一种杆塔防坠导轨验收机器人及方法与流程

本发明属于防坠导轨检测领域，尤其涉及一种杆塔防坠导轨验收机器人及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、目前防坠导轨状态检测技术在新安装防坠导轨的工程验收时，通常采用人工沿防坠杆塔验收，这样给验收人员带来较大的安全不确定性。另外，在防坠杆塔的登塔作业前，需要对防坠导轨状态（比如自锁器在防坠导轨上运行是否顺畅、防坠导轨表面状态、防坠导轨接头错位间隙、紧固件是否松动等）进行评估，传统防坠导轨状态评估的方法是通常采用人工登塔检测，其存在工作量大、效率低、危险性高等问题。

3、虽然现有技术提供了杆塔防坠导轨状态检测的相关机器人，但是其仍然存在以下缺陷：

4、（1）目前的杆塔防坠导轨验收机器人不能准确识别出轨道故障位置点及故障类型，需要二次检测及识别，导致输电杆塔防坠导轨检测效率差；

5、（2）目前的杆塔防坠导轨验收机器人在运行过程中，可能会在防坠导轨末端防脱装置缺失的情况，使得机器人从防坠导轨上冲出；而且机器人运动过程遇到卡阻，容易导致电机堵转发生动力突然中断，进而导致机器人从防坠导轨上快速滑落。

6、（3）现有的杆塔防坠导轨验收机器人的驱动机构采用永磁轮吸附，这样可能导致不能吸附特定材质防坠导轨，比如铝质防坠导轨；且目前一般采用下驱式压紧驱动方式，这样容易产生抱紧轮失效等异常工况；

7、（4）目前的杆塔防坠导轨验收机器人换向器能力差，不适用于防坠导轨错台情况；

8、（5）目前的杆塔防坠导轨验收机器人不适用于狭小尺寸的需求，而且防坠导轨末端防坠装置不统一可能会对机器人上下线安装的影响；

9、（6）防坠导轨接口处衔接不连贯，接口可能出现宽缝及偏轨台阶情况，而宽缝和偏轨台阶一般出现在防坠导轨的下表面及两侧面，这样会造成机器人导向轮和抱紧轮卡滞的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种杆塔防坠导轨验收机器人及方法，其能够提升防坠导轨状态检测的效率和智能化水平。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种杆塔防坠导轨验收机器人。

4、一种杆塔防坠导轨验收机器人，包括：运动平台、控制模块、缺陷检测模块和安全防护模块；所述控制模块、缺陷检测模块和安全防护模块均搭载在运动平台上；

5、所述运动平台与控制模块通信连接；所述控制模块用于控制运动平台在防坠导轨上运动；所述运动平台的末端还连接有自锁器；

6、所述缺陷检测模块用于检测自锁器的拉力、运动平台的高度信息及振动信号，构建相应杆塔编号的拉力-振动-高度曲线，进而判断出防坠导轨的故障位置及故障类型并传送至控制模块，由控制模块控制运动平台执行相匹配动作；

7、所述安全防护模块用于检测运动平台与防坠导轨末端的距离及运动平台的工作状态，进而确定相匹配的安全防护策略并发送至控制模块，由控制模块控制运动平台执行相应安全防护策略。

8、作为一种实施方式，所述运动平台包括：单轴正向浮动式悬架机构，所述单轴正向浮动式悬架机构包括固定式框架、浮动机构、驱动机构及行走轮机构；所述浮动机构连接在固定式框架上，所述行走轮机构包括浮动式摩擦轮和固定式行走轮；所述驱动机构与浮动机构固定连接；所述驱动机构用于为行走轮机构提供动力；

9、所述浮动式摩擦轮与浮动机构相连，且布设在防坠导轨的上表面；

10、所述固定式行走轮固定连接在固定式框架上，位于防坠导轨的下表面且布设在浮动式摩擦轮两侧，以配合浮动式摩擦轮夹紧防坠导轨。

11、作为一种实施方式，所述固定式框架由第一框架、第二框架及顶压板构成，所述第一框架和第二框架相对设置，所述顶压板连接在第一框架和第二框架之间。

12、作为一种实施方式，所述浮动机构包括浮动夹持架、固定腔、浮动弹簧和弹簧调节臂；

13、所述浮动夹持架可沿所述固定式框架内侧上下移动；

14、所述固定腔的底部与浮动夹持架固定连接，所述固定腔的顶部开口，所述浮动弹簧放置在固定腔内；

15、所述弹簧调节臂包括中空腔体和螺杆，所述中空腔体固定在顶压板的下部，所述中空腔体的内壁套设在固定腔外侧；所述螺杆连接在空腔体的顶部，所述螺杆与顶压板上的螺纹孔配合且伸出顶压板，从而改变固定腔内浮动弹簧的压缩量。

16、作为一种实施方式，所述浮动夹持架两侧设置有导槽，所述浮动夹持架可沿限位板移动；所述限位板固定在固定式框架内侧，用于浮动夹持架的限位和导向。

17、作为一种实施方式，沿着防坠导轨方向，在所述固定式框架的至少一端还设置有二级调校机构，所述二级调校机构对称布设在防坠导轨两侧，以对错台防坠导轨依次进行拨叉一次调校及二次收拢拉转的纠偏。

18、作为一种实施方式，所述二级调校机构沿防坠导轨对称设置，包括销轴、第一摆臂、导向轮组、转轴、第一拨叉、第二摆臂、第二拨叉、可调螺杆及拉簧；

19、所述第一摆臂及第二摆臂的一端均通过销轴铰接在固定式框架上，均可沿销轴设定角度旋转；所述第一摆臂及第二摆臂的另一端均为u性开口设计，用于容纳相应导向轮组；

20、所述导向轮组套设在相应转轴上；所述第一拨叉及第二拨叉分别通过相应转轴对应安装在第一摆臂及第二摆臂上，所述第一拨叉与第二拨叉组合构成行进方向机器人最前端的外八型调校结构；

21、所述第一摆臂和第二摆臂上均连接有可调螺杆；两个拉簧的一端分别与对应可调螺杆相连，两个拉簧的另一端连接在固定式框架上。

22、作为一种实施方式，所述固定式行走轮还与自动开合机构相连，所述自动开合机构用于推入和拉出所述固定式行走轮，以实现从防坠导轨的任意位置安装杆塔防坠导轨验收机器人。

23、作为一种实施方式，所述自动开合机构包括移动臂、螺杆阶梯轴和动力传递组件；

24、所述固定式框架的外侧还设置有滑槽，所述移动臂的两端设置有凸起，所述凸起安装在滑槽内，所述移动臂的下端与固定式行走轮相连；

25、所述移动臂上设置有水平的螺纹孔，所述螺杆阶梯轴与所述螺纹孔配合；所述动力传递组件与螺杆阶梯轴相连，用于为螺杆阶梯轴提供动力；当螺杆阶梯轴旋转时，以带动移动臂沿着滑槽往复移动。

26、作为一种实施方式，所述自动开合机构还包括固定梁、限位开关和轴承座；

27、所述轴承座内有轴承，用于支撑螺杆阶梯轴；所述轴承座上设置有第一限位开关，用于检测移动臂收回到位；所述固定梁连接在固定式框架的下部；所述固定梁用于固定轴承；固定梁上设有第二限位开关，用于检测移动臂的移动位置。

28、作为一种实施方式，所述固定式框架上还连接有电池盒体，所述电池盒体内设置有电池锁止机构，以用于对电池进行锁止；所述电池锁止机构包括伸缩销、限位块和锁止弹簧；

29、两个所述伸缩销背对背安装，放置在电池盒的滑槽内；所述伸缩销的头部为方形锥面，尾部有内孔用于容纳所述锁止弹簧，上部设置有手柄；

30、所述限位块用于限制伸缩销往侧边滑出位置；所述锁止弹簧用于提供伸缩销复位的力，并保持其在推出状态。

31、作为一种实施方式，所述缺陷检测模块包括拉力传感器、位姿传感器、振动传感器和处理器；所述处理器与控制模块相互通信；

32、所述位姿传感器用于感知杆塔防坠导轨验收机器人的高度信息并传送至处理器；所述拉力传感器设置在杆塔防坠导轨验收机器人和自锁器连接处，用于检测自锁器的实时拉力，以表征自锁器在防坠导轨上运行的顺畅度并传送至处理器；所述振动传感器用于检测杆塔防坠导轨验收机器人在防坠导轨上实时运行的振动信号并传送至处理器；

33、所述处理器用于根据当前杆塔编号以及接收到位姿传感器、拉力传感器及振动传感器所传送来的信息，形成当前杆塔编号的拉力-振动-高度曲线，进而与当前杆塔编号的拉力-振动-高度基准曲线比较，同时判断出防坠导轨的故障位置及故障类型。

34、作为一种实施方式，所述缺陷检测模块还包括视频采集装置，其用于检测杆塔防坠导轨验收机器人在防坠导轨上实时运行的防坠导轨外观图像并传送至处理器，由处理器判断防坠导轨的外观是否正常。

35、作为一种实施方式，所述控制模块还与手持终端相互通信。

36、作为一种实施方式，所述控制模块还用于将杆塔防坠导轨验收机器人的当前电量信息传送至手持终端，由手持终端根据当前电量及防坠导轨的剩余巡检长度及总长度，判断是否下发返航指令。

37、作为一种实施方式，所述控制模块还用于根据与手持终端的通信状况，控制杆塔防坠导轨验收机器人继续执行检测任务，还是自动启动返程。

38、作为一种实施方式，所述运动平台上还安装有卡阻纠偏结构，所述卡阻纠偏结构包括支撑板、导向轮座和导向轮；所述支撑板连接在固定式框架上，所述导向轮座安装在支撑板上，所述导向轮通过导向轮轴固定到导向轮座上，在支撑板与导向轮座之间还安装有压缩弹簧；所述导向轮座及支撑板上均设置有缓冲斜面，以纠正防坠导轨的偏角。

39、作为一种实施方式，所述缓冲斜面为滑雪板面结构。

40、作为一种实施方式，所述支撑板上设有滑槽，所述导向轮座上设有与所述滑槽相匹配的滑块，所述滑块设置在滑槽内。

41、作为一种实施方式，所述滑槽为t型滑槽，所述滑块为t型滑块。

42、作为一种实施方式，所述安全防护模块包括安全防护控制器、测距传感器、速度传感器及电流/电压传感器；

43、所述测距传感器用于检测杆塔防坠导轨验收机器人与防坠导轨末端的距离并传送至安全防护控制器；

44、所述速度传感器用于检测运动平台的运动速度并传送至安全防护控制器；

45、所述电流/电压传感器用于检测驱动机构的输出电流/电压信号并传送至安全防护控制器；

46、所述安全防护控制器用于根据接收到的信号来确定相匹配的安全防护策略并发送至控制模块。

47、作为一种实施方式，所述运动平台上还搭载有抱闸装置；所述安全防护策略包括：

48、当检测到运动平台与防坠导轨末端的距离小于或等于设定阈值时，控制运动平台返航；

49、当检测到驱动机构异常时，控制抱闸装置启动，同时控制驱动机构软复位或硬件重启复位，直至驱动机构故障消除；

50、若驱动机构软复位或硬件重启复位无法消除故障，则控制杆塔防坠导轨验收机器人回到安全区域；

51、当运动平台的运动速度超出设定速度时，控制抱闸装置启动，以使得杆塔防坠导轨验收机器人刹车。

52、本发明的第二个方面提供一种杆塔防坠导轨验收机器人的控制方法。

53、一种杆塔防坠导轨验收机器人的控制方法，包括：

54、控制运动平台在防坠导轨上运动的同时，接收运动平台的高度信息、自锁器的实时拉力以及运动平台在防坠导轨上实时运行的振动信号，进而构建当前杆塔编号的拉力-振动-高度曲线，再与当前杆塔编号的拉力-振动-高度基准曲线比较，同时判断出防坠导轨的故障位置及故障类型，以控制运动平台执行相匹配动作；

55、接收运动平台与防坠导轨末端的距离及运动平台的工作状态，进而确定相匹配的安全防护策略，以控制运动平台执行相应安全防护策略。

56、作为一种实施方式，当防坠导轨的故障类型为错台防坠导轨时，控制二级调校机构对错台防坠导轨依次进行拨叉一次调校及二次收拢拉转的纠偏；

57、当防坠导轨的故障类型为宽缝或接缝台阶时，利用导向轮座及支撑板上的缓冲斜面，对防坠导轨的偏角进行纠正。

58、作为一种实施方式，杆塔防坠导轨验收机器人的控制方法，还包括：

59、在杆塔防坠导轨验收测机器人执行爬升动作之前，自动检测电池电量信号和自动开合机构的锁紧信号；

60、仅当电池电量至少为防坠导轨两倍高程的电量需求且可检测到自动开合机构的锁紧信号时，控制杆塔防坠导轨验收机器人执行爬升动作。

61、作为一种实施方式，若电池电量低于防坠导轨两倍高程的电量需求，输出低电量报警，以提示更换电池；

62、若杆塔防坠导轨验收机器人在执行爬升动作的过程中，检测自动开合机构锁紧信号消失，则控制杆塔防坠导轨验收机器人立即停车，此时由自动开合结构的动力传递组件动作，带动自动开合机构锁紧，重新触发锁紧信号，若触发成功，则杆塔防坠导轨验收机器人恢复正常动作；若反复触发不成功，则控制杆塔防坠导轨验收机器人执行反向返航运动。

63、本发明的有益效果是：

64、（1）本发明创新性地提出了一种杆塔防坠导轨缺陷自动检测技术，其利用拉力-振动-高度综合判断防坠导轨的故障位置及故障类型，解决了目前杆塔防坠导轨验收机器人并不能准确识别出防坠导轨故障位置点以及故障类型，需要二次检测及识别，导致输电杆塔防坠导轨检测效率差的问题，有效降低了防坠导轨检测的劳动强度和作业风险，提高了防坠导轨状态检测效率和准确性。

65、（2）本发明创新性地提出了一种杆塔防坠导轨安全防护技术，其根据检测运动平台与防坠导轨末端的距离及运动平台的工作状态，确定出相匹配的安全防护策略，以控制运动平台执行相应安全防护策略，解决了目前杆塔防坠机器人运行过程中的突发的失控安全风险，提高了杆塔防坠机器人运行的稳定性及安全性。

66、（3）本发明创新性地研制了一种适应防坠导轨换向器的二级调校机构，其面向防坠导轨换向器小角度偏差的机器人自主校正和通过，且具有两级跨越模式，放大了调校的范围，解决了杆塔防坠导轨验收机器人换向器能力差，不适用于防坠导轨错台情况的问题，提高了杆塔防坠导轨验收机器人通过换向器的能力，扩大了机器人的使用场景。

67、（4）本发明创新性地研制了一种单轴正向浮动式悬架机构，其利用浮动机构对浮动式摩擦轮产生垂直向下压力，且配合位于防坠导轨的下表面两侧的固定式行走轮来夹紧防坠导轨，解决了永磁轮吸附性能差及抱紧轮失效等异常工况的问题，采用单摩擦轮正向浮动式结构，尺寸更小，压力直接作用在轮系上效率更高，能保证机器人可靠沿竖直防坠导轨运动，在抱紧轮失效等异常工况下永磁吸附增加了冗余安全压力保险。

68、（5）本发明创新性地研制了一种杆塔防坠导轨验收机器人小行程的单边自动开合机构，其实现了机器人在任意位置可安装在防坠导轨上，提高了适应性；单边小行程自动开合和翻转式上线方法，满足杆塔防坠导轨验收机器人尺寸微小、避让障碍物的需求、宽度尺寸限制等要求。

69、（6）本发明创新性地提出了一种防坠杆塔的卡阻纠偏结构，其利用浮动组件连接驱动轮以及具有压缩弹簧的导向轮组件，再结合导向轮座及支撑板上设置的缓冲斜面，以纠正防坠导轨的偏角，解决了换向防坠导轨转向不到位，可能会导致换向防坠导轨与运行防坠导轨衔接有角度偏差，使得机器人无法换向及造成机器人导向轮和抱紧轮卡滞的问题，实现了对防坠导轨卡阻进行纠偏，顺利通过接缝处的宽缝及台阶等障碍。

70、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。