CN217728242U - 用于风电叶片的打磨机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于风电叶片的打磨机器人，其包括全向运动底盘、六自由度机械臂和打磨执行机构；六自由度机械臂的第一端与全向运动底盘的上表面连接，六自由度机械臂的第二端与打磨执行机构连接；全向运动底盘包括上端面承载板、车架及叉车槽、抽屉和麦克纳姆轮驱动单元；上端面承载板的下表面连接车架及叉车槽；抽屉设置在车架及叉车槽上。本装置的六自由度机械臂能随时调整打磨机构姿态，并完成轨迹覆盖，有效的解决叶片尺寸大，打磨余量控制不准确等难点；打磨执行机构直接连接集尘模块，有效阻止粉尘四散的状况，极大地改良了工作环境，大幅降低直接的、间接的各类打磨作业风险。

Description

用于风电叶片的打磨机器人

技术领域

本实用新型属于打磨领域，特别涉及一种用于风电叶片的打磨机器人。

背景技术

风电是重要的可再生能源，全球风能理事会(GWEC)发布的《2022年全球风能报告》中提到2021年全球风电装机容量达93.6GW，中国就有50.91％的占比，我国海上风电装机量跃居世界第一。风电叶片作为风电机组的重要组成部分，其相关的制造技术代表着产品的竞争水平。风电叶片的表面打磨工序可以有效的提高叶片的表面质量，为后续的涂装工艺提供基础。当前叶片表面打磨工序仍以人工进行打磨作业为主，高效合理的代工设备需求迫切。当前人工进行表面打磨作业具有以下难点：

(1)叶片打磨作业作为叶片生产过程中所需工时与人数最多的工艺之一，其主要原因是叶片尺寸大，且型号分布广泛，人工需要登梯架等过多附属设备才可以进行小范围的打磨作业，且安全工作中明确禁止工人在作业的同时进行登梯架移动，来回调整位置效率极低。

(2)叶片曲面复杂，人工打磨时作业随机性大，磨抛余量难以控制，导致后续涂装工艺具有效果差，涂料消耗量增加等不足。

(3)叶片打磨作业粉尘污染十分严重，打磨导致的粉尘随意飘散，工作环境恶劣，现场工作人员需佩戴呼吸面具进行操作，长期的行业从事，极容易威胁员工自身安全健康。

综上，风电叶片生产环节中的表面打磨工序具有效率低、打磨均匀度不可控、粉尘污染严重、安全隐患高等缺点。

因此，研发出一种用于风电叶片的打磨机器人，进一步促进风电叶片智能化生产，具有非常重要的现实意义。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于风电叶片的打磨机器人，本装置通过设置六自由度机械臂从而实现对风电叶片的各个角度的全面打磨，同时本装置在打磨执行机构上还设置有上阻尘管道和下端集尘罩，能够有效的将打磨出的残渣进行集中收集，避免产生粉尘。本装置的麦克纳姆轮驱动单元能够实现整体的位移，实现多角度，多方位的全面打磨。

为实现上述目的，本实用新型公开了如下技术方案：

一种用于风电叶片的打磨机器人，其包括全向运动底盘、六自由度机械臂和打磨执行机构；所述六自由度机械臂的第一端与所述全向运动底盘的上表面连接，所述六自由度机械臂的第二端与所述打磨执行机构连接；所述全向运动底盘包括上端面承载板、车架及叉车槽、抽屉和麦克纳姆轮驱动单元；所述上端面承载板的下表面连接所述车架及叉车槽；所述抽屉设置在所述车架及叉车槽上；多个所述麦克纳姆轮驱动单元对称设置在所述上端面承载板的下表面的两侧；所述六自由度机械臂包括机械臂支座、机械臂、六自由度驱动装置和机械臂输出衔接板；所述机械臂的第一端与所述机械臂支座的上表面活动连接，所述机械臂的第二端与所述机械臂输出衔接板的第一侧连接，所述机械臂输出衔接板的第二侧与所述打磨执行机构连接；所述机械臂支座的下表面与所述上端面承载板的上表面连接；所述六自由度驱动装置设置在所述机械臂的侧壁上；所述打磨执行机构包括打磨辊及毛刷、打磨外壳、上阻尘管道、第二电机及减速器、打磨辊驱动轮、打磨辊随动轮和下端集尘罩；所述打磨辊及毛刷通过打磨轴设置在所述打磨外壳的内部，所述打磨轴的两端分别与轴承支座活动连接，所述轴承支座与所述打磨外壳连接，所述打磨轴能带动所述打磨辊及毛刷进行自转；所述上阻尘管道和所述下端集尘罩分别设置在所述打磨辊及毛刷所在的所述打磨外壳处的上表面和下表面；所述第二电机及减速器设置在所述打磨外壳上，所述第二电机及减速器的输出端设置有所述打磨辊驱动轮，所述打磨辊驱动轮通过同步带与所述打磨辊随动轮连接，所述打磨辊随动轮与所述打磨轴的一端连接。

可优选的，其还包括配电模块和集尘装置，所述配电模块分别与所述麦克纳姆轮驱动单元、所述六自由度机械臂和所述打磨执行机构进行电连接；所述集尘装置通过管道与所述上阻尘管道和下端集尘罩连通。

可优选的，所述麦克纳姆轮驱动单元包括麦克纳姆轮、轮毂、车轮支架和第一电机及减速器，所述车轮支架与所述上端面承载板的下表面接连，所述麦克纳姆轮的轮毂与所述车轮支架的轴承连接处第一侧活动连接，并处于所述车轮支架外侧，所述车轮支架的轴承连接处第二侧设置有第一电机及减速器。

可优选的，所述机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂，所述第一机械臂的第一端与所述机械臂支座活动连接，所述第一机械臂的第二端与所述第二机械臂的第一端活动连接，所述第二机械臂的第二端与所述第三机械臂的第一端活动连接，所述第三机械臂的第二端与所述打磨外壳的侧壁固定连接。

可优选的，所述打磨辊及毛刷所在的所述打磨外壳的上表面和下表面处还分别设置有红外线测距传感器。

可优选的，所述打磨外壳上还设置有配重块。

可优选的，所述全向运动底盘还包括电池。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本装置通过设置六自由度机械臂实现对打磨执行机构的全方位移动，能够保证对风电叶片的各个角度全面打磨，保证打磨精度。并且在打磨执行机构上还设置有上阻尘管道和下端集尘罩，上阻尘管道和下端集尘罩均分别与集尘装置连通，能实现对打磨残渣的集中收集。

2、本装置还设置有全向运动底盘，全向运动底盘上设置有叉车槽和麦克纳姆轮驱动单元，麦克纳姆轮驱动单元能够实现本装置的位移，叉车槽能够保证在麦克纳姆轮驱动单元不能进行驱动时，也能将本装置进行移动。

3、本装置的打磨执行机构的两侧设置有辅助压轮，辅助压轮能够保证打磨执行机构在运作的同时不对其他部位造成伤害。

4、本装置的全向运动底盘上方还设置有配电模块和电池，配电模块和电池能够保证本装置的电力驱动，同时有效的控制整体装置的运作，以及提供短程续航能力，避免厂房间移动仍需布置电缆。

附图说明

图1为本实用新型的整理结构图；

图2为本实用新型的全向运动底盘的结构图；

图3为本实用新型的麦克纳姆轮驱动单元的结构放大图；

图4为本实用新型的六自由度机械臂的结构图；

图5为本实用新型的打磨执行机构的结构放大图；

图6为本实用新型的打磨执行机构的放大侧视图。

附图中的部分附图说明如下：1、全向运动底盘，11、上端面承载板，12、车架及叉车槽，13、抽屉，14、麦克纳姆轮驱动单元，141、麦克纳姆轮，142、车轮支架，143、第一电机及减速器，15、电池，2、配电模块，3、集尘装置，4、六自由度机械臂，41、机械臂支座，42、六自由度驱动装置，43、机械臂输出衔接板，5、打磨执行机构，51、配重块，52、打磨外壳，53、上阻尘管道，54、红外测距传感器，55、第二电机及减速器，56、打磨辊驱动轮，57、打磨辊随动轮，58、下端集尘罩，59、打磨辊及毛刷，510、辅助压轮，511、下集尘管道，512、打磨轴。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本实用新型提供一种用于风电叶片的打磨机器人，如图1-图6所示，其包括全向运动底盘1、六自由度机械臂4、打磨执行机构5、配电模块2和集尘装置3；六自由度机械臂4的第一端与全向运动底盘1的上表面连接，用于执行机构与工作面的更好贴合、轨迹控制等，六自由度机械臂4的第二端与打磨执行机构5连接。

全向运动底盘1设置于装置最底端，能够使机器人进行移动，全向运动底盘1包括上端面承载板11、车架及叉车槽12、抽屉13、麦克纳姆轮驱动单元14和电池15；上端面承载板11的下表面连接车架及叉车槽12；抽屉13设置在车架及叉车槽12上，可放置电机驱动器等部件；多个麦克纳姆轮驱动单元14对称设置在上端面承载板11的下表面的两侧；电池15设置于上端面承载板11的下侧，为机器人提供短程续航能力，避免厂房间移动仍需布置电缆。

六自由度机械臂4包括机械臂支座41、机械臂、六自由度驱动装置42和机械臂输出衔接板43；机械臂的第一端与机械臂支座41的上表面活动连接，机械臂的第二端与机械臂输出衔接板43的第一侧连接，机械臂输出衔接板43的第二侧与打磨执行机构5连接；机械臂支座41的下表面与上端面承载板11的上表面连接；六自由度驱动装置42设置在机械臂的侧壁上，六自由度驱动装置42则主要负责调整打磨头姿态与轨迹控制。

打磨执行机构5包括配重块51、打磨外壳52、上阻尘管道53、红外测距传感器54、第二电机及减速器55、打磨辊驱动轮56、打磨辊随动轮57、下端集尘罩58、打磨辊及毛刷59、辅助压轮510、下集尘管道511和打磨轴512。打磨外壳52通过螺栓连接固定于机械臂输出衔接板43上，配重块51设置于打磨外壳52左侧，上阻尘管道53居中设置于打磨外壳52正上方，并连接于集尘装置3，通过吹出高压气体，防止打磨粉尘上扬，红外测距传感器54上下对称布置于打磨外壳52中央，通过等距测控，使打磨执行机构5可以稳定的相切于打磨工作区域，第二电机及减速器55固定安装于打磨外壳52远离配重块51的后侧，打磨辊驱动轮56则直接连接于第二电机及减速器55的出轴上，打磨辊随动轮57则固定于驱动轮的同侧，打磨轴512设置于打磨执行机构5正中央，打磨辊及毛刷59则直接安装于打磨轴512上，并由打磨辊随动轮57驱动，完成打磨作业，辅助压轮510对称的安装于打磨外壳52的左右两侧，防止打磨执行机构5直接碰撞或摩擦风电叶片表面，造成叶片损伤等，下端集尘罩58设置于打磨外壳52的正下方，用于直接收集掉落粉尘，下集尘管道511的一端连接于下端集尘罩58上，另一端直接连接于集尘装置3，将收集粉尘直接抽出。

配电模块2设置于全向运动底盘1的上表面的后侧，配电模块2分别与麦克纳姆轮驱动单元14、六自由度机械臂4和打磨执行机构5进行电连接。

集尘装置3同配电模块2并排设置于全向运动底盘1的上表面的后侧，并与配电模块2并排设置，集尘装置3通过管道与上阻尘管道53和下端集尘罩58连通。

每个麦克纳姆轮驱动单元14均能单独驱动，可以高效的使打磨机器人完成任意方向的移动，麦克纳姆轮驱动单元14包括麦克纳姆轮141、轮毂、车轮支架142和第一电机及减速器143，车轮支架142与上端面承载板11的下表面接连，麦克纳姆轮141的轮毂与车轮支架142的轴承连接处第一侧活动连接，并处于车轮支架142外侧，车轮支架142的轴承连接处第二侧设置有第一电机及减速器143。

机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂，第一机械臂的第一端与机械臂支座41活动连接，第一机械臂的第二端与第二机械臂的第一端活动连接，第二机械臂的第二端与第三机械臂的第一端活动连接，第三机械臂的第二端与打磨外壳52的侧壁固定连接。

打磨辊及毛刷59所在的打磨外壳52的上表面和下表面处还分别设置有红外线测距传感器。

打磨外壳52上还设置有配重块51，配重块51能平衡第二电机及减速器55的重量，减少附加力矩对控制的影响。

工作原理：

打磨作业开始由全向运动底盘1转运风电叶片打磨机器人进入叶片打磨初始位置，随后六自由度机械臂4调整打磨执行机构5姿态，使其正对于风电叶片打磨区域，随后六自由度机械臂4将打磨执行机构5的辅助压轮510正好贴合于风电叶片打磨区域，此时上下对称布置于打磨外壳52中央的红外测距传感器54，通过等距测控，使打磨执行机构5可以稳定的相切于打磨工作区域，随后第二电机及减速器55工作，通过驱动同步带装置中的打磨辊驱动轮56与打磨辊随动轮57，进一步的驱动打磨辊及毛刷59进行转动，开始打磨作业。

随后在全向运动底盘1不移动的条件下，由六自由度机械臂4进行打磨执行机构5的轨迹控制，使其可以稳定的向下或向上完成竖直打磨作业，此时单次被磨抛区域呈弯曲长条状，随后六自由度机械臂4横向调整打磨执行机构5位置，完成相邻弯曲长条区域的打磨作业，随后第二电机及减速器55停止工作，打磨辊及毛刷59同步停止转动。于上述此过程中外测距传感器实时通过等距测控，不断调整打磨执行机构5使其与工作区域相切，同步的，上阻尘管道53不断吹出高压气体，防止打磨粉尘上扬，直接连接于集尘装置3的下集尘管道511，将集尘槽中的粉尘直接抽出。

待打磨工作区域达到所及覆盖最大面积，随后麦克纳姆轮驱动单元14直接驱使机器人移动至下一工作区域，重复上述步骤，持续进行打磨作业。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于风电叶片的打磨机器人，其特征在于：其包括全向运动底盘、六自由度机械臂和打磨执行机构；所述六自由度机械臂的第一端与所述全向运动底盘的上表面连接，所述六自由度机械臂的第二端与所述打磨执行机构连接；

所述全向运动底盘包括上端面承载板、车架及叉车槽、抽屉和麦克纳姆轮驱动单元；所述上端面承载板的下表面连接所述车架及叉车槽；所述抽屉设置在所述车架及叉车槽上；多个所述麦克纳姆轮驱动单元对称设置在所述上端面承载板的下表面的两侧；

所述六自由度机械臂包括机械臂支座、机械臂、六自由度驱动装置和机械臂输出衔接板；所述机械臂的第一端与所述机械臂支座的上表面活动连接，所述机械臂的第二端与所述机械臂输出衔接板的第一侧连接，所述机械臂输出衔接板的第二侧与所述打磨执行机构连接；所述机械臂支座的下表面与所述上端面承载板的上表面连接；所述六自由度驱动装置设置在所述机械臂的侧壁上；

所述打磨执行机构包括打磨辊及毛刷、打磨外壳、上阻尘管道、第二电机及减速器、打磨辊驱动轮、打磨辊随动轮和下端集尘罩；所述打磨辊及毛刷通过打磨轴设置在所述打磨外壳的内部，所述打磨轴的两端分别与轴承支座活动连接，所述轴承支座与所述打磨外壳连接，所述打磨轴能带动所述打磨辊及毛刷进行自转；所述上阻尘管道和所述下端集尘罩分别设置在所述打磨辊及毛刷所在的所述打磨外壳处的上表面和下表面；所述第二电机及减速器设置在所述打磨外壳上，所述第二电机及减速器的输出端设置有所述打磨辊驱动轮，所述打磨辊驱动轮通过同步带与所述打磨辊随动轮连接，所述打磨辊随动轮与所述打磨轴的一端连接。

2.根据权利要求1所述的用于风电叶片的打磨机器人，其特征在于：其还包括配电模块和集尘装置，所述配电模块分别与所述麦克纳姆轮驱动单元、所述六自由度机械臂和所述打磨执行机构进行电连接；所述集尘装置通过管道与所述上阻尘管道和下端集尘罩连通。

3.根据权利要求2所述的用于风电叶片的打磨机器人，其特征在于：所述麦克纳姆轮驱动单元包括麦克纳姆轮、轮毂、车轮支架和第一电机及减速器，所述车轮支架与所述上端面承载板的下表面接连，所述麦克纳姆轮的轮毂与所述车轮支架的轴承连接处第一侧活动连接，并处于所述车轮支架外侧，所述车轮支架的轴承连接处第二侧设置有第一电机及减速器。

4.根据权利要求3所述的用于风电叶片的打磨机器人，其特征在于：所述机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂，所述第一机械臂的第一端与所述机械臂支座活动连接，所述第一机械臂的第二端与所述第二机械臂的第一端活动连接，所述第二机械臂的第二端与所述第三机械臂的第一端活动连接，所述第三机械臂的第二端与所述打磨外壳的侧壁固定连接。

5.根据权利要求1所述的用于风电叶片的打磨机器人，其特征在于：所述打磨辊及毛刷所在的所述打磨外壳的上表面和下表面处还分别设置有红外线测距传感器。

6.根据权利要求3所述的用于风电叶片的打磨机器人，其特征在于：所述打磨外壳上还设置有配重块。

7.根据权利要求1所述的用于风电叶片的打磨机器人，其特征在于：所述全向运动底盘还包括电池。

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