CN109950830A - 带电作业机器人避雷器拆卸装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种带电作业机器人避雷器拆卸装置及方法，装置包括设置在机器人平台右臂上的末端工具及螺栓拆装工具，设置在左臂和右臂上的夹持工具，所述末端工具包括5个气动元件，用于夹持避雷器。本发明的方法通过设置在机器人平台右臂上的末端工具及螺栓拆装工具，设置在左臂和右臂上的夹持工具完成避雷器拆卸。本发明能够在不断电、不带负荷的情况下通过带电作业机器人的机械臂对避雷器进行拆卸。本发明有效提高了作业效率和准确度。

Description

带电作业机器人避雷器拆卸装置及方法

技术领域

本发明属于机器人技术，具体为一种带电作业机器人避雷器拆卸装置及方法。

背景技术

避雷器在当今电力系统输配电线路中广泛使用，成为电力系统中过电压防护的主要设备。

随着配电网的长期运行，避雷器可能出现螺母松动，瓷套破裂，橡胶圈老化种种问题，需要更换。通常的做法是停电进行更换，若停电面积过大，则大面积更换，会影响社会效益和人们的正常生活。因此现如今广大研究人员也在不断研究带电作业方法，但是人为的更换处理，不仅操作效率低，更重要的是有严重的安全隐患，安全性低。

配电线路中带电作业拆卸避雷器主要采用绝缘手套作业法，绝缘手套作业法中作业人员穿戴全套绝缘防护用具，通过绝缘手套进行带电作业。还需要对人体可能触及到的带电体和接地体进行绝缘遮蔽。更换过程中往往产生电弧，极易对作业人员造成灼伤；在更换过程中需要对上下引线进行拆接，也会有触电的危险；作业人员在绝缘斗臂车上的绝缘斗上作业，有高处坠落的风险；在作业过程中，可能会由于人为操作的失误，客观上相间引线间距小，可能造成相间短路事件，给人民财产，人身安全造成威胁。

公布号CN 109309358 A的文献公开了一种带电机器人金属氧化物避雷器的更换方法，用于金属氧化物避雷器的更换。其包括设置在机器人平台上的机械臂，包括第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂，但其为三臂系统，增加了机器人本身的自重，并且拆卸操作过程较为复杂，降低了带电作业的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种带电作业机器人避雷器拆卸装置。

实现本发明的技术解决方案为：带电作业机器人避雷器拆卸装置，包括设置在机器人平台右臂上的末端工具及螺栓拆装工具，设置在左臂和右臂上的夹持工具，所述末端工具包括5个气动元件，用于夹持避雷器。

本发明还公开了一种带电作业机器人避雷器拆卸方法，响应于控制数据完成以下工作：

用夹持工具夹持绝缘遮蔽材料对标记的带电体进行绝缘遮蔽；

右臂使用螺栓拆装工具将引线固定装置固定在横担上；

左臂夹持上引线，右臂使用末端工具夹持避雷器，同时右臂使用螺栓拆装工具拆除避雷器上固定上引线的螺栓；右臂使用螺栓拆装工具将上引线固定在引线固定装置的上端；

左臂对下引线进行夹持，同时，右臂使用螺栓拆装工具拆除避雷器上固定下引线的螺栓；右臂使用螺栓拆装工具将下引线固定在引线固定装置的下端；

左臂末端停止夹持下引线，右臂专用末端工具夹持避雷器，同时右臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定避雷器和横担的螺栓；螺栓拆除后，右臂将避雷器移动至机器人平台上专用工具箱；

右臂停止夹持避雷器，左臂夹持固定在引线固定装置上的下引线，右臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓，将下引线从引线固定装置上拆下来，左臂将下引线放回机器人平台上专用工具箱；

左臂停止夹持下引线，夹持固定在引线固定装置上的上引线，右臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓，将上引线从引线固定装置上拆下来，左臂将上引线放回机器人平台上专用工具箱；

左臂停止夹持上引线，夹持引线固定装置，右臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定引线固定装置与横担的螺栓，将引线固定装置从横担上拆下来，左臂将引线固定装置放回机器人平台上专用工具箱；

左臂和右臂换装夹持工具，使用夹持工具夹持覆盖在带电体上的绝缘遮蔽材料，撤除绝缘遮蔽材料。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明有效提高了作业效率和准确度；2)本发明避免了线路停电带来的负面影响，大幅度减少停电时间，提高供电可靠率；3)本发明提高了作业过程中的安全性，降低了了机器人本身的自重，并且拆卸操作过程较为精炼，提高了带电作业的工作效率。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1为本发明带电作业机器人整体结构示意图。

图2为本发明中机器人平台的结构示意图。

图3为本发明流程图。

图4为本发明中使用的引线固定装置结构示意图。

图5为本发明带电作业机器人带电拆卸避雷器作业环境示意图。

具体实施方式

如图1所示，带电作业机器人包括绝缘斗臂车1、控制室2、伸缩臂3、机器人平台4。其中，绝缘斗臂车1上架设控制室2和伸缩臂3，伸缩臂3末端连接机器人平台4，机器人平台4与控制室2之间采用光纤以太网通信或者无线网络通信。

绝缘斗臂车1可供操作人员驾驶，从而将机器人平台4运输到作业现场。绝缘斗臂车1上装有支撑腿，支撑腿可以展开，从而将绝缘斗臂车1与地面稳固支撑。绝缘斗臂车1上装有发电机，从而给控制室2及伸缩臂3供电。

伸缩臂3设有沿伸缩方向的驱动装置，操作人员可以通过控制驱动装置，从而将机器人平台4升降到作业高度。该伸缩臂3由绝缘材料制成，用于实现机器人平台4与控制室2的绝缘。在本发明中，伸缩臂3可有由剪叉式升降机构或其他机构代替。

控制室2中设置有数据处理和控制系统以及显示屏、第一主操作手、第二主操作手以及通信模块等。

如图2所示机器人平台4设置了绝缘子46、左臂43、右臂44、第一工控机48、双目摄像头45、全景摄像头41、深度摄像头410、蓄电池49、专用末端工具50、专用工具箱47、通信模块。

专用末端工具50位于右臂44端部，用于避雷器的加持防止自然脱落。

机器人平台4的双目摄像头45、全景摄像头41、深度摄像头410用于拍摄视觉图像，传递给第一工控机48分析处理。

机器人平台4的绝缘子46用于支撑左臂43、右臂44，将这两个机械臂的外壳与机器人平台4绝缘。

蓄电池49为第一工控机48、左臂43、右臂44、全景摄像头41、双目摄像头45、深度摄像头410、通信模块供电。

专用工具箱47是放置抓具、扳手等作业工具的场所。机械臂末端安装有工具快换装置。机械臂根据作业任务的类型到专用工具箱47中使用工具快换装置获取作业工具。控制室2中第一主操作手、第二主操作手是一种用于人工远程操作机械臂的操作装置，其与左臂43、右臂44构成主从操作关系。机械臂和主操作手具有相同的结构，只是主操作手尺寸规格比机械臂小，以便于操作人员操作。机械臂和主操作手拥有六个关节，每个关节都有光电编码器采集角度数据，各主操作手的微型控制器通过串口将六个关节的角度数据发送给第一工控机48。

带电作业机器人具有设置在机器人平台上的机械臂，包括左臂、右臂以及安装在的专用末端工具，左臂及右臂响应于控制数据完成避雷器的拆卸；所述控制数据为各机械臂关节运动的角度期望值，摇操作时，该角度期望值由数据处理和控制系统根据主操作手各关节角度变化数据解算得自主作业时，数据处理和控制系统使用笛卡尔空间路径规划方法规划出各机械臂的空间路径，然后解算出各机械臂关节运动的角度期望值。

带电作业机器人拆卸避雷器的过程如下：在拆卸避雷器120之前，先进行带电作业机器人的作业准备，检查气象条件、核对杆塔号、布置现场、在工作现场设置安全护栏、作业标志、和相关警示标志，采用绝缘电阻测试仪对用到的绝缘器具进行表面绝缘电阻检测，阻值不小于700兆欧将绝缘斗臂车1驶入杆塔100附近位置并布置现场。作业位置具体为待作业杆塔100的附近位置并避开附近电力线和障碍物，避免停放在沟道盖板上,绝缘斗臂车1支腿顺序为先伸出水平支腿，再伸出垂直支腿，支撑到位后车辆前后左右呈水平。

绝缘斗臂车布置妥当后，开启带电作业机器人，采集全景图像。根据显示器显示的实景图像，控制伸缩臂3将机器人平台4移动至拆卸避雷器作业位置。根据机械臂上双目摄像头45返回的实景图像对作业范围内在绝缘安全距离内的带电体进行标记。

左臂43、右臂44响应于控制数据完成以下工作：

右臂44端部设置有专用末端工具50以及螺栓拆装工具，左臂43、右臂44端部安装夹持工具，用夹持工具夹持绝缘遮蔽材料对标记的带电体进行绝缘遮蔽。绝缘遮蔽材料如绝缘护套、环氧玻璃布等。在右臂44末端安装专用末端工具50，该末端执行器包含5个气动元件，输出力矩大，具有更好的绝缘性，负责对避雷器的加持和落幕的拆卸。右臂44使用螺栓拆装工具安装用于固定引线固定装置190的螺栓，将固定引线固定装置190固定在横担103上；所述引线固定装置包括竖杆，设置在竖杆中间位置的用于与横担固定的固定部，以及设置在竖杆上下两端的用于固定上引线和下引线的引线固定部。引线固定装置上的开孔符合最小安全距离的标准。

左臂43夹持上引线101，右臂专用末端工具50夹持避雷器120，同时右臂44使用螺栓拆装工具拆除避雷器120上固定上引线101的螺栓；右臂44使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线101的螺栓，将上引线101固定在引线固定装置190的上端。

左臂43停止夹持上引线101，并移动到下引线102附近对下引线102进行夹持。同时，右臂44使用螺栓拆装工具拆除避雷器120上固定下引线102的螺栓；右臂44使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线102的螺栓，将下引线102固定在引线固定装置190的下端。

左臂43末端停止夹持下引线102，右臂专用末端工具50夹持避雷器120。此时，右臂44使用螺栓拆装工具拆除用于固定避雷器120和横担103的螺栓；螺栓拆除后，右臂44将避雷器120移动至机器人平台4上专用工具箱47。

右臂44停止夹持避雷器120，左臂43夹持固定在引线固定装置190上的下引线102。右臂44使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线101的螺栓，将下引线102从引线固定装置190上拆下来。左臂43将下引线102放回机器人平台4上专用工具箱47。

左臂43停止夹持下引线102，转而夹持固定在引线固定装置190上的上引线101。右臂44使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线101的螺栓，将上引线101从引线固定装置190上拆下来。左臂43将上引线101放回机器人平台4上专用工具箱47。

左臂43停止夹持上引线101，转而夹持引线固定装置190。右臂44使用螺栓拆装工具拆除用于固定引线固定装置190与横担103的螺栓，将引线固定装置190从横担103上拆下来。左臂43将引线固定装置190放回机器人平台4上专用工具箱47。

左臂43和右臂44换装夹持工具，使用夹持工具夹持覆盖在带电体上的绝缘遮蔽材料，撤除绝缘遮蔽材料。

所述控制数据为各机械臂关节运动的角度期望值；带电作业机器人数据处理和控制系统根据各机械臂与作业对象的相对位置以及作业任务动作序列，使用笛卡尔空间路径规划方法规划出各机械臂的空间路径，然后根据空间路径解算出各机械臂关节运动的角度期望值。

本发明能够在不断电不带负荷的情况下通过带电作业机器人的机械臂对避雷器进行带电更换，避免了停电带来的负面影响，大幅度减少停电时间，提高供电可靠率，缓解用电投诉矛盾。本发明使用带电作业机器人代替人进行带电作业，相比于绝缘杆作业法具有更加丰富的功能。本发明使用带电作业机器人相比于绝缘手套作业法能免于考虑电弧产生时对人体的灼伤和触电危险、高空坠落问题。本发明使用带电作业机器人由操作人员摇杆控制，对于作业人员劳动强度要求小，减少了作业强度大出现人为失误的情况，大大提高了作业过程中的安全性，从一定程度上可以减少事故的发生。

Claims (6)

1.一种带电作业机器人避雷器拆卸装置，其特征在于，包括设置在机器人平台(4)右臂(44)上的末端工具(50)及螺栓拆装工具，设置在左臂(43)和右臂(44)上的夹持工具，所述末端工具(50)包括5个气动元件，用于夹持避雷器(120)。

2.基于权利要求1所述的带电作业机器人避雷器拆卸装置的拆卸方法，其特征在于，响应于控制数据完成以下工作：

用夹持工具夹持绝缘遮蔽材料对标记的带电体进行绝缘遮蔽；

右臂(44)使用螺栓拆装工具将引线固定装置(190)固定在横担(103)上；

左臂(43)夹持上引线(101)，右臂使用末端工具(50)夹持避雷器(120)，同时右臂(44)使用螺栓拆装工具拆除避雷器(120)上固定上引线(101)的螺栓；右臂(44)使用螺栓拆装工具将上引线(101)固定在引线固定装置(190)的上端；

左臂(43)对下引线(102)进行夹持，同时，右臂(44)使用螺栓拆装工具拆除避雷器(120)上固定下引线(102)的螺栓；右臂(44)使用螺栓拆装工具将下引线(102)固定在引线固定装置(190)的下端；

左臂(43)末端停止夹持下引线(102)，右臂专用末端工具(50)夹持避雷器(120)，同时右臂(44)使用螺栓拆装工具拆除用于固定避雷器(120)和横担(103)的螺栓；螺栓拆除后，右臂(44)将避雷器(120)移动至机器人平台(4)上专用工具箱(47)；

右臂(44)停止夹持避雷器(120)，左臂(43)夹持固定在引线固定装置(190)上的下引线(102)，右臂(44)使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线(101)的螺栓，将下引线(102)从引线固定装置(190)上拆下来，左臂(43)将下引线(102)放回机器人平台(4)上专用工具箱(47)；

左臂(43)停止夹持下引线(102)，夹持固定在引线固定装置(190)上的上引线(101)，右臂(44)使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线(101)的螺栓，将上引线(101)从引线固定装置(190)上拆下来，左臂(43)将上引线(101)放回机器人平台(4)上专用工具箱(47)；

左臂(43)停止夹持上引线(101)，夹持引线固定装置(190)，右臂(44)使用螺栓拆装工具拆除用于固定引线固定装置(190)与横担(103)的螺栓，将引线固定装置(190)从横担(103)上拆下来，左臂(43)将引线固定装置(190)放回机器人平台(4)上专用工具箱(47)；

左臂(43)和右臂(44)换装夹持工具，使用夹持工具夹持覆盖在带电体上的绝缘遮蔽材料，撤除绝缘遮蔽材料。

3.根据权利要求2所述的带电作业机器人避雷器拆卸方法，其特征在于，所述引线固定装置(190)包括竖杆、设置在竖杆中间的固定部以及设置在竖杆两端的引线固定部。

4.根据权利要求2所述的带电作业机器人避雷器拆卸方法，其特征在于，所述绝缘遮蔽材料为绝缘护套或环氧玻璃布。

5.根据权利要求2所述的带电作业机器人避雷器拆卸方法，其特征在于，所述控制数据为左臂、右臂关节运动的角度期望值。

6.根据权利要求5所述的带电作业机器人避雷器拆卸方法，其特征在于，左臂、右臂关节运动的角度期望值的计算方法为：根据左臂、右臂与作业对象的相对位置以及作业任务动作序列，使用笛卡尔空间路径规划方法规划出各机械臂的空间路径，然后根据空间路径解算出各机械臂关节运动的角度期望值。