一种风力发电机叶片除冰机器人及工作方法与流程

本发明属于机器人，尤其涉及一种风力发电机叶片除冰机器人及工作方法。

背景技术：

1、随着国家对环境保护的日益重视，国家对新能源尤其是清洁能源发展的支持力度持续加大。风能属于可再生能源，风力发电也就成为国内外研究的热点，中国产的风机已经成为主流机型在全世界范围内迅速推广。中国的风力发电机多分布在南方沿海、高山地带或者边疆地区，尤其是冬天，极易受叶片覆冰问题的困扰，导致发电机组功率降低，甚至影响风力发电机的使用寿命。传统的叶片除冰方式有人工、气囊式、电脉冲、超声波、电加热等，这些单一除冰方式或过于危险、或除冰效率低、或影响发电机叶片的使用寿命。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、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除冰机器人及工作方法，作业时在风力发电机塔筒上攀爬行走，将多种除冰方式相结合，既提高了除冰的效率，又能防止除冰作业损伤叶片。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、本发明提供一种风力发电机叶片除冰机器人，包括适于爬上风力发电机塔筒的攀爬行走机构和多功能除冰机构，多功能除冰机构包括多自由度机械臂，所述多自由度机械臂末端设置有可绕自身对称中心线旋转的功能转换圆盘，所述功能转换圆盘的外侧壁上沿周向设置有适于产生微波加热覆冰的微波除冰装置、适于吹出暖风加热覆冰的暖风干燥装置和适于将防冻液喷洒至覆冰的防冻液喷洒装置，多自由度机械臂末端的一侧设有双目立体相机，双目立体相机与塔筒一侧的地面显示屏通讯连接。

6、所述攀爬行走机构包括车身，车身两侧分别设有永磁吸附履带，每条永磁吸附履带的两端分别设有一齿轮，各齿轮分别与车身上的一步进电机传动连接，所述多自由度机械臂安装于车身上。

7、微波除冰装置、暖风干燥装置和防冻液喷洒装置沿周向相隔120度分布在功能转换圆盘的外侧壁上。

8、多功能除冰机构还包括储存防冻液的储存罐以及连接储存罐与防冻液喷洒装置的软管，软管上设有增压泵。

9、本发明的风力发电机叶片除冰机器人还包括中央控制器，中央控制器适于控制多自由度机械臂、步进电机、微波除冰装置、暖风干燥装置、防冻液喷洒装置和功能转换圆盘工作；中央控制器适于采集双目立体相机的图像并计算得出覆冰的厚度与空间位置。

10、双目立体相机的一侧设有能够对覆冰进行厚度测量与定位的超声波传感器，超声波传感器与中央控制器通讯连接。

11、本发明还提供一种风力发电机叶片除冰机器人工作方法，其包括以下步骤：

12、a、将待处理的风力发电机叶片调整至与塔筒平行的竖直状态；

13、b、攀爬行走机构通过永磁吸附履带移动并固定于塔筒靠近叶片一侧表面上的设定位置；

14、c、通过双目立体相机获取覆冰的空间位置信息并传送至地面显示屏；

15、d、操作多自由度机械臂移动到设定位置；

16、e、使用微波除冰装置的微波加热叶片上的覆冰至设定时间；

17、f、旋转功能转换圆盘使用暖风干燥装置向微波加热后的覆冰吹暖风直至冰层厚度达到设定值；

18、g、旋转功能转换圆盘使用防冻液喷洒装置向吹过暖风的覆冰喷洒防冻液。

19、在步骤f中，冰层厚度的设定值是2mm。

20、双目立体相机的图像被传送至除冰机器人的中央控制器，中央控制器计算、获取覆冰的空间位置信息并控制多自由度机械臂、微波除冰装置、暖风干燥装置、防冻液喷洒装置和功能转换圆盘工作。

21、双目立体相机将采集的风力发电机叶片覆冰图像传送至中央控制器，中央控制器调用选定的深度学习模型进行叶片覆冰的识别和冰层厚度计算；同时，中央控制器通过叶片覆冰在图像中的位置、计算得出所识别的覆冰相对于相机所在位置的坐标而获得覆冰的空间位置信息。

22、(三)有益效果

23、本发明提供了一种风力发电机叶片除冰机器人及工作方法。具备以下有益效果：

24、1、本发明的风力发电机叶片除冰机器人，操作员能够通过地面显示屏手动控制多自由度机械臂和攀爬行走机构，使功能转换圆盘对准叶片上相应的覆冰，通过手动控制功能转换圆盘和微波除冰装置、暖风干燥装置、防冻液喷洒装置的工作，实现分步骤、梯次除冰，既减少了作业时间、提高除冰的效率，又能防止除冰作业损伤叶片。

25、2、利用永磁吸附履带的磁性吸附于钢制的风力发电机塔筒上，由于履带的长度超过普通的车轮增大了磁性吸附的面积及吸附力，从而保证除冰机器人工作的可靠性；同时利用车身两侧履带的差速作用实现原地掉头或转向，提高了在塔筒狭小表面作业的灵活性。

26、3、微波除冰装置、暖风干燥装置、防冻液喷洒装置沿周向均布于功能转换圆盘上，使三者之间的切换位置恒定，既能够实现三者以先后顺序对同一块覆冰进行轮流作业，又能够实现相邻的三块覆冰能够同时被三者作业，进一步提升了除冰的流水化作业效率。

27、4、利用储存罐存储防冻液，并使用增压泵进行泵送，相对于将防冻液预先储存于车身中，既能够减轻车身的重量，提高车身的移动灵活性并减少永磁吸附履带的长度，又能够提高防冻液的预备量、提高作业除冰的面积，还能够根据覆冰的距离远近、通过增压泵灵活调节防冻液喷洒装置的喷射压力和射程。

28、5、利用中央控制器实现自动化控制，既能够代替人工作业，节省体力的消耗，又能够通过算法计算覆冰的厚度与空间位置，提高除冰作业的精度和效率。

29、6、利用超声波测量覆冰的冰层厚度、对覆冰进行定位，以便使除冰机器人在光线不足的外界条件下或者当双目立体相机识别的图像出错时，仍然能正常工作。

30、7、本发明的风力发电机叶片除冰机器人工作方法，利用微波的升温均匀而快速、暖风仅对冰层表面加热而不伤叶片、防冻液能渗入残余冰层和叶片之间的缝隙来加速冰层的自然脱落并防止二次结冰，既提高了除冰的效率，又能够防止作业过程损伤叶片。

31、8、当冰层厚度达到2mm时，冰层与叶片表面之间已出现明显缝隙，此时喷洒的防冻液能够更快地渗入冰层与叶片表面之间的缝隙，加快残余覆冰的自然融化及脱落，并且喷洒过程结束后无需等待，除冰机器人能够立即更换作业对象，从而节省了作业时间。

32、9、中央控制器利用双目立体相机的图像计算、获取覆冰的空间位置信息并控制微波除冰装置、暖风干燥装置、防冻液喷洒装置和功能转换圆盘工作，实现了除冰作业的自动化，提高了作业效率。

33、10、中央控制器利用深度学习模型(即ai模型)来识别覆冰、计算冰层厚度、获取覆冰的空间位置信息，提高了除冰作业的智能化水平，相比常规算法降低了错误率。

技术特征：

1.一种风力发电机叶片除冰机器人，包括适于爬上风力发电机塔筒(1)的攀爬行走机构和多功能除冰机构，其特征在于：多功能除冰机构包括多自由度机械臂，所述多自由度机械臂末端设置有可绕自身对称中心线旋转的功能转换圆盘(14)，所述功能转换圆盘(14)的外侧壁上沿周向设置有适于产生微波加热覆冰的微波除冰装置(11)、适于吹出暖风加热覆冰的暖风干燥装置(12)和适于将防冻液喷洒至覆冰的防冻液喷洒装置(13)，多自由度机械臂末端的一侧设有双目立体相机(9)，双目立体相机(9)与塔筒(1)一侧的地面显示屏(17)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片除冰机器人，其特征在于：所述攀爬行走机构包括车身(21)，车身(21)两侧分别设有永磁吸附履带(6)，每条永磁吸附履带(6)的两端分别设有一齿轮(8)，各齿轮(8)分别与车身(21)上的一步进电机(7)传动连接，所述多自由度机械臂安装于车身(21)上。

3.根据权利要求2所述的风力发电机叶片除冰机器人，其特征在于：微波除冰装置(11)、暖风干燥装置(12)和防冻液喷洒装置(13)沿周向相隔120度分布在功能转换圆盘(14)的外侧壁上。

4.根据权利要求3所述的风力发电机叶片除冰机器人，其特征在于：多功能除冰机构还包括储存防冻液的储存罐(15)以及连接储存罐(15)与防冻液喷洒装置(13)的软管(20)，软管(20)上设有增压泵(16)。

5.根据权利要求4所述的风力发电机叶片除冰机器人，其特征在于还包括：中央控制器，中央控制器适于控制多自由度机械臂、步进电机(7)、微波除冰装置(11)、暖风干燥装置(12)、防冻液喷洒装置(13)和功能转换圆盘(14)工作；中央控制器适于采集双目立体相机(9)的图像并计算得出覆冰的厚度与空间位置。

6.根据权利要求5所述的风力发电机叶片除冰机器人，其特征在于：双目立体相机(9)的一侧设有能够对覆冰进行厚度测量与定位的超声波传感器，超声波传感器与中央控制器通讯连接。

7.根据权利要求1-5之一的一种风力发电机叶片除冰机器人工作方法，其特征在于包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的风力发电机叶片除冰机器人工作方法，其特征在于：步骤f中，冰层厚度的设定值是2mm。

9.根据权利要求8所述的风力发电机叶片除冰机器人工作方法，其特征在于：双目立体相机(9)的图像被传送至除冰机器人的中央控制器，中央控制器计算、获取覆冰的空间位置信息并控制多自由度机械臂、微波除冰装置(11)、暖风干燥装置(12)、防冻液喷洒装置(13)和功能转换圆盘(14)工作。

10.根据权利要求9所述的风力发电机叶片除冰机器人工作方法，其特征在于：双目立体相机(9)将采集的风力发电机叶片覆冰图像传送至中央控制器，中央控制器调用选定的深度学习模型进行叶片覆冰的识别和冰层厚度计算；同时，中央控制器通过叶片覆冰在图像中的位置、计算得出所识别的覆冰相对于相机所在位置的坐标而获得覆冰的空间位置信息。

技术总结本发明提供一种风力发电机叶片除冰机器人及工作方法，除冰机器人包括适于爬上风力发电机塔筒的攀爬行走机构和多自由度机械臂，多自由度机械臂末端设置有可绕自身对称中心线旋转的功能转换圆盘，所述功能转换圆盘的外侧壁上沿周向设置有适于产生微波加热覆冰的微波除冰装置、适于吹出暖风加热覆冰的暖风干燥装置和适于将防冻液喷洒至覆冰的防冻液喷洒装置，多自由度机械臂末端的一侧设有双目立体相机，双目立体相机与塔筒一侧的地面显示屏通讯连接；工作时利用微波的升温均匀而快速、暖风仅对冰层表面加热而不伤叶片、防冻液能渗入残余冰层和叶片之间的缝隙来加速冰层的自然脱落，提高了除冰的效率，防止作业过程损伤叶片。技术研发人员：孙亮,提艳,汪伟,何君文受保护的技术使用者：南京科锐森新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5