打磨机器人在风电叶片生产线中的应用

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

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[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.