一种可自动换槽检测的发电机组免抽转子槽楔检测机器人

技术领域

本发明涉及发电机组槽楔检测技术领域，更具体地说涉及一种可自动换槽检测的发电机组免抽转子槽楔检测机器人。

背景技术

在电力行业中，电站设备通常使用年限都比较长。大型发电机组在长期运行中由于老化、振动、磨损等原因导致定子槽楔松动、绝缘损坏和铁心磨损。这些问题如果不被及时发现，将威胁发电机的安全运行，甚至导致电机运行事故。

由于发电机定转子间隙小，传统的槽楔松紧度检测设备体积大，所以传统的检测方法需要抽出发电机转子，由有经验的人员携带检测设备进入发电机内部进行槽楔检测。传统的检测方法因需要抽出发电机转子而耗费大量的人力物力，并且检测周期长，检修期间因停产造成的损失较大。

现有技术中，公开号为CN114148427A的专利，公开了一种发电机组免抽转子膛内检测爬壁机器人，包括主体骨架、驱动模块和检测模块，主体骨架左右两侧端之间呈弧形结构设置，两个驱动模块相对安装在主体骨架的两侧。驱动模块的攀爬部呈滚动式与发电机组内壁贴合，驱动模块内部安装有用于对发电机组内壁进行非接触式吸附的磁吸件；检测模块安装在主体骨架上，用于对发电机组内部进行检测。上述发电机组免抽转子膛内检测爬壁机器人，采用模块化设计，便于拆装和更换各模块及其零部件，且无需对发电机组内部的转子进行去除，使用更方便快捷，可在不抽出发电机转子的情况下进入发电机定子膛内，并通过携带不同的检测设备对发电机组的性能进行检测。

现有技术中，公开号为CN112798238B的专利，公开了一种槽楔松紧度自动检测装置，属于发电机定子膛内智能检测技术领域。包括外周框架结构、激振器机构和声压传感器；外周框架结构的内部设有激振器机构和声压传感器；激振器机构的一侧设有声压传感器。本发明装置属于大型发电机定子膛内智能检测系统的一部分，采用可快速更换的结构安装于超薄型爬壁机器人，可以在不抽出发电机转子的情况下随超薄型爬壁机器人进入电机定子膛内，也可以通过连接结构，实现手持或搭载于其他装置上；通过装置内置的微型激振器按设定频率敲击定子槽楔，内置声音传感器通过采集分析定子槽楔的声音信号判断槽楔的松、紧程度。

上述专利公开的检测装置，均存在以下缺陷：若干定子槽楔设置在定子的内侧壁上并形成定子槽楔组，定子槽楔组表面不平整。上述检测装置不具备越障不平整表面的能力，因此上述检测装置均不能自动换槽，对另一组槽楔进行自动检测。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种可自动换槽检测的发电机组免抽转子槽楔检测机器人，本发明的目的是解决现有技术中检测装置不具备越障不平整表面的能力，检测装置不能自动换槽，对另一组槽楔进行自动检测的问题。本发明通过设置机器人主舱、中层架和外框，机器人主舱提供令检测探头按需求速度行进，中层架和外框配合具有一定的不平整表面越障能力，可以在工件相应位置沿设定方向主动行进，完成对待检槽楔表面的检测。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种可自动换槽检测的发电机组免抽转子槽楔检测机器人，包括：

机器人主舱，所述机器人主舱底部设置有用于在定子叠片上行走的行走机构、背部设置有可升降且升起后撑住转子表面的转子滚架机构，机器人主舱上还设置有用于检测槽楔的检测机构；

中层架，所述中层架位于所述机器人主舱上方，中层架上设置有主舱升降机构和换槽移动机构，所述主舱升降机构与所述机器人主舱连接并驱动所述机器人主舱进行升降；

外框，所述外框位于所述机器人主舱和中层架外部，外框上设置有可伸缩的吸附机构，外框与所述换槽移动机构连接，所述换槽移动机构驱动所述中层架和外框之间相对移动进行换槽；在换槽时，所述换槽移动机构驱动所述外框移动至相邻槽楔，移动到位后所述吸附机构伸出吸附固定在两槽楔之间的定子叠片上，吸附固定后所述转子滚架机构下降、机器人主舱升起，升起后所述换槽移动机构再驱动所述中层架携带机器人主舱一起移动到相邻的槽楔，移动到位后降下机器人主舱、升起转子滚架机构、撤销吸附机构并收回，最后调整外框使其居中；

投放架，所述投放架位于发电机组定子端部外侧，所述机器人主舱、中层架和外框组合成检测装置，检测装置检测前放置在投放架上，在检测时经投放架进出定子腹部空间进行检测；

控制装置，所述控制装置与所述行走机构、转子滚架机构、检测机构、主舱升降机构、换槽移动机构和吸附机构电连接控制其运行。

优选的，所述行走机构为差动驱动的双履带电磁吸附行走机构，所述双履带分别位于槽楔左右两侧的定子叠片上。

优选的，所述转子滚架机构包括转子滚架、滚架升降组件和升降驱动件；

所述转子滚架顶端沿其长度方向安装有若干与转子表面接触的滚动件，所述若干滚动件的布置方向与槽楔长度方向一致；所述滚架升降组件设置有两组且分别布置在所述转子滚架的前后两端，滚架升降组件顶端与所述转子滚架连接，底端与所述机器人主舱连接，所述升降驱动件与所述滚架升降组件连接，驱动所述滚架升降组件升降，进而带动转子滚架穿过中层架进行升降。

优选的，所述滚架升降组件包括相互铰接的第一滚架连杆和第二滚架连杆，所述第一滚架连杆的顶端铰接在所述转子滚架上，底端滑动装配在所述机器人主舱顶部，所述第二滚架连杆的顶端滑动装配在所述转子滚架上，底端铰接在所述机器人主舱顶部。

优选的，所述检测机构包括安装在所述机器人主舱底端的检测探头和腹部镜组，所述检测探头和腹部镜组均设置有两组且布置在机器人主舱的前后，所述腹部镜组俯瞰拍摄定子槽楔与定子叠片边缘线，以此通过视觉判断并指导双履带差动微调，使双履带沿边缘线的方向对中前进。

优选的，所述主舱升降机构为若干设置在所述中层架底端的升降件，所述升降件的升降底端与所述机器人主舱顶端连接。

优选的，所述换槽移动机构设置在所述中层架的前后两端，换槽移动机构包括驱动齿轮、压紧导向轮和换槽驱动件；所述换槽驱动件驱动所述驱动齿轮转动，所述驱动齿轮和压紧导向轮均向所述中层架外侧伸出，所述压紧导向轮设置有左右两个。

优选的，所述外框具有弧度，外框的前后顶端为与所述压紧导向轮适配且滚动接触的弧面，外框上设置有弧形槽，所述弧形槽内设置有与所述驱动齿轮啮合的齿条。

优选的，所述吸附机构为可伸缩的电磁力吸附脚，所述电磁力吸附脚伸出时吸附固定在两槽楔之间的定子叠片上。

优选的，所述投放架包括支架和支架顶部的投放板，所述投放板顶端沿其长度方向设置有开槽，投放板上形成停驻构造空间，所述停驻构造空间对准定子槽楔形成过渡路径，检测装置检测前放置在停驻构造空间上，并经过渡路径进出定子腹部空间进行检测。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的发电机组免抽转子槽楔检测机器人，检测装置检测前放置在投放架上，在检测时经投放架进出定子腹部空间进行检测，不需要抽出发电机转子，其检测装置直接进入转子和定子的空隙中进行槽楔检测，相对于抽出发电机转子进行检测，本发明不需要耗费大量的人力物力，检测周期较短，避免了因检修长期停产造成的损失。

2、本发明提供的发电机组免抽转子槽楔检测机器人，检测装置具备越障不平整表面的能力，检测装置检测完一组槽楔后，可以自动换槽到其相邻的槽楔进行检测，从而完成对整个定子槽楔的检测。在换槽时，换槽移动机构驱动外框移动至相邻槽楔，移动到位后吸附机构伸出吸附固定在两槽楔之间的定子叠片上，吸附固定后转子滚架机构下降、机器人主舱升起，升起后换槽移动机构再驱动中层架携带机器人主舱一起移动到相邻的槽楔，移动到位后降下机器人主舱、升起转子滚架机构、撤销吸附机构并收回，最后调整外框使其居中。其不需要人为进行换槽检测，节省了定子槽楔检测时间，提高了定子槽楔检测效率。

附图说明

图1为本发明检测机器人与发电机组定子转子的示意图；

图2为图1中的A部分放大图；

图3为本发明检测机器人与发电机组定子转子的侧视图；

图4为图3中的B部分放大图；

图5为本发明检测装置的示意图；

图6为本发明机器人主舱的示意图；

图7为本发明机器人主舱另一视角的示意图；

图8为本发明转子滚架机构的示意图；

图9为本发明中层架的示意图；

图10为本发明外框的示意图；

图11为本发明投放架的示意图；

附图标记：

1、机器人主舱；11、行走机构；12、转子滚架机构；121、转子滚架；122、滚动件；123、第一滚架连杆；124、第二滚架连杆；13、检测机构；131、检测探头；132、腹部镜组；2、中层架；21、主舱升降机构；22、换槽移动机构；221、驱动齿轮；222、压紧导向轮；3、外框；31、吸附机构；32、弧形槽；4、投放架；41、支架；42、投放板；43、开槽。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。

实施例1

一种可自动换槽检测的发电机组免抽转子槽楔检测机器人，如说明书附图中的图1~11所示，包括：

机器人主舱1，机器人主舱1底部设置有用于在定子叠片上行走的行走机构11、背部设置有可升降且升起后撑住转子表面的转子滚架机构12，机器人主舱1上还设置有用于检测槽楔的检测机构13；

中层架2，中层架2位于机器人主舱1上方，中层架2上设置有主舱升降机构21和换槽移动机构22，主舱升降机构21与机器人主舱1连接并驱动机器人主舱1进行升降；

外框3，外框3位于机器人主舱1和中层架2外部，外框3上设置有可伸缩的吸附机构31，外框3与换槽移动机构22连接，换槽移动机构22驱动中层架2和外框3之间相对移动进行换槽；

投放架4，投放架4位于发电机组定子端部外侧，机器人主舱1、中层架2和外框3组合成检测装置，检测装置检测前放置在投放架4上，在检测时经投放架4进出定子腹部空间进行检测；

控制装置，控制装置与行走机构11、转子滚架机构12、检测机构13、主舱升降机构21、换槽移动机构22和吸附机构31电连接控制其运行。

本实施例中，机器人主舱1为检测主体。其中，行走机构11用于检测装置在槽楔内行走，边行走边检测。转子滚架机构12升起时，撑住转子表面，为定子内的检测装置提供足够的径向附着力，保证检测装置稳定行走且防止其在气隙内意外摔落。另外，转子滚架机构12升起撑住转子表面时，稳定机器人主舱1也间接稳固中层架2，在换槽时以便于中层架2上的换槽移动机构22驱动外框3相对中层架2移动进行换槽操作。检测机构13用于检测定子槽楔。

中层架2和外框3用于共同配合进行换槽操作。其中，主舱升降机构21用于驱动机器人主舱1进行升降，换槽移动机构22用于驱动中层架2和外框3之间相对移动进行换槽。吸附机构31用于在换槽过程中，吸附固定外框3。具体的，在换槽时，换槽移动机构22驱动外框3移动至相邻槽楔，移动到位后吸附机构31伸出吸附固定在两槽楔之间的定子叠片上，吸附固定后转子滚架机构12下降、机器人主舱1升起，升起后换槽移动机构22再驱动中层架2携带机器人主舱1一起移动到相邻的槽楔，移动到位后降下机器人主舱1、升起转子滚架机构12、撤销吸附机构31并收回，最后利用换槽移动机构22驱动外框3移动，调整外框3使其居中。

投放架4用于在检测前放置检测装置，在检测时检测装置经投放架进出定子腹部空间进行检测。控制装置用于控制检测装置的运行。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上作进一步的阐述，如图7所示，行走机构11为差动驱动的双履带电磁吸附行走机构，双履带分别位于槽楔左右两侧的定子叠片上。本实施例中，配置双履带在电机定子叠片表面附着差动驱动，以实现检测装置在电机气隙内前进。电磁吸附行走机构吸附在定子叠片上，可以根据需要进行吸附或者不吸附，在行走和检测过程中是吸附的，在换槽时抬起机器人主舱的这个步骤断开吸附。

如图6和8所示，转子滚架机构12包括转子滚架121、滚架升降组件和升降驱动件；转子滚架121顶端沿其长度方向安装有若干与转子表面接触的滚动件122，若干滚动件122的布置方向与槽楔长度方向一致；滚架升降组件设置有两组且分别布置在转子滚架121的前后两端，滚架升降组件顶端与转子滚架121连接，底端与机器人主舱1连接，升降驱动件与滚架升降组件连接，驱动滚架升降组件升降，进而带动转子滚架121穿过中层架2进行升降。

如图8所示，滚架升降组件包括相互铰接的第一滚架连杆123和第二滚架连杆124，第一滚架连杆123的顶端铰接在转子滚架121上，底端滑动装配在机器人主舱1顶部，第二滚架连杆124的顶端滑动装配在转子滚架121上，底端铰接在机器人主舱1顶部。

本实施例中，升降驱动件可为常规的直线电机、液压缸等直线往复驱动件，其一端铰接在机器人主舱1上，另一升降端铰接在第一滚架连杆123或第二滚架连杆124上，通过升降驱动件驱动第一滚架连杆123和第二滚架连杆124转动，以带动第一滚架连杆123和第二滚架连杆124上的转子滚架121升降。

在正常检测时，转子滚架121升起，滚动件122撑住转子表面，并可在其上滚动，为电机内的检测装置提供足够的径向附着力，保证检测装置稳定行走且防止其在气隙内意外摔落。在换槽时，转子滚架机构12升起滚动件122撑住转子表面，稳定机器人主舱1也间接稳固中层架2，以便于中层架2上的换槽移动机构22驱动外框3相对中层架2移动进行换槽操作。

如图7所示，检测机构13包括安装在机器人主舱1底端的检测探头131和腹部镜组132，检测探头131和腹部镜组132均设置有两组且布置在机器人主舱1的前后，腹部镜组132俯瞰拍摄定子槽楔与定子叠片边缘线，以此通过视觉判断并指导双履带差动微调，使双履带沿边缘线的方向对中前进。

本实施例中，检测探头131用于检测槽楔的内部情况。检测装置在沿槽楔前进时，难免出现方向误差，为此，在检测装置腹部前后配置的腹部镜组132实施拍摄槽楔与叠片边缘线，以此通过视觉判断（指导双履带差动微调）使其始终沿边缘线的方向对中前进，避免履带偏出路线卡入槽楔。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上作进一步的阐述，如图9所示，主舱升降机构21为若干设置在中层架2底端的升降件，升降件的升降底端与机器人主舱1顶端连接。升降件可为常规的直线电机、液压缸等直线往复驱动件，其底端的升降输出端连接机器人主舱1，通过升降件带动机器人主舱1进行升降，从而以便于进行换槽操作。

如图9所示，换槽移动机构22设置在中层架2的前后两端，换槽移动机构22包括驱动齿轮221、压紧导向轮222和换槽驱动件；换槽驱动件驱动驱动齿轮221转动，驱动齿轮221和压紧导向轮222均向中层架2外侧伸出，压紧导向轮222设置有左右两个。换槽驱动件可为常规的电机，通过电机带动驱动齿轮221转动进行换槽操作。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上作进一步的阐述，如图5和10所示，外框3具有弧度，外框3的前后顶端为与压紧导向轮222适配且滚动接触的弧面，外框3上设置有弧形槽32，弧形槽32内设置有与驱动齿轮221啮合的齿条。

本实施例中，外框3是一套具有弧度的外框架，其弧度与电机气隙匹配。压紧导向轮222与外框3弧面接触并在其上滚动，引导中层架2和外框3之间相对移动进行换槽。驱动齿轮221和齿条啮合，驱动中层架2和外框3之间相对移动。

吸附机构31为可伸缩的电磁力吸附脚，电磁力吸附脚伸出时吸附固定在两槽楔之间的定子叠片上。本实施例中，外框四周配置可伸缩的电磁力吸附脚，在需要固定时伸出电磁吸脚并启动电磁吸附力，在定子叠片上实现机器人的稳定。

实施例5

本实施例在实施例4的基础上作进一步的阐述，如图11所示，投放架4包括支架41和支架41顶部的投放板42，投放板42顶端沿其长度方向设置有开槽43，投放板42上形成停驻构造空间，停驻构造空间对准定子槽楔形成过渡路径，检测装置检测前放置在停驻构造空间上，并经过渡路径进出定子腹部空间进行检测。

本实施例中，检测装置在进出电机气隙时，通过布置于电机端部的投放架辅助接应进出。投放架上的停驻构造空间（包括开槽等）根据电机端部开口结构对应设计，对准电机槽楔形成过渡路径，机器人进出电机腹部空间时，直线前进即可。

实施例6

本实施例在实施例5的基础上作进一步的阐述，本实施例中，控制装置中的硬件包括控制箱部分和移动平台部分。控制箱包括工控机、显示设备和电源；车体部分包括ARM嵌入式控制器、移动电机驱动、检测工具驱动、传感器接口。

1）移动平台硬件电路设计

移动平台主要功能实现由ARM控制板来完成。控制板接收来自控制箱的指令和提供的电源。控制板通过驱动器控制移动平台的直流电机、接受位移传感器的位置数据、控制检测工具等。

根据功能区分，ARM控制板主要分为两个电路板实现，一个电路板实现电源和驱动、另外一个电路板主要是通信接口、采集和控制。

2）控制箱硬件电路设计

控制箱的作用是提供整套系统的电源，并且作为交互终端与用户进行交互。

控制箱整套系统外部有一个AV 220V电源的接口；有两个按钮，分别为机器人电源和控制器电源；通过航空插头与移动平台进行通信及电源连接。

控制箱内部具有开关电源、控制板和工控系统三大部分组成。其中开关电源将AC220V转换为12V DC和24V DC。工控系统采用主板形成一套工控终端。控制板上进行电源管理、通讯隔离、电源转换的功能。控制板的原理与移动平台硬件相同。

控制软件系统：

软件系统分为嵌入式软件、上层软件两个部分。其中嵌入式软件负责移动平台和夹具位置的控制；上层软件负责人机交互。

1) 嵌入式软件

嵌入式软件中包括驱动层、控制层、通信层三个层次。其中检测平台驱动模块对接检测平台驱动接口、编码器采集模块完成编码器硬件的采集、传感器采集及处理模块完成传感器的数据采集和数据处理。

2）监控软件

监控软件主要是实现在控制箱上监控整套设备的运行状态，并且控制设备的运行。包括1.信息显示区，显示目前设备的数据；2.移动平台控制区，用于移动平台的控制；3.检测工具控制，用于相关检测工具探头控制。

为了更好的理解本发明，下面对本发明的工作原理作一次完整的描述：

1、检测装置停放于投放架上，并在电机端部停靠，对准电机腹部槽楔。

2、控制检测装置履带，使其开进电机腹部气隙。而后升起转子滚架，将检测装置压稳于转子内壁。

3、开启检测装置检测。检测装置腹部镜组查看槽楔路径，视觉判断纠正前进姿态，通过双履带差动微调方向保证直线前进。

4、到达电机另一端后停止前进。调整检测装置外框偏移角，使其对准下一列槽楔。而后降下外框所配电磁吸脚，打开电磁吸附保证稳定。

5、降下检测装置转子滚架，检测装置主舱抬起，依靠外框弧形轨道将主舱滑移至下一组槽楔，并降下主舱。升起转子滚架并再次压稳检测装置。

6、而后撤销电磁吸脚吸附力并将其收起，调整外框偏移角使其居中。后续可进入新的槽楔检测。（如此周期开展各槽楔全覆盖检测）。

本发明中，中层架与外框等配置主要负责完成机器人在相邻槽楔间的跨槽动作。动作顺序为：

（完成一列槽楔检测后）→调整机器人外框偏移角使外框对准相邻槽楔→伸出电磁吸脚开启磁吸附→降下转子滚架→升起机器人主舱→中层架携机器人主舱沿弧形滑轨滑移对准相邻槽楔→降下机器人主舱于定子叠片上→升起转子滚架压紧转子→撤销电磁吸脚吸附力并收回→调整外框偏移角使其居中→（开启新一列槽楔检测）。

以上对本发明的实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种等同变型或替换，这些等同或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。