本發(fā)明屬于變電站巡檢終端領(lǐng)域，具體涉及一種基于力反饋的巡線機(jī)器人夾持行走機(jī)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、架空輸電線路通過塔架和電線將電力從發(fā)電廠傳輸?shù)接脩簦淇赡軙驗(yàn)楦鞣N意外情況損壞，包括自然災(zāi)害、植被影響以及絕緣老化等等。在電網(wǎng)智能化建設(shè)當(dāng)中，專門設(shè)計了一類巡線機(jī)器人來替代人工完成輸電線路巡檢、探傷、修復(fù)工作，大多數(shù)巡線機(jī)器人采用懸掛式設(shè)計，配備作業(yè)模塊。

2、但是，普通的單輪轂懸掛方案無法適應(yīng)一些特殊環(huán)境。例如在風(fēng)力勢能較大的地區(qū)，機(jī)器人將會因?yàn)槭盏降母蓴_較大而降低巡檢效率，甚至無法完成巡檢工作；對于塔架間隔較遠(yuǎn)的輸電路段，線纜彎曲形成斜坡路段也會影響機(jī)器人移動效率，極端情況甚至可能會導(dǎo)致輪轂打滑。而現(xiàn)有的一些多輪轂夾持設(shè)計多為純機(jī)械夾持方案，例如專利cn112448313b和專利cn109698476a，按照既定行程，在巡檢任務(wù)開始前手動夾緊線纜，或是人工控制夾持力度松緊，均不具備智能化屬性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于力反饋的巡線機(jī)器人夾持行走機(jī)構(gòu)及其控制方法，通過力傳感器實(shí)時測量輪轂與線纜間壓力，經(jīng)由控制器處理判斷機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)，反饋控制電機(jī)驅(qū)動絲杠，并通過特殊設(shè)計的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制雙輪轂最終夾緊或放松線纜，從而智能化線纜行走，進(jìn)一步減輕了人力成本，提高了巡檢效率，拓寬了應(yīng)用場景。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明首先提供一種基于力反饋的巡線機(jī)器人夾持行走機(jī)構(gòu)，包括末端相互嵌入的上導(dǎo)軌豎桿和下導(dǎo)軌豎桿，所述上導(dǎo)軌豎桿和下導(dǎo)軌豎桿的自由端分別垂直焊接上支撐橫桿、下支撐橫桿，所述上支撐橫桿末端固定在主驅(qū)動電機(jī)，所述主驅(qū)動電機(jī)與大輪轂中軸相連用于驅(qū)動大輪轂，所述下支撐橫桿與小輪轂相套接，所述下導(dǎo)軌豎桿于導(dǎo)軌行程中點(diǎn)位置焊接梯形連接板，所述梯形連接板與絲杠滑臺相連接，所述絲杠滑臺通過直線機(jī)構(gòu)驅(qū)動；所述直線機(jī)構(gòu)包括與絲杠滑臺兩端配合的滑塊，所述滑塊安裝于絲杠導(dǎo)軌上，下底面配合絲杠螺母連接滾珠絲杠，直線機(jī)構(gòu)底板兩側(cè)長邊上表面固定所述絲杠導(dǎo)軌，兩側(cè)短邊上表面分別固定絲杠底座和絲杠電機(jī)；所述絲杠單機(jī)安裝于絲杠電機(jī)座內(nèi)；所述小輪轂的旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)部機(jī)匣固定力傳感器，所述力傳感器和所述絲杠電機(jī)、主驅(qū)動電機(jī)均與巡線機(jī)器人主控連接，巡線機(jī)器人主控根據(jù)所接收到力傳感器的壓力數(shù)據(jù)，驅(qū)動所述絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)動從而使得小輪轂在豎直方向上下移動以夾緊線纜。

4、進(jìn)一步地，所述力傳感器安置于所述小輪轂的旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)部并位于下支撐橫桿的小型機(jī)匣內(nèi)；所述下支撐橫桿內(nèi)部預(yù)留有用于所述力傳感器埋設(shè)數(shù)據(jù)線、電源線的走線槽。

5、進(jìn)一步地，所述導(dǎo)軌豎桿、下導(dǎo)軌豎桿以及直線機(jī)構(gòu)均安裝在機(jī)匣中，所述機(jī)匣包括柱形機(jī)匣外殼、圓盤形機(jī)匣上蓋，所述柱形機(jī)匣外殼上端焊接上限位板，下端焊接連接機(jī)構(gòu)；所述上導(dǎo)軌豎桿末端安裝有旋轉(zhuǎn)軸，且旋轉(zhuǎn)軸穿過所述機(jī)匣外殼延伸至機(jī)匣外側(cè)；所述上限位板、連接機(jī)構(gòu)均設(shè)有弧形限位孔用于所述上支撐橫桿、下支撐橫桿穿過，所述弧形限位孔均以所述旋轉(zhuǎn)軸為圓心，呈鏤空設(shè)計；所述上限位板、連接機(jī)構(gòu)的弧形限位孔的弧度應(yīng)小于??，其中所述上限位板的弧形限位孔的寬度應(yīng)略大于所述上支撐橫桿外徑，而所述下連接機(jī)構(gòu)的弧形限位孔寬度應(yīng)略小于所述絲杠滑臺行程。

6、進(jìn)一步地，所述直線機(jī)構(gòu)底板底面緊貼所述機(jī)匣外殼內(nèi)部的限位槽。

7、本發(fā)明還提供一種上述基于力反饋的巡線機(jī)器人夾持行走機(jī)構(gòu)的控制方法，該方法包括以下步驟：

8、s1.準(zhǔn)備工作：將兩套所述基于力反饋的巡線機(jī)器人夾持行走機(jī)構(gòu)的連接機(jī)構(gòu)分別與巡線機(jī)器人主體的前、后兩端相連接，再將連接好的整體設(shè)備掛載在線纜上，準(zhǔn)備完畢后，設(shè)備上電啟動；

9、s2.所述力傳感器開始采集數(shù)據(jù)：采集小輪轂豎直上方所受壓力數(shù)據(jù)，即線纜對所述小輪轂的實(shí)時壓力大小并將采集到的壓力數(shù)據(jù)發(fā)送到巡線機(jī)器人主控；

10、s3.巡線機(jī)器人主控分析壓力數(shù)據(jù)并控制絲杠電機(jī)，驅(qū)動所述小輪轂在豎直方向上下移動以夾緊線纜并對力傳感器所受壓力進(jìn)行快速校準(zhǔn)，將壓力數(shù)據(jù)調(diào)整到預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)壓力區(qū)間內(nèi)，并保持壓力大小相對穩(wěn)定；

11、s4.巡線機(jī)器人主控驅(qū)所述主驅(qū)動電機(jī)工作，機(jī)器人將開始向前運(yùn)動；

12、s5.巡線機(jī)器人主控實(shí)時監(jiān)測所述力傳感器測得數(shù)據(jù)，并不斷驅(qū)動所述小輪轂在豎直方向上下移動以夾緊線纜，以修正壓力值至標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)，此時，系統(tǒng)已經(jīng)構(gòu)成基于力反饋的閉環(huán)控制回路；若機(jī)器人主控接收到其他中斷信號需要停止機(jī)器人前進(jìn)，執(zhí)行s6；若實(shí)時壓力值持續(xù)超出標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，則進(jìn)行二次修正；

13、s6.巡線機(jī)器人主控驅(qū)動所述主驅(qū)動電機(jī)停轉(zhuǎn)，并處理中斷服務(wù)。若收到停止工作信號，執(zhí)行s7；

14、s7.巡線機(jī)器人主控記錄工作日志，保持當(dāng)前位姿不變，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

15、進(jìn)一步地，步驟s3所述對力傳感器所受壓力進(jìn)行快速校準(zhǔn)，具體方法如下：

16、s3-1：機(jī)器人主控首先控制所述絲杠電機(jī)反轉(zhuǎn)至最短行程位置，再在?（單位:）內(nèi)，根據(jù)所接收到的壓力數(shù)據(jù)，驅(qū)動所述絲杠電機(jī)按照公式（10-1）低速正轉(zhuǎn)：

17、（10-1），

18、其中：?為主控控制所述絲杠電機(jī)（12）的驅(qū)動電壓實(shí)際值，單位：；為轉(zhuǎn)換參數(shù)，其值等于主控模數(shù)轉(zhuǎn)換等效參數(shù)乘既定放大倍率；?為所述力傳感器測得實(shí)時壓力大小，單位：；?為經(jīng)過變換的階躍函數(shù)；

19、根據(jù)公式可知，經(jīng)過?后，電機(jī)停轉(zhuǎn)；此時機(jī)器人主控會等待操作員確認(rèn)校準(zhǔn)結(jié)果：

20、若確認(rèn)成功，機(jī)器人主控將會更新預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間：以此刻壓力值大小為準(zhǔn)，（單位：）區(qū)間記錄為新的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，校準(zhǔn)完成后，機(jī)器人主控將執(zhí)行s4；

21、若確認(rèn)失敗，機(jī)器人主控將會記錄校準(zhǔn)失敗并停止驅(qū)動電機(jī)，執(zhí)行s3-2；

22、s3-2：巡線機(jī)器人主控停止驅(qū)動電機(jī)，進(jìn)行手動校準(zhǔn)，并更新標(biāo)準(zhǔn)壓力區(qū)間。待操作員手動夾緊所述小輪轂后，機(jī)器人主控更新預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，執(zhí)行s4。

23、進(jìn)一步地，步驟s5所述二次修正方法如下：

24、s5-1：巡線機(jī)器人主控驅(qū)動所述主驅(qū)動電機(jī)停轉(zhuǎn)，并確認(rèn)機(jī)器人狀態(tài)。嘗試修正壓力值至標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)，若成功，直接回調(diào)執(zhí)行s4；若超時導(dǎo)致失敗，執(zhí)行s5-2；

25、s5-2：機(jī)器人主控將驅(qū)動所述絲杠電機(jī)，按照公式（10-1）高速正轉(zhuǎn)，以最大限度夾緊線纜，記錄此次修正并上傳，回調(diào)執(zhí)行s4。

26、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

27、針對現(xiàn)有單輪轂懸掛方案無法適應(yīng)大風(fēng)環(huán)境、線纜彎曲變化的缺陷，本發(fā)明采用大小雙輪轂夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計，并引入力反饋控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在夾緊線纜的同時根據(jù)環(huán)境干擾動態(tài)調(diào)整夾持力度。

28、1.本設(shè)計通過雙輪轂協(xié)同工作，能夠提高機(jī)器人在復(fù)雜工作環(huán)境中的穩(wěn)定性。機(jī)器人遇到風(fēng)力干擾或曲線路段時，雙輪轂夾持為維持機(jī)器人穩(wěn)定提供了更好的支撐，有效避免輪轂打滑的情況，確保機(jī)器人能夠在動態(tài)條件下保持平衡，防止因干擾而導(dǎo)致的脫落或失去控制。

29、2.基于力反饋的編程控制方法利用力傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù)，能夠精確調(diào)整夾持力的大小，這種動態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制極大地提高了機(jī)器人的靈活性，提升整體工作效率和安全性。實(shí)時修正機(jī)構(gòu)夾持力度處于合適的范圍內(nèi)，既可以防止力度過大阻滯機(jī)器人前進(jìn)，又可以防止夾持力度過小導(dǎo)致夾持失效。

30、3.最終，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)機(jī)器人巡檢工作前自主校準(zhǔn)、巡檢工作中，輪轂夾持力的智能化修正，巡檢工作后保有工作日志。增強(qiáng)了機(jī)器人應(yīng)對特殊環(huán)境的適應(yīng)力，拓寬了應(yīng)用場景，提高了機(jī)器人線上行走效率，自動化、智能化程度顯著提升，大大減少了人工干預(yù)。