一種爬行式避雷針檢測機器人設計理念

摘 要：為對圓鋼式避雷針表面狀態進行有效檢測，預防表面缺陷可能造成的斷裂、倒塌事故，設計一種爬行式圓鋼避雷針狀態檢測機器人，對其設計要求、功能實現和基本結構進行了初步設計。

關鍵詞：圓鋼避雷針；狀態檢測；爬行；機器人

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

1 前言

避雷針，又名防雷針，是用來保護建筑物、高大樹木等避免雷擊的裝置。在被保護物頂端安裝一根接閃器，用符合規格導線與埋在地下的泄流地網連接起來。避雷針規格必須符合GB標準，每一個防雷類別需要的避雷針高度規格都不一樣。當雷云放電接近地面時它使地面電場發生畸變。在避雷針的頂端，形成局部電場集中的空間，以影響雷電先導放電的發展方向，引導雷電向避雷針放電，再通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊。然而，避雷針在制造過程中可能會由于工藝問題使材料內部或表面存在沙眼、裂紋等缺陷，且在使用過程中由于經常會受到極端溫度、強風載荷、雨水侵襲及電化學腐蝕等因素的影響，致使材料缺陷加重[1-2]。尤其是對于變電站內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裂紋或發生銹蝕，若無法及時發現排查，則可能引發避雷針斷裂、倒塌等嚴重事故，對變電站內人身、設備帶來嚴重的安全隱患。近年來，國內變電站避雷針斷裂、倒塌的事故時有發生[3]，因此有必要對避雷針的結構狀態進行有效檢測。

2 避雷針檢測機器人爬行結構設計

爬行檢測機器人整體結構設計如圖1所示，機器人的爬行過程應平穩可靠，且控制方式應簡單便捷，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，實現機器人的上下爬行。其中的重點在于提高滾輪與避雷針之間的摩擦力，使機器人在爬行時平穩、靜止時牢靠，利用電動機驅動齒輪通過齒形帶進而帶動滾輪滑動的方式，可以很好地實現這一要求：當電動機工作時，通過帶動齒輪、齒形帶驅動滾輪的勻速運動，實現機器人的平穩爬行；當電動機不工作時會產生一個較大的反向力矩，實現靜止狀態下機器人與避雷針間的緊密依附，防止機器人下滑等情況出現[5]。

為便于在各類避雷針上安裝，機器人圓形中央支架設計為兩個半圓形支架裝配的形式，而上下兩組爬行臂也設計為可拆卸式。需要裝設機器人時，首先將兩個半圓形支架安裝完畢，再將上下兩組爬行臂固定在支架上，完成機器人爬行結構的安裝[6-7]。

3 避雷針檢測機器人的工作過程

避雷針狀態檢測機器人在工作過程中，會有向上爬行、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，且在這五種工作狀態的同時，都可以通過上位機控制攝像頭的左右移動及信息采集發送。不同工作狀態下，機器人各爬行部件的工作方式如表1所示。在使用機器人對避雷針進行狀態檢測工作時，需兩位工作人員共同配合完成，一人通過遙控裝置控制機器人的爬行，一人則通過上位機軟件控制攝像頭的信息采集[8-9]。

參考文獻：

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