一种路面电缆井盖开合装置及其工作原理的制作方法

本发明创造属于电缆井盖开合领域，具体涉及了一种电缆领域井盖开合装置。

背景技术：

现有电缆井井盖开合技术，基本通过人工使用简单劳动工具进行。人员一般配2~4人，人员体格健壮且长期从事体力劳动者，工具的使用主要有撬棒、扁担、麻绳等。操作期间工具容易发生破损或人员操作不当，引起井盖掉落，造成人身伤害及井盖破损。传统操作方式：使用撬棒将井盖两侧的把手抬起，将麻绳一端固定在井盖的两侧把手上，另一端系在扁担上，通过2人（或4人）通过肩部和腰部力量合力抬起扁担，将井盖抬离电缆井，并步行将井盖抬至非施工区域。

中国公开专利号cn104477833a，公布日2015年04月01日，公开了一种电缆井盖起吊装置，旨在解决现有技术中开启电缆井盖比较浪费人力的问题。一种电缆井盖起吊装置，包括门架、两根相互平行且前后方向设置的导轨、四根分别设置在门架的四个角上且设置在两根导轨内的轮子、转接在门架上的杠杆、安装在杠杆一端且用于勾住电缆井盖的挂钩。本发明中设有门架和杠杆，通过杠杆的原理，在开启电缆井盖时，可以节省人力，而且可以保证工作人员的安全；当挂钩勾起电缆井盖后，通过轮子和导轨便于将电缆井盖移开和复位。

其不足之处在于，首先智能程度不够，会浪费很多人力，其次，在安全方面，容易造成侧滑，导致人员受伤和井盖破碎。

技术实现要素：

为了解决上述存在的安全程度低和智能化程度低的问题，本发明提出了一种高智能化、高效、安全的电缆井盖开合装置。

本发明创造解决其技术问题所采用的技术方案一种路面电缆井盖开合装置，包括电池包、支架，还包括：控制模块，与电池包电连接；机械臂，与控制模块电连接，与支架焊接；机械爪，与机械臂焊接；可锁死万向轮，与支架轴接；位置调杆，与控制模块电连接；传感器模块，与控制模块电连接；状态led灯，与控制模块电连接；机械爪包括：爪盘，与机械臂焊接；电磁锁，与控制模块电连接；锁头，与爪盘套接；充气垫，与爪盘卡接，与锁头套接；充气泵，与控制模块电连接。本发明创造将电缆井盖开合利用了传感器使得机械的智能程度提高，解放劳动力，减少了工作人员的体力劳动，同时考虑到电缆井盖的扶手问题，设计的机械爪中充气垫的使用可以防止井盖侧滑，增加了工作人员的安全性，同时也降低了，在移动过程中井盖的损坏率；在机械爪闭合方式上，放弃了电机驱动，采用了电磁锁，同时闭合的时候使用充气时充气垫的弹力将锁头带入锁槽内，然后电磁锁通电吸附牢固，充气之后，整个井盖把手完全被充气垫包裹，并且有很大的压力，在很大程度上避免了位置的滑动。led灯用来反映装置的工作状态和电池的电量。

作为优选，所述的传感器模块包括：1号摄像头，与控制模块电连接；2号摄像头，与控制模块电连接；1号红外线传感器，与控制模块电连接；2号红外线传感器，与控制模块电连接；按键，与控制模块电连接；气压传感器，与控制模块电连接；压力传感器，与控制模块电连接。

作为优选，所述的控制模块包括：数据采集模块，与传感器模块电连接；数据处理模块，与数据采集模块电连接；时钟单元，与数据采集模块、与数据处理模块和输出模块电连接；输出模块，与电磁锁、充气泵、液压机、1号电动机、2号电动机和状态led灯电连接。

作为优选，所述的机械臂包括：机械上臂，与支架焊接；机械下臂，与机械上臂套接，与机械爪焊接；液压机，与控制模块电连接；液压层，与机械上臂和机械下臂套接。

作为优选，所述的位置调杆包括：位置调杆主动杆，与控制模块电连接；位置调杆被动杆，与控制模块电连接。

作为优选，所述的位置调杆主动杆包括：主动杆杆套，与支架焊接；主动杆杆芯，与主动杆杆套套接，与机械臂顶接；主动杆杆锁，与主动杆杆套焊接；3号电动机，与控制模块电连接，控制主动杆杆芯伸缩；齿条，焊接在主动杆杆芯上。

作为优选，所述的位置调杆被动杆包括：被动杆杆套，与支架焊接；被动杆杆芯，与被动杆杆套套接，与机械臂顶接；被动杆杆锁，与被动杆杆套焊接；限位片，焊接在被动杆杆芯上；弹簧，与被动杆杆芯和被动杆杆套焊接。

作为优选，一种路面电缆井盖开合装置的工作原理，适用于如权利要求1所述的一种路面电缆井盖开合装置，包括以下步骤：s1：启动电缆井盖开合装置，初始化；s2：接收指令，开始运行；s3：电缆井盖开合装置，自动调整位置，抓起井盖然后将井盖放到指定位置；s4：重复s3的动作，直到完成任务。

作为优选，一种路面电缆井盖开合装置的工作原理，适用于所述的一种路面电缆井盖开合装置，包括以下步骤：s1：启动电缆井盖开合装置，初始化；s2：探测行驶路线；s3：电缆井盖开合装置，自动调整位置，抓起井盖然后将井盖放到指定位置；s4：重复s3的动作，直到完成任务。

作为优选，所述的s2包括以下子步骤：b1：接受到起始位置和终点位置；b2：探测直线距离，根据俩点直线距离划定路线探测区域，寻找最优运动路径，设俩点之间距离为x，如果俩点之间距离超过50米，那么探测区域为，宽50米，长x的矩形内进行路径寻找；如果俩点间的距离小于等于50米，那么探测区域为宽x米，长x米的正方形，在这个区域内寻找最优路径；b3:在寻找路径中，对寻找方式进行规划，起寻找路径所用的规划方式依据探测摄像头进行安排和划分；设探测摄像头的最清晰的视野宽度为b，摄像头的视宽角度为a，摄像头最远清晰长度为l，所以b=2lsin（a/2）；b4：所以探查路线次数为：当俩点间距离小于50米的时候，来回总次数为x/（2b），从距离边界b米的地方开始探查；如果俩点间距离大于50米，来回总次数为50/（2b），从距离边界b米的地方开始探查；在探查的时候，摄像头拍摄图片；b5：探查行驶区域后，对路径进行筛选，在筛选的时候，将路径分为直线路径和曲线路径；b6：根据地面平整程度判断是否有直线路径，判断依据为是否有可构成相距为车轮间宽的俩条平行且无明显凹凸的直线路径，要求路径宽度至少为10cm，如果有，将路径列举出来，跳转b7；如果没有，跳转b9；b7：根据采集到的图片中的颜色判断路劲的土地坚硬度，分为松软的土地、马路和坚硬的土地；b8：如果有马路，则选择马路中行驶距离最短的；如果没有马路，有坚硬的土地，则选择坚硬的土地中行驶路径最短的；如果没有马路和坚硬的土地，之后松软的土地，需要对松软的土地进行抗压测试，测试是否可以承受装载了电缆井盖的装置的轮子的压力，如果有，则选择抗压的并且行驶距离最短的；如果没有，跳转b9；b9：根据地面平整程度判断是否有曲线道路，判断依据为是否有可构成相距为车论间宽的俩条平行且无明显凹凸的曲线路径，如果有，将路径列举，并跳转b10，如果没有，跳转b12;b10:根据采集到的图片中的颜色判断路劲的土地坚硬度，分为松软的土地和坚硬的土地；b11：如果有坚硬的土地，则选择坚硬的土地中行驶路径最短的；如果没有坚硬的土地，之后松软的土地，需要对松软的土地进行抗压测试，测试是否可以承受装载了电缆井盖的装置的轮子的压力，如果有，则选择抗压的并且行驶距离最短的；如果没有，跳转b12；b12：报告工作人员，此起始点无法执行作业，请重新规划起始点，并跳转b1。

作为优选，所说的s3包括以下子步骤：a1：接收到指令，判断是否有新指令输入，如果有判断指令，则判断指令，如果指令是开井盖，跳转a2，如果指令是盖井盖，跳转a6；如果没有新指令，则判定原有指令；如果发现任务已经执行完成，停止工作；a2：路面电缆井盖开合装置实用1号摄像头，观察周围情况，移动到指定位置，通过1号红外传感器和2号红外传感器进行位置校准；a3：通过2号摄像头，确认机械爪和把手之间的位置关系，机械手下降是否可以抓的到把手，将机械手进行左右调整，将路面电缆井盖开合装置进行前后移动调整；a4：位置调整之后，机械臂中液压油抽出，机械下臂缓缓下降，使得把手进入到机械爪中，然后控制模块控制充气泵对充气垫进行充气，在充气垫的带动下，使得锁头缓缓的到达电磁锁位置，电磁锁通电将锁头锁死，然后继续充气，最后充气垫将把手抱紧，防止电缆井盖侧滑；a5：气压传感器检测充气垫内气压，达到标准后，停止充气，然后液压机将液压油从液压层压入，使机械下臂缓缓上升，将电缆井盖提起，然后移动到指定地点，将井盖放下，在放下的时候，液压油缓缓抽出，机械下臂下降，当井盖落地后，由于液压油还在抽出，所以安装在机械下臂的压力传感器压力消失，判定井盖已经落地，然后充气泵给充气垫放气，电磁锁断电，在充气垫的带动下，锁头回缩，然后将机械爪提起，完成井盖的开启，跳转a1；a6：路面电缆井盖开合装置实用1号摄像头，观察周围情况，移动到指定位置，通过2号摄像头，确认机械爪和把手之间的位置关系，机械手下降是否可以抓的到把手，将机械手进行左右调整，将路面电缆井盖开合装置进行前后移动调整；a7：位置调整之后，机械臂中液压油抽出，机械下臂缓缓下降，使得把手进入到机械爪中，然后控制模块控制充气泵对充气垫进行充气，在充气垫的带动下，使得锁头缓缓的到达电磁锁位置，电磁锁通电将锁头锁死，然后继续充气，最后充气垫将把手抱紧，防止电缆井盖侧滑；a8：气压传感器检测充气垫内气压，达到标准后，停止充气，然后液压机将液压油从液压层压入，使机械下臂缓缓上升，将电缆井盖提起，然后移动到指定地点；a9：通过1号红外传感器和2号红外传感器进行位置校准，然后将井盖放下，在放下的时候，液压油缓缓抽出，机械下臂下降，当井盖落地后，由于液压油还在抽出，所以安装在机械下臂的压力传感器压力消失，判定井盖已经落地，然后充气泵给充气垫放气，电磁锁断电，在充气垫的带动下，锁头回缩，然后将机械爪提起，完成井盖的闭合，跳转a1。

本发明创造有益效果：本发明创造将电缆井盖开合利用了传感器使得机械的智能程度提高，解放劳动力，减少了工作人员的体力劳动，同时考虑到电缆井盖的扶手问题，设计的机械爪中充气垫的使用可以防止井盖侧滑，增加了工作人员的安全性，同时也降低了，在移动过程中井盖的损坏率；在机械爪闭合方式上，放弃了电机驱动，采用了电磁锁，同时闭合的时候使用充气时充气垫的弹力将锁头带入锁槽内，然后电磁锁通电吸附牢固，充气之后，整个井盖把手完全被充气垫包裹，并且有很大的压力，在很大程度上避免了位置的滑动。led灯用来反映装置的工作状态和电池的电量。摄像头用来确机械爪的位置是否已经抓到把手；气压传感器用来检测充气垫内气压的情况；压力传感器安装在机械下臂中，用来检测在下放井盖的时候，井盖是否已经放入坑槽内。在工作的时候，液压油从液压层进入机械上臂和机械下臂交合的地方，然后用将机械下臂顶起，在防落的时候，液压油缓缓抽出，使得机械下臂下降，当压力传感器不受压力时，可以确定井盖已经放到了底了。

附图说明

图1：电缆井盖开合装置结构图

图2：机械臂结构示意图

图3：位置调杆主动杆结构示意图

图4：位置调杆被动杆结构示意图

图中：1、支架，2、机械上臂，3、机械下臂，4、充气垫，5、电磁锁，6、锁头，7、可锁死万向轮，8、液压层，9、机械爪，10、位置调杆主动杆，11、位置调杆被动杆，12、主动杆杆锁，13、齿条，14、主动杆杆套，15、主动杆杆芯，16、弹簧，17、被动杆杆锁，18、限位片，19、被动杆杆芯，20、被动杆杆套。

具体实施方式

实施例

本发明创造解决其技术问题所采用的技术方案一种路面电缆井盖开合装置，包括电池包、支架1，还包括：控制模块，与电池包电连接；机械臂，与控制模块电连接，与支架1焊接；机械爪9，与机械臂焊接；可锁死万向轮7，与支架1轴接；位置调杆，与控制模块电连接；传感器模块，与控制模块电连接；状态led灯，与控制模块电连接；机械爪9包括：爪盘，与机械臂焊接；电磁锁5，与控制模块电连接；锁头6，与爪盘套接；充气垫4，与爪盘卡接，与锁头6套接；充气泵，与控制模块电连接。本发明创造将电缆井盖开合利用了传感器使得机械的智能程度提高，解放劳动力，减少了工作人员的体力劳动，同时考虑到电缆井盖的扶手问题，设计的机械爪9中充气垫4的使用可以防止井盖侧滑，增加了工作人员的安全性，同时也降低了，在移动过程中井盖的损坏率；在机械爪9闭合方式上，放弃了电机驱动，采用了电磁锁5，同时闭合的时候使用充气时充气垫4的弹力将锁头6带入锁槽内，然后电磁锁5通电吸附牢固，充气之后，整个井盖把手完全被充气垫4包裹，并且有很大的压力，在很大程度上避免了位置的滑动。led灯用来反映装置的工作状态和电池的电量。

所述的传感器模块包括：1号摄像头，与控制模块电连接；2号摄像头，与控制模块电连接；1号红外线传感器，与控制模块电连接；2号红外线传感器，与控制模块电连接；按键，与控制模块电连接；气压传感器，与控制模块电连接；压力传感器，与控制模块电连接。

所述的控制模块包括：数据采集模块，与传感器模块电连接；数据处理模块，与数据采集模块电连接；时钟单元，与数据采集模块、与数据处理模块和输出模块电连接；输出模块，与电磁锁5、充气泵、液压机、1号电动机、2号电动机和状态led灯电连接。

所述的机械臂包括：机械上臂2，与支架1焊接；机械下臂3，与机械上臂2套接，与机械爪9焊接；液压机，与控制模块电连接；液压层8，与机械上臂2和机械下臂3套接。

所述的位置调杆包括：位置调杆主动杆10，与控制模块电连接；位置调杆被动杆11，与控制模块电连接。

所述的位置调杆主动杆10包括：主动杆杆套14，与支架1焊接；主动杆杆芯15，与主动杆杆套14套接，与机械臂顶接；主动杆杆锁12，与主动杆杆套14焊接；3号电动机，与控制模块电连接，控制主动杆杆芯15伸缩；齿条13，焊接在主动杆杆芯15上。

所述的位置调杆被动杆11包括：被动杆杆套20，与支架1焊接；被动杆杆芯19，与被动杆杆套20套接，与机械臂顶接；被动杆杆锁17，与被动杆杆套20焊接；限位片18，焊接在被动杆杆芯19上；弹簧16，与被动杆杆芯19和被动杆杆套20焊接。

作为优选，一种路面电缆井盖开合装置的工作原理，适用于所述的一种路面电缆井盖开合装置，包括以下步骤：s1：启动电缆井盖开合装置，初始化；s2：探测行驶路线；s3：电缆井盖开合装置，自动调整位置，抓起井盖然后将井盖放到指定位置；s4：重复s3的动作，直到完成任务。

作为优选，所述的s2包括以下子步骤：b1：接受到起始位置和终点位置；b2：探测直线距离，根据俩点直线距离划定路线探测区域，寻找最优运动路径，设俩点之间距离为x，如果俩点之间距离超过50米，那么探测区域为，宽50米，长x的矩形内进行路径寻找；如果俩点间的距离小于等于50米，那么探测区域为宽x米，长x米的正方形，在这个区域内寻找最优路径；b3:在寻找路径中，对寻找方式进行规划，起寻找路径所用的规划方式依据探测摄像头进行安排和划分；设探测摄像头的最清晰的视野宽度为b，摄像头的视宽角度为a，摄像头最远清晰长度为l，所以b=2lsin（a/2）；b4：所以探查路线次数为：当俩点间距离小于50米的时候，来回总次数为x/（2b），从距离边界b米的地方开始探查；如果俩点间距离大于50米，来回总次数为50/（2b），从距离边界b米的地方开始探查；在探查的时候，摄像头拍摄图片；b5：探查行驶区域后，对路径进行筛选，在筛选的时候，将路径分为直线路径和曲线路径；b6：根据地面平整程度判断是否有直线路径，判断依据为是否有可构成相距为车轮间宽的俩条平行且无明显凹凸的直线路径，要求路径宽度至少为10cm，如果有，将路径列举出来，跳转b7；如果没有，跳转b9；b7：根据采集到的图片中的颜色判断路劲的土地坚硬度，分为松软的土地、马路和坚硬的土地；b8：如果有马路，则选择马路中行驶距离最短的；如果没有马路，有坚硬的土地，则选择坚硬的土地中行驶路径最短的；如果没有马路和坚硬的土地，之后松软的土地，需要对松软的土地进行抗压测试，测试是否可以承受装载了电缆井盖的装置的轮子的压力，如果有，则选择抗压的并且行驶距离最短的；如果没有，跳转b9；b9：根据地面平整程度判断是否有曲线道路，判断依据为是否有可构成相距为车论间宽的俩条平行且无明显凹凸的曲线路径，如果有，将路径列举，并跳转b10，如果没有，跳转b12;b10:根据采集到的图片中的颜色判断路劲的土地坚硬度，分为松软的土地和坚硬的土地；b11：如果有坚硬的土地，则选择坚硬的土地中行驶路径最短的；如果没有坚硬的土地，之后松软的土地，需要对松软的土地进行抗压测试，测试是否可以承受装载了电缆井盖的装置的轮子的压力，如果有，则选择抗压的并且行驶距离最短的；如果没有，跳转b12；b12：报告工作人员，此起始点无法执行作业，请重新规划起始点，并跳转b1。

作为优选，所说的s3包括以下子步骤：a1：接收到指令，判断是否有新指令输入，如果有判断指令，则判断指令，如果指令是开井盖，跳转a2，如果指令是盖井盖，跳转a6；如果没有新指令，则判定原有指令；如果发现任务已经执行完成，停止工作；a2：路面电缆井盖开合装置实用1号摄像头，观察周围情况，移动到指定位置，通过1号红外传感器和2号红外传感器进行位置校准；a3：通过2号摄像头，确认机械爪和把手之间的位置关系，机械手下降是否可以抓的到把手，将机械手进行左右调整，将路面电缆井盖开合装置进行前后移动调整；a4：位置调整之后，机械臂中液压油抽出，机械下臂缓缓下降，使得把手进入到机械爪中，然后控制模块控制充气泵对充气垫进行充气，在充气垫的带动下，使得锁头缓缓的到达电磁锁位置，电磁锁通电将锁头锁死，然后继续充气，最后充气垫将把手抱紧，防止电缆井盖侧滑；a5：气压传感器检测充气垫内气压，达到标准后，停止充气，然后液压机将液压油从液压层压入，使机械下臂缓缓上升，将电缆井盖提起，然后移动到指定地点，将井盖放下，在放下的时候，液压油缓缓抽出，机械下臂下降，当井盖落地后，由于液压油还在抽出，所以安装在机械下臂的压力传感器压力消失，判定井盖已经落地，然后充气泵给充气垫放气，电磁锁断电，在充气垫的带动下，锁头回缩，然后将机械爪提起，完成井盖的开启，跳转a1；a6：路面电缆井盖开合装置实用1号摄像头，观察周围情况，移动到指定位置，通过2号摄像头，确认机械爪和把手之间的位置关系，机械手下降是否可以抓的到把手，将机械手进行左右调整，将路面电缆井盖开合装置进行前后移动调整；a7：位置调整之后，机械臂中液压油抽出，机械下臂缓缓下降，使得把手进入到机械爪中，然后控制模块控制充气泵对充气垫进行充气，在充气垫的带动下，使得锁头缓缓的到达电磁锁位置，电磁锁通电将锁头锁死，然后继续充气，最后充气垫将把手抱紧，防止电缆井盖侧滑；a8：气压传感器检测充气垫内气压，达到标准后，停止充气，然后液压机将液压油从液压层压入，使机械下臂缓缓上升，将电缆井盖提起，然后移动到指定地点；a9：通过1号红外传感器和2号红外传感器进行位置校准，然后将井盖放下，在放下的时候，液压油缓缓抽出，机械下臂下降，当井盖落地后，由于液压油还在抽出，所以安装在机械下臂的压力传感器压力消失，判定井盖已经落地，然后充气泵给充气垫放气，电磁锁断电，在充气垫的带动下，锁头回缩，然后将机械爪提起，完成井盖的闭合，跳转a1。

本发明创造将电缆井盖开合利用了传感器使得机械的智能程度提高，解放劳动力，减少了工作人员的体力劳动，同时考虑到电缆井盖的扶手问题，设计的机械爪9中充气垫4的使用可以防止井盖侧滑，增加了工作人员的安全性，同时也降低了，在移动过程中井盖的损坏率；在机械爪9闭合方式上，放弃了电机驱动，采用了电磁锁5，同时闭合的时候使用充气时充气垫4的弹力将锁头6带入锁槽内，然后电磁锁5通电吸附牢固，充气之后，整个井盖把手完全被充气垫4包裹，并且有很大的压力，在很大程度上避免了位置的滑动。led灯用来反映装置的工作状态和电池的电量。摄像头用来确机械爪9的位置是否已经抓到把手；气压传感器用来检测充气垫4内气压的情况；压力传感器安装在机械下臂3中，用来检测在下放井盖的时候，井盖是否已经放入坑槽内。在工作的时候，液压油从液压层8进入机械上臂2和机械下臂3交合的地方，然后用将机械下臂3顶起，在防落的时候，液压油缓缓抽出，使得机械下臂3下降，当压力传感器不受压力时，可以确定井盖已经放到了底了。

在工作的时候，将设备运输到工作地点，然后工作人员给予设备开盖或者合盖的指令，为了设备可以更好的校准位置，需要工作人员在井盖周边铺设反光材料，用于设备红外线传感器进行位置校准；在被动杆杆锁17和主动杆杆锁12中，采用弹簧16和电动机的结构完成对锁头6的操控，被动杆杆锁17的锁头6在锁止的时候可以插入限位片18中，主动杆杆锁12的锁头6在锁止的时候可以插入齿条13中，防止设备在搬动井盖的过程中，因为路面不平整摇晃导致井盖和设备的重心偏移，最后侧翻的情况；在调整好位置之后，被动杆杆锁17的锁头6和主动杆杆锁12的锁头6就分别插入到限位片18和齿条13中，将被动杆杆芯19和主动杆杆芯15锁死，不会发生偏移；当需要调整位置的时候，控制模块控制被动杆杆锁17和主动杆杆锁12内部的电机通电将锁头6拉起，然后进行位置调整，调整结束后，电机反转，在弹簧16的作用下，锁头6下落，将被动杆杆芯19和主动杆杆芯15锁死。状态led灯可以用来显示设备的工作状态也可以用来显示电池包内电量的问题。