CN109569963B - 一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人 - Google Patents

Abstract

一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，包括安装有由箱外遥控器（2）遥控的NC三轴控制器的控制箱（1）、挤胶装置、沿线缆行走的走行涂覆装置；所述挤胶装置包括带顶板和底板的安装架、安装于顶板上的挤胶电机（5）、联结挤胶电机的竖直螺杆（6）、套装在螺杆上的垂直升降滑台（7），在滑台四角安装有顶杆（8），在顶板四角对称开设有胶桶安装口并在安装口下方安装有胶桶（10）；顶杆顶在胶桶底部，所述走行涂覆装置包括行走小车、涂胶机构、连接行走小车和涂胶机构的柔性连接机构；胶桶与涂胶机构的喷头通过胶管连接；NC三轴控制器控制挤胶电机和步进电机的启停。本发明适应线缆状态能力强、使用安全可靠、涂覆绝缘材料工作效率高。

Description

一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人

技术领域

本发明涉及在线缆表面自动涂覆覆盖层的设备技术领域，所述覆盖层为绝缘层或者其他保护层。

背景技术

架空裸导线线路是使用量巨大的常见输电线路，需要解决的安全隐患也较多。尽量降低安全隐患，避免造成人员伤亡以及相关财产损失，一直是电力企业追求的目标。

对于架设在速生林、高杆植物种植区域的10kV以上架空裸导线线路，随着线行下树木不断生长，会导致树木与导线的距离低于安全距离，如果由于巡视不及时或青赔谈判受阻等原因导致不能及时砍断超高树木，带电导线对树木放电，会造成线路跳闸，引发用户停电事件及供电设备的损失。对于架设在建筑及人口密集区、跨过鱼塘、水库的架空线路，线路附近往往存在一些安全隐患，如市政建设改造中架空线路对地面安全距离不能满足要求，线下存在难以拆除的建筑导致造成安全距离不足、架空线路旁边有鱼塘，钓鱼人员安全意识不强，容易发生触电危险等等。这些安全隐患的存在，不仅容易造成线路跳闸，影响正常的供电，甚至造成人员伤亡。因此，对架空裸导线进行有效的绝缘防护处理，就成为电力企业必须解决的问题，而在裸导线表面涂覆绝缘防护层为一种比较好的选择。但是由于高压线路架设在空中，难以通过人工来完成绝缘层涂覆工作，也没有适用的机器设备能够顺利完成此类工作，加之线路不能长时间停电，导致裸导线的安全防护问题难以有效解决。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题，提供一种适应线缆状态能力强、使用安全可靠、涂覆工作效率高的可以在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，其特征在于：包括控制箱、安装在控制箱下方的挤胶装置、沿线缆行走的走行涂覆装置；

所述控制箱安装有由箱外遥控器遥控的NC三轴控制器；

所述挤胶装置包括带顶板和底板的安装架、安装于顶板上中间位置的挤胶电机、与挤胶电机输出轴联结的安装于顶板和底板之间的竖直螺杆、套装在螺杆上的可垂直升降的滑台，在滑台的四角对称安装有穿过滑台的顶杆，在顶板四角对称开设有胶桶安装口并安装有压盖，在安装架上位于胶桶安装口下方安装有出胶口朝上的胶桶；所述顶杆顶在胶桶底部的可沿胶桶内壁移动的胶桶压板上，胶桶的出胶口外接胶管；

所述走行涂覆装置包括行走小车、涂胶机构、连接行走小车和涂胶机构的柔性连接机构；所述行走小车包括车架、安装于车架上的至少四个顺序设置的V型槽行走轮和驱动行走轮的步进电机及减速器，在所述减速器向下的输出轴末端安装有蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构包括套装在输出轴上的主动蜗轮，与主动蜗轮配装的水平蜗杆、与蜗杆配装的至少四个顺序设置的从动蜗轮，在每一个从动蜗轮的中心轴后端套装一个V型槽行走轮；

所述涂胶机构包括挂线盘和安装于挂线盘外侧的圆盘形喷头，挂线盘由上下两半盘体对合组成，上下两半盘体一边通过铰轴连接，另一边通过快装螺栓连接，挂线盘的盘心设置有供线缆穿过的中心孔，中心孔内设置有呈120°均布向内夹持线缆的三组滑轮；所述喷头为带中心孔且底部带有通至中心孔的卡槽的圆盘体，在圆盘体上呈放射状均布开设有至少四个从盘缘通至中心孔的胶体通道，喷头圆盘体与挂线盘通过连接螺栓连接,连接胶桶出胶口的胶管另一端与喷头的胶体通道进胶口连接；所述柔性连接机构包括固定安装于行走小车车架上并位于车架与挂线盘之间的框架式悬臂架、连接于悬臂架与挂线盘之间的连接板，所述连接板一端钩挂于悬臂架底部的两侧挂耳上，另一端通过端板与挂线盘盘体用螺栓连接；

所述NC三轴控制器分别与挤胶电机和步进电机电连接，控制挤胶电机和步进电机的启停。

本发明所述NC三轴控制器为TC5510运动控制器。在所述滑台上方和下方分别安装有NPN接近传感器。在控制箱和挤胶装置安装框架上分别设置有挤胶插座，两个挤胶插座通过插座线连接，控制箱上的挤胶插座分别与NC三轴控制器和步进电机连接，挤胶装置安装框架的挤胶插座与挤胶电机连接。所述行走小车的车架安装于控制箱顶部。

本发明在所述挂线盘的两面盘面上对称加工有呈120°均布的从盘缘向盘心延伸的放射状盘面凹槽，在挂线盘中心孔内与盘面凹槽对应位置沿轴向加工有三条呈120°均布的中心孔凹槽，在每组由盘面凹槽和中心孔凹槽相接构成的断面为槽钢型的凹槽中配装有槽型滑块, 所述滑轮顺序安装于槽型滑块朝向盘心的端面，槽型滑块的两臂外端面与挂线盘盘缘平齐并且外压有滑块压板，所述滑块压板中间通过压板连接螺钉与挂线盘盘体连接，滑块压板两侧通过销杆与槽型滑块连接；一个槽型滑块呈竖直状态位于挂线盘底部正中，该竖直状态的槽型滑块连接滑块压板的两根销杆上套装有压缩弹簧。所述挂线盘为六角形盘。

本发明所述连接胶桶出胶口的胶管通过三通分别连接两根分流胶管，每根分流胶管插接一个喷头的胶体通道进胶口。所述喷头的中心孔为向外侧张开的喇叭形中心孔。

本发明所述柔性连接机构的框架式悬臂架底部两侧带有挂耳，所述连接板一端的两侧带有上翻的挂钩而另一端带有向下的竖直端板，连接板上翻的挂钩从外侧挂于悬臂架底部的两侧挂耳上，连接板端板通过螺栓与挂线盘盘体连接；在连接板两侧位于挂钩的张口侧安装有弹性挡销。

本发明机器人可以直接挂在线缆上作业，在不破坏现有导线架设的情况下，人工在地面遥控，控制器即可控制行走小车的行走轮沿线缆走动，通过柔性连接机构拖动挂在线缆上的挂线盘和夹持线缆的圆盘形喷头沿线缆移动，通过控制器启动挤胶电机，将胶桶中的绝缘胶体挤压出来，通过胶管进入喷头内，将胶体涂覆到夹持在喷头中心孔中的线缆上，喷头在沿线缆移动过程中自动完成在架空导线上涂覆绝缘材料的工作。本发明的行走小车沿线缆走行时，爬坡能力强，在坡度变化较大的线缆上走行十分平稳，可以确保在线缆表面涂覆绝缘胶体的质量。挤胶装置可以同时承载和挤压四桶胶，为喷头均衡提高较多的胶量，一次作业可以涂覆较长距离的线缆，特别适合于粗线缆的表面涂覆。本发明结构合理，使用方便快捷，涂胶精度高，安全可靠，可大大缩短线路停电时间，施工作业完成后线路即可马上恢复投运。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为挤胶装置示意图；

图3为挤胶装置取开顶板后的俯视示意图；

图4为行走小车主视图；

图5为图3的右视图；

图6为图1中挂线盘与柔性连接机构和喷头连接的示意图；

图7为图6中挂线盘的右视图；

图8为图6的A-A分型面图；

图9为图6的B-B剖面图；

图10为图6的C-C剖面图；

图11为图1中喷头的右视图；

图12为图11的D-D剖面图；

图13为图1中框架式悬臂架的右视图；

图14为柔性连接机构的连接板的俯视图；

图15是本发明机器人挂在线缆上工作的示意图。

实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明的内容。

如图1所示的在线缆表面自动涂覆绝缘材料的轻便型机器人，包括控制箱1、安装在控制箱下方的挤胶装置、沿线缆行走的走行涂覆装置。

本发明的控制箱1安装有由箱外遥控器2遥控的NC三轴控制器；本实施例所用NC三轴控制器为市购的TC5510运动控制器，其控制系统采用高性能32位CPU，控制的驱动装置可采用步进电机或交流伺服电机，并配备液晶显示器1a，全封闭触摸式操作键盘。

如图1、图2、图3所示，本发明的挤胶装置包括带顶板3和底板4的安装架，安装架的一组立柱11对称设置于顶板和底板之间的四角和滑台两侧，本实施例设置有6根立柱。挤胶装置还包括安装于顶板上中间位置的挤胶电机5、与挤胶电机输出轴通过膜片联轴器12联结的安装于顶板和底板之间的竖直螺杆6、套装在螺杆6上的可垂直升降的滑台7，在滑台的四角对称安装有穿过滑台的顶杆8，在顶板四角对称开设有胶桶安装口并安装有压盖9，在安装架上位于胶桶安装口下方安装有出胶口10b朝上的胶桶10；所述顶杆8顶在胶桶底部的可沿胶桶内壁移动的胶桶压板10a上，胶桶的出胶口外接胶管24。挤胶电机带动竖直螺杆转动，带动滑台升降，可确保四根顶杆保持平行和同步运动并且不产生偏斜，向上顶压胶桶压板10a，将胶桶内的胶体均衡流畅地挤压至胶管24中。所述胶桶8对称装有四个，分别放置在安装架的四角的顶部，胶桶出胶口向上。为了减轻挤胶装置的整体重量，可将顶板、底板都做成工字型板，如图3所示。所述压盖9采用压紧螺母端盖，旋入安装架顶板上的安装孔中，旋开压盖，可将胶桶安装放入安装架内，胶管24穿过压盖与喷头连接。在所述滑台7上方和下方分别安装有NPN接近传感器20，控制顶杆的上下限位。

本发明所述走行涂覆装置包括行走小车、涂胶机构、连接行走小车和涂胶机构的柔性连接机构。所述行走小车如图1、图4、图5所示，包括车架25、安装于车架上的至少四个顺序设置的V型槽行走轮13和驱动行走轮的步进电机14及减速器15，行走小车的车架25安装于控制箱1顶部，在所述减速器的竖直输出轴末端安装有蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构包括套装在输出轴上的主动蜗轮26，与主动蜗轮配装的水平蜗杆27、与蜗杆配装的至少四个顺序设置的从动蜗轮28，在每一个从动蜗轮的中心轴后端套装一个V型槽行走轮13。本发明的行走小车设置了至少4个行走轮，并通过蜗轮蜗杆机构带动，使得小车在线缆上不仅运行十分平稳，而且爬升能力很强，爬升坡度可达到50°，特别适于架设在高山、深谷地区的爬升和下降坡度大的线缆的表面绝缘材料涂覆，解决了现有技术在恶劣地质环境施工作业困难的问题。本发明的行走小车也可如图15所示反向安装。

本发明所述涂胶机构包括挂线盘16和安装于挂线盘外侧的圆盘形喷头17，挂线盘如图1、图6~图10所示，由上下两半盘体对合组成，上下两半盘体一边通过铰轴16h连接，另一边通过快装螺栓16g连接，挂线盘的盘心设置有供线缆穿过的中心孔，中心孔内设置有呈120°均布向内夹持线缆的三组滑轮16b。在所述挂线盘16的两面盘面上对称加工有呈120°均布的从盘缘向盘心延伸的放射状盘面凹槽，在挂线盘中心孔内与盘面凹槽对应位置沿轴向加工有三条呈120°均布的中心孔凹槽，在每组由盘面凹槽和中心孔凹槽相接构成的断面为槽钢型的凹槽中配装有槽型滑块16a, 所述滑轮16b顺序安装于槽型滑块朝向盘心的端面，槽型滑块的两臂外端面与挂线盘盘缘平齐并且外压有滑块压板16c，所述滑块压板中间通过压板连接螺钉16d与挂线盘盘体连接，滑块压板两侧通过销杆16e与槽型滑块连接；一个槽型滑块呈竖直状态位于挂线盘底部正中，该竖直状态的槽型滑块连接滑块压板的两根销杆上套装有压缩弹簧16f。挂线盘可设计成圆形盘或者六角形盘，优选使用六角形盘。所述喷头17如图1、图6、图11、图12所示，为带中心孔17a且底部带有通至中心孔的卡槽的圆盘体，在圆盘体上呈放射状均布开设有至少四个从盘缘通至中心孔的胶体通道17b，喷头圆盘体与挂线盘通过连接螺栓17c连接。如果喷头的圆盘体上设置有超过四个胶体通道，可以在连接胶桶出胶口的胶管24另一端通过三通24a分别连接分流胶管24b，每根分流胶管插接一个胶体通道进胶口，使胶体从环绕线缆的多个胶体通道同时出来，均匀涂覆在线缆表面。如果喷头只设置有四个胶体通道，挤胶装置中装有四桶胶，则不需设置三通24a和分流胶管24b，每个胶桶通过一根胶管24连接一个喷头胶体通道。喷头17的中心孔设计为向外侧张开的喇叭形中心孔，便于胶体向喇叭口侧汇聚，在喷头沿线缆前行的过程中，胶体汇聚并顺利地从喇叭口出来，确保缆线表面能够完全被胶体包覆，没有漏点。为了防止胶体从中心孔的小孔端挤出，可在小孔端设置挡圈17e。在喷头外端面均布安装有四个蝶形螺母17d，可以穿过喷头后与挂线盘连接，使喷头与挂线盘连接更加稳固，确保涂胶过程平稳可靠。

所述柔性连接机构如图1所示，包括固定安装于行走小车车架25上并位于车架与挂线盘之间的框架式悬臂架18、连接于悬臂架与挂线盘之间的连接板19。如图13所示，在所述柔性连接机构的框架式悬臂架18底部两侧带有挂耳18a。如图1、图6、图14所示，所述连接板19一端的两侧带有上翻的挂钩19a而另一端带有向下的竖直端板19b，连接板上翻的挂钩从外侧挂于悬臂架底部的两侧挂耳18a上，连接板端板19b通过螺栓23与挂线盘盘体连接；在连接板上位于挂钩的张口侧安装有弹性挡销19c，将挂钩钩挂到挂耳上时，将弹性挡销下压，挂钩挂好后，弹性挡销向上回弹，挡住挂钩张口，防止挂钩脱落。

如图1所示，在控制箱1和挤胶装置安装框架上分别设置有挤胶插座29，两个挤胶插座通过插座线21连接，控制箱上的挤胶插座分别与NC三轴控制器和步进电机14连接，挤胶装置安装框架的挤胶插座与挤胶电机5连接。

本发明机器人的作业方法如下：首先如图15所示，将行走小车的一组顺序设置的V型槽行走轮23放在将要涂覆绝缘材料层的裸导线线缆31上，将挂线盘16的两半盘体打开，将线缆置于盘心，然后合拢两半盘体，用快装螺栓16g锁紧，将喷头17通过底部的卡槽卡入挂在线缆上，使线缆位于喷头的中心孔17a内。将挤胶装置安装或通过挂链30挂在控制箱1底部。地面作业人员手持遥控器2遥控NC三轴控制器，通过NC数字驱动系统控制步进电机14，由减速器15带动蜗轮蜗杆传动机构，驱动行走轮13，带动整个行走小车沿线缆前行，并通过柔性连接装置拖动挂线盘16和喷头17一起前行。同时控NC三轴控制器启动挤胶电机5，带动滑台7上升，使四根顶杆8同步上行挤压胶桶中的绝缘胶体，胶体沿胶管24均匀进入喷头17的多个胶体通道17b，均匀涂覆在喷头中心的线缆表面，实现在架空裸导线上涂覆绝缘材料。在行走小车行进涂胶过程中，若胶体用完，通过NPN接近传感器20监测即可停止滑台上行及挤胶动作。本发明的走行涂覆装置在行进过程中，线缆位于挂线盘中心，是由三个槽型滑块内端面的三组滑轮16b与线缆接触，可使走行涂覆装置移动顺畅，并减小磨损。位于挂线盘底部的竖直槽型滑块在导销的导向作用下以及压缩弹簧的作用下可上下平稳浮动，适应线缆表面的不平整如鼓泡、弯曲等缺陷，减小走行涂覆装置前行的阻力。本发明的柔性连接机构，连接板19一端通过上翻的挂钩钩挂在悬臂架底部两侧挂耳上，形成了行走小车与挂线盘之间的柔性连接，能够很好的适应线缆的坡度变化。在柔性连接机构与挂线盘的协同作用下，位于喷头中的线缆被始终保持与喷头中心孔同心，确保涂覆的绝缘材料层厚度均匀。本发明在架空导线上坡、下坡、平走三种状态下运行都具有较好的稳定性，尤其是在坡度较大的线缆上走行，十分平稳。

本发明通过地面摇控实现了远程控制完成架空裸导线表面绝缘材料层的自动涂覆，可广泛应用于各种环境、区域的架空裸导线表面绝缘处理，有效减小施工难度。对于垂直排列的10kV导线，可以采用三台机器人同时作业，实现线路三相同时施工，大幅缩短施工作业的停电时间，施工完成后，线路可马上恢复投运，快速解决架空线路安全隐患，提升配网供电可靠性。本发明还可以用于其他线缆状产品表面防护层的自动涂覆，不限于电力线缆，涂覆的保护层材料也不限于绝缘材料。本发明具有可靠性高、作业精度高、噪音小、操作方便等显著优点，具有广泛的应用前景。

Claims (8)

1.一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，其特征在于：包括控制箱（1）、安装在控制箱下方的挤胶装置、沿线缆行走的走行涂覆装置；

所述控制箱（1）安装有由箱外遥控器（2）遥控的NC三轴控制器；

所述挤胶装置包括带顶板（3）和底板（4）的安装架、安装于顶板上中间位置的挤胶电机（5）、与挤胶电机输出轴联结的安装于顶板和底板之间的竖直螺杆（6）、套装在螺杆（6）上的可垂直升降的滑台（7），在滑台的四角对称安装有穿过滑台的顶杆（8），在顶板四角对称开设有胶桶安装口并安装有压盖（9），在安装架上位于胶桶安装口下方安装有出胶口（10b）朝上的胶桶（10）；所述顶杆（8）顶在胶桶底部的可沿胶桶内壁移动的胶桶压板（10a）上，胶桶的出胶口外接胶管（24）；

所述走行涂覆装置包括行走小车、涂胶机构、连接行走小车和涂胶机构的柔性连接机构；所述行走小车包括车架（25）、安装于车架上的至少四个顺序设置的V型槽行走轮（13）和驱动行走轮的步进电机（14）及减速器（15），在所述减速器向下的输出轴末端安装有蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构包括套装在输出轴上的主动蜗轮（26），与主动蜗轮配装的水平蜗杆（27）、与蜗杆配装的至少四个顺序设置的从动蜗轮（28），在每一个从动蜗轮的中心轴后端套装一个V型槽行走轮（13）；

所述涂胶机构包括挂线盘（16）和安装于挂线盘外侧的圆盘形喷头（17），挂线盘由上下两半盘体对合组成，上下两半盘体一边通过铰轴（16h）连接，另一边通过快装螺栓（16g）连接，挂线盘的盘心设置有供线缆穿过的中心孔，中心孔内设置有呈120°均布向内夹持线缆的三组滑轮（16b）；所述喷头（17）为带中心孔（17a）且底部带有通至中心孔的卡槽的圆盘体，在圆盘体上呈放射状均布开设有至少四个从盘缘通至中心孔的胶体通道（17b），喷头圆盘体与挂线盘通过连接螺栓（17c）连接,连接胶桶出胶口的胶管（24）另一端与喷头的胶体通道进胶口连接；所述柔性连接机构包括固定安装于行走小车车架（25）上并位于车架与挂线盘之间的框架式悬臂架（18）、连接于悬臂架与挂线盘之间的连接板（19），所述连接板一端钩挂于悬臂架（18）底部的两侧挂耳（18a）上，另一端通过端板（19b）与挂线盘盘体用螺栓（23）连接；

所述NC三轴控制器分别与挤胶电机（5）和步进电机（14）电连接，控制挤胶电机和步进电机的启停；

所述NC三轴控制器为TC5510运动控制器；

在所述滑台（7）上方和下方分别安装有NPN接近传感器（20）。

2.根据权利要求1所述的一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，其特征在于，在控制箱（1）和挤胶装置安装框架上分别设置有挤胶插座（29），两个挤胶插座通过插座线（21）连接，控制箱上的挤胶插座分别与NC三轴控制器和步进电机（14）连接，挤胶装置安装框架的挤胶插座与挤胶电机（5）连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，其特征在于，所述行走小车的车架（25）安装于控制箱顶部。

4.根据权利要求1或2所述的一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，其特征在于，在所述挂线盘（16）的两面盘面上对称加工有呈120°均布的从盘缘向盘心延伸的放射状盘面凹槽，在挂线盘中心孔内与盘面凹槽对应位置沿轴向加工有三条呈120°均布的中心孔凹槽，在每组由盘面凹槽和中心孔凹槽相接构成的断面为槽钢型的凹槽中配装有槽型滑块（16a）, 所述滑轮（16b）顺序安装于槽型滑块朝向盘心的端面，槽型滑块的两臂外端面与挂线盘盘缘平齐并且外压有滑块压板（16c），所述滑块压板中间通过压板连接螺钉（16d）与挂线盘盘体连接，滑块压板两侧通过销杆（16e）与槽型滑块连接；一个槽型滑块呈竖直状态位于挂线盘底部正中，该竖直状态的槽型滑块连接滑块压板的两根销杆上套装有压缩弹簧（16f）。

5.根据权利要求4所述的一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，其特征在于，所述挂线盘为六角形盘。

6.根据权利要求1所述的一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，其特征在于，所述连接胶桶出胶口的胶管（24）通过三通（24a）分别连接两根分流胶管（24b），每根分流胶管插接一个喷头的胶体通道进胶口。

7.根据权利要求1所述的一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，其特征在于，所述喷头（17）的中心孔为向外侧张开的喇叭形中心孔。

8.根据权利要求1所述的一种在线缆表面自动涂覆绝缘材料的机器人，其特征在于，所述柔性连接机构的框架式悬臂架（18）底部两侧带有挂耳（18a），所述连接板（19）一端的两侧带有上翻的挂钩（19a）而另一端带有向下的竖直端板（19b），连接板上翻的挂钩从外侧挂于悬臂架底部的两侧挂耳（18a）上，连接板端板（19b）通过螺栓（23）与挂线盘盘体连接；在连接板两侧位于挂钩的张口侧安装有弹性挡销（19c）。