CN108638079A - 一种电力线连接板自动拆接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力安全技术领域，更具体地，涉及一种电力线连接板自动拆接机器人。包括支撑系统、检测系统、控制系统和拆装系统，所述的拆装系统由机械臂和设于机械臂末端的末端执行器组成，所述的机械臂底部设于支撑系统上，所述的检测系统安装在末端执行器和支撑系统上，所述的控制系统与支撑系统、检测系统和拆装系统通信连接。以代替人工操作，提高作业的安全性和可靠性。

Description

一种电力线连接板自动拆接机器人

技术领域

本发明涉及电力安全技术领域，更具体地，涉及一种电力线连接板自动拆接机器人。

背景技术

在110kv高压线路上面分布着很多隔离开关连接板，由于隔离开关连接板常年暴露在室外，非常容易受到环境和地理因素的影响。而导致隔离开关连接板出现螺栓松动和锈蚀等不同程度上的破坏。从而影响到电网安全，发生断线事故后需要将坏的连接板和螺栓进行更换，会对该母线供电的所有区域断电，造成的重大的经济损失；故目前采用人工在高空进行带电作业的方式进行拆接，但是此种缺陷主要是由人工在低电位或等电位带电作业，受到带电作业距离的限制，作业人员难以操作，导致螺栓紧固的扭矩未能达到要求，甚至扳手套筒无法套住螺栓，不能紧固且具有很高的危险性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种电力线连接板自动拆接机器人，以代替人工操作，提高作业的安全性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电力线连接板自动拆接机器人，包括支撑系统、检测系统、控制系统和拆装系统，所述的拆装系统由机械臂和设于机械臂末端的末端执行器组成，所述的机械臂底部设于支撑系统上，所述的检测系统安装在末端执行器和支撑系统上，所述的控制系统与支撑系统、检测系统和拆装系统通信连接。

本自动拆装机器人通过控制系统操控支撑系统、检测系统和拆装系统，支撑系统负责控制机器人在垂直方向上的升降，检测系统用于检测末端执行器工作面状态及检测现场作业环境状态，并将检测结果传输至控制系统供操作员参考，根据反馈回来的信息进行对机械臂、末端执行器以及支撑系统进行操作，至合适的工作位置，通过末端执行器对螺栓进行拆卸。

进一步的，末端执行器包括第一底板，所述第一底板的一面与机械臂连接，所述第一底板的另一面设有挂钩将该执行器挂在母线上，所述第一底板的另一面还设有第一导轨滑块、第二导轨滑块、第一气动推杆、第二气动推杆、夹持机构；所述第一导轨滑块、第二导轨滑块平行横向设置，所述第一导轨滑块、第二导轨滑块的左右两侧竖直设置有第二底板；其中一个第二底板通过固定板与第一气动推杆连接，另一个第二底板通过固定板与第二气动推杆连接，所述第二底板上设有拆接机构，所述拆接机构设有套筒；所述夹持机构用于夹持子线连接板的下端；在进行拆接隔离开关连接板时，所述第一气动推杆、第二气动推杆驱动两边的第二底板沿着第一导轨滑块、第二导轨滑块向中间靠拢，使拆接机构上的套筒对连接板左右两端的螺母和螺栓进行拆接。

进一步，拆接机构包括第一伺服电机、带轮、丝杆和第三底板，所述第三底板上设有第三导轨滑块，所述第一伺服电机通过带轮驱动丝杆，所述丝杆驱动第三导轨滑块带动第三底板在竖直方向上进行直线运动，所述第三底板上固定设有第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出轴穿过第三底板与套筒进行连接，所述第二伺服电机驱动套筒进行转动对螺栓进行拆接。

可通过拆接机构调整第三底板上的套筒位置，使套筒与连接板的螺栓进行精确对位。具体的过程是；第一伺服电机通过带轮驱动丝杆，丝杆驱动第三导轨滑块带动第三底板在竖直方向上进行直线运动，使套筒与连接板的螺栓位置调整在同一水平高度上，然后再利用第一气动推杆、第二气动推杆使套筒与连接板的螺栓进行套紧，最后第二伺服电机驱动套筒进行旋转，即可对螺栓进行拆接。

进一步，可根据不同螺栓的大小更换不同的套筒对其进行安装拆卸。

进一步，在对连接板进行拆卸螺栓时，其中一个套筒采用电动套筒，另一个套筒采用破碎头套筒，所述电动套筒套接进螺帽端，所述破碎头套筒套进螺母端；在对连接板进行安装螺栓时，人工换掉拆接机构的电动套筒和破碎头套筒，在一端新安装带有螺杆的套筒，另一端新安装带有螺母和垫片的套筒。

进一步，夹持机构包括气动夹指、第三气动推杆、第四导轨滑块，所述第三气动推杆驱动第四导轨滑块带动气动夹指进行左右移动，所述气动夹指在气缸的作用下对子线连接板的下端进行夹持固定。

进一步，机械臂可通过法兰盘与第一底板进行连接，实现对该执行器的位置调整。在将该执行器挂靠在母线上时，由于有些母线是倾斜的，需要保持执行器与母线平行，机械臂可通过法兰盘使执行器旋转，使执行器的工作位置与母线平行，便于套筒对连接板上的螺栓进行拆接。

该执行器可采用高硬度铝合金材料，减轻重量，提高耐用度以及美观度。

进一步的，所述的支撑系统由底盘和升降平台组成，所述底盘下端设有万向轮，上端连接连接升降平台，所述升降平台由气缸、X型支架和平台组成，所述的气缸一端与底盘铰接，另一端与X型支架铰接，所述的平台设于X型支架上。

进一步的，所述的监测系统由多组摄像头和风速传感器组成，所述多组摄像头安装在末端执行器上，与控制系统通信连接；所述风速传感器安装在支撑系统上，与控制系统通信连接。风速传感器用于检测作业环境的风速，若无安全隐患，则开始工作。多组摄像头起到末端执行器作业面状态进行监控的作用，操作员可以根据摄像头传输至控制系统中的视觉图像进行远程操作，能够准确地控制机械臂动作以及末端执行器的作业位置，准确定位螺栓位置进行工作。

进一步的，所述的机械臂为六自由度机械臂。灵活性更高，适应性更广，实现了全方位作业，大大提高了其作业效率。

进一步的，所述的控制系统由控制箱、电源和手持无线遥控控制箱组成，所述的控制箱包括处理器，与处理器分别通信连接的机器视觉检测模块、无线通信模块、夹具限位传感器、拆装驱动模块、XYZ移动驱动模块和升降台驱动模块，所述的拆装驱动模块与末端执行器电连接，所述的XYZ移动驱动模块与机械臂电连接，所述的升降台驱动模块与支撑系统电连接，所述的夹具限位传感器设于末端执行器上，所述的无线通信模块与手持无线遥控操作箱通信连接，所述的电源与控制箱电连接。

手持无线遥控操作箱起到远程操作以及获取从摄像头所采集的视频信号的作用，摄像头的视频信号通过机器视觉检测模块处理传输至处理器进行数据转换，通过无线通信模块将视频信号传输至手持无线遥控操作箱上，以及夹具限位传感器所检测的信息也传输回手持无线遥控操作箱，操作员可以根据传输回来的信息进行判断，对控制箱发出操作指令，通过处理器对拆装驱动模块、XYZ移动驱动模块和升降台驱动模块分别对末端执行器、机械臂和升降平台发出控制指令，使末端执行器能够准确到达工作位置，准确定位螺栓位置进行拆装工作。控制箱的电源无需额外设置，其使用发电机电源以及升降平台电源通过电源转换模块将电压转换至其合适的伏安数即可使用。

进一步的，所述的处理器为嵌入式操作系统。其具有稳定，不死机，不怕病毒； 独立嵌入式系统盘，无需硬盘为系统盘，无虚拟内存，不怕断电损伤操作系统，接电即可使用。

本装置中，末端执行器的具体工作过程如下：

拆卸螺栓:

1.通过多个摄像头辅助，人工遥感控制六自由度机械臂将该执行器移动至与连接板平行，然后通过挂钩将该执行器挂在连接板上方的母线上。

2.利用第一气动推杆、第二气动推杆使两个第二底板靠近连接板的螺栓两端，再借助第二底板上的拆接机构，调整第三底板上的套筒的位置，使套筒与连接板的螺栓进行精确对位，接着再用第一气动推杆、第二气动推杆将电动套筒和破碎头套筒套入螺栓的螺帽端和螺母端。

3.通过第三气动推杆驱动第四导轨滑块调整对应好气动夹指的位置，然后人工控制气动夹指抓住连接板下端，防止拆除时连接板与执行器产生晃动。

4.拆卸过程中，破碎头套筒先用正常的力固定螺母，然后螺帽端的电动套筒在第二伺服电机的驱动下进行旋转；当螺帽端的电动套筒无法旋转时，人工确认后加大破碎头套筒剪切力，将螺母夹掉，螺帽端的电动套筒继续旋转取出螺栓。

5.当螺栓与螺母分离后，利用第一导轨滑块、第二导轨滑块和第一气动推杆、第二气动推杆将子线连接板和母线连接板脱离，整个拆卸过程中，气动夹指一直保持抓紧姿态。

安装螺栓：

1.人工换掉拆接机构的电动套筒和破碎头套筒，在左端新安装带有螺杆的套筒，右端新安装带有螺母和垫片的套筒。然后将左侧套入套筒的螺杆穿过子线连接板，并与右侧带有螺母和垫片的套筒保持在同一轴线。

2.人工通过摄像头辅助确认满足建立等电位条件，通过第一伺服电机驱动丝杆，使第三底板垂直上升，使Y型导电杆与母线相触碰，使用气动夹指夹紧子线，使得执行器与110KV母线实现等电位。

3.通过多个摄像头辅助，人工遥感控制六自由度机械臂将子线连接板和母线连接板进行精确定位，接着用第一气动推杆、第二气动推杆配合将螺杆套入螺母和垫片。

4.带螺杆的套筒在第二伺服电机的驱动下进行旋转，将螺母和垫片拧紧到螺杆上。人工确认螺栓安装完成后，第二伺服电机停止转动，左右两端套筒在第一气动推杆、第二气动推杆的作用下退出至两侧。

与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明结构设计合理，连接板螺栓拆除可靠性高且具有比人工具有更高的安全性和实效性，可以随时监控环境变化，然后进行工作，自动化程度高，便于操作，实用性更强；

2、通过本装置能够替代人工进行拆卸，减少了人工拆卸的坠落安全风险，且能够保证螺栓紧固的扭矩能够达到要求，提高了作业的安全性和可靠性；

3、本装置能够将隔离开关连接板固定并快速可靠地与螺栓对接，提供较大的输出扭矩和具备螺栓破碎功能，实现对螺栓的拆装。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明中支撑系统结构示意图；

图3是本发明中升降平台机构示意图；

图4是本发明中控制系统框架示意图；

图5是本发明对连接板进行拆卸的结构示意图；

图6是图1的另一角度示意图；

图7是本发明中拆接机构的放大结构示意图；

图8是本发明中夹持机构的放大结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1-8所示，一种电力线连接板自动拆接机器人，包括支撑系统、检测系统、控制系统和拆装系统，其中，拆装系统由机械臂02和设于机械臂02末端的末端执行器01组成，支撑系统由底盘04和升降平台03组成，底盘04下端设有万向轮05，上端连接连接升降平台03，升降平台03由气缸032、X型支架033和平台031组成，气缸032一端与底盘04铰接，另一端与X型支架033铰接，平台031设于X型支架033上；检测系统由多组摄像头和风速传感器组成，多组摄像头安装在末端执行器01上，与控制系统通信连接；风速传感器安装在升降平台03上，与控制系统通信连接；控制系统由控制箱、电源和手持无线遥控控制箱组成，控制箱包括处理器，与处理器分别通信连接的机器视觉检测模块、无线通信模块、夹具限位传感器、拆装驱动模块、XYZ移动驱动模块和升降台驱动模块，拆装驱动模块与末端执行器01电连接，XYZ移动驱动模块与机械臂02电连接，升降台驱动模块与支撑系统电连接，夹具限位传感器设于末端执行器01上，无线通信模块与手持无线遥控操作箱通信连接，电源与控制箱电连接。机械臂02安装在平台031上，末端执行器01安装在机械臂02末端。

其中，末端执行器01的具体结构如图所示，包括第一底板1，第一底板1的一面与机械臂02连接，第一底板1的另一面设有挂钩2将该执行器挂在母线上，第一底板1的另一面还设有第一导轨滑块3、第二导轨滑块4、第一气动推杆5、第二气动推杆6、夹持机构；第一导轨滑块3、第二导轨滑块4平行横向设置，第一导轨滑块3、第二导轨滑块4的左右两侧竖直设置有第二底板7；其中一个第二底板7通过固定板8与第一气动推杆5连接，另一个第二底板7通过固定板8与第二气动推杆6连接，第二底板7上设有拆接机构，拆接机构设有套筒9；夹持机构用于夹持子线连接板的下端；在进行拆接隔离开关连接板时，第一气动推杆5、第二气动推杆6驱动两边的第二底板7沿着第一导轨滑块3、第二导轨滑块4向中间靠拢，使拆接机构上的套筒9对连接板左右两端的螺母和螺栓进行拆接。

具体的，拆接机构包括第一伺服电机10、带轮11、丝杆12和第三底板13，第三底板13上设有第三导轨滑块14，第一伺服电机10通过带轮11驱动丝杆12，丝杆12驱动第三导轨滑块14带动第三底板13在竖直方向上进行直线运动，第三底板13上固定设有第二伺服电机15，第二伺服电机15的输出轴穿过第三底板13与套筒9进行连接，第二伺服电机15驱动套筒9进行转动对螺栓进行拆接。

可通过拆接机构调整第三底板13上的套筒9位置，使套筒9与连接板的螺栓进行精确对位。具体的过程是；第一伺服电机10通过带轮11驱动丝杆12，丝杆12驱动第三导轨滑块14带动第三底板13在竖直方向上进行直线运动，使套筒9与连接板的螺栓位置调整在同一水平高度上，然后再利用第一气动推杆5、第二气动推杆6使套筒9与连接板的螺栓进行套紧，最后第二伺服电机15驱动套筒9进行旋转，即可对螺栓进行拆接。

具体的，可根据不同螺栓的大小更换不同的套筒9对其进行安装拆卸。

具体的，在对连接板进行拆卸螺栓时，其中一个套筒9采用电动套筒，另一个套筒9采用破碎头套筒，电动套筒套接进螺帽端，破碎头套筒套进螺母端；在对连接板进行安装螺栓时，人工换掉拆接机构的电动套筒和破碎头套筒，在一端新安装带有螺杆的套筒9，另一端新安装带有螺母和垫片的套筒9。

具体的，夹持机构包括气动夹指16、第三气动推杆17、第四导轨滑块18，第三气动推杆17驱动第四导轨滑块18带动气动夹指16进行左右移动，气动夹指16在气缸032的作用下对子线连接板的下端进行夹持固定。

具体的，机械臂02可通过法兰盘19与第一底板1进行连接，实现对该执行器的位置调整。在将该执行器挂靠在母线上时，由于有些母线是倾斜的，需要保持执行器与母线平行，机械臂02可通过法兰盘19使执行器旋转，使执行器的工作位置与母线平行，便于套筒9对连接板上的螺栓进行拆接。

该执行器可采用高硬度铝合金材料，减轻重量，提高耐用度以及美观度。

本装置的工作过程如下：

手持无线遥控操作箱起到远程操作以及获取从摄像头所采集的视频信号的作用，摄像头的视频信号通过机器视觉检测模块处理传输至处理器进行数据转换，通过无线通信模块将视频信号传输至手持无线遥控操作箱上，以及夹具限位传感器所检测的信息也传输回手持无线遥控操作箱，操作员可以根据传输回来的信息进行判断，对控制箱发出操作指令，通过处理器对拆装驱动模块、XYZ移动驱动模块和升降台驱动模块分别对末端执行器01、机械臂02和升降平台03发出控制指令，使末端执行器01能够准确到达工作位置，准确定位螺栓位置进行拆装工作。控制箱的电源无需额外设置，其使用发电机电源以及升降平台03电源通过电源转换模块将电压转换至其合适的伏安数即可使用。

而末端执行器01的具体运作过程如下：

拆卸包含破碎螺栓:

1.通过多个摄像头辅助，人工遥感控制六自由度机械臂将该执行器移动至与连接板平行，然后通过挂钩2将该执行器挂在连接板上方的母线上。

2.利用第一气动推杆5、第二气动推杆6使两个第二底板7靠近连接板的螺栓两端，再借助第二底板7上的拆接机构，调整第三底板13上的套筒9的位置，使套筒9与连接板的螺栓进行精确对位，接着再用第一气动推杆5、第二气动推杆6将电动套筒和破碎头套筒套入螺栓的螺帽端和螺母端。

3.通过第三气动推杆17驱动第四导轨滑块18调整对应好气动夹指16的位置，然后人工控制气动夹指16抓住连接板下端，防止拆除时连接板与执行器产生晃动。

4.拆卸过程中，破碎头套筒先用正常的力固定螺母，然后螺帽端的电动套筒在第二伺服电机15的驱动下进行旋转；当螺帽端的电动套筒无法旋转即螺母无法扭动时，人工确认后加大破碎头套筒剪切力，将螺母夹掉，螺帽端的电动套筒继续旋转取出螺栓。

5.当螺栓与螺母分离后，利用第一导轨滑块3、第二导轨滑块4和第一气动推杆5、第二气动推杆6将子线连接板和母线连接板脱离，整个拆卸过程中，气动夹指16一直保持抓紧姿态。

安装螺栓：

1.人工换掉拆接机构的电动套筒和破碎头套筒，在左端新安装带有螺杆的套筒9由于螺孔位置不固定，套筒需要经人工调节对准子线连接板上的螺孔，右端新安装带有螺母和垫片的套筒9同样由人工调节初始位置。然后将左侧套入套筒9的螺杆穿过子线连接板，并与右侧带有螺母和垫片的套筒9保持在同一轴线。

2.人工通过摄像头辅助确认满足建立等电位条件，通过第一伺服电机10驱动丝杆11，使第三底板13垂直上升，使Y型导电杆与母线相触碰，使用气动夹指16夹紧子线，使得执行器与110KV母线实现等电位。

3.通过多个摄像头辅助，人工遥感控制六自由度机械臂将子线连接板和母线连接板进行精确定位，接着用第一气动推杆5、第二气动推杆6配合将螺杆套入螺母和垫片。

4.带螺杆的套筒9在第二伺服电机15的驱动下进行旋转，将螺母和垫片拧紧到螺杆上。人工确认螺栓安装完成后，第二伺服电机15停止转动，左右两端套筒9在第一气动推杆5、第二气动推杆6的作用下退出至两侧。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，包括支撑系统、检测系统、控制系统和拆装系统，所述的拆装系统由机械臂（02）和设于机械臂（02）末端的末端执行器（01）组成，所述的机械臂（02）底部设于支撑系统上，所述的检测系统安装在末端执行器（01）和支撑系统上，所述的控制系统与支撑系统、检测系统和拆装系统通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，所述的末端执行器（01）包括第一底板（1），所述第一底板（1）的一面与机械臂（02）连接，所述第一底板（1）的另一面设有挂钩（2）将该执行器挂在母线上，所述第一底板（1）的另一面还设有第一导轨滑块（3）、第二导轨滑块（4）、第一气动推杆（5）、第二气动推杆（6）、夹持机构；所述第一导轨滑块（3）、第二导轨滑块（4）平行横向设置，所述第一导轨滑块（3）、第二导轨滑块（4）的左右两侧竖直设置有第二底板（7）；其中一个第二底板（7）通过固定板（8）与第一气动推杆（5）连接，另一个第二底板（7）通过固定板（8）与第二气动推杆（6）连接，所述第二底板（7）上设有拆接机构，所述拆接机构设有套筒（9）；所述夹持机构用于夹持子线连接板的下端；在进行拆接隔离开关连接板时，所述第一气动推杆（5）、第二气动推杆（6）驱动两边的第二底板（7）沿着第一导轨滑块（3）、第二导轨滑块（4）向中间靠拢，使拆接机构上的套筒（9）对连接板左右两端的螺母和螺栓进行拆接。

3.根据权利要求2所述的一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，所述的拆接机构包括第一伺服电机（10）、带轮（11）、丝杆（12）和第三底板（13），所述第三底板（13）上设有第三导轨滑块（14），所述第一伺服电机（10）通过带轮（11）驱动丝杆（12），所述丝杆（12）驱动第三导轨滑块（14）带动第三底板（13）在竖直方向上进行直线运动，所述第三底板（13）上固定设有第二伺服电机（15），所述第二伺服电机（15）的输出轴穿过第三底板（13）与套筒（9）进行连接，所述第二伺服电机（15）驱动套筒（9）进行转动对螺栓进行拆接。

4.根据权利要求2所述的一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，所述的夹持机构包括气动夹指（16）、第三气动推杆（17）、第四导轨滑块（18），所述第三气动推杆（17）驱动第四导轨滑块（18）带动气动夹指（16）进行左右移动，所述气动夹指（16）在气缸（032）的作用下对子线连接板的下端进行夹持固定。

5.根据权利要求2所述的一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，所述的机械臂（02）可通过法兰盘（19）与第一底板（1）进行连接，实现对该执行器的位置调整。

6.根据权利要求1所述的一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，所述的支撑系统由底盘（04）和升降平台（03）组成，所述底盘（04）下端设有万向轮（05），上端连接连接升降平台（03），所述升降平台（03）由气缸（032）、X型支架（033）和平台（031）组成，所述的气缸（032）一端与底盘（04）铰接，另一端与X型支架（033）铰接，所述的平台（031）设于X型支架（033）上。

7.根据权利要求1所述的一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，所述的监测系统由多组摄像头和风速传感器组成，所述多组摄像头安装在末端执行器（01）上，与控制系统通信连接；所述风速传感器安装在支撑系统上，与控制系统通信连接。

8.根据权利要求1所述的一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，所述的机械臂（02）为六自由度机械臂（02）。

9.根据权利要求1所述的一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，所述的控制系统由控制箱、电源和手持无线遥控控制箱组成，所述的控制箱包括处理器，与处理器分别通信连接的机器视觉检测模块、无线通信模块、夹具限位传感器、拆装驱动模块、XYZ移动驱动模块和升降台驱动模块，所述的拆装驱动模块与末端执行器（01）电连接，所述的XYZ移动驱动模块与机械臂（02）电连接，所述的升降台驱动模块与支撑系统电连接，所述的夹具限位传感器设于末端执行器（01）上，所述的无线通信模块与手持无线遥控操作箱通信连接，所述的电源与控制箱电连接。

10.根据权利要求1所述的一种电力线连接板自动拆接机器人，其特征在于，所述的处理器为嵌入式操作系统。