防绕击避雷针自动装卸机器人系统及装卸方法
【专利摘要】本发明公开了一种防绕击避雷针自动装卸机器人系统及方法，机器人本体，所述机器人本体包括主体框架，在主体框架内安装有沿着避雷线运行的行走机构，在主体框架的前面安装有具有视频实时监控功能的视频监控装置；压紧机构，其安装在机器人本体的底部两侧，包括压紧件，压紧件在驱动装置的驱动下上下运动，进而实现辅助机器人行走和防止机器人脱线跌落功能；防绕击避雷针装卸机构，包括连接件和安装在压紧机构上且能随着压紧机构的压紧件上下运动的托起件，托起件用于托住防绕击避雷针，连接件用于与防绕击避雷针对接；机载控制系统，机载控制系统与视频监控装置、机器人本体、压紧机构以及防绕击避雷针装卸机构相连，且由电源为其供电。
【专利说明】
防绕击避雷针自动装卸机器人系统及装卸方法
技术领域
[0001]本发明属于电力特种机器人领域，具体涉及一种架空输电线路防绕击避雷针自动装卸机器人系统及装卸方法。
【背景技术】
[0002]架空输电线路是电网的重要组成部分，其运行可靠性直接关系着整个电网的安全、稳定，根据国际上电网故障的分类统计，高压输电线路因雷击引起的跳闸次数占总跳闸次数的50%_60%，根据输电线路的运行情况分析，有相当次数的跳闸是由于雷电绕击造成的。特别是在有些高压输电线路段的高压线杆塔附近，在雷雨季节里频繁遭到雷击引起电网跳闸停电事故，其均为雷电绕击所致。
[0003]一般情况下，防绕击避雷针安装在距离杆塔15-50m范围内的架空地线或OPGW上。目前正在应用的防绕击避雷针大多采用人工上线安装，安装难度大，危险系数高。人工安装方式也会因为施工质量问题给输电线路安全运行留下隐患。
[0004]中国专利ZL200810061710.X公开了一种防绕击避雷针自动安装装置，包括底座和安装在底座上的走线机构，机械手机构以及控制器:走线机构包括电机、与电机相连的同步带轮，以及与同步带轮相连的同步走线轮，同步走线轮固定在支架上;机械手机构包括套设有限位弹簧的电磁铁，推杆，支座，支架块以及由两个支撑杆和两个机械手杆组成的机械手臂;推杆架设在两支座上，推杆的一端连接有支架块，两个支撑杆的一端铰接在支架块一端，另一端与机械手杆的一端铰接，机械手杆的另一端铰接在支座上；电磁铁一端设有一滑块，推杆上设有限位槽，滑块可在限位槽内滑动;推杆上还套设有一复位弹簧。专利所述防绕击避雷针自动安装装置采用人工预先将防绕击避雷针放置在安装机械手上，通过机械手压紧动作将防绕击避雷针锁紧在线缆上，专利只涉及防绕击避雷针的安装，未涉及拆卸。
[0005]中国专利ZL200910060848.2公开了一种高压线防绕击避雷针安装机器人，由机箱、行走机构A、柔性工作机构B和无线控制系统C组成。行走机构由电池、电动机、减速箱、传动机构和驱动轮、平衡轮组成。柔性工作机构B由电磁铁、拨叉、电动扭矩扳手、齿轮箱、万向节、套筒等组成。无线控制系统C由遥控器、遥控开关、电磁继电器等组成;所有机构装在机箱内。工人操作无线遥控器，可控制本发明可在避雷线上前进，并将避雷针送到预定的位置停止，自动拧紧避雷针锁紧螺栓将其安装在避雷线上，与锁紧螺栓分离，最后返回；可替代人工完成用螺栓锁紧线夹的避雷针的安装工作，安装紧固可靠，不易松动，使用安全可靠。专利所述防绕击避雷针安装机器人采用人工预先螺栓对位将防绕击避雷针锁紧在避雷线上，采用螺栓对位方式实现起来比较困难，专利只涉及防绕击避雷针的安装，未涉及拆卸。
[0006]中国专利ZL200910264206公开了一种架空电力线路用可快速锁紧于架空地线的的快速锁紧防绕击避雷针及无线控制自动安装机械手。快速锁紧防绕击避雷针包括线夹本体、盖板、阻尼导电胶垫、导电金属片、铰链轴、锁舌、弹簧、销轴、限位体、避雷针杆、防振锤和平衡球。为了方便带电作业，上述快速锁紧防绕击避雷针的安装机械手包括行走机构、将避雷针夹持在机械手上的夹持机构、将避雷针线夹夹紧在地线伤的夹紧机构、控制器、执行机构、检测机构。控制器对执行机构和检测机构实行远程无线控制，操作人员通过无线遥控器即可将避雷针送到指定位置，安装防绕击避雷针后机械手可自动返回。专利所述为快速锁紧防绕击避雷针和安装机械手两种装置，其安装机械手与本发明原理不同，且专利只涉及防绕击避雷针的安装，未涉及拆卸。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种防绕击避雷针自动装卸机器人系统及装卸方法，能够实现与防绕击避雷针对接，采用机器人作业自动完成防绕击避雷针的安装与拆卸。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0009]一种防绕击避雷针自动装卸机器人系统，包括:
[0010]机器人本体，所述机器人本体包括主体框架，在主体框架内安装有沿着避雷线运行的行走机构，在主体框架的前面安装有具有视频实时监控功能的视频监控装置；
[0011 ]压紧机构，其安装在机器人本体的底部两侧，包括压紧件，所述的压紧件在驱动装置的驱动下上下运动，进而实现辅助机器人行走和防止机器人脱线跌落功能；
[0012]防绕击避雷针装卸机构，包括安装在主体框架前端的连接件和安装在压紧机构上且能随着压紧机构的压紧件上下运动的托起件，所述的托起件用于托住防绕击避雷针，所述的连接件用于与防绕击避雷针对接；
[0013]机载控制系统，所述的机载控制系统控制视频监控装置、机器人本体、压紧机构以及防绕击避雷针装卸机构，且由电源为其供电。
[0014]进一步的，所述的主体框架包括顶板、主安装板、副安装板以及连接板连接而成，所述的主安装板位于主体框架的前方，副安装板位于主体框架的后方，顶板位于主体框架的顶部，三者之间通过连接板连成一个整体。
[0015]进一步的，所述的行走机构包括安装在主安装板上的行走电机、主行走轮、从动轮，所述的行走电机通过传动机构I驱动主行走轮转动，所述的主行走轮通过传动机构II带动从动轮转动，进而实现整个装卸机器人的行走。
[0016]进一步的，所述的压紧电机各自驱动一个丝杠，每个丝杠与丝杠螺母配合，每个丝杠螺母与一个压紧件支架与连接，每个压紧支架上安装一个压紧件。
[0017]进一步的，所述的托起件为一个托盘，其安装在前端压紧件支架上，在托盘的底部安装有电磁铁，所述的电磁铁与电磁铁驱动控制电路相连。
[0018]进一步的，所述的连接件为一个旋转接头，所述的旋转接头由一个装卸电机相连，驱动其旋转。
[0019]进一步的，所述的机载控制系统包括与主控M⑶相连的电源管理芯片、电机驱动芯片、电磁铁驱动控制电路、无线数传模块和数传天线;所述电源管理芯片、主控MCU、电机驱动芯片、电磁铁驱动控制电路及无线数传模块固定在PCB电路板上，PCB电路板通过机械连接固定在控制箱内；无线数传模块通过接插件座固定在PCB电路板上;数传天线固定在控制箱上，并通过馈线与数传模块相连，用于接收地面遥控器的控制指令。
[0020]进一步的，电机驱动芯片包括驱动行走电机的驱动芯片、驱动装卸电机的驱动芯片和驱动压紧电机的驱动芯片。
[0021]进一步的，所述视频监控装置与图传模块相连，所述的图传模块固定在控制箱内与固定在控制箱上的图传天线相连;图传模块将防绕击避雷针的安装情况以视频形式实时传至图传接收箱，所述的图传接收箱与主控MCU相连。
[0022]进一步的，所述电源管理芯片、主控M⑶、电机驱动芯片、电磁铁驱动控制电路及无线数传模块固定在PCB电路板上，PCB电路板通过机械连接固定在控制箱内。无线数传模块通过接插件座固定在PCB上，数据信号与MCU相连。数传天线固定在控制箱上，并通过馈线与数传模块相连，用于接收地面遥控器的控制指令。
[0023]所述的电源模块为锂离子动力电池，安装在控制箱内，为机载控制系统、图像传输模块、伺服驱动器和电机提供所需电力。
[0024]所述的伺服驱动器与机载控制系统、电源模块通过PCB板与电机相连，提供电机运动所需的各类控制功能。
[0025]本发明机器人能够沿架空地线或OPGW平稳运行，实现对防绕击避雷针的自动安装和拆卸。
[0026]防绕击避雷针安装方法，具体步骤为:
[0027]I)将防绕击避雷针自动装卸机器人杆塔一侧架空线缆上；
[0028]2)将防绕击避雷针放置在机器人前端托盘上，遥控器控制机器人与防绕击避雷针完成对接；
[0029]3)遥控机器人行走至防绕击避雷针安装地点；
[0030]4)启动装卸电机将防绕击避雷针锁紧在线缆上；
[0031]5)完成安装后遥控机器人行驶回杆塔处，放置防绕击避雷针重复上述步骤安装，至全部安装完成，取下机器人；
[0032]防绕击避雷针拆卸方法，具体步骤为:
[0033]I)将防绕击避雷针自动装卸机器人放置在防绕击避雷针安装侧的架空线缆上。
[0034]2)遥控器控制机器人沿线缆行走至防绕击避雷针安装处，通过视频监控装置观察完成与防绕击避雷针的对接；
[0035]3)启动装卸机构解除防绕击避雷针锁紧状态；
[0036]4)机器人携带防绕击避雷针至杆塔侧，取下防绕击避雷针；
[0037]5)重复上述步骤至防绕击避雷针拆除完成，取下机器人。
[0038]本发明的有益效果:
[0039]I)本发明可以实现防绕击避雷针的自动安装和拆卸，大大节省了人力成本，提高了工作效率。
[0040]2)本发明防绕击避雷针自动装卸机器人结构简单，重量轻，能够在架空线缆平稳运行。
[0041]3)本发明防绕击避雷针自动装卸机器人与防绕击避雷针对接采用扳手头接口，能够完成存在一定误差情况下对接，避免了精确对位的难题。
[0042]4)本发明防绕击避雷针自动装卸机器人系统具有准确度高，安装拆卸方便，自动化程度高，安装费用低等特点。
【附图说明】
[0043]图1为防绕击避雷针自动装卸机器人整体结构图；
[0044]图2为防绕击避雷针自动装卸机器人前视图；
[0045]图3为防绕击避雷针自动装卸机器人后视图；
[0046]图4为机载控制系统框图；
[0047]图5为机器人自动装卸防绕击避雷针示意图。
[0048]其中，1、线缆，2、机器人本体，3、压紧机构，4、防绕击避雷针装卸机构，5、压紧支架，6、电机齿轮，7、电机安装架，8、控制箱，9、压紧电机，10、合页，11、导轨，12、抬手，13、压紧轮支架，14、压紧轮，15，主安装板，16、顶板，17、吊环，18、从动轮，19、行走电机，20、提手，21、齿轮箱，22、主动轮，23、连接板，24、摄像头，25、装卸齿轮副，26、旋转接头，27、托盘，28、丝杠齿轮，29、丝杠轴，30、丝杠，31、丝杠螺母，32、电磁铁，33、丝杠安装架，34、装卸电机，35、副安装板，36、电源管理模块，37、无线数传模块，38、天线，39、装卸电机驱动芯片，40、主控MCU，41、压紧电机驱动芯片，42、信号转换电路，43、电磁铁驱动控制电路，44、伺服驱动器，45、防绕击避雷针自动装卸机器人，46、防绕击避雷针。
【具体实施方式】
[0049]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0050]图1所示为防绕击避雷针自动装卸机器人45整体结构图，主要由机器人本体2，压紧机构3和防绕击避雷针装卸机构4组成。所述机器人沿线缆I行走，能够实现对防绕击避雷针46的自动安装和拆卸。
[0051]图2所示为防绕击避雷针自动装卸机器人45前视图，图3所示为为防绕击避雷针自动装卸机器人45后视图。机器人本体2包括主体框架，行走机构，控制箱8，吊装装置和视频监控装置等。主体框架由顶板16、主安装板15、副安装板35等连接而成，副安装板35前后两端各安装一个抬手12，提手20安装在顶板16上，用于机器人搬运，顶板16前后两端各安装一个吊环螺栓17，满足防绕击避雷针装卸机器人36吊装上线需求。所述行走机构包括行走电机19、主动轮22、从动轮18、齿轮箱21等。行走电机19安装在齿轮箱21上，齿轮箱21由锥齿轮副、外壳组成，安装于主安装板15上。主动轮22和从动轮18安装在主安装板15上，主动轮22通过主动轮轴的锥齿轮与齿轮箱21相连。控制行走电机19转动可驱动防绕击避雷自动针装卸机器人45沿线缆I行走。控制箱8安装在副安装板35下端，内含电池、控制板、图传等部件，可通过无线与地面遥控器连接，可控制机器人的运行。摄像头24安装在机器人前端的连接板23上，可实时监控防绕击避雷针46的安装情况。
[0052]所述压紧机构3安装在副安装板35前后两侧，在防绕击避雷针自动装卸机器人45在线路运行过程中起压紧作用，可防止机器人跌落，主要由压紧电机9、齿轮副、丝杠30、丝杠螺母31、导轨11、压紧轮14等组成。两个压紧电机9通过压紧电机安装架7安装在副安装板35的一侧，与压紧电机齿轮6连接，通过轴承安装在压紧支架5上。丝杠轴29上端通过轴承与丝杠安装架33连接，下端通过轴承与压紧支架5连接，安装在副安装板35的另一侧。丝杠30安装在丝杠轴29上，与丝杠螺母31配合，压紧轮支架13与丝杠螺母31连接，与导轨11配合安装在副安装板35上，压紧轮14安装在压紧轮支架13上。丝杠齿轮28安装在丝杠轴25上，与压紧电机齿轮6组成齿轮副。驱动压紧电机9转动，通过齿轮副带动丝杠30转动，带动丝杠螺母31沿丝杠30上下移动，压紧轮14通过压紧轮支架13安装在丝杠螺母31上，压紧轮14上移可压紧地线，压紧过程中导轨11起导向作用，丝杠螺母31上下移动可通过限位防止与丝杠30脱离。
[0053]所述防绕击避雷针装卸机构由托盘机构和锁紧机构两部分组成，分别安装在前端压紧升降机构上和防绕击避雷针自动装卸机器人45前端连接板23上，主要由连接板23，装卸电机34，装卸齿轮副25，旋转接头26，托盘27和电磁铁32等组成。托盘27安装在前端压紧轮支架上，可随压紧机构升降，电磁铁32安装在托盘27下面，可以控制对防绕击避雷针37的吸附动作。装卸电机34和装卸齿轮副25安装在连接板23上，旋转接头26安装在齿轮轴上，与防绕击避雷针46进行对接。安装前防绕击避雷针46为打开状态，放置在托盘27上，调节托盘27高度防止机器人行走过程中防绕击避雷针46碰触线缆，电磁铁32通电，使防绕击避雷针46吸附牢固，防绕击避雷针46安装完成后，电磁铁32断电，托盘27随升级机构下降，脱离防绕击避雷针46。装卸电机34转动，通过装卸齿轮副25传动，带动旋转接头26转动，旋转接头26与防绕击避雷针46对接，完成防绕击避雷针46的装卸。
[0054]如图4所示为机载控制系统框图，所述的机载控制系统包括:主控MCU40、电源管理模块36、无线数传模块37、数传天线38、装卸电机驱动芯片39、压紧电机驱动芯片41、装载电机34、压紧电机9、信号转换电路42、伺服驱动器44、行走电机19、电磁铁驱动控制电路43、电磁铁32，其中:主控M⑶40、电源管理模块36、无线数传模块37、装卸电机驱动芯片39、压紧电机驱动芯片41、信号转换电路42、电磁铁驱动控制电路43固定在PCB电路板上，PCB电路板再通过机械连接固定在控制箱8上。数传天线38固定在控制箱8上通过馈线与无线数传模块37相连。装卸电机34、压紧电机9通过电缆分别与PCB电路板上的装卸电机驱动芯片39、压紧电机驱动芯片41相连。伺服驱动器44固定在控制箱8上，通过电缆与PCB电路板上的信号转换电路42相连，经电缆与行走电机19相连，实现运动机器人的前进、后退等控制。电磁铁32固定在防绕击避雷针装卸机构下端，通过电缆与控制箱8内部PCB电路板上的电磁铁驱动控制电路43相连，协助完成防绕击避雷针46的装卸。
[0055]图5为机器人自动装卸防绕击避雷针示意图，防绕击避雷针自动装卸机器人45携带防绕击避雷针46至安装点，完成对其的自动装卸。
[0056]本发明的工作原理:
[0057]本发明机器人能够沿架空地线或OPGW平稳运行，实现对防绕击避雷针46的自动安装和拆卸。
[0058]安装防绕击避雷针46:人工登上塔顶，将防绕击避雷针自动装卸机器人45杆塔一侦U，将防绕击避雷针46放置在机器人前端托盘27上，控制机器人与防绕击避雷针46完成对接，此时防绕击避雷针46上、下体为打开状态，控制机器人行走至防绕击避雷针46安装地点，启动装卸电机34将防绕击避雷针46锁紧在线缆I上，利用图像无线传输技术实时观测防绕击避雷针46情况，完成安装后机器人行驶回杆塔处，人工取下防绕击避雷针自动装卸机器人45。
[0059]拆卸防绕击避雷针46:人工登上塔顶，将防绕击避雷针自动装卸机器人45放置在防绕击避雷针46安装侧，控制机器人沿线缆I行走至防绕击避雷针46安装处，通过摄像头24观察完成与防绕击避雷针46的对接，启动装卸电机34解除防绕击避雷针46锁紧状态，携带防绕击避雷针46至杆塔侧，人工取下防绕击避雷针自动装卸机器人45及防绕击避雷针46。
[0060]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种防绕击避雷针自动装卸机器人系统，其特征是，包括: 机器人本体，所述机器人本体包括主体框架，在主体框架内安装有沿着避雷线运行的行走机构，在主体框架的前面安装有具有视频实时监控功能的视频监控装置； 压紧机构，其安装在机器人本体的底部两侧，包括压紧件，所述的压紧件在驱动装置的驱动下上下运动，进而实现辅助机器人行走和防止机器人脱线跌落功能； 防绕击避雷针装卸机构，包括安装在主体框架前端的连接件和安装在压紧机构上且能随着压紧机构的压紧件上下运动的托起件，所述的托起件用于托住防绕击避雷针，所述的连接件用于与防绕击避雷针对接； 机载控制系统，所述的机载控制系统控制视频监控装置、机器人本体、压紧机构以及防绕击避雷针装卸机构，且由电源为其供电。2.如权利要求1所述的一种防绕击避雷针自动装卸机器人，其特征是，所述的主体框架包括顶板、主安装板、副安装板以及连接板连接而成，所述的主安装板位于主体框架的前方，副安装板位于主体框架的后方，顶板位于主体框架的顶部，三者之间通过连接板连成一个整体。3.如权利要求2所述的一种防绕击避雷针自动装卸机器人，其特征是，所述的行走机构包括安装在主安装板上的行走电机、主行走轮、从动轮，所述的行走电机通过传动机构I驱动主行走轮转动，所述的主行走轮通过传动机构II带动从动轮转动，进而实现整个装卸机器人的行走。4.如权利要求3两个压紧电机通过压紧电机安装架安装在副安装板上，所述的压紧电机各自驱动一个丝杠，每个丝杠与丝杠螺母配合，每个丝杠螺母与一个压紧件支架与连接，每个压紧支架上安装一个压紧件。5.如权利要求4所述的一种防绕击避雷针自动装卸机器人，其特征是，所述的托起件为一个托盘，其安装在前端压紧件支架上，在托盘的底部安装有电磁铁，所述的电磁铁与电磁铁驱动控制电路相连。6.如权利要求4所述的一种防绕击避雷针自动装卸机器人，其特征是，所述的连接件为一个旋转接头，所述的旋转接头由一个装卸电机相连，驱动其旋转。7.如权利要求1所述的一种防绕击避雷针自动装卸机器人，其特征是，所述的机载控制系统包括与主控MCU相连的电源管理芯片、电机驱动芯片、电磁铁驱动控制电路、无线数传模块和数传天线;所述电源管理芯片、主控MCU、电机驱动芯片、电磁铁驱动控制电路及无线数传模块固定在PCB电路板上，PCB电路板通过机械连接固定在控制箱内；无线数传模块通过接插件座固定在PCB电路板上;数传天线固定在控制箱上，并通过馈线与数传模块相连，用于接收地面遥控器的控制指令。8.如权利要求7所述的一种防绕击避雷针自动装卸机器人，其特征是，电机驱动芯片包括驱动行走电机的驱动芯片、驱动装卸电机的驱动芯片和驱动压紧电机的驱动芯片。9.如权利要求8所述的一种防绕击避雷针自动装卸机器人，其特征是，所述视频监控装置与图传模块相连，所述的图传模块固定在控制箱内与固定在控制箱上的图传天线相连；图传模块将防绕击避雷针的安装情况以视频形式实时传至图传接收箱，所述的图传接收箱与主控MCU相连。10.利用权利要求9所述的防绕击避雷针自动装卸机器人装卸防绕击避雷针的方法，其特征在于，防绕击避雷针安装方法，具体步骤为: 1)将防绕击避雷针自动装卸机器人杆塔一侧架空线缆上； 2)将防绕击避雷针放置在机器人前端托盘上，遥控器控制机器人与防绕击避雷针完成对接； 3)遥控机器人行走至防绕击避雷针安装地点； 4)启动装卸电机将防绕击避雷针锁紧在线缆上； 5)完成安装后遥控机器人行驶回杆塔处，放置防绕击避雷针重复上述步骤安装，至全部安装完成，取下机器人； 防绕击避雷针拆卸方法，具体步骤为: 1)将防绕击避雷针自动装卸机器人放置在防绕击避雷针安装侧的架空线缆上。 2)遥控器控制机器人沿线缆行走至防绕击避雷针安装处，通过视频监控装置观察完成与防绕击避雷针的对接； 3)启动装卸机构解除防绕击避雷针锁紧状态； 4)机器人携带防绕击避雷针至杆塔侧，取下防绕击避雷针； 5)重复上述步骤至防绕击避雷针拆除完成，取下机器人。
【文档编号】B25J5/00GK106002920SQ201610457985
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】郭锐, 贾永刚, 程志勇, 慕世友, 雍军, 李超英, 傅孟潮, 张哲 , 孟瑜, 李华东, 曹雷, 张峰, 贾娟, 仲亮
【申请人】国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东鲁能智能技术有限公司, 国家电网公司