一种爬行式避雷针检测机器人设计理念

李华龙

摘 要：为对圆钢式避雷针表面状态进行有效检测，预防表面缺陷可能造成的断裂、倒塌事故，设计一种爬行式圆钢避雷针状态检测机器人，对其设计要求、功能实现和基本结构进行了初步设计。

关键词：圆钢避雷针；状态检测；爬行；机器人

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

1 前言

避雷针，又名防雷针，是用来保护建筑物、高大树木等避免雷击的装置。在被保护物顶端安装一根接闪器，用符合规格导线与埋在地下的泄流地网连接起来。避雷针规格必须符合GB标准，每一个防雷类别需要的避雷针高度规格都不一样。当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变。在避雷针的顶端，形成局部电场集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。然而，避雷针在制造过程中可能会由于工艺问题使材料内部或表面存在沙眼、裂纹等缺陷，且在使用过程中由于经常会受到极端温度、强风载荷、雨水侵袭及电化学腐蚀等因素的影响，致使材料缺陷加重[1-2]。尤其是对于变电站内广泛使用的圆钢避雷针，其每段间的焊接处或法兰连接处，更容易受到以上因素的影响而出现裂纹或发生锈蚀，若无法及时发现排查，则可能引发避雷针断裂、倒塌等严重事故，对变电站内人身、设备带来严重的安全隐患。近年来，国内变电站避雷针断裂、倒塌的事故时有发生[3]，因此有必要对避雷针的结构状态进行有效检测。

2 避雷针检测机器人爬行结构设计

爬行检测机器人整体结构设计如图1所示，机器人的爬行过程应平稳可靠，且控制方式应简单便捷，所以本文采用滚轮爬行的方式，依靠滚轮与避雷针之间的摩擦力，实现机器人的上下爬行。其中的重点在于提高滚轮与避雷针之间的摩擦力，使机器人在爬行时平稳、静止时牢靠，利用电动机驱动齿轮通过齿形带进而带动滚轮滑动的方式，可以很好地实现这一要求：当电动机工作时，通过带动齿轮、齿形带驱动滚轮的匀速运动，实现机器人的平稳爬行；当电动机不工作时会产生一个较大的反向力矩，实现静止状态下机器人与避雷针间的紧密依附，防止机器人下滑等情况出现[5]。

为便于在各类避雷针上安装，机器人圆形中央支架设计为两个半圆形支架装配的形式，而上下两组爬行臂也设计为可拆卸式。需要装设机器人时，首先将两个半圆形支架安装完毕，再将上下两组爬行臂固定在支架上，完成机器人爬行结构的安装[6-7]。

3 避雷针检测机器人的工作过程

避雷针状态检测机器人在工作过程中，会有向上爬行、向下爬行、向上翻越法兰、向下翻越法兰、静止共五种工作状态，且在这五种工作状态的同时，都可以通过上位机控制摄像头的左右移动及信息采集发送。不同工作状态下，机器人各爬行部件的工作方式如表1所示。在使用机器人对避雷针进行状态检测工作时，需两位工作人员共同配合完成，一人通过遥控装置控制机器人的爬行，一人则通过上位机软件控制摄像头的信息采集[8-9]。

参考文献：

[1]龚家军，刘国臻，王琼.避雷针在防雷设计和施工中若干技术问题浅谈[J].低压电器，2009（22）：39-42.

[2]马崇，程明，陈韶瑜等.避雷针塔焊接结构极限承载风载荷研究[J].焊接技术，2014，43（17）：62-65.

[3]徐贤，吴国忠，李岩等.变电站避雷针断裂原因分析及对策[J]. 宁夏电力，2010增刊：94-99.

[4]朱连勇，韩铁雷，吕广占等.电力架空线前引用机器人[J].辽宁工程技术大学学报，2015，34（02）：249-252.

[5]王才东，范国锋，王新杰等.一种自锁式爬杆机器人的设计与分析[J].机械传动，2015，39（10）：60-63.

[6]汪子莲.机器人避障模型[J].兰州工业学院学报，2014（01）.

[7]程丹.关注学生自主尝试，体验课堂学习探究乐趣——《机器人避障》教学设计[J].中国信息技术教育，2014（11）.

[8]何燚，张翼飞.基于双目视觉的移动机器人避障算法仿真研究[J].计算机仿真，2013（02）.

[9]丁伟，李海波.一种移动机器人避障与追踪技术研究[J].制造业自动化，2012（18）.