具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的拆换线施工机器人包括用以设置于导线之上的主动轮组1、用以设置于导线之下的张紧轮组2、用以顶升张紧轮组2以提供张紧力的顶升装置3，进一步地，拆换线施工机器人还可包括底座4、设置于主动轮组1与底座4之间的主动轮架5、对应张紧轮组2设置的张紧轮架6、对应主动轮组1设置的驱动电机7。主动轮组1和张紧轮组2均可包括至少一个轮子，图中以均包括两个轮子为例，主动轮组1和张紧轮组2的轮子与导线接触的轮面为凹槽状。顶升装置3设置于底座4与张紧轮架6之间，顶升装置3包括固定端和可调端，固定端固定于底座4上，可调端可采用电动缸结构，从而根据需要进行升降运动。通过顶升装置3的升降，能够调节张紧轮组2和主动轮组1对导线的压力，即张紧轮组2和主动轮组1对导线造成的张紧力。驱动电机7可对应主动轮组1中的任一轮子设置，通过驱动电机7驱动该轮子，即可实现拆换线施工机器人沿导线的行进驱动。

本发明实施例的上述拆换线施工机器人，通过沿导线行进，可实现拆线施工、换线施工、导线巡检等工作。

如图2所示，本发明实施例的拆换线施工机器人的张紧力控制装置包括检测模块10和主控模块20，其中，检测模块10用于通过检测拆换线施工机器人的姿态以获取拆换线施工机器人所在位置处的导线倾角；主控模块20用于根据导线倾角确定顶升装置3所要提供的张紧力。

在本发明的一个实施例中，检测模块10包括倾角传感器，可实时感知拆换线施工机器人的行进方向相对于水平面的角度，也即拆换线施工机器人所在位置处的导线倾角。其中，导线倾角的取值范围可以为[0°，90°]。

下面首先结合图3对导线倾角为α时的拆换线施工机器人进行受力分析。如图3所示，对于质量为M的拆换线施工机器人，其所受重力为Mg，其中，g表示重力加速度，那么导线提供给拆换线施工机器人的支持力F _N 为：

（1）

若张紧力为F _W ，则在主动轮组1处对导线的总压力为F _N +F _W ，主动轮组1受到的摩擦力F _f 为：

（2）

其中，F _a 和F _b 分别为主动轮组1两个轮子所受的静摩擦力，μ为主动轮组1与导线之间的摩擦系数。

若要避免拆换线施工机器人打滑现象的发生，则应满足以下条件：

（3）

将式（1）和式（2）代入式（3），即可得出：

（4）

（5）

在本发明的一个实施例中，主控模块20可包括第一计算单元、第一判断单元和第一确定单元，其中，第一计算单元用于计算拆换线施工机器人在顶升装置3未提供张紧力时的最大自行爬坡角度；第一判断单元用于判断导线倾角是否小于最大自行爬坡角度；第一确定单元用于在导线倾角小于最大自行爬坡角度时，将预设值确定为顶升装置3所要提供的张紧力，在导线倾角大于或等于最大自行爬坡角度时，根据导线倾角计算张紧力，并将计算出的张紧力确定为顶升装置3所要提供的张紧力。

具体地，第一计算单元可基于上述式（5），在张紧力F _W =0时，可得出：

因此，拆换线施工机器人在顶升装置3未提供张紧力时的最大自行爬坡角度α _max 为：

也就是说，当时，即使顶升装置3未提供张紧力，拆换线施工机 器人也不会发生打滑。

而当时，张紧力F _W 则需满足上述式（4）。

应当理解的是，上述主动轮组1与导线之间的摩擦系数μ为某种导线在所设定的常 态下的摩擦系数，例如某型号的导线在某设定的常态温度、湿度条件下的摩擦系数，而受主 动轮组1轮子的磨损、导线局部粗糙度变化、环境条件变化等的影响，在一条导线的不同位 置处μ可能会有小的变化。因此，当时，顶升装置3可提供一个大于0的张 紧力，即第一确定单元给定顶升装置3所要提供的张紧力为一个恒定的预设值；当时，根据导线倾角为α所计算出的对应的张紧力应大于，在本发明的一个实施例中，第一确定单元可根据以下公式计算张紧 力F _W ：

其中，ε为大于0的常数。

对于预设值和常数ε，不宜过小，应能够避免摩擦系数μ变化的影响，也不宜过大，以免对驱动电机7的驱动力要求过高，造成能源浪费甚至电机堵转等异常。在本发明的一个具体实施例中，ε的取值范围为[3%，10%]，预设值的取值范围为

。

上述实施例中在时，每当导线倾角α发生变化，便确定相应的顶升装 置3所要提供的张紧力，从而实时调节顶升装置3所要提供的张紧力。

在本发明的另一个实施例中，主控模块20可包括第二计算单元、划分单元、第三计算单元、第二判断单元和第二确定单元，其中，第二计算单元用于计算拆换线施工机器人在顶升装置3未提供张紧力时的最大自行爬坡角度；划分单元用于从最大自行爬坡角度到导线倾角的最大值之间划分多个角度区间；第三计算单元用于根据每个角度区间内最大的导线倾角计算每个角度区间所对应的张紧力；第二判断单元用于判断导线倾角是否小于最大自行爬坡角度；第二确定单元用于在导线倾角小于最大自行爬坡角度时，将预设值确定为顶升装置所要提供的张紧力，在导线倾角大于或等于最大自行爬坡角度时，判断导线倾角所处的角度区间，并将导线倾角所处的角度区间对应的张紧力确定为顶升装置3所要提供的张紧力。

具体地，第二计算单元可基于上述式（5），在张紧力F _W =0时，可得出：

因此，拆换线施工机器人在顶升装置3未提供张紧力时的最大自行爬坡角度α _max 为：

也就是说，当时，即使顶升装置3未提供张紧力，拆换线施工机 器人也不会发生打滑。

而当时，张紧力F _W 则需满足上述式（4）。

划分单元可从最大自行爬坡角度α _max 到导线倾角的最大值，如90°之间划分多个角度区间。举例而言，可以以5°为步长进行划分，第一个角度区间为[α _max ，α _max +5°]，第二个角度区间为（α _max +5°，α _max +10°]，…，倒数第二个角度区间，假设为第i个角度区间，为（α _max +(i-1)*5°，α _max +i*5°]，最后一个角度区间为（α _max +i*5°，90°]。

第三计算单元所计算出的每个角度区间所对应的张紧力，应当满足在处于相应角度区间内每个导线倾角时，拆换线施工机器人均不会发生打滑，因此根据每个角度区间内最大的导线倾角计算每个角度区间所对应的张紧力。同样地，考虑到μ可能的变化，第三计算单元根据以下公式计算张紧力F _W ：

其中，α的取值为每个角度区间内最大的导线倾角，ε为大于0的常数。

当时，顶升装置3可提供一个大于0的张紧力，即第二确定单元 给定顶升装置3所要提供的张紧力为一个恒定的预设值；当时，第二确定单元 首先判断导线倾角α所处的角度区间，然后将第三计算单元所计算出的该角度区间所对应 的张紧力确定为顶升装置3所要提供的张紧力。

对于预设值和常数ε，不宜过小，应能够避免摩擦系数μ变化的影响，也不宜过大， 以免对驱动电机7的驱动力要求过高，造成能源浪费甚至电机堵转等异常。在本发明的一个 具体实施例中，ε的取值范围为[3%，10%]，预设值的取值范围为。

由此可见，在本发明的另一个实施例中，在时，可划分角度区间，若 导线倾角α所处的角度区间发生变化，则确定相应的顶升装置3所要提供的张紧力，并调节 顶升装置3所要提供的张紧力，若导线倾角α所处的角度区间未发生变化，则不确定新的顶 升装置3所要提供的张紧力，且不调节顶升装置3所要提供的张紧力，由此，可大大减小计算 和调节的频次，降低主控模块20的运算量。

进一步地，主控模块20除了与检测模块10相连以接收其检测的数据，即导线倾角外，还可分别与顶升装置3、驱动电机7相连，主控模块20通过对驱动电机7进行控制以驱动拆换线施工机器人沿导线行进，并且，主控模块20在确定了张紧力后，通过对顶升装置3进行控制以调节张紧力。此外，拆换线施工机器人和还可包括必要的电源模块等，通过电源模块为顶升装置3、驱动电机7、检测模块10、主控模块20等提供电源。

综上所述，根据本发明实施例的拆换线施工机器人的张紧力控制装置，通过检测模块检测拆换线施工机器人的姿态以获取拆换线施工机器人所在位置处的导线倾角，并通过主控模块根据导线倾角确定顶升装置所要提供的张紧力，由此，能够根据导线倾角调整对导线造成的张紧力，从而有效减少拆换线施工机器人打滑现象的发生，保障拆换线施工机器人的正常运行。

基于上述实施例的拆换线施工机器人的张紧力控制装置，本发明还提出一种拆换线施工机器人。

本发明实施的拆换线施工机器人，包括本发明上述任一实施例的拆换线施工机器人的张紧力控制装置，其具体的实施方式可参照上述实施例，在此不再赘述。

根据本发明实施例的拆换线施工机器人，能够根据导线倾角调整对导线造成的张紧力，从而有效减少打滑现象的发生，保障正常运行。

对应上述实施例的拆换线施工机器人的张紧力控制装置，本发明还提出一种拆换线施工机器人的张紧力控制方法。

如图4所示，本发明实施例的拆换线施工机器人的张紧力控制方法包括以下步骤：

S1，通过检测拆换线施工机器人的姿态以获取拆换线施工机器人所在位置处的导线倾角。

在本发明的一个实施例中，可通过倾角传感器检测拆换线施工机器人的姿态，倾角传感器可实时感知拆换线施工机器人的行进方向相对于水平面的角度，也即拆换线施工机器人所在位置处的导线倾角。其中，导线倾角的取值范围可以为[0°，90°]。

S2，根据导线倾角确定顶升装置所要提供的张紧力。

下面首先结合图3对导线倾角为α时的拆换线施工机器人进行受力分析。如图3所示，对于质量为M的拆换线施工机器人，其所受重力为Mg，其中，g表示重力加速度，那么导线提供给拆换线施工机器人的支持力F _N 为：

（1）

若张紧力为F _W ，则在主动轮组处对导线的总压力为F _N +F _W ，主动轮组受到的摩擦力F _f 为：

（2）

其中，F _a 和F _b 分别为主动轮组两个轮子所受的静摩擦力，μ为主动轮组与导线之间的摩擦系数。

若要避免拆换线施工机器人打滑现象的发生，则应满足以下条件：

（3）

将式（1）和式（2）代入式（3），即可得出：

（4）

（5）

在本发明的一个实施例中，可计算拆换线施工机器人在顶升装置未提供张紧力时的最大自行爬坡角度，然后判断导线倾角是否小于最大自行爬坡角度。如果导线倾角小于最大自行爬坡角度，则将预设值确定为顶升装置所要提供的张紧力；如果导线倾角大于或等于最大自行爬坡角度，则根据导线倾角计算张紧力，并将计算出的张紧力确定为顶升装置所要提供的张紧力。

具体地，可基于上述式（5），在张紧力F _W =0时，可得出：

因此，拆换线施工机器人在顶升装置未提供张紧力时的最大自行爬坡角度α _max 为：

也就是说，当时，即使顶升装置未提供张紧力，拆换线施工机 器人也不会发生打滑。

而当时，张紧力F _W 则需满足上述式（4）。

应当理解的是，上述主动轮组1与导线之间的摩擦系数μ为某种导线在所设定的常 态下的摩擦系数，例如某型号的导线在某设定的常态温度、湿度条件下的摩擦系数，而受主 动轮组1轮子的磨损、导线局部粗糙度变化、环境条件变化等的影响，在一条导线的不同位 置处μ可能会有小的变化。因此，当时，顶升装置可提供一个大于0的张 紧力，即给定顶升装置所要提供的张紧力为一个恒定的预设值；当时，根据导 线倾角为α所计算出的对应的张紧力应大于，在本发明的一个实施例 中，可根据以下公式计算张紧力F _W ：

其中，ε为大于0的常数。

对于预设值和常数ε，不宜过小，应能够避免摩擦系数μ变化的影响，也不宜过大，以免对驱动电机的驱动力要求过高，造成能源浪费甚至电机堵转等异常。在本发明的一个具体实施例中，ε的取值范围为[3%，10%]，预设值的取值范围为

。

上述实施例中在时，每当导线倾角α发生变化，便确定相应的顶升装 置所要提供的张紧力，从而实时调节顶升装置所要提供的张紧力。

在本发明的另一个实施例中，可计算拆换线施工机器人在顶升装置未提供张紧力时的最大自行爬坡角度，并从最大自行爬坡角度到导线倾角的最大值之间划分多个角度区间，以及根据每个角度区间内最大的导线倾角计算每个角度区间所对应的张紧力，然后判断导线倾角是否小于最大自行爬坡角度。如果导线倾角小于最大自行爬坡角度，则将预设值确定为顶升装置所要提供的张紧力；如果导线倾角大于或等于最大自行爬坡角度，则判断导线倾角所处的角度区间，并将导线倾角所处的角度区间对应的张紧力确定为顶升装置所要提供的张紧力。

具体地，可基于上述式（5），在张紧力F _W =0时，可得出：

因此，拆换线施工机器人在顶升装置未提供张紧力时的最大自行爬坡角度α _max 为：

也就是说，当时，即使顶升装置未提供张紧力，拆换线施工机器 人也不会发生打滑。

而当时，张紧力F _W 则需满足上述式（4）。

可从最大自行爬坡角度α _max 到导线倾角的最大值，如90°之间划分多个角度区间。举例而言，可以以5°为步长进行划分，第一个角度区间为[α _max ，α _max +5°]，第二个角度区间为（α _max +5°，α _max +10°]，…，倒数第二个角度区间，假设为第i个角度区间，为（α _max +(i-1)*5°，α _max +i*5°]，最后一个角度区间为（α _max +i*5°，90°]。

所计算出的每个角度区间所对应的张紧力，应当满足在处于相应角度区间内每个导线倾角时，拆换线施工机器人均不会发生打滑，因此根据每个角度区间内最大的导线倾角计算每个角度区间所对应的张紧力。同样地，考虑到μ可能的变化，可根据以下公式计算张紧力F _W ：

其中，α的取值为每个角度区间内最大的导线倾角，ε为大于0的常数。

当时，顶升装置可提供一个大于0的张紧力，即给定顶升装置 所要提供的张紧力为一个恒定的预设值；当时，首先判断导线倾角α所处的角 度区间，然后将所计算出的该角度区间所对应的张紧力确定为顶升装置所要提供的张紧 力。

对于预设值和常数ε，不宜过小，应能够避免摩擦系数μ变化的影响，也不宜过大， 以免对驱动电机的驱动力要求过高，造成能源浪费甚至电机堵转等异常。在本发明的一个 具体实施例中，ε的取值范围为[3%，10%]，预设值的取值范围为。

由此可见，在本发明的另一个实施例中，在时，可划分角度区间，若 导线倾角α所处的角度区间发生变化，则确定相应的顶升装置所要提供的张紧力，并调节顶 升装置所要提供的张紧力，若导线倾角α所处的角度区间未发生变化，则不确定新的顶升装 置所要提供的张紧力，且不调节顶升装置所要提供的张紧力，由此，可大大减小计算和调节 的频次，降低运算量。

进一步地，在确定了张紧力后，通过对顶升装置进行控制以调节张紧力。

综上所述，根据本发明实施例的拆换线施工机器人的张紧力控制方法，通过检测拆换线施工机器人的姿态以获取拆换线施工机器人所在位置处的导线倾角，并根据导线倾角确定顶升装置所要提供的张紧力，由此，能够根据导线倾角调整对导线造成的张紧力，从而有效减少拆换线施工机器人打滑现象的发生，保障拆换线施工机器人的正常运行。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。