CN105390991A - 一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种架空高压输电线路耐张线夹引流板螺栓紧固机器人及位姿控制方法，包括移动机器人平台、两个作业机械臂、螺栓拧紧末端及布置其上的两个微型摄像机、螺栓固定末端及布置其上的两个微型摄像机。两个作业机械臂协调工作，携带相应末端到达指定工作位。四个微型摄像机两两组合，分别形成十字坐标系布局，以辅助螺栓拧紧末端、螺栓固定末端精定位。本发明所提供的一种拧螺栓作业机器人位姿控制方法为通过双作业臂同时协调控制。因此本发明中整个机器人结构可靠，位姿控制方法简单，实用价值较高。

Description

一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法
技术领域
本发明涉及一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法,尤其是一种架空高压输电线路耐张线夹引流板螺栓紧固机器人及其位姿控制方法。
背景技术
架空高压输电线路的工作环境比较恶劣，由于常年暴露在野外，非常容易受到环境和地理因素的影响。一些诸如覆冰、微风振动等因素就会导致导线振动，进而导致耐张线夹引流板螺栓松动。这样就会因为接触不实而出现电阻增大的情况，一旦电阻增加，引流板温度就会随之上升，而接触面的氧化作用就会加强，随着温度不断增加，就会发生烧毁引流板的情况，发生断线事故，对于电网的安全稳定运行会造成极大的影响。
目前处理此种缺陷主要是由人工在地电位或等电位带电作业，但是受到带电作业距离的限制，作业人员难以动作，导致螺栓紧固的扭矩未能达到要求，不能紧固。而且等电位带电作业需要得到调度部门的批准才能进行，松动的螺栓得不到及时的紧固。为了保证供电的连续性及可靠性以及作业的安全性，将机器人技术引入带电检修作业之中，研制一种可以紧固耐张线夹引流板螺栓的机器人，将会进一步提升电力技术自动化水平。
目前，针对高压输电线路带电维修作业机器人进行的研究并不多见。比较典型的是加拿大魁北克水电研究院，研制成功了具有越障功能的检修维护作业机器人，该作业机器人通过单作业机械臂携带螺栓紧固装置进行维修作业，该螺栓紧固装置与螺栓的对接主要依靠关节型作业机械臂进行调节，装置本身的自适应性并不突出，因此该螺栓紧固机器人的实用化方面有一定的局限性。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种基于带电检修机器人平台，通过双作业机械臂协调控制末端位姿的一种用于架空高压输电线路的螺栓紧固机器人。
本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种用来观测作业环境和拧螺栓末端/固螺栓末端位姿状态的4台微型摄像机的布置方法。
本发明再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了高效、可靠、安全、操作简单的一种架空高压输电线路耐张线夹引流板螺栓紧固机器人位姿控制方法。
本发明主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种架空高压输电线路耐张线夹引流板螺栓紧固机器人，其特征在于，包括：
移动机器人平台、两个作业机械臂、螺栓拧紧末端及布置其上的两个微型摄像机、螺栓固定末端及布置其上的两个微型摄像机。
上述的两个作业机械臂，所述作业机械臂布置于机体前端的两侧，分别为3-DOF、4-DOF，并且3-DOF机械臂连接螺栓固定末端，4-DOF机械臂连接螺栓拧紧末端。
上述的布置在螺栓拧紧末端上的两个微型摄像机，所述微型摄像机分别通过摄像机固定板固接于螺栓拧紧末端两个垂直的端面，形成十字坐标系布局，即两个摄像机分别布置于所在平面直角坐标系的X轴和Y轴上，在螺栓拧紧末端到达耐张线夹引流板螺栓附近后，共同观测螺栓拧紧末端上内六角套筒与耐张线夹引流板上螺母的相对位置，以辅助螺栓拧紧末端精定位。
上述的布置在螺栓固定末端上的两个微型摄像机，所述微型摄像机分别通过摄像机固定板固接于螺栓固定末端两个垂直的端面，形成十字坐标系布局，即两个摄像机布置于所在平面直角坐标系的X轴和Y轴上，在螺栓固定末端到达耐张线夹引流板螺栓附近后，共同观测螺栓固定末端上的内六角套筒与耐张线夹引流板上螺栓头的相对位置，以辅助螺栓固定末端精定位。
一种拧螺栓作业机器人双作业机械臂协调控制位姿的方法，其特征在于，包括：
机器人行走至工作位后，在拧螺栓作业前，首先通过地面基站控制3-DOF作业机械臂旋转、伸缩关节，作业机械臂所携带的螺栓固定末端内六角套筒初对准耐张线夹引流板螺栓头，再调整纵移关节，使得螺栓固定末端的内六角套筒将耐张线夹引流板螺栓头包裹压紧，其次控制4-DOF作业机械臂横移、旋转、伸缩关节，作业机械臂所携带的螺栓拧紧末端内六角套筒初对准耐张线夹引流板螺母，再调整纵移关节，使得螺栓拧紧末端的内六角套筒将耐张线夹引流板螺母包裹。
在拧螺栓作业完成后，首先螺栓拧紧末端的内六角套筒小角度回转，以减小套筒与螺母的摩擦，之后4-DOF作业机械臂纵移使螺栓拧紧末端退出工作位，其次3-DOF作业机械臂由于自身鲁棒性，带动螺栓固定末端退出工作位。
因此，本发明具有如下优点：1.于螺栓固定末端上布置两个相互垂直的摄像机，便于地面基站有效定位耐张线夹引流板螺栓头中心线，进一步确定螺栓固定末端内六角套筒与螺栓头的位姿关系，并通过3-DOF作业机械臂微调以对准；2.于螺栓拧紧末端上布置两个相互垂直的摄像机，便于地面基站实时有效定位耐张线夹引流板螺母中心线，进一步确定螺栓拧紧末端内六角套筒与螺母的位姿关系，并通过4-DOF作业机械臂调整以对准；3.双作业机械臂同时协调工作，快速准确携带两末端至工作位；4.通过控制作业机械臂运动和螺栓固定末端缓冲对接机构使螺栓固定末端到达工作位并压紧螺栓头，作业完成后，于螺栓拧紧末端退出后依靠机器人自身鲁棒性退出，无需在螺栓固定末端多加旋转自由度；5.整个机器人结构可靠，位姿控制方法简单，实用价值较高。
附图说明
图1是螺栓紧固机器人整体结构图。
图2是螺栓拧紧末端摄像机布置图。
图3是螺栓固定末端摄像机布置图。
图4、图5、图6是螺栓紧固作业机器人作业过程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，螺栓拧紧末端1、螺栓拧紧末端第一摄像机2、螺栓拧紧末端第二摄像机3、螺栓固定末端4、螺栓固定末端第一摄像机5、螺栓固定末端第二摄像机6、作业机械臂7、作业机械臂8、移动机器人平台9、螺栓拧紧末端第一摄像机固定板10、螺栓拧紧末端第二摄像机固定板11、螺栓固定末端第一摄像机固定板12、螺栓固定末端第二摄像机固定板13、螺栓拧紧末端内六角套筒14、螺栓固定末端内六角套筒15、3-DOF作业机械臂旋转关节16、3-DOF作业机械臂伸缩关节17、3-DOF作业机械臂纵移关节18、4-DOF作业机械臂伸缩关节19、4-DOF作业机械臂旋转关节20、4-DOF作业机械臂横移关节21、4-DOF作业机械臂纵移关节22、螺母23、螺栓24、夹爪25。
实施例：
一、首先介绍一下本发明的结构：本发明主要包括：
如图1、图2、图3，本发明包括移动机器人平台9、两个作业机械臂7和8、螺栓拧紧末端1及其上的两个微型摄像机2和3、螺栓固定末端置4及其上的两个微型摄像机5和6、四个摄像机固定板10、11、12、13。
螺栓拧紧末端1连接于作业机械臂8上，螺栓拧紧末端第一摄像机2、螺栓拧紧末端第二摄像机3分别通过螺栓拧紧末端第一摄像机固定板10、螺栓拧紧末端第二摄像机固定板11固定于螺栓拧紧末端1。螺栓固定末端4连接于作业机械臂7上，螺栓固定末端第一摄像机5、螺栓固定末端第二摄像机6分别通过螺栓固定末端第一摄像机固定板12、螺栓固定末端第二摄像机固定板13固定于螺栓固定末端4。
二、下面介绍一下本发明末端位姿控制方法：
作业机械臂7携带螺栓固定末端4到耐张线夹螺栓24附近后，微调作业机械臂7并通过地面基站中螺栓固定末端第一摄像机5、螺栓固定末端第二摄像机6反馈的图像观测耐张线夹螺栓24与螺栓固定末端内六角套筒15相对位置，直至在两个摄像机反馈的图像中，螺栓24轴线与螺栓固定末端内六角套筒15轴线均重合时，螺栓固定末端4定位完成。螺栓拧紧末端1位姿控制方法相同，即4-DOF作业机械臂8携带螺栓拧紧末端1到耐张线夹螺母23附近后，微调作业机械臂并通过地面基站中螺栓拧紧末端第一摄像机2、螺栓拧紧末端第二摄像机3反馈的图像观测耐张线夹螺母23与螺栓拧紧末端内六角套筒14相对位置，直至在两个摄像机反馈的图像中，螺母23轴线与螺栓拧紧末端内六角套筒14轴线均重合时，螺栓拧紧末端1定位完成。
三、下面介绍一下本发明的工作流程，如图4至图6，工作时，机器人行走至指定位停止，夹爪25夹紧导线。首先3-DOF作业机械臂7经旋转、伸缩、纵移，携带螺栓固定末端4至耐张线夹引流板螺栓24附近，通过微调作业机械臂7，使螺栓固定末端内六角套筒15与螺栓24近似同轴，继续纵移作业机械臂7，依靠螺栓固定末端4的缓冲对接作用，使螺栓固定末端内六角套筒15完全包裹、压住螺栓24，限制螺栓24的转动。其次4-DOF作业机械臂8经横移、旋转、伸缩、纵移，携带螺栓拧紧末端1至耐张线夹引流板螺母23附近，通过微调作业机械臂8，使螺栓拧紧末端内六角套筒14与螺母23近似同轴，继续纵移作业机械臂8，依靠螺栓拧紧末端1的缓冲对接作用，使螺栓拧紧末端内六角套筒14完全包裹螺母。驱动螺栓拧紧末端1电机，螺母23拧紧后，首先4-DOF作业机械臂8纵移，螺栓拧紧末端1与螺母23分离，其次依靠机器人自身鲁棒性，3-DOF作业机械臂7随之离开螺栓24，最后操作两作业机械臂7、8回到工作前初始位置。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，螺栓拧紧末端1、螺栓拧紧末端第一摄像机2、螺栓拧紧末端第二摄像机3、螺栓固定末端4、螺栓固定末端第一摄像机5、螺栓固定末端第二摄像机6、作业机械臂7、作业机械臂8、移动机器人平台9、螺栓拧紧末端第一摄像机固定板10、螺栓拧紧末端第二摄像机固定板11、螺栓固定末端第一摄像机固定板12、螺栓固定末端第二摄像机固定板13、螺栓拧紧末端内六角套筒14、螺栓固定末端内六角套筒15、3-DOF作业机械臂旋转关节16、3-DOF作业机械臂伸缩关节17、3-DOF作业机械臂纵移关节18、4-DOF作业机械臂伸缩关节19、4-DOF作业机械臂旋转关节20、4-DOF作业机械臂横移关节21、4-DOF作业机械臂纵移关节22、螺母23、螺栓24、夹爪25等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法，其特征在于，包括：
螺栓拧紧末端(1)及布置其上的两个微型摄像机(2、3)、螺栓固定末端(4)置其上的两个微型摄像机(5、6)两个作业机械臂(7、8)、移动机器人平台(9)。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法，其特征在于，所述作业机械臂(7、8)布置于移动机器人平台(9)前端的两侧，分别为3-DOF、4-DOF，并且3-DOF作业机械臂(7)连接螺栓固定末端(4)，4-DOF作业机械臂(8)连接螺栓拧紧末端(1)。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法，其特征在于，所述布置在螺栓拧紧末端(1)上的两个微型摄像机(2、3)，分别通过摄像机固定板(10、11)固接于螺栓拧紧末端(1)两个垂直的端面，形成十字坐标系布局，即两个摄像机(2、3)布置于所在平面直角坐标系的X轴和Y轴，在螺栓拧紧末端(1)到达耐张线夹引流板螺栓(24)附近后，共同观测螺栓拧紧末端内六角套筒(14)与引流板上螺母(23)的相对位置以辅助螺栓拧紧末端(1)精定位。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法，其特征在于，所述微型摄像机(5、6)分别通过摄像机固定板(12、13)固接于螺栓固定末端(4)两个垂直的端面，形成十字坐标系布局，即两个摄像机(5、6)布置于所在平面直角坐标系的X轴Y轴，在螺栓固定末端(4)到达耐张线夹引流板螺栓(24)附近后，共同观测螺栓固定末端(4)上的螺栓固定末端内六角套筒(15)与引流板上螺栓(24)的相对位置以辅助螺栓固定末端(4)精定位。
5.根据权利要求1所述的一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法，其特征在于，包括：
机器人行走至工作位后，在拧螺栓作业前，首先通过地面基站控制3-DOF作业机械臂旋转关节(16)、3-DOF作业机械臂伸缩关节(17)，作业机械臂(7)所携带的螺栓固定末端内六角套筒(15)初对准耐张线夹引流板螺栓(24)，再调整3-DOF作业机械臂纵移关节(18)，使得螺栓固定末端内六角套筒(15)将耐张线夹引流板螺栓(24)包裹压紧，其次控制4-DOF作业机械臂横移关节(21)、4-DOF作业机械臂旋转关节(20)、4-DOF作业机械臂伸缩关节(19)，作业机械臂(8)所携带的螺栓拧紧末端内六角套筒(14)初对准耐张线夹引流板螺母(23)，再调整4-DOF作业机械臂纵移关节(22)，使得螺栓拧紧末端内六角套筒(14)将耐张线夹引流板螺母(23)包裹；
在拧螺栓作业完成后，首先螺栓拧紧末端内六角套筒(14)小角度回转，以减小螺栓拧紧末端内六角套筒(14)与螺母(23)的摩擦，之后作业机械臂(8)纵移使螺栓拧紧末端(1)退出工作位，其次作业机械臂(7)由于自身鲁棒性，带动螺栓固定末端(4)退出工作位。
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