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标题 打磨机器人在风电叶片生产线中的应用
范文

    童辉 柳谦 李俊阳 童波

    摘 要:近年來,我国风电行业发展迅速,我国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的国家。然而,我国风电行业装备制造业却发展缓慢,象风电叶片打磨工序,仍然长期依靠人工打磨,效率低下,车间粉尘污染严重。因此,将打磨机器人引入风电叶片生产线,是切合实际生产需求和智能制造发展需要的。该文将就打磨机器人在风电叶片生产线中的应用进行介绍。

    关键词:打磨机器人;风电叶片;生产线

    中图分类号:TP242 文献标志码:A

    0 引言

    由于风力发电机叶片尺寸大、曲面复杂,打磨抛光十分不易,长期以来一直依靠人工打磨,人工打磨效率低、劳动强度大、打磨质量难以保证且粉尘污染严重,作业环境恶劣。将打磨机器人引入风电叶片生产线上,可以有效提高打磨效率、改善车间打磨环境。

    1 打磨机器人的主要构成和特征

    1.1 主要构成

    打磨机器人的主要构成包括AGV、打磨头、机械手、升降系统、激光导航、吸尘系统、电控柜、空压机、卷线盘。

    1.2 主要特征

    打磨机器人的打磨头上装备有力控系统和红外线测距感应器,打磨头能自动跟随叶片曲面变化轨迹打磨叶片,既能保证打磨的均匀性,又不损伤叶片。AGV可以全方位移动,采用激光导航,打磨路径由程序控制,可以实现全自动打磨。打磨机器人配备有吸尘系统,可以吸收打磨叶片过程中产生的粉尘,有利于改善打磨工作环境,避免操作员工与粉尘接触,保证操作人员的身体健康。

    2 风电叶片打磨机器人的应用

    2.1 工作流程

    叶片由用户的通用移动设备移至打磨车间,将风电叶片的根部和尖部进行支撑固定。如图1所示,以叶片中心线为界线,将叶片分为上下2片区域,打磨先从中心线下面的区域开始。首先启动打磨机器人,AGV驼载打磨机器人行驶至临近叶片根部的第一个打磨位置点,到达指定位置之后,机械手和打磨头开始动作。打磨工作从叶片下边缘开始从下往上打磨,打磨至叶片中线位置停止,一次打磨宽度大概为1.0 m左右,打磨完第一片区域,AGV将运行至第二个打磨位置点(与第一位置点距离大概1.0 m)开始打磨。打磨路径如图中箭头所示,先打磨叶片中心线下面的区域,从叶根打磨至叶尖;然后打磨叶片中心线上面的区域,从叶尖打磨至叶根。打磨完叶片PS面再打磨SS面,打磨完一个50 m叶片所需的时间大概为4 h~5 h。

    叶片打磨部分调式程序如下:

    NOP

    -------------Blade_1------------

    'Close flap sanding tool a off

    DOUT OT#(3) OFF

    DOUT OT#(4) OFF

    'Wait flap opened

    WAIT IN#(8)=ON T=0.50

    WAIT IN#(9)=ON T=0.50

    'Set the side to be sanding

    DOUT OG#(24) 1

    SET S010 "SANDING"

    SET S011 "PS"

    SET S012 "DOWN"

    'Sanding

    'Laser ON

    DOUT OT#(6) ON

    'Sanding tool ON

    DOUT OT#(10) ON

    '-----------Reset Var------------

    'D037-> Sanding width

    SET D037 380000

    'B001->Number of section

    SET B001 0

    SET B002 0

    SET D026 -20000

    SET I006 1500

    'Beginning between sections

    *Inicio

    MOVJ C00000 BC00000 VJ=50.00 ACC=40 DEC=40 //Ponto descanso virado para a pa

    PAUSE

    'Robot is sanding

    MSG "Wait R1 in Safe"

    WAIT SOUT#(58)=ON

    MSG ""

    SFTOF

    'Inc number of section

    ADD B001 1

    'WAIT ORDER TO AGV

    'DESATIVA A ORDEM PARA DESPOLIR

    'Coloque aqui o cursor

    'S000->Section number

    DOUT OG#(255) B001

    VAL2STR S001 B001

    CAT$ LS000 "S" S001

    JUMP LABEL: LS000

    JUMP *ERRO

    'Sanding Sections

    *S1

    'Section 1

    'Request for AGV movement

    MACRO1 MJ#(1) ARGF-352 ARGF-1253 ARGF116

    'Request AGV correctly position

    WAIT IN#(553)=ON

    TIMER T=1.00

    WAIT IN#(566)=ON

    PAUSE

    'BOO1->Number of section

    SET B001 1

    'D029-> Height of section

    SET D029 1100000

    'B025-> Number of passages

    SET B025 3

    'D027->limit low/fast increment

    SET D027 400000

    '->Starting Point of section

    MOVL C00001 BC00001 V=1000.0

    MOVL C00002 BC00002 V=700.0 //Initial_Position_Robot

    'Jump to sanding loop

    JUMP *next

    *next

    'Loop Sanding

    GETS PX023 $PX001

    GETE D036 P023 (3)

    'Turn on laser

    DOUT OT#(6) ON

    'Counter Passages

    SET B020 1

    *Seccao

    'Call orientation

    CALL JOB:ORIENTATION

    'Open flap sanding tool

    DOUT OT#(3) ON

    DOUT OT#(4) ON

    'Wait flap sanding tool close

    WAIT IN#(8)=OFF T=1.00

    WAIT IN#(9)=OFF T=1.00

    GETS PX020 $PX001

    GETE D000 P020 (4)

    GETE D003 P020 (3)

    SET D004 EXPRESS D003 + 100000

    SETE P005 (1) 0

    SETE P005 (2) 0

    SETE P005 (3) 0

    SETE P005 (4) 0

    SETE P005 (5) 0

    SETE P005 (6) 0

    SET B002 0

    SET I005 200

    *loop

    GETS PX006 $PX001

    'Positont Acf sanding tool

    GETREG I024 MREG#(5)

    DIV I024 10

    'RX NEW Calculation tool

    SET R003 EXPRESS ( D095 - D089 ) / 746

    ATAN R004 R003

    SET D035 R004

    IFTHENEXP D035>5 OREXP D035<-5

    SET D035 0

    ENDIF

    MUL D035 10000

    DIV D035 2

    SETE P005 (4) D035

    'RY NEW Calculation tool

    SET R000 EXPRESS ( 105 - D084 ) / 177

    ATAN R001 R000

    SET D034 R001

    MUL D034 10000

    DIV D034 2

    IFTHEN D034<-40000 ORIF D034>40000

    SET D034 0

    ENDIF

    SETE P005 (5) D034

    'Z aproximate calculation

    SET I021 EXPRESS ( 25 - I024 ) / 4

    SET D025 EXPRESS I021 * 1000

    SETE P005 (3) D025

    'Sanding advance

    SETE P005 (1) D026

    SFTON P005 TF

    MOVL P006 V=I005 NWAIT

    JUMP *Speed IF I005>I006

    ADD I005 75

    *Speed

    'Maximum height to sanding

    GETS PX021 $PX001

    GETE D028 P021 (3)

    IFTHEN D028<=D027

    '--------------LOW-----------

    SET I006 2000

    SET D026 -15000

    ELSE

    '------------FAST-------------

    SET I006 2500

    SET D026 -20000

    ENDIF

    CALL JOB:MEMOUT_R1

    JUMP *loop2 IF IN#(11)=OFF

    JUMP *loop IF D028<=D029

    *loop2

    'Close flap sanding tool

    DOUT OT#(3) OFF

    DOUT OT#(4) OFF

    'Wait flap closed sanding tool

    WAIT IN#(8)=ON T=1.00

    WAIT IN#(9)=ON T=1.00

    CALL JOB:MOVE_OUT_PS

    '-----Advance calculation-------

    GETE D030 P020 (1)

    SET D030 EXPRESS D037 * 1 + D030

    SETE P020 (1) D030

    JUMP *Inicio IF B020>=B025

    '>-New passage

    SETE P005 (3) 100000

    SFTON P005 TF

    MOVL P020 V=500.0 PL=5

    INC B020

    JUMP *Seccao IF B020<=B025

    2.2 AGV“自動导引运输车”的应用。

    打磨机器人配备有一个自动导引运输车(AGV)。该AGV能实现前进、后退、自转、横移、任意角度斜行等全方位移动,运行速度30 m/min,能够越过高度差为10 mm的障碍,能通过30 mm宽的沟槽。AGV装备有激光导航系统,能自行设置行驶路径,重复定位误差为± 10 mm。

    2.3 智能控制系统的应用

    智能控制系统内置有先进的力控系统,该系统功能相当于“人的触觉”,能实时“观察测量监控”风电叶片的尺寸、表面状态、加工余量及打磨工具的尺寸状态等,并实时对这些数据进行分析运算,随时对路径进行纠偏和修正,边打磨边自动补偿各种误差,能充分确保风电叶片打磨抛光达到最高精度,保证打磨后叶片表面光滑、光洁,无须人工再做处理。

    另外,打磨头上装备有红外线测距感应器,其感应距离为200 mm,贴合距离20 mm,能实时监控叶片的尺寸、表面状态等,确保打磨的精度。

    同时,打磨系统可存储30多种叶型的加工程序,更换叶型后,只需在机器人示教器选择相应的打磨程序,即可实现不同叶型打磨程序的切换。

    2.4 吸尘系统的应用

    该系统可吸收叶片打磨过程中产生的粉尘,吸尘效率在90 %以上。粉尘被集中在吸尘系统的集尘箱(70 L),一周清理一次即可。该吸尘系统的应用可以有效吸收打磨过程中产生的粉尘,达到国家环保要求,保证操作人员的身体健康。

    2.5 安全系统的应用

    AGV对角装备有2个避障传感器,每个传感器的扫描范围为270°,检测距离1 m。另外在车头车尾装有安全触边防撞机构。该安全系统可以监控在行进路程中,AGV和其他物体之间任何意想不到的碰撞,该系统发现任何碰撞后将立即停止机器人/打磨头和其他AGV上的移动部件。

    3 结语

    综上所述,通过打磨机器人的应用,成功实现了由机器人代替人工,并实现了全自动化,达到了解放操作员工的目的,为风电叶片的加工生产提供了先进的自动化解决方案,该自动化打磨系统属于世界首创,是当前风力发电叶片智能化及自动化加工的一大进步。

    参考文献

    [1]王召莉.基于关节空间评估的机器人工作单元布局优化[D].上海:上海交通大学,2009.

    [2]王淼,杨宜民,李凯格,等.抛光打磨机器人智能控制系统研究与开发[J].组合机床与自动化加工技术,2015(12):94-96.

    [3]汪源,朱伟,沈惠平.一种复杂曲面打磨机器人自适应贴合柔性机构研究[J].机械科学与技术,2015(8):1171-1176.

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更新时间:2025/3/17 2:23:06