，用于在役叶片的检测需要借助大型设备，并且由于是真空吸附方式固定机器人本体，机器人的检测效率还有很大的提升空间。例如在中国专利文献上公开的“一种在役叶片损伤检测机器人”，其公开号“CN111398418A”，包括损伤探测系统、相机模块、相控阵超声模块和运动控制系统等。相机模块拍摄叶片表面；相控阵超声模块检测叶片内部损伤。运动控制系统，包括吸盘组件，使机器人吸附停驻于叶片上；电动气缸，控制吸盘组件与超声探头垂直运动；直线运动单元，控制吸盘组件与超声探头水平位移。数据传输系统，下位机的图像信息通过无线与上位机实时通讯，下位机的超声信号通过网线与上位机实时通讯。但该机器人在使用时需要拖曳线缆并且需要绳索等设备吊装，由于采用的是吸盘吸附和万向轮支撑的方式，机器人运动的过程中会发生溜坡情况并且受制于机器人的移动方式检测速度也受到较大限制。
[0006]目前的在役风电叶片检测机器人大多数仅可检测在役风电叶片表面的损伤，较少能检测在役叶片内部缺陷的机器人由于设计原因大都质量和体积较大，在使用安装时较为复杂，另外有一些检测机器人虽能达到基本的检测需求，但机器人的检测设备无法做到自适应风电叶片的变曲率曲面，所以行业内十分需要一种能稳定自适应风电叶片变曲率曲面，并能检测在役叶片主梁内外缺陷的小型叶片检测机器人。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决现有技术无法方便地检测在役风电叶片主梁的内外部缺陷问题，提供一种小型在役叶片主梁隐患检测机器人，实现对在役风电叶片主梁内外部损伤的精准检测。
[0008]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0009]本专利技术的一方面提供了一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，包括四旋翼无人机、轮式移动底盘、曲面自适应相控阵超声扫查结构和相机检测系统。
[0010]所述的四旋翼无人机配置有轮式移动底盘，在轮式移动底盘的下方安装所述曲面自适应相控阵超声扫查结构；
[0011]所述的曲面自适应相控阵超声扫查结构包括曲面自适应单元和用于检测叶片主梁内部缺陷的相控阵超声探头，在曲面自适应单元作用下，保证相控阵超声探头在曲面上移动时保持垂直检测面，并紧贴所述检测面；
[0012]所述相机检测系统包括无人机主体摄像头和安装在轮式移动底盘下方车体相机模块，所述无人机主体摄像头用于检测机器人运行方向的环境信息，所述车体相机模块用于检测曲面自适应相控阵超声扫查结构工作情况和叶片表面的损伤。
[0013]进一步说，所述的曲面自适应单元包括浮动接头、导向板、导向柱和弹簧；所述导向板上四角有安装孔放置所述导向柱，所述导向柱外套有弹簧，所述导向柱与探头连接块连接；所述探头连接块与水管连接块固定；所述相控阵超声探头安装在水管连接块内部。
[0014]进一步说，还包括姿态调整系统；所述姿态调整系统包括陀螺仪和激光距离传感器，陀螺仪安装在机器人本体的质心位置，用于检测机器人本体的姿态；激光距离传感器安装在轮式移动底盘的四角，用于检测轮子与接触面之间的距离。
[0015]进一步说，所述轮式移动底盘中四个轮子相对位置可调，用于适应不同规格的叶片检测需求。
[0016]本专利技术的另一方面提供了一种在役风电叶片主梁隐患检测方法，使用上述的检测机器人，该方法包括以下步骤：
[0017]S1：获取无人机主体摄像头和车体相机模块的图像；
[0018]S2：通过获取的图像信息判断检测机器人降落的位置；
[0019]S3：待检测机器人降落至叶片表面后，四旋翼无人机桨叶反向旋转，并获取陀螺仪和激光距离传感器的数据；
[0020]S4：通过获取的陀螺仪和激光距离传感器的数据，判断当前检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况；
[0021]S5：若检测机器人姿态出现偏差且有轮子与接触面无接触，判断具体脱离轮的位置；
[0022]S6：通过脱离轮的位置信息，控制轮毂电机运动调整检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况，保证机器人四轮全部与接触面接触且姿态正常；
[0023]S7：当检测机器人姿态恢复稳定后，遥控机器人沿叶片径向方向运动至待检测位置，控制曲面自适应相控阵超声扫查结构工作；
[0024]S8：曲面自适应相控阵超声扫查结构的步进电机运动带动相控阵超声探头以自适应变曲率的姿态对叶片主梁进行扫查；
[0025]S9：将相控阵超声探头采集的数据和车体相机模块的图像信息无线传输给上位机进行分析；
[0026]S10：待检测任务完成后，控制桨叶正向旋转，遥控检测机器人降落至指定位置。
[0027]进一步说，待机器人稳定在叶片表面后，控制四旋翼无人机的桨叶反向旋转，桨叶反转产生的压力，该压力方向垂直于接触面，压力大小根据机器人的位置和实际需求进行调节：
[0028]当机器人姿态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，包括四旋翼无人机、轮式移动底盘、曲面自适应相控阵超声扫查结构和相机检测系统，其特征在于：所述的四旋翼无人机配置有轮式移动底盘，在轮式移动底盘的下方安装所述曲面自适应相控阵超声扫查结构；所述的曲面自适应相控阵超声扫查结构包括曲面自适应单元和用于检测叶片主梁内部缺陷的相控阵超声探头，在曲面自适应单元作用下，保证相控阵超声探头在曲面上移动时保持垂直检测面，并紧贴所述检测面；所述相机检测系统包括无人机主体摄像头和安装在轮式移动底盘下方车体相机模块，所述无人机主体摄像头用于检测机器人运行方向的环境信息，所述车体相机模块用于检测曲面自适应相控阵超声扫查结构工作情况和叶片表面的损伤。2.根据权利要求1所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，其特征在于：所述的曲面自适应单元包括浮动接头、导向板、导向柱和弹簧；所述导向板上四角有安装孔放置所述导向柱，所述导向柱外套有弹簧，所述导向柱与探头连接块连接；所述探头连接块与水管连接块固定；所述相控阵超声探头安装在水管连接块内部。3.根据权利要求1所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，其特征在于：还包括姿态调整系统；所述姿态调整系统包括陀螺仪和激光距离传感器，陀螺仪安装在机器人本体的质心位置，用于检测机器人本体的姿态；激光距离传感器安装在轮式移动底盘的四角，用于检测轮子与接触面之间的距离。4.根据权利要求1所述的一种在役风电叶片主梁隐患检测机器人，其特征在于：所述轮式移动底盘中四个轮子相对位置可调，用于适应不同规格的叶片检测需求。5.一种在役风电叶片主梁隐患检测方法，使用权利要求1
‑
4中任一项所述的检测机器人，其特征在于该方法包括以下步骤：S1：获取无人机主体摄像头和车体相机模块的图像；S2：通过获取的图像信息判断检测机器人降落的位置；S3：待检测机器人降落至叶片表面后，四旋翼无人机桨叶反向旋转，并获取陀螺仪和激光距离传感器的数据；S4：通过获取的陀螺仪和激光距离传感器的数据，判断当前检测机器人的姿态和轮胎与接触面之间的接触情况；S5：若检测机器人姿态出现偏差且有轮子与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金丹，王斌锐，周坤，郭振武，方流，张斌，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：