CN110125901A - 操作变配电柜的机械手设备 - Google Patents

Abstract

本发明的一种操作变配电柜的机械手设备，可解决现有的巡检设备只有摄像头巡检功能没有现场操作功能导致效率低下的技术问题。包括AGV小车和控制柜结构，所述控制柜结构固定在AGV小车上，控制柜结构内设置控制模块，控制模块与AGV小车通信连接，还包括分别设置在控制柜结构上的升降总成、操作总成；所述升降总成、操作总成分别与控制模块通信。本发明的操作变配电柜的机械手设备可结合采集模块构成巡检机器人通过周期性的巡检，记录电气开关的信息和状态，检查设备是否出现运行异常，并能按照要求操作指定的电气开关，能够代替人工完成电气控制室室内巡检作业，提高了巡检质量、效率，降低了工人的劳动强度，实现变电所电气控制室的“无人化”值守作业。

Description

操作变配电柜的机械手设备

技术领域

本发明涉及电网安全技术领域，具体涉及一种操作变配电柜的机械手设备。

背景技术

现有的设备巡检方式为人工巡检，巡检工人每天定时对设备进行巡检，目前有多个问题。(1)人员问题，变电所建设越来越多，电工人员供给不足、维护人员技术水平有限，运维人员往往凭借自身工作经验来进行判断，而缺乏相应的工作标准可以在进行参考。(2)数据问题：采用人工巡检方式配电房运行数据记录的多不完整；(3)故障预报问题由于人工采集的数据量较少，数据种类不全面，覆盖面不够，离散性较大，无法第一时间在故障发生时上报。

目前市场上存在着一些其他的自动巡检机器人，通常使用于室外，采取摄像头和红外温度传感器对室外设备进行外观及温度的检测，只有摄像头巡检功能，没有机械手操作功能的，给巡检工作来说效率依然很低。

发明内容

本发明提出的一种操作变配电柜的机械手设备，可解决现有的巡检设备只有摄像头巡检功能没有现场操作功能导致效率低下的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种操作变配电柜的机械手设备，包括AGV小车和控制柜结构，所述控制柜结构固定在AGV小车上，控制柜结构内设置控制模块，控制模块与AGV小车通信连接，还包括升降总成和操作总成；

所述升降总成固定在AGV小车上；

所述操作总成固定在升降总成上；

所述升降总成、操作总成分别与控制模块通信。

进一步的，所述操作总成包括横移总成；

其中横移总成安装在叉架上，横移总成包括横移固定板、横移移动板、齿条、齿轮、横移伺服电机、横移减速器；

横移固定板与叉架固定，齿条安装在横移固定板上，横移伺服电机与横移减速器相连，齿轮安装在横移减速器的输出端，横移减速器安装在横移移动板上，直线导轨安装在横移固定板上，横移移动板与直线导轨上的滑块相连，齿轮与齿条配合；横移伺服电机带动齿轮旋转，进而推动横移移动板伸出；

所述横移伺服电机与控制模块通信连接。

进一步的，所述操作总成还包括旋钮机械手总成，所述旋钮机械手总成固定在横移移动板上，其中旋钮机械手总成的旋转固定板与横移移动板固定，旋转移动板和固定在旋转固定板上的导轨的滑块连接，能够前后滑动；

横移伺服电机通过电机支架固定在旋转固定板上，旋转伺服电机和旋转减速器连接，旋转减速器安装在旋转移动板上，通过联轴器与轴连接，旋钮夹持器连接在轴上；

所述横移伺服电机和旋转伺服电机分别与控制模块连接。

进一步的，所述操作总成还包括按钮机械手总成，所述按钮机械手总成固定在横移移动板上，按钮机械手伺服电机通过电机支架固定在按钮机械手底板上，按钮机械手齿条与直线滑轨连接，滑块安装在按钮机械手底板上，按钮手指安装在直线滑轨前端，齿轮安装在按钮机械手伺服电机轴上，齿轮与按钮机械手齿条配合，按钮机械手伺服电机带动直线滑轨伸出，按钮手指操作按钮；

按钮机械手电机与控制模块通信连接。

进一步的，所述操作总成还包括空开机械手总成，所述空开机械手总成安装在横移移动板上，空开机械手伺服电机通过电机支架固定在空开机械手底板上，空开机械手齿条与直线滑轨固定，滑块固定在空开机械手底板上，空开夹持器固定在直线滑轨上，齿轮安装在空开机械手伺服电机轴上，齿轮与空开机械手齿条相配合，空开机械手伺服电机转动带动直线滑轨移动，空开机械手伸出；

空开机械手伺服电机与控制模块通信连接。

由上述技术方案可知，本发明的操作变配电柜的机械手设备可配合现有带摄像头的巡检设备既能定时巡检铁路牵引变电所室内电气控制柜又能接收远程控制对电气控制柜的电器开关进行开合作业的机器人。机器人的机械收结构都架设于AGV小车上方，AGV小车采取的是差速转弯，使得机器人在狭小的过道中可以对电气柜进行检测；机器人的主升降架部分采取的是一种二级提升装置，使操作平台上的采集设备摄像头和操作手可以竖直上升到最高的位置(2.1米)，下降到最低的位置(0.4米)，整个机器人可以全工作面(从上到下)的对电气柜进行巡检；通过AGV小车的移动和升降装置的升降，摄像头可以对整个拍摄到整幅控制柜的图像；通过图像处理和识别，确定要操作的电气开关和小车以及机械手的相对位置，调整机械手位置使其正对要操作的开关。操作平台向控制柜面板方向伸出，机械手从操作平台上伸出接触开关，完成对开关的操作。

本发明的操作变配电柜的机械手设备可结合采集模块构成巡检机器人通过周期性的巡检，记录电气开关的信息和状态，检查设备是否出现运行异常，将巡检信息发送到后台管理系统并按照要求操作指定的电气开关，能够代替人工完成电气控制室室内巡检作业，提高了巡检质量、效率，降低了工人的劳动强度和企业的人力成本，实现变电所电气控制室的“无人化”值守作业。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的升降总成结构示意图一；

图3是本发明的升降总成结构示意图二；

图4是本发明的操作总成结构示意图；

图5是本发明的横移总成结构示意图一；

图6是本发明的横移总成结构示意图二；

图7是本发明的旋钮机械手总成结构示意图；

图8是本发明的空开机械手总成结构示意图；

图9是本发明的按钮机械手总成结构示意图；

图10是本发明的主回路电气控制原理图；

图11是本发明的伺服系统电气控制原理图；

图12是本发明的控制模块接线图；

图13是本发明实施例巡检机器人坐标系图片示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-图9所示，本实施例所述的一种操作变配电柜的机械手设备，包括AGV小车1、控制柜结构2、升降总成3、操作总成4、控制柜内设置控制模块；

同时本实施例还设置采集模块近景摄像头5、远景摄像头6和传感器，

AGV小车1上装有控制柜结构2、升降总成3、操作平台总成4和近景摄像头5，近景摄像头5和激光位移传感器7安装在操作总成4上，远景摄像头6安装在升降总成3上。

在控制柜结构2中，电气柜固定于AGV小车1上，电气柜侧面固定有激光位移传感器8。

在升降总成3中，底座9固定于AGV小车1上，升降伺服电机10连接着行星齿轮减速器11固定于主机架背板12，减速器输出端则连接到滚珠丝杠13上，丝杠上的丝杠螺母14和伸缩架背板15固定。伸缩架16上装有同步带轮17和同步带18，同步带18一侧通过同步带压块19固定在主机架背板12上，另一侧通过同步带压块19和叉架20固定。升降伺服电机10工作时，带动滚珠丝杠13旋转，进而带动丝杠螺母14推动伸缩架运动。伸缩架16运动带动同步带18的运动，和同步带18固定的叉架20也随之运动，并且叉架20的位移是伸缩架16位移的二倍；升降伺服电机10与控制模块通信连接。

操作总成4包括横移总成21，旋钮机械手总成22，按钮机械手总成23，空开机械手总成24。其中横移总成安装在叉架20上，横移总成21由横移固定板25，横移移动板26，齿条27，齿轮28，横移伺服电机29，横移减速器30组成。横移固定板25与叉架20固定，齿条27安装在横移固定板25上，横移伺服电机26与横移减速器30相连，齿轮28安装在横移减速器30的输出端，横移减速器30安装在横移移动板26上，齿轮28与齿条27配合。横移伺服电机29带动齿轮28旋转，进而推动横移移动板26伸出；横移伺服电机29与控制模块通信连接。

旋钮机械手总成22固定在横移移动板26上，其中旋钮机械手22的旋转固定板31与横移移动板26固定，旋转移动板32和固定在旋转固定板31上的导轨的滑块连接，能够前后滑动。横移伺服电机33通过电机支架固定在旋转固定板31上，旋转伺服电机34和旋转减速器35连接，旋转减速器35安装在旋转移动板32上，通过联轴器与轴36连接，旋钮夹持器37连接在轴36上；横移伺服电机33和旋转伺服电机34分别与控制模块通信连接。

空开机械手总成24安装在横移移动板26上，空开机械手伺服电机38通过电机支架固定在空开机械手底板39上，齿条40与直线滑轨固定，滑块固定在底板39上，空开夹持器41固定在直线滑轨上，齿轮安装在空开机械手伺服电机38轴上，齿轮与齿条40相配合，空开机械手伺服电机38转动带动直线滑轨移动，空开机械手伸出，空开机械手总成电机38与通信模块连接。

按钮机械手总成23固定在横移移动板26上，按钮机械手伺服电机42通过电机支架固定在按钮机械手底板43上，齿条44与直线滑轨连接，滑块安装在底板43上，按钮手指45安装在直线滑轨前端，齿轮安装在按钮机械手伺服电机42轴上，齿轮与齿条44配合，电机42带动直线滑轨伸出，按钮手指45操作按钮；按钮机械手伺服电机42与控制模块通信连接。

结合图10-图12，本发明的操作变配电柜的机械手设备配合采集模块巡检工作具体工作流程如下：

第一步：AGV小车1启动，到达地标卡标记位置，即到达机器人工作位置。第二步到第四步同步进行。

第二步：判断AGV小车1是否平行于待操作控制柜，通过激光位移传感器8和激光位移传感器7测得的距离可以计算出AGV小车与控制柜之间的夹角，从而调整小车角度使其与控制柜平行。

第三步：提升操作总成4到指定高度，当AGV小车1与控制柜平行后，操作总成4升到所需高度，远景摄像头6能够拍摄到待操作的按钮。

第四步：远景摄像头6拍摄的照片发送给控制模块，控制模块对图片进行图像处理，得出待操作开关和机械手在X轴和Z轴方向上的距离差值，图如13所示，通过在X轴方向移动AGV小车和Z轴方向提升操作平台4达到开关粗定位的目的。

第五步：移动横移移动板26至激光位移传感器7测得与控制柜之间距离为d时停下，通过近景摄像头5对待操作开关进行精定位；根据开关的类型(按钮、旋钮、空开)伸出相应的机械手操作开关。

第六步：重复第二步到第五步，直到所有设备均巡检完成。

第七步：机械手、操作平台、升降总成回到初始位置。

第八步：AGV小车退回充电位，等待下次巡检时间，再重复第一步到第七步。

本发明实施例实现从“有人”到“无人”的跨越性转变，在电力行业新旧管理体系和方法交替的时期，机器人技术的引入，可以在技术层面直接对巡检工作进行干预，提升了巡检的精度和数据收集的准确率，同时也缩短了故障从发生到发展再到造成事故的判断周期。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种操作变配电柜的机械手设备，包括AGV小车(1)和控制柜结构(2)，所述控制柜结构(2)固定在AGV小车(1)上，控制柜结构(2)内设置控制模块，控制模块与AGV小车(1)通信连接，其特征在于：还包括升降总成(3)和操作总成(4)；

所述升降总成(3)固定在AGV小车(1)上；

所述操作总成(4)固定在升降总成(3)上；

所述升降总成(3)、操作总成(4)分别与控制模块通信。

2.根据权利要求1所述的操作变配电柜的机械手设备，其特征在于：所述升降总成(3)包括升降伺服电机(10)连接着行星齿轮减速器(11)固定于主机架背板(12)，减速器输出端则连接到滚珠丝杠(13)上，滚珠丝杠(13)上的丝杠螺母(14)和伸缩架背板(15)固定；

伸缩架(16)上装有同步带轮(17)和同步带(18)，同步带(18)一侧通过同步带压块(19)固定在主机架背板(12)上，另一侧固定在叉架(20)上；

升降伺服电机(10)工作时，带动滚珠丝杠(13)旋转，进而带动丝杠螺母(14)推动伸缩架(16)运动；伸缩架(16)运动带动同步带(18)的运动，和同步带(18)固定的叉架(20)也随之运动，并且叉架(20)的位移是伸缩架(16)位移的二倍；

升降伺服电机(10)与控制模块通信连接。

3.根据权利要求2所述的操作变配电柜的机械手设备，其特征在于：所述操作总成(4)包括横移总成(21)；

其中横移总成(21)安装在叉架(20)上，横移总成(21)包括横移固定板(25)、横移移动板(26)、齿条(27)、齿轮(28)、横移伺服电机(29)、横移减速器(30)；

横移固定板(25)与叉架(20)固定，齿条(27)安装在横移固定板(25)上，横移伺服电机(29)与横移减速器(30)相连，齿轮(28)安装在横移减速器(30)的输出端，横移减速器(30)安装在横移移动板(26)上，直线导轨安装在横移固定板(25)上，横移移动板(26)与直线导轨上的滑块相连，齿轮(28)与齿条(27)配合；横移伺服电机(29)带动齿轮(28)旋转，进而推动横移移动板(26)伸出；

所述横移伺服电机(29)与控制模块通信连接。

4.根据权利要求3所述的操作变配电柜的机械手设备，其特征在于：所述操作总成(4)还包括旋钮机械手总成(22)，所述旋钮机械手总成(22)固定在横移移动板(26)上，其中旋钮机械手总成(22)的旋转固定板(31)与横移移动板(26)固定，旋转移动板(32)和固定在旋转固定板(31)上的导轨的滑块连接，能够前后滑动；

横移伺服电机(33)通过电机支架固定在旋转固定板(31)上，旋转伺服电机(34)和旋转减速器(35)连接，旋转减速器(35)安装在旋转移动板(32)上；

旋转伺服电机(34)和旋转减速器(35)连接，旋转减速器(35)安装在旋转移动板(32)上，所述旋转减速器(35)通过联轴器与轴(36)连接，旋钮夹持器(37)连接在轴(36)上；

所述横移伺服电机(33)和旋转伺服电机(34)分别与控制模块连接。

5.根据权利要求4所述的操作变配电柜的机械手设备，其特征在于：所述操作总成(4)还包括按钮机械手总成(23)，所述按钮机械手总成(23)固定在横移移动板(26)上，按钮机械手伺服电机(42)通过电机支架固定在按钮机械手底板(43)上，按钮机械手齿条(44)与直线滑轨连接，滑块安装在按钮机械手底板(43)上，按钮手指(45)安装在直线滑轨前端，齿轮安装在按钮机械手伺服电机(42)轴上，齿轮与按钮机械手齿条(44)配合，按钮机械手伺服电机(42)带动直线滑轨伸出，按钮手指(45)操作按钮；

按钮机械手伺服电机(42)与控制模块通信连接。

6.根据权利要求4所述的操作变配电柜的机械手设备，其特征在于：所述操作总成(4)还包括空开机械手总成(24)，所述空开机械手总成(24)安装在横移移动板(26)上，空开机械手伺服电机(38)通过电机支架在空开机械手底板(39)上，空开机械手齿条(40)与直线滑轨固定，滑块固定在空开机械手底板(39)上，空开夹持器(41)固定在直线滑轨上，齿轮安装在空开机械手伺服电机(38)轴上，齿轮与空开机械手齿条(40)相配合，空开机械手伺服电机(38)转动带动直线滑轨移动，空开机械手伸出；

空开机械手伺服电机(38)与控制模块通信连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的操作变配电柜的机械手设备，其特征在于：

所述控制模块采用PLC模块。