一種爬行式避雷針檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)理念

李華龍

摘 要：為對(duì)圓鋼式避雷針表面狀態(tài)進(jìn)行有效檢測(cè)，預(yù)防表面缺陷可能造成的斷裂、倒塌事故，設(shè)計(jì)一種爬行式圓鋼避雷針狀態(tài)檢測(cè)機(jī)器人，對(duì)其設(shè)計(jì)要求、功能實(shí)現(xiàn)和基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：圓鋼避雷針；狀態(tài)檢測(cè)；爬行；機(jī)器人

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.249

1 前言

避雷針，又名防雷針，是用來(lái)保護(hù)建筑物、高大樹木等避免雷擊的裝置。在被保護(hù)物頂端安裝一根接閃器，用符合規(guī)格導(dǎo)線與埋在地下的泄流地網(wǎng)連接起來(lái)。避雷針規(guī)格必須符合GB標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)防雷類別需要的避雷針高度規(guī)格都不一樣。當(dāng)雷云放電接近地面時(shí)它使地面電場(chǎng)發(fā)生畸變。在避雷針的頂端，形成局部電場(chǎng)集中的空間，以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，引導(dǎo)雷電向避雷針放電，再通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。然而，避雷針在制造過程中可能會(huì)由于工藝問題使材料內(nèi)部或表面存在沙眼、裂紋等缺陷，且在使用過程中由于經(jīng)常會(huì)受到極端溫度、強(qiáng)風(fēng)載荷、雨水侵襲及電化學(xué)腐蝕等因素的影響，致使材料缺陷加重[1-2]。尤其是對(duì)于變電站內(nèi)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(xiàn)裂紋或發(fā)生銹蝕，若無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)排查，則可能引發(fā)避雷針斷裂、倒塌等嚴(yán)重事故，對(duì)變電站內(nèi)人身、設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)變電站避雷針斷裂、倒塌的事故時(shí)有發(fā)生[3]，因此有必要對(duì)避雷針的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行有效檢測(cè)。

2 避雷針檢測(cè)機(jī)器人爬行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

爬行檢測(cè)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，機(jī)器人的爬行過程應(yīng)平穩(wěn)可靠，且控制方式應(yīng)簡(jiǎn)單便捷，所以本文采用滾輪爬行的方式，依靠滾輪與避雷針之間的摩擦力，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的上下爬行。其中的重點(diǎn)在于提高滾輪與避雷針之間的摩擦力，使機(jī)器人在爬行時(shí)平穩(wěn)、靜止時(shí)牢靠，利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪通過齒形帶進(jìn)而帶動(dòng)滾輪滑動(dòng)的方式，可以很好地實(shí)現(xiàn)這一要求：當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過帶動(dòng)齒輪、齒形帶驅(qū)動(dòng)滾輪的勻速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的平穩(wěn)爬行；當(dāng)電動(dòng)機(jī)不工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的反向力矩，實(shí)現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)下機(jī)器人與避雷針間的緊密依附，防止機(jī)器人下滑等情況出現(xiàn)[5]。

為便于在各類避雷針上安裝，機(jī)器人圓形中央支架設(shè)計(jì)為兩個(gè)半圓形支架裝配的形式，而上下兩組爬行臂也設(shè)計(jì)為可拆卸式。需要裝設(shè)機(jī)器人時(shí)，首先將兩個(gè)半圓形支架安裝完畢，再將上下兩組爬行臂固定在支架上，完成機(jī)器人爬行結(jié)構(gòu)的安裝[6-7]。

3 避雷針檢測(cè)機(jī)器人的工作過程

避雷針狀態(tài)檢測(cè)機(jī)器人在工作過程中，會(huì)有向上爬行、向下爬行、向上翻越法蘭、向下翻越法蘭、靜止共五種工作狀態(tài)，且在這五種工作狀態(tài)的同時(shí)，都可以通過上位機(jī)控制攝像頭的左右移動(dòng)及信息采集發(fā)送。不同工作狀態(tài)下，機(jī)器人各爬行部件的工作方式如表1所示。在使用機(jī)器人對(duì)避雷針進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)工作時(shí)，需兩位工作人員共同配合完成，一人通過遙控裝置控制機(jī)器人的爬行，一人則通過上位機(jī)軟件控制攝像頭的信息采集[8-9]。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔家軍，劉國(guó)臻，王瓊.避雷針在防雷設(shè)計(jì)和施工中若干技術(shù)問題淺談[J].低壓電器，2009（22）：39-42.

[2]馬崇，程明，陳韶瑜等.避雷針?biāo)附咏Y(jié)構(gòu)極限承載風(fēng)載荷研究[J].焊接技術(shù)，2014，43（17）：62-65.

[3]徐賢，吳國(guó)忠，李巖等.變電站避雷針斷裂原因分析及對(duì)策[J]. 寧夏電力，2010增刊：94-99.

[4]朱連勇，韓鐵雷，呂廣占等.電力架空線前引用機(jī)器人[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，34（02）：249-252.

[5]王才東，范國(guó)鋒，王新杰等.一種自鎖式爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械傳動(dòng)，2015，39（10）：60-63.

[6]汪子蓮.機(jī)器人避障模型[J].蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（01）.

[7]程丹.關(guān)注學(xué)生自主嘗試，體驗(yàn)課堂學(xué)習(xí)探究樂趣——《機(jī)器人避障》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2014（11）.

[8]何燚，張翼飛.基于雙目視覺的移動(dòng)機(jī)器人避障算法仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2013（02）.

[9]丁偉，李海波.一種移動(dòng)機(jī)器人避障與追蹤技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012（18）.