[发明专利]风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台

说明书

本发明涉及一种风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，包括机身、探头夹持机构和机械足；四条机械足呈矩形布置在机身的底部，真空泵和转向电机设置在机身的顶板与底板之间，转向电机的动力输出轴垂直穿过机身的底板，与转台上端面的中心处固接；转台的下端面设有连接耳；第一关节电机固接于转台的连接耳内部，第一关节电机的动力输出轴穿过连接耳与大腿的首端固接；第二关节电机固接在小腿的首端内部，第二关节电机的动力输出轴穿过小腿与大腿的末端固接；第三关节电机固接在连接件上，第三关节电机的动力输出轴与小腿的末端固接；真空吸盘固接于连接件上，并与真空泵连通。本发明实现在垂直风力发电机叶片表面沿不同方向自由攀爬。

技术领域

本发明属于无损检测装置技术领域，特别涉及一种风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台。

背景技术

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，风力发电机一般安装在丘陵、草原、浅海等环境下。叶片是风力发电机核心的部件之一，制造成本和维护成本占到了整套风力发电机设备的20％～30％。风力发电机塔身高度大约100米左右，直径约3～4米。风力发电机叶片长度50米左右，重量达数吨，甚至十多吨重。风力发电机叶片虽然在出厂前经过严格的质量检测，但叶片表面以下还是会存在一些天然结构缺陷：例如，细微孔隙、细微裂纹、细微分层等(这种材料的天然结构缺陷不属于叶片质量问题)。由于风力发电机叶片体积和重量庞大，运输和安装的过程中可能因操作失误造成冲击损伤，通常当时不会出现明显的伤痕，但叶片内部可能已经受到了损伤，这也会引起后期隐患。叶片材料的天然结构缺陷和运输安装过程中产生的内部损伤，这些早期产生的细微孔隙、裂纹、分层等结构缺陷，在风力发电机实际工况环境中，循环受到静载荷、动载荷、温度变化等综合影响，造成了叶片疲劳裂纹产生和扩展，最终导致整个叶片疲劳产生裂痕，甚至叶片整体断裂，造成巨大经济损失。因此，风力发电机叶片内部裂纹早期诊断发现，有助于避免后期的重大损失。

风力发电机叶片疲劳裂纹的早期检测一般为人工操作，风力发电机停机后，检测人员借助大型起重机、吊索、安全绳、吊筐等辅助设备，爬升至叶片表面附近，用手持式检测装置逐片区域地检测叶片，诊断叶片疲劳裂损状态和程度，并决定是否需要专业维修。风力发电机中心轮毂离地面几十米最高可达一百多米，检测过程不仅浪费大量人力和物力，而且专业检测人员也面临极大的安全风险。因此，开发无损检测机器人平台搭载无损检测装备，针对风机叶片开展自动化的裂纹安全检测，成为风力发电场健康维护领域的一个重要技术攻关方向。

目前广泛使用的列阵超声无损检测(PAUT)探头为直径20mm、高度15mm的圆柱体形状，PAUT下表面为检测工作面。开展无损检测作业时，PAUT的检测工作面与风力发电机叶片的检测表面需紧密贴合。由于风力发电机叶片表面为经纬双维度不规则的曲面结构。当机器人平台的机械臂搭载PAUT，驱动PAUT靠近并压紧在风力发电机叶片的表面的过程中，要求机械臂能够自动补偿绕X轴(叶片宽度方向)、Y轴(叶片长度方向)的角偏差，和沿Z轴(叶片厚度方向)的位移偏差，使PAUT达到工作状态的技术要求。本申请人的发明专利“无损检测装置探头安装平台的万向节自适应调节机构”(ZL 201810573242.8)和“用于曲面无损检测的气压弹簧空间三自由度自适应机构”(ZL 201810575568.4)很好地解决了上述技术问题，使检测探头紧密贴附于风力发电机叶片表面，开展针对叶片的无损检测作业。

然而，如何保证机器人平台在进行检测的过程中牢靠吸附于风力发电机叶片表面，在大角度甚至近乎垂直的风力发电机叶片的被检测表面攀爬的可靠性，成为亟需解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种风力发电机叶片无损检测足式攀爬机器人平台，实现在垂直的风力发电机叶片沿不同方向自由爬行，通过探头夹持机构(如“无损检测装置探头安装平台的万向节自适应调节机构”ZL 201810573242.8和“用于曲面无损检测的气压弹簧空间三自由度自适应机构”ZL 201810575568.4)搭载无损检测探头，对风机叶片表面裂纹开展自动化的无损检测作业。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：