多平台爬行式风轮机塔筒作业机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种多平台爬行式风轮机塔筒作业机器人，包括第一和第二两层升降平台和第三层旋转平台，所述第三层旋转平台置放在第二层升降平台的顶面上；第一和第二两层升降平台基于蠕虫式的爬升运动，分别采用同步带和双边弯板链条协同工作实现缩放运动；第三层旋转平台采用钢带和周向运动小车协同工作实现缩放运动和旋转运动。本发明专利技术能够柔性地适应不同爬行截面的缩放运动，克服了Ring机器人由于经常变换轮胎方向所导致的动作不连贯现象以及由于缩放机构体积大而造成的与风轮机碰撞的现象。

【技术实现步骤摘要】
多平台爬行式风轮机塔筒作业机器人
本专利技术涉及机器人领域，具体是一种多平台爬行式风轮机塔筒作业机器人，主要用于风力发电塔塔体和风轮机叶片的检测和维护。
技术介绍
目前，风力发电市场已受到世界各国的广泛重视。从现场的反馈情况看，仍有部分风轮机存在故障率闻的现象。在所有风轮机故障中，以塔筒和叶片的故障最为危险。目如，包括美国、德国和丹麦在内的多个国家都发生过风轮机着火及坍塌事故，其中大部分事故是由于缺少对塔筒和叶片的表面清理以及内部探伤。爬塔机器人能够代替人工进行塔筒和叶片的维护，应用前景广泛。目前，国际上拥有风轮机爬行式作业机器人系统和技术的公司和大学主要有丹麦维斯塔斯公司、苏格兰ITI能源公司、美国Helical Robotics公司和英国南岸大学。丹麦维斯塔斯(VESTAS)公司研发的SpiderCrane风轮机塔筒作业机器人类似于“塔式起重机”，其上下运动和位置固定分别依靠缆绳牵引和卡爪开合实现。它的主要缺点是定位切换时间较长，作业效率低。苏格兰ITI公司研发的红毛猩猩Orangutan风轮机起重和维护系统由两个摩擦钳组成，通过液压结构相连，能让起重机像毛毛虫一样蠕动，沿风轮机上上下下，就像星星爬树一样。ITI已在一个大小为正常风力润轮机1/5的模型上测试了该系统。该系统的定位比前述的SpiderCrane系统要灵活,但是体积更为庞大,实施作业时要求风轮机停止运行，安装和作业时间很长。美国Helical Robotics公司的Helical作业机器人通过蛇形缠绕夹紧塔筒,通过驱动Mecanum万向轮胎实现机器人的上下、旋转、蛇形进退等运动。该系统由多个相同单元通过连杆机构连接而成，每个单元包含4个可驱动的Mecanum (麦卡伦)万向轮胎，通过连杆机构的弯曲可施加不同的缠绕力度。该机器人的优点在于能适应不同风轮机塔筒的直径，但其结构复杂，驱动数量多而控制困难。结合以上三种系统存在的特点，英国南岸大学的学者在欧盟CRAFT项目支持下研发了 Ring机器人。该系统采用正交轮驱动方式，每个轮子通过两个电机驱动实现方向变化和进退。另一方面，Ring机器人采用可伸缩框架，通过弹簧张力自适应调节框架的直径。Ring机器人的主要特点是结构相对于前述系统较紧凑，特别是可采用螺旋式运动实现更安全的下降。但是其仍然存在若干不足:经常变换轮胎方向致使动作不连贯，同时对塔体表面有较大摩伤；缩放机构的体积大，在风轮机上工作时可能发生干涉和碰撞。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种多平台爬行式风轮机塔筒作业机器人，该机器人能够完成连贯的爬行运动，且在风轮机上工作时能够避免与叶片发生干涉和碰撞。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种多平台爬行式风轮机塔筒作业机器人，包括第一和第二两层升降平台和第三层旋转平台，所述第三层旋转平台置放在第二层升降平台的顶面上；第一层升降平台包括至少三个均布在塔筒周围的升降单体，每个所述升降单体包括专属包装箱、环抱塔筒的同步带和双边弯板链条以及同步带缩放驱动装置，所述同步带缩放驱动装置设置在所述专属包装箱内；所述同步带的齿形朝内且水平设置并穿越所述专属包装箱，所述同步带的固定端连接在与其相邻的所述升降单体的包装箱上，所述同步带的自由端穿出所述专属包装箱；所述双边弯板链条固接在所述同步带的内侧；所述同步带缩放驱动装置包括同步带驱动电机，所述同步带驱动电机通过蜗轮蜗杆机构驱动竖直设置的蜗轮轴，所述蜗轮轴上连接有链轮，所述链轮与所述双边弯板链条啮合；在所述蜗轮轴的两侧分别设有与其平行的导向辊，所述导向辊位于所述同步带的外侧，所述同步带与所述导向辊摩擦连接，所述导向辊安装在所述专属包装箱内；所述第二层升降平台的结构与所述第一升降平台的结构相同；所述第二层升降平台的升降单体和所述第一层升降平台的升降单体上下相对，且相对的两个所述升降单体之间通过气缸连接；所述第三层旋转平台包括环抱塔筒的钢带和至少三辆固装在所述钢带内侧的周向运动小车，其中任意一辆所述周向运动小车设有车厢，所述车厢内设有钢带缩放驱动装置，所述钢带缩放驱动装置包括钢带驱动电机，所述钢带驱动电机通过齿轮传动机构驱动绞盘轴，所述绞盘轴上缠绕有钢丝绳，所述钢丝绳穿出所述车厢的左侧与所述钢带连接，所述钢带的固定端与所述车厢的右侧固接，在所述钢带上固定有卡箍，所述卡箍设置在所述车厢的右侧，所述钢带的自由端依次穿过所述车厢的左侧、摩擦对辊、所述车厢的右侧和所述卡箍，所述摩擦对辊安装在所述车厢内，并竖直设置。所述钢丝绳通过钢带接头与所述钢带连接，所述钢带接头固定在所述钢带的外侧，所述钢丝绳与所述钢带接头连接。所述钢带为弹簧钢带。本专利技术具有的优点和积极效果是:I)将风轮机塔体的锥度纳入考虑范围之内，通过在升降平台和旋转平台上采用缩放结构，能够柔性地适应不同的爬行截面，从而避免了机器人在塔体顶端时与叶片碰撞的问题2)采用将爬升运动和旋转运动分模块进行设计的形式，使得整体结构层次更加简单，又不失其功能性，出现故障时更容易检测出问题所在。并且，这在一定程度上解决了英国南岸大学Ring机器人中爬升运动与旋转运动动作不连贯的问题。【附图说明】图1为本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的两层升降平台的结构示意图；图3是本专利技术的升降单体结构示意图；图4是本专利技术的双边弯板链条与同步带连接的局部结构示意图；图5是本专利技术的第三层旋转平台结构示意图；图6是本专利技术的钢带在卡箍处的局部结构示意图；图7是本专利技术的周向运动小车车厢的结构示意图。图中:1、第二层升降平台；2，第一层升降平台；3，气缸；4，升降单体；4-1，同步带；4-1-1，同步带的固定端；4-1-2，同步带的自由端；4-2，双边弯板链条；4-2-1，耳板；4_3，铆钉；4-4、4-5导向辊；4-6，蜗杆轴；4-7，蜗轮；4_8，蜗轮轴；4_9，链轮；5，钢带；5_1，钢带的自由端；5-2，钢带的固定端；6、7、8，周向运动小车；9，螺母；10，螺栓；11，车厢；11_1，动力输入轴；11-2，主动齿轮；11-3，从动齿轮，11-4，绞盘轴；11-5，车厢左挡板；11-5-1，钢带通道；11-5-2，钢丝绳通道；11-6，车厢右挡板；11-6-1，钢带固定端；11-6-2，钢带通道；11-7、11-8，摩擦对辊；12，卡箍；13，钢丝绳；14，钢带接头；15，螺栓；16，第三层旋转平台。【具体实施方式】为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:请参阅图1?图7，一种多平台爬行式风轮机塔筒作业机器人，包括第一和第二两层升降平台和第三层旋转平台16，所述第三层旋转平台16置放在第二层升降平台I的顶面上。第一层升降平台2包括至少三个均布在塔筒周围的升降单体4，每个所述升降单体4包括专属包装箱、环抱塔筒的同步带4-1和双边弯板链条4-2以及同步带缩放驱动装置，所述同步带缩放驱动装置设置在所述专属包装箱内；所述同步带4-1的齿形朝内且水平设置并穿越所述专属包装箱，所述同步带的固定端4-1-1连接在与其相邻的所述升降单体的包装箱上，所述同步带的自由端4-1-2穿出所述专属包装箱；所述双边弯板链条4-2固接在所述同步带4-1的内侧；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多平台爬行式风轮机塔筒作业机器人，其特征在于，包括第一和第二两层升降平台和第三层旋转平台，所述第三层旋转平台置放在第二层升降平台的顶面上；第一层升降平台包括至少三个均布在塔筒周围的升降单体，每个所述升降单体包括专属包装箱、环抱塔筒的同步带和双边弯板链条以及同步带缩放驱动装置，所述同步带缩放驱动装置设置在所述专属包装箱内；所述同步带的齿形朝内且水平设置并穿越所述专属包装箱，所述同步带的固定端连接在与其相邻的所述升降单体的包装箱上，所述同步带的自由端穿出所述专属包装箱；所述双边弯板链条固接在所述同步带的内侧；所述同步带缩放驱动装置包括同步带驱动电机，所述同步带驱动电机通过蜗轮蜗杆机构驱动竖直设置的蜗轮轴，所述蜗轮轴上连接有链轮，所述链轮与所述双边弯板链条啮合；在所述蜗轮轴的两侧分别设有与其平行的导向辊，所述导向辊位于所述同步带的外侧，所述同步带与所述导向辊摩擦连接，所述导向辊安装在所述专属包装箱内；所述第二层升降平台的结构与所述第一升降平台的结构相同；所述第二层升降平台的升降单体和所述第一层升降平台的升降单体上下相对，且相对的两个所述升降单体之间通过气缸连接；所述第三层旋转平台包括环抱塔筒的钢带和至少三辆固装在所述钢带内侧的周向运动小车，其中任意一辆所述周向运动小车设有车厢，所述车厢内设有钢带缩放驱动装置，所述钢带缩放驱动装置包括钢带驱动电机，所述钢带驱动电机通过齿轮传动机构驱动绞盘轴，所述绞盘轴上缠绕有钢丝绳，所述钢丝绳穿出所述车厢的左侧与所述钢带连接，所述钢带的固定端与所述车厢的右侧固接，在所述钢带上固定有卡箍，所述卡箍设置在所述车厢的右侧，所述钢带的自由端依次穿过所述车厢的左侧、摩擦对辊、所述车厢的右侧和所述卡箍，所述摩擦对辊安装在所述车厢内，并竖直设置。...

【技术特征摘要】
1.一种多平台爬行式风轮机塔筒作业机器人，其特征在于，包括第一和第二两层升降平台和第三层旋转平台，所述第三层旋转平台置放在第二层升降平台的顶面上； 第一层升降平台包括至少三个均布在塔筒周围的升降单体，每个所述升降单体包括专属包装箱、环抱塔筒的同步带和双边弯板链条以及同步带缩放驱动装置，所述同步带缩放驱动装置设置在所述专属包装箱内；所述同步带的齿形朝内且水平设置并穿越所述专属包装箱，所述同步带的固定端连接在与其相邻的所述升降单体的包装箱上，所述同步带的自由端穿出所述专属包装箱；所述双边弯板链条固接在所述同步带的内侧；所述同步带缩放驱动装置包括同步带驱动电机，所述同步带驱动电机通过蜗轮蜗杆机构驱动竖直设置的蜗轮轴，所述蜗轮轴上连接有链轮，所述链轮与所述双边弯板链条啮合；在所述蜗轮轴的两侧分别设有与其平行的导向辊，所述导向辊位于所述同步带的外侧，所述同步带与所述导向辊摩擦连接，所述导向辊安装在所述专属包装箱内； 所述第二层升降平台的结构与所述第一升降平台的结构相同； 所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：田永利，罗振军，黄磊，陈落根，马倩，石云飞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：