一種爬行式圓鋼避雷針狀態檢測機器人的制作方法

本實用新型涉及一種避雷針檢測裝置，具體是一種爬行式圓鋼避雷針狀態檢測機器人，屬于電力系統技術領域。

背景技術：

避雷針作為有效防止直擊雷擊的電力設備，對保護變電站內人身設備安全具有非常重要的作用。然而，避雷針在制造過程中可能會由于工藝問題使材料內部或表面存在沙眼、裂紋等缺陷，且在使用過程中由于經常會受到極端溫度、強風載荷、雨水侵襲及電化學腐蝕等因素的影響，致使材料缺陷加重。尤其是對于變電站內廣泛使用的圓鋼避雷針，其每段間的焊接處或法蘭連接處，更容易受到以上因素的影響而出現裂紋或發生銹蝕，若無法及時發現排查，則可能引發避雷針斷裂、倒塌等嚴重事故，對變電站內人身、設備帶來嚴重的安全隱患。近年來，國內變電站避雷針斷裂、倒塌的事故時有發生，因此有必要對避雷針的結構狀態進行有效檢測。

對于220kV及以上電壓等級的變電站，目前多采用獨立避雷針及構架避雷針的方式，避雷針結構主要分為圓鋼型和鋼架型。鋼架型避雷針還分為三棱、四棱、六棱鋼架等，此類避雷針結構較為穩固，且易于人力攀爬，檢測手段較為成熟；而圓鋼避雷針因為高度及結構的原因，人力無法攀爬，也缺乏有效的檢測手段，大多利用望遠鏡、無人機等設備對其表面狀態進行定期巡視，不但難以直觀有效獲取狀態信息，還耗費了大量人力物力，降低了工作效率。

技術實現要素：

基于上述原因，本實用新型的目的是提供一種爬行式圓鋼避雷針狀態檢測機器人，在保障人身、設備安全的前提下，方便、直觀、準確地獲取避雷針表面狀態信息，節約大量人力物力成本，提高工作效率。

為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術手段為：

一種爬行式圓鋼避雷針狀態檢測機器人，包括中央支架，中央支架的中部設有通孔，其邊緣設有導軌，導軌上設有可沿導軌滑動的檢測模塊；中央支架上固定安裝有爬行機構，爬行機構對稱設置于中央支架的上下面上，其包括一端連接爬行臂電機輸出軸的爬行臂，爬行臂的另一端設有滾輪，爬行臂電機控制爬行臂在垂直于中央支架方向張合；爬行臂上安裝有滾輪電機，滾輪電機與滾輪之間通過齒形帶連接，滾輪電機驅動齒形帶運動，齒形帶帶動滾輪運動。

所述檢測模塊包括沿導軌滑動的傳動機構，傳動機構上設有攝像頭。

所述導軌為T型導軌，傳動機構與T型導軌卡接，通過傳動機構上的滾輪沿導軌滑動。

所述爬行臂分為設于中央支架上表面的上爬行臂和設于中央支架下表面的下爬行臂，上、下爬行臂均在各面設置三個，每面三個爬行臂構成三角形結構；爬行臂為可拆卸式。

所述每一面的三個爬行臂之間分別通過橫向緊固彈簧連接，垂直于中央支架上下對稱設置的爬行臂之間分別通過縱向緊固彈簧連接。

所述中央支架為圓形，其由兩個半圓拼裝構成。

所述機器人還包括遙控裝置和上位機，遙控裝置用于控制爬行機構運動，上位機用于控制檢測模塊運動。

所述中央支架上集成安裝了微控制器、無線通訊模塊和電源模塊，爬行臂電機和滾輪電機上均安裝有電機驅動卡，遙控裝置通過無線通訊模塊發送指令和接收反饋信號，微控制器接收到遙控裝置的指令后將驅動信號發送給各電機驅動卡，電源模塊采用鋰電池給各模塊供電。

所述檢測模塊還包括傳動機構、安裝于傳動機構上的攝像頭、微控制器、無線通訊模塊和電源模塊，傳動機構上的電機安裝有電機驅動卡，上位機通過無線通訊模塊進行信號傳輸，微控制器接收到上位機的指令后將驅動信號發送給傳動機構的電機驅動卡，驅動傳動機構沿導軌滑動，電源模塊采用鋰電池給各模塊供電；攝像頭上集成了無線通訊模塊，攝像頭的信息采集和信息發送通過無線通訊模塊與上位機建立連接。

所述微控制器采用STM32F103微控制器，無線通訊模塊采用nRF24L01芯片，電源模塊包括LM2576和MC34063集成電路。

本實用新型將圓鋼避雷針穿過爬行式機器人的中央支架，通過電機驅動機器人的爬行機構沿避雷針上下移動，移動過程中能翻越避雷針上的法蘭，再通過電機驅動檢測模塊沿避雷針進行360度移動，利用檢測模塊對避雷針的狀態進行檢測。與現有檢測方式比較，不僅能節約人力物力，提高工作效率，還可以及時獲取圓鋼避雷針表面更加直觀和清晰的狀態信息，有效規避由于避雷針表面狀態缺陷而可能引發的電力安全事故，保障電網運行安全。

以下通過附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步闡述。

附圖說明：

圖1為本實用新型機器人主視結構示意圖；

圖2為本實用新型機器人俯視結構示意圖；

圖3為檢測模塊結構示意圖；

圖4為機器人爬行運動控制原理圖；

圖5為檢測模塊控制原理圖。

具體實施方式：

結合圖1至圖5所示，一種爬行式圓鋼避雷針狀態檢測機器人，包括圓形中央支架1，中央支架1的中部設有圓形通孔，避雷針13從圓形通孔中穿過，為方便機器人在各類避雷針13上安裝，將中央支架1設計為兩個半圓裝配而成。中央支架1的邊緣圓周上設有T型導軌2，導軌2上設有可沿導軌2滑動的檢測模塊，檢測模塊可沿中央支架1進行360°旋轉，其主要用于對避雷針13的表面狀態進行檢測。本實施例中的檢測模塊主要由傳動機構10和垂直固定于傳動機構10上的攝像頭9構成，傳動機構10卡接于T型導軌2上，并通過其上的滾輪15沿導軌滑動。在中央支架1上還固定安裝有爬行機構，爬行機構用于機器人沿避雷針13上下移動控制。爬行機構對稱設置于中央支架1的上下面上，其主要包括固定安裝于中央支架1上的爬行臂電機3，爬行臂電機3的輸出軸連接爬行臂，爬行臂電機3用于控制爬行臂在垂直于中央支架1方向進行90°張合運動，其主要目的是在機器人移動的過程中遇到避雷針13上的法蘭14或其他障礙物時，能夠通過爬行臂的張合翻越障礙物。爬行臂的另一端設有滾輪5，爬行臂上安裝有滾輪電機4，滾輪電機4與滾輪5之間通過齒形帶6連接，滾輪電機4驅動齒形帶6運動，齒形帶6帶動滾輪5沿避雷針13表面運動。機器人在安裝使用時，其滾輪5與避雷針13表面接觸，利用接觸摩擦力實現機器人的穩定、勻速爬行，利用靜止時電機的反向力矩，實現機器人與避雷針13的緊密依附。

為更好的實現機器人的穩定移動，以及方便爬行臂翻越障礙物，上述爬行臂分為設于中央支架1上表面的上爬行臂7和設于中央支架1下表面的下爬行臂8，上、下爬行臂均在各面設置三個，每面三個爬行臂構成三角形結構，使中央支架1呈水平狀態沿避雷針13穩固移動。上述上下兩組爬行臂均可以設計為可拆卸式，以便于機器人能夠在各類避雷針13上安裝。

進一步為了使爬行臂之間的連接更加穩固，在每一面的三個爬行臂之間分別通過橫向緊固彈簧11連接，垂直于中央支架1且上下對稱設置的爬行臂之間分別通過縱向緊固彈簧12連接。

具有上述結構的機器人其移動控制和檢測方式控制可以采用多種形式，本實施例中采用遠程無線控制形式實現，具體控制結構和方式為：對機器人檢測模塊的控制和機器人爬行機構的控制采用獨立的兩套控制結構，可由兩個人配合完成，也可以一個人獨立操作，兩套獨立的控制結構工作狀態互不干擾，操作和維護更加簡單。

其中，對檢測模塊的控制采用上位機遠程控制方式，在檢測模塊上增設微控制器、無線通訊模塊和電源模塊，并在傳動機構10中的電機上安裝電機驅動卡。上位機通過無線通訊模塊進行控制指令的發送，微控制器接收到上位機的指令后將驅動信號發送給傳動機構10的電機驅動卡，從而驅動傳動機構10沿T型導軌2滑動，電源模塊采用鋰電池給上述各模塊供電。而攝像頭9的信息采集及發送則直接通過集成在攝像頭9內部的無線通訊模塊與上位機建立連接，實現避雷針13表面狀態的信息遠程采集和圖像的傳輸。

而對機器人爬行機構的控制采用手持式遙控裝置實現，遙控裝置包括ARM芯片及單片機，遙控裝置上設置六個按鍵，分別為上行、下行、上爬行臂起、上爬行臂收、下爬行臂起、下爬行臂收，各按鍵的功能定義如下：

上行：驅動上下兩組滾輪電機正轉，實現機器人向上爬行；

下行：驅動上下兩組滾輪電機反轉，實現機器人向下爬行；

上爬行臂起：驅動上爬行臂電機正轉，張開上爬行臂；

上爬行臂收：驅動上爬行臂電機反轉，收起上爬行臂；

下爬行臂起：驅動下爬行臂電機正轉，張開下爬行臂；

下爬行臂收：驅動下爬行臂電機反轉，收起下爬行臂。

另外，在中央支架1上集成安裝有微控制器、無線通訊模塊和電源模塊，爬行臂電機3和滾輪電機4上均安裝有電機驅動卡，遙控裝置通過無線通訊模塊發送指令和接收反饋信號，微控制器接收到遙控裝置的指令后將驅動信號發送給各電機驅動卡，電源模塊采用鋰電池給各模塊供電。

上述檢測模塊和爬行機構中所使用的微控制器采用STM32F103微控制器，無線通訊模塊采用nRF24L01芯片，電源模塊包括LM2576和MC34063集成電路。

對機器人爬行機構的控制操作過程說明如下，以機器人上行為例加以說明：機器人安裝固定并對各功能檢測完畢后，按下遙控裝置“上行”按鈕后，上下兩組爬行壁上的滾輪電機4同時正轉，驅動機器人向上爬行，上爬行臂7上的滾輪5遇到法蘭14無法繼續上行時，遙控裝置收到信號，此時按下“上爬行臂起”按鈕，爬行臂電機3正轉驅動上爬行臂7張開并達到限位，同時機器人由下爬行臂8上的滾輪5驅動緩慢上行，待上爬行臂7成功翻越法蘭14后，下爬行臂8上的滾輪5接觸到法蘭14并發送信號，此時按下“上爬行臂收”按鈕，爬行臂電機3反轉驅動上爬行臂7收起，達到限位后按下“下爬行臂起”按鈕，爬行臂電機3正轉驅動下爬行臂8張開并達到限位，同時機器人由上爬行臂7上的滾輪5驅動緩慢上行，待下爬行臂8成功翻越法蘭14且機器人持續上行一段時間后，按下“下爬行臂收”按鈕，爬行臂電機3反轉驅動下爬行臂8收起，達到限位，從而完成機器人翻越法蘭14的過程。此過程中，需始終按下“上行”按鈕，以提供機器人向上爬行的驅動力。機器人向下爬行及翻越過程與上述上行操作類似，不重復說明。

以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍中。