本发明属于攀爬机器人技术领域，具体涉及一种电力铁塔机器人及其越障方法。
背景技术
高压输电线路是电力系统的动脉，其能否安全运行直接关系到供电的稳定性和可靠性。需要定期对输电线路杆塔及其附件进行检修和维护，以确保线路的安全可靠运行。
目前电力铁塔线路的检修、维护基本上采用人工攀登铁塔的方式，由检修人员携带相关设备完成电力铁塔的各项检修任务，这不仅大量消耗了检修人员的体力，影响工作效率，同时检修人员自身安全也有极大的隐患。随着高压和特高压的快速建设，电力铁塔修建的越来越高，科技人员设计了专门针对电力铁塔维修攀爬的机器人进行电力铁塔的检修、维护，以减轻工作人员的劳动强度，降低触电和高空坠落的危险，而且能在不影响供电的情况下进行带电作业，提高检修、维护的效率和质量。随着城市电网的不断扩大，越来越多的攀爬机器人被用于高空电力作业中，而复杂的电力铁塔攀爬状况就要求其具备一定的越障能力。
技术实现要素：
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的电力铁塔攀爬机器人及其越障方法解决了现有的电力铁塔攀爬基机器人攀爬过程中越障能力差的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种电力铁塔攀爬机器人，包括机械臂、机械爪、电机、连接件和安全钩；
所述机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和安全钩机械臂；
所述第一机械臂一端与第二机械臂一端通过连接件活动连接，另一端均活动连接有机械爪；
所述电机包括第一电机和第二电机，且分别设置于第一机械臂和第二机械臂连接有机械爪的一端，并均与所述两个机械爪连接；
所述第二机械臂表面固定连接安全钩机械臂的一端，所述安全钩机械臂的另一端与安全钩活动连接。
进一步地，所述电力铁塔攀爬机器人还包括摄像头和数据处理控制模块；
所述第一机械臂和第二机械臂均包括机械臂外壳、机械臂支架和姿态传感器，所述机械臂支架和姿态传感器均设置于机械臂外壳内部，所述姿态传感器与数据处理控制模块通信连接；
所述摄像头设置于第二机械臂连接有机械爪的一端端部，所述数据处理模块设置于第二机械臂上机械臂外壳内部，且与摄像头通信连接；
所述第一机械臂还包括丝杠和臂部电机，所述丝杠和臂部电机均设置于第一机械臂的机械臂外壳内部，所述臂部电机与丝杠连接。
进一步地，所述连接件包括螺栓和弧形传动杆；
所述第一机械臂和第二机械臂未连接机械爪的一端端部通过螺栓活动连接，所述弧形传动杆一端与第二机械臂上的机械臂支架上的支撑轴固定连接，其另一端与第一机械臂上的丝杠活动连接。
进一步地，两个所述机械爪均为v型结构，且其内部设置有电磁铁。
一种电力铁塔攀爬机器人的越障方法，包括以下步骤：
s1、通过摄像头采集电力铁塔实时图像；
s2、根据采集的实时图像，通过机器视觉技术，判断是否有攀爬障碍；若否，则进行正常电力铁塔攀爬并返回步骤s1；是则确定攀爬障碍类型并进入步骤s3；
s3、根据攀爬障碍类型，选择正确的越障方法；
s4、攀爬至目标位置，自动系挂安全绳。
进一步地，所述步骤s2中，正常电力铁塔攀爬采用蠕动式的运动方式攀爬。
进一步地，所述步骤s2中攀爬障碍类型包括带铆钉的长加固板、带铆钉的短加固板和主材横材连接段。
进一步地，
所述步骤s3中攀爬故障类型为带铆钉的长加固板时，所述攀爬机器人的越障方法具体为：
a1、通过正常电力铁塔攀爬方法，使第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动至带铆钉的长加固板的一端并固定在此位置，第一机械臂移动至靠近第二机械臂的最近位置；
a2、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展至最大，使第二机械臂跨过至带铆钉的长加固板另一端；
a3、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧，使第一机械臂移动至靠近带铆钉的长加固板的一端；
a4、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展至最大，使第二机械臂沿主材向前移动一定距离；
a5、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧至最小，使第一机械臂跨过带铆钉的长加固板移动至长加固板的另一端，完成越障；
所述步骤s3中攀爬故障类型为带铆钉的短加固板时，所述攀爬机器人的越障方法具体为：
b1、通过正常电力铁塔攀爬方法，使第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动至带铆钉的短加固板的一端并固定在此位置，第一机械臂移动至靠近第二机械臂的最近位置；
b2、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展至最大，使第二机械臂跨过带铆钉的短加固板，并距离加固板的一端一定距离；
b3、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧至最小，使第一机械臂跨过带铆钉的短加固板，完成越障；
所述步骤s3中攀爬故障类型为主材横材连接段时，所述攀爬机器人的越障方法具体为：
c1、通过正常电力铁塔攀爬方法，使第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下，进行协调运动至主材与横材连接段的一侧并固定在此位置，第一机械臂移动至靠近第二机械臂的最近位置；
c2、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展，使第二机械臂跨过主材的一端，移动至主材与横材连接段之间；
c3、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧，使第一机械臂移动至主材与横材连接段的一侧；
c4、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展，使第二机械臂移动至主材与横材连接段的另一侧；
c5、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧，使第一机械臂移动至主材与横材连接段之间；
c6、固定第一机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展，使第二机械臂沿主材向前移动一定距离；
c7、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧至最小，使第一机械臂移动至主材与横材连接段的另一侧，完成越障。
进一步地，所述步骤s4具体为：
攀爬机器人攀爬至目标位置时，安全钩机械臂将安全钩挂至目标位置，安全钩与安全钩机械臂之间通过安全绳连接，进而将安全绳系挂至目标位置。
进一步地，所述第一机械臂和第二机械臂连接的两个所述机械爪可移动的距离范围为350mm～1250mm。
本发明的有益效果为：本发明提供的电力铁塔攀爬机器人通过摄像头采集实时图像信息利用机器视觉对电力铁塔攀爬障碍进行识别，使攀爬机器人能够面对不同的攀爬障碍选择不同的攀爬方式，以适应复杂的电力铁塔结构，及时将安全绳系挂在目标位置，以符合安全绳高挂低用的使用原则，保障了后续工作人员的作业安全。
附图说明
图1为本发明提供的实施例中电力铁塔攀爬机器人结构示意图。
图2为本发明提供的实施例中电力铁塔攀爬机器人的越障方法流程图。
图3为本发明提供的实施例中电力铁塔攀爬机器人正常电力铁塔攀爬步态示意图。
图4为本发明提供的实施例中电力铁塔攀爬机器人跨越带铆钉的长加固板的越障步态示意图。
图5为本发明提供的实施例中电力铁塔攀爬机器人跨越带铆钉的短加固板的越障步态示意图。
图6为本发明提供的实施例中电力铁塔攀爬机器人跨越主材与横材连接段的越障步态示意图。
其中：1、机械臂外壳；2、机械爪；3、安全钩；4、安全钩机械臂；5、机械臂支架；6、丝杠；7、臂部电机；8、第一电机；9、电磁铁；10、弧形传动杆；11、螺栓。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，机械臂、机械爪2、电机、连接件和安全钩3；机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和安全钩机械臂4；第一机械臂一端与第二机械臂一端通过连接件活动连接，另一端均活动连接有机械爪2；电机包括第一电机8和第二电机，且分别设置于第一机械臂和第二机械臂连接有机械爪2的一端，并均与两个机械爪2连接；两个机械爪2均为v型结构，且其内部设置有电磁铁9，便于快速使攀爬机器人固定在电力铁塔上。第二机械臂表面固定连接安全钩机械臂4的一端，安全钩机械臂4的另一端与安全钩3活动连接，安全钩3与安全钩机械臂4之间通过较长的安全绳连接，可以通过安全钩机械臂4将安全钩4钩住电力铁塔上的目标位置，进而系挂安全绳，便于工作人员通过攀爬机器人系挂的安全绳攀爬电力铁塔进行检修工作，确保了工作人员的安全。
上述电力铁塔攀爬机器人还包括摄像头和数据处理控制模块；第一机械臂和第二机械臂均包括机械臂外壳1、机械臂支架5和姿态传感器，机械臂支架5和姿态传感器均设置于机械臂外壳1内部，姿态传感器与数据处理控制模块通信连接；摄像头设置于第二机械臂连接有机械爪2的一端端部，数据处理模块设置于第二机械臂上机械臂外壳1内部，且与摄像头通信连接；第一机械臂还包括丝杠6和臂部电机7，丝杠6和臂部电机7均设置于第一机械臂的机械臂外壳1内部，臂部电机7与丝杠6连接。
其中，连接件包括螺栓11和弧形传动杆10，第一机械臂和第二机械臂未连接机械爪2的一端端部通过螺栓11活动连接，弧形传动杆10一端与第二机械臂上的机械臂支架5上的支撑轴固定连接，其另一端与第一机械臂上的丝杠6活动连接。
上述摄像头用于实时采集攀爬机器人攀爬过程中的实时图像，并通过数据处理采集模块对采集图像进行处理，进而控制攀爬机器人的攀爬行为；数据处理控制模块中主控芯片的型号为omapl138；上述弧形传动杆10和姿态传感器调节攀爬机器人攀爬过程中机械臂的移动及测量其移动距离。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，还提供了电力铁塔攀爬机器人的越障方法，包括以下步骤：
s1、通过摄像头采集电力铁塔实时图像；
s2、根据采集的实时图像，通过机器视觉技术，判断是否有攀爬障碍；若否，则进行正常电力铁塔攀爬并返回步骤s1；是则确定攀爬障碍类型并进入步骤s3。
如图3所示，上述正常电力铁塔攀爬采用蠕动式的运动方式攀爬。
本发明提供的电力铁塔攀爬机器人，主要应用于110kv电力铁塔的攀爬，由于110kv电力铁塔的建造规格比较固定，其攀爬障碍类型包括带铆钉的长加固板、带铆钉的短加固板和主材横材连接段。
s3、根据攀爬障碍类型，选择正确的越障方法；
8.根据权利要求7的电力铁塔攀爬机器人的越障方法，其特征在于，
如图4所示，当攀爬故障类型为带铆钉的长加固板时，攀爬机器人的越障方法具体为：
a1、通过正常电力铁塔攀爬方法，使第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动至带铆钉的长加固板的一端并固定在此位置，第一机械臂移动至靠近第二机械臂的最近位置；
a2、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展至最大，使第二机械臂跨过至带铆钉的长加固板另一端；
a3、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧，使第一机械臂移动至靠近带铆钉的长加固板的一端；
a4、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展至最大，使第二机械臂沿主材向前移动一定距离；
a5、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧至最小，使第一机械臂跨过带铆钉的长加固板移动至长加固板的另一端，完成越障。
如图5所示，当攀爬故障类型为带铆钉的短加固板时，攀爬机器人的越障方法具体为：
b1、通过正常电力铁塔攀爬方法，使第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动至带铆钉的短加固板的一端并固定在此位置，第一机械臂移动至靠近第二机械臂的最近位置；
b2、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展至最大，使第二机械臂跨过带铆钉的短加固板，并距离加固板的一端一定距离；
b3、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧至最小，使第一机械臂跨过带铆钉的短加固板，完成越障。
如图6所示，当攀爬故障类型为主材横材连接段时，攀爬机器人的越障方法具体为：
c1、通过正常电力铁塔攀爬方法，使第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下，进行协调运动至主材与横材连接段的一侧并固定在此位置，第一机械臂移动至靠近第二机械臂的最近位置；
c2、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展，使第二机械臂跨过主材的一端，移动至主材与横材连接段之间；
c3、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧，使第一机械臂移动至主材与横材连接段的一侧；
c4、固定第一机械臂的机械爪，第二机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展，使第二机械臂移动至主材与横材连接段的另一侧；
c5、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧，使第一机械臂移动至主材与横材连接段之间；
c6、固定第一机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆扩展，使第二机械臂沿主材向前移动一定距离；
c7、固定第二机械臂的机械爪，第一机械臂在姿态传感器和弧形传动杆的作用下进行协调运动，弧形传动杆收紧至最小，使第一机械臂移动至主材与横材连接段的另一侧，完成越障。
从图4中可以看出，电力铁塔横材虽然和主材有连接，对于攀爬机器人的攀爬路径造成了一定的障碍，但并没有影响本发明提供的攀爬机器人继续向上攀爬。
s4、攀爬至目标位置，自动系挂安全绳。
攀爬机器人攀爬至目标位置时，安全钩机械臂将安全钩挂至目标位置，安全钩与安全钩机械臂之间通过安全绳连接，进而将安全绳系挂至目标位置。
在本发明的一个实施例中，第一机械臂和第二机械臂连接的两个机械爪可移动的距离范围为350mm～1250mm。
本发明的有益效果为：本发明提供的电力铁塔攀爬机器人通过摄像头采集实时图像信息利用机器视觉对电力铁塔攀爬障碍进行识别，使攀爬机器人能够面对不同的攀爬障碍选择不同的攀爬方式，以适应复杂的电力铁塔结构，及时将安全绳系挂在目标位置，以符合安全绳高挂低用的使用原则，保障了后续工作人员的作业安全。