CN116255046A - 单柱钢管杆高空无人辅助对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，包括同轴连通的夹持段、导向段、转位单元、螺母螺栓推送单元、拧紧单元、监控单元；对接装置通过夹持段固定在下钢管杆顶端，上钢管杆的底端通过导向段与下钢管杆顶部对接；转位单元驱动上钢管杆周向转动，通过监控单元监控，直至上下钢管杆的螺栓孔对中；螺母螺栓推送单元带动螺母运动至装配位；拧紧单元驱动螺栓转动穿过上下钢管杆的螺孔与螺母螺纹配合。本发明通过夹持段使装置在地面与下钢管杆固定，吊装后上钢管杆在通过导向段能够快速与下钢管杆粗对接，通过转位单元转动上钢管杆实现上下螺孔对中，螺母螺栓推送单元将螺母和螺栓推送到位，拧紧单元将螺栓拧紧即可完成上下钢管杆的对接工作。

Description

单柱钢管杆高空无人辅助对接装置

技术领域

本发明涉及电力电塔安装技术领域，具体来说是单柱钢管杆高空无人辅助对接装置。

背景技术

现代社会正朝着智能化时代发展，互联网+、物联网技术突飞猛进，资源和信息共享越来越成为21世纪的主题，而这一切需要庞大的、全覆盖的无线通信支撑。作为电力输送的核心枢纽，电力铁塔不仅用于架设高压电线线路，其次还可以用作通讯机站、各类通信信号以及微波站信号的传输等。采用电力铁塔搭载通信基站不仅能够节约公共资源，提高基站建设效率，还能极大推动通信事业的发展，因此，电力铁塔对国家电网的电力输送与通信事业以及未来智慧生活的重要性无可替代。

作为一种常见的电力铁塔，单柱钢管塔结构具有技术和经济优势，其安装以及使用相较传统的桁架铁塔具有造价低、占地小、外形美观、施工周期短等优点，对于城市周边及电网末端送电网络具有很好的环境适应性，在我国应用广泛。

常规的单柱钢管塔包括塔体和横担,其塔体至少由两段组成,其关键在于：每相邻的两段塔体,一段的外径略小于另一段的内径,各段塔体可全部套装在一起；在每段塔体两端均设有穿钉孔,穿钉孔依次上下错开,塔体各段用螺栓穿钉贯穿连接。单柱钢管塔组装时需牵拉每段塔体顶部的钢鼻,依次抽出各段塔体,将相邻两段塔体上的穿钉孔相对应,将螺栓穿钉分别贯穿塔体,用螺栓紧固。单柱钢管塔安装高空作业量较多安装过程采用吊车分段起吊组装，操作过程中安装人员与吊车之间协调配合工作较多，施工安全风险高，高空劳动强度大。

如公布号为CN114658283A一种电力电塔安装设备，它包括环套A、齿圈、导套、导杆、环套B、内六角套、单向环、环套C、拨杆B、环套D、拨杆C、涡簧，其中通过螺栓A对接且嵌套于钢管杆对接法兰边缘的两个半环环套A上周向均匀安装有若干与钢管杆上对接法兰的连接孔一一对应的导套；本发明只需要在较粗的钢管杆的梯子上就可单独一个人完成法兰上全部螺栓的有效安装及预紧，安装效率较高，避免了辅助人员在吊车上的安全隐患，施工安全。虽然该设备能够减少人员以及操作难度，但依然需要1个作业人员登高作业，施工安全问题没有得到根本解决。

据不完全统计，每年与钢管塔相关事故多达十余起，造成人员伤亡以及很大的经济损失。所以，钢管塔安装过程中存在高空作业保护措施不足的问题和安全隐患，实现钢管塔高空无人组装是输电线路现场施工亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何降低钢管塔高空对接时的人员安全问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，包括同轴连通的夹持段(1)、导向段(2)、转位单元(3)、螺母螺栓推送单元(4)、拧紧单元(5)、监控单元(6)；

所述对接装置通过夹持段(1)固定在下钢管杆顶端，上钢管杆的底端通过导向段(2)与下钢管杆顶部对接；所述转位单元(3)驱动上钢管杆周向转动，通过监控单元(6)监控，直至上下钢管杆的螺栓孔对中；所述螺母螺栓推送单元(4)带动螺母运动至装配位；所述拧紧单元(5)驱动螺栓转动穿过上下钢管杆的螺孔与螺母螺纹配合。

本发明通过夹持段使装置在地面与下钢管杆固定，吊装后上钢管杆在通过导向段能够快速与下钢管杆粗对接，通过转位单元转动上钢管杆实现上下螺孔对中，再通过螺母螺栓推送单元将螺母和螺栓推送到位，拧紧单元将螺栓拧紧即可完成上下钢管杆的对接工作，全程无需人员参与，操作性强，安全性高。其中，可伸缩的螺母螺栓推送单元可避免上钢管杆下落是的干扰，结构设计合理。

进一步的，所述导向段(2)包括同轴连通的喇叭段(21)和圆柱段(22)；所述喇叭段(21)位于圆柱段(22)上方；所述圆柱段(22)的内径与上钢管杆底端的法兰盘外径相同或略大于。

进一步的，所述转位单元(3)包括第一驱动件(31)、第二驱动件(32)、摆臂(33)、第一摩擦轮(34)；所述第一驱动件(31)固定在所述圆柱段(22)的外侧，所述摆臂(33)的一端与第一驱动件(31)的输出端固定，所述第二驱动件(32)固定在所述摆臂(33)的另一端，所述第一摩擦轮(34)与第二驱动件(32)的输出端固定；在所述圆柱段(22)的侧壁开有窗口(221)；所述第一驱动件(31)驱动摆臂(33)转动，使第一摩擦轮(34)穿过窗口(221)与上钢管杆外壁接触；所述第二驱动件(32)驱动第一摩擦轮(34)转动，从而带动上钢管杆发生周向转动。

进一步的，所述摆臂(33)包括摆臂一段(331)和摆臂二段(332)；所述摆臂一段(331)和摆臂二段(332)之间朝向所述窗口(221)的一侧通过弹簧(333)弹性连接，背向窗口(221)的一侧通过弹力块(334)连接。

进一步的，所述螺母螺栓推送单元(4)包括环形支架(41)、环形推板(42)、压板(43)、螺母保持架(44)、螺栓保持架(45)、第三驱动件(46)；所述环形支架(41)固定在所述圆柱段(22)外壁；环形推板(42)与环形支架(41)通过轨道滑动配合，环形推板(42)与环形之间之间形成环形腔，所述压板(43)为多片，按照同一方向水平倾斜固定在环形推板(42)内壁，所述第三驱动件(46)固定在环形支架(41)上，第三驱动件(46)的输出端固定有第二摩擦轮49，所述第二摩擦轮49与环形推板(42)内壁或外壁抵接；

在所述环形支架(41)上滑动配合有与压板(43)数量一致的螺母保持架(44)；多个螺母保持架(44)放射性设置，并在圆柱段(22)上开有供所述螺母保持架(44)通过的通孔；所述螺母保持架(44)朝向的圆柱段(22)中心的一端设有螺母放置平台(441)，所述螺母放置平台(441)朝向圆柱段(22)中心的一侧为敞口，供螺母从放置平台水平撤出；所述螺母保持架(44)背向圆柱段(22)中心的一端固定有第三摩擦轮(400)；所述第三摩擦轮(400)与压板(43)朝向圆柱段(22)的侧壁抵接；驱动第三驱动件(46)，第二摩擦轮49带动环形推板(42)转动，环形推板(42)带动压板(43)周向转动，压板(43)通过第三摩擦轮(400)挤压螺母保持架(44)向圆柱段(22)运动，从而将螺母送到设定位置；

所述螺栓保持架(45)包括螺栓保持平台(451)，所述螺栓保持平台(451)设有限位台阶，限位台阶的中心为上下贯通的螺栓通孔，在限位台阶内限位有垫片，螺栓自下而上穿过螺栓通孔与垫片螺纹配合。

进一步的，所述螺母保持架(44)的侧壁开有限位腔(442)，滑孔(411)侧壁朝向限位腔(442)延伸出挡块，在限位腔(442)内限位有弹簧，弹簧一端顶在挡板上，另一端顶在限位腔(442)远离圆柱段(22)的一端，当螺母保持架(44)向圆柱段(22)运动是，弹簧受压，当压板(43)撤离后，在弹簧复位作用下，螺母保持架(44)复位。

进一步的，所述螺栓通孔的直径大于螺栓的螺帽头。

进一步的，所述螺栓保持架(45)固定在环形支架(41)低端部。

进一步的，所述螺栓保持架(45)与螺母保持架(44)固定，随同螺母保持架(44)在滑孔(411)内运动。

进一步的，在所述环形支架(41)的上表面固定有第一滑轨(47)，所述环形推板(42)的上表面向第一滑轨(47)方向延伸出第一滑块(48)，所述第一滑块(48)与第一滑轨(47)滑动配合，所述第一滑轨(47)为弧形滑轨，与所述圆柱段(22)同心。

进一步的，多个所述压板(43)中至少一个压板(43)背向第三摩擦轮(400)的一侧固定有两个接近开关(431)，两个接近开关(431)分别位于压板(43)的复位止停位置和螺母送到位止停位置。

进一步的，所述拧紧单元(5)包括直线电机(51)、第四摩擦轮(52)、旋转电机(53)、拧紧电机(54)、第二滑轨(55)、第二滑块(56)；所述第二滑轨(55)为环形轨道，固定在所述夹持段(1)外部，所述第二滑块(56)与第二滑轨(55)滑动配合，所述直线电机(51)与第二滑块(56)固定，所述拧紧电机(54)固定在直线电机(51)的输出端，被直线电机(51)带动上下运动；所述旋转电机(53)与第二滑块(56)固定，所述第四摩擦轮(52)与旋转电机(53)的输出端固定，所述第四摩擦轮(52)与下钢管杆的外壁抵接。

进一步的，所述第二滑块(56)背向钢管杆的一侧固定有水平支架(57)，所述直线电机(51)的机座固定在水平支架(57)的下表面，输出端穿过水平支架(57)朝上，在输出端固定有第三滑块(58)，所述第三滑块(58)与限位杆(59)滑动配合，所述限位杆(59)通过立架(500)固定在所述水平支架(57)上；第三滑块(58)与所述拧紧电机(54)的机座侧壁固定；所述旋转电机(53)通过L形支架(501)与所述第二滑块(56)固定。

进一步的，所述L形支架一侧翼竖向状态与所述第二滑块(56)固定，另一侧翼为水平状态，所述旋转电机(53)固在L形支架(501)水平状态侧翼的上表面，输出端穿过水平状态侧翼，所述第四摩擦轮(52)与旋转电机(53)的输出端固定。

进一步的，在所述立架(500)上还固定一个上行接近开关(502)，当所述拧紧电机(54)上行到所述上行接近开关501位置，所述上行接近开关(502)则向控制器发送拧紧完成信号。

本发明的优点在于：

本发明通过夹持段使装置在地面与下钢管杆固定，吊装后上钢管杆在通过导向段能够快速与下钢管杆粗对接，通过转位单元转动上钢管杆实现上下螺孔对中，再通过螺母螺栓推送单元将螺母和螺栓推送到位，拧紧单元将螺栓拧紧即可完成上下钢管杆的对接工作，全程无需人员参与，操作性强，安全性高。其中，可伸缩的螺母螺栓推送单元可避免上钢管杆下落是的干扰，结构设计合理。

喇叭段与具有一定高度的圆柱段，可将上钢管杆顺利导向设定位置，且在圆柱段的保持下，使悬吊的钢管杆保持垂直度，避免钢管杆倾斜，螺栓拧紧过程中与螺孔卡死或拧紧不到位。

转位单元通过驱动件驱动摩擦轮，在摩擦力作用下，迫使上钢管杆发生周向转动，从而调整上下螺孔的对中，摆臂采用两段式设计，且采用弹性连接，可在摩擦轮与钢管杆接触时吸收撞击力，且在弹簧的顶紧作用下，保证摩擦轮与钢管杆紧密抵接。

螺母螺栓推送单元采用环形支架配合滑轨，在驱动件的作用下是环形推板周向运动，从而带动压板挤压螺母保持架，使螺母保持架做径向伸缩运动，完成螺母的推送工作，结合接近开关，可精准控制推送位置。螺母限位平台的敞口设计可使螺母保持架顺利撤出，螺栓保持平台可使螺栓固定且能够穿过平台，结构设计巧妙。限位腔与弹簧配合，能够让螺母保持架顺利撤出，过程顺畅。

螺栓保持架与螺母保持架分体式设计或一体式设计，可组合使用，从而避开法兰盘的加强筋，减少互相干扰。

拧紧单元通过环形轨道实现逐个螺栓拧紧，通过直线电机驱动拧紧电机上行，配合接近开关可把控拧紧程度。

附图说明

图1为本发明实施例中对接装置的一半结构示意图；

图2为本发明实施例中对接装置一半的另一个视角结构示意图；

图3为本发明实施例中喇叭筒设计滚柱的结构示意图；

图4为本发明实施例中转位单元的结构示意图；

图5为本发明实施例中监控单元的结构示意图；

图6为本发明实施例中螺母螺栓推送单元的结构示意图；

图7为本发明实施例中螺母螺栓推送单元的另一个视角结构示意图；

图8为本发明实施例中接近开关于压板的安装结构示意图；

图9为本发明实施例中螺母保持架和螺栓保持架一体式设计的结构示意图；

图10为本发明实施例中拧紧单元的放大结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本实施例公开一种单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，该对接装置使用时，无需人员登高作业，降低操作难度和安全系数。如图1所示，对接装置包括同轴连通的夹持段1、导向段2、转位单元3、螺母螺栓推送单元4、拧紧单元5、监控单元6。

本实施例中，夹持段1用于与下钢管杆顶部夹持抱紧，整体为圆环状，采用钢板弯制而成的两个半环拼装成整环。半环的端面设计有装配台阶，两个半环拼装时，装配台阶吻合后再通过螺栓固定即可实现抱紧钢管杆的目的。

如图1、图2所示，导向段2包括喇叭段21，喇叭段21的小口径端位于下方，且向下延伸出圆柱段22，夹持段1与圆柱段22通过多根连接杆连接，从而可以减轻装置的整体重量。

对接装置通过夹持段1固定在下钢管杆顶端，上钢管杆的底端通过导向段2与下钢管杆顶部对接；转位单元3驱动上钢管杆周向转动，通过监控单元6监控，直至上下钢管杆的螺栓孔对中；螺母螺栓推送单元4带动螺母运动至装配位；拧紧单元5驱动螺栓转动穿过上下钢管杆的螺孔与螺母螺纹配合。下面针对每个单元进行详细描述：

导向段2：

如图1、图2所示，导向段2包括同轴连通的喇叭段21和圆柱段22；喇叭段21位于圆柱段22上方；圆柱段22的内径与上钢管杆底端的法兰盘外径相同或略大于，以便于适应不同尺寸的法兰。本实施例中，采用喇叭段21作为导向，可以引导上钢管杆粗定位，当上钢管杆从喇叭段21逐渐进入圆柱段22后，完成精确定位。由于此时的上钢管杆与下钢管杆还未固定，且处于悬吊状态，本实施例中将圆柱段22具有一定高度，可以限制上钢管杆的垂直度，保证上下两个钢管杆法兰盘的对接精度。另外，为了减少上钢管杆从喇叭段21向下运动时的摩擦及降低噪音，本实施例还在喇叭段21的壁上安装有多个滚柱211，如图3所示，上钢管杆下落时，通过与滚珠的滚动配合，实现减少摩擦及降噪。

转位单元3：

如图4所示，本实施例中转位单元3的功能是用于转动上钢管杆，让上下钢管杆的螺孔对中，便于下一步操作。转位单元3包括第一驱动件31、第二驱动件32、摆臂33、第一摩擦轮34；第一驱动件31通过安装支架35固定在圆柱段22的外壁，摆臂33的一端与第一驱动件31的输出端固定，第二驱动件32固定在摆臂33的另一端，第一摩擦轮34与第二驱动件32的输出端固定；在圆柱段22的侧壁开有窗口221(如图2所示)；第一驱动件31驱动摆臂33转动，使第一摩擦轮34穿过窗口221与上钢管杆外壁接触；第二驱动件32驱动第一摩擦轮34转动，从而带动上钢管杆发生周向转动。本实施例中摆臂33可采用工字钢或C字钢制作，第一驱动件31和第二驱动件32均为驱动电机，分别带动摆臂33和第一摩擦轮34转动。摩擦轮采用摩擦系数较大的硅胶等材质制作，避免与钢管杆外壁打滑。

为了适应不同直径的钢管杆，摆臂33包括摆臂一段331和摆臂二段332；摆臂一段331和摆臂二段332之间朝向窗口221的一侧通过弹簧333弹性连接，背向窗口221的一侧通过弹力块334连接。本实施例中，为了减少弹簧333对转位工作的影响，将弹簧333固定在摆臂一段331、摆臂二段332的内侧，既工字型或C字型的翼板内壁，弹簧333的一端固定在摆臂一段331，另一端固定在摆臂二段332。在摆臂一段331和摆臂二段332背向窗口221的一侧通过弹力块334固定。弹力块334采用橡胶、硅胶等柔性材质制得，大体为方形，覆盖在摆臂一段331和摆臂二段332翼板外壁，并通过螺栓分别与摆臂一段331和摆臂二段332固定。本实施例中，弹簧333具有一定刚度，当摆臂一段331和摆臂二段332呈直线时，弹簧333呈自然状态，弹力块334没有弯曲，当启动第一驱动件31时，摆臂33朝向窗口221运动，第一摩擦轮34与上钢管杆外壁抵接，在抵接力作用下，摆臂一段331与摆臂二段332形成夹角，弹簧333受压，在弹簧333的反作用下，限制摆臂一段331的转动角度，从而保证第一摩擦轮34能够与上钢管柱紧密抵接，同时由于弹簧333具有一定柔性，所以可以为第一摩擦轮34与上钢管柱提供一定的缓冲余地。当然，弹力块334也起到跟弹簧333一样的作用，在弹簧333和弹力块334作用下，第一摩擦轮34始终与上钢管杆外壁紧密抵接，此时启动第二驱动件32，在第一摩擦轮34的转动带动下，使上钢管杆发生周向转动，直至上下两根钢管杆的螺孔对中即可停止。

本实施例中，由于是无人操作，所以需要设置监控单元6实施监控上下螺孔是否对齐。本实施例中，如图5所示，监控单元6为在摆臂一段331上通过一个支架固定的一个摄像头，摄像头水平朝向窗口221伸出，跟随摆臂33转动从窗口221进入到圆柱段22，当第一摩擦轮34在转动上钢管杆时，摄像头从上而下拍摄上钢管杆的下法兰盘，并将拍摄的图片或视频发送到地面，由人工控制第一驱动件31、第二驱动件32停止动作，或由自动控制获取图像并进行目标识别，当上下螺孔对齐口，通过控制程序控制第一驱动件31、第二驱动件32停止动作。

本实施例中，为了减少装置的整体高度，第一驱动件31采用横向与安装支架35固定，第一驱动件31的输出轴穿过固定支架与蜗轮蜗杆(图中未示出)联动，通过蜗轮蜗杆将水平向的转轴转换成竖向转轴311，竖向转轴311通过转轴法兰与摆臂二段332固定，从而既能实现带动摆臂33转动，又能降低装置的整体高度。

螺母螺栓推送单元4：

本实施例中，当上钢管杆与下钢管杆对接完成后，需要在上钢管杆的法兰盘上方放置螺母才能够与下方的螺栓拧紧配合。为了避免螺母螺栓推送单元4对上钢管杆下落造成障碍，本实施例采用可伸缩式结构，具体结构如下：

如图6所示，螺母螺栓推送单元4包括环形支架41、环形推板42、压板43、螺母保持架44、螺栓保持架45、第三驱动件46；环形支架41具有一定高度和宽度，套设在圆柱段22外壁并靠近圆柱段22低端，环形支架41与圆柱段22可采用焊接、螺栓等固定方式；环形推板42为薄壁筒状，直径大于环形支架41的最大直径，套设在环形支架41的外部，在环形支架41的上表面固定有弧形滑轨47，滑轨上滑动配合有第一滑块48，第一滑块48通过连接件481(一般采用钢板作为连接件，便于焊接固定)与环形推板42焊接或螺栓固定，从而使得环形推板42与环形支架41同心且可做周向转动；为了稳定性，弧形滑轨47和第一滑块48至少有两对，对称分布在环形支架41的两侧。第三驱动件46为驱动电机，通过支架461固定在环形支架41的底部，第三驱动件46的输出端固定有第二摩擦轮49，第二摩擦轮49与环形推板42内壁抵接，通过启动第三驱动件46，带动第二摩擦轮49转动，在摩擦力作用下，带动环形推板42转动。

环形推板42与环形之间形成环形腔，压板43为多片，按照顺时针或逆时针方向水平倾斜固定在环形推板42内壁，压板43为片状结构，具有一定刚度，可采用钢板、塑料板、木板均可，一端与环形推板42内壁固定(固定方式可以为焊接、螺栓固定等，根据压板43材质不同选择合适的固定方式)，另一端为自由端，且压板43为竖向设置。

如图7所示，在环形支架41上放射性开有与压板43数量一直的滑孔411，在每个滑孔411内都滑动配合一个螺母保持架44；多个螺母保持架44放射性设置，并在圆柱段22上开有供螺母保持架44通过的通孔；如图8、图9所示，螺母保持架44朝向的圆柱段22中心的一端设有螺母放置平台441，螺母放置平台441朝向圆柱段22中心的一侧为敞口，用以当螺母与螺栓固定后，螺母保持架44水平撤出；螺母保持架44背向圆柱段22中心的一端固定有第三摩擦轮400；第三摩擦轮400与压板43朝向圆柱段22的侧壁抵接；驱动第三驱动件46，第二摩擦轮49带动环形推板42转动，环形推板42带动压板43周向转动，压板43通过第三摩擦轮400挤压螺母保持架44向圆柱段22运动，从而将螺母送到设定位置；

如图9所示，螺栓保持架45包括螺栓保持平台451，螺栓保持平台451设有限位台阶，限位台阶的中心为上下贯通的螺栓通孔，在限位台阶内限位有垫片，螺栓自下而上穿过螺栓通孔与垫片螺纹配合。螺栓通孔的直径大于螺栓的螺帽，当螺栓和螺母固定时，螺栓向上走，最终螺栓的螺帽穿过螺栓通孔。

本实施例中螺栓保持架45可以与螺母保持架44集成一体，如图9所示，两个保持架均大体为长方体形状，通过连接杆连接，可减轻重量。也可以是分体式设置，分体式设置，则可以自环形支架41的底部向中心延伸出螺栓保持架45，如图6中标号45指向的为螺栓保持架与环形支架一体设计。当然，由于钢管杆的法兰有加强筋，螺栓保持架45存在干涉，为了解决这个问题，会将螺栓保持架45部分削切，当削切面积较大，无法放置垫片时，可将螺栓保持架45与螺母保持架44固定，从而与螺母保持器一起伸缩。本实施例中，干扰部分的螺栓保持架45与螺母保持架44集成一体，没有干扰位置的螺栓保持架45则与环形支架41为一体，夹持段与导向段之间的连杆100一端与环形之间底壁固定，另一端与夹持段固定。

当螺母、螺栓固定完成后，第三驱动件46翻转，撤销压板43对螺母保持架44的压力，此时螺母保持架44需要一个反推力使其复位，所以本实施例在螺母保持架44的侧壁开有限位腔442，如图9所示，滑孔411侧壁朝向限位腔442延伸出挡块(图中未示出)，在限位腔442内限位有弹簧(图中未示出)，弹簧一端顶在挡板上，另一端顶在限位腔442远离圆柱段22的一端，当螺母保持架44向圆柱段22运动是，弹簧受压，当压板43撤离后，在弹簧复位作用下，螺母保持架44复位。如此伸缩式螺母保持架44，不会对上钢管杆下落时造成障碍。

本实施例中，螺母的推送位置通过如下方法控制：

在其中一块压板43背向第三摩擦轮400的一侧固定两个电容式接近开关431，两个接近开关431前后设置，当第三摩擦轮400运行到位于压板43后位的接近开关431时，接近开关431导通，则说明螺母送到位，此时控制器接受到后位接近开关431的信号，即可发出拧紧螺栓的信号，此时拧紧单元5启动，当拧紧一定时长，螺母套设在螺栓上时，控制器发出控制信号控制第三驱动件46翻转，从而带动压板43退回，当第三摩擦轮400运行到位于压板43前位的接近开关431，则说明螺母保持架44复位结束，第三驱动件46停止即可。

拧紧单元5：

如图10所示，拧紧单元5包括直线电机51、第四摩擦轮52、旋转电机53、拧紧电机54、第二滑轨55、第二滑块56；第二滑轨55为环形轨道，固定在夹持段1外部，第二滑块56与第二滑轨55滑动配合，直线电机51与第二滑块56固定，拧紧电机54固定在直线电机51的输出端，被直线电机51带动上下运动；旋转电机53与第二滑块56固定，第四摩擦轮52与旋转电机53的输出端固定，第四摩擦轮52与下钢管杆的外壁抵接。具体的，在第二滑块56背向钢管杆的一侧固定有个水平支架57，直线电机51的机座固定在水平支架57的下表面，输出端穿过水平支架57朝上，在输出端固定有第三滑块58，第三滑块58与限位杆59滑动配合，限位杆59通过立架500固定在水平支架57上。第三滑块58大体为方形，侧壁与拧紧电机54的机座侧壁固定。旋转电机53通过L形支架501与第二滑块56固定。L形支架501一侧翼竖向状态与第二滑块56固定，另一侧翼为水平状态，旋转电机53固在L形支架501水平状态侧翼的上表面，输出端穿过侧翼，第四摩擦轮52与旋转电机53的输出端固定。本实施例中，在立架500上还固定一个上行接近开关501，当拧紧电机54上行到上行接近开关502位置，上行接近开关502则向控制器发送拧紧完成信号。具体工作原理如下：

启动直线电机51带动第三滑块58上下运动，从而可以带动拧紧电机54上下运动，当上上行接近开关501位置，控制器收到拧紧完成信号，既控制直线电机51反转，带动拧紧电机54下行，下行到位后，启动旋转电机53，第四摩擦轮52与钢管杆外壁摩擦，带动第二滑块56沿第二滑块56运行，运行距离根据螺栓间距可通过控制第四摩擦轮52的转动角度确定。当运行到下一个螺栓下方时，重复上述动作完成螺栓拧紧，以此类推，直至所有螺栓拧紧。

本实施例中，为了方便与下钢管杆夹持，将整个装置竖向分为两半，两半的安装面采用插槽结构配合螺栓固定。

具体使用时，在装配前，先将螺栓及垫片放置到螺栓限位台阶上。然后在地面将两半抱在下钢管杆的顶部，卡接初固定后采用螺栓固定牢，使夹紧段紧紧抱住下钢管杆，用吊车将下钢管杆吊起至竖直状态，再吊装上钢管杆至竖直并慢慢下落，从喇叭段21导向至圆柱段22，与下钢管杆粗对接，启动第一驱动件31、第二驱动件32，当第一摩擦轮34在转动上钢管杆时，摄像头从上而下拍摄上钢管杆的下法兰盘，并将拍摄的图片或视频发送到地面，由人工控制第一驱动件31、第二驱动件32停止动作，或由自动控制获取图像并进行目标识别，当上下螺孔对齐口，通过控制程序控制第一驱动件31、第二驱动件32停止动作，完成上下螺孔对其。然后启动第三驱动件46，推送螺母，至上钢管杆法兰的上方，到位后，启动拧紧单元5，转动螺栓向上运动从而拧紧。拧紧一个后，控制器收到拧紧完成信号，既控制直线电机51反转，带动拧紧电机54下行，下行到位后，启动旋转电机53，第四摩擦轮52与钢管杆外壁摩擦，带动第二滑块56沿第二滑块56运行，运行距离根据螺栓间距可通过控制第四摩擦轮52的转动角度确定。当运行到下一个螺栓下方时，重复上述动作完成螺栓拧紧，以此类推，直至所有螺栓拧紧，即可人工拆除对接装置。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，包括同轴连通的夹持段(1)、导向段(2)、转位单元(3)、螺母螺栓推送单元(4)、拧紧单元(5)、监控单元(6)；

所述对接装置通过夹持段(1)固定在下钢管杆顶端，上钢管杆的底端通过导向段(2)与下钢管杆顶部对接；所述转位单元(3)驱动上钢管杆周向转动，通过监控单元(6)监控，直至上下钢管杆的螺栓孔对中；所述螺母螺栓推送单元(4)带动螺母运动至装配位；所述拧紧单元(5)驱动螺栓转动穿过上下钢管杆的螺孔与螺母螺纹配合。

2.根据权利要求1所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述导向段(2)包括同轴连通的喇叭段(21)和圆柱段(22)；所述喇叭段(21)位于圆柱段(22)上方；所述圆柱段(22)的内径与上钢管杆底端的法兰盘外径相同或略大于。

3.根据权利要求2所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述转位单元(3)包括第一驱动件(31)、第二驱动件(32)、摆臂(33)、第一摩擦轮(34)；所述第一驱动件(31)固定在所述圆柱段(22)的外侧，所述摆臂(33)的一端与第一驱动件(31)的输出端固定，所述第二驱动件(32)固定在所述摆臂(33)的另一端，所述第一摩擦轮(34)与第二驱动件(32)的输出端固定；在所述圆柱段(22)的侧壁开有窗口(221)；所述第一驱动件(31)驱动摆臂(33)转动，使第一摩擦轮(34)穿过窗口(221)与上钢管杆外壁接触；所述第二驱动件(32)驱动第一摩擦轮(34)转动，从而带动上钢管杆发生周向转动。

4.根据权利要求3所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述摆臂(33)包括摆臂一段(331)和摆臂二段(332)；所述摆臂一段(331)和摆臂二段(332)之间朝向所述窗口(221)的一侧通过弹簧(333)弹性连接，背向窗口(221)的一侧通过弹力块(334)连接；当所述摆臂一段(331)和摆臂二段(332)呈直线时，所述弹簧(333)为自然状态。

5.根据权利要求1至4任一所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述螺母螺栓推送单元(4)包括环形支架(41)、环形推板(42)、压板(43)、螺母保持架(44)、螺栓保持架(45)、第三驱动件(46)；所述环形支架(41)固定在所述圆柱段(22)外壁；环形推板(42)与环形支架(41)通过轨道滑动配合，环形推板(42)与环形之间之间形成环形腔，所述压板(43)为多片，按照同一方向水平倾斜固定在环形推板(42)内壁，所述第三驱动件(46)固定在环形支架(41)上，第三驱动件(46)的输出端固定有第二摩擦轮(49)，所述第二摩擦轮(49)与环形推板(42)内壁或外壁抵接；

在所述环形支架(41)上滑动配合有与压板(43)数量一致的螺母保持架(44)；多个螺母保持架(44)放射性设置，并在圆柱段(22)上开有供所述螺母保持架(44)通过的通孔；所述螺母保持架(44)朝向的圆柱段(22)中心的一端设有螺母放置平台(441)，所述螺母放置平台(441)朝向圆柱段(22)中心的一侧为敞口，供螺母从放置平台水平撤出；所述螺母保持架(44)背向圆柱段(22)中心的一端固定有第三摩擦轮(400)；所述第三摩擦轮(400)与压板(43)朝向圆柱段(22)的侧壁抵接；驱动第三驱动件(46)，第二摩擦轮(49)带动环形推板(42)转动，环形推板(42)带动压板(43)周向转动，压板(43)通过第三摩擦轮(400)挤压螺母保持架(44)向圆柱段(22)运动，从而将螺母送到设定位置；

所述螺栓保持架(45)包括螺栓保持平台(451)，所述螺栓保持平台(451)设有限位台阶，限位台阶的中心为上下贯通的螺栓通孔，在限位台阶内限位有垫片，螺栓自下而上穿过螺栓通孔与垫片螺纹配合。

6.根据权利要求5所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述螺母保持架(44)的侧壁开有限位腔(442)，滑孔(411)侧壁朝向限位腔(442)延伸出挡块，在限位腔(442)内限位有弹簧，弹簧一端顶在挡板上，另一端顶在限位腔(442)远离圆柱段(22)的一端，当螺母保持架(44)向圆柱段(22)运动是，弹簧受压，当压板(43)撤离后，在弹簧复位作用下，螺母保持架(44)复位。

7.根据权利要求5所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述螺栓通孔的直径大于螺栓的螺帽头。

8.根据权利要求5所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述螺栓保持架(45)为自环形支架(41)底部水平延伸出的架体。

9.根据权利要求5所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述螺栓保持架(45)与螺母保持架(44)固定，随同螺母保持架(44)在滑孔(411)内运动。

10.根据权利要求5所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，在所述环形支架(41)的上表面固定有第一滑轨(47)，所述环形推板(42)的上表面向第一滑轨(47)方向延伸出第一滑块(48)，所述第一滑块(48)与第一滑轨(47)滑动配合，所述第一滑轨(47)为弧形滑轨，与所述圆柱段(22)同心。

11.根据权利要求5所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，多个所述压板(43)中至少一个压板(43)背向第三摩擦轮(400)的一侧固定有两个接近开关(431)，两个接近开关(431)分别位于压板(43)的复位止停位置和螺母送到位止停位置。

12.根据权利要1所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述拧紧单元(5)包括直线电机(51)、第四摩擦轮(52)、旋转电机(53)、拧紧电机(54)、第二滑轨(55)、第二滑块(56)；所述第二滑轨(55)为环形轨道，固定在所述夹持段(1)外部，所述第二滑块(56)与第二滑轨(55)滑动配合，所述直线电机(51)与第二滑块(56)固定，所述拧紧电机(54)固定在直线电机(51)的输出端，被直线电机(51)带动上下运动；所述旋转电机(53)与第二滑块(56)固定，所述第四摩擦轮(52)与旋转电机(53)的输出端固定，所述第四摩擦轮(52)与下钢管杆的外壁抵接。

13.根据权利要求11所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述第二滑块(56)背向钢管杆的一侧固定有水平支架(57)，所述直线电机(51)的机座固定在水平支架(57)的下表面，输出端穿过水平支架(57)朝上，在输出端固定有第三滑块(58)，所述第三滑块(58)与限位杆(59)滑动配合，所述限位杆(59)通过立架(500)固定在所述水平支架(57)上；第三滑块(58)与所述拧紧电机(54)的机座侧壁固定；所述旋转电机(53)通过L形支架(501)与所述第二滑块(56)固定。

14.根据权利要求12所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，所述L形支架一侧翼竖向状态与所述第二滑块(56)固定，另一侧翼为水平状态，所述旋转电机(53)固在L形支架(501)水平状态侧翼的上表面，输出端穿过水平状态侧翼，所述第四摩擦轮(52)与旋转电机(53)的输出端固定。

15.根据权利要求11所述的单柱钢管杆高空无人辅助对接装置，其特征在于，在所述立架(500)上还固定一个上行接近开关(502)，当所述拧紧电机(54)上行到所述上行接近开关501位置，所述上行接近开关(502)则向控制器发送拧紧完成信号。

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