專利名稱：一種風電塔桿爬桿機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風電機械及機器人技術，具體為一種風電塔桿爬桿機器人。
背景技術：
當前在風電機運行當中，一方面，風電機葉片不可避免地會受到風沙的擊打，產(chǎn)生損傷，遇到低溫寒流氣候，則會產(chǎn)生葉面結冰，影響風機的正常發(fā)電；另一方面，針對大型風電機葉片的零距離檢測和維修以及冬季扇葉的除冰目前尚無法實現(xiàn)。目前處理方法是，必須檢修時，采用吊車將風電機扇葉拆下來檢測和修理(冬季同時除冰)，但除冰是依附于維修拆卸，順便而為，因為北方冬天氣溫低，天天結冰，但卻不可能天天拆卸一方面拆卸一次要花上百萬元，另一方面天天拆卸除冰幾乎就無法正常生產(chǎn)，因此風電機扇葉除冰目前無法處理，冬季只有停機待春。本發(fā)明為一種風電塔桿爬桿機器人，在申請人檢索的范圍內， 尚未見到與本發(fā)明技術內容相關的文獻報道。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是提供一種風電塔桿爬桿機器人，該機器人可沿著風電塔桿上下移動的爬行，完成與風機葉片的零距離接觸，用于風機葉片的檢測、維修和風機扇葉表面除冰工作。該機器人以塔桿外錐表面為依附體，采用多點支撐結構設計，具有結構簡單，可靠性強，成本較低，安裝使用方便等特點。
本發(fā)明解決所述技術問題的技術方案是設計一種風電塔桿爬桿機器人，其特征在于該機器人主要包括機體、爬桿機構、蛇形擺動臂和移動工作室四個部分，蛇形擺動臂和移動工作室安裝在機體的一側；
所述機體由兩個半圓曲面形體或者三塊均等的曲面形體組合而成的一個圓環(huán)形體，且圓環(huán)形體的內環(huán)直徑與風電塔桿的直徑相匹配；機體上安裝有電機支座和電機固定座；
所述爬桿機構主要由上足輪、下足輪、連接臂、驅動齒輪、推力絲杠、絲母齒輪和支承座組成，上足輪和下足輪共有兩套，分別被連接臂通過輪軸連接在一起，連接臂與推力絲杠通過連接臂上的連接銷軸連接在一起，并形成活動鉸鏈；推力絲杠的一端安裝在機體的絲杠導向孔內，另一端與絲母齒輪中心的絲母相配旋合，而絲母齒輪安裝在支承座上；驅動齒輪安裝在電機軸上，并與絲母齒輪嚙合；電機安裝在機體的電機支座上；所述爬桿機構有4-8個，均布安裝在圓環(huán)形機體內；
所述蛇形擺動臂由3節(jié)擺動臂組成，包括大臂、中臂和小臂，所述大臂安裝在機器人的機體上，機體的上平面上安裝有平行的外環(huán)形導軌和內環(huán)形導軌；外電機與外輸出軸齒輪連接，并安裝在機體上，內電機與內輸出軸齒輪連接，并安裝在機體上；所述大臂的下面相應位置裝有兩個外固定支座和兩個內固定支座，每個外固定支座上裝有一個外棍輪; 同樣每個內固定支座上裝有一個內輥輪，且外輥輪和內輥輪的安裝位置分別與所述外環(huán)形導軌和內環(huán)形導軌的軌道槽相配合，同時外環(huán)形導軌和內環(huán)形導軌上面的直角結構將外輥輪和內輥輪分別限制在其各自對應的導軌軌道槽內；機體上平面上的外輸出軸齒輪和內輸出軸齒輪相對應；大臂下面還裝有同心的外扇形齒輪和內扇形齒輪，外扇形齒輪和內扇形齒輪分別與所述外輸出軸齒輪和內輸出軸齒輪相嚙合；所述大臂與中臂通過轉軸相連，中臂和轉軸固定為一體，對大臂形成鉸鏈，大臂與中臂可相對轉動，中臂與小臂用齒輪軸相連接，齒輪軸與小臂固定為一體，相對于中臂可相對轉動；
所述移動工作室包括平行的兩條直線導軌、行走驅動裝置和操作室。直線導軌固定在小臂的上面，行走驅動裝置與直線導軌配合，并為操作室移動提供動力；操作室內安置有整個機器人控制的操作界面、自動監(jiān)測和除冰清掃裝置。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明風電塔桿爬桿機器人可沿著風電塔桿上下移動的爬行， 完成與風機葉片的零距離接觸，用于風電機葉片的現(xiàn)場檢測、維修和風電機扇葉表面除冰工作。該機器人以塔桿外錐表面為依附體，采用多點支撐結構設計，具有結構簡單，可靠性強，成本較低，不拆卸操作，安裝使用方便等特點。


圖I為本發(fā)明風電塔桿爬桿機器人一種實施例的整體主視結構示意圖2為本發(fā)明風電塔桿爬桿機器人一種實施例的整體俯視結構示意圖3為本發(fā)明為本發(fā)明風電塔桿爬桿機器人一種實施例安裝在風力發(fā)電機塔桿上的結構狀態(tài)示意圖4為本發(fā)明風電塔桿爬桿機器人一種實施例的局部主視結構放大示意圖5為本發(fā)明風電塔桿爬桿機器人一種實施例的局部主視結構放大示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及其附圖進一步敘述本發(fā)明。
本發(fā)明設計的風電塔桿爬桿機器人(簡稱機器人，參見圖I 一 5)，其特征在于該機器人主要包括機體、爬桿機構、蛇形擺動臂和移動工作室四個部分。所述蛇形擺動臂和移動工作室安裝在機體的一側；
所述機體為一個由兩個半圓曲面形體或者三塊均等的曲面形體組合而成的圓環(huán)形體，且圓環(huán)形體的內環(huán)直徑與風電塔桿的直徑相匹配；機體上在設計位置安裝有電機支座和電機固定座等。所述機體設計為組合結構的目的主要是機器人裝配的要求和運輸?shù)姆奖?。實施例為兩個半圓曲面形體，即右機體I和左機體30用螺栓連成一個圓環(huán)形體。當塔桿直徑尺寸較大時，所述機體也可以等分成三塊，每塊曲面形體的圓心角為120度。
所述爬桿機構主要由上足輪10、下足輪2、連接臂3、驅動齒輪4、推力絲杠5、絲母齒輪6和支承座7組成，上足輪10和下足輪2共有兩套，分別被連接臂3通過輪軸9連接在一起，連接臂3與推力絲杠5通過連接臂上的連接銷軸8連接在一起，并形成活動鉸鏈；推力絲杠5的一端安裝在機體的絲杠導向孔內，另一端與絲母齒輪6中心的絲母相配旋合,而絲母齒輪6安裝在支承座7上；驅動齒輪4安裝在電機軸上，并與絲母齒輪6嚙合；電機安裝在機體的電機支座上；所述爬桿機構有4-8個，均布安裝在圓環(huán)形機體內；爬桿機構的具體個數(shù)根據(jù)風電機實際規(guī)格尺寸確定，實施例的爬桿機構為在圓環(huán)形機體內均布的6個。 爬桿機構主要功能是帶動整個機器人系統(tǒng)在風電機塔桿上上下爬動。
本發(fā)明機器人以塔桿外錐表面為依附體，采用多點(實施例為6點)支撐結構設計。 所述下足輪2和上足輪10的外表面形狀與塔桿外錐表面貼附，接觸面較寬，且選擇摩擦系數(shù)較大的優(yōu)質橡膠制作，使得兩個足輪表面與塔桿外錐表面有很強的附著力。
所述蛇形擺動臂由2-5節(jié)擺動臂組成，具體擺動臂的節(jié)數(shù)根據(jù)任務需要確定。實施例的蛇形擺動臂為3節(jié)，包括大臂19、中臂17和小臂14三個部分。蛇形擺動臂上的大臂19安裝在機器人的機體上，機體的上平面(平板)上安裝有兩條平行的環(huán)形導軌，即外環(huán)形導軌22和內環(huán)形導軌29 ；
外電機與外輸出軸齒輪23連接,并安裝在機體上，內電機與內輸出軸齒輪25連接，并安裝在機體上；所述大臂19的下面相應位置裝有兩個外固定支座20和兩個內固定支座27，每個外固定支座20上裝有一個外輥輪21 ;同樣每個內固定支座27上裝有一個內輥輪28，總共是四個支座，四個輥輪；外輥輪2和內輥輪28的安裝位置應分別正好落在機體平面上兩條平行的外環(huán)形導軌22和內環(huán)形導軌29的軌道槽內；外環(huán)形導軌22、內環(huán)形導軌29上面的直角結構將外輥輪21和內輥輪28分別限制在其各自對應的導軌(外環(huán)形導軌 22和內環(huán)形導軌29)軌道槽內，以承受蛇形擺動臂和工作室的下壓力和翹起力。機體上平面上的外輸出軸齒輪23和內輸出軸齒輪25相對應；大臂19下面還裝有兩個同心的外扇形齒輪24和內扇形齒輪26，外扇形齒輪24、內扇形齒輪26分別與兩個電機外輸出軸齒輪23、 內輸出軸齒輪25相嚙合；所述大臂19與中臂17通過轉軸18相連，中臂17和轉軸18固定為一體,對大臂19形成鉸鏈，大臂19與中臂17可相對轉動，中臂17與小臂14用齒輪軸15 相連接，齒輪軸15與小臂14固定為一體，相對于中臂17可相對轉動。蛇形擺動臂的主要功能是完成小臂14在水平面內的任意運動，包括小臂14的轉動、彎轉和伸縮等功能。
所述移動工作室包括平行的兩條直線導軌13、行走驅動裝置31和操作室12。直線導軌13固定在所述小臂14的上面，行走驅動裝置31與直線導軌13形成配合，行走驅動裝置32與操作室12連接在一起，為操作室12移動提供動力。操作室12內可安置整個機器人系統(tǒng)控制的操作界面(現(xiàn)有技術)，安裝自動監(jiān)測(現(xiàn)有技術)和除冰清掃裝置(現(xiàn)有技術) 等，以進行自動化作業(yè)；也可以存放相關手工機具和安全防護裝置，操作人員可以在操作室 12里面通過窗口對風電機扇葉等零部件進行相關人工作業(yè)。
在機體平板的一側安裝蛇形擺動臂和移動工作室后，可能會造成機體平臺受力不平衡，因此為了保持機器人的平衡，除(六個)爬桿機構的布置要均勻以外，本發(fā)明機器人的進一步特征是在機體安裝蛇形擺動臂和移動工作室的對應的另一側安裝相應的配重。
本發(fā)明的進一步特征是在安裝操作室12對應的另一側的機體I上安裝有安全圍欄11。安全圍欄11有助于操作人員出操作室12后，進一步安全地進行檢測、維修及除冰等工作。
本發(fā)明機器人的設計原理和工作過程是本發(fā)明機器人結構運用滾動摩擦原理和運動平衡原理設計，滿足機器人平臺上下移動的要求。安裝時，要將六個爬桿機構的足輪相對塔桿31外壁初始間隙要調整一致，且使其對臂的壓力保持基本相同；工作時，同步驅動六個爬桿機構的推桿5進給相同的距離，使六個爬桿機構的足輪2和足輪10同時緊貼塔桿 32的外壁上，產(chǎn)生并保持合適的壓力；此時六處的動力源同步驅動輪軸9，從而使得所有足輪同時按上移的方向轉動，當六處足輪(包括足輪2和足輪10)摩擦力的合力大于機器人的重力時，整個機器人便可以向上爬行運動；當機器人需要向下運動時，只要同步驅動六個爬5桿機構的推桿5，使其逐步后退相同的距離，即可完成機器人的下移。
本發(fā)明機器人可以根據(jù)任務需要，隨時停留在風電機塔桿的任意位置。所述蛇形擺動臂在爬桿機器人平板上的水平轉動(擺動或扭動)，是靠所述內輸出齒輪軸23和內輸出軸齒輪25分別同時驅動同心外扇形齒輪24和內扇形齒輪26而實現(xiàn)的，運動時要考慮轉速的匹配。同時大臂19與中臂17，中臂17與小臂14之間的驅動軸，兩兩擺臂之間可按控制要求任意轉動，使得小臂14可達到所及平面的各個位置。安裝在小臂14上面的操作室12， 可在小臂14上做直線運動。三個部分的運動復合在一起，可使操作室12到達機器人所及空間的任何位置，滿足相應的檢測、維修和除冰任務。
本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術。
權利要求
1.一種風電塔桿爬桿機器人，其特征在于該機器人主要包括機體、爬桿機構、蛇形擺動臂和移動工作室四個部分；蛇形擺動臂和移動工作室安裝在機體的一側；所述機體由兩個半圓曲面形體或者三塊均等的曲面形體組合而成的一個圓環(huán)形體，且圓環(huán)形體的內環(huán)直徑與風電塔桿的直徑相匹配；機體上安裝有電機支座和電機固定座；所述爬桿機構主要由上足輪、下足輪、連接臂、驅動齒輪、推力絲杠、絲母齒輪和支承座組成，上足輪和下足輪共有兩套，分別被連接臂通過輪軸連接在一起，連接臂與推力絲杠通過連接臂上的連接銷軸連接在一起，并形成活動鉸鏈；推力絲杠的一端安裝在機體的絲杠導向孔內，另一端與絲母齒輪中心的絲母相配旋合，而絲母齒輪安裝在支承座上；驅動齒輪安裝在電機軸上，并與絲母齒輪嚙合；電機安裝在機體的電機支座上；所述爬桿機構有4-8 個，均布安裝在圓環(huán)形機體內；所述蛇形擺動臂由3節(jié)擺動臂組成，包括大臂、中臂和小臂，所述大臂安裝在機器人的機體上，機體的上平面上安裝有平行的外環(huán)形導軌和內環(huán)形導軌；外電機與外輸出軸齒輪連接，并安裝在機體上，內電機與內輸出軸齒輪連接，并安裝在機體上；所述大臂的下面相應位置裝有兩個外固定支座和兩個內固定支座，每個外固定支座上裝有一個外棍輪；同樣每個內固定支座上裝有一個內輥輪，且外輥輪和內輥輪的安裝位置分別與所述外環(huán)形導軌和內環(huán)形導軌的軌道槽相配合，同時外環(huán)形導軌和內環(huán)形導軌上面的直角結構將外輥輪和內輥輪分別限制在其各自對應的導軌軌道槽內；機體上平面上的外輸出軸齒輪和內輸出軸齒輪相對應；大臂下面還裝有同心的外扇形齒輪和內扇形齒輪，外扇形齒輪和內扇形齒輪分別與所述外輸出軸齒輪和內輸出軸齒輪相嚙合；所述大臂與中臂通過轉軸相連，中臂和轉軸固定為一體，對大臂形成鉸鏈，大臂與中臂可相對轉動，中臂與小臂用齒輪軸相連接， 齒輪軸與小臂固定為一體，相對于中臂可相對轉動；所述移動工作室包括平行的兩條直線導軌、行走驅動裝置和操作室；直線導軌固定在小臂的上面，行走驅動裝置與直線導軌配合，并為操作室移動提供動力；操作室內安置有整個機器人控制的操作界面、自動監(jiān)測和除冰清掃裝置。
2.根據(jù)權利要求I所述風電塔桿爬桿機器人，其特征在于所述下足輪和上足輪的外表面形狀與塔桿外錐表面貼附，且選擇摩擦系數(shù)較大的優(yōu)質橡膠制作。
3.根據(jù)權利要求I所述風電塔桿爬桿機器人，其特征在于在與機體安裝蛇形擺動臂和移動工作室對應的另一側安裝有相應的配重。
4.根據(jù)權利要求I所述風電塔桿爬桿機器人，其特征在于在安裝移動工作室對應的另一側的機體上安裝有安全圍欄。
全文摘要
本發(fā)明公開一種風電塔桿爬桿機器人，其特征在于該機器人主要包括機體、爬桿機構、蛇形擺動臂和移動工作室四個部分；蛇形擺動臂和移動工作室安裝在機體的一側；機體由兩個半圓曲面形體或者三塊均等的曲面形體組合而成的一個圓環(huán)形體，且圓環(huán)形體的內環(huán)直徑與風電塔桿的直徑相匹配；所述爬桿機構主要由上、下足輪、連接臂、驅動齒輪、推力絲杠、絲母齒輪和支承座組成；上、下足輪由連接臂通過輪軸連接在一起，連接臂與推力絲杠通過連接臂上的連接銷軸連接在一起，并形成活動鉸鏈；爬桿機構有4-8個，均布在圓環(huán)形機體內；蛇形擺動臂由3節(jié)擺動臂組成，包括大臂、中臂和小臂；移動工作室包括平行的兩條直線導軌、行走驅動裝置和操作室。
文檔編號B25J11/00GK102941576SQ20121038133
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權日2012年10月10日
發(fā)明者關玉明, 楊杰, 肖艷軍, 許波 申請人:河北工業(yè)大學