风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台

摘要

本发明属于无损检测装置技术领域，特别涉及一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台。一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，包括：齿轮箱、上连接板、下连接板、电机部件、五轮同步传动轮系和钕铁硼强磁轮。该平台能够提高检测效率、精度，避免人工高空检测作业坠落危险；采用左右180度反转对称紧凑式模块化设计，同侧前后两轮同步驱动设计；创新设计了钕铁硼强磁轮，机器人平台在垂直铁质表面的垂直负载能够满足搭载任何无损检测探头及装备的技术要求；电机到每侧两轮的传动路线的齿轮采用五轮同速同步传动设计；能够在大角度甚至垂直的风力发电机塔身的被检测表面进行攀爬作业，同时具有稳定的可靠性。

权利要求

1.一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：其包括：齿轮箱(1)、上连接板(17)、下连接板(18)、电机部件(2)、五轮同步传动轮系(3)和钕铁硼强磁轮(4)；

齿轮箱(1)包括左齿轮箱和右齿轮箱；所述左齿轮箱和右齿轮箱分别包括齿轮箱内板(11)和齿轮箱外板(15)；

所述齿轮箱内板(11)包括一体成型的位于外侧的板体(12)和位于内侧的电机安装腔(13)；

齿轮箱内板(11)的板体(12)的外侧上部由一端向另一端依次设有动力输入轴孔(121)、第一过桥齿轮安装孔(122)和第二过桥齿轮安装孔(123)，板体(12)的外侧下部由一端向另一端依次分别设有第一输出齿轮安装孔(124)和第二输出齿轮安装孔(125)，第一输出齿轮安装孔(124)邻近动力输入轴孔(121)，第二输出齿轮安装孔(125)邻近第二过桥齿轮安装孔(123)，所述第一输出齿轮安装孔(124)、动力输入轴孔(121)、第一过桥齿轮安装孔(122)、第二过桥齿轮安装孔(123)和第二输出齿轮安装孔(125)布置成倒“U”形；

所述齿轮箱外板(15)的下部对称布置有两个贯穿所述齿轮箱外板(15)的动力输出轴孔(151)；

左齿轮箱和右齿轮箱沿纵向方向180度反转对称布置；所述左齿轮箱和右齿轮箱的上部通过上连接板(17)连接，左齿轮箱和右齿轮箱的下部通过下连接板(18)连接；

电机部件(2)包括左电机部件和右电机部件；左电机部件位于左侧的电机安装腔(13)中，右电机部件位于右侧的电机安装腔(13)中；左电机部件和右电机部件包括电机输出轴(21)，电机输出轴(21)的端部设有主动锥齿轮(22)；

所述左齿轮箱和右齿轮箱中，分别设有一套结构相同的五轮同步传动轮系(3)，但左齿轮箱中的五轮同步传动轮系(3)与右齿轮箱中的五轮同步传动轮系(3)呈180度反转对称布置；

所述五轮同步传动轮系(3)包括输入齿轮(31)、第一过桥齿轮(32)、第二过桥齿轮(33)、第一输出齿轮(34)和第二输出齿轮(35)；

动力输入轴穿过动力输入轴孔(121)可转动地布置于齿轮箱内板(11)的板体(12)的上部；动力输入轴和与其邻近的左电机部件或右电机部件的电机输出轴(21)垂直；动力输入轴的内端设有从动锥齿轮(36)；所述从动锥齿轮(36)与电机输出轴(21)端部的主动锥齿轮(22)啮合；动力输入轴的外端设有输入齿轮(31)；

第一输出齿轮(34)通过第一输出齿轮安装孔(124)可转动地布置于齿轮箱内板(11)的下部；第一输出齿轮(34)和输入齿轮(31)啮合；

第一过桥齿轮(32)和第二过桥齿轮(33)分别通过第一过桥齿轮安装孔(122)和第二过桥齿轮安装孔(123)可转动地布置于齿轮箱内板(11)的上部；第二输出齿轮(35)通过第二输出齿轮安装孔(125)可转动地布置于齿轮箱内板(11)的下部；第一过桥齿轮(32)和输入齿轮(31)啮合，第二过桥齿轮(33)和第一过桥齿轮(32)啮合；第二输出齿轮(35)和第二过桥齿轮(33)啮合；第一输出齿轮(34)、输入齿轮(31)、第一过桥齿轮(32)、第二过桥齿轮(33)和第二输出齿轮(35)布置成倒“U”形；

输入齿轮(31)、第一过桥齿轮(32)、第二过桥齿轮(33)、第一输出齿轮(34)和第二输出齿轮(35)的齿数、模数及各参数全部相同；

第一输出齿轮(34)和第二输出齿轮(35)的动力输出轴通过动力输出轴孔(151)穿过齿轮箱外板(15)，第一输出齿轮(34)和第二输出齿轮(35)的动力输出轴上分别布置有钕铁硼强磁轮(4)。

2.如权利要求1所述的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：所述齿轮箱内板(11)的板体(12)和齿轮箱外板(15)之间设有内螺纹套筒(16)；所述内螺纹套筒(16)为中空结构，两端设有内螺纹，通过两端的螺栓连接，实现齿轮箱内板(11)与齿轮箱外板(15)的定间隔固定。

3.如权利要求1所述的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：所述电机安装腔(13)的中部沿横向设有一电机安装腔挡板(14)，所述电机安装腔挡板(14)与齿轮箱内板(11)的板体(12)垂直；电机安装腔挡板(14)上具有一贯穿所述挡板的电机安装孔(141)；左电机部件的电机输出轴(21)通过电机安装孔(141)穿过左侧的电机安装腔挡板(14)，右电机部件的电机输出轴(21)通过电机安装孔(141)穿过右侧的电机安装腔挡板(14)。

4.如权利要求1所述的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：内螺纹套筒(16)为多个，分别布置于齿轮箱内板(11)的板体(12)和齿轮箱外板(15)的上部和下部。

5.如权利要求1所述的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：齿轮箱内板(11)和齿轮箱外板(15)采用ABS材料3D打印制备。

6.如权利要求1所述的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：输入齿轮(31)、第一过桥齿轮(32)、第二过桥齿轮(33)、第一输出齿轮(34)和第二输出齿轮(35)采用铝合金7000系列加工，具备防腐蚀特性。

7.如权利要求1所述的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：所述钕铁硼强磁轮(4)的外缘设有橡胶层(41)。

8.如权利要求7所述的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：所述橡胶层(41)的厚度为2mm，采用热塑成型工艺制造。

9.如权利要求1所述的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：所述钕铁硼强磁轮(4)的直径为10cm，钕铁硼强磁轮(4)的轴孔的直径为1.2cm，钕铁硼强磁轮(4)的宽度为5cm。

10.如权利要求1所述的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，其特征在于：所述钕铁硼强磁轮(4)的两侧具有夹板。

说明书

风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台

技术领域

[0001] 本发明属于无损检测装置技术领域，特别涉及一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台。

背景技术

[0002] 风能是当前世界各国重点攻关和竞相利用的重要可持续能源之一。我国拥有高原、丘陵与海岸线等广阔风能丰富地区，加之政府对于风电设备购买补贴政策，我国的风电
行业迎来快速发展。2010年中国风力发电机总容量达到世界第一，预计2022年将达到2.1亿
千瓦，届时我国风力发电机数量将达数十万台。随着风力发电机大型化发展趋势，当今风力
发电机整体高度达到100‑150米，其中塔身高度超过100米，重量达几十吨，是支撑风机叶片
与发电机组的一个关键部件。塔身材料通常采用铁质碳素结构钢，设计成圆锥或圆柱等筒
形结构，此种塔身结构具有占地少、受力性能好、重量轻等诸多优点。塔身外围直径超过5
米，外表面曲率较小；因此对于体积较小的参照物，可以近似看作平面。

[0003] 风力发电机工作过程中，塔身不仅承受叶片与发电机组的巨大重力，而且受到叶片与发电机转动产生的震动影响，以及风力作用在叶片上的横向推力。因此，塔身承受复杂
的弯矩、扭矩及剪切力的复合作用。塔身通常采取模块化设计制造，采用焊接或者法兰连接
等形式加工而成。塔身的材料内部存在气泡或微裂纹等天然瑕疵，以及焊缝裂纹或者由于
连接处应力集中而造成疲劳裂纹。这些裂纹在上述巨大的弯矩、扭矩及剪切力作用下，极易
扩展开来，如果没有及时诊断发现，可能会造成塔身局部材料失效，甚至突然倒塌，造成严
重的经济损失与社会影响，同时形成巨大的安全隐患。风机塔身内部裂纹缺陷的早期诊断
发现，有助于避免后期的社会经济损失。

[0004] 目前，风力发电机塔身疲劳裂纹的早期检测一般为人工操作。①地面瞭望方式是经常采用的一种简单易操作的检测方法，工作人员站立在塔身附近借用目力或望远镜，观
测塔身表面是否发生裂纹或者形变，此种方法检测的准确度与精度都比较差。②无人机巡
查最近发展比较迅速，无人机搭载高清摄像头，飞行至塔身附近，采用扫掠方式对于塔身表
面进行安全巡检，此种检测方式对于表面裂纹的检测精度比较高，但是对于材料内部的早
期细微裂纹没有鉴别能力。③人工检测方法是指检测人员借助大型起重机、吊索、安全绳、
吊筐等辅助设备，沿塔身表面贴附爬行行进，用手持式超声无损检测装置逐片区域地对塔
身开展检测作业，诊断塔身内部材料的疲劳裂损状态和程度，并决定是否需要专业维修。采
用专用设备的安全检测，能够发现塔身内部早期细微裂纹，尽早采取补救措施，从而有效避
免重大经济损失。风力塔身高达100多米，专业检测人员不得不暴露在高空危险环境中开展
检测作业，这样一方面浪费大量人力和物力，检测效率低，而且检测人员还面临极大安全风
险。

[0005] 采用自动检测机器人平台，沿塔身做垂直的爬升和返回等运动，利用搭载的列阵超声探头完成塔身裂纹的无损检测作业是一种很好的解决方式。该方式避免了专业检测人
员暴露在高空危险环境中开展检测作业的风险，避免人力和物力的浪费，提高了检测效率。

[0006] 采用自动检测机器人平台进行风力发电机塔身疲劳裂纹的早期检测需要解决的一个关键技术问题是：在进行检测的过程中，该机器人平台需要依靠轮子和检测表面之间
的静摩擦力牢靠吸附于塔身表面，以确保检测的精确度。解决上述关键技术问题所需要克
服的技术障碍是：1、风力发电机筒形塔身的被检测表面为垂直的，或者接近于垂直状态；2、
机器人平台本身有自重，同时机器人平台需要搭载列阵超声检测探头及附属设备，为了确
保安全，机器人平台还需要设定一定的安全系数，这需要进一步提高垂直负载能力；3、机器
人平台若想稳定吸附于塔身表面，需要依靠轮子和检测表面之间产生足够的静摩擦力，所
述静摩擦力与轮子和检测表面之间的吸附压力与摩擦系数相关。因此，轮子需要选用能够
产生足够吸附压力的强磁材料。另一方面，因为要在轮子外缘增加2mm厚的热塑胶从而会在
某种程度上减小强磁材料的吸附压力，这为强磁材料的选择提出了更高的技术要求。因此，
如何保证机器人平台在进行检测的过程中牢靠吸附于塔身表面，在大角度甚至近乎垂直的
风力发电机塔身的被检测表面攀爬的可靠性，成为亟需解决的一个问题。

[0007] 另一个亟待解决的技术问题是如何控制机器人平台的横向尺寸，同时尽量减小机器人平台各部件的外廓尺寸以及自重，从而提高自动检测机器人平台的工作可靠性。

[0008] 由于风力发电机塔身具有一定曲率，机器人平台的横向尺寸需要控制在一定的范围。机器人平台的横向尺寸过大，在具有一定曲率的塔身表面贴附爬行，会导致曲面效应太
明显，轮子与塔身表面接触面积减小，从降低机器人平台的负载能力与工作可靠性。机器人
平台的横向尺寸过大的另一个缺点是机器人平台底盘与塔身被检测表面之间的空间过小，
容易导致机器人平台拖底。

[0009] 目前本领域没有相关的自动检测机器人平台，如何解决上述技术问题，从而实现自动检测机器人平台的首创设计，是摆在申请人面前的重要课题。

发明内容

[0010] 针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，该平台能够提高检测效率、精度，避免人工高空检测作业坠落危险；
采用左右180度反转对称紧凑式模块化设计，同侧前后两轮同步驱动设计；创新设计了钕铁
硼强磁轮，机器人平台在垂直铁质表面的垂直负载能够满足搭载任何无损检测探头及装备
的技术要求；电机到每侧两轮的传动路线的齿轮采用五轮同速同步传动设计；在进行检测
的过程中能够牢靠吸附于塔身表面；能够独创地完成在大角度甚至垂直的风力发电机塔身
的被检测表面进行攀爬作业，同时具有稳定的可靠性。

[0011] 为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

[0012] 一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，包括：齿轮箱1、上连接板17、下连接板18、电机部件2、五轮同步传动轮系3和钕铁硼强磁轮4；

[0013] 齿轮箱1包括左齿轮箱和右齿轮箱；所述左齿轮箱和右齿轮箱分别包括齿轮箱内板11和齿轮箱外板15；

[0014] 所述齿轮箱内板11包括一体成型的位于外侧的板体12和位于内侧的电机安装腔13；

[0015] 齿轮箱内板11的板体12的外侧上部由一端向另一端依次设有动力输入轴孔121、第一过桥齿轮安装孔122和第二过桥齿轮安装孔123，板体12的外侧下部由一端向另一端依
次分别设有第一输出齿轮安装孔124和第二输出齿轮安装孔125，第一输出齿轮安装孔124
邻近动力输入轴孔121，第二输出齿轮安装孔125邻近第二过桥齿轮安装孔123，所述第一输
出齿轮安装孔124、动力输入轴孔121、第一过桥齿轮安装孔122、第二过桥齿轮安装孔123和
第二输出齿轮安装孔125布置成倒“U”形；

[0016] 所述齿轮箱外板15的下部对称布置有两个贯穿所述齿轮箱外板15的动力输出轴孔151；

[0017] 左齿轮箱和右齿轮箱沿纵向方向180度反转对称布置；所述左齿轮箱和右齿轮箱的上部通过上连接板17连接，左齿轮箱和右齿轮箱的下部通过下连接板18连接；

[0018] 电机部件2包括左电机部件和右电机部件；左电机部件位于左侧的电机安装腔13中，右电机部件位于右侧的电机安装腔13中；左电机部件和右电机部件包括电机输出轴21，
电机输出轴21的端部设有主动锥齿轮22；

[0019] 所述左齿轮箱和右齿轮箱中，分别设有一套结构相同的五轮同步传动轮系3，但左齿轮箱中的五轮同步传动轮系3与右齿轮箱中的五轮同步传动轮系3呈180度反转对称布
置；

[0020] 所述五轮同步传动轮系3包括输入齿轮31、第一过桥齿轮32、第二过桥齿轮33、第一输出齿轮34和第二输出齿轮35；

[0021] 动力输入轴穿过动力输入轴孔121可转动地布置于齿轮箱内板11的板体12的上部；动力输入轴和与其邻近的左电机部件或右电机部件的电机输出轴21垂直；动力输入轴
的内端设有从动锥齿轮36；所述从动锥齿轮36与电机输出轴21端部的主动锥齿轮22啮合；
动力输入轴的外端设有输入齿轮31；

[0022] 第一输出齿轮34通过第一输出齿轮安装孔124可转动地布置于齿轮箱内板11的下部；第一输出齿轮34和输入齿轮31啮合；

[0023] 第一过桥齿轮32和第二过桥齿轮33分别通过第一过桥齿轮安装孔122和第二过桥齿轮安装孔123可转动地布置于齿轮箱内板11的上部；第二输出齿轮35通过第二输出齿轮
安装孔125可转动地布置于齿轮箱内板11的下部；第一过桥齿轮32和输入齿轮31啮合，第二
过桥齿轮33和第一过桥齿轮32啮合；第二输出齿轮35和第二过桥齿轮33啮合；第一输出齿
轮34、输入齿轮31、第一过桥齿轮32、第二过桥齿轮33和第二输出齿轮35布置成倒“U”形；

[0024] 输入齿轮31、第一过桥齿轮32、第二过桥齿轮33、第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的齿数、模数及各参数全部相同；

[0025] 第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的动力输出轴通过动力输出轴孔151穿过齿轮箱外板15，第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的动力输出轴上分别布置有钕铁硼强磁轮4。

[0026] 其中，所述齿轮箱内板11的板体12和齿轮箱外板15之间设有内螺纹套筒16；所述内螺纹套筒16为中空结构，两端设有内螺纹，通过两端的螺栓连接，实现齿轮箱内板11与齿
轮箱外板15的定间隔固定。

[0027] 其中，所述电机安装腔13的中部沿横向设有一电机安装腔挡板14，所述电机安装腔挡板14与齿轮箱内板11的板体12垂直；电机安装腔挡板14上具有一贯穿所述挡板的电机
安装孔141；左电机部件的电机输出轴21通过电机安装孔141穿过左侧的电机安装腔挡板
14，右电机部件的电机输出轴21通过电机安装孔141穿过右侧的电机安装腔挡板14。

[0028] 其中，内螺纹套筒16为多个，分别布置于齿轮箱内板11的板体12和齿轮箱外板15的上部和下部。

[0029] 其中，齿轮箱内板11和齿轮箱外板15采用ABS材料3D打印制备。

[0030] 其中，输入齿轮31、第一过桥齿轮32、第二过桥齿轮33、第一输出齿轮34和第二输出齿轮35采用铝合金7000系列加工，具备防腐蚀特性。

[0031] 其中，所述钕铁硼强磁轮4的外缘设有橡胶层41。

[0032] 其中，所述橡胶层41的厚度为2mm，采用热塑成型工艺制造。

[0033] 其中，所述钕铁硼强磁轮4的直径为10cm，轴孔的直径为1.2cm，宽度为5cm。

[0034] 其中，所述钕铁硼强磁轮4的两侧具有夹板。

[0035] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0036] 本发明的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台可以搭载不同检测探头，依靠四个钕铁硼强磁轮，牢靠吸附于塔身表面，沿塔身做垂直的爬升、返回运动，
利用搭载的列阵超声探头对大型铁质结构表面内部裂纹缺陷检测，比如：风力发电机塔身、
钢铁桥梁、轮船外壳、大型龙门吊、原油储罐、钢架结构等。

[0037] 本发明的吸附攀爬机器人平台的优点在于：

[0038] 一、本发明的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台能够在危险领域的无损检测作业中，实现机器取代人，避免人工高空检测作业坠落危险。

[0039] 风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台能够一直往复检测，不用考虑工人的人为因素，提高检测效率，加快检测速度。

[0040] 风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台按照指令逐个位置进行地毯式检测，不会有任何遗漏，进而可以提高检测精度。

[0041] 二、本发明的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台采用左右180度反转对称紧凑式模块化设计，同侧前后两轮同步驱动设计。该设计的优点在于：

[0042] (1)同侧前后两轮同步驱动设计保证垂直攀爬时，前后轮子与被检测面不发生相对滑动，避免造成轮胎胎面过度磨损，同时保证垂直负载能力。

[0043] 本发明的电机数量为两台，从而减小吸附攀爬机器人平台的总体积、总自重，减小吸附攀爬机器人平台的跨度。

[0044] (2)模块化设计能够缩短产品开发周期，提高产品开发效率。

[0045] (3)左右180度反转对称紧凑式设计。

[0046] 电机部件为一直线型，必须是串接关系，因此部件的纵向尺寸较大。如果采用电机输出轴直接驱动车轮，需要四台电机且两两相对横向布置。上述电机部件以及车轮、轴承，
密封圈等全部在一条直线上，机器人平台的横向尺寸因此过宽。

[0047] 在具有一定曲率的塔身表面贴附爬行时，机器人平台的横向尺寸过大，在具有一定曲率的塔身表面贴附爬行，会导致曲面效应太明显，轮子与塔身表面接触面积减小，从降
低机器人平台的负载能力与工作可靠性。

[0048] 基于上述原因，本发明采用一对锥齿轮传动，把电机输出的运动方向改变90度，从而实现上述电机部件与机器人平台处于纵向平行状态。左右180度反转对称的模块化设计，
使得两组电机中，一个输出端向前，一个输出端向后。

[0049] 这样，机器人平台的纵向尺寸虽然有所增加，但机器人平台的横向尺寸大大降低，有利于在风机塔身，这样一个垂直的筒形大曲率曲面，进行爬升和返回运动。

[0050] 因此，把一长串的电机部件，设计成沿机器人平台的纵向运动，采用一对锥齿轮把传动方向转变90度方向，完美解决了上述技术问题。

[0051] 三、本发明的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台创新设计了钕铁硼强磁轮。

[0052] 所述钕铁硼强磁轮的直径为10cm，宽度为5cm。钕铁硼强磁轮的两侧具有夹板，所述夹板为0.5cm钢板，所述夹板使得钕铁硼强磁轮能够抵抗撞击，并且提高强度。经过磁通
量计算与试验，这样结构与尺寸，除掉负载机器人平台的自重，机器人平台还能够在垂直铁
质表面产生25KG垂直负载，满足了搭载任何无损检测探头及装备的技术要求。

[0053] 四、本发明的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台的电机部件到每侧两轮的传动路线采用五轮同速同步传动设计。

[0054] 五、本发明的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台在进行检测的过程中能够牢靠吸附于塔身表面。

[0055] 风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台在大角度甚至垂直的风力发电机塔身的被检测表面攀爬时具有稳定的可靠性。

附图说明

[0056] 图1为本发明风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台的示意图；

[0057] 图2为本发明风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台的正视图；

[0058] 图3为本发明风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台的俯视示意图(为显示内部，移除上连接板17)；

[0059] 图4为本发明风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台的五轮同步传动轮系3的示意图；

[0060] 图5为本发明风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台的齿轮箱内板的板体12的示意图；

[0061] 图6为本发明风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台的齿轮箱内板的电机安装腔13的示意图；

[0062] 图7为本发明风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台的齿轮箱外板15的示意图。

[0063] 其中的附图标记为：

[0064] 1、齿轮箱                     11、齿轮箱内板

[0065] 12、板体                      121、动力输入轴孔

[0066] 122、第一过桥齿轮安装孔       123、第二过桥齿轮安装孔

[0067] 124、第一输出齿轮安装孔       125、第二输出齿轮安装孔

[0068] 13、电机安装腔                14、电机安装腔挡板

[0069] 141、电机安装孔               15、齿轮箱外板

[0070] 151、动力输出轴孔             16、内螺纹套筒

[0071] 17、上连接板                  18、下连接板

[0072] 2、电机部件                   21、电机输出轴

[0073] 22、主动锥齿轮                3、五轮同步传动轮系

[0074] 31、输入齿轮                  32、第一过桥齿轮

[0075] 33、第二过桥齿轮              34、第一输出齿轮

[0076] 35、第二输出齿轮              36、从动锥齿轮

[0077] 4、钕铁硼强磁轮               41、橡胶层

具体实施方式

[0078] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

[0079] 本发明的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台采用左右180度反转对称紧凑式模块化、同侧前后两轮同步驱动设计。

[0080] 一种风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，包括：齿轮箱1、上连接板17、下连接板18、电机部件2、五轮同步传动轮系3和钕铁硼强磁轮4。

[0081] 齿轮箱1包括左齿轮箱和右齿轮箱。

[0082] 所述左齿轮箱和右齿轮箱分别包括齿轮箱内板11和齿轮箱外板15。

[0083] 如图5～6所示，所述齿轮箱内板11包括一体成型的位于外侧的板体12和位于内侧的电机安装腔13。

[0084] 齿轮箱内板11的板体12的外侧上部由一端向另一端依次设有动力输入轴孔121、第一过桥齿轮安装孔122和第二过桥齿轮安装孔123，板体12的外侧下部由一端向另一端依
次分别设有第一输出齿轮安装孔124和第二输出齿轮安装孔125，第一输出齿轮安装孔124
邻近动力输入轴孔121，第二输出齿轮安装孔125邻近第二过桥齿轮安装孔123。所述第一输
出齿轮安装孔124、动力输入轴孔121、第一过桥齿轮安装孔122、第二过桥齿轮安装孔123和
第二输出齿轮安装孔125布置成倒“U”形。

[0085] 所述电机安装腔13的中部沿横向设有一电机安装腔挡板14，所述电机安装腔挡板14与齿轮箱内板11的板体12垂直。电机安装腔挡板14上具有一贯穿所述挡板的电机安装孔
141。

[0086] 如图7所示，所述齿轮箱外板15的下部对称布置有两个贯穿所述齿轮箱外板15的动力输出轴孔151。

[0087] 优选地，齿轮箱内板11和齿轮箱外板15采用ABS材料3D打印制备，以保证强度、减轻重量以及降低加工成本。

[0088] 所述齿轮箱内板11的板体12和齿轮箱外板15之间设有内螺纹套筒16。所述内螺纹套筒16为中空结构，两端设有内螺纹，通过两端的螺栓连接，实现齿轮箱内板11与齿轮箱外
板15的定间隔固定。内螺纹套筒16的长度通过精密计算，保证齿轮箱内板11和齿轮箱外板
15之间的齿轮与轴承的轴向位置。内螺纹套筒16能够使得齿轮箱内板11和齿轮箱外板15的
各个部位受力均匀，保证所有轴承的正常工作条件，从而保证机器人平台的平稳运行。

[0089] 优选地，内螺纹套筒16为多个，分别布置于齿轮箱内板11的板体12和齿轮箱外板15的上部和下部。

[0090] 左齿轮箱和右齿轮箱沿纵向方向180度反转对称布置。所述左齿轮箱和右齿轮箱的上部通过上连接板17连接，左齿轮箱和右齿轮箱的下部通过下连接板18连接。

[0091] 电机部件2包括左电机部件和右电机部件。左电机部件位于左侧的电机安装腔13中，右电机部件位于右侧的电机安装腔13中。左电机部件和右电机部件包括电机输出轴21，
电机输出轴21的端部设有主动锥齿轮22。

[0092] 左电机部件的电机输出轴21通过电机安装孔141穿过左侧的电机安装腔挡板14，右电机部件的电机输出轴21通过电机安装孔141穿过右侧的电机安装腔挡板14。

[0093] 所述左齿轮箱和右齿轮箱中，分别设有一套结构相同的五轮同步传动轮系3，但左齿轮箱中的五轮同步传动轮系3与右齿轮箱中的五轮同步传动轮系3呈180度反转对称布
置。

[0094] 所述五轮同步传动轮系3包括输入齿轮31、第一过桥齿轮32、第二过桥齿轮33、第一输出齿轮34和第二输出齿轮35。

[0095] 动力输入轴穿过动力输入轴孔121可转动地布置于齿轮箱内板11的板体12的上部。动力输入轴和与其邻近的左电机部件或右电机部件的电机输出轴21垂直。动力输入轴
的内端设有从动锥齿轮36。所述从动锥齿轮36与电机输出轴21端部的主动锥齿轮22啮合。
动力输入轴的外端设有输入齿轮31。

[0096] 第一输出齿轮34通过第一输出齿轮安装孔124可转动地布置于齿轮箱内板11的下部。第一输出齿轮34和输入齿轮31啮合。

[0097] 第一过桥齿轮32和第二过桥齿轮33分别通过第一过桥齿轮安装孔122和第二过桥齿轮安装孔123可转动地布置于齿轮箱内板11的上部。第二输出齿轮35通过第二输出齿轮
安装孔125可转动地布置于齿轮箱内板11的下部。第一过桥齿轮32和输入齿轮31啮合，第二
过桥齿轮33和第一过桥齿轮32啮合。第二输出齿轮35和第二过桥齿轮33啮合。第一输出齿
轮34、输入齿轮31、第一过桥齿轮32、第二过桥齿轮33和第二输出齿轮35布置成倒“U”形。

[0098] 第一输出齿轮34和第二输出齿轮35沿左齿轮箱或右齿轮箱的纵向方向对称布置。

[0099] 由于输入齿轮31到第一输出齿轮34的外啮合次数为一次，输入齿轮31到第二输出齿轮35的外啮合次数为三次，保证了第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的转向相同。

[0100] 输入齿轮31、第一过桥齿轮32、第二过桥齿轮33、第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的齿数、模数及各参数全部相同，保证了第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的转速完全
同步，避免了两个钕铁硼强磁轮4滚动时的干涉。

[0101] 优选地，输入齿轮31、第一过桥齿轮32、第二过桥齿轮33、第一输出齿轮34和第二输出齿轮35采用标准直齿圆柱齿轮，参数全部相同，减少供应链维度，增强零件可换性。

[0102] 优选地，输入齿轮31、第一过桥齿轮32、第二过桥齿轮33、第一输出齿轮34和第二输出齿轮35采用铝合金7000系列加工，具备防腐蚀特性。

[0103] 所述五轮同步传动轮系3布置成倒“U”形，使得输入齿轮31所连接的电机输出轴21位置抬升，从而与之相连接的电机部件2及其组件的位置全部被提升，给机器人平台保留了
底盘空间。机器人平台地盘保留3‑5cm的离地高度，保证风力发电机塔身无损检测强磁轮式
吸附攀爬机器人平台顺利通过凸凹不平的检测表面，或者圆形曲面，比如风力发电机塔身。

[0104] 第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的动力输出轴通过动力输出轴孔151穿过齿轮箱外板15，第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的动力输出轴上分别布置有钕铁硼强磁轮4。
所述钕铁硼强磁轮4的外缘设有橡胶层41。所述橡胶层41的第一个目的是保护钕铁硼强磁
轮4，避免其因为撞击而发生碎裂。所述橡胶层41的第二个目的是与接触面产生足够的摩擦
力。

[0105] 优选地，所述橡胶层41的厚度为2mm，采用热塑成型工艺(hot rubber molding)制造。

[0106] 优选地，所述钕铁硼强磁轮4的直径为10cm，轴孔直径为1.2cm，总厚度为5cm。经过磁通量计算与试验，这样结构与尺寸，除掉负载机器人平台的自重，机器人平台还能够在垂
直铁质表面产生25KG垂直负载，满足了搭载任何无损检测探头及装备的技术要求。

[0107] 优选地，所述钕铁硼强磁轮4的两侧具有夹板。所述夹板为0.5cm的钢板。所述夹板使得钕铁硼强磁轮4能够抵抗撞击，并且提高强度。

[0108] 机器人平台采用左右对称的模块化设计。左电机部件驱动左侧两轮，右电机部件驱动右侧两轮。因此，机器人平台为同侧前后两轮同步驱动，目的是增加攀爬动力。

[0109] 本发明的工作过程如下：

[0110] 将本发明的风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台布置于风力发电机塔身，所述强磁轮式吸附攀爬机器人平台通过四个钕铁硼强磁轮4吸附于风力发电
机塔身的铁质表面。

[0111] 左电机部件和右电机部件通过各自的电机输出轴21端部的主动锥齿轮22和动力输入轴端部的从动锥齿轮36啮合，驱动输入齿轮31转动。输入齿轮31驱动第一输出齿轮34
转动，输入齿轮31同时通过第一过桥齿轮32和第二过桥齿轮33驱动第二输出齿轮35转动。

[0112] 由于输入齿轮31到第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的外啮合次数分别为一次和三次，保证了第一输出齿轮34和第二输出齿轮35的转向相同。

[0113] 左电机部件和右电机部件的转速相同，且转向相反时，左侧两轮和右侧两轮同速同向转动，风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台的运动状态为直线前进
或直线倒退。

[0114] 该风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台搭载不同检测探头，依靠四个超强永磁轮，牢靠吸附于塔身表面，沿塔身做垂直的爬升和返回运动，利用搭载的列
阵超声探头对大型铁质结构表面内部裂纹缺陷检测。

[0115] 该风力发电机塔身无损检测强磁轮式吸附攀爬机器人平台，借助钕铁硼超强永磁吸附力，垂直面承载率达到138％(25kg/18kg)，性能达到世界先进水平。