CN108356510B - 一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置。该装置包括工装支架和机械臂连接法兰，在工装支架的上设有电动扳手、扳手推动气缸、扳手移动架、螺母夹具和螺母夹具控制气缸，所述螺母夹具控制气缸固定在其中一侧挡板上，螺母夹具竖向安装在螺母夹具控制气缸上方；所述扳手移动架是由固定在底架上导向轴支架、安装在导向轴支架上的导向轴和套设在导向轴上的滑块组成，所述电动扳手水平固定在滑块上，所述扳手推动气缸固定安装在远离螺母夹具的工装支架挡板上，其活塞端与滑块连接。本发明实现了单机械臂锁卸螺丝功能，防止了由于抖动或别的原因造成的螺丝和螺帽掉落造成的安全事故，能够很好的带电作业于变电站金具螺丝拆装。

Description

一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置

技术领域

本发明提供一种金具螺丝拆装工具，具体是一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置。

背景技术

随着社会数字化、信息化的不断发展，电力供应的连续性和可靠性显得尤为重要。高压带电作业作为一种在高压电气设备不停电情况下进行检修、测试的作业方法，是避免检修停电，保证正常供电的有效措施。传统的高压带电作业工作由人工完成，由于作业人员都处于高电压、高空环境中，具有作业劳动量大、作业危险性大等缺点。随着机器人技术与人工智能技术的发展，采用带电作业机器人代替人工进行变电站设备的清扫与检修已变为现实。

在带电检修中一个尤其重要的任务就是更换被锈蚀的金具螺丝。但是现在国内的带电作业机械臂锁卸螺丝都采用双机械臂，这种方式在锁卸螺丝的过程中，由于扭力太大，可能造成承托机械臂的平台不稳或者晃动，存在很大的安全隐患。

现有公开的相关专利，如公告号为CN102240902B、公告日为2013年5月1日的中国专利文件公开了一种自动拧螺丝机，螺丝定位装置包括相连通的工模和定位槽，工模包括模体和铰接在模体上的夹持元件，夹持元件在竖直方向上实现开合动作；公告号为CN102240902B、公告日为2013年5月1日的中国专利螺丝定位装置，其零部件较多、结构复杂，其夹持元件也是竖向开合。上述公开的两个专利其夹持原件在竖直方向上开合，占用空间较大，需要使螺丝刀预留出较大的插入长度，以防干涉，另外，夹持元件没有对螺钉形成360度的夹持，螺丝可能出现偏斜异位，使得自动拧螺丝机的可靠性不高。而对于变电站金具螺丝的拆装，对其可靠性要求较高，否则会造成安全事故。

发明内容

本发明根据现有技术的不足提供一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，该装置在满足绝缘安全防护的基础上，还可以安装于机械臂末端，完成单机械臂锁卸高压变电站管母线金具螺丝任务，且同时保证螺帽不掉落，不会造成危险。

本发明提供的技术方案：一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，其特征在于：该装置包括工装支架，在工装支架底部设有用于与机械臂连接的连接件，在工装支架上设有电动扳手、扳手推动气缸、扳手移动架、螺母夹具和螺母夹具控制气缸，所述螺母夹具控制气缸固定在工装支架的其中一侧，所述螺母夹具安装在螺母夹具控制气缸上方，并由螺母夹具控制气缸控制其开合；所述电动扳手固定安装在扳手移动架上，其钻进端正对设有螺母夹具的夹持口，所述扳手推动气缸固定安装在螺母夹具对侧的工装支架上，并与电动扳手连接，带动电动扳手沿着扳手移动架水平方向往复移动。

本发明较优的技术方案：所述工装支架是由底架和左、右侧挡板组成，设置在工装支架底部的连接件为连接法兰；所述螺母夹具控制气缸固定在工装支架的其中一侧挡板上，在螺母夹具控制气缸上部设有螺母夹具安装口，所述螺母夹具竖向安装在螺母夹具控制气缸上方；所述扳手移动架是由固定在底架上导向轴支架、安装在导向轴支架上的导向轴和套设在导向轴上的滑块组成，电动扳手水平固定在的扳手移动架的滑块上，所述扳手推动气缸固定安装在工装支架另一侧挡板上，扳手推动气缸的活塞端与滑块连接，所述扳手移动架在扳手推动气缸作用下推动滑块沿着导向轴水平方向往复移动。本发明较优的技术方案：在正对螺母夹具夹持口的位置设有螺母顶杆，所述螺母顶杆包括依次连接的顶板、弹簧和插销；在固定螺母夹具控制气缸的挡板上方安装有带插销孔的顶杆挡板，所述插销从顶杆挡板上的插销孔插入，其末端通过弹簧与顶板连接，所述螺母顶杆在螺母夹具将金具螺母夹紧，电动扳手拧紧螺栓时，通过顶板将金具螺母顶紧。

本发明较优的技术方案：在正对螺母夹具夹持口的位置设有螺母顶杆，所述螺母顶杆包括依次连接的顶板、弹簧和插销，所述插销的一侧通过顶杆挡板固定在所述工装支架上；具体结构为在固定螺母夹具控制气缸的挡板上方安装有带插销孔的顶杆挡板，所述插销从顶杆挡板上的插销孔插入，其末端通过弹簧与顶板连接，所述螺母顶杆在螺母夹具将金具螺母夹紧，电动扳手拧紧螺栓时，通过顶板将金具螺母顶紧。

本发明较优的技术方案：所述螺母夹具是由左、右夹爪、左、右夹爪臂、气缸连杆和夹爪限位卡块组成，所述左、右夹爪臂通过转轴安装在气缸连杆的上端两侧，左、右夹爪分别固定连接在左、右夹爪臂的上端，在螺母夹具控制气缸伸缩时，带动左、右夹爪臂伸直或收缩，并带动左、右夹爪将金具螺母夹紧或松开；所述夹爪限位卡块固定在安装螺母夹具控制气缸的挡板上，并套设在左、右夹爪的爪臂外。

本发明较优的技术方案：在电动扳手的钻进端设有螺栓拧紧套筒，所述螺栓拧紧套筒包括套筒外壳，在套嵌设在套筒外壳内的套筒体，在套筒外壳的前端设有螺栓嵌入口，在套筒体与螺栓嵌入口之间设有磁体构件，所述磁铁构件通过固定安装在套筒体前端的磁铁压环压设在螺栓嵌入口内侧，并在金具螺栓置于螺栓嵌入口时，通过磁铁构件将其固定吸附；所述螺栓拧紧套筒的套筒体尾端与电动扳手的钻进端连接。

本发明较优的技术方案：所述导向轴支架通过垫块固定在工装支架的底架上，其中一端紧贴在远离螺母夹具的挡板上，且电动扳手的高度与螺母夹具的高度一致。

本发明较优的技术方案：所述导向轴有两根，并排设置在导向轴支架上；所述滑块有两个，分别套设在每根导向轴上，且两个滑块并排设置，并通过连接板连接；所述扳手推动气缸置于两根导向轴之间，其活塞端与连接板连接，并通过连接板带动两个滑块同时沿着其对应的导向轴移动；电动扳手固定安装在连接板上。

本发明较优的技术方案：所述电动扳手通过固定架安装在滑块上。

本发明较优的技术方案：所述导向轴支架是由底板、左、右支撑板组成，其底板的宽度大于底架的宽度，导向轴两端分别固定在左、右支撑板上。

本发明的螺栓拧紧套筒具体是将强磁平装于套筒内，使用带有外螺纹的压环将强磁压紧于套筒内，利用强磁的磁力特性可稳固吸附螺栓，且经试验，该强磁吸附效果牢固可靠，还可以在空间自由移动而不脱落。本发明的螺母夹具采用卡钳杠杆方式，使夹爪夹持螺母时，两个夹爪臂处于水平位置，夹持作用力转化为水平方向的横向力，因两个夹爪臂受力相等，方向相反，可实现内部抵消螺母夹具的对外作用力。

本发明有益效果：

(1)本发明能够满足绝缘安全防护，并可以安装在机械臂上，实现单机械臂锁卸螺丝任务，将扭力集中在机械臂末端，避免造成承托机械臂的平台不稳或者晃动，从而带来安全隐患；

(2)本发明的螺丝固定套筒，是将强磁平装于套筒内，使用带有外螺纹的压环将强磁压紧于套筒内，利用强磁的磁力特性可稳固吸附螺栓，确保了螺丝的吸附效果牢固可靠，还可以在空间自由移动而不脱落；

(3)本发明在螺帽侧设有紧固装置，可保证锁卸螺丝的同时，螺帽不随意掉落，造成安全事故，提高了作业效率和操作安全性；

(4)本发明的螺母夹具是采用卡钳杠杆方式，使夹爪夹持螺母时，两个夹爪处于水平位置，夹持作用力转化为水平方向的横向力，因两个夹爪受力相等，方向相反，可实现内部抵消螺母夹具的对外作用力，确保螺帽的夹持稳定；

(5)本发明的螺帽紧固的机械夹和推动电批的滑轨所使用的动力均使用气动方式，可减小整个机械装置的整体重量，防止重量过重导致机械臂载荷太大，精度降低。

本发明实现了单机械臂锁卸螺丝功能，设有螺帽紧固装置，可保证螺帽不随意掉落，并在螺丝侧和螺母侧都安装有强力磁铁，可防止由于抖动或别的原因造成的螺丝和螺帽掉落，造成安全事故，能够很好的带电作业于变电站金具螺丝拆装。

附图说明

图1至图3是本发明的立体结构示意图；

图4是本发明的俯视图；

图5是本发明的后视图；

图6至图8是本发明螺母顶杆的工作过程示意图；

图9是本发明中套筒的结构示意图；

图10是本发明螺母夹具的张开状态示意图；

图11是本发明螺母夹具的夹紧状态示意图。

附图标号：1—连接件，2—工装支架，2-1—底架，2-2、2-3—左、右侧挡板，3—电动扳手，4—扳手推动气缸，5—导向轴支架，5-1—底板，5-2、5-3—左、右支撑板，6—螺母夹具，6-1、6-2—左、右夹爪，6-3、6-4—左、右夹爪臂，6-5—气缸连杆，6-6—夹爪限位卡块，7—螺母夹具控制气缸，8—导向轴，9—滑块，9-1—连接板，10—螺母顶杆，10-1—插销，10-2—顶板，10-3—弹簧，11—顶杆挡板，12—螺栓拧紧套筒，12-1—套筒外壳，12-2—套筒体，12-3—螺栓嵌入口，12-4—磁铁构件，12-5—磁铁压环，13—固定架，14—金具螺母，15—金具螺栓，16—垫块，17—第一金具，18—第二金具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1至图3所示的一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，包括由底架2-1和左、右侧挡板2-2、2-3组成的工装支2，所述底架2-1采用3060铝型材，在工装支架2底部设有机械臂连接法兰1，机械臂连接法兰1主要用于将该金属螺丝锁卸装置安装到高空作业机器人的机器臂上，由高空作业机器人来操作其工作。在工装支架2上设有电动扳手3、扳手推动气缸4、扳手移动架、螺母夹具6和螺母夹具控制气缸7，电动扳手3在扳手推动气缸4的作用下，可以顺着扳手移动架水平移动，从而实现金具螺栓的拧紧或松开，同时，螺母夹具6在螺母夹具控制气缸7的作用下张开或夹紧，避免金具螺母在拧螺栓的过程中掉落。在正对螺母夹具6夹持口的位置设有螺母顶杆10，如图6至图8所示，所述螺母顶杆10是由插销10-1、顶板10-2和弹簧10-3组成，在固定螺母夹具控制气缸7的挡板上方安装有带插销孔的顶杆挡板11，所述插销10-1从顶杆挡板11上的插销孔插入，其末端通过弹簧10-3与顶板10-2连接，且在螺母夹具6将金具螺母14夹紧，电动扳手3拧紧螺栓时，通过顶板10-2将金具螺母14顶紧；所述螺母顶杆10为插销状，在拧紧螺栓时插销会向外移动，不会影响螺栓的拧紧过程。

如图2所示，所述螺母夹具控制气缸7固定在其中一侧挡板上，其上部设有螺母夹具安装口7-1，如图4和图5所示，所述螺母夹具6竖向安装在螺母夹具控制气缸7上方，并由螺母夹具控制气缸7控制其开合。如图10和图11所示，所述螺母夹具6是由左、右夹爪6-1、6-2、左、右夹爪臂6-3、6-4、气缸连杆6-5和夹爪限位卡块6-6组成，所述左、右夹爪臂6-3、6-4通过转轴安装在气缸连杆6-5的上端两侧，左、右夹爪6-1、6-2分别固定连接在左、右夹爪臂6-3、6-4的上端；如图2和图5所示的夹爪限位卡块6-6固定在安装螺母夹具控制气缸7的挡板上，并套设在左、右夹爪6-1、6-2的爪臂外，用来对夹爪进行固定和限位。所述螺母夹具6在螺母夹具控制气缸7的控制下进行开合，当螺母夹具控制气缸7伸开时，将螺母夹具6的气缸连杆6-5向上顶推，此时在转轴的作用下，左、右夹爪臂6-3、6-4向外张开，从而带动左、右夹爪6-1、6-2张开，且张开到一定程度便会通过夹爪限位卡块6-6进行限位，具体如图10所示；当螺母夹具控制气缸7收缩时，将螺母夹具6的气缸连杆6-5向下拉，此时在转轴的作用下，左、右夹爪臂6-3、6-4向内收拢，并呈平行状态，从而带动左、右夹爪6-1、6-2将金具螺母夹紧，如图11所示。

如图2和图5所示，所述扳手移动架是由固定在底架2-1上导向轴支架5、安装在导向轴支架上的导向轴8和套设在导向轴8上的滑块9组成，所述导向轴支架5是由底板5-1、左、右支撑板5-2、5-3组成，其底板5-1的宽度大于底架2-1的宽度，所述导向轴8有两根，并排设置在导向轴支架5上，两端分别固定在左、右支撑板5-2、5-3上；所述滑块9有两个，分别套设在每根导向轴上，且两个滑块9并排设置，并通过连接板9-1连接；所述电动扳手3通过固定架13呈水平状安装在两滑块的连接板9-1上，其钻进端正对设有螺母夹具6的开合部位，所述扳手推动气缸4固定安装在远离螺母夹具6的工装支架挡板上，并置于两根导向轴8之间，其活塞端与两个滑块9的连接板9-1连接，并在扳手推动气缸4作用下推动两个滑块9同时沿着其对应的导向轴8移动。所述导向轴支架5通过垫块16固定在工装支架2的底架2-1上，其中一端紧贴在远离螺母夹具6的挡板上，且电动扳手3的高度与螺母夹具6的高度一致。

为了避免金具螺栓在拆装过程中脱落，如图1至图3所示，在电动扳手3的钻进端设有螺栓拧紧套筒12。如图9所示，所述螺栓拧紧套筒12包括套筒外壳12-1，在套嵌设在套筒外壳内的套筒体12-2，在套筒外壳12-1的前端设有螺栓嵌入口12-3，在套筒体12-2与螺栓嵌入口12-3之间设有磁体构件12-4，所述磁铁构件12-4通过固定安装在套筒体12-2前端的磁铁压环12-5压设在螺栓嵌入口12-3内侧，并在金具螺栓15置于螺栓嵌入口12-3时，通过磁铁构件12-4将其固定吸附；所述螺栓拧紧套筒12的套筒体尾端与电动扳手3的钻进端连接。

本发明的实际工作时，通过机械臂连接法兰1与高空作业机械臂连接，并通过高空作业机器人上自带的摄像头进行螺孔定位，并在连接过程中将螺母夹具控制气缸7、扳手推动气缸4和电动扳手3的控制端与高空作业机器人的控制中心连接，由高空作业机器人的控制器整体控制两个气缸的工作过程。其具体安装螺栓的过程为：先将新的金具螺栓15装到电动扳手3的螺栓拧紧套筒12内，并将新的金具螺母14安装到螺母夹具6将金具螺母14夹紧，然后通过高空作业机械臂的控制装置带动其移动至目标工位，并通过高空作业机器人自带的摄像头进准确定位螺孔的位置，如图1和图2所示，使金具螺母14和金具螺栓15准确对准待安装第一金具17和第二金具18的螺孔；然后控制扳手推动气缸4伸出，带动电动扳手3对准螺孔旋转进给，做安装准备，此时螺母夹具控制气缸7一直带动螺母夹具2夹紧螺母，螺母夹具后部的螺母顶杆10自动顶紧金具螺母14，然后控制电动扳手3开始工作进行金具螺栓15的安装，待金具螺栓15安装好之后，螺母夹具控制气缸7伸出带动螺母夹具2松开螺母。主动机械臂返回上平台螺丝螺母备料盒处，通过设计好的换螺栓机构将新的螺栓螺母安装于工装内，然后主动机械臂重复上述上螺栓过程，直至四颗螺栓全部安装完毕。

本发明拆卸螺栓的过程为：也是由高空作业机械臂来带动其工作，首先通过高空作业机器人带动其行走至金具附近工作位置，并通过高空作业机器人自带的双目摄像头准确定位金具螺栓的位置，并不断调整锁卸螺丝工装空间位姿，直至准确对准螺栓，然后控制扳手推动气缸4伸出时带动电动扳手3对准激怒螺栓头部旋转进给，做拆卸准备，螺母夹具控制气缸7控制螺母夹具2夹紧金具螺母，螺母夹具后部带弹簧的螺母顶杆10自动顶紧螺母，然后控制电动扳手3工作将螺栓拆下来，拆完之后主动机械臂返回上平台螺丝螺母备料盒处，通过设计好的换螺栓机构将工装内的旧螺栓和螺母卸下，然后机械臂返回锁卸工位拆卸下一颗螺栓，直至四颗螺栓全部拆卸完毕。

本发明的整体结构简单，并在多个项目上进行实施，证明了其锁卸效果好，并实现了单机械臂锁卸螺丝功能，在每个锁卸过程中，并未出现螺丝和螺帽掉落情况，降低了安全事故的发生。

Claims (8)

1.一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，其特征在于：该装置包括工装支架（2），在工装支架（2）底部设有用于与机械臂连接的连接件（1），在工装支架（2）上设有电动扳手（3）、扳手推动气缸（4）、扳手移动架、螺母夹具（6）和螺母夹具控制气缸（7），所述螺母夹具控制气缸（7）固定在工装支架（2）的其中一侧，所述螺母夹具（6）安装在螺母夹具控制气缸上方，并由螺母夹具控制气缸（7）控制其开合；所述扳手移动架和电动扳手（3）安装在工装支架（2）的另一侧，所述电动扳手（3）固定安装在扳手移动架上，其钻进端正对设有螺母夹具（6）的夹持口，所述扳手推动气缸（4）固定安装在螺母夹具（6）对侧的工装支架上，并与电动扳手（3）连接，带动电动扳手（3）沿着扳手移动架水平方向往复移动；

所述工装支架（2）是由底架（2-1）和左、右侧挡板（2-2、2-3）组成，设置在工装支架（2）底部的连接件（1）为连接法兰；所述螺母夹具控制气缸（7）固定在工装支架（2）的其中一侧挡板上，在螺母夹具控制气缸（7）上部设有螺母夹具安装口（7-1），所述螺母夹具（6）竖向安装在螺母夹具控制气缸（7）上方；所述扳手移动架是由固定在底架（2-1）上导向轴支架（5）、安装在导向轴支架上的导向轴（8）和套设在导向轴（8）上的滑块（9）组成，电动扳手（3）水平固定在的扳手移动架的滑块（9）上，所述扳手推动气缸（4）固定安装在工装支架（2）另一侧挡板上，扳手推动气缸（4）的活塞端与滑块（9）连接，所述扳手移动架在扳手推动气缸（4）作用下推动滑块（9）沿着导向轴（8）水平方向往复移动；

在正对螺母夹具（6）夹持口的位置设有螺母顶杆（10），所述螺母顶杆（10）包括依次连接的顶板（10-2）、弹簧（10-3）和插销（10-1），所述插销（10-1）的一侧通过顶杆挡板（11）固定在所述工装支架（2）上；所述螺母顶杆（10）在螺母夹具（6）将金具螺母（14）夹紧，电动扳手（3）拧紧螺栓时，通过顶板（10-2）将金具螺母（14）顶紧。

2.根据权利要求1所述的一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，其特征在于：所述螺母夹具（6）包括：左、右夹爪（6-1、6-2）、左、右夹爪臂（6-3、6-4）、气缸连杆（6-5）和夹爪限位卡块（6-6）；所述左、右夹爪臂（6-3、6-4）通过转轴安装在气缸连杆（6-5）的上端两侧，左、右夹爪（6-1、6-2）分别固定连接在左、右夹爪臂（6-3、6-4）的上端；

在螺母夹具控制气缸（7）伸缩时，带动左、右夹爪臂（6-3、6-4）伸直或收缩，并带动左、右夹爪（6-1、6-2）将金具螺母（14）夹紧或松开。

3.根据权利要求1所述的一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，其特征在于：在电动扳手（3）的钻进端设有螺栓拧紧套筒（12），所述螺栓拧紧套筒（12）包括套筒体（12-2）和套设在套筒体外部的套筒外壳（12-1），所述套筒外壳（12-1）的前端设有螺栓嵌入口（12-3），所述螺栓拧紧套筒（12）的套筒体尾端与电动扳手（3）的钻进端连接；在套筒体（12-2）与螺栓嵌入口（12-3）之间设有磁铁构件（12-4），所述磁铁构件（12-4）通过固定安装在套筒体（12-2）前端的磁铁压环（12-5）压设在螺栓嵌入口（12-3）内侧；在金具螺栓（15）置于螺栓嵌入口（12-3）时，通过磁铁构件（12-4）将其固定吸附。

4.根据权利要求1所述的一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，其特征在于：所述导向轴（8）有两根，并排设置在导向轴支架（5）上；所述滑块（9）有两个，分别套设在每根导向轴上，且两个滑块（9）并排设置，并通过连接板（9-1）连接；所述扳手推动气缸（4）置于两根导向轴（8）之间，其活塞端与连接板（9-1）连接，并通过连接板（9-1）带动两个滑块（9）同时沿着其对应的导向轴（8）移动；电动扳手（3）固定安装在连接板（9-1）上。

5.根据权利要求1所述的一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，其特征在于：所述电动扳手（3）通过固定架（13）安装在滑块（9）上。

6.根据权利要求1所述的一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，其特征在于：所述导向轴支架（5）是由底板（5-1）、左、右支撑板（5-2、5-3）组成，其底板（5-1）的宽度大于底架（2-1）的宽度，导向轴（8）两端分别固定在左、右支撑板（5-2、5-3）上。

7.根据权利要求1所述的一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，其特征在于：所述导向轴支架（5）通过垫块（16）固定在工装支架（2）的底架（2-1）上，其中一端紧贴在远离螺母夹具（6）的挡板上，且电动扳手（3）的高度与螺母夹具（6）的高度一致。

8.根据权利要求2所述的一种适用于单机械臂的变电站金具螺丝锁卸装置，其特征在于：所述夹爪限位卡块固定在安装螺母夹具控制气缸的挡板上，并套设在左、右夹爪的爪臂外。