CN112260141A - 一种线上不停电作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线上不停电作业机器人。通过绝缘斗臂车或者其他举升装置送到配网线路上，通过机器人的夹紧行走装置固定在导线上，然后机器人本体与斗臂车或者其他举升装置脱离，自主在绝缘导线上行走；其通过安装在机器人两侧的剥皮作业工具臂和线夹安装作业工具臂来分别完成导线剥皮作业和线夹安装作业；通过自动识别绝缘导线，分步完成绝缘导线剥皮动作、线夹安装动作，最终完成配网接引线作业；同时其安装在两侧的工具也可以替换为断引线工具，来完成配网断引线作业；完成作业后机器人可以自主行走退回到回收点，依次完成三相作业。本机器人设计巧妙，结构紧凑，效率高效，适合于配网不停电作业中的断、接引作业。

Description

一种线上不停电作业机器人

技术领域

本发明涉及电力不停电作业领域，具体为解决配网10kV~20kV线路不停电断、接引作业的一种线上不停电作业机器人。

背景技术

当前国内电力行业中配网不停电作业已经非常普遍，其中带电断接引流线作业几乎占带电作业一半的工作量，而带电断接引作业面临的问题主要有：带电作业需求日益增大；人工作业劳动强度大；高空作业，存在高坠风险；高电压环境，存在高压触电风险；人工作业水平参差不齐，存在人为安全风险。不停电断接引作业机器人能在很大程度上改善以上问题。

目前国内不停电作业机器人大都采用绝缘斗臂车上安装双机械臂协作的方式进行，直接照搬人工作业流程，不断的更换工具头、定位、移动斗臂车、双臂配合等，作业时长比较长，工作效率低，存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线上不停电作业机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：一种线上不停电作业机器人，包括：机器人尾部组件、机器人本体、导线握持装置、线夹安装工具、剥皮作业工具、柔性回转平台、机器人装饰罩、高清变焦摄像头；所述机器人尾部组件安装在机器人本体末端，导线握持装置成对安装在机器人本体的一侧，两个柔性回转平台位于机器人本体的首端下方，且相对于机器人本体中轴对称分布，线夹安装工具及剥皮作业工具分别位于机器人本体的两侧，并通过旋转臂与柔性回转平台连接，机器人装饰罩位于机器人本体的首端，高清变焦摄像头通过机器人装饰罩 与机器人本体相连接，且高清变焦摄像头对称布局。

作为本发明进一步的方案，所述机器人尾部组件为机器人末端外罩，其还包括：电源开关、电池和朝上开口的C型开口，所述C型开口具有导向装置，用于让导线容易进入到机器人本体内部，同时其具备绝缘特性，不会影响机器人的正常工作。

作为本发明进一步的方案，所述机器人本体为一体成型圆筒状部件，中间为镂空设计，形状为C型结构，开口朝上，拥有导向外形，以方便导线进入内部，易于对准；其左侧有两个空腔分别安装了机器人控制系统和通讯系统；其右侧安装了两个导线握持装置，通过紧固件与机器人本体牢固连接；机器人本体两侧中间分别具有一个缺口，该缺口正好可以容纳线夹安装工具和剥皮作业工具；同时机器人本体在首端位置具有两个圆形凸台，以便安装柔性回转平台。

作为本发明进一步的方案，所述导线握持装置为本机器人在线上固定、行走的关键组件，其由主框架、行走驱动轮、下压板、夹紧导轮、第一挡块、驱动轴滑块、上压板和伸出驱动单元组成；所述下压板和上压板通过滑轨固定在主框架内部，两者同时与传动丝杆相连；行走驱动轮通过驱动轴与驱动轴滑块连接；第一挡块固定在下压板上；同时夹紧导轮固定在下压板上，其中心轴线与伸出的行走驱动轮的中心轴线重合；伸出驱动单元与驱动轴滑块都固定在上压板上。

作为本发明进一步的方案，所述的线夹安装工具为线上作业机器人接引线的线夹作业工具，包括线夹安装本体、专业线夹、固定底座、驱动单元、限位块、第二挡块和作业右摆臂；其中线夹安装本体与驱动单元同固定底座相连接，专业线夹固定在线夹安装本体上，其内部的螺栓与线夹安装本体中的套筒相连；固定底座与作业右摆臂相连，通过摆臂线夹安装工具可以进行回转运动；其中限位块安装在固定底座的上部，主要是起到防止线夹安装本体向上运动脱出的作用；第二挡块固定在作业右摆臂的末端，起到限定摆臂运动角度的作用。

作为本发明进一步的方案，所述剥皮作业工具包括剥皮器头部组件、传动丝杠、导线上夹具、导线下夹具、剥皮刀、导线测厚装置、剥皮驱动模块、滑动组件、回复弹簧、固定拉板、第三挡块和作业左摆臂；剥皮器头部组件是具有C型开口结构的运动组件，其内置的C型齿轮可以在C型框架内部进行旋转运动；剥皮器头部组件安装在滑动组件上，可以在其上水平滑动；固定拉板固定在剥皮器头部组件底部，其同时与回复弹簧一端相连接；回复弹簧另一端与滑动组件末端底部相连；导线上夹具与导线下夹具通过连接件与剥皮器头部组件固定，同时两者安装在同一个传动丝杠上；传动丝杠上安装有一个环形结构，可以通过此结构人工扭动传动丝杠；剥皮刀和导线测厚装置一起安装在导线下夹具上，剥皮刀在导线下夹具上可以做小幅度回转运动，以便调整切入角度，导线测厚装置固定在导线下夹具的底部，并在下夹具突出一个测量平面，以保障测量的准确度；剥皮驱动模块安装在剥皮器头部组件的右下侧，通过多级传动齿轮为剥皮回转运动提供旋转动力；滑动组件连同安装在其上的剥皮器组件等零件一同固定在作业左摆臂的右半部分；同时第三挡块安装在作业左摆臂的左端，起到限定摆臂运动角度的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中的一种线上不停电作业机器人使用时，不需要对运行的配网线路进行停电操作，本机器人可脱离斗臂车或其他举升装置，直接在绝缘导线上自动行走、自动作业，工作人员可以在地面操作机器人进行带电断接引作业；且工作人员不需要携带其他专业辅助工具和经过长期培训配合，最少两位工作人员通过培训之后就可以操作本机器人进行配网不停电断接引作业。因而工作人员可以远程在带电情况下对配网线路进行不停电断接引作业，从而不会影响居民和企业的正常用电,提高了用户的满意度。

同时本发明可以适用于配网10kV~20kV线路城市、乡镇不同情况下的配网不停电断接引作业，大大增强了本机器人的适用性。总之本发明一种线上不停电作业机器人具有安全性好、使用方便、操作简单、结构紧凑、便于携带，作业效率高、适用范围广的特点 。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图（收拢状态）。

图2为本发明整体结构示意图（打开状态）。

图3为本发明导线握持装置示意图。

图4为本发明线夹安装作业工具示意图。

图5为本发明剥皮作业工具示意图。

具体实施方式

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、完整的阐述。

如图1-2所示，一种线上不停电作业机器人，包括：机器人尾部组件1、机器人本体2、导线握持装置3、线夹安装工具4、剥皮作业工具5、柔性回转平台6、机器人装饰罩7、高清变焦摄像头8；所述机器人尾部组件1安装在机器人本体2末端，导线握持装置3成对安装在机器人本体2的一侧，两个柔性回转平台6位于机器人本体2的首端下方，且相对于机器人本体2中轴对称分布，线夹安装工具4及剥皮作业工具5分别位于机器人本体2的两侧，并通过旋转臂与柔性回转平台6连接，机器人装饰罩7位于机器人本体2的首端，高清变焦摄像头8通过机器人装饰罩7 与机器人本体2相连接，且高清变焦摄像头8对称布局。

所述机器人尾部组件1为机器人末端外罩，其还包括电源开关、电池和朝上开口的C型开口，所述C型开口具有导向装置，用于让导线容易进入到机器人本体2内部。

所述机器人本体2为一体成型圆筒状部件，中间为镂空设计，形状为C型结构，开口朝上，拥有导向外形，用于导线进入内部，其左侧有两个空腔分别安装了机器人控制系统和通讯系统；机器人本体2两侧中间分别具有一个缺口，该缺口用于容纳线夹安装工具4和剥皮作业工具5，同时机器人本体2在首端位置具有两个圆形凸台，用于安装柔性回转平台6。

如图3所示，所述导线握持装置3由主框架31、行走驱动轮32、下压板33、夹紧导轮34、第一挡块35、驱动轴滑块36、上压板37和伸出驱动单元38组成；所述下压板33和上压板37通过滑轨固定在主框架31内部，两者同时与传动丝杆相连；行走驱动轮32通过驱动轴与驱动轴滑块36连接；第一挡块35固定在下压板33上；同时夹紧导轮34固定在下压板33上，夹紧导轮34中心轴线与伸出的行走驱动轮32的中心轴线重合；伸出驱动单元38与驱动轴滑块36均固定在上压板37上。

如图4所示，所述的线夹安装工具4包括线夹安装本体41、专业线夹42、固定底座43、驱动单元44、限位块45、第二挡块46和作业右摆臂47；其中线夹安装本体41与驱动单元44同固定底座43相连接，专业线夹42固定在线夹安装本体41上，专业线夹42内部的螺栓与线夹安装本体41中的套筒相连；固定底座43与作业右摆臂47相连，通过摆臂线夹安装工具可进行回转运动；其中限位块45安装在固定底座的上部，用于防止线夹安装本体41向上运动脱出；第二挡块46固定在作业右摆臂47的末端，用于限定摆臂运动角度。

如图5所示，所述剥皮作业工具5包括剥皮器头部组件51、传动丝杠52、导线上夹具53、导线下夹具54、剥皮刀55、导线测厚装置56、剥皮驱动模块57、滑动组件58、回复弹簧59、固定拉板510、第三挡块511和作业左摆臂512；剥皮器头部组件51是具有C型开口结构的运动组件，其内置的C型齿轮在C型框架内部进行旋转运动；剥皮器头部组件51安装在滑动组件58上，可在其上水平滑动；固定拉板510固定在剥皮器头部组件51底部，其同时与回复弹簧59一端相连接；回复弹簧59另一端与滑动组件58末端底部相连；导线上夹具53与导线下夹具54通过连接件与剥皮器头部组件51固定，同时两者安装在同一个传动丝杠52上；传动丝杠52上安装有一个环形结构，可通过此结构人工扭动传动丝杠；剥皮刀55和导线测厚装置56一起安装在导线下夹具54上，剥皮刀55在导线下夹具54上可做回转运动，用于调整切入角度，导线测厚装置56固定在导线下夹具54的底部，并在下夹具突出一个测量平面，用于保障测量的准确度；剥皮驱动模块57安装在剥皮器头部组件51的右下侧，通过多级传动齿轮为剥皮回转运动提供旋转动力；滑动组件58连同安装在其上的剥皮器组件51等零件一同固定在作业左摆臂512的右半部分；同时第三挡块511安装在作业左摆臂512的左端，用于限定摆臂运动角度。

本发明的使用方法步骤：使用本发明中的一种线上不停电作业机器人时,首先通过绝缘斗臂车或者其他举升装置将机器人举升到一定高度，靠近需要接引线作业的配网线路的其中一相线路。

确定好需要作业的导线后，高清变焦摄像头8捕捉到导线的图片信息，通过绝缘斗臂车手动调整或者其他举升装置自动调整位置、角度，使机器人本体2的C型开口正对绝缘导线，对准后，机器人继续向上抬升，直到绝缘导线完全进入机器人C口中，并触碰到机器人本体2中的传感器，表明此时机器人已经到达工作位置，下一步准备开始作业；

位于机器人本体2右半部两侧的两个导线握持装置3开始进行夹紧导线作业；上压板37和下压板33分别靠近主框架31的上下两边，此时握持装置为初始状态，且行走驱动轮32收缩在内部，并未伸出，便于导线进入机器人本体2中的C口内部；当检测到导线到位后，伸出驱动单元38为驱动轴提供旋转动力，同时驱动与驱动轴平行安装的伸缩传动丝杆，使驱动轴滑块36做直线运动，带动行走驱动轮32进行伸出运动，同时驱动轮也在作旋转运动，此时两者状态同时存在；

当行走驱动轮32的与导线方向平行的中心轴线到与夹紧导轮34中心轴线对齐后，伸缩传动丝杆与伸出驱动单元38脱开，但驱动轮轴一直与伸出驱动单元38相连，行走驱动轮32可以继续保持旋转运动；此时驱动轴滑块36与上压板37边沿位置中间间隙存在有弹簧，弹簧受到滑块的压缩力；此时行走驱动轮32到位，停止旋转运动；

主框架31内部的上压板37和下压板33上面有丝杆螺纹，同时连接在夹紧传动丝杆上，当传动丝杆进行旋转运动时，上压板37和下压板33同时沿传动丝杆作直线运动，上压板37带着行走驱动轮32往下运动，下压板33带着两个夹紧导轮34往上运动，两者同步位移，保证在夹紧导线的同时，让导线的轴心与机器人本体的轴心保持一致，这样机器人本体2就与夹紧的绝缘导线同心；同时当上下两个压板夹紧导线时，下压板33上的第一挡块35阻挡驱动轴滑块36，防止其往后回退，继续保持伸缩传动丝杆与伸出驱动单元38脱开，此时行走驱动轮32可以正常进行旋转运动。

当两个导线握持装置3夹紧导线之后，绝缘斗臂车或者其他举升装置上的加持装置释放机器人，与线上机器人硬连接脱开；此时线上不停电作业机器人就可以脱离绝缘斗臂车者其他举升装置，独立在导线上行走和进行其他作业，与地面进行无线通讯。

当线上不停电作业机器人在导线上移动到靠近引线位置后，高清变焦摄像头8捕捉到引线图像，确定好引线与机器人的距离之后，柔性回转平台6进行回转运动，利用作业左摆臂512将机器人本体2中的剥皮作业工具5回转180°从机器人本体内部直接平移到绝缘导线上，由于机器人本体2已经通过导线握持装置定心，相当于导线位置已经确认，从而使剥皮器头部组件51的C型开口直接卡到导线上。

剥皮作业工具5上的导线上夹具53和导线下夹具54安装在传动丝杠52上，当传动丝杠52旋转时，导线上夹具53和导线下夹具54同时进行直线运动，导线上夹具53往下运动，导线下夹具54往上运动，导线被上下夹具夹紧同时也被定心；与剥皮器头部组件51的旋转组件保持同心；此时安装在导线下夹具54上的导线测厚装置56贴紧绝缘导线，通过导线测厚装置56的侧量到的皮厚信息，经过计算，剥皮刀55的角度调整到合适的大小，然后剥皮驱动模块57开始驱动剥皮器头部组件51的回转组件，剥皮刀55开始跟随剥皮器头部组件51旋转进行剥皮作业。

当剥皮作业工具5作业时，随着剥皮的进行，剥皮器在导线上做螺旋进给运动，在作业左摆臂512上作平行于摆臂的直线滑动；通过高清变焦摄像头8观察到导线剥皮达到设定参数后，剥皮作业工具5停止剥皮作业；剥皮刀55开始进行退刀动作，脱离导线；剥皮驱动模块57反转，使剥皮器头部组件51的旋转组件回退到C型开口朝向导线位置；然后传动丝杠52反转，导线上夹具53和导线下夹具54与绝缘导线脱离；此时再通过柔性回转平台6旋转动作将作业左摆臂512回摆到机器人内侧，剥皮作业工具5也一起跟随运动，脱离绝缘导线，在此过程中通过摆臂上的回复弹簧59、固定拉板510，剥皮器头部组件51在作业左摆臂512上滑动，回退到初始状态；第三挡块511在整个剥皮作业过程中起到限定作业左摆臂512的摆动角度，为机械防护，此时机器人的剥皮作业完成。

剥皮作业完成之后，剥皮作业工具5回收到机器人本体2中；然后机器人本体2右端的柔性回转平台6进行回转运动，通过作业右摆臂47将线夹安装工具4回转180°从机器人本体2内部直接平移到绝缘导线上，由于机器人本体2已经通过导线握持装置3定心，相当于导线位置已经确认，从而使专业线夹42的C型开口直接卡到导线，同时线夹安装本体41其内置两个电动套筒单元模组，其中靠近绝缘导线一侧的电动套筒快速的将专业线夹42上的导线螺栓拧紧，从而使线夹一侧夹紧了导线；然后通过人工或者其他方式，将引线穿入到线夹42的另一侧C型孔，线夹安装本体41的电动套筒单元模组再将剩余的螺栓拧紧，从而达到安装线夹，完成接引线作业的目的。

线夹安装工具4作业时，专业线夹42夹紧导线、引线的工作顺序也可以为先安装引线，再安装主导线；此工作流程根据作业时现场工作条件可以进行灵活调整，最终达到提高工作效率的目的；当线夹安装工具4上的专业线夹42夹紧导线和引线之后，安装在固定底座43上的驱动单元44运动通过垂直摆臂方向的直线滑台运载线夹安装本体41向地面方向运动，与专业线夹42脱离；脱离线夹42之后，柔性回转平台6进行回转运动通过作业右摆臂47将线夹安装工具4回转180°回收到机器人本体2内部；在此过程中，安装在固定底座43上的驱动单元44运动通过垂直摆臂方向的直线滑台运载线夹安装本体41回到限位块45位置，此时线夹安装工具4恢复到初始收拢状态。

完成一相接引线作业后，线夹安装工具4中的专业线夹42可以通过人工或者自动的方式进行恢复安装，以便进行剩下两相的作业流程；重复上述流程，可以完成整个配网不停电接引线作业；线上不停电作业机器人可以将柔性回转平台6上安装的线夹安装工具4和剥皮作业工具5替换为断引线作业工具，未在本发明中详述，或者其他作业工具来完成断引线作业或者其他线上不停电作业；线夹安装工具4和剥皮作业工具5有独立的能源和通讯系统，可以在线上独立工作，且两者拥有公共的机械接口和通讯接口，不停电作业机器人可以将柔性回转平台6上安装的线夹安装工具4和剥皮作业工具5进行互换，以便适应不同道路方向的不停电接引线作业。

根据实际情况，可精确调节本机器人的行走、作业的速度，作业的位置也可以根据配网线路上的引线位置进行调节；辅助工具是无线远程控制箱，其与本机器人通过无线通信相连接，交换数据信息，工作人员可以通过无线远程控制箱的显示屏的实时图像，远程监控作业情况，通过肉眼观察辅助判断机器人工作是否正常，发现问题可通过控制箱上的急停开关及时紧急停止机器人工作，保证人员设备安全；工作人员还可以通过控制箱箱体中的液晶触摸板和控制手柄远程控制机器人行走及冲洗工作；且机器人所有的状态信息：伺服电机的工作状态、温度和机器人工作流程完成进度等信息都以数字符号显示在液晶触摸板上，以便工作人员监控机器人运行状况。

本发明设置有无线远程控制箱，工作人员可以通过无线控制箱上的液晶显示屏远程监控作业情况，通过肉眼观察辅助判断机器人工作是否正常，发现问题可及时紧急停止机器人工作；同时还可以通过控制箱中的液晶触摸板和控制手柄远程控制机器人行走及作业工作；因而工作人员可以远程在带电情况下对配网线路进行不停电断接引作业，从而不会影响居民和企业的正常用电,提高了用户的满意度。

使用本发明中的一种线上不停电作业机器人时，不需要对运行的配网线路进行停电操作，本机器人可脱离斗臂车或其他举升装置，直接在绝缘导线上自动行走、自动作业，工作人员可以在地面操作机器人进行带电断接引作业；且工作人员不需要携带其他专业辅助工具和经过长期培训配合，最少两位工作人员通过培训之后就可以操作本机器人进行配网不停电断接引作业。

同时本发明可以适用于配网10kV~20kV线路城市、乡镇不同情况下的配网不停电断接引作业，大大增强了本机器人的适用性。本发明一种线上不停电作业机器人具有安全性好、使用方便、操作简单、结构紧凑、便于携带，作业效率高、适用范围广的特点 。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种线上不停电作业机器人，其特征在于，包括：机器人尾部组件、机器人本体、导线握持装置、线夹安装工具、剥皮作业工具、柔性回转平台、机器人装饰罩、高清变焦摄像头；所述机器人尾部组件安装在机器人本体末端，导线握持装置成对安装在机器人本体的一侧，两个柔性回转平台位于机器人本体的首端下方，且相对于机器人本体中轴对称分布，线夹安装工具及剥皮作业工具分别位于机器人本体的两侧，并通过旋转臂与柔性回转平台连接，机器人装饰罩位于机器人本体的首端，高清变焦摄像头通过机器人装饰罩与机器人本体相连接，且高清变焦摄像头对称布局；所述导线握持装置由主框架、行走驱动轮、下压板、夹紧导轮、第一挡块、驱动轴滑块、上压板和伸出驱动单元组成；所述下压板和上压板通过滑轨固定在主框架内部，两者同时与传动丝杆相连；行走驱动轮通过驱动轴与驱动轴滑块连接；第一挡块固定在下压板上；同时夹紧导轮固定在下压板上，夹紧导轮中心轴线与伸出的行走驱动轮的中心轴线重合；伸出驱动单元与驱动轴滑块均固定在上压板上；所述的线夹安装工具包括线夹安装本体、专业线夹、固定底座、驱动单元、限位块、第二挡块和作业右摆臂；其中线夹安装本体与驱动单元同固定底座相连接，专业线夹固定在线夹安装本体上，专业线夹内部的螺栓与线夹安装本体中的套筒相连；固定底座与作业右摆臂相连，通过摆臂线夹安装工具可进行回转运动；其中限位块安装在固定底座的上部，用于防止线夹安装本体向上运动脱出；第二挡块固定在作业右摆臂的末端，用于限定摆臂运动角度。

2.根据权利要求1所述的一种线上不停电作业机器人，其特征在于，所述机器人尾部组件为机器人末端外罩，其还包括电源开关、电池和朝上开口的C型开口，所述C型开口具有导向装置，用于让导线容易进入到机器人本体内部。

3.根据权利要求1所述的一种线上不停电作业机器人，其特征在于，所述机器人本体为一体成型圆筒状部件，中间为镂空设计，形状为C型结构，开口朝上，拥有导向外形，用于导线进入内部，其左侧有两个空腔分别安装了机器人控制系统和通讯系统；机器人本体两侧中间分别具有一个缺口，该缺口用于容纳线夹安装工具和剥皮作业工具，同时机器人本体在首端位置具有两个圆形凸台，用于安装柔性回转平台。

4.根据权利要求1所述的一种线上不停电作业机器人，其特征在于，所述剥皮作业工具包括剥皮器头部组件、传动丝杠、导线上夹具、导线下夹具、剥皮刀、导线测厚装置、剥皮驱动模块、滑动组件、回复弹簧、固定拉板、第三挡块和作业左摆臂；剥皮器头部组件是具有C型开口结构的运动组件，其内置的C型齿轮在C型框架内部进行旋转运动；剥皮器头部组件安装在滑动组件上，可在其上水平滑动；固定拉板固定在剥皮器头部组件底部，其同时与回复弹簧一端相连接；回复弹簧另一端与滑动组件末端底部相连；导线上夹具与导线下夹具通过连接件与剥皮器头部组件固定，同时两者安装在同一个传动丝杠上；传动丝杠上安装有一个环形结构，可通过此结构人工扭动传动丝杠；剥皮刀和导线测厚装置一起安装在导线下夹具上，剥皮刀在导线下夹具上可做回转运动，用于调整切入角度，导线测厚装置固定在导线下夹具的底部，并在下夹具突出一个测量平面，用于保障测量的准确度；剥皮驱动模块安装在剥皮器头部组件的右下侧，通过多级传动齿轮为剥皮回转运动提供旋转动力；滑动组件连同安装在其上的剥皮器组件一起固定在作业左摆臂的右半部分；同时第三挡块安装在作业左摆臂的左端，用于限定摆臂运动角度。

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