大型风电叶片安装机械手自动对中系统分析.pdf

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1、第3期（总期64期）No.3(SerialNo.64)2014年5月FluidPowerTransmissionandControlMay,2014大型风电叶片安装机械手自动对中系统分析乐韵斐张鸿喜范昌龙（同济大学机械与能源工程学院上海201804）摘要：根据风机叶片分体式安装需求，结合安装机械手功能，采用基于图像识别的叶片根部螺栓对中方案，提出了质心重合算法及对齐安装平面算法，该算法克服了圆心及半径识别方法计算量大、抗噪声能力差等缺点，并设计实验验证了该系统的可行性和稳定性，为大型风电叶片的分体式安装提供方案。关键词：风力发

2、电；风电叶片；风机安装；安装机械手；自动对中系统中图分类号：TH139文献标志码：A文章编号：1672-8904-（2014）03-0040-004风机安装中，分体式安装减少了过程中对起重机容量的依赖，并且方便风电叶片的维护修理。单叶片的安装过程需要实现对叶片的夹持、对中螺栓与法兰、夹持机构自动释放这三个动作。传统做法是将叶片捆绑起吊，并用人眼判断对中，这种安装方法效率低下，甚至难以实现。近年来图像识别技术开始应用于工程对中领域，目前的图像处理方法多计算圆心和半径实现，这种算法计算量大，对周边环境噪声敏感。本文根据安装机械手机

3、构原理，对6MW叶片的安装，开发了一套基于图像识别的对中系统，提出了1-右抱合机构；2-右抱合机构连接板；3-揽风杆组件；一种质心重合及对齐安装面的新算法，提高了对中效4-箱体配重；5-箱体组件；6-俯仰机构；7-左抱合机构；率。8-尾部配重杆；9-尾部配重；10-旋转机构；11-底架图2安装机械手结构图及坐标定义1叶片安装自动对中系统原理分析系统执行机构由安装机械手、起重机、变桨机构安装机械手绕y轴的旋转称为旋转动作（见图共同组成，该执行机构用来调整叶片姿态。对中系统3），通过液压马达驱动回转支承从而带动前端部件实原理如图1

4、所示：计算机发送指令控制执行机构运现旋转。安装机械手绕z轴的旋转为俯仰动作，通过动，安装在轮毂法兰孔内的图像采集器实时监测叶片改变整体重心与吊点的相对位置实现。综上，可以明根部螺栓的运动情况，将采集到的图像反馈给计算确安装机械手相对轮毂六自由度的动作并确定相应机，计算机处理后驱动执行机构，最终实现对中。执行机构（见表1）。图1自动对中系统原理图1.1安装机械手结构安装机械手包括：箱体组件、抱合机构、俯仰机图3旋转动作和俯仰动作构、旋转机构，配重系统等（见图2）。1.2图像采集器布置收稿日期：2013-11-14叶片根部螺栓与轮

5、毂法兰对中需要法兰平面与作者简介：乐韵斐（1964-），女，硕士生导师。研究方向为机械设计、机电液控制技术。螺栓端面平行并且至少两个螺栓对中。本文采用两2014年5月乐韵斐，等：大型风电叶片安装机械手自动对中系统分析第41页个图像采集器，布置在与轮毂法兰相隔一定距离的螺其中n为矩阵阶次，k为矩阵中0元素数目。栓孔中（#1、#19孔）。图像采集器前端安装LED灯，圆孔对中首先要标定基准圆质心，其次是获取图并在对应的螺栓上粘贴圆形反光片（见图4），反光片像进行处理并判定其质心是否与基准圆质心重合。反射作用可强化关注区域，降低噪声影

6、响，提高图像假设处理的基准圆质心为(x,y),图像质心为(x,y)o1o111的识别度。（见图5）。运动参数为：x=x-xmo11y=y-ymo11使用该运动参数驱动执行机构。终止判断条件为：

7、x

8、≤ε,

9、y

10、≤ε（ε为对中精度）。mm图4图像采集器安装示意图表1安装机械手相对运动自由度及执行机构自由度执行机构x平动起重机y平动起重机图5初始位置及视界图像z平动起重机在初始状态下螺栓端面与法兰平面可能不平行，x旋转变桨机构螺栓圆投影到法兰平面时可能为椭圆。质心识别算y旋转旋转机构法不用考虑圆心和半径，这种情况下仍能处理，将图z

11、旋转俯仰机构形质心调整至与基准圆质心重合（见图6）。2叶片安装自动对中控制算法分析2.1基于质心重合的单个圆孔对中算法以一张10×10像素的图片为例，原始图像为一个彩色的圆。对其进行灰度化及二值化处理，得到的图像矩阵为：①1111111111㈦②②1111111111÷÷②②1111001111÷÷图6质心重合位置及视界图像②②1110000111÷÷a=②②1100000011÷÷②②1100000011÷÷计算图像在两个轴向的间距L1，L2。定义端面②②1110000111÷÷平行系数α为：②②1111001111÷÷L②

12、②1111111111÷÷α=1(L>L)L12è1111111111㈨2矩阵a中元素0的区域代表图像区域，计算该区端面平行系数α表征螺栓端面和法兰平面的平域的质心坐标为：行状态。当α=1时，螺栓平面与法兰平面平行（见图nn7）。采用自学习控制策略控制法兰面与螺栓面的平①㈦∑