CN110978003B - 一种带电作业机器人自动更换作业工具的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带电作业机器人自动更换作业工具的系统及方法，包括：带电作业平台，所述带电作业平台上分别设有作业机械臂和更换工具机构；所述更换工具机构包括转动部以及设置在转动部上的工具库；所述工具库内设有至少两种带电作业工具，每一种带电作业工具上均设有与作业机械臂末端接头相匹配的快换接头。本发明采用圆盘式快换接头更换工具，通过快速插拔实现工具的锁紧与定位，可实现带电作业机器人作业工具的自主快速更换功能。
Description
技术领域
本发明涉及高压带电作业机器人技术领域，尤其涉及一种带电作业机器人自动更换作业工具的系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
配网带电作业机器人主要用于完成绝缘导线剥皮、带电断接引流线、异物清除、更换跌落保险、修剪树枝、更换横担、更换变压器等作业任务，为了提高带电作业的自动化水平和安全性，减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对操作人员的人身威胁，从80年代起，国内外电力公司先后开展了对带电作业机器人的研究，操作人员在带电作业平台进行作业，带电作业工具的更换采用人工的方式完成，机械臂手爪和带电作业工具采用统一的结构形式，可完成各种带电作业工具的更换，适应性强，而且灵活方便。但其存在不足在于：带电作业工具形式多样，结构复杂，单个带电作业工具重量可达5-10kg，单人单臂抓握不便，在更换带电作业工具过程中效率较低，对作业工具的夹紧稳定性较差，从而导致带电作业效率低，存在工具掉落及夹伤作业人员的风险。
由此可见，现有研究技术中高压带电作业机器人仍存在较大的技术缺失，此种现状已经严重制约着带电作业机器人在电网中的实际应用与推广。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种带电作业机器人自动更换作业工具的系统及方法，该自动更换工具系统采用工具编码排序、工具识别与定位等技术完成各种工具自动更换任务。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种带电作业机器人自动更换作业工具的系统，包括：带电作业平台，所述带电作业平台上分别设有作业机械臂和更换工具机构；所述更换工具机构包括转动部以及设置在转动部上的工具库；所述工具库内设有至少两种带电作业工具，每一种带电作业工具上均设有与作业机械臂末端接头相匹配的快换接头。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种带电作业机器人自动更换作业工具的方法，包括：
根据接收到的更换作业工具的指令，通过编码匹配出相对应的作业工具；
转动工具库，将相对应的作业工具转动至设定的位置；
工具库位置锁紧；
控制作业机械臂移动至所述的作业工具位置并通过快换接头与之对接；
对接完成后，控制作业机械臂将所述的作业工具从工具库取出。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种带电作业机器人系统，包括：上述的自动更换作业工具的系统；或者，采用上述的自动更换作业工具的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用圆盘式快换接头更换工具，通过快速插拔实现工具的锁紧与定位，可实现带电作业机器人作业工具的自主快速更换功能。
工具库结构紧凑，提供了足够的工具储存量；采用工具编码排序、工具识别与定位等技术完成各种工具自动更换任务，提高带电作业工具的更换效率，省时省力，快捷方便，提高了带电作业机器人的作业效率。
附图说明
图1为本发明实施例一中带电作业机器人自动更换作业工具的系统结构示意图；
图2为本发明实施例一中快换接头对接示意图；
图3为本发明实施例一中自主更换工具的系统电气结构图；
其中，1.R端快换接头；2.机械手爪；3.G端快换接头；4.智能剥皮器；5.工具库；6.智能扳手；7.丝杆导轨副；8.旋转机构；9.绝缘子；10.带电作业平台；11.电控箱；12-1.作业机械臂；12-2.导线夹紧机械臂；101.R端电气连接接口；102.弹力球；103.卡柱；301.G端电气连接接口；302.卡箍；303.柱形卡槽。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种带电作业机器人自动更换工具的系统，包括：带电作业平台10，所述带电作业平台10上分别设有作业机械臂12-1和更换工具机构；所述更换工具机构包括转动部以及设置在转动部上的工具库5；所述工具库5内设有至少两种带电作业工具，每一种带电作业工具上均设有与作业机械臂12-1末端接头相匹配的快换接头。
示例性的，参照图1，带电作业平台10分别设有作业机械臂12-1、导线夹紧机械臂12-2、丝杆导轨副7、旋转机构8和工具库5；
其中，作业机械臂12-1和导线夹紧机械臂12-2均通过柱式绝缘子9与带电作业平台10连接，每个柱式绝缘子9上安装一台作业机械臂12-1，能够起到绝缘防护的作用，防止电流从作业机械臂12-1流入带电作业机器人系统。
作业机械臂12-1采用液压驱动，6自由度，具有自重轻、持重大，同时在作业机械臂12-1驱动方式上采用移动绝缘升降机构液压接口，减少电液能转换环节。
导线夹紧机械臂12-2末端安装机械手爪2用于夹紧绝缘导线，作业机械臂12-1末端夹持作业工具作业，双臂协调配合，大大提高带电作业效率。
丝杠导轨副安装在带电作业平台10上，旋转机构8安装在丝杆导轨副7的上侧，并能够沿丝杠导轨副移动。丝杆导轨副7包括电机、减速机、丝杠、导轨等，提供工具库5移动到合适位置的动力；需要进行作业工具更换时，控制旋转机构8沿着丝杆导轨副7向丝杆导轨副外侧移动，使得作业机械臂12-1能够更好地与作业工具对接；作业工具更换完成后，旋转机构8沿着丝杆导轨副7向丝杆导轨副内侧移动，回到初始位置。本领域可以理解，丝杆导轨副7的布设位置及长度根据作业机械臂12-1的位置以及对接的方便性确定。通过调节旋转机构8和丝杆导轨副7的位置，可将工具库5调整到合适的位置，以便于作业机械臂12-1更换工具。
旋转机构8是使得工具库5旋转到合适位置的动力。旋转机构8由带抱闸的步进电机作为动力源；需要进行作业工具更换时，控制直流电源为电机供电，抱闸打开，旋转机构8转动带动工具库5转动，通过检测每个工具的编码，确定需要更换的工具，将工具旋转到进行工具更换的位置；通过编码器的检测，可使每个工具准确停在更换工具位置；工具库5转动到位后，电机停止，抱闸锁紧，使得工具库5准确定位后不再发生移动，实现工具库5的夹紧定位。
工具库5内根据作业需要放置有若干作业工具，包括：智能剥皮器4、智能扳手6等，采用工具模块化、标准化、系列化的综合设计，具有统一的机械接口和电气接口，适合作业机械臂12-1自动更换工具，实现配电带电断接引线、更换绝缘子9、更换跌落保险、清除异物等带电作业任务。
参照图2，快换接头包括R端快换接头1和G端快换接头3，R端快换接头1安装在作业机械臂12-1末端侧，G端快换接头3安装在工具侧。R端快换接头1包括R端电气连接接口101、弹力球102、卡柱103，G端快换接头3包括G端电气连接接口301、卡箍302、柱形卡槽303。在控制系统的控制下，卡柱103与柱形卡槽303精确对准并完全插入，弹力球102结构进入到卡箍302内，起到锁紧作用，R端电气连接接口101与G端电气连接接口301相结合并接通，可实现作业工具与带电作业机器人系统的通信。通过圆盘式快换接头的作用，可快速插拔实现工具的锁紧与定位，实现带电作业机器人系统作业工具的自主快速更换功能，省时省力，快捷方便。
带电作业平台10上还设有电控箱11，电控箱11内安装有驱动系统、带电作业机器人通信模块等。带电作业机器人通信模块可实现带电作业平台10与地面操控站的控制信号、检测视频信号等信息通信功能。
参照图3，驱动系统包括嵌入式控制器、电机驱动器、步进电机、原点开关、传动机构、抱闸等组成。
嵌入式控制器采用DSP TMS320F2407芯片+MCX314运动控制芯片。
电机驱动器的输出采用正负脉冲形式，电机采用两相混合式步进电机。
DSP芯片的数据总线、地址总线、控制总线与运动控制芯片的数据总线、地址总线、控制总线相连。
运动控制芯片与电机驱动器、原点开关相连。电机驱动器与步进电机相连，步进电机分别与传动机构、抱闸相连，传动机构与更换工具机构相连。
本实施例带电作业机器人自动更换工具的系统，采用圆盘式快换接头更换工具，通过快速插拔实现工具的锁紧与定位，可实现带电作业机器人作业工具的自主快速更换功能；工具库5结构紧凑，提供了足够的工具储存量；采用工具编码排序、工具识别与定位等技术完成各种工具自动更换任务，提高带电作业工具的更换效率，省时省力，快捷方便，提高了带电作业机器人的作业效率。
在另一些实施方式中，公开了一种带电作业机器人系统，其包括了上述的自动更换作业工具的系统。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种带电作业机器人自动更换工具的方法，包括：工具选取、工具定位和工具更换三个过程。
1)工具选取
按照工艺要求依次将所用的工具放入工具库5中，对每个工具进行编码，按照工具库5的编码进行选择工具。作业时按编码挑选工具，已经使用过的工具放回到原来的工具库5内。
2)工具定位
根据接收到的更换作业工具的指令，通过编码匹配出相对应的作业工具；
转动工具库5，将相对应的作业工具转动至设定的位置；
工具库5位置锁紧；
起动更换工具机构，驱动电机正转或反转回到原点位置。进行下发选择工具命令，电机转动准确停在更换工具位置。
3)工具更换
作业机械臂12-1启动，精确运动到工具更换位置，通过作业机械臂12-1末端的圆盘式快换接头实现快速拨插，完成工具更换动作。圆盘式快换接头带有机械粗定位和精定位结构，作业机械臂12-1实现精确定位。
上述过程的具体实现方式参照实施例一中的方法，此处不再赘述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种带电作业机器人自动更换作业工具的系统，其特征在于，包括：带电作业平台，所述带电作业平台上分别设有作业机械臂和更换工具机构；所述更换工具机构包括转动部以及设置在转动部上的工具库；所述工具库内设有至少两种带电作业工具，每一种带电作业工具上均设有与作业机械臂末端接头相匹配的快换接头；所述工具库内的每个工具都具有唯一的编码，根据接收到的编码确定需要进行更换的作业工具；
所述带电作业平台上还设有导轨，转动部设置在所述导轨上，进行作业工具更换时，控制转动部沿着所述导轨向靠近作业机械臂末端的方向滑动；作业工具更换完毕后，控制转动部沿着所述导轨滑动回初始位置；
所述作业机械臂末端设有第一快换接头，作业工具末端设有第二快换接头，第一快换接头与第二快换接头配合实现作业工具的快速拔插；
所述第一快换接头和第二快换接头上分别设有相互匹配的锁紧件、卡接件和电气连接接口，用于实现作业机械臂与作业工具之间的锁紧定位与通信。
2.如权利要求1所述的一种带电作业机器人自动更换作业工具的系统，其特征在于，所述带电作业平台上还设有第二机械臂，第二机械臂通过绝缘件与带电作业平台连接，所述第二机械臂末端设有机械手爪，用于辅助作业机械臂的带电作业。
3.如权利要求1所述的一种带电作业机器人自动更换作业工具的系统，其特征在于，所述作业机械臂通过绝缘件与带电作业平台连接。
4.如权利要求1所述的一种带电作业机器人自动更换作业工具的系统，其特征在于，所述转动部通过带有抱闸的步进电机作为动力源，转动部接收到更换作业工具的指令后，步进电机通电，抱闸打开；转动到位后，步进电机失电，抱闸锁紧，实现对工具库的定位。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的带电作业机器人自动更换作业工具的系统的工作方法，其特征在于，包括：
根据接收到的更换作业工具的指令，通过编码匹配出相对应的作业工具；
转动工具库，将相对应的作业工具转动至设定的位置；
工具库位置锁紧；
控制作业机械臂移动至所述的作业工具位置并通过快换接头与之对接；
对接完成后，控制作业机械臂将所述的作业工具从工具库取出。
6.一种带电作业机器人系统，其特征在于，包括：权利要求1-4任一项所述的自动更换作业工具的系统；或者，采用权利要求5所述的工作方法。
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