CN107835385B - 翻转式钢管杆塔攀爬检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于输电线路运行维护技术领域，具体涉及一种翻转式钢管杆塔攀爬检测装置，包括两组环形夹持装置、设有杆塔检测单元的自动翻转装置和中控监视装置，两组环形夹持装置分别可转动地连接在自动翻转装置的上下两端，中控监视装置通过远程遥控控制两组环形夹持装置对钢管杆塔的夹紧放开、控制两组环形夹持装置在钢管杆塔上的移动、控制自动翻转装置的翻转和杆塔检测单元对钢管杆塔状况的探测。本发明结构相对简单，安全可靠，并能够利用配备的设备完成各项塔上检测任务。
Description
技术领域
本发明属于输电线路运行维护技术领域，具体涉及一种翻转式钢管杆塔攀 爬检测装置及攀爬检测方法。
背景技术
近年来，钢管杆塔以其占地面积小、受风面积小，结构美观，性价比高的 优势，大幅取代了传统角钢式输电铁塔的地位。但钢管杆塔与角钢塔一样，一 直是输电线路故障的高发区，常常出现螺栓松动、绝缘子失效、金具损坏等诸 多问题，如若不能及时发现，常常酿成重大事故。
通常对杆塔的检查依赖人工远距离观测、无人机巡检、人工上塔检查、机 器人上塔检测四种措施。人工远距离观测是常用的线路巡检措施，工作人员使 用望远镜、探测仪等设备观察铁塔，操作方便，但细小故障难以发现。无人机 巡检效率高，但续航能力差，受天气影响很大，需要培训特殊工作人员。人工 上塔检查能发现大部分杆塔故障，但效率低下，威胁作业人员安全。机器人上 塔检测是相对完善的措施，同时满足效率和安全两个方面的要求，而且成像清 晰，探测效果好。
但目前出现的铁塔攀爬机器人，大多都是针对角钢式铁塔设计，这类机器 人主要的动作就是对主材或辅材的抓取，如四川大学的关节式铁塔攀爬机器人 (申请号:201010500534.2)，其末端夹持机构和钢管塔的管材接触面很小，难以维 持平衡，更无法满足钢管杆的攀爬要求。部分攀爬机器人为了弥补该缺陷，采 用电磁吸附的方式进行攀爬，如武汉大学设计的混联双足铁塔攀爬机器人(申 请号201510729287.6)，国网重庆市电力公司电力科学研究院设计的铁塔攀爬机 器人(申请号201510989345.9)，但这类机器人结构复杂，自身重量大，攀爬时 重心还离杆塔很远，对吸附力有极高的要求，不仅制作难度大，可靠性也有待 考察。
目前，开发一种简单可靠、针对钢管杆塔的攀爬检测机器人已是输电线路 运行维护领域急需解决的课题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种翻转式钢管杆塔攀爬检测装置， 结构相对简单，安全可靠，并能够利用配备的设备完成各项塔上检测任务。
本发明是这样实现的，根据本发明的一个方面，提供一种翻转式钢管杆塔 攀爬检测装置，包括两组环形夹持装置、设有杆塔检测单元的自动翻转装置和 中控监视装置，两组环形夹持装置分别可转动地连接在自动翻转装置的上下两 端，中控监视装置通过远程遥控控制两组环形夹持装置对钢管杆塔的夹紧放开、 控制两组环形夹持装置在钢管杆塔上的移动、控制自动翻转装置的翻转和杆塔 检测单元对钢管杆塔状况的探测。
进一步地，所述环形夹持装置包括设置在夹持装置保护壳上的抱紧组件和 上移组件，抱紧组件包括第一伺服电机、第一从单片机、齿轮、齿条、滑轨、 蜗杆和夹持臂，第一从单片机控制第一伺服电机，第一伺服电机连接齿轮，齿 轮上啮合齿条，齿条套接在滑轨中，齿条末端固连蜗杆，齿条在齿轮的带动下 在滑轨内运动，蜗杆末端两侧与弧形的夹持臂通过与夹持臂固连的扇蜗轮啮合， 夹持臂与扇蜗轮的连接处设置旋转轴，旋转轴与夹持装置保护壳连接；
所述上移组件包括第二伺服电机、第二从单片机、第一主动轮、第一从动 轮、转轴和约束轮，第二从单片机控制第二伺服电机，第二伺服电机连接第一 主动轮，第一主动轮与第一从动轮啮合，第一从动轮中心插接转轴，约束轮可 转动地设置在夹持臂和转轴上，约束轮在抱紧组件抱紧钢管杆塔时，与钢管杆 塔贴合。
进一步地，在蜗杆下端固定距离处设置限位杆，防止所述蜗杆越位。
进一步地，所述约束轮分为前约束轮、侧约束轮和后约束轮，分别设置在 所述夹持臂的前端、中间以及所述转轴上。
进一步地，所述自动翻转装置包括设置在翻转装置保护壳上的上下两组翻 转组件，翻转组件包括第三伺服电机、第三从单片机、第二主动轮、第二从动 轮、连接立杆、第一伞齿轮、第二伞齿轮、L形大臂、连接圆杆、连接方杆，第 三从单片机控制第三伺服电机，第三伺服电机连接第二主动轮，第二主动轮啮 合第二从动轮，第二从动轮中心设置连接立杆，连接立杆上端为第一伞齿轮， 第一伞齿轮啮合第二伞齿轮，第二伞齿轮设置在连接圆杆的一端，L形大臂两端 分别可转动地连接在连接立杆和连接圆杆上，连接圆杆的另一端嵌固在连接方 杆的一端，连接方杆的另一端与环形夹持装置固连。
进一步地，所述杆塔检测单元包括摄像检测组件和电磁场测试仪，摄像检 测组件包括第四伺服电机、第四从单片机、驱动齿轮、转盘、红外摄像机、紫 外摄像机和可视摄像机，第四从单片机控制第四伺服电机，第四伺服电机与驱 动齿轮相连，驱动齿轮与转盘外边缘啮合，实行边缘驱动，红外摄像机、紫外 摄像机和可视摄像机安装在转盘上，转盘轴承连接在所述自动翻转装置的表面； 电磁场测试仪安装在所述自动翻转装置表面，检测电场畸变情况。
进一步地，所述翻转式钢管杆塔攀爬检测装置还包括定位反馈组件，定位 反馈组件包括超声波测距传感器、高度传感器和GPS，均设置在所述自动翻转 装置的外壳上。
进一步地，所述翻转式钢管杆塔攀爬检测装置还包括主单片机和信号传输 器，均设置在所述自动翻转装置的外壳上，主单片机接收所述定位反馈组件的 信息，进行处理，控制所述环形夹持装置、自动翻转装置、杆塔检测单元的动 作，信号传输器用于所述主单片机和所述杆塔检测单元与所述中控监视装置之 间的信号传递。
本发明集电气自动化、机电一体化，单片机控制等技术于一体，与现有铁 塔攀爬机器人相比的优势：
1.攀爬速度快且可实时掌控，适用于现今上百米的特高压钢管杆塔；
2.可实现自动探测、实时探测；
3结构简单，维修方便，制作难度低；
4.自动化程度高，大大减少了施工人员数量，确保施工人员的生命安全；
5.一体化程度高，全程可监控；
6.特殊情况可以稍加改装，延长连接杆的尺寸，可以获得更强的越障能力；
7.对不同尺寸的钢管杆塔均具有较好的适应能力；
8.功能可扩展，应用范围广；
9.结构合理，性能可靠。
附图说明
图1为翻转式钢管杆塔攀爬检测装置整体示意图；
图2为环形夹持装置结构示意图；
图3为自动翻转装置结构示意图；
图4为杆塔检测单元、定位反馈组件、主单片机、信号传输器在自动翻转 装置上的分布示意图；
图5为翻转式钢管杆塔攀爬检测装置程序控制示意图；
图6为翻转式钢管杆塔攀爬检测装置工作过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例和 附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，本发明提供一种翻转式钢管杆塔攀爬检测装置，包括两组环形夹 持装置1、设有杆塔检测单元3的自动翻转装置2和中控监视装置4，两组环形 夹持装置1分别可转动地连接在自动翻转装置2的上下两端，中控监视装置4 通过远程遥控控制两组环形夹持装置1对钢管杆塔的夹紧放开、控制两组环形 夹持装置1在钢管杆塔上的移动、控制自动翻转装置2的翻转和杆塔检测单元3 对钢管杆塔状况的探测。
参考图2，作为一种具体的实施方式，环形夹持装置1包括设置在夹持装置 保护壳101上的抱紧组件和上移组件，抱紧组件包括第一伺服电机102、第一从 单片机103、齿轮104、齿条105、滑轨106、蜗杆107和夹持臂108，第一从单 片机103控制第一伺服电机102，第一伺服电机102连接齿轮104，齿轮104上 啮合齿条105，齿条105套接在滑轨106中，齿条105末端固连蜗杆107，齿条 105在齿轮104的带动下在滑轨106内运动，蜗杆107末端两侧与弧形的夹持臂 108通过与夹持臂108固连的扇蜗轮109啮合，夹持臂108与扇蜗轮109的连接处设置旋转轴110，旋转轴110与夹持装置保护壳101连接；
上移组件包括第二伺服电机112、第二从单片机111、第一主动轮113、第 一从动轮114、转轴115和约束轮116，第二从单片机111控制第二伺服电机112， 第二伺服电机112连接第一主动轮113，第一主动轮113与第一从动轮114啮合， 第一从动轮114中心插接转轴115，约束轮116可转动地设置在夹持臂108和转 轴115上，约束轮116在抱紧组件抱紧钢管杆塔时，与钢管杆塔贴合。
为了防止蜗杆107越位，在蜗杆107下端固定距离处设置限位杆117。
作为一种优选，约束轮116分为前约束轮、侧约束轮和后约束轮，分别设 置在夹持臂108的前端、中间以及转轴115上。
参考图3，作为一种具体的实施方式，自动翻转装置2包括设置在翻转装置 保护壳211上的上下两组翻转组件，翻转组件包括第三伺服电机201、第三从单 片机202、第二主动轮203、第二从动轮204、连接立杆205、第一伞齿轮206、 第二伞齿轮207、L形大臂208、连接圆杆209、连接方杆210，第三从单片机 202控制第三伺服电机201，第三伺服电机201连接第二主动轮203，第二主动 轮203啮合第二从动轮204，第二从动轮204中心设置连接立杆205，连接立杆 205上端为第一伞齿轮206，第一伞齿轮206啮合第二伞齿轮207，第二伞齿轮 207设置在连接圆杆209的一端，L形大臂208两端分别可转动地连接在连接立 杆205和连接圆杆209上，连接圆杆209的另一端嵌固在连接方杆210的一端， 连接方杆210的另一端与环形夹持装置1固连。
参考图4，作为一种具体的实施方式，杆塔检测单元3包括摄像检测组件和 电磁场测试仪301，摄像检测组件包括第四伺服电机302、第四从单片机303、 驱动齿轮304、转盘305、红外摄像机306、紫外摄像机307和可视摄像机308， 第四从单片机303控制第四伺服电机302，第四伺服电机302与驱动齿轮304相 连，驱动齿轮304与转盘305外边缘啮合，实行边缘驱动，红外摄像机306、紫 外摄像机307和可视摄像机308安装在转盘305上，转盘305轴承连接在自动 翻转装置2的表面；电磁场测试仪301安装在自动翻转装置2表面，检测电场 畸变情况。
作为一种具体的实施方式，翻转式钢管杆塔攀爬检测装置还包括定位反馈 组件，定位反馈组件包括超声波测距传感器501、高度传感器502和GPS503， 均设置在自动翻转装置2的外壳上。
作为一种具体的实施方式，翻转式钢管杆塔攀爬检测装置还包括主单片机6 和信号传输器7，均设置在自动翻转装置2的外壳上，主单片机6接收定位反馈 组件的信息，进行处理，控制环形夹持装置1、自动翻转装置2、杆塔检测单元 3的动作，信号传输器7用于主单片机6和杆塔检测单元3与中控监视装置4之 间的信号传递。
为了给翻转式钢管杆塔攀爬检测装置供电，在自动翻转装置2上还设有蓄 电池8和电源开关9。
参考图5和图6，本发明提供的翻转式钢管杆塔攀爬检测装置的工作过程如 下：
首先将环形夹持装置1套在钢管杆塔的钢管上，设初始状态时上侧的环形 夹持装置1为环形夹持装置A、下侧的环形夹持装置1为环形夹持装置B，自动 翻转装置2上侧的翻转组件为翻转组件A、下侧的翻转组件为翻转组件B，打开 蓄电池8的电源开关9，第一伺服电机101、第二伺服电机112、第三伺服电机 201、第四伺服电机302获电，但第一从单片机103、第二从单片机111、第三 从单片机202、第四从单片机303尚未发出信号，并不运转。
红外摄像机306、紫外摄像机307、可视摄像机308、电磁场测试仪301获 电，开始运行，所得信息通过信号传输器7传输给地面施工人员手中的中控监 视装置4。
高度传感器502、超声波测距传感器501、GPS503获电，主单片机6得到当 前位置，发出指令，第一从单片机103输出控制波形，第一伺服电机102动作， 带动齿轮104转动，齿轮104带动齿条105向上运动，蜗杆107被拉起，扇蜗 轮109带动两个夹持臂108抱住钢管，直到完全夹紧达到指定扭矩，获得足够 摩擦力，电机停转但依旧保持该固定扭矩。
然后第二从单片机111输出控制波形，第二伺服电机112动作，带动第一 主动轮113转动，进而带动第一从动轮114转动，通过转轴115传动，两个后 约束轮116转动，提供向上的动力，带动前约束轮和侧约束轮向上移动，从而 带动整个装置向上移动。
当超声波测距传感器501检测到法兰或横担等障碍时，主单片机6发出指 令，第二伺服电机112停转，位于环形夹持装置B中的第一伺服电机102反转， 带动齿轮104反转，齿轮104带动齿条105在轨道106中向下运动，蜗杆107 被推下，扇蜗轮109带动环形夹持装置B的两个夹持臂108松开钢管，并张开 一定角度。翻转组件B的第三从单片机202发出控制波形，第三伺服电机201 带动第二主动轮203转动，进而带动第二从动轮204转动，通过连接立杆205 带动第一伞齿轮206、第二伞齿轮207旋转半周。翻转组件A的第三从单片机 202发出控制波形，第三伺服电机201带动第二主动轮203，进而带动第二从动 轮204，通过连接立杆205带动第一伞齿轮206、第二伞齿轮207旋转半周。
环形夹持装置B的第一从单片机103输出控制波形，第一伺服电机102正 转，带动齿轮104转动，齿轮104带动齿条105向上运动，蜗杆107被拉起， 扇蜗轮109带动两个夹持臂108抱住钢管，直到完全夹紧达到指定扭矩，获得 足够摩擦力，电机停转但依旧保持该固定扭矩。此时完成了一次翻转，机器人 横跨障碍。
环形夹持装置A的第一伺服电机102反转，带动齿轮104反转，齿轮104 带动齿条105向下运动，蜗杆107被推下，限制杆117限制蜗杆107位置，扇 蜗轮109带动两个夹持臂108松开钢管，并张开一定角度。翻转组件A的第三 从单片机202发出控制波形，第三伺服电机201带动第二主动轮203，进而带动 第二从动轮204，通过连接立杆205带动第一伞齿轮206、第二伞齿轮207旋转 半周。翻转组件B的第三从单片机202发出控制波形，第三伺服电机201带动 第二主动轮203，进而带动第二从动轮204，通过连接立杆205带动第一伞齿轮206、第二伞齿轮207旋转半周。环形夹持装置A的第一从单片机103输出控制 波形，第一伺服电机102动作，带动齿轮104转动，齿轮104带动齿条105向 上运动，蜗杆107被拉起，扇蜗轮109带动两个夹持臂108抱住钢管，直到完 全夹紧达到指定扭矩，获得足够摩擦力，电机停转但依旧保持该固定扭矩。至 此完成二次翻转，机器人越过障碍。
攀爬期间，地面施工人员通过中控监视装置4观察铁塔运行状况，当需要 变换角度时，通过信号传输器7向主单片机6发出命令，第四从单片机303得 以发出波形，控制第四伺服电机302，进而控制驱动齿轮304，对转盘305实行 边缘驱动，使转盘305旋转一定角度，使转盘305上的红外摄像机306、紫外摄 像机307、可视摄像机308能够朝向不同角度。
Claims (4)
1.翻转式钢管杆塔攀爬检测装置，其特征在于，包括两组环形夹持装置、设有杆塔检测单元的自动翻转装置和中控监视装置，两组环形夹持装置分别可转动地连接在自动翻转装置的上下两端，中控监视装置通过远程遥控控制两组环形夹持装置对钢管杆塔的夹紧放开、控制两组环形夹持装置在钢管杆塔上的移动、控制自动翻转装置的翻转和杆塔检测单元对钢管杆塔状况的探测；
所述环形夹持装置包括设置在夹持装置保护壳上的抱紧组件和上移组件，抱紧组件包括第一伺服电机、第一从单片机、齿轮、齿条、滑轨、蜗杆和夹持臂，第一从单片机控制第一伺服电机，第一伺服电机连接齿轮，齿轮上啮合齿条，齿条套接在滑轨中，齿条末端固连蜗杆，齿条在齿轮的带动下在滑轨内运动，蜗杆末端两侧与弧形的夹持臂通过与夹持臂固连的扇蜗轮啮合，夹持臂与扇蜗轮的连接处设置旋转轴，旋转轴与夹持装置保护壳连接；
所述上移组件包括第二伺服电机、第二从单片机、第一主动轮、第一从动轮、转轴和约束轮，第二从单片机控制第二伺服电机，第二伺服电机连接第一主动轮，第一主动轮与第一从动轮啮合，第一从动轮中心插接转轴，约束轮可转动地设置在夹持臂和转轴上，约束轮在抱紧组件抱紧钢管杆塔时，与钢管杆塔贴合；
所述自动翻转装置包括设置在翻转装置保护壳上的上下两组翻转组件，翻转组件包括第三伺服电机、第三从单片机、第二主动轮、第二从动轮、连接立杆、第一伞齿轮、第二伞齿轮、L形大臂、连接圆杆、连接方杆，第三从单片机控制第三伺服电机，第三伺服电机连接第二主动轮，第二主动轮啮合第二从动轮，第二从动轮中心设置连接立杆，连接立杆上端为第一伞齿轮，第一伞齿轮啮合第二伞齿轮，第二伞齿轮设置在连接圆杆的一端，L形大臂两端分别可转动地连接在连接立杆和连接圆杆上，连接圆杆的另一端嵌固在连接方杆的一端，连接方杆的另一端与环形夹持装置固连；
所述杆塔检测单元包括摄像检测组件和电磁场测试仪，摄像检测组件包括第四伺服电机、第四从单片机、驱动齿轮、转盘、红外摄像机、紫外摄像机和可视摄像机，第四从单片机控制第四伺服电机，第四伺服电机与驱动齿轮相连，驱动齿轮与转盘外边缘啮合，实行边缘驱动，红外摄像机、紫外摄像机和可视摄像机安装在转盘上，转盘轴承连接在所述自动翻转装置的表面；电磁场测试仪安装在所述自动翻转装置表面，检测电场畸变情况；
所述翻转式钢管杆塔攀爬检测装置还包括定位反馈组件，定位反馈组件包括超声波测距传感器、高度传感器和GPS，均设置在所述自动翻转装置的外壳上。
2.根据权利要求1所述的翻转式钢管杆塔攀爬检测装置，其特征在于，在蜗杆下端固定距离处设置限位杆，防止所述蜗杆越位。
3.根据权利要求1所述的翻转式钢管杆塔攀爬检测装置，其特征在于，所述约束轮分为前约束轮、侧约束轮和后约束轮，分别设置在所述夹持臂的前端、中间以及所述转轴上。
4.根据权利要求1所述的翻转式钢管杆塔攀爬检测装置，其特征在于，所述翻转式钢管杆塔攀爬检测装置还包括主单片机和信号传输器，均设置在所述自动翻转装置的外壳上，主单片机接收所述定位反馈组件的信息，进行处理，控制所述环形夹持装置、自动翻转装置、杆塔检测单元的动作，信号传输器用于所述主单片机和所述杆塔检测单元与所述中控监视装置之间的信号传递。
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