CN108714885A - 一种高空带电作业机器人及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高空带电作业机器人及作业方法，机器人包括移动底盘、宏动臂架、微动平台和调平系统，微动平台包括主架和动平台，动平台通过三轴移动机构安装在主架上，所述三轴移动机构可以实现动平台相对于主架X轴、Y轴和Z轴三个方向的移动；动平台的上端设有可以实现90°翻转的翻转座，翻转座上安装有绝缘操作杆；所述动平台的后端安装有机械手，动平台的前端安装有摄像头，地面上设有中控台，摄像头将拍摄的情况实时反馈至中控台，中控台通过信号控制机械手的动作。本发明适用于星型线路、平行线路等各种复杂线路，绝缘性能好，安全系数高，作业点可以精确定位，同时可降低操作人员的劳动强度，提高其工作效率。

Description

一种高空带电作业机器人及作业方法

技术领域

本发明涉及一种高空作业机器人，具体涉及一种高空带电作业机器人及作业方法，属于高空带电作业技术领域。

背景技术

目前，带电作业采用绝缘杆作业法，原理为地电位作业，操作人员站在地面上，操作绝缘杆对架空线路进行作业，这种作业方式具有劳动强度大、安全性低、作业高度受限制、效率低的缺点；还有一种方式是采用绝缘斗臂车进行作业，操作人员操作绝缘斗臂车接近带电体，操作人员站在绝缘斗内，身穿防护服，手带三层手套对带电体进行作业，属于中间电位作业法，效率有较大提升，但操作人员穿着防护用具，使操作人员操作感受极其不舒服，尤其在夏季，操作人员因穿防护用具而失水严重，劳动强度大，且临近带电体，受到强电磁场，影响身体健康，操作距离较近，使操作人员精神高度紧张，稍有疏忽，极易产生触电事故，且因有非工作带电体进行遮蔽的工作，增加了作业时间，影响作业效率。

申请号为02135135.X的中国发明专利公开了一种高压带电作业机器人装置，升降机构、发电机和液压泵安装在汽车底盘上，绝缘支撑平台与升降机构的末端相联，作业机械臂、隔离变压器和低压控制柜安装在绝缘支撑平台上，作业机械臂由电机驱动，机械手由液压驱动，计算机通过低压控制装置控制作业机械臂和机械手及其所夹持的装用工具完成各种高压带电作业。这种机器人装置的缺陷在于：1)、其作业机械臂采用电机驱动，机械手采用液压驱动，提供动力源的发电机和液压泵却安装在汽车底盘上，只能通过拖动长长的导线和油管与作业机械臂和机械手相连，这样作业绝缘支撑平台与汽车底盘处于同一电位，极容易造成绝缘平台接地，因此存在很大安全隐患；2)、由于架空线路一般平行排列或星型排列，作业环境较为复杂，这种机械手在这种复杂线路适应性很差。

申请号为201210095859.6的中国发明专利公开了一种高压带电作业机器人装置，上装折叠加伸缩绝缘臂设于移动汽车底盘上，上装控制装置包括下部控制装置和上部控制装置，下部控制装置设置于回转塔上，上部控制装置设置于机器人作业平台上。机器人作业平台包括绝缘斗、机器人操作系统、机械臂绝缘子支承；机器人操作系统包括主手、机械臂、液压伺服控制盒、微控制器；操作者站在绝缘斗内操控主手，远程遥控机械臂夹持专用工具接触高压线路作业，代替人工完成高空带电作业任务。这种机器人的弊端在于：1)、这种机器人操作人员在带电作业时，仍需站立在臂端绝缘斗内，虽不直接接触高压线路作业，与高压线路距离比较近，同样属于高空作业；且作业人员是通过操控机械臂式间接作业比人工直接作业效率和精确度均要低很多；同时操作人员在高空作业的时间要变长，劳动强度增高；2)、由于操作人员在作业平台上，因此对平台及机械臂绝缘保护要求特别高，而机械手臂需要动力进行驱动，只靠绝缘套袖或绝缘子且各结构件距离较近无法完全保证安全的绝缘间隙，容易造成安全隐患；3)、作业平台的位置调节主要是通过控制车辆的下臂变幅、上臂变幅、上臂伸缩、转塔回转来实现，在复杂高压线路下因进行各臂架宏观动作容易造成的斗端颤动，故无法实现作业平台的精准定位，同时还容易误碰触高压导线，造成安全隐患；4)、作业平台较大，作业平台作业灵活性较差，只能在高压线路的里边相进行作业，中相及外边相无法实现作业，作业空间适应性较差。

发明内容

为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种高空带电作业机器人及作业方法，适用于星型线路、平行线路等各种复杂线路，绝缘性能好，安全系数高，作业点可以精确定位，同时可降低操作人员的劳动强度，提高其工作效率。

为了解决上述问题，本发明一种高空带电作业机器人，包括移动底盘、宏动臂架、微动平台和调平系统，宏动臂架安装在移动底盘上端，微动平台设在宏动臂架的臂端，宏动臂架可以实现臂架的变幅、伸缩和回转动作，调平系统用于控制微动平台始终处于与地面平行的状态；其特征在于，微动平台包括主架和动平台，动平台通过三轴移动机构安装在主架上，所述三轴移动机构可以实现动平台相对于主架X轴、Y轴和Z轴三个方向的移动；动平台的上端设有可以实现90°翻转的翻转座，翻转座上安装有绝缘操作杆；所述动平台的后端安装有机械手，动平台的前端安装有摄像头，地面上设有中控台，摄像头将拍摄的情况实时反馈至中控台，中控台通过信号控制机械手的动作。

当需要进行带电操作时，移动底盘带动整个机器人移动至作业点下方，通过宏动臂架的变幅、伸缩和回转动作使微动平台接近作业点，控制翻转座翻转90°，使翻转座上的绝缘操作杆竖起准备作业，摄像头对作业点情况进行拍摄，操作人员通过反馈的作业画面来控制微动平台的动作，通过微动平台X轴、Y轴和Z轴三个方向的微移动精确定位操作点，利用机械手的夹持端操纵绝缘操作杆进行带电作业；当需要更换至架空线路另一相作业时，控制微动平台在X、Y、Z三轴微动平移，使绝缘操作杆准确且小动作到达作业点。

具体的，所述主架包括竖直支撑架一、竖直支撑架二、水平支撑架一和水平支撑架二，三轴移动机构包括X轴直线驱动机构、Y轴直线驱动机构和Z轴直线驱动机构，其中Y轴直线驱动机构的固定端安装在竖直支撑架一上，竖直支撑架二安装在Y轴直线驱动机构的伸缩端，水平支撑架一固定在竖直支撑架二的下端，X轴直线驱动机构的固定端安装在水平支撑架一的上端，水平支撑架二安装在X轴直线驱动机构的伸缩端，动平台设置在水平支撑架二的上端，Z轴直线驱动机构的固定端安装在水平支撑架二的上端，Z轴直线驱动机构的伸缩端固定在动平台的下端。

通过上述结构可以实现微动平台的精确移动，从而实现了精确带电作业，大大降低了操作人员的劳动强度，防止误操作，提高作业人员安全系数；所述X轴直线驱动机构、Y轴直线驱动机构和Z轴直线驱动机构可以采用液压缸或者电动推杆直线驱动机构来实现。

作为进一步改进，三轴移动机构还包括X轴回转机构、Y轴回转机构和Z轴回转机构，所述X轴回转机构的回转端与竖直支撑架一相连，X轴回转机构的固定端固定在支座一上；Z轴回转机构的回转端与支座一相连，Z轴回转机构的固定端与Y轴回转机构的回转端相连，Y轴回转机构的固定端与支座二相连。

利用X轴回转机构、Y轴回转机构和Z轴回转机构可以分别控制微动平台围绕X轴、Y轴和Z轴回转，从而使宏动臂架的臂端适应性更好，定位精度更高；所述X轴回转机构、Y轴回转机构和Z轴回转机构均可以采用液压摆动油缸或者或蜗轮蜗杆或电动旋转马达来实现回转动力驱动。

进一步的，宏动臂架采用折叠臂架或者伸缩臂架或者是混合臂架或者是剪叉式臂架。

所述宏动臂架可以采用绝缘臂架或者普通高空作业臂架，由于绝缘操作杆具有绝缘性能，完全满足带电作业对绝缘距离的要求，因此对宏动臂架、微动平台、机械手等绝缘保护要求不高，不需要再独立开发绝缘保护装置，降低了成本。

所述翻转座包括铰接在动平台一端的伸缩杆以及铰接在动平台另一端的圆筒形固定座，固定座顶端与伸缩杆的另一端铰接，伸缩杆处于缩回状态时，固定座水平放置，伸缩杆处于全伸出状态时，固定座竖直放置。

伸缩杆可以采用液压缸、电动推杆或者气缸的形式。

一种高空带电作业机器人的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在地面上将绝缘操作杆安装在翻转座的固定座上；

第二步，作业人员将移动底盘驱动至作业位置下方，并利用宏动臂架将微动平台送至架空线路带电体作业面下方作业点；

第三步，通过中控台发出信号控制翻转座上的伸缩杆伸出，使绝缘操作杆处于竖直状态；

第四步，摄像头将所获得的作业点情况反馈至中控台的显示屏，操作人员通过反馈的作业画面来控制微动平台的动作，控制微动平台X轴、Y轴和Z轴三个方向的微移动精确定位架空线路的两边相或中相中任一相线并使绝缘操作杆接触架空线路进行带电作业；

第五步，程序控制机械手操纵绝缘操作杆进行带电作业；

第六步，更换至架空线路另一相作业时控制微动平台在X、Y、Z三轴向进行微动平移。

本发明的有益效果在于：(1)、本发明通过带电作业机器人操作绝缘操作杆来进行带电作业，可满足更高的作业线路，对星型线路、平行线路等各种复杂线路均适应，作业适应范围广；(2)、绝缘操作杆具有绝缘性能，完全满足带电作业对绝缘距离的要求，对宏动臂架、微动平台、机械手等绝缘保护要求不高，不需要再独立开发绝缘保护装置，降低作业成本；(3)、通过使用绝缘操作杆单杆作业，避免以往机器人采用的两个机械手臂同时接触带电体行成回路，从而有效降低了对于机械手、机械平台产生损伤的可能性，且绝缘操作杆为常用的带电作业器件，技术成熟度高。(4)、采用宏动臂架使作业工具快速到达作业面附近，又有微动平台沿XYZ三轴方向微动移动，使操作工具精准定位作业点，避免只动作宏动臂架进行定位出现定位不准且易造成晃动的弊端，大幅度降低了由于作业平台晃动导致误碰带电体产生的安全隐患。(5)、本发明由操作人员在地面遥控控制，劳动强度要求小，提高作业过程中的安全性，从一定程度上可以减少事故的发生。(6)、由于利用绝缘杆进行操作，因此无需对非工作带电体进行遮蔽，省去了遮蔽时间，提高作业效率，工作人员在地面作业，不需要穿戴绝缘防护用具。避免使用遮蔽用品，降低了用户的作业成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明实施例一中微动平台的结构示意图；

图3为本发明实施例一中微动平台工作状态的结构示意图；

图4为本发明实施例二中微动平台的结构示意图；

图5为本发明作业状态示意图；

图6为本发明更换工位精确定位作业状态示意图；

图中：1、移动底盘；2、宏动臂架；3、微动平台；4、机械手；5、翻转座；5-1、伸缩杆；5-2、固定座；6、摄像头；7、绝缘操作杆；8、遥控监控台；9、架空线路；3-1、微动平台主架；3-1-1、竖直支撑架一；3-1-2、竖直支撑架二；3-1-3、水平支撑架一；3-1-4、水平支撑架二；3-2、X轴直线驱动机构；3-3、Y轴直线驱动机构；3-4、Z轴直线驱动机构；3-5、Y轴回转机构；3-6、Z轴回转机构；3-7、X轴回转机构；3-8、动平台；3-9、支座一；3-10、支座二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的阐述。

实施例一

如图1至图3所示，一种高空带电作业机器人，包括移动底盘1、宏动臂架2、微动平台3和调平系统，宏动臂架2安装在移动底盘1上端，微动平台3设在宏动臂架2的臂端，宏动臂架2可以实现臂架的变幅、伸缩和回转动作，调平系统用于控制微动平台始终处于与地面平行的状态；其特征在于，微动平台3包括主架3-1和动平台3-8，动平台3-8通过三轴移动机构安装在主架3-1上，所述三轴移动机构可以实现动平台相对于主架X轴、Y轴和Z轴三个方向的移动；动平台3-8的上端设有可以实现90°翻转的翻转座5，翻转座5上安装有绝缘操作杆7；所述动平台3-8的后端安装有机械手4，动平台3-8的前端安装有摄像头6，地面上设有中控台8，摄像头6将拍摄的情况实时反馈至中控台8，中控台8通过信号控制机械手4的动作。

当需要进行带电操作时，移动底盘1带动整个机器人移动至作业点下方，通过宏动臂架2的变幅、伸缩和回转动作使微动平台3接近作业点，控制翻转座5翻转90°，使翻转座5上的绝缘操作杆7竖起准备作业，摄像头6对作业点情况进行拍摄，操作人员通过反馈的作业画面来控制微动平台3的动作，通过微动平台X轴、Y轴和Z轴三个方向的微移动精确定位操作点，利用机械手4的夹持端操纵绝缘操作杆7进行带电作业；当需要更换至架空线路另一相作业时，控制微动平台3在X、Y、Z三轴微动平移，使绝缘操作杆7准确且小动作到达作业点。

具体的，所述主架3-1包括竖直支撑架一3-1-1、竖直支撑架二3-1-2、水平支撑架一3-1-3和水平支撑架二3-1-4，三轴移动机构包括X轴直线驱动机构3-2、Y轴直线驱动机构3-3和Z轴直线驱动机构3-4，其中Y轴直线驱动机构3-3的固定端安装在竖直支撑架一3-1-1上，竖直支撑架二3-1-2安装在Y轴直线驱动机构3-3的伸缩端，水平支撑架一3-1-3固定在竖直支撑架二3-1-2的下端，X轴直线驱动机构3-2的固定端安装在水平支撑架一3-1-3的上端，水平支撑架二3-1-4安装在X轴直线驱动机构3-2的伸缩端，动平台3-8设置在水平支撑架二3-1-4的上端，Z轴直线驱动机构3-4的固定端安装在水平支撑架二3-1-4的上端，Z轴直线驱动机构3-4的伸缩端固定在动平台3-8的下端。

通过上述结构可以实现微动平台3的精确移动，从而实现了精确带电作业，大大降低了操作人员的劳动强度，防止误操作，提高作业人员安全系数；所述X轴直线驱动机构3-2、Y轴直线驱动机构3-3和Z轴直线驱动机构3-4可以采用液压缸或者电动推杆直线驱动机构来实现。

进一步的，宏动臂架2采用折叠臂架或者伸缩臂架或者是混合臂架或者是剪叉式臂架。

所述宏动臂架2可以采用绝缘臂架或者普通高空作业臂架，由于绝缘操作杆7具有绝缘性能，完全满足带电作业对绝缘距离的要求，因此对宏动臂架2、微动平台3、机械手4等绝缘保护要求不高，不需要再独立开发绝缘保护装置，降低了成本。

所述翻转座5包括铰接在动平台3-8一端的伸缩杆5-1以及铰接在动平台3-8另一端的圆筒形固定座5-2，固定座5-2顶端与伸缩杆5-1的另一端铰接，伸缩杆5-1处于缩回状态时，固定座5-2水平放置，伸缩杆5-1处于全伸出状态时，固定座5-2竖直放置。

伸缩杆5-1可以采用液压缸、电动推杆或者气缸的形式。

如图1至图3、图5、图6所示，一种高空带电作业机器人的作业方法，包括以下步骤：

第一步，在地面上将绝缘操作杆7安装在翻转座5的固定座5-2上；

第二步，作业人员将移动底盘1驱动至作业位置下方，并利用宏动臂架2将微动平台3送至架空线路10带电体作业面下方作业点；

第三步，通过中控台8发出信号控制翻转座5上的伸缩杆5-1伸出，使绝缘操作杆7处于竖直状态；

第四步，摄像头6将所获得的作业点情况反馈至中控台8的显示屏，操作人员通过反馈的作业画面来控制微动平台3的动作，控制微动平台X轴、Y轴和Z轴三个方向的微移动精确定位架空线路的两边相或中相中任一相线并使绝缘操作杆7接触架空线路10进行带电作业；

第五步，程序控制机械手4操纵绝缘操作杆7进行带电作业；

如图6所示，第六步，更换至架空线路10另一相作业时控制微动平台3在X、Y、Z三轴向进行微动平移。

实施例二

如图4所示，与实施例一不同之处在于，三轴移动机构还包括X轴回转机构3-7、Y轴回转机构3-5和Z轴回转机构3-6，所述X轴回转机构3-7的回转端与竖直支撑架一3-1-1相连，X轴回转机构3-7的固定端固定在支座一3-9上；Z轴回转机构3-6的回转端与支座一3-9相连，Z轴回转机构3-6的固定端与Y轴回转机构3-5的回转端相连，Y轴回转机构3-5的固定端与支座二3-10相连。

其他结构与实施例一相同。

利用X轴回转机构3-7、Y轴回转机构3-5和Z轴回转机构3-6可以分别控制微动平台3围绕X轴、Y轴和Z轴回转，从而使宏动臂架2的臂端适应性更好，定位精度更高；所述X轴回转机构3-7、Y轴回转机构3-5和Z轴回转机构3-6均可以采用液压摆动油缸或者或蜗轮蜗杆或电动旋转马达来实现回转动力驱动。

Claims (6)

1.一种高空带电作业机器人，包括移动底盘(1)、宏动臂架(2)、微动平台(3)和调平系统，宏动臂架(2)安装在移动底盘(1)上端，微动平台(3)设在宏动臂架(2)的臂端，宏动臂架(2)可以实现臂架的变幅、伸缩和回转动作，调平系统用于控制微动平台始终处于与地面平行的状态；其特征在于，微动平台(3)包括主架(3-1)和动平台(3-8)，动平台(3-8)通过三轴移动机构安装在主架(3-1)上，所述三轴移动机构可以实现动平台相对于主架X轴、Y轴和Z轴三个方向的移动；动平台(3-8)的上端设有可以实现90°翻转的翻转座(5)，翻转座(5)上安装有绝缘操作杆(7)；所述动平台(3-8)的后端安装有机械手(4)，动平台(3-8)的前端安装有摄像头(6)，地面上设有中控台(8)，摄像头(6)将拍摄的情况实时反馈至中控台(8)，中控台(8)通过信号控制机械手(4)的动作。

2.根据权利要求1所述的高空带电作业机器人，其特征在于，所述主架(3-1)包括竖直支撑架一(3-1-1)、竖直支撑架二(3-1-2)、水平支撑架一(3-1-3)和水平支撑架二(3-1-4)，三轴移动机构包括X轴直线驱动机构(3-2)、Y轴直线驱动机构(3-3)和Z轴直线驱动机构(3-4)，其中Y轴直线驱动机构(3-3)的固定端安装在竖直支撑架一(3-1-1)上，竖直支撑架二(3-1-2)安装在Y轴直线驱动机构(3-3)的伸缩端，水平支撑架一(3-1-3)固定在竖直支撑架二(3-1-2)的下端，X轴直线驱动机构(3-2)的固定端安装在水平支撑架一(3-1-3)的上端，水平支撑架二(3-1-4)安装在X轴直线驱动机构(3-2)的伸缩端，动平台(3-8)设置在水平支撑架二(3-1-4)的上端，Z轴直线驱动机构(3-4)的固定端安装在水平支撑架二(3-1-4)的上端，Z轴直线驱动机构(3-4)的伸缩端固定在动平台(3-8)的下端。

3.根据权利要求2所述的高空带电作业机器人，其特征在于，三轴移动机构还包括X轴回转机构(3-7)、Y轴回转机构(3-5)和Z轴回转机构(3-6)，所述X轴回转机构(3-7)的回转端与竖直支撑架一(3-1-1)相连，X轴回转机构(3-7)的固定端固定在支座一(3-9)上；Z轴回转机构(3-6)的回转端与支座一(3-9)相连，Z轴回转机构(3-6)的固定端与Y轴回转机构(3-5)的回转端相连，Y轴回转机构(3-5)的固定端与支座二(3-10)相连。

4.根据权利要求3所述的高空带电作业机器人，其特征在于，宏动臂架(2)采用折叠臂架或者伸缩臂架或者混合臂架或者剪叉式臂架。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的高空带电作业机器人，其特征在于，翻转座(5)包括铰接在动平台(3-8)一端的伸缩杆(5-1)以及铰接在动平台(3-8)另一端的圆筒形固定座(5-2)，固定座(5-2)顶端与伸缩杆(5-1)的另一端铰接，伸缩杆(5-1)处于缩回状态时，固定座(5-2)水平放置，伸缩杆(5-1)处于全伸出状态时，固定座(5-2)竖直放置。

6.一种高空带电作业机器人的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在地面上将绝缘操作杆(7)安装在翻转座(5)的固定座(5-2)上；

第二步，作业人员将移动底盘(1)驱动至作业位置下方，并利用宏动臂架(2)将微动平台(3)送至架空线路(10)带电体作业面下方作业点；

第三步，通过中控台(8)发出信号控制翻转座(5)上的伸缩杆(5-1)伸出，使绝缘操作杆(7)处于竖直状态；

第四步，摄像头(6)将所获得的作业点情况反馈至中控台(8)的显示屏，操作人员通过反馈的作业画面来控制微动平台(3)的动作，控制微动平台X轴、Y轴和Z轴三个方向的微移动精确定位架空线路的两边相或中相中任一相线并使绝缘操作杆(7)接触架空线路(10)进行带电作业；

第五步，程序控制机械手(4)操纵绝缘操作杆(7)进行带电作业；

第六步，更换至架空线路(10)另一相作业时控制微动平台(3)在X、Y、Z三轴向进行微动平移。