一种爬行式圆钢避雷针状态检测机器人的制作方法

本实用新型涉及一种避雷针检测装置，具体是一种爬行式圆钢避雷针状态检测机器人，属于电力系统技术领域。

背景技术：

避雷针作为有效防止直击雷击的电力设备，对保护变电站内人身设备安全具有非常重要的作用。然而，避雷针在制造过程中可能会由于工艺问题使材料内部或表面存在沙眼、裂纹等缺陷，且在使用过程中由于经常会受到极端温度、强风载荷、雨水侵袭及电化学腐蚀等因素的影响，致使材料缺陷加重。尤其是对于变电站内广泛使用的圆钢避雷针，其每段间的焊接处或法兰连接处，更容易受到以上因素的影响而出现裂纹或发生锈蚀，若无法及时发现排查，则可能引发避雷针断裂、倒塌等严重事故，对变电站内人身、设备带来严重的安全隐患。近年来，国内变电站避雷针断裂、倒塌的事故时有发生，因此有必要对避雷针的结构状态进行有效检测。

对于220kV及以上电压等级的变电站，目前多采用独立避雷针及构架避雷针的方式，避雷针结构主要分为圆钢型和钢架型。钢架型避雷针还分为三棱、四棱、六棱钢架等，此类避雷针结构较为稳固，且易于人力攀爬，检测手段较为成熟；而圆钢避雷针因为高度及结构的原因，人力无法攀爬，也缺乏有效的检测手段，大多利用望远镜、无人机等设备对其表面状态进行定期巡视，不但难以直观有效获取状态信息，还耗费了大量人力物力，降低了工作效率。

技术实现要素：

基于上述原因，本实用新型的目的是提供一种爬行式圆钢避雷针状态检测机器人，在保障人身、设备安全的前提下，方便、直观、准确地获取避雷针表面状态信息，节约大量人力物力成本，提高工作效率。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术手段为：

一种爬行式圆钢避雷针状态检测机器人，包括中央支架，中央支架的中部设有通孔，其边缘设有导轨，导轨上设有可沿导轨滑动的检测模块；中央支架上固定安装有爬行机构，爬行机构对称设置于中央支架的上下面上，其包括一端连接爬行臂电机输出轴的爬行臂，爬行臂的另一端设有滚轮，爬行臂电机控制爬行臂在垂直于中央支架方向张合；爬行臂上安装有滚轮电机，滚轮电机与滚轮之间通过齿形带连接，滚轮电机驱动齿形带运动，齿形带带动滚轮运动。

所述检测模块包括沿导轨滑动的传动机构，传动机构上设有摄像头。

所述导轨为T型导轨，传动机构与T型导轨卡接，通过传动机构上的滚轮沿导轨滑动。

所述爬行臂分为设于中央支架上表面的上爬行臂和设于中央支架下表面的下爬行臂，上、下爬行臂均在各面设置三个，每面三个爬行臂构成三角形结构；爬行臂为可拆卸式。

所述每一面的三个爬行臂之间分别通过横向紧固弹簧连接，垂直于中央支架上下对称设置的爬行臂之间分别通过纵向紧固弹簧连接。

所述中央支架为圆形，其由两个半圆拼装构成。

所述机器人还包括遥控装置和上位机，遥控装置用于控制爬行机构运动，上位机用于控制检测模块运动。

所述中央支架上集成安装了微控制器、无线通讯模块和电源模块，爬行臂电机和滚轮电机上均安装有电机驱动卡，遥控装置通过无线通讯模块发送指令和接收反馈信号，微控制器接收到遥控装置的指令后将驱动信号发送给各电机驱动卡，电源模块采用锂电池给各模块供电。

所述检测模块还包括传动机构、安装于传动机构上的摄像头、微控制器、无线通讯模块和电源模块，传动机构上的电机安装有电机驱动卡，上位机通过无线通讯模块进行信号传输，微控制器接收到上位机的指令后将驱动信号发送给传动机构的电机驱动卡，驱动传动机构沿导轨滑动，电源模块采用锂电池给各模块供电；摄像头上集成了无线通讯模块，摄像头的信息采集和信息发送通过无线通讯模块与上位机建立连接。

所述微控制器采用STM32F103微控制器，无线通讯模块采用nRF24L01芯片，电源模块包括LM2576和MC34063集成电路。

本实用新型将圆钢避雷针穿过爬行式机器人的中央支架，通过电机驱动机器人的爬行机构沿避雷针上下移动，移动过程中能翻越避雷针上的法兰，再通过电机驱动检测模块沿避雷针进行360度移动，利用检测模块对避雷针的状态进行检测。与现有检测方式比较，不仅能节约人力物力，提高工作效率，还可以及时获取圆钢避雷针表面更加直观和清晰的状态信息，有效规避由于避雷针表面状态缺陷而可能引发的电力安全事故，保障电网运行安全。

以下通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述。

附图说明：

图1为本实用新型机器人主视结构示意图；

图2为本实用新型机器人俯视结构示意图；

图3为检测模块结构示意图；

图4为机器人爬行运动控制原理图；

图5为检测模块控制原理图。

具体实施方式：

结合图1至图5所示，一种爬行式圆钢避雷针状态检测机器人，包括圆形中央支架1，中央支架1的中部设有圆形通孔，避雷针13从圆形通孔中穿过，为方便机器人在各类避雷针13上安装，将中央支架1设计为两个半圆装配而成。中央支架1的边缘圆周上设有T型导轨2，导轨2上设有可沿导轨2滑动的检测模块，检测模块可沿中央支架1进行360°旋转，其主要用于对避雷针13的表面状态进行检测。本实施例中的检测模块主要由传动机构10和垂直固定于传动机构10上的摄像头9构成，传动机构10卡接于T型导轨2上，并通过其上的滚轮15沿导轨滑动。在中央支架1上还固定安装有爬行机构，爬行机构用于机器人沿避雷针13上下移动控制。爬行机构对称设置于中央支架1的上下面上，其主要包括固定安装于中央支架1上的爬行臂电机3，爬行臂电机3的输出轴连接爬行臂，爬行臂电机3用于控制爬行臂在垂直于中央支架1方向进行90°张合运动，其主要目的是在机器人移动的过程中遇到避雷针13上的法兰14或其他障碍物时，能够通过爬行臂的张合翻越障碍物。爬行臂的另一端设有滚轮5，爬行臂上安装有滚轮电机4，滚轮电机4与滚轮5之间通过齿形带6连接，滚轮电机4驱动齿形带6运动，齿形带6带动滚轮5沿避雷针13表面运动。机器人在安装使用时，其滚轮5与避雷针13表面接触，利用接触摩擦力实现机器人的稳定、匀速爬行，利用静止时电机的反向力矩，实现机器人与避雷针13的紧密依附。

为更好的实现机器人的稳定移动，以及方便爬行臂翻越障碍物，上述爬行臂分为设于中央支架1上表面的上爬行臂7和设于中央支架1下表面的下爬行臂8，上、下爬行臂均在各面设置三个，每面三个爬行臂构成三角形结构，使中央支架1呈水平状态沿避雷针13稳固移动。上述上下两组爬行臂均可以设计为可拆卸式，以便于机器人能够在各类避雷针13上安装。

进一步为了使爬行臂之间的连接更加稳固，在每一面的三个爬行臂之间分别通过横向紧固弹簧11连接，垂直于中央支架1且上下对称设置的爬行臂之间分别通过纵向紧固弹簧12连接。

具有上述结构的机器人其移动控制和检测方式控制可以采用多种形式，本实施例中采用远程无线控制形式实现，具体控制结构和方式为：对机器人检测模块的控制和机器人爬行机构的控制采用独立的两套控制结构，可由两个人配合完成，也可以一个人独立操作，两套独立的控制结构工作状态互不干扰，操作和维护更加简单。

其中，对检测模块的控制采用上位机远程控制方式，在检测模块上增设微控制器、无线通讯模块和电源模块，并在传动机构10中的电机上安装电机驱动卡。上位机通过无线通讯模块进行控制指令的发送，微控制器接收到上位机的指令后将驱动信号发送给传动机构10的电机驱动卡，从而驱动传动机构10沿T型导轨2滑动，电源模块采用锂电池给上述各模块供电。而摄像头9的信息采集及发送则直接通过集成在摄像头9内部的无线通讯模块与上位机建立连接，实现避雷针13表面状态的信息远程采集和图像的传输。

而对机器人爬行机构的控制采用手持式遥控装置实现，遥控装置包括ARM芯片及单片机，遥控装置上设置六个按键，分别为上行、下行、上爬行臂起、上爬行臂收、下爬行臂起、下爬行臂收，各按键的功能定义如下：

上行：驱动上下两组滚轮电机正转，实现机器人向上爬行；

下行：驱动上下两组滚轮电机反转，实现机器人向下爬行；

上爬行臂起：驱动上爬行臂电机正转，张开上爬行臂；

上爬行臂收：驱动上爬行臂电机反转，收起上爬行臂；

下爬行臂起：驱动下爬行臂电机正转，张开下爬行臂；

下爬行臂收：驱动下爬行臂电机反转，收起下爬行臂。

另外，在中央支架1上集成安装有微控制器、无线通讯模块和电源模块，爬行臂电机3和滚轮电机4上均安装有电机驱动卡，遥控装置通过无线通讯模块发送指令和接收反馈信号，微控制器接收到遥控装置的指令后将驱动信号发送给各电机驱动卡，电源模块采用锂电池给各模块供电。

上述检测模块和爬行机构中所使用的微控制器采用STM32F103微控制器，无线通讯模块采用nRF24L01芯片，电源模块包括LM2576和MC34063集成电路。

对机器人爬行机构的控制操作过程说明如下，以机器人上行为例加以说明：机器人安装固定并对各功能检测完毕后，按下遥控装置“上行”按钮后，上下两组爬行壁上的滚轮电机4同时正转，驱动机器人向上爬行，上爬行臂7上的滚轮5遇到法兰14无法继续上行时，遥控装置收到信号，此时按下“上爬行臂起”按钮，爬行臂电机3正转驱动上爬行臂7张开并达到限位，同时机器人由下爬行臂8上的滚轮5驱动缓慢上行，待上爬行臂7成功翻越法兰14后，下爬行臂8上的滚轮5接触到法兰14并发送信号，此时按下“上爬行臂收”按钮，爬行臂电机3反转驱动上爬行臂7收起，达到限位后按下“下爬行臂起”按钮，爬行臂电机3正转驱动下爬行臂8张开并达到限位，同时机器人由上爬行臂7上的滚轮5驱动缓慢上行，待下爬行臂8成功翻越法兰14且机器人持续上行一段时间后，按下“下爬行臂收”按钮，爬行臂电机3反转驱动下爬行臂8收起，达到限位，从而完成机器人翻越法兰14的过程。此过程中，需始终按下“上行”按钮，以提供机器人向上爬行的驱动力。机器人向下爬行及翻越过程与上述上行操作类似，不重复说明。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。