风力发电机塔身清刷机器人结构设计及其吸附性能研究.doc

XFCGZJ,XFCGPJ

XFCGZJ,XFCGPJ

风力发电机塔身清刷机器人结构设计及其吸附性能研究

摘要

在目前已知的能源中，风能因具有清洁环保、资源总量丰富等众多优点而被广泛应

用。高效地利用风能可以降低能源危机的威胁、减少生活中碳排放、缓解温室效应。风

力发电机作为风力发电的主要承载形式，它的维护和保养至关重要，但目前对于风力发

电机塔筒的清洁维护还是主要由人工完成，这样的作业方法效率低下、工作强度大，人

工作业方式被淘汰已经成为历史必然。本文旨在研究一种能够在风力发电机塔筒上进行

清刷作业的爬壁机器人，主要对清刷机器人进行结构设计、力学分析，及吸附性能研究，

并制作机器人底盘原理样机，对文中所讨论的机器人吸附性能、运动能力等关键问题进

行了试验研究，验证其正确性。

为了研究适用于风力发电机塔身清刷的爬壁机器人，首先结合机器人的工作环境和

对吸附性能的要求，对清刷机器人的行走方式、吸附方式、清刷方案、悬架方案进行了

概述，根据不同结构方案的优缺点，提出了适用于风力发电机塔筒清刷的具体实施方案。

在介绍清刷机器人总体方案后，设计出整体结构，包含底盘机构、吸附机构、磁隙调节

装置机构和清刷机构。

其次，给出机器人稳定吸附的条件，分别对机器人相对塔筒壁面静止、直线行走以

及原地转向三种运动状态进行力学分析，求得机器人安全吸附的最小吸附力，并对机器

人底盘进行拓扑优化，减少不必要的材料，减轻机器人总体质量。

再次，通过电磁分析软件AnsoftMaxwell对机器人永磁吸附装置进行仿真分析，研

究了吸附装置各参数对吸附力的影响，并基于高效率、轻量化的目标要求，对吸附装置

的参数进行优化，并找出最终优化结果。

最后，搭建机器人控制系统，制作机器人移动底盘原理样机，逐步测试机器人移动

底盘的各项性能。测试试验包括吸附力测试、壁面行走能力测试、转向灵活性测试、纠

编能力测试几部分。通过对这些测试，研究机器人的各项性能，验证前面章节理论分析

以及磁吸附仿真数据的准确性，为清刷机器人后期的改进提供了技术基础和理论依据。

关键词：风力发电机；清刷机器人；Mecanum轮；磁力仿真

XFCGZJ,XFCGPJ

XFCGZJ,XFCGPJ

XFCGZJ,XFCGPJ

XFCGZJ,XFCGPJ

风力发电机塔身清刷机器人结构设计及其吸附性能研究

Abstract

Amongalltheknownenergies,windpoweristhemostwidely-usedpowerthatcan

reducethethreatofenergycrisisanddecreasecarbonemission.Meanwhile,itcanalso

alleviategreenhouseeffect.Windturbineisthemajorload-bearingformofwindpower

whosemaintenanceisveryessential.However,mostofthemaintenanceworkcanonlybe

finishedbyhumanlabor,whichisveryinefficientandlabour-intensive.Therefore,itisvery

necessarytoreplacesuchmanualwork.Thispaperaimsatdesigningaclimbingrobotthat

canflushthewindturbinetowerandverifyingtheaccuracyofthisrobotafterstructuredesign,

mechanicalanalysismagneticandadsorptionsystemsimulationanalysisresearch.

Firstly,todesignaclimbingrobotwhichcanbeappliedtoflushtheturbinetower,the

paperprovidesageneralintroductionofthewalkingstyle,adsorptionmethodandflush

solutionandputforwardaconcreteexecutesolutionthatissuitabletotheflushingworkof

windturbinetowerafterana