CN113842614B - 一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置及方法，方法包括：对所述密闭底座进行充气加压，使其达到理想压强，达到理想压强后，所述密闭底座周围的孔释放高压气体，使所述作业设备获得初始推力，所述初始推力使所述作业设备获得初始加速度；所述初始推力消失后，所述作业设备在惯性作用下减速向上攀爬。装置包括：密闭底座、作业设备以及支架，其中，密闭底座装置的主要作用为利用底座密闭空间产生的压强为弹射产生源动力，足够的压强可以使作业设备以较大初速度攀升，作业设备的作用是利用弹射动力攀升到一定，携带的作业机器人则进行作业，有效的解决了机器人的爬升装置在攀爬过程中所存在的攀爬速度慢，爬升时间长以及耗电量大的问题。

Description

一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置及方法

技术领域

本发明涉及机械及其自动化控制领域，尤其涉及一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置及方法。

背景技术

在输电线路运行的过程中，难免会遇到各种故障和设备运维等问题，那么以前工人通过攀爬电线杆高空作业，进行各种运维和检修。这样的高空作业同时也附带着危险因素。输电线路机器人应运而生。

攀爬电线杆是输电线路作业机器人必须要完成的一个工作，而现有技术中，输电线路作业机器人在攀爬过程中耗费的能量巨大，同时设备质量又为攀爬作业带来了不小的限制，其中最为重要的就是，在攀爬过程中消耗了大部分电池的电量，留给高空作业的电量并不充裕。同时，现有的作业机器人攀爬速度慢，爬升时间长，甚至比人工作业时间还多。这使得机器人的使用对工人来说是一种鸡肋。所以，解决攀爬过程的能量消耗减少，或者在整个设备质量保持不变的时候设备所携带的能量更多和爬升速度加快这一系列重要问题迫在眉睫。

近年来，由于新能源产业的迅猛发展，电池行业也突飞猛进，电池的容量增加并且质量减轻，这为解决机器人作业弊端提供了良好的台阶。但是，机器人的爬升装置并没有很多改进，因而爬升速度问题亟需解决。但是，由于作业机器人本身质量的限制，大功率电机不适合在设备上安装使用，爬升速度也得不到提升，因此，传统的思路难以解决此问题。

发明内容

针对当前市面上大多数机器人的爬升装置在攀爬过程中所存在的攀爬速度慢，爬升时间长以及耗电量大的问题，本申请提供一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置及方法，以解决现有机器人的爬升装置在攀爬过程中所存在的攀爬速度慢，爬升时间长以及耗电量大的问题。

第一方面，本申请提供一种基于弹射的电线杆攀爬装置，所述装置包括：密闭底座、作业设备以及支架。

所述密闭底座，密闭底座装置的主要作用为利用底座密闭空间产生的压强为弹射产生源动力，足够的压强可以使作业设备以较大初速度攀升。密闭底座还包括底座与设备卡紧机构。

所述作业设备，作业设备的作用是利用弹射动力攀升到一定，携带的作业机器人则进行作业。作业设备还包括弹簧轮机构、三足顶伸机构。

所述支架设置于所述装置最底端，所述密闭底座固定于所述支架正上方，所述作业设备设置于所述设置于所述密闭底座正上方。

进一步地，所述密闭底座包括底座、设备卡紧机构以及点火装置；

所述作业设备包括弹簧轮机构、三足顶伸机构以及挡块；

所述底座设置于所述密闭底座最底端，其中所述底座中空圆柱形结构，所述设备卡紧机构固定在所述底座内侧，所述点火装置固定在作业设备底部，并置于底座最中心位置；

所述作业设备通过所述设备卡紧机构固定在所述密闭底座上；

所述挡块设置于所述作业设备最内侧，所述弹簧轮机构以及三足顶伸机构设置于所述挡块外侧。

进一步地，所述密闭底座以及作业设备均设置为开环可拆卸。

进一步地，所述作业设备包括第一设备以及第二设备，所述第一设备以及第二设备采用螺栓连接。

进一步地，所述密闭底座包括第一底座、第二底座以及底座连接装置，所述第一底座以及第二底座通过所述底座连接装置连接，所述第一底座以及第二底座之间采用螺栓-销连接。

进一步地，所述弹簧轮机构伸缩杆套弹簧以及轮子组成，所述三足顶伸机构由电机、伸缩杆、夹紧块组成。

进一步地，所述密闭底座采用绝缘隔热材料，材料内部还涂有耐高温涂层，所述底座空间还设置有密封圈。

第二方面，本申请提供一种基于弹射的电线杆攀爬方法，所述方法应用于所述一种基于弹射的电线杆攀爬装置，包括：

对所述密闭底座进行充气加压，使其达到理想压强；

达到理想压强后，通过所述密闭底座周围的孔释放高压气体，使所述作业设备获得初始推力，所述初始推力使所述作业设备获得初始加速度；

所述初始推力消失后，所述作业设备在惯性作用下减速向上攀爬。

进一步地，所述对密闭底座进行充气加压包括：

打开所述点火装置，点燃所述密闭底座内的燃料，燃烧燃料产生大量气体；

所述产生的气体对所述密闭底座进行加压，使使其达到理想压强。

进一步地，使所述作业设备获得初始推力，所述初始推力使所述作业设备获得初始加速度包括：

锁紧所述设备卡紧机构，对所述密闭底座进行充气加压；

达到理想压强后，控制所述设备卡紧机构的卡爪，使所述设备卡紧机构开锁。

本发明提出了一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置及方法，装置包括：密闭底座、作业设备以及支架，其中，密闭底座装置的主要作用为利用底座密闭空间产生的压强为弹射产生源动力，足够的压强可以使作业设备以较大初速度攀升，作业设备的作用是利用弹射动力攀升到一定，携带的作业机器人则进行作业，支架作用为限制底座，保持稳定性。方法包括：对所述密闭底座进行充气加压，使其达到理想压强；达到理想压强后，通过所述密闭底座周围的孔释放高压气体，使所述作业设备获得初始推力，所述初始推力使所述作业设备获得初始加速度；所述初始推力消失后，所述作业设备在惯性作用下减速向上攀爬。

针对当前市面上大多数机器人的爬升装置在攀爬过程中所存在的攀爬速度慢，爬升时间长以及耗电量大的问题，本发明提出一种基于弹射的电线杆攀爬方法和装置，这是一种基于火箭推进的弹射方式展露出来，因为本身电线杆柱就是对机器人爬升有着一种导向作用，所以，此方法虽然方法大胆，但也是解决问题的一种方法。既解决了爬升速度问题，还把设备和动力源分开，大大减少了作业机器人的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置装配图；

图2是本申请第一底座结构示意图；

图3是本申请第二底座结构示意图；

图4是本申请弹射设备结构示意图；

图5是本申请一种利用弹射方法的电线杆攀爬方法流程图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

攀爬电线杆是输电线路作业机器人必须要完成的一个工作，而现有技术中，输电线路作业机器人在攀爬过程中耗费的能量巨大，同时设备质量又为攀爬作业带来了不小的限制，其中最为重要的就是，在攀爬过程中消耗了大部分电池的电量，留给高空作业的电量并不充裕。同时，现有的作业机器人攀爬速度慢，爬升时间长，甚至比人工作业时间还多。这使得机器人的使用对工人来说是一种负担。所以，解决攀爬过程的能量消耗减少，或者在整个设备质量保持不变的时候设备所携带的能量更多和爬升速度加快这一系列重要问题迫在眉睫。

第一方面，本申请提供一种基于弹射的电线杆攀爬装置，所述装置包括：密闭底座1、作业设备2、支架3；

所述密闭底座1，密闭底座装置的主要作用为利用底座密闭空间产生的压强为弹射产生源动力，足够的压强可以使作业设备以较大初速度攀升。密闭底座还包括底座与设备卡紧机构。

所述作业设备2，作业设备的作用是利用弹射动力攀升到一定，携带的作业机器人则进行作业。作业设备还包括弹簧轮机构、三足顶伸机构。

所述支架3设置于所述装置最底端，所述密闭底座1固定于所述支架3正上方，所述作业设备2设置于所述设置于所述密闭底座1正上方。

进一步地，所述密闭底座1包括底座11、设备卡紧机构12以及点火装置13；

所述作业设备2包括弹簧轮机构21、三足顶伸机构22以及挡块23；

所述底座11设置于所述密闭底座1最底端，其中所述底座11中空圆柱形结构，所述设备卡紧机构12固定在所述底座11内侧，所述点火装置13固定在作业设备2底部，并置于底座最中心位置；

所述作业设备通过所述设备卡紧机构12固定在所述密闭底座1上；

所述挡块23设置于所述作业设备2最内侧，所述弹簧轮机构21以及三足顶伸机构22设置于所述挡块23外侧，其中，所述弹簧轮机构21中，作业设备2的爬升装置为弹簧轮呈环状围绕电线杆进行直线爬升，弹簧轮装置采用伸缩杆套弹簧加上轮子。由于弹簧的力，在爬升过程中弹簧轮可随电线杆直径缩小而紧贴电线杆。达到减小摩擦力、保持稳定和导向的作用，使设备快速攀升。

所述三足顶伸机构23中，作业设备2在爬升过程中，达到指定位置后，通过控制电机使其顶伸关节同步伸缩运动，最终使得三个顶伸关节的压紧块共同作用在电线杆表面，通过摩擦力压紧杆柱使其锁紧。同理，控制驱动电机可松开压紧块，使设备下降。

进一步地，所述密闭底座1以及作业设备2均设置为开环可拆卸。

进一步地，所述作业设备2包括第一设备以及第二设备，所述第一设备以及第二设备采用螺栓连接。

进一步地，所述密闭底座1包括第一底座111、第二底座112以及底座连接装置113，所述第一底座111以及第二底座112通过所述底座连接装置113连接，所述第一底座111以及第二底座112之间采用螺栓-销连接。

其中，销可以用来定位，传递动力和转矩，在安全装置中作被切断的保护件使用，而螺栓连接则对通孔的加工要求低，结构简单，装拆方便，应用广泛，另外，螺栓连接在拆卸时，只需旋下螺母而不必拆下双头螺栓。可避免大型被连接件上的螺纹孔损坏。

进一步地，所述弹簧轮机构21伸缩杆套弹簧以及轮子组成，所述三足顶伸机构22由电机、伸缩杆、夹紧块组成。

进一步地，所述密闭底座1采用绝缘隔热材料，材料内部还涂有耐高温涂层，所述底座空间1还设置有密封圈。

第二方面，本申请提供一种基于弹射的电线杆攀爬方法，所述方法应用于所述一种基于弹射的电线杆攀爬装置，包括：

对所述密闭底座进行充气加压，使其达到理想压强；

达到理想压强后，通过所述密闭底座周围的孔释放高压气体，使所述作业设备获得初始推力，所述初始推力使所述作业设备获得初始加速度；

所述初始推力消失后，所述作业设备在惯性作用下减速向上攀爬。

进一步地，所述对密闭底座进行充气加压包括：

打开所述点火装置，点燃所述密闭底座内的燃料，燃烧燃料产生大量气体；

点燃所述密闭底座内的燃料包括：

(1)利用硝酸钾—蔗糖固体燃料(KNSU)燃烧产生大量气体并在密闭底座空间产生0.125Mpa压强，根据硝酸钾——蔗糖燃料的配比根据反应方程式和所需压强：

48KNO₃+5C₁₂H₂₂O₁₁＝24K₂CO₃+24N₂+55HO₂+36CO₂；

得出燃烧最好的配比为硝酸钾比蔗糖为6：4。

(2)固体燃料利用电子打火，具体利用导线短路产生高热打火点燃燃料。

(3)设备在弹射前处于锁紧状态，设备在弹射攀爬到一定高度后会自动锁紧和松开。

其中，硝酸钾—蔗糖固体燃料(KNSU)是一种可以作为火箭推进的固体燃料，因为其氧化还原反应能产生大量高热气体，能在密闭底座空间内形成一定的气压。利用气压为弹射动力，通过计算，力大小为：F＝PS，其中F为初始瞬间力，单位牛顿(N)，P为压强，单位为100牛顿每平方厘米(N/cm²)，S为开孔面积，单位为平方厘米(cm²)。使得设备在初始阶段获得巨大加速度，加快爬升速度。通过计算，初始瞬间弹射力可达到500-700牛顿，则物体获得的瞬间加速度可达到9-11g，从而在短时间内获得比较大的速度。同时，设备在爬升过程中由于本身重力和摩擦力等阻力，物体也不断减速，不会导致物体因为惯性而损坏。

电子打火装置利用导线短路方法，将两根导线内的导线细丝分成几组，并将两根导线的几组细丝搭成桥，放置在固体燃料里面，导线通电短路时产生的热量迅速达到固体燃料的着火点，同时，为了保护打火装置，并配有延时断电继电器，通过远程操控继电器，则可以实现电子打火并保证装置安全。

整个底座采用热塑性聚酰亚胺(PEEK)材料，材料具有耐高温性能：玻璃化温度高达143℃，熔点为343℃，经GF或CF填充后，热变形温度高达315℃以上，优异的机械性能：是所有的树脂中韧性和刚性结合最完美的材料，其强度和耐疲劳性甚至优于一些金属和合金材料。其良好的机械性能使得底座的可加工性增强。同时，其耐热绝缘的特性也为储存高热气体提供了良好的空间环境。底座开口出安装密封圈保证气密性。

所述产生的气体对所述密闭底座进行加压，使使其达到理想压强。

进一步地，使所述作业设备获得初始推力，所述初始推力使所述作业设备获得初始加速度包括：

锁紧所述设备卡紧机构，对所述密闭底座进行充气加压；

底座与设备的连接锁紧装置为带有电磁铁-弹簧装置的卡盘，卡盘与底座为一体，在弹簧力作用下，设备与底座连接面伸出一定长度的卡爪卡住设备，可远程操控电磁铁使得弹簧压缩，则卡爪能自由伸缩，实现底座与设备的连接和锁紧。

达到理想压强后，控制所述设备卡紧机构的卡爪，使所述设备卡紧机构开锁。

设备的爬升装置为4个间隔90°的带有弹簧的轮子呈环状围绕电线杆爬升，由于弹簧的力，在爬升过程中4个轮子随电线杆直径缩小而紧贴电线杆。达到减小摩擦力和导向的作用。

设备在爬升过程中，达到指定位置后，其锁紧装置为三足顶伸机构，通过控制电机使其顶伸关节同步伸缩运动，最终使得三个顶伸关节的压紧块共同作用在电线杆表面，通过摩擦力压紧杆柱使其锁紧。同理，控制驱动电机可松开压紧块，使设备下降。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置，其特征在于，所述装置包括：密闭底座(1)、作业设备(2)、支架（3）；

所述支架（3）设置于所述装置最底端，所述密闭底座（1）固定于所述支架（3）正上方，所述作业设备（2）设置于所述密闭底座（1）正上方；

所述密闭底座（1）包括底座（11）、设备卡紧机构（12）以及点火装置（13）；

所述作业设备（2）包括弹簧轮机构（21）、三足顶伸机构（22）以及挡块（23）；

所述底座（11）设置于所述密闭底座(1)最底端，其中所述底座（11）中空圆柱形结构，所述设备卡紧机构（12）固定在所述底座（11）内侧，所述点火装置（13）固定在作业设备（2）底部，并置于底座最中心位置；

所述作业设备通过所述设备卡紧机构（12）固定在所述密闭底座（1）上；

所述挡块（23）设置于所述作业设备（2）最内侧，所述弹簧轮机构（21）以及三足顶伸机构（22）设置于所述挡块（23）外侧；

所述电线杆攀爬装置被配置为执行下列方法：

锁紧所述设备卡紧机构，对所述密闭底座进行充气加压，使其达到理想压强；

达到理想压强后，控制所述设备卡紧机构的卡爪，使所述设备卡紧机构开锁；

通过所述密闭底座周围的孔释放高压气体，使所述作业设备获得初始推力，所述初始推力使所述作业设备获得初始加速度；

所述初始推力消失后，所述作业设备在惯性作用下减速向上攀爬；

对所述密闭底座进行充气加压的步骤，包括:

打开所述点火装置，点燃所述密闭底座内的燃料，燃烧燃料产生大量气体；

所述产生的气体对所述密闭底座进行加压，使其达到理想压强。

2.根据权利要求1所述的一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置，其特征在于，所述密闭底座（1）以及作业设备（2）均设置为开环可拆卸。

3.根据权利要求1所述的一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置，其特征在于，所述作业设备（2）包括第一设备以及第二设备，所述第一设备以及第二设备采用螺栓连接。

4.根据权利要求2所述的一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置，其特征在于，所述密闭底座（1）包括第一底座（111）、第二底座（112）以及底座连接装置（113），所述第一底座（111）以及第二底座（112）通过所述底座连接装置（113）连接，所述第一底座（111）以及第二底座（112）之间采用螺栓-销连接。

5.根据权利要求4所述的一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置，其特征在于，所述弹簧轮机构（21）由伸缩杆套弹簧以及轮子组成，所述三足顶伸机构（22）由电机、伸缩杆、夹紧块组成。

6.根据权利要求5所述的一种利用弹射方法的电线杆攀爬装置，其特征在于，所述密闭底座（1）采用绝缘隔热材料，材料内部还涂有耐高温涂层，底座空间还设置有密封圈。

7.一种应用于权利要求1-6任意一项所述电线杆攀爬装置的电线杆攀爬方法，其特征在于，所述电线杆攀爬方法包括：

锁紧所述设备卡紧机构，对所述密闭底座进行充气加压，使其达到理想压强；

达到理想压强后，控制所述设备卡紧机构的卡爪，使所述设备卡紧机构开锁；

通过所述密闭底座周围的孔释放高压气体，使所述作业设备获得初始推力，所述初始推力使所述作业设备获得初始加速度；

所述初始推力消失后，所述作业设备在惯性作用下减速向上攀爬。

8.根据权利要求7所述的一种电线杆攀爬方法，其特征在于，所述对密闭底座进行充气加压包括：

打开所述点火装置，点燃所述密闭底座内的燃料，燃烧燃料产生大量气体；

所述产生的气体对所述密闭底座进行加压，使其达到理想压强。

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