CN110509310B - 一种室外带电作业机器人 - Google Patents

一种室外带电作业机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种室外带电作业机器人，包括机体(11)、安装在所述机体(11)上的控制箱体、在所述机体(11)顶部前方两端位置上同向安装的机械臂(20)、安装在所述机体(11)前侧的工具平台(3)、安装在所述机体(11)前方两侧的激光传感器(4)以及安装在所述机体(11)上的摄像云台。本发明通过工具平台的拨爪对带电作业工具上的拨爪块进行高效控制，实现工具与绝缘杆对接头的高校对接，且控制精度高，结构简单，操作方便，可实现不同带电作业工具的控制。而且本发明在绝缘杆对接头上设置了修正开槽，通过修正开槽实现机械修正，使得绝缘对接头与工具能够顺利对接。

Description

一种室外带电作业机器人
技术领域
本发明涉及室外带电作业领域，尤其涉及一种室外带电作业机器人。
背景技术
随着电子技术和计算机技术的发展，机器人在许多领域得到了日益广泛的应用。在电力系统带电作业工作中，带电作业是在高压电气设备上不停电进行检修、测试的一种作业方法。电气设备在长期运行中需要经常测试、检查和维修，带电作业是避免检修停电，保证正常供电的有效措施。由于作业对象的复杂、多样以及作业环境要求苛刻、危险性大，使得新概念的带电作业设备带电作业机器人的开发具有了巨大的经济效益和广阔的市场前景。
发明内容
发明目的：本发明针对上述问题，提出了一种室外带电作业机器人，操作人员在地面上，可以实现自主和遥控操作灵活切换，彻底地解决了作业人员的安全风险，保障了操作人员人身安全，大大提升了带电作业的效率与精度。
技术方案：
一种室外带电作业机器人，包括机体、安装在所述机体上的控制箱体、在所述机体顶部前方两端位置上同向安装的机械臂、安装在所述机体前侧的工具平台、安装在所述机体前方两侧的激光传感器以及安装在所述机体上的摄像云台；
所述机械臂为关节式机械臂，包括依次连接的上臂、大臂和前臂；在所述前臂内安装有驱动电机，在所述前臂前端安装有绝缘杆，所述驱动电机的输出轴与所述绝缘杆内安装的驱动杆连接，在所述绝缘杆末端固定安装有与所述驱动杆连接的绝缘杆对接头；
所述工具平台包括工具平板及拨爪，所述工具平板通过安装支架安装在所述机体前侧，在所述工具平板上沿水平方向上均匀间隔设有若干用于放置工具的工具槽；在所述工具平板上竖直安装有拨爪板，在所述拨爪板上与所述工具平板上的工具槽对应位置上转动安装有若干拨爪；
所述工具包括工具对接头及对应的功能部，在所述工具对接头内设有与所述工具的功能部通过丝杆连接的工具对接杆，在所述工具对接杆上设有对称设置的对准块；在所述工具对接头上与所述工具平台上的所述拨爪对应位置设有圆槽，在所述圆槽内安装有锁紧块组件，所述锁紧块组件包括限位块、安装在所述限位块上用于实现所述锁紧块水平复位的扭簧、分别安装在所述限位块内外侧的锁紧块和拨爪块；
所述绝缘杆对接头安装在所述绝缘杆末端，所述绝缘杆对接头前端为对接套接头，所述对接套接头为套管结构，其外径与所述工具的所述工具对接头内径相配合；在所述对接套接头上与所述工具的所述锁紧块相对应的位置开设有对接槽；在所述对接套接头内安装有与所述绝缘杆内驱动杆连接的驱动对接头，在所述驱动对接头上对称设有与所述工具对接杆上设置的对准块相对应的修正开槽；
所述激光传感器转动安装在所述机体前方两侧，通过所述激光传感器进行三维上的点云数据采集；
所述摄像云台包括后端摄像机以及前端摄像机，所述后端摄像机安装在所述机体的后方，所述前端摄像机安装在所述机体前侧中间位于所述工具平台正上方位置。
进一步地，在所述工具槽两侧安装有立柱，所述工具还包括工具安装板，所述工具对接头安装在所述工具安装板上，在所述工具安装板上设有与所述工具平台上的立柱相对应的工具安装孔。
进一步地，所述立柱为圆锥形立柱。
进一步地，在所述拨爪板两端安装固定板，在两固定板之间转动安装有传动杆，在其中一固定板上安装有驱动所述传动杆的工具平台电机；在所述传动杆上与所述工具槽相对应的位置固定安装有传动锥齿轮，在所述拨爪板正面上与所述工具槽相对应的位置安装有拨爪，所述拨爪通过轴承安装在所述拨爪板上，在所述拨爪板背面上设有从动锥齿轮与所述拨爪固定连接，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮啮合。
进一步地，在所述固定板上安装有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与安装在所述固定板上的工具平台电机的输出轴连接，所述从动齿轮与所述传动杆连接。
进一步地，在所述限位块上设置有角度为40°～90°的扇形限位槽，所述扭簧安装在所述扇形限位槽内。
进一步地，所述锁紧块的横截面呈长条形，且沿长边的两端呈与所述圆槽相适配的圆弧形。
进一步地，所述拨爪块包括两个上下对称布置的条形块，且所述拨爪包括两个呈左右对称布置的扇形块；所述扇形块顶点之间的距离大于所述条形块的宽度，且转动时通过所述扇形块与所述条形块的侧面配合通过所述扇形块带动所述条形块传动。
进一步地，所述绝缘杆对接头的所述对接套接头上的对接槽包括相连通的进口槽和容纳槽，所述进口槽为喇叭状，其最窄处宽度大于所述锁紧块横截面的宽度但小于所述锁紧块的长度，所述容纳槽为圆形，其直径大于所述锁紧块的长度；在所述容纳槽形成可容纳所述锁紧块自由转动的空间。
进一步地，所述修正开槽为圆心角在10～90度的扇形槽。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、通过工具平台的拨爪对带电作业工具上的拨爪块进行高效控制，实现工具与绝缘杆对接头的高校对接，且控制精度高，结构简单，操作方便，可实现不同带电作业工具的控制。
2、通过绝缘杆对接头与工具对接，通过机械臂上的电机驱动驱动杆，控制工具上的拨爪块的转动实现锁紧块与对接槽的锁定和松脱切换，从而实现机械臂与带电作业工具的自动更换对接，换接高效，保证高压环境下工作人员的安全，有效提高作业效率。
3、在绝缘杆对接头上设置了修正开槽，通过修正开槽实现机械修正，使得绝缘对接头与工具能够顺利对接。
附图说明
图1为本发明的室外带电作业机器人的结构示意图。
图2为本发明中工具平台的结构示意图。
图3为本发明中工具的结构示意图。
图4为本发明中绝缘杆的结构示意图。
图5为本发明中绝缘杆的细节结构图。
图6为本发明中机械臂与工具配合的结构示意图。
其中，10为室外带电机器人，11为机体，20为机械臂，21为上臂，22为大臂，23为前臂，24为绝缘杆，25为绝缘杆对接头，251为驱动连接杆，252为对接套接头，253为对接槽，254为驱动对接头，255为修正开槽，26为反光板，3为工具平台，31为工具槽，311为立柱，32为工具，321为工具对接头，322为工具对接杆，323为工具安装板，324为工具安装孔，325为锁紧块，33为拨爪，331为拨爪板，332为从动齿轮，333为主动齿轮，334为工具平台电机，335为传动杆，336为传动锥齿轮，337为轴承，34为安装支架，35为工具平板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为本发明中室外带电作业机器人的示意图。如图1所示，本发明的室外带电作业机器人包括机体11、安装在所述机体11上的控制箱体、在所述机体11顶部前方两端位置上同向安装的机械臂20、安装在所述机体11前侧的工具平台3、安装在所述机体11前方两侧的激光传感器4以及安装在所述机体11上的摄像云台。在所述机体11上方设有凹槽，在所述凹槽内通过卷簧安装有控制箱体，所述控制箱体可以通过所述卷簧实现在所述机体11上方的凹槽内的升降。
所述机械臂20为关节式机械臂，包括依次连接的上臂21、大臂22和前臂23；所述上臂21通过机械关节安装在所述室外带电机器人10的机体11的顶部，在所述前臂23内安装有驱动电机，在所述前臂23前端安装有绝缘杆24，,所述驱动电机的输出轴与所述绝缘杆24内安装的驱动杆连接，在所述绝缘杆24末端固定安装有与所述驱动杆连接的绝缘杆对接头25。在本发明中，在所述机械臂20各节臂外设有绝缘外壳。
图2为本发明中工具平台的结构示意图。如图2所示，所述工具平台3包括安装支架34、工具平板35以及拨爪33，所述工具平板35通过所述安装支架34安装在所述机体11前侧，在所述工具平板35上沿水平方向上均匀间隔设有若干用于放置工具32的工具槽31，在所述工具槽31两侧安装有立柱311，在本发明中，所述立柱311为圆锥形立柱。在所述工具平板35上竖直安装有拨爪板331，在所述拨爪板331两端安装固定板，在两固定板之间转动安装有传动杆335；在其中一侧固定板上安装有相互啮合的主动齿轮333和从动齿轮332，所述主动齿轮33与安装在所述固定板上的工具平台电机334的输出轴连接，所述从动齿轮332与所述传动杆335连接；在所述传动杆335上与所述工具槽31相对应的位置固定安装有传动锥齿轮336，在所述拨爪板331正面上与所述工具槽31相对应的位置安装有拨爪33，所述拨爪33通过轴承337安装在所述拨爪板331上，在所述拨爪板331背面上设有从动锥齿轮与所述拨爪33固定连接，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮336啮合。
如图3所示，所述工具32包括工具支架及对应的功能部，所述工具支架包括工具对接头321及工具安装板323，所述工具对接头321安装在所述工具安装板323上，在所述工具安装板323上设有与所述工具平台3上的立柱311相对应的工具安装孔324。在本发明中，所述工具对接头321与所述工具安装板323一体成型。在所述工具对接头321内设有与所述工具32的功能部通过丝杆连接的工具对接杆322，在所述工具对接杆322上设有对称设置的对准块；在所述工具对接头321上与所述工具平台3上的所述拨爪33对应位置设有圆槽，在所述圆槽内安装有锁紧块组件，所述锁紧块组件包括限位块，安装在所述限位块上用于实现所述锁紧块325水平复位的扭簧、分别安装在所述限位块内外侧的锁紧块325和拨爪块；所述锁紧块325的横截面呈长条形，且沿长边的两端呈与所述圆槽相适配的圆弧形。所述拨爪块包括两个上下对称布置的条形块，且所述拨爪33包括两个呈左右对称布置的扇形块；所述扇形块顶点之间的距离大于所述条形块的宽度，且转动时通过所述扇形块与所述条形块的侧面配合通过所述扇形块带动所述条形块传动。
在本发明中，在所述限位块上设置有角度为40°～90°的扇形限位槽，所述扭簧安装在所述扇形限位槽内，用于实现拨爪块40°在90°范围内的转动限制，进而实现所述锁紧块325由水平至竖直的转动限制。
图4为本发明中绝缘杆的结构示意图。如图4所示，本发明的绝缘杆对接头25通过驱动连接杆251安装在所述绝缘杆24末端，所述绝缘杆对接头25前端为对接套接头252，所述对接套接头252为套管结构，其外径与所述工具32的所述工具对接头321内径相配合；在所述对接套接头252上与所述工具32的所述锁紧块325相对应的位置开设有对接槽253，所述对接槽253包括相连通的进口槽和容纳槽，所述进口槽为喇叭状，其最窄处宽度大于所述锁紧块325横截面的宽度但小于所述锁紧块325的长度，所述容纳槽为圆形，其直径大于所述锁紧块325的长度；在所述容纳槽形成可容纳所述锁紧块325自由转动的空间，通过所述工具平台3上的所述工具平台电机334驱动所述拨爪33带动所述拨爪块转动，从而带动锁紧块325转动，实现所述锁紧块325与所述绝缘杆对接头25上的对接槽253的锁定和松脱切换。在所述对接套接头252内安装有与所述绝缘杆24内驱动杆连接的驱动对接头254，所述驱动对接头254为圆柱形结构，在所述驱动对接头254上对称设有与所述工具对接杆322上设置的对准块相对应的修正开槽255，如图5所示。在本发明中，所述修正开槽255为圆心角为10～90度的扇形槽。
所述激光传感器4转动安装在所述机体11前方两侧，通过所述激光传感器4进行三维上的点云数据采集，之后再进行建模和计算，得到整个室外带电作业机器人周边实际环境信息。
所述摄像云台包括后端摄像机以及前端摄像机，所述后端摄像机安装在所述机体11的后方，用于采集所述机械臂20的操作画面；所述前端摄像机安装在所述机体11前侧中间位于所述工具平台正上方位置，用于采集所述机械臂20进行操作时的画面。在本发明中，在所述前臂23前端还安装有辅助相机，对于所述机械臂20进行操作时的画面进行辅助捕捉，从而实现画面补偿。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (10)

1.一种室外带电作业机器人，其特征在于：包括机体(11)、安装在所述机体(11)上的控制箱体、在所述机体(11)顶部前方两端位置上同向安装的机械臂(20)、安装在所述机体(11)前侧的工具平台(3)、安装在所述机体(11)前方两侧的激光传感器(4)以及安装在所述机体(11)上的摄像云台；
所述机械臂(20)为关节式机械臂，包括依次连接的上臂(21)、大臂(22)和前臂(23)；在所述前臂(23)内安装有驱动电机，在所述前臂(23)前端安装有绝缘杆(24)，所述驱动电机的输出轴与所述绝缘杆(24)内安装的驱动杆连接，在所述绝缘杆(24)末端固定安装有与所述驱动杆连接的绝缘杆对接头(25)；
所述工具平台(3)包括工具平板(35)及拨爪(33)，所述工具平板(35)通过安装支架(34)安装在所述机体(11)前侧，在所述工具平板(35)上沿水平方向上均匀间隔设有若干用于放置工具(32)的工具槽(31)；在所述工具平板(35)上竖直安装有拨爪板(331)，在所述拨爪板(331)上与所述工具平板(35)上的工具槽(31)对应位置上转动安装有若干拨爪(33)；
所述工具(32)包括工具对接头(321)及对应的功能部，在所述工具对接头(321)内设有与所述工具(32)的功能部通过丝杆连接的工具对接杆(322)，在所述工具对接杆(322)上设有对称设置的对准块；在所述工具对接头(321)上与所述工具平台(3)上的所述拨爪(33)对应位置设有圆槽，在所述圆槽内安装有锁紧块组件，所述锁紧块组件包括限位块、分别安装在所述限位块内外侧的锁紧块(325)和拨爪块、安装在所述限位块上用于实现所述锁紧块(325)水平复位的扭簧；
所述绝缘杆对接头(25)安装在所述绝缘杆(24)末端，所述绝缘杆对接头(25)前端为对接套接头(252)，所述对接套接头(252)为套管结构，其外径与所述工具(32)的所述工具对接头(321)内径相配合；在所述对接套接头(252)上与所述工具(32)的所述锁紧块(325)相对应的位置开设有对接槽(253)；在所述对接套接头(252)内安装有与所述绝缘杆(24)内驱动杆连接的驱动对接头(254)，在所述驱动对接头(254)上对称设有与所述工具对接杆(322)上设置的对准块相对应的修正开槽(255)；
所述激光传感器(4)转动安装在所述机体(11)前方两侧，通过所述激光传感器(4)进行三维上的点云数据采集；
所述摄像云台包括后端摄像机以及前端摄像机，所述后端摄像机安装在所述机体(11)的后方，所述前端摄像机安装在所述机体(11)前侧中间位于所述工具平台正上方位置。
2.根据权利要求1所述的室外带电作业机器人，其特征在于：在所述工具槽(31)两侧安装有立柱(311)，所述工具(32)还包括工具安装板(323)，所述工具对接头(321)安装在所述工具安装板(323)上，在所述工具安装板(323)上设有与所述工具平台(3)上的立柱(311)相对应的工具安装孔(324)。
3.根据权利要求2所述的室外带电作业机器人，其特征在于：所述立柱(311)为圆锥形立柱。
4.根据权利要求1所述的室外带电作业机器人，其特征在于：在所述拨爪板(331)两端安装固定板，在两固定板之间转动安装有传动杆(335)，在其中一固定板上安装有驱动所述传动杆(335)的工具平台电机(334)；在所述传动杆(335)上与所述工具槽(31)相对应的位置固定安装有传动锥齿轮(336)，在所述拨爪板(331)正面上与所述工具槽(31)相对应的位置安装有拨爪(33)，所述拨爪(33)通过轴承(337)安装在所述拨爪板(331)上，在所述拨爪板(331)背面上设有从动锥齿轮与所述拨爪(33)固定连接，所述从动锥齿轮与所述传动锥齿轮(336)啮合。
5.根据权利要求4所述的室外带电作业机器人，其特征在于：在所述固定板上安装有相互啮合的主动齿轮(333)和从动齿轮(332)，所述主动齿轮(333)与安装在所述固定板上的工具平台电机(334)的输出轴连接，所述从动齿轮(332)与所述传动杆(335)连接。
6.根据权利要求1所述的室外带电作业机器人，其特征在于：在所述限位块上设置有角度为40°～90°的扇形限位槽，所述扭簧安装在所述扇形限位槽内。
7.根据权利要求1所述的室外带电作业机器人，其特征在于：所述锁紧块(325)的横截面呈长条形，且沿长边的两端呈与所述圆槽相适配的圆弧形。
8.根据权利要求1所述的室外带电作业机器人，其特征在于：所述拨爪块包括两个上下对称布置的条形块，且所述拨爪(33)包括两个呈左右对称布置的扇形块；所述扇形块顶点之间的距离大于所述条形块的宽度，且转动时通过所述扇形块与所述条形块的侧面配合通过所述扇形块带动所述条形块传动。
9.根据权利要求1所述的室外带电作业机器人，其特征在于：所述绝缘杆对接头(25)的所述对接套接头(252)上的对接槽(253)包括相连通的进口槽和容纳槽，所述进口槽为喇叭状，其最窄处宽度大于所述锁紧块(325)横截面的宽度但小于所述锁紧块(325)的长度，所述容纳槽为圆形，其直径大于所述锁紧块(325)的长度；在所述容纳槽形成可容纳所述锁紧块(325)自由转动的空间。
10.根据权利要求1所述的室外带电作业机器人，其特征在于：所述修正开槽(255)为圆心角在10～90度的扇形槽。
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