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专利名称：一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311395424.8

专利申请（专利权）人：宁夏大唐国际红寺堡新能源有限责任公司
权利人地址：宁夏回族自治区吴忠市红寺堡区弘德工业园区

专利发明（设计）人：刘锐峰,孟勇,高务文,段智

专利摘要：本发明属于检修用机器人技术领域，尤其涉及一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，包括：两设置为扁平状的行走部，两行走部的端部之间通过四自由度活动机构连接，其中一个行走部远离另一行走部的一端安装有摄像组件；本发明中，通过四自由度活动机构连接两个设置为扁平状的行走部，其中一个行走部上安装有摄像组件，在使用时，通过两行走部驱动轮式机器人行走，通过摄像组件对风电叶片进行拍摄，四自由度活动机构使轮式机器人能够实现跃障、爬坡、转弯、等功能，适合复杂形状的探测需求。同时行走部设置为扁平状，能够在狭长型管道中进行作业，适用性更强。

主权利要求：
1.一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，其特征在于，包括：两设置为扁平状的行走部，两所述行走部的端部之间通过四自由度活动机构连接，其中一个所述行走部远离另一所述行走部的一端安装有摄像组件；
所述四自由度活动机构包括安装块(28)，所述安装块(28)内开设有贯穿的安装腔，所述安装腔内设置有四自由度连接组件，所述四自由度连接组件分别与两所述行走部固接；
所述四自由度连接组件包括两转环(29)，两所述转环(29)分别设置在所述安装腔的两端，所述转环(29)的外侧壁上固接有两第二短轴(34)，两所述第二短轴(34)同轴设置，两所述第二短轴(34)远离所述转环(29)的一端分别转动连接在所述安装腔相对的两内侧壁上；
所述转环(29)的内侧壁上转动连接有两第一短轴(32)，两所述第一短轴(32)同轴设置，所述第一短轴(32)远离所述转环(29)的一端固接有半球(31)，所述半球(31)的凸面上固接有多个环齿(33)，多个所述环齿(33)等间隔设置，多个所述环齿(33)同轴设置，两所述半球(31)上的多个环齿(33)之间相互啮合，两所述第一短轴(32)与两所述第二短轴(34)的轴线的交点位于所述半球(31)的球心处，所述半球(31)的平面上固接有连接板(30)，所述连接板(30)远离所述半球(31)的一侧固接有连接杆(27)，所述连接杆(27)与所述行走部固接；
所述行走部包括外壳体(1)，所述外壳体(1)内设置有动力机构，所述动力机构传动连接有四个滚轮(11)，所述滚轮(11)设置在所述外壳体(1)外，四个所述滚轮(11)分别位于所述外壳体(1)的底面四角处，所述外壳体(1)的顶面四角处均嵌设有滚球(2)，所述滚球(2)与所述外壳体(1)滑动连接，所述滚球(2)伸出所述外壳体(1)的顶面；
所述动力机构包括固接在所述外壳体(1)内的双轴电机(8)，所述双轴电机(8)电性连接有电池块(7)，所述电池块(7)固接在所述外壳体(1)内，所述双轴电机(8)的两个轴上均同轴固接有第二锥齿轮(9)，所述第二锥齿轮(9)啮合有位于所述外壳体(1)同一端的两第三锥齿轮(10)，所述第三锥齿轮(10)与所述滚轮(11)传动连接；
所述外壳体(1)的两端均固接有固定板(4)，所述固定板(4)上固接有第一电机(5)，所述第一电机(5)的输出轴上同轴固接有第一锥齿轮(6)，所述第一锥齿轮(6)啮合有第六锥齿轮(18)，所述第六锥齿轮(18)同轴固接在第一转筒(20)的顶端，所述第一转筒(20)与所述外壳体(1)转动连接，所述第一转筒(20)的底端穿出所述外壳体(1)，所述第一转筒(20)内竖直滑动连接有滑筒(17)，所述滑筒(17)的顶端固接有第一弹簧(22)，所述第一弹簧(22)的顶端固接有限位块(21)，所述限位块(21)周向固接在所述第一转筒(20)的内侧壁上，所述滑筒(17)的底端伸出所述第一转筒(20)且固接有连接架(37)，所述连接架(37)上固接有两第一轴承(14)，两所述第一轴承(14)同轴设置，两所述第一轴承(14)之间转动连接有转轴，所述转轴的两端穿出所述第一轴承(14)且与所述滚轮(11)固接；
所述第一转筒(20)与所述滑筒(17)之间设置有第一限位组件。
2.根据权利要求1所述的一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，其特征在于：所述第一限位组件包括开设在所述第一转筒(20)内的第一滑槽，所述第一滑槽沿所述第一转筒(20)的长度方向设置，所述第一滑槽内滑动连接有第一滑块(24)，所述第一滑块(24)与所述滑筒(17)的外侧壁固接。
3.根据权利要求2所述的一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，其特征在于：所述第三锥齿轮(10)同轴固接有第二转筒(25),所述第二转筒(25)通过第二轴承(19)同轴转动连接在所述第一转筒(20)内，所述第二转筒(25)与所述限位块(21)的内缘处以及所述滑筒(17)的内侧壁滑动接触，所述第二转筒(25)内竖直滑动连接有滑杆(16)，所述滑杆(16)的顶端固接有第二弹簧(23)，所述第二弹簧(23)的顶端与所述第三锥齿轮(10)固接，所述滑杆(16)的底端穿出所述滑筒(17)且同轴固接有第五锥齿轮(15)，所述第五锥齿轮(15)啮合有第四锥齿轮(13)，所述第四锥齿轮(13)同轴固接在所述转轴上；
所述第二转筒(25)与所述滑杆(16)之间设置有第二限位组件。
4.根据权利要求3所述的一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，其特征在于：所述第二限位组件包括开设在所述第二转筒(25)内侧壁上的第二滑槽，所述第二滑槽沿所述第二转筒(25)的长度方向设置，所述第二滑槽内滑动连接有第二滑块(26)，所述第二滑块(26)与所述滑杆(16)的外侧壁固接。
5.根据权利要求1所述的一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，其特征在于：所述外壳体(1)的两端均固接有弧形护板(3)，所述弧形护板(3)与所述连接杆(27)固接，其中一个所述外壳体(1)上远离所述连接杆(27)的所述弧形护板(3)上开设有通孔，所述摄像组件安装在所述通孔内。
6.根据权利要求5所述的一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，其特征在于：所述摄像组件包括固接在所述固定板(4)上的摄像头(36)，所述摄像头(36)位于所述弧形护板(3)内，所述摄像头(36)的摄像端正对所述通孔，所述通孔内固定安装有防护玻璃(35)。 说明书 : 一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人技术领域[0001] 本发明属于检修用机器人技术领域，尤其涉及一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人。背景技术[0002] 风能作为一种清洁的可再生能源，在未来它的发展潜力巨大，是未来能源结构的重要组成之一。随着风电市场逐渐成熟，大型的风电机组也相继出现，风电机组的各核心部件的尺寸也越来越大，给维护检测带来了不小的挑战。风电叶片则是风电机组中核心部件之一，它的性能直接影响风力发电系统的工作和效率。[0003] 风电叶片在生产、运输以及使用过程中都会使风电叶片产生一定的缺陷，此时需要对风电叶片进行检测。叶片内部尖端处的尺寸在20cm左右，且具有15°以内的倾角，无法人工进入叶片内部深处检测，因此，亟需一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人。发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，以解决上述问题。[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：[0006] 一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，包括：两设置为扁平状的行走部，两所述行走部的端部之间通过四自由度活动机构连接，其中一个所述行走部远离另一所述行走部的一端安装有摄像组件；[0007] 所述四自由度活动机构包括安装块，所述安装块内开设有贯穿的安装腔，所述安装腔内设置有四自由度连接组件，所述四自由度连接组件分别与两所述行走部固接。[0008] 优选的，所述四自由度连接组件包括两转环，两所述转环分别设置在所述安装腔的两端，所述转环的外侧壁上固接有两第二短轴，两所述第二短轴同轴设置，两所述第二短轴远离所述转环的一端分别转动连接在所述安装腔相对的两内侧壁上；[0009] 所述转环的内侧壁上转动连接有两第一短轴，两所述第一短轴同轴设置，所述第一短轴远离所述转环的一端固接有半球，所述半球的凸面上固接有多个环齿，多个所述环齿等间隔设置，多个所述环齿同轴设置，两所述半球上的多个环齿之间相互啮合，两所述第一短轴与两所述第二短轴的轴线的交点位于所述半球的球心处，所述半球的平面上固接有连接板，所述连接板远离所述半球的一侧固接有连接杆，所述连接杆与所述行走部固接。[0010] 优选的，所述行走部包括外壳体，所述外壳体内设置有动力机构，所述动力机构传动连接有四个滚轮，所述滚轮设置在所述外壳体外，四个所述滚轮分别位于所述外壳体的底面四角处，所述外壳体的顶面四角处均嵌设有滚球，所述滚球与所述外壳体滑动连接，所述滚球伸出所述外壳体的顶面。[0011] 优选的，所述动力机构包括固接在所述外壳体内的双轴电机，所述双轴电机电性连接有电池块，所述电池块固接在所述外壳体内，所述双轴电机的两个轴上均同轴固接有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮啮合有位于所述外壳体同一端的两第三锥齿轮，所述第三锥齿轮与所述滚轮传动连接。[0012] 优选的，所述外壳体的两端均固接有固定板，所述固定板上固接有第一电机，所述第一电机的输出轴上同轴固接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合有第六锥齿轮，所述第六锥齿轮同轴固接在第一转筒的顶端，所述第一转筒与所述外壳体转动连接，所述第一转筒的底端穿出所述外壳体，所述第一转筒内竖直滑动连接有滑筒，所述滑筒的顶端固接有第一弹簧，所述第一弹簧的顶端固接有限位块，所述限位块周向固接在所述第一转筒的内侧壁上，所述滑筒的底端伸出所述第一转筒且固接有连接架，所述连接架上固接有两第一轴承，两所述第一轴承同轴设置，两所述第一轴承之间转动连接有转轴，所述转轴的两端穿出所述第一轴承且与所述滚轮固接；[0013] 所述第一转筒与所述滑筒之间设置有第一限位组件。[0014] 优选的，所述第一限位组件包括开设在所述第一转筒内的第一滑槽，所述第一滑槽沿所述第一转筒的长度方向设置，所述第一滑槽内滑动连接有第一滑块，所述第一滑块与所述滑筒的外侧壁固接。[0015] 优选的，所述第三锥齿轮同轴固接有第二转筒,所述第二转筒通过第二轴承同轴转动连接在所述第一转筒内，所述第二转筒与所述限位块的内缘处以及所述滑筒的内侧壁滑动接触，所述第二转筒内竖直滑动连接有滑杆，所述滑杆的顶端固接有第二弹簧，所述第二弹簧的顶端与所述第三锥齿轮固接，所述滑杆的底端穿出所述滑筒且同轴固接有第五锥齿轮，所述第五锥齿轮啮合有第四锥齿轮，所述第四锥齿轮同轴固接在所述转轴上；[0016] 所述第二转筒与所述滑杆之间设置有第二限位组件。[0017] 优选的，所述第二限位组件包括开设在所述第二转筒内侧壁上的第二滑槽，所述第二滑槽沿所述第二转筒的长度方向设置，所述第二滑槽内滑动连接有第二滑块，所述第二滑块与所述滑杆的外侧壁固接。[0018] 优选的，所述外壳体的两端均固接有弧形护板，所述弧形护板与所述连接杆固接，其中一个所述外壳体上远离所述连接杆的所述弧形护板上开设有通孔，所述摄像组件安装在所述通孔内。[0019] 优选的，所述摄像组件包括固接在所述固定板上的摄像头，所述摄像头位于所述弧形护板内，所述摄像头的摄像端正对所述通孔，所述通孔内固定安装有防护玻璃。[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：[0021] 本发明中，通过四自由度活动机构连接两个设置为扁平状的行走部，其中一个行走部上安装有摄像组件，在使用时，通过两行走部驱动轮式机器人行走，通过摄像组件对风电叶片进行拍摄，四自由度活动机构使轮式机器人能够实现跃障、爬坡、转弯、等功能，适合复杂形状的探测需求。同时行走部设置为扁平状，能够在狭长型管道中进行作业，适用性更强。附图说明[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：[0023] 图1为本发明的整体结构示意图；[0024] 图2为本发明的内部结构示意图；[0025] 图3为图2中的A?A剖视图；[0026] 图4为图2中的B处的局部放大图；[0027] 图5为图2中的C处的局部放大图；[0028] 图6为本发明中安装块与转环的连接示意图；[0029] 其中，1、外壳体；2、滚球；3、弧形护板；4、固定板；5、第一电机；6、第一锥齿轮；7、电池块；8、双轴电机；9、第二锥齿轮；10、第三锥齿轮；11、滚轮；12、防滑带；13、第四锥齿轮；14、第一轴承；15、第五锥齿轮；16、滑杆；17、滑筒；18、第六锥齿轮；19、第二轴承；20、第一转筒；21、限位块；22、第一弹簧；23、第二弹簧；24、第一滑块；25、第二转筒；26、第二滑块；27、连接杆；28、安装块；29、转环；30、连接板；31、半球；32、第一短轴；33、环齿；34、第二短轴；35、防护玻璃；36、摄像头；37、连接架。具体实施方式[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0032] 参照图1至图6，本发明公开了一种专用于风力发电机叶片的四自由度轮式机器人，包括：两设置为扁平状的行走部，两行走部的端部之间通过四自由度活动机构连接，其中一个行走部远离另一行走部的一端安装有摄像组件；[0033] 四自由度活动机构包括安装块28，安装块28内开设有贯穿的安装腔，安装腔内设置有四自由度连接组件，四自由度连接组件分别与两行走部固接。[0034] 本发明中通过四自由度活动机构连接两个设置为扁平状的行走部，其中一个行走部上安装有摄像组件，在使用时，通过两行走部驱动轮式机器人行走，通过摄像组件对风电叶片进行拍摄，四自由度活动机构使轮式机器人能够实现跃障、爬坡、转弯、等功能，适合复杂形状的探测需求。同时行走部设置为扁平状，能够在狭长型管道中进行作业，适用性更强。[0035] 进一步优化方案，四自由度连接组件包括两转环29，两转环29分别设置在安装腔的两端，转环29的外侧壁上固接有两第二短轴34，两第二短轴34同轴设置，两第二短轴34远离转环29的一端分别转动连接在安装腔相对的两内侧壁上；[0036] 转环29的内侧壁上转动连接有两第一短轴32，两第一短轴32同轴设置，第一短轴32远离转环29的一端固接有半球31，半球31的凸面上固接有多个环齿33，多个环齿33等间隔设置，多个环齿33同轴设置，两半球31上的多个环齿33之间相互啮合，两第一短轴32与两第二短轴34的轴线的交点位于半球31的球心处，半球31的平面上固接有连接板30，连接板30远离半球31的一侧固接有连接杆27，连接杆27与行走部固接。[0037] 两第一短轴32与两第二短轴34的轴线垂直设置，此时半球31与转环29之间存在一个自由度，转环29与安装腔之间存在一个自由度，两个双自由的机构构成四自由度连接组件，同时两个半球31之间通过多个环齿33啮合传动，进一步增加了两行走部之间的联动性。[0038] 进一步优化方案，行走部包括外壳体1，外壳体1内设置有动力机构，动力机构传动连接有四个滚轮11，滚轮11设置在外壳体1外，四个滚轮11分别位于外壳体1的底面四角处，外壳体1的顶面四角处均嵌设有滚球2，滚球2与外壳体1滑动连接，滚球2伸出外壳体1的顶面。[0039] 通过动力机构带动滚轮11转动，进而带动外壳体1行走。滚轮11的外缘处周向固接有防滑带12，增加滚轮11的摩擦力。[0040] 进一步优化方案，动力机构包括固接在外壳体1内的双轴电机8，双轴电机8电性连接有电池块7，电池块7固接在外壳体1内，双轴电机8的两个轴上均同轴固接有第二锥齿轮9，第二锥齿轮9啮合有位于外壳体1同一端的两第三锥齿轮10，第三锥齿轮10与滚轮11传动连接。[0041] 进一步优化方案，外壳体1的两端均固接有固定板4，固定板4上固接有第一电机5，第一电机5的输出轴上同轴固接有第一锥齿轮6，第一锥齿轮6啮合有第六锥齿轮18，第六锥齿轮18同轴固接在第一转筒20的顶端，第一转筒20与外壳体1转动连接，第一转筒20的底端穿出外壳体1，第一转筒20内竖直滑动连接有滑筒17，滑筒17的顶端固接有第一弹簧22，第一弹簧22的顶端固接有限位块21，限位块21周向固接在第一转筒20的内侧壁上，滑筒17的底端伸出第一转筒20且固接有连接架37，连接架37上固接有两第一轴承14，两第一轴承14同轴设置，两第一轴承14之间转动连接有转轴，转轴的两端穿出第一轴承14且与滚轮11固接；[0042] 第一转筒20与滑筒17之间设置有第一限位组件。[0043] 进一步优化方案，第一限位组件包括开设在第一转筒20内的第一滑槽，第一滑槽沿第一转筒20的长度方向设置，第一滑槽内滑动连接有第一滑块24，第一滑块24与滑筒17的外侧壁固接。[0044] 进一步优化方案，第三锥齿轮10同轴固接有第二转筒25,第二转筒25通过第二轴承19同轴转动连接在第一转筒20内，第二转筒25与限位块21的内缘处以及滑筒17的内侧壁滑动接触，第二转筒25内竖直滑动连接有滑杆16，滑杆16的顶端固接有第二弹簧23，第二弹簧23的顶端与第三锥齿轮10固接，滑杆16的底端穿出滑筒17且同轴固接有第五锥齿轮15，第五锥齿轮15啮合有第四锥齿轮13，第四锥齿轮13同轴固接在转轴上；[0045] 第二转筒25与滑杆16之间设置有第二限位组件。[0046] 进一步优化方案，第二限位组件包括开设在第二转筒25内侧壁上的第二滑槽，第二滑槽沿第二转筒25的长度方向设置，第二滑槽内滑动连接有第二滑块26，第二滑块26与滑杆16的外侧壁固接。[0047] 通过双轴电机8带动第二锥齿轮9，第二锥齿轮9带动第三锥齿轮10，第三锥齿轮10带动第二转筒25，第二转筒25通过滑杆16带动第五锥齿轮15转动，第五锥齿轮15通过第四锥齿轮13带动转轴转动，转轴带动滚轮11转动。[0048] 通过第一电机5带动第一锥齿轮6转动，第一锥齿轮6带动第六锥齿轮18转动，第六锥齿轮18带动第一转筒20转动，第一转筒20带动滑筒17转动，进而带动滚轮11方向变化。[0049] 滑筒17滑动连接在第一转筒20内，使得行走部能够自适应形状不同的腔体；滑杆16的顶端固接有第二弹簧23，第二弹簧23的顶端与第三锥齿轮10固接，使得第五锥齿轮15与第四锥齿轮13始终啮合传动。[0050] 进一步优化方案，外壳体1的两端均固接有弧形护板3，弧形护板3与连接杆27固接，其中一个外壳体1上远离连接杆27的弧形护板3上开设有通孔，摄像组件安装在通孔内。[0051] 弧形护板3为柔性材质，避免外壳体1与风电叶片硬性碰撞。[0052] 进一步优化方案，摄像组件包括固接在固定板4上的摄像头36，摄像头36位于弧形护板3内，摄像头36的摄像端正对通孔，通孔内固定安装有防护玻璃35。[0053] 通过摄像头36对风电叶片进行拍摄，防护玻璃35避免灰尘进入通孔影响摄像头36拍摄。[0054] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0055] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2023-10-26

专利公开日期：2024-09-13

专利公告号：2024-09-13