CN104325454A - 一种复杂线路环境下带电作业机器人平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，包括左、右机械臂、控制模块、绝缘支撑、平台支架、外壳、伸缩机构和小吊臂，其中，控制模块驱动机械臂的动作，绝缘支撑上固定主手，伸缩机构包括左、右伸缩机构，分别固定于平台支架的两端，分别与左、右机械臂通过绝缘支撑连接，外壳包裹上述机构，小吊臂固定于外壳上端，平台支架通过托底与斗臂车末端连接，可以进行360度旋转。采用该机器人作业平台，在实际复杂线路作业环境下，使机器人能够替代人工完成全部配电网带电作业项目，包括：断线、接线、更换跌落保险、变压器、横担等，减少作业人员数量、大幅度减轻作业人员的劳动强度，最大限度的保证作业人员的安全。

Description

一种复杂线路环境下带电作业机器人平台

技术领域

本发明涉及高压带电作业机器人平台领域，尤其一种复杂线路环境下带电作业机器人平台。

背景技术

为了提高带电作业的自动化水平和安全性，减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对操作人员的人身威胁，从80年代起许多国家都先后开展了带电作业机器人的研究。带电作业机器人经过多年的研究与实践，完成了实验室样机的研制，通过大量的现场试验，验证了机器人在配电网带电作业中的需求与价值，同时也验证了研究方案的可行性，设计的合理性。但机器人作业内容较为单一，不能涵盖全部配电网带电作业项目，机器人不能在复杂线路环境下开展作业，因此与配电网带电作业的生产实际存在差距。

申请人申请的中国专利ZL201020278798公开了一种高压带电作业机器人绝缘系统。它可使的高压带电作业机器人通过绝缘斗臂车进行相对地绝缘，通过光纤通信实现高压线对人的绝缘，机械臂外包玻璃钢、绝缘平台外包玻璃钢、边相加遮蔽罩进行相间绝缘系统。该专利只是简单的提出了一种高压带电作业机器人绝缘系统，但未能再对绝缘防护系统进行具体、深入地研究及探索，更未能提供一种实施方案用于复杂线路环境下高压带电作业机器人平台，使高压带电作业机器人无法充分发挥其优势，更无法拓展新领域、新应用。

申请人申请的中国专利ZL201210095860.9公开了一种高压带电作业主从控制机器人作业平台，包括机器人作业平台支撑架、液压升降平台控制集成、机器人控制系统和绝缘斗。机器人作业平台支撑架呈L型结构，通过螺栓连接到斗臂车绝缘升降臂末端；为液压升降平台控制集成、机器人操作系统和绝缘斗提供可靠支撑；液压升降平台控制集成位于绝缘斗右侧，操作人员通过控制杆和操作柄，为机器人作业平台提供升、降及旋转运动，并供给主从控制机器人运动所需的液压油源；机器人操作系统包括操控主手、液压机械臂及相应控制模块，采用主从控制液压驱动，机械臂可以完全跟随主手运动；操作人员站在绝缘斗内，操控主手可以远程遥控机械臂夹持专用工具接触线路完成各种高压带电作业。该专利只是简单的提出了一种高压带电作业机器人作业平台，机械臂底座也没有加上绝缘伸缩机构，并且整个机械臂电控系统和机器人作业平台支撑架没有绝缘隔离，存在安全性问题，不能完成复杂线路环境下配电网带电作业。

由此可见，现有应用技术中高压带电作业机器人作业平台仍存在较大的技术缺失，此种现状已经严重制约着带电作业机器人在电网中的实际应用和推广。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，整个平台通过托底与斗臂车末端连接，可进行360度旋转；平台支架采用硬铝合金材料，重量轻、强度高；平台支架整个外包成型绝缘外壳，绝缘性能好；主手、机械臂、人坐座椅的支撑结构高度可调，进行人性化设计；在6自由度机械臂基础上增加基座绝缘伸缩冗余自由度，可以在不调整斗臂车位姿情况下，使机械臂能够进入复杂线路环境开展作业；加上了全景摄像机监控系统，可以在地面观看机器人平台的状态。整个复杂线路环境下带电作业机器人平台采用模块设计，工艺美观，工业程度高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，包括左、右机械臂、控制模块、绝缘支撑、平台支架、外壳、伸缩机构和小吊臂，其中，控制模块驱动机械臂的动作，绝缘支撑上固定主手，伸缩机构包括左、右伸缩机构，分别固定于平台支架的两端，分别与左、右机械臂通过绝缘支撑连接，外壳包裹上述机构，小吊臂固定于外壳上端，平台支架通过托底与斗臂车末端连接，拖底带动平台可顺时针或逆时针双向旋转。

所述小吊臂为具有三自由度的液压机械臂，固定于外壳上端的顶棚上，所述顶棚为拱形。

所述左、右机械臂与绝缘支撑连接，且左、右机械臂与绝缘支撑都为高度可调装置。

所述伸缩机构包括油缸、伸缩管及伸缩管套，油缸一端铰接固定在伸缩管套一端铰接固定在伸缩管，通过油缸伸缩运动带动伸缩管与伸缩管套相对运动，伸缩管套固定住平台上，机械臂固定在伸缩管上，因此机械臂可相对平台进行伸缩相对运动，从而对双向力反馈液压机械臂增加基座伸缩冗余自由度。

所述主手，包括左右主手，固定于左右绝缘支撑上，且固定有摄像头。

所述平台支架是硬铝合金焊接而成。

所述外壳为绝缘性材质。

所述顶棚用于遮挡阳光和雨雪，材质为绝缘树脂。

所述平台支架上设有座椅，且座椅的高度可调、前后位置可调。

所述座椅下设有工具箱。

左、右拖链的作用是：由于机械臂的与平台相对运动，因此液压管路及光纤也是相对运动的，为了便于管路及光纤布置方便及美观采用管路及管线走拖链内部的方式。拖链一端固定在平台上，一端固定在机械臂座上面。

所述控制模块，包括左控制踏板和右控制踏板，其中，左控制踏板驱动左伸缩机构，右控制踏板驱动右伸缩机构，以分别实现驱动左、右机械臂。

所述左控制踏板和右控制踏板给双冗余伸缩机构输入位置指令，输入指令与光栅尺返回的反馈位置数据进行比较，输入给比例放大器，比例放大器输出模拟量控制信号，控制比例阀阀芯的开口大小，输出液压油驱动液压缸的伸缩运动，带着绝缘伸缩机构往复进行精确位置运动。

本发明的有益效果为：

(1)采用该机器人作业平台，在实际复杂线路作业环境下，使机器人能够替代人工完成全部配电网带电作业项目，包括：断线、接线、更换跌落保险、变压器、横担等，减少作业人员数量、大幅度减轻作业人员的劳动强度，最大限度的保证作业人员的安全；

(2)采用主从操作冗余自由度双向力反馈液压机械臂，首次将该技术应用于带电作业机器人，在6自由度机械臂基础上增加基座伸缩冗余自由度，使机械臂能够进入复杂线路环境开展作业，同时机械臂的力反馈功能使机器人能够完成精细复杂工作；

(3)采用大持重/自重比液压小吊臂，小吊臂设计持重200kg,设计自重70kg，首次将该技术应用于带电作业机器人，在满足机器人升降系统最大载重量的约束条件下，实现对变压器、横担等重载设备的举升；

(4)采用复杂线路环境下三机械臂协调控制技术，机器人系统使用两只力反馈机械臂，一只辅助机械臂完成作业任务。通过机械臂作业空间干涉区动态控制研究，三臂协调运动控制的研究，保证机器人较高的作业效率和使用安全性。

附图说明

图1是本发明带电作业机器人平台轴测视图；

图2是本发明带电作业机器人平台正面立体图；

图3是本发明双冗余伸缩机构液压控制图；

其中，1、右机械臂，2、右主手控制器，3、顶棚，4、右主手，5、右手持终端，6、小吊臂手，7、高度可调右主手绝缘支撑，8、左主手，9、左手持终端，10、高度可调左主手绝缘支撑，11、绝缘成型外包壳体，12、机器人平台支架，13、右控制踏板，14、左控制踏板，15左拖链，16、左伸缩管套，17、左机械臂三模块，18、左伸缩管，19、高度可调左机械臂绝缘支撑，20、右拖链，21、左机械臂，22、右伸缩管套，23、右伸缩管，24、高度可调右机械臂绝缘支撑，25、右机械臂三模块，26、工具箱，27、绝缘座椅，28、摄像头，29、摄像头支撑，30、与斗臂车连接装置。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，它包括机械臂及其各操作、控制模块绝缘支撑，平台支架，绝缘成型外包壳体，机械臂伸缩机构，小吊臂，高度可调座椅，顶棚。其特征是，机械臂及其各附件与通过高度可调绝缘支撑保证操作人员绝缘隔离保护；绝缘成型外包壳体保证操作平台与地绝缘；机械臂伸缩机构增加了机械臂的冗余自由度，及添加的小吊臂使机械臂操作更加灵活方便，满足复杂线路环境下作业的更高要求；高度可调座椅及顶棚减轻操作人员的劳动强度，改善了作业环境；整个平台通过托底与斗臂车末端连接，可以进行360度旋转。

机器人平台的机械臂及其各附件与通过绝缘支撑与平台连接，机械臂及主手绝缘支撑都为高度可调装置，该设计增加了操作平台的适用性并且通过主手高度的调节可改善操作者的舒适性。

机器人平台的机械臂伸缩机构由油缸、伸缩管及伸缩管套组成。对双向力反馈液压机械臂增加基座伸缩冗余自由度，首次将该技术应用于带电作业机器人，在6自由度机械臂基础上增加该伸缩冗余自由度，使机械臂能够进入复杂线路环境开展作业，同时机械臂的力反馈功能使机器人能够完成精细复杂工作。

机器人平台的小吊臂装置具有三自由度的液压机械臂，机械臂设计持重200kg,设计自重70kg，首次将该技术应用于带电作业机器人，在满足机器人升降系统最大载重量的约束条件下，实现对变压器、横担等重载设备的举升。

机器人平台采用复杂线路环境下三机械臂协调控制技术，机器人系统使用两只力反馈机械臂，一只辅助机械臂完成作业任务。通过机械臂作业空间干涉区动态控制研究，三臂协调运动控制的研究，保证机器人较高的作业效率和使用安全性。

机器人平台的平台支架是硬铝合金焊接而成，其质量轻，强度高，能更好的满足绝缘斗臂车上装对质量的要求。绝缘成型外包壳体整体包括主平台支架达到绝缘目的，玻璃钢外罩有绝缘玻璃钢焊接而成，玻璃钢具有良好的绝缘性、密度小和强度大等优良性能。

机器人平台座椅是高度及前后可调节能满足不同平台操作者使用；顶棚可以遮挡阳光和雨雪，顶棚绝缘树脂制成，可对操作者起到保护作用。座椅及顶棚的添加极大改善了操作者的作业环境，提高了工作舒适性并且对劳动强度有一定降低。

机器人平台通过托底与斗臂车末端连接，其特征是：平台可以进行360度旋转能更好适应复杂线路环境的要求，提高工作效率。

实施例一：

如图1-图3所示，高压带电作业机器人平台主要包括顶棚3，小吊臂手6，绝缘成型外包壳体7，右控制踏板13，左控制踏板14，左拖链15，左伸缩管套16，工具箱26，绝缘座椅27，摄像头28，与斗臂车连接装置30。

其中机器人平台支架12通过绝缘成型外包壳体7经行包裹达到平台绝缘目的。机器人平台支架12由硬铝合金矩形管焊接而成，具有质量轻，强度高的优点。绝缘成型外包壳体7有玻璃钢制成，绝缘性好，强度高。顶棚3与绝缘成型外包壳体7连接，起到遮阳挡雨的作用，对操作者工作环境大为改善。

其中小吊臂装置是具有三自由度的液压机械臂，机械臂设计持重200kg,设计自重70kg，能够在满足机器人升降系统最大载重量的约束条件下，实现对变压器、横担等重载设备的举升。

其中机器人平台的机械臂伸缩机构由油缸、1左伸缩管8，右伸缩管23，左伸缩管套16，22右伸缩管套，右控制踏板13，左控制踏板14组成。通过控制踏板控制油缸伸缩，油缸一端与伸缩管套连接，一端与伸缩管连接，伸缩管套固定在机器人平台支架12上，因此通过油缸伸缩使伸缩管与机器人平台支架12相对运动。伸缩管与机械臂1、25通过基座和高度可调左机械臂绝缘支撑19、高度可调右机械臂绝缘支撑24连接，所以伸缩管的伸缩运动带动机械臂运动。伸缩机构的控制系统如图3。这样在6自由度机械臂基础上增加该伸缩冗余自由度，使机械臂能够进入复杂线路环境开展作业，同时机械臂的力反馈功能使机器人能够完成精细复杂工作。

工具箱26通过焊接与机器人平台支架12连接，绝缘座椅27固定在工具箱26上面。这样布置充分利用了平台的空间，保证了带电作业机器人平台的紧凑性。

摄像头28通过绝缘摄像头支撑29连接到绝缘成型外包壳体7上。能够方便的监控机械臂的工作状态。

左机械臂三模块17、右机械臂三模块25分别包括一个液压伺服驱动器模块，一个DC24V转换AC220V模块及DC24V转换DC±12V和DC±5V模块。

与斗臂车连接装置30与绝缘斗臂车末端连接，并且通过液压马达带动齿轮传动机构使带电作业机器人平台可以进行360度旋转。

其中操作人员通过脚蹬左踏板14、右踏板13给双冗余伸缩机构输入位置指令，输入指令与光栅尺返回的反馈位置数据进行比较，输入给比例放大器，比例放大器输出模拟量控制信号，控制比例阀阀芯的开口大小，输出液压油驱动液压缸的伸缩运动，带着绝缘伸缩机构往复进行精确位置运动。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：包括左、右机械臂、控制模块、绝缘支撑、平台支架、外壳、伸缩机构和小吊臂，其中，控制模块驱动机械臂的动作，绝缘支撑上固定主手，伸缩机构包括左、右伸缩机构，分别固定于平台支架的两端，分别与左、右机械臂通过绝缘支撑连接，外壳包裹上述机构，小吊臂固定于外壳上端，平台支架通过托底与斗臂车末端连接，拖底带动平台可顺时针或逆时针双向旋转。

2.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：所述小吊臂为具有三自由度的液压机械臂，固定于外壳上端的顶棚上，所述顶棚为拱形。

3.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：所述左、右机械臂与绝缘支撑连接，且左、右机械臂与绝缘支撑都为高度可调装置。

4.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：所述伸缩机构包括油缸、伸缩管及伸缩管套，油缸一端铰接固定在伸缩管套一端铰接固定在伸缩管，通过油缸伸缩运动带动伸缩管与伸缩管套相对运动，伸缩管套固定住平台上，机械臂固定在伸缩管上，因此机械臂可相对平台进行伸缩相对运动，从而对双向力反馈液压机械臂增加基座伸缩冗余自由度。

5.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：所述主手，包括左右主手，固定于左右绝缘支撑上，且固定有摄像头。

6.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：所述平台支架是硬铝合金焊接而成。

7.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：所述外壳为绝缘性材质。

8.如权利要求2所述的一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：所述顶棚用于遮挡阳光和雨雪，材质为绝缘树脂。

9.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：所述平台支架上设有座椅，且座椅的高度可调、前后位置可调。

10.如权利要求9所述的一种复杂线路环境下带电作业机器人平台，其特征是：所述座椅下设有工具箱。