本發(fā)明涉及自動化攀爬機械領(lǐng)域，尤其是涉及一種避雷針爬桿作業(yè)機器人及其運動控制方法。

背景技術(shù)：

1、在電力系統(tǒng)中，避雷針是保護(hù)變電站免受直擊雷擊的重要設(shè)備，特別是對于220kv及以上電壓等級的變電站，圓鋼型避雷針是常見的保護(hù)措施。圓鋼型避雷針因其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低而被廣泛使用。然而，由于圓鋼型避雷針距離地面較高、管徑較小且長度較長，這給工作人員的檢修和維護(hù)帶來了較大的難度。

2、目前的輔助方式主要是使用絕緣斗臂車將工作人員升至高空進(jìn)行作業(yè)，但這種方式成本較高，并且受限于變電站空間結(jié)構(gòu)，多數(shù)情況下難以實施，且存在較大的作業(yè)安全風(fēng)險。此外，人工檢測方法在極端天氣條件下的可行性和安全性也受到限制。

3、為了解決這些問題，國內(nèi)外的研究人員已經(jīng)開始探索使用機器人技術(shù)進(jìn)行避雷針的檢測和維護(hù)。中國專利cn115180038a公開了一種用機器人攀爬避雷針的方式，包括上驅(qū)動模組、下驅(qū)動模組和連接臂，上驅(qū)動模組設(shè)有第一攀爬組件和轉(zhuǎn)向組件，下驅(qū)動模組設(shè)有第二攀爬組件，第一攀爬組件和第二攀爬組件均包括第一夾具和第一夾持電機，第一夾具端部設(shè)有縱向輪組，轉(zhuǎn)向組件包括第二夾具和第二夾持電機，第二夾具端部設(shè)有橫向輪組。該發(fā)明提供的機器人能夠在變電站狹小空間下進(jìn)行攀爬，滿足在不停電或斷電狀態(tài)下完成避雷針的攀爬，對避雷針進(jìn)行檢修作業(yè)，但是該機器人并不適用于變徑避雷針，且沒有設(shè)置可全方位旋轉(zhuǎn)的平臺機構(gòu)，無法滿足避雷針得到完全檢測的要求。

4、有鑒于此，亟需開發(fā)一種能夠適應(yīng)變徑、圓周檢測的避雷針爬桿作業(yè)機器人。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種避雷針爬桿作業(yè)機器人及其運動控制方法，以解決變徑避雷針又細(xì)又長難以攀爬檢修的問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種避雷針爬桿作業(yè)機器人，所述機器人包括框架外殼、旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)、上夾爪機構(gòu)、爬升機構(gòu)和下鉤爪機構(gòu)；

4、所述旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)為可伸縮的弧形結(jié)構(gòu)，所述上夾爪機構(gòu)和下鉤爪機構(gòu)為夾持結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)機器人在避雷針桿上的穩(wěn)定攀爬和固定，所述爬升機構(gòu)為傳動結(jié)構(gòu)，用于協(xié)助下鉤爪機構(gòu)在避雷針桿上的靈活移動；

5、所述旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)、上夾爪機構(gòu)和下鉤爪機構(gòu)呈同軸心線性設(shè)置；

6、所述上夾爪機構(gòu)固定安裝于框架外殼的頂部，所述旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)固定安裝于上夾爪機構(gòu)的頂部，所述爬升機構(gòu)固定安裝于框架外殼的內(nèi)部，所述下鉤爪機構(gòu)設(shè)于旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)的下部并與框架外殼滑動連接。

7、進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)包括導(dǎo)軌齒條、導(dǎo)軌軌道、導(dǎo)軌齒輪、兩個導(dǎo)軌滾輪、旋轉(zhuǎn)平臺齒條、旋轉(zhuǎn)平臺軌道、旋轉(zhuǎn)平臺齒輪、兩個旋轉(zhuǎn)平臺滾輪、旋轉(zhuǎn)平臺、導(dǎo)軌齒輪電機、旋轉(zhuǎn)平臺電機、導(dǎo)軌齒條載體；

8、所述導(dǎo)軌軌道能夠與導(dǎo)軌齒條載體滑動位移，所述導(dǎo)軌齒條載體的底部固定安裝有導(dǎo)軌齒輪電機，所述導(dǎo)軌齒輪與導(dǎo)軌齒輪電機的輸出軸連接，所述導(dǎo)軌齒輪與導(dǎo)軌齒條嚙合，所述導(dǎo)軌齒輪電機驅(qū)動導(dǎo)軌軌道沿導(dǎo)軌齒條載體做伸縮運動；

9、所述旋轉(zhuǎn)平臺軌道的內(nèi)側(cè)固定安裝有旋轉(zhuǎn)平臺齒條，所述旋轉(zhuǎn)平臺軌道的上部設(shè)有板狀的旋轉(zhuǎn)平臺，所述旋轉(zhuǎn)平臺的底部固定安裝有旋轉(zhuǎn)平臺齒輪，所述旋轉(zhuǎn)平臺的上部安裝有旋轉(zhuǎn)平臺電機，所述旋轉(zhuǎn)平臺齒輪與旋轉(zhuǎn)平臺電機的輸出軸連接，所述旋轉(zhuǎn)平臺電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)平臺沿著旋轉(zhuǎn)平臺軌道做圓周運動；

10、所述旋轉(zhuǎn)平臺上還設(shè)有攝像頭和除銹劑噴頭，所述攝像頭用于識別銹蝕和檢修監(jiān)控避雷針，所述除銹劑噴頭用于清除避雷針表面的銹蝕和其他污垢；

11、兩個導(dǎo)軌滾輪分別固定安裝于導(dǎo)軌齒條載體的兩端，兩個旋轉(zhuǎn)平臺滾輪分別固定安裝于旋轉(zhuǎn)平臺底面的兩個相鄰角上，均起到輔助固定作用。

12、進(jìn)一步的，所述上夾爪機構(gòu)包括上夾爪固定塊、上左抓手、上右抓手、設(shè)于兩個上抓手內(nèi)側(cè)的橡膠墊、兩根上絲桿和上夾爪電機；

13、所述上夾爪固定塊與框架外殼的頂部固定連接，所述上夾爪固定塊兩端之間貫穿設(shè)有上絲桿凹槽，所述上絲桿凹槽與兩根上絲桿匹配固定，兩根根上絲桿分別連接一個上左抓手和上右抓手，所述上夾爪電機設(shè)于上夾爪固定塊的一端，所述上夾爪電機的輸出軸與上絲桿的一端連接；

14、兩根上絲桿的螺紋軸線共線且兩者的螺紋旋向相反，能夠同時驅(qū)動上左抓手和上右抓手往復(fù)運動以適應(yīng)避雷針的變徑結(jié)構(gòu)。

15、進(jìn)一步的，所述爬升機構(gòu)包括兩個同步輪、兩根同步輪固定桿、同步帶、同步帶齒板、兩個同步帶導(dǎo)軌、同步帶電機；

16、兩個同步帶導(dǎo)軌平行設(shè)置，所述同步帶導(dǎo)軌的兩端分別固定于框架外殼的頂部和底部；

17、所述同步輪固定桿與同步帶導(dǎo)軌相垂直，兩根同步輪固定桿平行固定于框架外殼內(nèi)，每根同步輪固定桿的中端軸向連接一個同步輪，所述同步帶與兩個同步輪滑動連接，所述同步帶齒板固定安裝于同步帶內(nèi)側(cè)；

18、所述同步帶電機的輸出軸與上部的同步輪固定桿的一端連接。

19、進(jìn)一步的，所述下鉤爪機構(gòu)包括同步帶夾子滑塊、下左鉤爪、下右鉤爪、兩根下絲桿、下鉤爪電機；

20、所述同步帶夾子滑塊兩端之間貫穿設(shè)有下絲桿凹槽，所述下絲桿凹槽與兩根下絲桿匹配固定，兩根下絲桿分別連接下左鉤爪和下右鉤爪，所述下鉤爪電機設(shè)于同步帶夾子滑塊的一端，所述下鉤爪電機的輸出軸與下絲桿的一端連接；

21、兩根下絲桿的螺紋軸線共線且兩者的螺紋旋向相反，能夠同時驅(qū)動下左鉤爪和下右鉤爪往復(fù)運動以適應(yīng)避雷針的變徑結(jié)構(gòu)；

22、所述下鉤爪由下抓手、設(shè)于下抓手內(nèi)側(cè)的橡膠墊、鉤爪連接件、鉤子、設(shè)于鉤子內(nèi)側(cè)的鉤子橡膠墊組成；

23、所述鉤子和下抓手通過鉤爪連接件固定連接，增大了下鉤爪機構(gòu)與避雷針的接觸面積，增加自鎖性。

24、優(yōu)選的，所述鉤子和下抓手之間的角度為10°～30°。

25、優(yōu)選的，所述下左鉤爪和下右鉤爪的弧形內(nèi)徑為315～325mm，所述下左鉤爪和下右鉤爪的弧形外徑為355～365mm。

26、進(jìn)一步的，所述同步帶夾子滑塊上設(shè)有與同步帶導(dǎo)軌尺寸匹配的凹槽，所述同步帶夾子滑塊與兩根同步帶導(dǎo)軌滑動連接，所述下鉤爪機構(gòu)在爬升機構(gòu)的協(xié)同下實現(xiàn)攀爬。

27、進(jìn)一步的，所述框架外殼的背面設(shè)有背包，可用于裝載其他探傷除銹機構(gòu)和電源，并增加機器人的穩(wěn)定性。

28、進(jìn)一步的，所述導(dǎo)軌齒輪電機和旋轉(zhuǎn)平臺電機為小型直流電機，所述上夾爪電機和下鉤爪電機為伺服電機，所述同步帶電機為步進(jìn)電機。

29、進(jìn)一步的，所述導(dǎo)軌齒條載體的弧形直徑大于上左抓手和上右抓手的弧形外徑并且大于避雷針的最大直徑，所述導(dǎo)軌齒條載體的弧形外徑為365～375mm，所述導(dǎo)軌齒條載體的弧形角度為180°～250°；

30、所述上左抓手和上右抓手的弧形內(nèi)徑大于避雷針的最大直徑，所述上左抓手和上右抓手的弧形內(nèi)徑為255～265mm，所述上左抓手和上右抓手的弧形外徑為295～305mm，所述避雷針的直徑為30～250mm。

31、另一方面，本發(fā)明提供了一種如上所述的避雷針爬桿作業(yè)機器人的運動控制方法，步驟如下：

32、s1、初始位置時，所述上夾爪固定塊固定于框架外殼的頂部，同步帶夾子滑塊設(shè)于框架外殼的底部，使避雷針處于所述旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)、上夾爪機構(gòu)和下鉤爪機構(gòu)的內(nèi)部，所述上夾爪電機驅(qū)動上絲桿轉(zhuǎn)動使得上左抓手和上右抓手夾緊避雷針；

33、s2、所述導(dǎo)軌齒輪電機和旋轉(zhuǎn)平臺電機驅(qū)動導(dǎo)軌齒輪和旋轉(zhuǎn)平臺齒輪同時傳動，所述旋轉(zhuǎn)平臺到達(dá)旋轉(zhuǎn)平臺軌道的邊界后再反轉(zhuǎn)，以確保旋轉(zhuǎn)平臺有旋轉(zhuǎn)360°的能力；

34、s3、所述同步帶電機驅(qū)動同步帶轉(zhuǎn)動，使得下鉤爪機構(gòu)沿著兩個同步帶導(dǎo)軌向上運動；

35、s4、所述下鉤爪電機驅(qū)動下絲桿轉(zhuǎn)動使得下左鉤爪和下右鉤爪夾緊避雷針，隨后上夾爪電機驅(qū)動上絲桿反轉(zhuǎn)使得上左抓手和上右抓手放松；

36、s5、所述同步帶電機驅(qū)動拉動同步帶反轉(zhuǎn)，使得機器人向上攀爬，接著所述上夾爪電機驅(qū)動上絲桿轉(zhuǎn)動使得上左抓手和上右抓手夾緊避雷針，所述下鉤爪電機驅(qū)動下絲桿反轉(zhuǎn)使得下左鉤爪和下右鉤爪放松；

37、重復(fù)上述步驟以實現(xiàn)機器人向上攀爬作業(yè)。

38、進(jìn)一步的，所述上夾爪機構(gòu)和下鉤爪機構(gòu)上均設(shè)有壓力傳感器，所述上夾爪和下鉤爪夾緊避雷針，當(dāng)所述壓力傳感器檢測到的壓力值達(dá)到預(yù)設(shè)值時，所述上夾爪電機和下鉤爪電機停止作業(yè)。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

40、(1)本發(fā)明提供了一種避雷針爬桿作業(yè)機器人及其運動控制方法，通過結(jié)合上夾爪機構(gòu)和下鉤爪機構(gòu)的固定連接以及活動連接，實現(xiàn)了該機器人在避雷針上的攀爬；其中，下鉤爪機構(gòu)設(shè)置呈一定的傾斜角度，增大了與避雷針的接觸面積，增加自鎖性；本發(fā)明能夠在變徑避雷針上進(jìn)行攀爬，從而對避雷針進(jìn)行檢修作業(yè)，避免使用大型起吊設(shè)備，提高供電可靠性，保證避雷針在雷雨天氣的可靠性。

41、(2)本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)是可伸縮機構(gòu)，其上方可安裝其他工作組件，如攝像頭和除銹劑噴頭；同時旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)、上夾爪機構(gòu)和下鉤爪機構(gòu)呈同軸心線性設(shè)置，便于工作與控制，旋轉(zhuǎn)平臺機構(gòu)可實現(xiàn)全方位旋轉(zhuǎn)，爬桿過程和旋轉(zhuǎn)平臺可以同時協(xié)作互不干涉，從而提高了機器人的作業(yè)效率。