专利名称：一种用于风力发电机塔筒的清洗机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人领域，尤其是一种可以用于风力发电机塔筒清洗作业的机器人。
背景技术：
风能是一种可再生的清洁能源。近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。与此同时，风能利用的关键部分一风力发电机的维护工作量也必将大大增加，塔筒的清洁就是其中重要的一部分。在风力发电机组中，塔筒的主要功能是用作支撑风力机的架子，它不仅要有一定的高度，使风力机处在较为合理的位置上运转，而且还应有足够的强度与刚度，以保证在台风或暴风袭击时，不会使整机倾倒，塔筒在当前风力发电机组中大量采用，其优点是美观大方、上下塔筒安全可靠。塔筒的重量占风力发电机组总重量的1/2左右，其成本占风力发电机组制造成本的15%左右，不同规格风力发电机的塔筒规格不一样，常规L 5丽风力发电机的塔筒应该在60m-65m左右，2. 5MW应该在65m_80m左右。因此，塔筒的造价和安装费用较高，而良好的清洁可以提高塔筒的防腐性能，大大延长塔筒的使用寿命，提高资源的利用率，增加经济效益和社会效益。目前的塔筒清洁工作主要是由人工完成，作业效率低，周期长，清洁费用高，并且随着劳动力价格等的增加呈现不断增加趋势，更重要的是由于塔筒的高度较高，工人高空作业具有一定的危险性，意外保险及伤亡赔偿费用占据总开支的比例较高。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种用于风力发电机塔筒的清洗机器人，能够实现塔筒表面的全覆盖清洁，能够完全代替人工进行风力发电机塔筒表面的高空清洁作业，减少了整个清洁工作的时间和费用。为了实现上述目的，本发明提供了一种用于风力发电机塔筒的清洗机器人，包括机舱；全向轮，安装在所述机舱，用于支撑所述机舱在塔筒表面移动；磁铁，安装在所述机舱，用于提供使机器人紧贴在塔筒表面的吸附力；清洗装置，安装在所述机舱，用于清洗所述塔筒表面；吊环，安装在所述机舱，用于通过钢索连接卷扬机；控制机构，用于通过控制卷扬机来控制所述机舱上下移动，通过控制风力发电机的偏航系统来控制所述机舱沿所述塔筒表面的圆周方向移动。优选地，上述的清洗机器人中，所述清洗装置包括由电机驱动的旋转清洗头，安装在所述机舱；清洗液储存箱，位于所述机舱中；
管道，连接所述旋转清洗头和所述清洗液储存箱。优选地，上述的清洗机器人中，所述机舱具有正方形的机舱本体，所述机舱本体的四角都具有悬臂，每个悬臂上安装一个所述旋转清洗头。优选地，上述的清洗机器人中，所述机舱本体的下表面也安装一个所述旋转清洗头。优选地，上述的清洗机器人中，安装在两个相邻悬臂上的所述旋转清洗头的外边缘的最小距离，小于所述旋转清洗头的直径。优选地，上述的清洗机器人中，所述清洗装置还包括喷头，用于对所述旋转清洗头清洁过的区域进行冲洗；废液收集装置，用于收集所述旋转清洗头进行清洗时产生的废液和所述喷头进行冲洗时产生的废液。优选地，上述的清洗机器人中，所述清洗装置上安装有清洁度传感器，用于获得所述塔筒表面的当前区域的清洁度信息；所述控制机构具体包括方案制定模块，用于根据所述清洁度信息，确定所述当前区域的清洗时间、清洗力度或清洗次数；清洗控制模块，用于控制所述机舱由上向下移动，并在由上向下移动的过程中使所述清洗装置处于运转状态；偏移控制模块，用于在所述机舱到达塔筒底部后，控制所述机舱沿所述圆周方向移动一个预定行程，然后控制所述机舱由下向上移动，返回所述塔筒顶部，所述预定行程小于或等于所述清洗装置的清洁宽度。优选地，上述的清洗机器人中，所述偏移控制模块，还用于在所述机舱由下向上移动的过程中使所述清洗装置处于停转状态。优选地，上述的清洗机器人中，所述清洗控制模块和所述偏移控制模块设置在所述机舱中，所述方案制定模块设置在控制终端中，所述方案制定模块通过无线方式连接所述清洗控制模块和所述偏移控制模块。优选地，上述的清洗机器人中，还包括液位检测单元，用于检测清洗液储存箱的液位，在所述液位低于液位门限值后向所述控制终端发送提示信息；电量检测单元，用于检测电池的剩余电量，在所述剩余电量低于电量门限值后向所述控制终端发送提示信息；自动停机单元，用于检测所述清洗机器人的运行状况，在检测到错误信息后使所述清洗机器人停止工作，并向所述控制终端发送提示信息。本发明实施例至少存在以下技术效果I)本发明实施例提供的清洗机器人，通过磁铁和全向轮使得机器人紧贴在塔筒表面并能在塔筒表面移动，通过吊环和钢索连接卷扬机来实现机器人上下移动，通过控制机构来实现偏移并选择清洁范围和清洁方案，因此本发明实施例提供的清洗机器人能够实现塔筒表面的全覆盖清洁，能够完全代替人工进行风力发电机塔筒表面的高空清洁作业，极大地降低了意外伤害保险和伤害赔偿费用，并且清洁效率高，清洁工作周期短，减少了整个清洁工作的时间和费用。
2)本发明实施例中，通过喷头进行二次清洁，以保证清洗质量，废液收集装置可以为安装在清洗机器人下部的集水槽，收集清洗塔筒后的污水，避免对下方塔筒表面进行二次污染，减少机器人清洗的工作量，进而减少能源消耗，同时收集的污水进行简单处理后可以再次利用用于清洗，提高水资源的利用率，特别适合水源不充足和水源运输不便利地区。3 )本发明实施例中，将工作状态等信息通过无线模块实时发送到使用者的控制终端500，使用者可以参考这些信息在控制终端上编写清洗方案和实时监控和控制机器人的工作状态，具有清洗自动化和无线遥控特点。
图1为本发明实施例提供的清洗机器人的背部视图；图2为本发明实施例提供的清洗机器人的底部视图；图3为本发明实施例提供的清洗机器人的控制机构的原理图。其中，附图标记说明如下机舱100，全向轮110，吊环120，悬臂130磁铁200旋转清洗头310，清洗液储存箱320，管道330清洁度传感器410，方案制定模块420，清洗控制模块430，偏移控制模块440控制终端500
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。图1、图2分别为本发明实施例提供的清洗机器人的背部视图和底部视图，如图1、图2所示，本发明实施例提供了一种用于风力发电机塔筒的清洗机器人，包括机舱100 ；全向轮110，安装在所述机舱，用于支撑所述机舱在塔筒表面移动；磁铁200，安装在所述机舱，用于提供使机器人紧贴在塔筒表面的吸附力；清洗装置，安装在所述机舱，用于清洗所述塔筒表面；吊环120，安装在所述机舱，用于通过钢索连接卷扬机；控制机构，用于通过控制卷扬机来控制所述机舱上下移动，通过控制风力发电机的偏航系统来控制所述机舱沿所述塔筒表面的圆周方向移动。可见，本发明实施例提供的清洗机器人，通过磁铁和全向轮使得机器人紧贴在塔筒表面并能在塔筒表面移动，通过吊环和钢索连接卷扬机来实现机器人上下移动，通过控制机构来实现偏移并选择清洁范围和清洁方案，因此本发明实施例提供的清洗机器人能够实现塔筒表面的全覆盖清洁，能够完全代替人工进行风力发电机塔筒表面的高空清洁作业，极大地降低了意外伤害保险和伤害赔偿费用，并且清洁效率高，清洁工作周期短，减少了整个清洁工作的时间和费用。其中，风力发电机的偏航系统，是用来调整风机的桨叶转子工作时的朝向的，其能够实现相对塔筒的转动，偏航系统一般是针对风向进行自动控制的，通过对偏航系统进行主动控制，可以实现相对塔筒的精确转动，配合悬挂的钢索和塔筒底部的导轨，就能够实现机舱沿所述塔筒表面的圆周方向的精确移动控制。在本发明的一个实施例中，清洗装置包括由电机驱动的旋转清洗头310，安装在所述机舱；清洗液储存箱320，位于所述机舱中；管道330，连接所述旋转清洗头和所述清洗液储存箱。如图1所示，所述机舱具有正方形的机舱本体，所述机舱本体的四角都具有悬臂130，如图2所示，每个悬臂130上安装一个所述旋转清洗头。所述机舱本体的下表面也安装一个所述旋转清洗头。其中，安装在两个相邻悬臂上的所述旋转清洗头的外边缘的最小距离，小于所述旋转清洗头的直径。从而保障机舱无论是上下移动还是左右移动，旋转清洗头能够全面覆盖所经过的区域，不留缝隙。在本发明的一个实施例中，所述清洗装置还包括喷头，用于对所述旋转清洗头清洁过的区域进行冲洗；废液收集装置，用于收集所述旋转清洗头进行清洗时产生的废液和所述喷头进行冲洗时产生的废液。其中，喷头喷出的可以为水流，进行二次清洁，以保证清洗质量，废液收集装置可以为安装在清洗机器人下部的集水槽，收集清洗塔筒后的污水，避免对下方塔筒表面进行二次污染，减少机器人清洗的工作量，进而减少能源消耗，同时收集的污水进行简单处理后可以再次利用用于清洗，提高水资源的利用率，特别适合水源不充足和水源运输不便利地区。图3为本发明实施例提供的清洗机器人的控制机构的原理图，如图3所示，在所述清洗装置上安装有清洁度传感器410，用于获得所述塔筒表面的当前区域的清洁度信息；所述控制机构具体包括方案制定模块420，用于根据所述清洁度信息，确定所述当前区域的清洗时间、清洗力度或清洗次数；清洗控制模块430，用于控制所述机舱由上向下移动，并在由上向下移动的过程中使所述清洗装置处于运转状态；偏移控制模块440，用于在所述机舱到达塔筒底部后，控制所述机舱沿所述圆周方向移动一个预定行程，然后控制所述机舱由下向上移动，返回所述塔筒顶部，所述预定行程小于或等于所述清洗装置的清洁宽度。其中，所述偏移控制模块440，还用于在所述机舱由下向上移动的过程中使所述清洗装置处于停转状态。在本发明的一个实施例中，所述清洗控制模块430和所述偏移控制模块440设置在所述机舱中，所述方案制定模块420设置在控制终端500中，所述方案制定模块通过无线方式连接所述清洗控制模块和所述偏移控制模块。其中，无线部分可采用通用的2. 4GHz通信模块，可以实现现场编程和指令控制。清洗控制模块430和偏移控制模块440设置在机舱中的主控芯片上，主控芯片例如可以采用ATMEL (爱特梅尔半导体)公司的AT89S51型芯片，通过编程PWM (脉冲宽度调制)控制清洗电机，调节清洁头的转速；通过控制电磁阀控制喷水口的开合。
在工作时，可以通过安装在清洗装置上的清洁度传感器获取塔筒表面的清洁状况，并将工作状态等信息通过无线模块实时发送到使用者的控制终端500，使用者可以参考这些信息在控制终端上编写清洗方案和实时监控和控制机器人的工作状态。因此，本发明的风力发电机塔筒清洗机器人，使用费用低，清洁效率高，清洁工作周期短，可以代替人工进行高空作业，极大地降低意外伤害保险和伤害赔偿费用，降低整个清洁工作开支，具有塔筒表面全覆盖、清洗自动化和无线遥控特点。在本发明的一个实施例中，还包括液位检测单元，用于检测所述清洗液储存箱的液位，在所述液位低于液位门限值后向所述控制终端发送提示信息；电量检测单元，用于检测电池的剩余电量，在所述剩余电量低于电量门限值后向所述控制终端发送提示信息；自动停机单元，用于检测所述清洗机器人的运行状况，在检测到错误信息后使所述清洗机器人停止工作，并向所述控制终端发送提示信息。因此，本发明实施例也可以通过控制终端选定为自动模式，本发明实施例将根据传感器信息自动选择合适的清洗模式，在发生错误时自动停止工作并将错误信息发送给控制终端，提供使用者及时处理。在本发明的实施例中，擦洗方式按照从上到下的顺序单向擦洗，每擦洗完一个扇区的纵向塔面，机舱会偏航带动机器人做圆周运动转过一个角度，继续上下擦洗塔筒。在机器人机舱底盘中安装的磁铁200为强力磁铁，能增加机器人的吸附能力，擦洗过程中，在磁铁的作用下始终保持机器人的清洗装置紧贴塔筒壁，且机器人可以做上下及圆周运动。在本发明的实施例中，采用全向轮110作为支撑并移动机器人的载体，全向轮110为4个，对称分布在机舱四周，能进行稳固的支撑。由上可知，本发明实施例具有以下优势I)本发明实施例提供的清洗机器人，通过磁铁和全向轮使得机器人紧贴在塔筒表面并能在塔筒表面移动，通过吊环和钢索连接卷扬机来实现机器人上下移动，通过控制机构来实现偏移并选择清洁范围和清洁方案，因此本发明实施例提供的清洗机器人能够实现塔筒表面的全覆盖清洁，能够完全代替人工进行风力发电机塔筒表面的高空清洁作业，极大地降低了意外伤害保险和伤害赔偿费用，并且清洁效率高，清洁工作周期短，减少了整个清洁工作的时间和费用。2)本发明实施例中，通过喷头进行二次清洁，以保证清洗质量，废液收集装置可以为安装在清洗机器人下部的集水槽，收集清洗塔筒后的污水，避免对下方塔筒表面进行二次污染，减少机器人清洗的工作量，进而减少能源消耗，同时收集的污水进行简单处理后可以再次利用用于清洗，提高水资源的利用率，特别适合水源不充足和水源运输不便利地区。3 )本发明实施例中，将工作状态等信息通过无线模块实时发送到使用者的控制终端500，使用者可以参考这些信息在控制终端上编写清洗方案和实时监控和控制机器人的工作状态，具有清洗自动化和无线遥控特点。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于风力发电机塔筒的清洗机器人，其特征在于，包括机舱；全向轮，安装在所述机舱，用于支撑所述机舱在塔筒表面移动；磁铁，安装在所述机舱，用于提供使机器人紧贴在塔筒表面的吸附力；清洗装置，安装在所述机舱，用于清洗所述塔筒表面；吊环，安装在所述机舱，用于通过钢索连接卷扬机；控制机构，用于通过控制卷扬机来控制所述机舱上下移动，通过控制风力发电机的偏航系统来控制所述机舱沿所述塔筒表面的圆周方向移动。
2.根据权利要求1所述的清洗机器人，其特征在于，所述清洗装置包括由电机驱动的旋转清洗头，安装在所述机舱；清洗液储存箱，位于所述机舱中；管道，连接所述旋转清洗头和所述清洗液储存箱。
3.根据权利要求2所述的清洗机器人，其特征在于，所述机舱具有正方形的机舱本体，所述机舱本体的四角都具有悬臂，每个悬臂上安装一个所述旋转清洗头。
4.根据权利要求3所述的清洗机器人，其特征在于，所述机舱本体的下表面也安装一个所述旋转清洗头。
5.根据权利要求4所述的清洗机器人，其特征在于，安装在两个相邻悬臂上的所述旋转清洗头的外边缘的最小距离，小于所述旋转清洗头的直径。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的清洗机器人，其特征在于，所述清洗装置还包括喷头，用于对所述旋转清洗头清洁过的区域进行冲洗；废液收集装置，用于收集所述旋转清洗头进行清洗时产生的废液和所述喷头进行冲洗时产生的废液。
7.根据权利要求1所述的清洗机器人，其特征在于，所述清洗装置上安装有清洁度传感器，用于获得所述塔筒表面的当前区域的清洁度信所述控制机构具体包括方案制定模块，用于根据所述清洁度信息，确定所述当前区域的清洗时间、清洗力度或清洗次数；清洗控制模块，用于控制所述机舱由上向下移动，并在由上向下移动的过程中使所述清洗装置处于运转状态；偏移控制模块，用于在所述机舱到达塔筒底部后，控制所述机舱沿所述圆周方向移动一个预定行程，然后控制所述机舱由下向上移动，返回所述塔筒顶部，所述预定行程小于或等于所述清洗装置的清洁宽度。
8.根据权利要求7所述的清洗机器人，其特征在于，所述偏移控制模块，还用于在所述机舱由下向上移动的过程中使所述清洗装置处于停转状态。
9.根据权利要求7所述的清洗机器人，其特征在于，所述清洗控制模块和所述偏移控制模块设置在所述机舱中，所述方案制定模块设置在控制终端中，所述方案制定模块通过无线方式连接所述清洗控制模块和所述偏移控制模块。
10.根据权利要求9所述的清洗机器人，其特征在于，还包括液位检测单元，用于检测清洗液储存箱的液位，在所述液位低于液位门限值后向所述控制终端发送提示信息；电量检测单元，用于检测电池的剩余电量，在所述剩余电量低于电量门限值后向所述控制终端发送提示信息；自动停机单元，用于检测所述清洗机器人的运行状况，在检测到错误信息后使所述清洗机器人停止工作，并向所述控制终端发送提示信息。
全文摘要
本发明公开了一种用于风力发电机塔筒的清洗机器人，包括机舱；全向轮，安装在所述机舱，用于支撑所述机舱在塔筒表面移动；磁铁，安装在所述机舱，用于提供使机器人紧贴在塔筒表面的吸附力；清洗装置，安装在所述机舱，用于清洗所述塔筒表面；吊环，安装在所述机舱，用于通过钢索连接卷扬机；控制机构，用于通过控制卷扬机来控制所述机舱上下移动，通过控制风力发电机的偏航系统来控制所述机舱沿所述塔筒表面的圆周方向移动。本发明能够实现塔筒表面的全覆盖清洁，能够完全代替人工进行风力发电机塔筒表面的高空清洁作业，减少了整个清洁工作的时间和费用。
文档编号B08B9/093GK103042016SQ20131001822
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者李琦, 房静, 鲁振威, 刘欢 申请人:华北电力大学(保定)