本发明属于自动控制领域，涉及一种机器人上下线用自动吊钩及其控制系统和方法。
背景技术
进行架空输电线路受机械张力、电气闪络、绝缘老化影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤等隐患检测与维护作业的有力工具是输电线机器人，它可代替人工完成巡检、故障修复及清理等作业，显著提高巡线工作效率的同时还避免了人工作业的安全问题。目前，或由作业人员登上导线进行等电位操作完成机器人上下线作业，或利用云梯车将工作人员和带电作业机器人升至输电线路附近完成机器人上下线的作业方式，均存在劳动强度大，工作环境要求高，危险程度高的弊端。已经有人提出一些输电线机器人上下线装置，但结构和操作都比较复杂，一些方法甚至要求必须在停电的情况下进行操作，造成了巨大经济损失。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种机器人上下线用自动吊钩及其控制系统和方法，该吊钩及其控制系统和方法能够带动机器人进行上下线操作。
为达到上述目的，本发明所述的机器人上下线用自动吊钩包括箱体、第一弧形吊钩、第二弧形吊钩、用于检测第一弧形吊钩及第二弧形吊钩举升限位的光线遮断型光纤传感器以及用于检测输电线是否完全嵌入完全张开的第一弧形吊钩及第二弧形吊钩开口的光线遮断型输电线位置检测光纤传感器；其中，箱体内设置有驱动电机、第一驱动齿轮轴、同步齿形带、第二驱动齿轮轴、测控电路以及用于提供电能的电源系统，第一弧形吊钩的下端及第二弧形吊钩的下端嵌套于箱体内，轴穿过箱体的侧面、第一弧形吊钩下端的侧面及第二弧形吊钩下端的侧面，驱动电机的输出端经减速机与第一驱动齿轮轴相连接，第一弧形吊钩的底部设置有第一弧形齿轮，第二弧形吊钩的底部设置有第二弧形齿轮，第一驱动齿轮轴与第一弧形齿轮相啮合，第二驱动齿轮轴与第二弧形齿轮相啮合，同步齿形带绕过第一驱动齿轮轴及第二驱动齿轮轴，测控电路与驱动电机及光线遮断型光纤传感器及光线遮断型输电线位置检测光纤传感器相连接。
本发明所述的机器人上下线用自动吊钩的控制系统包括卷扬机、绝缘绳索及用于运载权机器人上下线用自动吊钩的无人机，其中，卷扬机锚固于机器人上，绝缘绳索的一端缠绕于升降卷扬机上，绝缘绳索的另一端固定于轴上。
本发明所述的机器人上下线用自动吊钩的控制方法包括以下步骤：
1)机器人到达上线位置后，则向无人机发送运送自动吊钩信号，无人机接收所述运送自动吊钩信号后，先夹持固定处于完全张开状态的自动吊钩，然后向机器人发送自动吊钩开始上线信号；
2)机器人接收所述自动吊钩开始上线信号后，则启动卷扬机，同时无人机开始向输电线上的吊钩锁定位置飞行，卷扬机伴随无人机升高飞行同步自动释放绝缘绳缆；
3)当无人机到达输电线上的吊钩锁定位置处时，则向测控电路发送自动吊钩到达输电线锁定位置信号，测控电路开启光线遮断型输电线位置检测光纤传感器，光线遮断型输电线位置检测光纤传感器自动检测输电线是否完全嵌入处于完全张开状态的第一弧形吊钩与第二弧形吊钩之间的开口中，当检测输电线嵌入到第一弧形吊钩与第二弧形吊钩之间的开口处时，则产生反馈信号给测控电路，当测控电路获得反馈信号时，则控制驱动电机闭锁第一弧形吊钩与第二弧形吊钩；
4)当测控电路检测到第一弧形吊钩与第二弧形吊钩锁闭完成后，则关闭驱动电机，并向无人机发送自动吊钩完成锁闭于输电线上的信号；
5)无人机接收到自动吊钩锁闭于输电线上的信号后，则释放夹持的自动吊钩向下运动，然后向机器人发送自动吊钩上线完成信号，机器人即可通过卷扬机完成机器人上线操作。
机器人通过卷扬机完成机器人上线操作的具体过程为：当所有自动吊钩完成上线后，机器人上线准备工作完成，机器人通过卷扬机回收绝缘绳缆完成机器人举升上线操作，直至机器人达到上线位置完成上线操作为止，机器人通过测控电路开启光线遮断型光纤传感器并准备接收到自动吊钩举升到位信号，当机器人夹持自动吊钩并举升到位后，测控电路通过光线遮断型光纤传感器获得自动吊钩举升到位信号时，则向机器人发送自动吊钩举升到位信号，然后向驱动电机发出张开闭锁的第一弧形吊钩及第二弧形吊钩的信号，同时关闭光线遮断型光纤传感器，直到测控电路收到第一弧形吊钩及第二弧形吊钩完全张开信号为止，测控电路向机器人发送自动吊钩完成回收准备信号，机器人收到自动吊钩完成回收准备信号后，机器人将自动吊钩回收入箱体中，完成一件自动吊钩的收纳工作，再重复上述步骤，直至所有自动吊钩完成收纳工作为止，实现机器人通过卷扬机完成机器人上线操作。
机器人通过卷扬机完成机器人下线操作的具体过程为：当机器人达到下线工位时，机器人夹持收纳的自动吊钩向上举升，并向自动吊钩发送下线信号，测控电路开启光线遮断型输电线位置检测光纤传感器，直至将输电线嵌入到第一弧形吊钩与第二弧形吊钩之间的开口处，测控电路向驱动电机发送锁闭第一弧形吊钩及第二弧形吊钩的信号，直到收到第一弧形吊钩及第二弧形吊钩完全锁闭信号为止，再发送自动吊钩完成输电线锁闭信号给机器人，机器人接收到自动吊钩完成输电线锁闭信号后，则释放夹持的自动吊钩，所有自动吊钩完成输电线锁闭信号后，启动卷扬机释放绝缘绳缆，以完成机器人的下线操作，当机器人到达地面指定位置时，卷扬机停止绝缘绳缆的释放，并向无人机发出机器人下线到位信号，无人机接收到机器人下线到位信号后，则飞行至箱体的下方，并向自动吊钩发送下线信号，然后夹持并举升自动吊钩，测控电路收到下线信号后，启动光线遮断型光纤传感器，直至光线遮断型光纤传感器检测到自动吊钩举升限位信号，然后测控电路发出打开吊钩指令，同时向无人机发送停止举升并保持静止的信号，测控电路根据所述打开吊钩指令控制驱动电机工作，驱动电机驱动第一弧形吊钩及第二弧形吊钩打开，第一弧形吊钩及第二弧形吊钩完全打开到位后，测控电路关闭驱动电机，测控电路然后向无人机及机器人发出自动吊钩离开输电线锁定工位信号，无人机接收到自动吊钩离开输电线锁定工位信号后，则携带自动吊钩向下运动，同时机器人接收到自动吊钩离开输电线锁定工位信号后，则控制卷扬机跟随无人机的下降速度同步回收绝缘绳缆，直至无人机下降到停机位置，机器人完成自动吊钩收纳为止。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的机器人上下线用自动吊钩及其控制系统和方法在具体操作时，利用无人机运输机器人上下线用自动吊钩至机器人上线位置，并将第一弧形吊钩及第二弧形吊钩悬挂于输电线上，然后通过卷扬机收缩绝缘绳缆吊起机器人，以实现机器人的上线操作，在机器人下线时，则通过卷扬机释放绝缘绳缆，以实现机器人的下线操作，操作简单、方便，自动化程度高，有效的降低机器人上下线时绝缘绳缆的承载应力，防止绝缘绳缆起重时由于重力而产生旋转效应，并且只需人工地面辅助，无需人工登塔上线作业，避免人工高危带电作业，精准性及可靠性较高，能够广泛应用于不同类型输电线机器人的上下线操作等高空作业中。
附图说明
图1为本发明中机器人上下线用自动吊钩的结构示意图；
图2为本发明中第一弧形吊钩2的结构示意图；
图3为本发明中驱动电机6与第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3的连接关系图；
图4为本发明中第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3打开后的结构示意图。
其中，1为箱体、2为第一弧形吊钩、3为第二弧形吊钩、4为转轴、21为第一驱动齿轮轴、22为第一弧形齿轮、23为同步齿形带、24为第二驱动齿轮轴、25为第二弧形齿轮、5为光线遮断型光纤传感器、6为驱动电机、7为减速机、8为测控电路、9为电源系统，10为光线遮断型输电线位置检测光纤传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1至图4所示，本发明所述的机器人上下线用自动吊钩包括箱体1、第一弧形吊钩2、第二弧形吊钩3、用于检测第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3举升限位的光线遮断型光纤传感器5以及用于检测输电线是否完全嵌入完全张开的第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3开口的光线遮断型输电线位置检测光纤传感器10；其中，箱体1内设置有驱动电机6、第一驱动齿轮轴21、同步齿形带23、第二驱动齿轮轴24、测控电路8以及用于提供电能的电源系统9，第一弧形吊钩2的下端及第二弧形吊钩3的下端嵌套于箱体1内，轴4穿过箱体1的侧面、第一弧形吊钩2下端的侧面及第二弧形吊钩3下端的侧面，驱动电机6的输出端经减速机7与第一驱动齿轮轴21相连接，第一弧形吊钩2的底部设置有第一弧形齿轮22，第二弧形吊钩3的底部设置有第二弧形齿轮25，第一驱动齿轮轴21与第一弧形齿轮22相啮合，第二驱动齿轮轴24与第二弧形齿轮25相啮合，同步齿形带23绕过第一驱动齿轮轴21及第二驱动齿轮轴24，测控电路8与驱动电机6及光线遮断型光纤传感器5及光线遮断型输电线位置检测光纤传感器10相连接。
本发明所述的机器人上下线用自动吊钩的控制系统包括卷扬机、绝缘绳索及用于运载机器人上下线用自动吊钩的无人机，其中，卷扬机锚固于机器人上，绝缘绳索的一端缠绕于升降卷扬机上，绝缘绳索的另一端固定于轴4上。
本发明所述的机器人上下线用自动吊钩的控制方法包括以下步骤：
1)机器人到达上线位置后，则向无人机发送运送自动吊钩信号，无人机接收所述运送自动吊钩信号后，先夹持固定处于完全张开状态的自动吊钩，然后向机器人发送自动吊钩开始上线信号；
2)机器人接收所述自动吊钩开始上线信号后，则启动卷扬机，同时无人机开始向输电线上的吊钩锁定位置飞行，卷扬机伴随无人机升高飞行同步自动释放绝缘绳缆；
3)当无人机到达输电线上的吊钩锁定位置处时，则向测控电路8发送自动吊钩到达输电线锁定位置信号，测控电路8开启光线遮断型输电线位置检测光纤传感器10，光线遮断型输电线位置检测光纤传感器10自动检测输电线是否完全嵌入处于完全张开状态的第一弧形吊钩2与第二弧形吊钩3之间的开口中，当检测输电线嵌入到第一弧形吊钩2与第二弧形吊钩3之间的开口处时，则产生反馈信号给测控电路8，当测控电路8获得反馈信号时，则控制驱动电机6闭锁第一弧形吊钩2与第二弧形吊钩3；
4)当测控电路8检测到第一弧形吊钩2与第二弧形吊钩3锁闭完成后，则关闭驱动电机6，并向无人机发送自动吊钩完成锁闭于输电线上的信号；
5)无人机接收到自动吊钩锁闭于输电线上的信号后，则释放夹持的自动吊钩向下运动，然后向机器人发送自动吊钩上线完成信号，机器人即可通过卷扬机完成机器人上线操作。
机器人通过卷扬机完成机器人上线操作的具体过程为：当所有自动吊钩完成上线后，机器人上线准备工作完成，机器人通过卷扬机回收绝缘绳缆完成机器人举升上线操作，直至机器人达到上线位置完成上线操作为止，机器人通过测控电路8开启光线遮断型光纤传感器5并准备接收到自动吊钩举升到位信号，当机器人夹持自动吊钩并举升到位后，测控电路8通过光线遮断型光纤传感器5获得自动吊钩举升到位信号时，则向机器人发送自动吊钩举升到位信号，然后向驱动电机6发出张开闭锁的第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3的信号，同时关闭光线遮断型光纤传感器5，直到测控电路8收到第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3完全张开信号为止，测控电路8向机器人发送自动吊钩完成回收准备信号，机器人收到自动吊钩完成回收准备信号后，机器人将自动吊钩回收入箱体中，完成一件自动吊钩的收纳工作，再重复上述步骤，直至所有自动吊钩完成收纳工作为止，实现机器人通过卷扬机完成机器人上线操作。
机器人通过卷扬机完成机器人下线操作的具体过程为：当机器人达到下线工位时，机器人夹持收纳的自动吊钩向上举升，并向自动吊钩发送下线信号，测控电路8开启光线遮断型输电线位置检测光纤传感器10，直至将输电线嵌入到第一弧形吊钩2与第二弧形吊钩3之间的开口处，测控电路8向驱动电机6发送锁闭第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3的信号，直到收到第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3完全锁闭信号为止，再发送自动吊钩完成输电线锁闭信号给机器人，机器人接收到自动吊钩完成输电线锁闭信号后，则释放夹持的自动吊钩，所有自动吊钩完成输电线锁闭信号后，启动卷扬机释放绝缘绳缆，以完成机器人的下线操作，当机器人到达地面指定位置时，卷扬机停止绝缘绳缆的释放，并向无人机发出机器人下线到位信号，无人机接收到机器人下线到位信号后，则飞行至箱体1的下方，并向自动吊钩发送下线信号，然后夹持并举升自动吊钩，测控电路8收到下线信号后，启动光线遮断型光纤传感器5，直至光线遮断型光纤传感器5检测到自动吊钩举升限位信号，然后测控电路8发出打开吊钩指令，同时向无人机发送停止举升并保持静止的信号，测控电路8根据所述打开吊钩指令控制驱动电机6工作，驱动电机6驱动第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3打开，第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3完全打开到位后，测控电路8关闭驱动电机6，测控电路8然后向无人机及机器人发出自动吊钩离开输电线锁定工位信号，无人机接收到自动吊钩离开输电线锁定工位信号后，则携带自动吊钩向下运动，同时机器人接收到自动吊钩离开输电线锁定工位信号后，则控制卷扬机跟随无人机的下降速度同步回收绝缘绳缆，直至无人机下降到停机位置，机器人完成自动吊钩收纳为止。
本发明中重力的传递路线为机器人重力→绝缘绳缆→转轴4→第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3→输电线，箱体1不承受外力，避免第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3使用工作中的意外脱扣；当第一弧形吊钩2与第二弧形吊钩3完全打开时，第一弧形吊钩2与第二弧形吊钩3的开口尺寸d大于输电连的直径d，即d＝d+8mm，第一弧形吊钩2与第二弧形吊钩3的最大打开角小于等于26°。
光线遮断型光纤传感器5包括分别设置于第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3上的第一光输入光纤端及第一光输出光纤端；在工作时，当弧形吊钩底部弧形外廓足够接近输电线时，则第一光输出光纤端发出的光被输电线遮挡而不被第一光输入光纤端接收，从而产生举升限位信号。
光线遮断型输电线位置检测光纤传感器10用于检测输电线是否完全嵌入完全打开第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3的开口中，光线遮断型输电线位置检测光纤传感器10包括分别设置于第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3上的第二光输入光纤端及第二光输出光纤端；在工作时，当输电线完全进入到第一弧形吊钩2与第二弧形吊钩3之间时，则第二光输出光纤端发出的光被输电线遮挡而不被第二光输入光纤端接收，从而可以判断获知输电线完全嵌入完全打开第一弧形吊钩2及第二弧形吊钩3的开口中。