打磨機器人在風電葉片生產線中的應用

童輝 柳謙 李俊陽 童波

摘 要：近年來，我國風電行業發展迅速，我國已經成為全球風力發電規模最大、增長最快的國家。然而，我國風電行業裝備制造業卻發展緩慢，象風電葉片打磨工序，仍然長期依靠人工打磨，效率低下，車間粉塵污染嚴重。因此，將打磨機器人引入風電葉片生產線，是切合實際生產需求和智能制造發展需要的。該文將就打磨機器人在風電葉片生產線中的應用進行介紹。

關鍵詞：打磨機器人；風電葉片；生產線

中圖分類號：TP242 文獻標志碼：A

0 引言

由于風力發電機葉片尺寸大、曲面復雜，打磨拋光十分不易，長期以來一直依靠人工打磨，人工打磨效率低、勞動強度大、打磨質量難以保證且粉塵污染嚴重，作業環境惡劣。將打磨機器人引入風電葉片生產線上，可以有效提高打磨效率、改善車間打磨環境。

1 打磨機器人的主要構成和特征

1.1 主要構成

打磨機器人的主要構成包括AGV、打磨頭、機械手、升降系統、激光導航、吸塵系統、電控柜、空壓機、卷線盤。

1.2 主要特征

打磨機器人的打磨頭上裝備有力控系統和紅外線測距感應器，打磨頭能自動跟隨葉片曲面變化軌跡打磨葉片，既能保證打磨的均勻性，又不損傷葉片。AGV可以全方位移動，采用激光導航，打磨路徑由程序控制，可以實現全自動打磨。打磨機器人配備有吸塵系統，可以吸收打磨葉片過程中產生的粉塵，有利于改善打磨工作環境，避免操作員工與粉塵接觸，保證操作人員的身體健康。

2 風電葉片打磨機器人的應用

2.1 工作流程

葉片由用戶的通用移動設備移至打磨車間，將風電葉片的根部和尖部進行支撐固定。如圖1所示，以葉片中心線為界線，將葉片分為上下2片區域，打磨先從中心線下面的區域開始。首先啟動打磨機器人，AGV駝載打磨機器人行駛至臨近葉片根部的第一個打磨位置點，到達指定位置之后，機械手和打磨頭開始動作。打磨工作從葉片下邊緣開始從下往上打磨，打磨至葉片中線位置停止，一次打磨寬度大概為1.0 m左右，打磨完第一片區域，AGV將運行至第二個打磨位置點（與第一位置點距離大概1.0 m）開始打磨。打磨路徑如圖中箭頭所示，先打磨葉片中心線下面的區域，從葉根打磨至葉尖；然后打磨葉片中心線上面的區域，從葉尖打磨至葉根。打磨完葉片PS面再打磨SS面，打磨完一個50 m葉片所需的時間大概為4 h～5 h。

葉片打磨部分調式程序如下：

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“自動導引運輸車”的應用。

打磨機器人配備有一個自動導引運輸車（AGV）。該AGV能實現前進、后退、自轉、橫移、任意角度斜行等全方位移動，運行速度30 m/min，能夠越過高度差為10 mm的障礙，能通過30 mm寬的溝槽。AGV裝備有激光導航系統，能自行設置行駛路徑，重復定位誤差為± 10 mm。

2.3 智能控制系統的應用

智能控制系統內置有先進的力控系統，該系統功能相當于“人的觸覺”，能實時“觀察測量監控”風電葉片的尺寸、表面狀態、加工余量及打磨工具的尺寸狀態等，并實時對這些數據進行分析運算，隨時對路徑進行糾偏和修正，邊打磨邊自動補償各種誤差，能充分確保風電葉片打磨拋光達到最高精度，保證打磨后葉片表面光滑、光潔，無須人工再做處理。

另外，打磨頭上裝備有紅外線測距感應器，其感應距離為200 mm，貼合距離20 mm，能實時監控葉片的尺寸、表面狀態等，確保打磨的精度。

同時，打磨系統可存儲30多種葉型的加工程序，更換葉型后，只需在機器人示教器選擇相應的打磨程序，即可實現不同葉型打磨程序的切換。

2.4 吸塵系統的應用

該系統可吸收葉片打磨過程中產生的粉塵，吸塵效率在90 %以上。粉塵被集中在吸塵系統的集塵箱（70 L），一周清理一次即可。該吸塵系統的應用可以有效吸收打磨過程中產生的粉塵，達到國家環保要求，保證操作人員的身體健康。

2.5 安全系統的應用

AGV對角裝備有2個避障傳感器，每個傳感器的掃描范圍為270°，檢測距離1 m。另外在車頭車尾裝有安全觸邊防撞機構。該安全系統可以監控在行進路程中，AGV和其他物體之間任何意想不到的碰撞，該系統發現任何碰撞后將立即停止機器人/打磨頭和其他AGV上的移動部件。

3 結語

綜上所述，通過打磨機器人的應用，成功實現了由機器人代替人工，并實現了全自動化，達到了解放操作員工的目的，為風電葉片的加工生產提供了先進的自動化解決方案，該自動化打磨系統屬于世界首創，是當前風力發電葉片智能化及自動化加工的一大進步。

參考文獻

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