【摘 要】
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风力发电作为一种可持续利用的发电形式,正日益受到各国的高度重视。风电叶片作为风力发电系统的关键部件之一,从生产至工作的各个阶段,都有可能会出现缺陷和损伤。风电叶片外表面缺陷和损伤的检测技术相对成熟,针对风电叶片内部空间的检测仍以人工检测为主。人工检测方式存在效率低,安全风险高等问题,因此本文提出一种用于风电叶片内部检测的内窥机器人解决方案。根据NACA63（3）018原始翼型数据,结合风电叶片相关
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风力发电作为一种可持续利用的发电形式,正日益受到各国的高度重视。风电叶片作为风力发电系统的关键部件之一,从生产至工作的各个阶段,都有可能会出现缺陷和损伤。风电叶片外表面缺陷和损伤的检测技术相对成熟,针对风电叶片内部空间的检测仍以人工检测为主。人工检测方式存在效率低,安全风险高等问题,因此本文提出一种用于风电叶片内部检测的内窥机器人解决方案。根据NACA63（3）018原始翼型数据,结合风电叶片相关结构知识,建立风电叶片简化模型,以前缘空间作为检测对象,分析内窥机器人约束空间。根据模块化设计理念和内窥机器人设计要求,将内窥机器人分成行走模块、变径模块、支撑模块、检测模块、能源及控制模块。结合管道机器人主要结构形式,总结变径方式和行走方式特点,选择履带式行走机构和剪叉式变径机构作为内窥机器人结构主体,利用Solid Works软件对内窥机器人进行三维建模,详细分析各部件结构及功能,制定内窥机器人在风电叶片内部正常工作时的运行策略。基于正逆运动学分析方法,建立内窥机器人变径机构运动学模型,分析内窥机器人变径性能,得出内窥机器人工作空间。建立风电叶片的绝对坐标系和内窥机器人的移动坐标系,推导内窥机器人行走机构的运动学模型,分析内窥机器人转向性能,得出任意时刻内窥机器人的位姿方程,制定内窥机器人在风电叶片腹板上的行走路径决策方案。在运动学分析的基础上,建立内窥机器人变径机构的静力学模型,得出变径机构驱动力、支撑力与机器人变径参数的变化关系。建立内窥机器人整体的静力学模型,分析风电叶片处于水平和任意位置时内窥机器人的受力情况,得出风电叶片处于任意圆周角度下内窥机器人所受法向力和支持力之间的力学关系。基于拉格朗日方程,建立变径机构和行走机构的动力学模型,分析各构件惯性参数对动力学系统的影响,得出变径机构和行走机构的动力学微分方程。对内窥机器人三维模型进行简化,利用Adams软件对内窥机器人在风电叶片内部的运动进行仿真,得出风电叶片处于0°、45°和90°位置时内窥机器人支撑力、法向力和驱动力随时间的变化关系,结果验证了理论分析的正确性,为后续进行精确控制奠定理论基础。
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