输电线路砍树辅助装置、系统及其控制方法与流程

本发明属于机器人智能控制技术，具体涉及一种输电线路砍树辅助装置、系统及其控制方法。

背景技术：

随着社会的发展，人们与电的联系更为紧密，电力的稳定可靠尤为重要。电力设备常因输电线路防护区两侧超高树木被强风刮倒或被雷电击倒，树木倒伏接触导线放电，甚至直接砸断电线造成供电线路跳闸，引发大范围停电事故，给人们生活和经济社会带来严重影响。不仅如此，一旦高压线路放电，倾倒的树木及其周围会带有高压电，如有人不慎闯入，还可能造成人员伤亡。因此，电力公司必须定期对廊道树障进行清理，砍除输电线路廊道内对电路运营安全构成威胁的树木，维护输电线路正常运行。而在实际的树障清理过程中，常需要人采用爬树或搭梯子的方式，将绳子栓在较高的树干上，控制树木倒下方向，避免砍伐树障时树倒向高压电线一侧或将人砸伤。但这种方式速度慢、效率低、清理人员劳动强度大，且容易发生触电、动物咬伤、高空坠落等安全事故。

为了解决以上问题，人们开发了一些砍树用的辅助工具。如公开号CN 205124571U公开的一种用于砍树的定向辅助保护工具，其包括支杆和半弧钢环组成，所述半弧钢环固定连接于支杆的前端，所述半弧钢环的内环上开设有多个锯齿。通过支杆与钢环的配合，能够提高固定位置，而且固定点受力集中，减少人员体力消耗，同时，半弧钢环的内环开设有锯齿，防止拉拽树木过程中在接触点产生滑动带来的不便，安全性大大提高。又如公开号CN 205161376U公开的一种绑树绳器，其包括勾体，挂钩，挂环，绳体，卡钉及接地棒；所述挂钩焊接于所述勾体尾部，所述挂环挂于挂钩上，所述绳体一端拴在挂环上，所述卡钉焊接于勾体上，所述接地棒与勾体头部固定连接。本实用新型可通过单人地面快速操作，实现360°对不同高度不同粗细树木进行绑绳，结构原理简单，带有良好实用性和控制功能，避免了在砍伐树木过程中作业人员的登高危险，是一种省时省力、安全高效的砍树辅助工具。又如公开号CN 203537943U公开的一种夹树钳，包括钳体，在钳体的前端设有夹合部，所述夹合部由两个半圆环形铁圈组成，在两个铁圈的前端分别设有向内的锯齿状刃口，两个铁圈的后端通过一螺钉连接在一起固定于钳体内；在钳体上与螺钉的对应位置设有凹槽，所述螺钉可在凹槽内上下移动；所述的钳体为一粗圆筒的一端焊接有两个细圆筒，所述夹合部位于钳体的粗圆筒一端；所述钳体的一个细圆筒内设有一挂钩，该挂钩的前端连接在上述螺钉上。

以上专利文献均存在以下缺点：

（1）不能实现远程控制，需要大量的人力对其进行操作控制，浪费人力物力且存在一定的安全隐患。

（2）不能实现自动初始化和判断是否到达指定位置。在使用过程不能自动判断是否到达初始位置或指定位置，并作出相应的调整。

（3）通用性和适用性差，使用存在局限性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种输电线路砍树辅助装置、系统及其控制方法，能在砍树时辅助控制树的倒下方向。

本发明所述的输电线路砍树辅助装置，包括：

支撑架，其上设有供牵引绳穿过的穿绳孔；

抱箍组件，其包括左抱箍和右抱箍，左抱箍和右抱箍均具有连接端和锁紧端，左抱箍和右抱箍的连接端分别与支撑架转动连接，左抱箍的锁紧端设有第一锁紧模块，右抱箍的锁紧端设有第二锁紧模块，左抱箍通过第一锁紧模块、第二锁紧模块与右抱箍相连接；

步进电机，固定安装在支撑架上；

传动机构，其包括滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母、连接套、第一连杆组件和第二连杆组件，所述滚珠丝杠的一端与步进电机的输出轴固定连接，滚珠丝杠螺母套设于滚珠丝杠上，将步进电机输出轴的旋转运动转变成滚珠丝杠螺母沿滚珠丝杠轴向的直线运动，在滚珠丝杠螺母上设有永磁铁，所述连接套套设在滚珠丝杠螺母上并与滚珠丝杠螺母固定连接，第一连杆组件的一端与连接套铰接，第一连杆组件的另一端与左抱箍的连接端的端部铰接，第二连杆组件的一端与连接套铰接，第二连杆组件的另一端与右抱箍的连接端的端部铰接；

控制器电路，用于检测滚珠丝杠螺母是否到达指定位置，并控制步进电机的启动、停止、转速和转向，该控制器电路与步进电机电连接。

所述控制器电路包括：

传感器模块，用于检测滚珠丝杠螺母是否到达指定位置；

电机驱动模块，用于驱动电机工作，该电机驱动模块与步进电机连接；

微控制器，用于接收和处理传感器模块所采集的数据以及外围设备所发送的控制指令，控制步进电机的转速和转向，该微控制器分别与传感器模块和电机驱动模块连接；

蓝牙通信模块，用于与外围设备建立蓝牙连接，该蓝牙通信模块与微控制器电连接；

显示模块，用于显示信息，该显示模块与微控制器电连接；

按键模块，用于向微控制器发送控制指令，该按键模块与微控制器电连接；

电源模块，用于对各个模块进行供电。

所述左抱箍通过两个止推轴承用连接螺栓与支撑架连接；

所述右抱箍通过两个止推轴承用连接螺栓与支撑架连接。

所述支撑架包括相对设置的第一支撑板和第二支撑板，固设在第一支撑板和第二支撑板之间的电机支架，以及设在止推轴承与第一支撑板之间，止推轴承与第二支撑板之间的调整垫块，所述调整垫块用于调整第一支撑板和第二支撑板之间的距离，各调整垫块、止推轴承一起通过连接螺栓与支撑架连接；

所述第一支撑板、第二支撑板以及各调整垫块上均设有穿绳孔，且各穿绳孔同心设置。

所述第一锁紧模块为与左抱箍一体设置的连接环；

所述第二锁紧模块为环扣，其包括环扣主体、环口挡块和连接销，所述环扣主体通过螺栓与右抱箍固定连接，环扣挡块通过连接销与环扣主体连接；

所述连接环能扣入环扣中。

所述第一连杆组件为两个连杆，两根连杆的一端均与连接套铰接，两根连杆的另一端均与左抱箍铰接；

所述第二连杆组件为两个连杆，两个连杆的一端均与连接套铰接，两个连杆的另一端与右抱箍铰接。

所述传感器模块采用霍尔传感器；根据永磁铁所产生的磁场判断滚珠丝杠螺母是否到达指定位置；

所述按键模块包括电源键、复位键、抱箍键、装置初始化键和停止键。

本发明所述的一种输电线路砍树辅助系统，包括本发明所述的输电线路砍树辅助装置；

还包括：

移动终端，用于向控制器电路发送控制指令，该移动终端与控制器电路建立无线通信连接。

还包括：

手持绝缘杆，用于将输电线路砍树辅助装置送至需要砍伐树干的合适位置，该手持绝缘杆的一端与输电线路砍树辅助装置旋接；

所述移动终端上设有：

用于发送停止指令的停止按键；

用于发送初始化指令的初始化按键；

用于发送抱箍指令的手动抱箍按键；

用于发送确认链接指令的确认链接按键。

本发明所述的一种输电线路砍树辅助系统的控制方法，采用本发明所述的输电线路砍树辅助系统，其控制方法包括以下步骤：

S1、准备动作

将牵引绳从上到下或从下到上穿过各穿绳孔；

S2、装置初始化

输电线路砍树辅助装置收到初始化命令后，传感器模块检测滚珠丝杠螺母是否在初始位置，若否，则输出反转时序信号，驱动步进电机使滚珠丝杠螺母回到初始位置，使左抱箍、右抱箍张开，实现装置初始化；

S3、将装置送至预定位置

将输电线路砍树辅助装置通过手持绝缘杆送至需要砍伐树干的合适位置，使所需抱箍的树干完全落入抱箍环内；

S4、抱箍操作

输电线路砍树辅助装置收到抱箍命令后，微控制器向电机驱动模块发送正转时序脉冲信号，步进电机正转，使滚珠丝杠螺母向前运动；当步进电机旋转至预设脉冲数时，则表示滚珠丝杠螺母已到达指定抱箍位置，此时抱箍已闭合，微控制器停止发送时序脉冲信号；

S5、移除手持绝缘杆

输电线路砍树辅助装置完成抱箍动作后，旋转手持绝缘杆使其与输电线路砍树辅助装置脱离，操作员在地面拉紧牵引绳，以实现控制树木倒下方向。

本发明具有以下优点：

（1）该装置能够免去人工爬树的繁琐，能够完成自动抱箍动作，减小安全隐患，工作效率高；

（2）该装置通过移动终端无线远程控制，其运动状态可调，便于地面人员操作；

（3）该装置具有携带方便，使用简单，通用性和适用性较强，且安全、可靠；

综上所述，本发明能够免去人工爬树绕绳的繁琐，提高了树障清理效率，降低了事故发生概率，保障了电路的正常运营。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a-图2c为本发明的运动过程示意图；

图3为本发明的局部示意图；

图4为步进电机、滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母及连接套的连接示意图；

图5为连杆与抱箍组件的连接示意图；

图6为第一锁紧模块与第二锁紧模块的连接示意图；

图7为穿绳方式示意图；

图8为控制器电路的原理框图；

图9为总体软件控制流程图；

图10为移动终端控制模式流程图；

图中，1.第一支撑板，2.第二支撑板，3.电机支架，4.步进电机，5.滚珠丝杠，6.滚珠丝杠螺母，7.连接套，8.紧定螺钉，9. 止推轴承，10.调整垫块，11.垫片，12. 连杆，13. 左抱箍，14. 右抱箍，15. 环扣主体，16.环扣挡块，17.连接销，18. 连接环，19. 永磁铁，20. 子母钉，21. 连接螺栓，22. 传感器模块，23. 按键模块，24. 电源模块，25. 微控制器，26. 显示模块，27. 蓝牙通讯模块，28. 移动终端，29. 电机驱动模块，30. 牵引绳，31. 穿绳孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述的输电线路砍树辅助装置，包括支撑架、抱箍组件、步进电机4、传动机构和控制器电路。

如图3所示，支撑架包括相对设置的第一支撑板1和第二支撑板2，通过螺栓固定在第一支撑板1和第二支撑板2之间的电机支架3，用于调整第一支撑板1和第二支撑板2之间的距离的调整垫块10，以及止推轴承9。调整垫块10的数量、大小根据实际情况确定，各调整垫块10、各止推轴承9通过连接螺栓21与支撑架连接。在第一支撑板1、第二支撑板2以及各调整垫块10上均设有供牵引绳30穿过的穿绳孔31，且各穿绳孔31同心设置。

如图5和图6所示，抱箍组件包括左抱箍13和右抱箍14，左抱箍13和右抱箍14均具有连接端和锁紧端，左抱箍13和右抱箍14的连接端分别与支撑架转动连接。本实施例中，所述左抱箍13通过两个止推轴承9用连接螺栓21与支撑架连接，两个止推轴承9分别贴紧在左抱箍13的两侧面；所述右抱箍14通过两个止推轴承9用连接螺栓21与支撑架连接；两个止推轴承9分别贴紧在右抱箍14的两侧面；将抱箍与调整垫块10之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小运动过程中的摩擦阻力。各调整垫块10与各止推轴承9一起通过连接螺栓21与第一支撑板1和第二支撑板2连接，一同起支撑连接作用。

如图6所示，在左抱箍13的锁紧端上设有第一锁紧模块，在右抱箍14的锁紧端上设有第二锁紧模块，左抱箍13通过第一锁紧模块、第二锁紧模块与右抱箍14相连接。所述第一锁紧模块为与左抱箍13一体设置的连接环18。所述第二锁紧模块为环扣，其包括环扣主体15、环口挡块和连接销17，所述环扣主体15通过螺栓与右抱箍14固定连接，环扣挡块16通过连接销17与环扣主体15连接，并形成转动副；连接环18能完全扣入环扣中。

如图3所示，所述步进电机4固定安装在支撑架上。

如图4和图5所示，所述传动机构包括滚珠丝杠5、滚珠丝杆螺母6、连接套7、第一连杆组件和第二连杆组件，所述滚珠丝杠5的一端与步进电机4的输出轴固定连接，滚珠丝杆螺母6套设于滚珠丝杠5上，将步进电机4输出轴的旋转运动转变成滚珠丝杆螺母6沿滚珠丝杠5轴向的直线运动，通过控制步进电机4转动圈数，即可准确控制滚珠丝杆螺母6的位置。在滚珠丝杆螺母6上设有永磁铁19。

本发明中，步进电机4可选用自带滚珠丝杠5的步进电机，此时，就不需再单独配置滚珠丝杠5了。

如图4所示，所述连接套7套设在滚珠丝杆螺母6上并通过紧定螺钉8与滚珠丝杆螺母6固定连接，在连接套7的左右两侧上各设有一个凸台，凸台上设有连接孔，用于与连杆12连接。第一连杆组件的一端与连接套7铰接，第一连杆组件的另一端与左抱箍13的连接端的端部铰接，第二连杆组件的一端与连接套7铰接，第二连杆组件的另一端与右抱箍14的连接端的端部铰接。

如图5所示，本实施例中，所述第一连杆组件为两个连杆12，两根连杆12分别置于左抱箍13的两侧，两根连杆12的一端均通过子母钉20与连接套7铰接，并形成转动副，两根连杆12的另一端均通过子母钉20与左抱箍13铰接，并形成转动副。所述第二连杆组件为两个连杆12，两根连杆12分别置于右抱箍14的两侧，两个连杆12的一端均通过子母钉20与连接套7铰接，并形成转动副，两个连杆12的另一端通过子母钉20与右抱箍14铰接，并形成转动副。在连杆12与其连接件之间均置有垫片11，用于调整连杆12高度。

如图8所示，所述控制器电路用于检测滚珠丝杆螺母6是否到达指定位置，并控制步进电机4的启动、停止、转速和转向，该控制器电路安装在所述步进电机4的外侧面，控制器电路与步进电机4电连接。控制器电路包括传感器模块22、电机驱动模块29、微控制器25、蓝牙通信模块27、显示模块26、按键模块23和电源模块24。其中：

传感器模块22采用霍尔传感器，其型号为HAL145，根据永磁铁19所产生的磁场判断滚珠丝杆螺母6是否到达指定位置。

电机驱动模块29用于驱动电机工作，该电机驱动模块29与步进电机4连接。

微控制器25（其型号为：STM32F407VET6）用于接收和处理传感器模块22所采集的数据以及外围设备所发送的控制指令，控制步进电机4的转速和转向，使步进电机4转动带动滚珠丝杠5转动实现抱箍功能，该微控制器25分别与传感器模块22和电机驱动模块29连接。

蓝牙通信模块27用于与外围设备建立蓝牙连接，该蓝牙通信模块27与微控制器25电连接。当蓝牙通信模块27接收到外围设备所发送的按键信息时，蓝牙通信模块27将按键信息传给微控制器25。

显示模块26为一个四位3461AS数码管，用于调试阶段实时显示步进电机4所接受的脉冲数，该显示模块26与微控制器25电连接。

按键模块23包括电源键、复位键、抱箍键、装置初始化键和停止键，用于向微控制器25发送控制指令，该按键模块23与微控制器25电连接。

电源模块24用于对各个模块进行供电。

本发明所述的输电线路砍树辅助系统，包括本发明所述的输电线路砍树辅助装置和移动终端28。移动终端28用于向控制器电路发送控制指令，以实现对输电线路砍树辅助装置的远程控制，该移动终端28与输电线路砍树辅助装置的控制器电路建立无线通信连接。

本发明所述的输电线路砍树辅助系统，还包括：手持绝缘杆（图中未示出），用于将输电线路砍树辅助装置送至需要砍伐树干的合适位置，该手持绝缘杆的一端与输电线路砍树辅助装置旋接。

所述移动终端28（比如：Android手机端）上设有四个按键，分别为用于发送停止指令的停止按键；用于发送初始化指令的初始化按键；用于发送抱箍指令的手动抱箍按键；用于发送确认链接指令的确认链接按键。Android手机端通过蓝牙与输电线路砍树辅助装置连接，用户通过Android手机端发送各项操作指令。首先将输电线路砍树辅助装置放置于所需绕线的树干外，利用Android手机端控制输电线路砍树辅助装置发送控制指令，输电线路砍树辅助装置接收到控制指令后，执行初始化和抱箍等动作。Android手机端控制模式软件控制流程图参见图10。

本发明中输电线路砍树辅助装置的步进电机4脉冲算法：砍树辅助装置在工作时，需要实现初始化和抱箍两个方面的功能。本发明通过控制步进电机4的转向和旋转角度实现砍树辅助装置的初始化和抱箍功能。具体实现方式如下：

（1）初始化功能：采用霍尔传感器检测磁场的原理，通过霍尔传感器检测贴附于滚珠丝杆螺母6上的永磁铁19所产生的强磁场，判断滚珠丝杆螺母6是否到达指定位置，完成初始化动作。采用霍尔传感器检测磁场的方式受环境影响小，提高了初始化的准确性。

（2）抱箍功能：通过控制步进电机4的转向和旋转角度，利用与步进电机4所连的滚珠丝杠5带动左抱箍13和右抱箍14运动，以实现抱箍动作。输电线路砍树辅助装置采用的步进电机4步进角为0.9°，滚珠丝杠5的导程为4mm，转动一周需要400次时序脉冲，输电线路砍树辅助装置完成抱箍动作时，处在初始化位置的滚珠丝杆螺母6需要沿滚珠丝杠5向抱环方向移动43.2mm，则微控制器25需要输出4320次脉冲。

如图9所示，本发明所述的一种输电线路砍树辅助系统的控制方法，采用本发明所述的输电线路砍树辅助系统，其控制方法包括以下步骤：

S1、准备动作

将牵引绳30从上到下或从下到上穿过各穿绳孔31；参见图7。

S2、装置初始化

输电线路砍树辅助装置收到初始化命令后，传感器模块22检测滚珠丝杆螺母6是否在初始位置，若否，则输出反转时序信号，驱动步进电机4使滚珠丝杆螺母6回到初始位置，使左抱箍13、右抱箍14张开（图2a所示），实现装置初始化。

S3、将装置送至预定位置

将输电线路砍树辅助装置通过手持绝缘杆送至需要砍伐树干的合适位置，使所需抱箍的树干完全落入抱箍环内。

S4、抱箍操作

输电线路砍树辅助装置收到抱箍命令后（即移动终端28通过蓝牙发送抱箍命令至输电线路砍树辅助装置的微控制器25），微控制器25向电机驱动模块29发送正转时序脉冲信号，步进电机4正转，使滚珠丝杆螺母6向前运动（图2b所示）；当步进电机4旋转至预设脉冲数时，则表示滚珠丝杆螺母6已到达指定抱箍位置，此时抱箍已闭合（图2c所示），微控制器25停止发送时序脉冲信号。

S5、移除手持绝缘杆

输电线路砍树辅助装置完成抱箍动作后，旋转手持绝缘杆使其与输电线路砍树辅助装置脱离，操作员在地面拉紧牵引绳30，以实现控制树木倒下方向。