CN112372619B - 带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人及操作方法 - Google Patents

Abstract

本专利公布了带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人及操作方法，机器人包括移动平台(1)、执行单元、操作控制单元和视频监控单元；移动平台(1)包括平台体(104)，在平台体(104)上设置有直流电源(6)、控制器(7)、液压动力源、工业交换机(5)和第一无线通讯模块(8)，控制器(7)依次与工业交换机(5)和第一无线通讯模块(8)电连接，液压动力源给机器人各液压执行部件提供动力；在控制器(7)内设置有串口服务器(701)，控制器(7)通过串口服务器(701)分别与执行单元、行走电机(105)和液压动力源中的电机驱动器(702)电连接；其优点是：自动化程度大大提高，操作人员在地面上远程操作。

Description

带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人及操作方法

技术领域

本专利涉及一种高压输电线路更换绝缘子工具，特别是一种带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人。

背景技术

我国自1954年开展带电作业六十多年以来，一直采用专业人员身穿屏蔽服及依托绝缘工机具进入强电场更换劣化、低值零值绝缘子，存在着人员风险及工机具笨重的缺点；随着国家电网输电线路电压等级越来越高，采用电压为330kV-1000kV的远距离输送电力的超高压和特高压交直流电力线路越来越多，但特高压和超高压输电线路的耐张绝缘子现在大多使用420kN、530kN、550kN吨位的绝缘子，单片绝缘子的重量达到17kg到22kg，施工人员仅仅是提起绝缘子就已经非常费力，不借助其它工具几乎无法对劣化绝缘子进行更换，而施工所使用的工具也是非常的笨重。所以传统的等电位人工作业方法即使采用停电工作也非常困难，人工作业方法不但劳动强度大，而且施工人员的工作环境还非常危险。

近几年来，电力系统相继研制出并投入使用的特种机器人可用于输电线路的检修作业，如除冰机器人、绝缘子检测机器人、载人作业机器人、巡线机器人等，但是用于更换绝缘子的机器人尚在研制中，目前已经可以实现在绝缘子串上行走，可以在高空运送绝缘子，自动卡持(液压收紧)绝缘子，但还在实验阶段，还很不完善，而且所说的机器人目前仅仅是代替部分人工操作，如申请号为202010147802.0、专利名称为“带电更换特高压和超高压耐张单片绝缘子机器人用卡具”的中国专利就公开了一种用于更换绝缘子机器人用卡具，其实质是一种自动液压收紧装置，对需要更换的绝缘子的两端相邻的绝缘子自动收紧，但是还需要施工人员在机器人移动平台上人工辅助操作，人工拔销和人工把劣化的绝缘子从绝缘子串中摘除后再人工安装新的绝缘子，特别是还需要人工把绝缘子从绝缘子串中取出，在高空操作时转动绝缘子瓷瓶的难度很大，工人的劳动强度大，工作效率低。

为此，更换绝缘子机器人的自动化功能还需要进一步研发，使更换绝缘子机器人更加智能，减少人员的参与工作量。

发明内容

本专利的目的就是设计一种带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，人员只需要在地面操控就可以实现高空更换绝缘子的全程自动化。

本专利的技术方案是：带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：包括移动平台、执行单元、操作控制单元和视频监控单元；

所述移动平台包括平台体，在平台体上设置有直流电源、控制器、液压动力源、工业交换机和第一无线通讯模块，控制器依次与工业交换机和第一无线通讯模块电连接，液压动力源给机器人各液压执行部件提供动力；在控制器内设置有串口服务器，控制器通过串口服务器分别与执行单元、行走电机和液压动力源中的电机驱动器电连接；

所述执行单元包括设置在移动平台上的皮带行走机构、绝缘子自动收紧卡具、机械臂、转瓶器、拔销器，所述皮带行走机构包括在平台体的下方设置的左行走带轮、右行走带轮和两组导向带轮，所述左行走带轮和右行走带轮分别布置在双串耐张绝缘子串的左侧绝缘子串的瓷瓶和右侧绝缘子串的瓷瓶上，每组行走带轮的皮带纵向贴合在3到6个绝缘子瓷瓶顶部，行走带轮通过行走电机驱动，从而驱动移动平台在绝缘子串上行走；两组导向带轮的皮带卡持在双串耐张绝缘子右侧绝缘子串的瓷瓶上部两侧，移动平台在绝缘子串上行走时，导向带轮沿该绝缘子串滑动并对移动平台行走进行导向和定位；

所述视频监控单元是设置在移动平台上的多个摄像头，每个摄像头分别通过工业交换机与第一无线通讯模块电连接，每个摄像头的视频信号通过工业交换机和第一无线通讯模块发送到操作控制单元；

所述操作控制单元包括远程设置的工控机和摇杆，工控机安装有机器人控制软件，用于控制指令的解析、收发、八通道视频数据的解码与播放，屏幕手动操作自动完成画面切换，实现人机交互；工控机内设置有开关量输入模块和第二无线通讯模块，摇杆与开关量输入模块电连接，第二无线通讯模块和第一无线通讯模块之间无线通讯；

所述皮带行走机构还包括一行走带轮平移机构和平台支撑机构，左侧绝缘子串上的左行走带轮安装在两根横向布置的液压推杆上，控制器控制液压推杆动作，左行走带轮垂直于绝缘子串向左右移动形成行走带轮平移机构；在平台体与左侧绝缘子串的绝缘子瓷瓶顶部之间设置有支撑块，所述支撑块通过支撑电机驱动上下移动，所述支撑电机与控制器电连接，从而形成平台支撑机构；

所述拔销器是在液压拉杆的端部设置一勾头构成，液压拉杆的液压缸固定在机械臂上，液压拉杆的液压源与机器人液压动力源连接；

所述摇杆为两只，其中一只用于控制通道切换，另一只用于机器人动作操控，摇杆的控制信号经开关量输入模块后转换为RS232通信数据发送给工控机，工控机将接收到的数据进行解析后转换为控制指令并通过第二无线通讯模块发送给机器人执行单元；

所述控制器的电机驱动器识别是指令目标地址及数据的完整性，如果数据无误便按照指令操作启动输出，完成各操作元件动作；当发生堵转、过流、限位异常情况时，该电机驱动器会自动启动保护功能，确保动作执行的安全；

所述转瓶器为两个，分别通过第二固定杆和第二液压伸缩杆连接在移动平台的下方，两个转瓶器平行设置，间距与相邻的两个绝缘子之间的间距相同；

所述机械臂包括依次首尾铰接的第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂，在第一关节臂和第二关节臂之间设置第二液压推杆形成第二连杆机构，在第二关节臂和第三关节臂之间设置第三液压推杆形成第三连杆机构；第一关节臂的根部连接在支座上，并连接支座电机形成转动配合；支座铰接在平台体上，在支座与平台体之间设置第一液压推杆形成第一连杆机构；抱爪通过旋转轴连接在第三关节臂的端部，在旋转轴上设置有抱爪电机，抱爪可以饶旋转轴旋转；所述抱爪是由一端带有圆柱齿轮的两个半圆弧钳臂分别通过齿轮轴铰接在抱爪体上形成的可开合的弧形钳口，弧形钳口的形状与绝缘子的钢帽相适配；两个钳臂端部的圆柱齿轮啮合，其中一个齿轮轴与齿轮电机轴连接；第一液压推杆、第二液压推杆和第三液压推杆的液压源分别与机器人液压动力源连接，支座电机、抱爪电机、齿轮电机分别与控制器电连接；

所述绝缘子自动收紧卡具包括前卡、后卡、调节丝杠和液压收紧器，调节丝杠和液压收紧器分别通过螺栓刚性连接在前卡和后卡的两端，调节丝杠的端部铰接在第一固定杆的下端，该第一固定杆的上端刚性连接在移动平台的下方；第一液压伸缩杆的下端铰接在前卡或者后卡的卡体上，该第一液压伸缩杆的上端铰接在移动平台的下方，第一液压伸缩杆的液压源与机器人液压动力源连接。

述转瓶器包括卡爪体、第二液压伸缩杆、第二固定杆，所述卡爪体的侧面为内圆弧形，在内圆弧上设置有两个摩擦轮，两个摩擦轮通过电机驱动同向旋转，所述电机与控制器电连接；在卡爪体上固定连接有卡爪臂，该卡爪臂的端部铰接在所述第二固定杆的下端，该第二固定杆的上端刚性连接在移动平台的下方；所述第二液压伸缩杆的下端铰接在卡爪臂上，该第二液压伸缩杆的上端铰接在移动平台的下方，第二液压伸缩杆的液压源与机器人液压动力源连接；

带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人操作方法如下：

1)把更换绝缘子机器人放置到耐张双串绝缘子上；

2)在地面操作控制单元，切换摄像头视频到移动平台的皮带行走机构区域，通过摇杆驱动行走电机动作，使移动平台移动到需要更换的绝缘子处；

3)切换摄像头视频到绝缘子自动收紧卡具区域，通过摇杆操作控制卡具装卡，使卡具卡持在绝缘子钢帽上，收紧液压收紧器，收紧需要更换的绝缘子两侧相邻的绝缘子；

4)切换摄像头视频到转瓶器区域，通过摇杆操作转动相应的绝缘子，使该绝缘子R销朝上；

5)切换摄像头视频到拔销器和需要拔R销的绝缘子，操作摇杆移动机械臂，利用机械臂的抱爪抵住绝缘子钢帽，再操作摇杆，用拔销器的勾头拔出绝缘子的R销；

6)切换摄像头视频到机械臂和需要更换的绝缘子区域，操作摇杆控制机械臂平移、旋转、伸缩，取出绝缘子放至旧绝缘子托架；

7)安装新绝缘子步骤与上述步骤相反。

本专利的优点是：机器人能自动完成在绝缘子串上行走、绝缘子卡持收紧、转瓶、拔销、摘除和安装新绝缘子等全套更换绝缘子操作，自动化程度大大提高；操作人员在地面上就可以远程操作，整个机械动作过程通过视频监控单元(网络摄像头)将画面实时传送至操作控制单元工控机屏幕上，实现了可视化操控，更好的确保了操作执行的安全性及可靠性。

附图说明

图1为移动平台及执行单元连接示意图；

图2为移动平台结构示意图；

图3为转瓶器与移动平台连接状态示意图；

图4为绝缘子自动收紧卡具与移动平台连接状态示意图；

图5为绝缘子自动收紧卡具和转瓶器工作状态示意图(俯视)；

图6为机械臂和拔销器与移动平台连接状态示意图；

图7为机械臂和拔销器工作状态示意图；

图8为移动平台及机器人执行单元控制原理图；

图9为远程操作控制系统原理图；

图中：1-移动平台；101-左行走带轮；102-导向带轮；103-右行走带轮；104-平台体；105-行走电机；106-液压推杆；2-绝缘子；3-转瓶器；301-卡爪体；302-摩擦轮；303-链轮；304-卡爪臂；305-电机；306-双联链轮；307-传动链条；308-第二液压伸缩杆；309-第二固定杆；4绝缘子自动收紧卡具；401-前卡；4011-上盖；4012-卡体；402-调节丝杠；403-后卡；404-液压收紧器；405-第一液压伸缩杆；406-第一固定杆；5-工业交换机；6-直流电源；7-控制器；701-串口服务器；702-电机驱动器；8-第一无线通讯模块；9-机械臂；901-第一关节臂；902-第二关节臂；903-第三关节臂；904-抱爪；905-支座；10摄像头；11-R销；12-拔销器；121-液压拉杆；122-勾头；13-摇杆；14-工控机；141-触摸屏；142-第二无线通讯模块；15-电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本专利所述带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人包括机器人移动平台1、机器人执行单元、操作控制单元和视频监控单元；

更换单片绝缘子2时，把机器人移动平台1放置到平行的耐张双串绝缘子串上，如图1、图2、图5所示，在机器人移动平台1的平台体104上设置有工业交换机5、直流电源6、控制器7、第一无线通讯模块8、机器人液压动力源以及放置待更换的新的绝缘子座架等，移动平台1的平台体104下方设置有左行走带轮101、右行走带轮103和两组导向带轮102，右行走带轮103、左行走带轮101和导向带轮102均是在多个带轮的外圆上设置皮带跨多个绝缘子2的瓷瓶构成的皮带行走机构，其中两组导向带轮102成一定角度(约90度)布置，卡持在一组绝缘子串(右侧绝缘子串)上的多个(通常为三到六个)绝缘子2的瓷瓶两侧，起到导向和定位作用；左行走带轮101和右行走带轮103分别置于两组绝缘子串上多个(通常三到六个)绝缘子2的瓷瓶的顶部，行走带轮的带轮上设置有行走电机105，通过行走电机105驱动两组行走带轮在绝缘子串上沿导线方向移动。

所述机器人执行单元包括皮带行走机构、绝缘子自动收紧卡具4、机械臂9、转瓶器3、拔销器12；如图8所示，控制器7内设置有串口服务器701和执行单元中各电机驱动器，控制器7通过串口服务器701分别与机器人执行单元、移动平台1上的行走电机105和液压动力源中的电机驱动器电连接；每个电机驱动器分别与串口服务器701通过RS485接头连接，串口服务器701依次与工业交换机5和第一无线通讯模块8电连接，液压动力源给机器人各液压执行部件提供动力；

如图3所示，所述转瓶器3包括卡爪体301、第二液压伸缩杆308、第二固定杆309，所述卡爪体301的侧面为内圆弧形，在内圆弧上设置有两个摩擦轮302，两个摩擦轮302通过电机305驱动同向旋转，所述电机305与机器人的控制器7电连接；在卡爪体301上固定连接有卡爪臂304，该卡爪臂304的端部铰接在所述第二固定杆309的下端，该第二固定杆309的上端刚性连接在机器人的移动平台1的下方；所述第二液压伸缩杆308的下端铰接在卡爪臂304上，该第二液压伸缩杆308的上端铰接在移动平台1的下方，第二液压伸缩杆308的液压源与机器人液压动力源连接；第二液压伸缩杆308收缩带动卡爪臂304向上移动，使两个摩擦轮302的轮缘卡持在绝缘子2的钢帽外圆周上；在每个摩擦轮302的轮轴上固定设置一个链轮303，该摩擦轮302随同该链轮303同步旋转；在电机305的输出轴上固定设置有双联链轮306，该双联链轮306的两个链轮随电机305输出轴同步旋转；双联链轮306的其中一个链轮与一个摩擦轮302轮轴上的链轮通过一根传动链条307连接形成链条传动，双联链轮306上的另一个链轮与另一个摩擦轮302轮轴上的链轮通过另一根传动链条307连接形成链条传动。

机器人控制器7控制第二液压伸缩杆308动作，第二液压伸缩杆308收缩带动卡爪臂304向上移动，使两个摩擦轮302的轮缘卡持在绝缘子2的钢帽201的外圆周上；控制器7发出转瓶指令，电机305驱动两个摩擦轮同向旋转，从而带动绝缘子2转动；电机305正向旋转时转瓶器3所卡持的绝缘子2顺时针转动，电机305反向旋转则绝缘子2逆时针转动。为了增加两个摩擦轮302与绝缘子钢帽201之间的摩擦力，在两个摩擦轮的轮缘上设置有橡胶层。

根据现场施工经验，通常情况下，更换单片绝缘子2时，需要转动该单片绝缘子2和其前方相邻的绝缘子2，为了操作方便，所述转瓶器3设置成两个，如图5所示，分别通过第二固定杆309和第二液压伸缩杆308连接在机器人移动平台1平台体104的下方，两个转瓶器3平行设置，间距与相邻的两个绝缘子2之间的间距相同。这样，更换单片绝缘子2时，绝缘子收紧卡具4只需一次卡持收紧，就可以分别转动需要更换的单片绝缘子2和该绝缘子2前方相邻的绝缘子2，工作效率大幅提高。

如图4、图5所示，所述绝缘子自动收紧卡具4包括前卡401、后卡403、调节丝杠402和液压收紧器404，调节丝杠402和液压收紧器404分别通过螺栓刚性连接在前卡401和后卡403的两端，调节丝杠402的端部铰接在第一固定杆406的下端，该第一固定杆406的上端刚性连接在机器人的移动平台1的下方；所述第一液压伸缩杆405的下端铰接在前卡401或者后卡403的卡体4012上，该第一液压伸缩杆405的上端铰接在移动平台1的下方，第一液压伸缩杆405的液压源与机器人液压动力源连接；第一液压伸缩杆405收缩带动绝缘子自动收紧卡具4向上移动，使两个前卡401和后卡403的卡体4012分别卡持在两个绝缘子2的钢帽外圆周上后，前卡401和后卡403的上盖4011分别自动闭合，控制器7控制锁紧螺母转动，把前卡401和后卡403分别卡持在需要更换的劣化的单片绝缘子2相邻两侧的绝缘子2上锁紧，按跨四卡三的原则，机器人操纵绝缘子收紧卡具4，调整调节丝杠402调整前卡401和后卡403之间的距离，使后卡403卡持在需要更换的劣化绝缘子2的后端相邻的绝缘子2的钢帽上，前卡401卡持在需要更换的劣化绝缘子2的前端第二个绝缘子2的钢帽上，液压收紧器404收紧后，需要更换的劣化单片绝缘子2及其前端相邻的绝缘子2上的张力松弛。

如图1、图6所示，所述机械臂9是由三段关节臂和抱爪904依次连接构成，第一关节臂901的根部连接在支座905上，支座905与机器人移动平台1的平台体104铰接，在支座905上设置有第一液压推杆，第一液压推杆的端部铰接在平台体104上形成第一连杆机构，从而使支座905可左右摆动；第一关节臂901的根部轴头安装在支座905上轴孔内，根部轴头上连接有支座电机，支座电机旋转带动第一关节臂901转动；第二关节臂902的根部与第一关节臂901的头部铰接，在第二关节臂902上设置有第二液压推杆，第二液压推杆的端部铰接在第一关节臂901上形成第二连杆机构，第一液压推杆伸缩第二关节臂902可相对于第一关节臂901上下摆动；第三关节臂903的根部与第二关节臂902的头部铰接，在第三关节臂903上设置有第三液压推杆，第三液压推杆的端部铰接在第二关节臂902上形成第三连杆机构，第三液压推杆伸缩第三关节臂903可相对于第二关节臂902上下摆动；抱爪904通过旋转轴连接在第三关节臂903的头部，在旋转轴上设置有抱爪电机，抱爪904可以饶旋转轴旋转，所述抱爪904是由一端带有圆柱齿轮的两个半圆弧钳臂分别通过齿轮轴铰接在抱爪体上形成的可开合的弧形钳口，弧形钳口的形状与绝缘子2的钢帽相适配；两个钳臂端部的圆柱齿轮啮合，其中一个齿轮轴与齿轮电机的电机轴连接；第一液压推杆、第二液压推杆和第三液压推杆的液压源分别与机器人液压动力源连接。支座电机、抱爪电机、齿轮电机分别与控制器7电连接。

使用机械臂9摘取绝缘子2时，分别调整第一关节臂901、第二关节臂902、第三关节臂903和抱爪904的位置，使抱爪904卡持在该绝缘子2的钢帽上并收拢钳口，再通过机械臂9左右、上下晃动，使需要更换的绝缘子2与相邻的两个绝缘子中脱开后，最后再抬起机械臂9把该绝缘子2吊起并放置到移动平台上的绝缘子搁架上，换上新的绝缘子2。

如图1、图6、图7所示，拔销器12是在液压拉杆121的端部设置一勾头122构成，液压拉杆121的液压缸固定在机械臂9上，液压拉杆121的液压源与机器人液压动力源连接。拔R销11时，操作机械臂9和液压拉杆121，使液压拉杆121端部的勾头122勾住R销11的头部环中，再收回液压拉杆121，R销11就可以拔出。

为了防止机械臂9工作时，左侧绝缘子串上的左行走带轮101对机械臂9动作的空间干涉，所以设置皮带平移机构和平台支撑机构；所述移动平台1的皮带行走机构还包括一行走带轮平移机构和平台支撑机构，左侧绝缘子串上的左行走带轮101安装在两根横向布置的液压推杆106上，控制器7控制液压推杆106动作，该左行走带轮101垂直于绝缘子串左右移动形成行走带轮平移机构；在移动平台1的平台体104与左侧绝缘子串的绝缘子瓷瓶顶部之间设置有支撑块，支撑块通过支撑电机驱动可以上下移动，支撑电机与控制器7电连接，从而形成支撑机构；当左行走带轮101横向向左移动离开绝缘子串前，支撑电机动作，支撑块替代左行走轮101支撑在左侧绝缘子顶部和平台体104之间，移动平台1需要移动时，液压推杆106收回左行走带轮101退回到左侧绝缘子瓷瓶的顶部，支撑电机带动支撑快抬起。

如图1、图8所示，所述视频监控单元包括设置在移动平台上的多个摄像头10，每个摄像头10分别通过工业交换机5与第一无线通讯模块8电连接，每个摄像头10的视频信号通过工业交换机5和第一无线通讯模块8发送到操作控制单元；视频监控单元用于地面或者远程操作时，实时监控各执行机构的状态和动作执行情况。

如图9所示，所述操作控制单元包括远程设置的工控机14和摇杆13，工控机14安装有机器人控制软件，用于控制指令的解析、收发、八通道视频数据的解码与播放，工控机14设置有触摸屏141，方便实现人机对话，触摸屏141手动操作自动完成画面切换，实现人机交互；工控机14内设置有开关量输入模块和第二无线通讯模块142，摇杆13与开关量输入模块通过RS232接口连接，第二无线通讯模块142和第一无线通讯模块8之间无线通讯，通过工控机14内置软件、人机界面操作配合摇杆13手动操作发出控制指令，控制指令依次通过第二无线通讯模块142、第一无线通讯模块8发送到控制器7。所述摇杆13为两只，其中一只用于控制通道切换，另一只用于机器人动作操控，摇杆13的控制信号经开关量输入模块后转换为RS232通信数据发送给工控机7。操作控制单元通过视频监控单元可以实时切换到相应的摄像头画面，方便操作和监控。

所述机器人控制器7的电机驱动器702识别是指令目标地址及数据的完整性，如果数据无误便按照指令操作启动输出，完成各操作元件动作；当发生堵转、过流、限位异常情况时，该电机驱动器702会自动启动保护功能，确保动作执行的安全。

使用时，把移动平台1架设在需要更换的耐张双串绝缘子上，承载执行单元和通讯控制系统元件；皮带行走机构用于移动平台1可以根据远程操作控制单元发出的操作指令，通过控制器7控制行走电机105动作，从而把移动平台1移动到双绝缘子串上需要的位置；绝缘子自动收紧卡具4用于卡持和收紧需要更换的绝缘子两侧的绝缘子，使需要更换的绝缘子2松弛；转瓶器3是在绝缘子自动收紧卡具4收紧后，把绝缘子2旋转到便于把R销11和便于把需要更换的绝缘子从两侧的绝缘子中取出的位置；拔销器12是把需要更换的绝缘子2及其前端相邻的绝缘子上的R销11拔出来；机械臂9作为机器人的核心部件，用于把需要更换的绝缘子从绝缘子串中摘取出来并把新的绝缘子安装到原来的位置；视频监控单元是在移动平台1上把各部分的实时图像传送到远程的操作控制单元的工控机计算机屏幕上，辅助操作；操作控制单元的作用是通过屏幕切换画面查看每个摄像头10所拍摄的实时画面，观察移动平台1及各相关部件的实时状态，远程操作控制皮带行走机构、转瓶器3、绝缘子自动收紧卡具4、机械臂9、拔销器12完成相关工作。

带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人操作方法如下：

1)把更换绝缘子机器人放置到耐张双串绝缘子上；使移动平台1的左行走带轮101、右行走带轮103分别置于左右两串绝缘子瓷瓶的顶部，两个导向带轮102卡持在右侧绝缘子瓷瓶的上部两侧；

2)在地面操作控制单元，打开工控机14的电源15，在工控机14的触摸屏

141上切换摄像头10视频到移动平台1的皮带行走机构区域，通过摇杆

13驱动行走电机105动作，使移动平台1移动到需要更换的绝缘子处；到达检修位置后，控制升起支撑杆，直到皮带与绝缘子外裙有间隙，再利用水平推杆106推开皮带行走装置(避免安装卡具时上卡具活动部分与履带行走装置碰撞)；

3)切换摄像头10视频到绝缘子自动收紧卡具4区域，通过摇杆13操作控制卡具装卡推杆推出，直到闭锁式卡具安装到位；收紧液压收紧器404，收紧需要更换的绝缘子2前方相邻的第二个绝缘子2，后方相邻的第一个绝缘子2；

4)切换摄像头10视频到转瓶器3区域，通过摇杆13操作转动相应的绝缘子2，使该绝缘子2的R销11朝上；

5)切换摄像头10视频到拔销器12和需要拔R销11的绝缘子2，操作摇杆13使机械臂9动作，利用机械臂9的抱爪904抵住绝缘子2的钢帽，再操作摇杆13，用拔销器12的勾头122拔出绝缘子2的R销11；具体如下：

一、移动机械臂9至R销11所在钢帽平行位置，确保拔销钩与R销保持适当距离；二、张开机械臂9的抱爪904；三、操作机械臂9使抱爪904内壁接近钢帽位置；四、推出拔销器12的勾头122液压拉杆121至R销11头部孔位置；五、移动机械臂9至勾头122穿入R销11；六、收缩液压拉杆121拉出R销11；

6)切换摄像头10视频到机械臂9和需要更换的绝缘子2区域，操作摇杆13控制机械臂9平移、旋转、伸缩，取出绝缘子2放至旧绝缘子托架；

7)安装新绝缘子步骤与上述步骤相反。

整个操作过程由操作控制单元的两个摇杆13配合触摸屏141实时图像画面完成。

Claims (10)

1.带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：包括移动平台(1)、执行单元、操作控制单元和视频监控单元；

所述移动平台(1)包括平台体(104)，在平台体(104)上设置有直流电源(6)、控制器(7)、液压动力源、工业交换机(5)和第一无线通讯模块(8)，控制器(7)依次与工业交换机(5)和第一无线通讯模块(8)电连接，液压动力源给机器人各液压执行部件提供动力；在控制器(7)内设置有串口服务器(701)，控制器(7)通过串口服务器(701)分别与执行单元、行走电机(105)和液压动力源中的电机驱动器(702)电连接；

所述执行单元包括设置在移动平台(1)上的皮带行走机构、绝缘子自动收紧卡具(4)、机械臂(9)、转瓶器(3)、拔销器(12)，所述皮带行走机构包括在平台体(104)的下方设置的左行走带轮(101)、右行走带轮(103)和两组导向带轮(102)，所述左行走带轮(101)和右行走带轮(103)分别布置在双串耐张绝缘子串的左侧绝缘子串的瓷瓶和右侧绝缘子串的瓷瓶上，每组行走带轮的皮带纵向贴合在3到6个绝缘子瓷瓶顶部，行走带轮通过行走电机驱动，从而驱动移动平台(1)在绝缘子串上行走；两组导向带轮(102)的皮带卡持在双串绝缘子右侧绝缘子串的瓷瓶上部两侧，移动平台(1)在绝缘子串上行走时，导向带轮(102)沿该绝缘子串滑动并对移动平台(1)行走进行导向和定位；

所述视频监控单元包括设置在移动平台(1)上的多个摄像头(10)，每个摄像头(10)分别通过工业交换机(5)与第一无线通讯模块(8)电连接，每个摄像头(10)的视频信号通过工业交换机(5)和第一无线通讯模块(8)发送到操作控制单元；

所述操作控制单元包括远程设置的工控机(14)和摇杆(13)，工控机(14)安装有机器人控制软件，用于控制指令的解析、收发、八通道视频数据的解码与播放，屏幕手动操作自动完成画面切换，实现人机交互；工控机(14)内设置有开关量输入模块和第二无线通讯模块(142)，摇杆(13)与开关量输入模块电连接，第二无线通讯模块(142)和第一无线通讯模块(8)之间无线通讯。

2.根据权利要求1所述的带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：所述皮带行走机构还包括一行走带轮平移机构和平台支撑机构，左侧绝缘子串上的左行走带轮(101)安装在两根横向布置的液压推杆(106)上，控制器(7)控制液压推杆(106)动作，左行走带轮(101)垂直于绝缘子串左右移动形成行走带轮平移机构；在平台体(104)与左侧绝缘子串的绝缘子瓷瓶顶部之间设置有支撑块，该支撑块通过支撑电机驱动上下移动，该支撑电机与控制器(7)电连接，从而形成平台支撑机构。

3.根据权利要求1所述的带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：所述拔销器(12)是在液压拉杆(121)的端部设置一勾头(122)构成，液压拉杆(121)的液压缸固定在机械臂(9)上，液压拉杆(121)的液压源与机器人液压动力源连接。

4.根据权利要求1所述的带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：所述摇杆(13)为两只，其中一只用于控制通道切换，另一只用于机器人动作操控，摇杆(13)的控制信号经开关量输入模块后转换为RS232通信数据发送给工控机(14)，工控机(14)将接收到的数据进行解析后转换为控制指令并通过第二无线通讯模块(142)发送给执行单元。

5.根据权利要求1所述的带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：所述控制器(7)的电机驱动器(702)识别是指令目标地址及数据的完整性，如果数据无误便按照指令操作启动输出，完成各操作元件动作；当发生堵转、过流、限位异常情况时，该电机驱动器(702)会自动启动保护功能，确保动作执行的安全。

6.根据权利要求1所述的带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：所述转瓶器(3)为两个，分别通过第二固定杆(309)和第二液压伸缩杆(308)连接在移动平台(1)的下方，两个转瓶器(3)平行设置，间距与相邻的两个绝缘子(2)之间的间距相同。

7.根据权利要求3所述的带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：所述机械臂(9)包括依次首尾铰接的第一关节臂、第二关节臂(902)、第三关节臂(903)，在第一关节臂(901)和第二关节臂(902)之间设置第二液压推杆形成第二连杆机构，在第二关节臂(902)和第三关节臂(903)之间设置第三液压推杆形成第三连杆机构；第一关节臂(901)的根部连接在支座(905)上，并连接支座电机形成转动配合；支座(905)铰接在平台体(104)上，在支座(905)与平台体(104)之间设置第一液压推杆形成第一连杆机构；抱爪(904)通过旋转轴连接在第三关节臂(903)的端部，在旋转轴上设置有抱爪电机，抱爪(904)可以饶旋转轴旋转；所述抱爪(904)是由一端带有圆柱齿轮的两个半圆弧钳臂分别通过齿轮轴铰接在抱爪体上形成的可开合的弧形钳口，弧形钳口的形状与绝缘子(2)的钢帽相适配；两个钳臂端部的圆柱齿轮啮合，其中一个齿轮轴与齿轮电机轴连接；第一液压推杆、第二液压推杆和第三液压推杆的液压源分别与机器人液压动力源连接，支座电机、抱爪电机、齿轮电机分别与控制器(7)电连接。

8.根据权利要求7所述的带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：所述绝缘子自动收紧卡具(4)包括前卡(401)、后卡(403)、调节丝杠(402)和液压收紧器(404)，调节丝杠(402)和液压收紧器(404)分别通过螺栓刚性连接在前卡(401)和后卡(403)的两端，调节丝杠(402)的端部铰接在第一固定杆(406)的下端，该第一固定杆(406)的上端刚性连接在移动平台(1)的下方；第一液压伸缩杆(405)的下端铰接在前卡(401)或者后卡(403)的卡体(4012)上，该第一液压伸缩杆(405)的上端铰接在移动平台(1)的下方，第一液压伸缩杆(405)的液压源与机器人液压动力源连接。

9.根据权利要求1所述的带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其特征是：所述转瓶器(3)包括卡爪体(301)、第二液压伸缩杆(308)、第二固定杆(309)，所述卡爪体(301)的侧面为内圆弧形，在内圆弧上设置有两个摩擦轮(302)，两个摩擦轮(302)通过电机(305)驱动同向旋转，所述电机(305)与控制器(7)电连接；在卡爪体(301)上固定连接有卡爪臂(304)，该卡爪臂(304)的端部铰接在所述第二固定杆(309)的下端，该第二固定杆(309)的上端刚性连接在移动平台(1)的下方；所述第二液压伸缩杆(308)的下端铰接在卡爪臂(304)上，该第二液压伸缩杆(308)的上端铰接在移动平台(1)的下方，第二液压伸缩杆(308)的液压源与机器人液压动力源连接。

10.带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人操作方法，使用如权利要求8所述的带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人，其步骤如下：

1)把更换绝缘子机器人放置到耐张双串绝缘子上；

2)在地面操作控制单元，切换摄像头(10)视频到移动平台(1)的皮带行走机构区域，通过摇杆(13)驱动行走电机动作，使移动平台(1)移动到需要更换的绝缘子(2)处；

3)切换摄像头(10)视频到绝缘子自动收紧卡具(4)区域，通过摇杆(13)操作控制卡具装卡，使卡具卡持在绝缘子钢帽上，收紧液压收紧器(404)，收紧需要更换的绝缘子(2)两侧相邻的绝缘子；

4)切换摄像头(10)视频到转瓶器(3)区域，通过摇杆(13)操作转动相应的绝缘子(2)，使该绝缘子(2)的R销(11)朝上；

5)切换摄像头(10)视频到拔销器(12)和需要拔R销(11)的绝缘子(2)，操作摇杆(13)移动机械臂(9)，利用机械臂(9)的抱爪(904)抵住绝缘子(2)的钢帽，再操作摇杆(13)，用拔销器(12)的勾头(122)拔出绝缘子(2)的R销(11)；

6)切换摄像头(10)视频到机械臂(9)和需要更换的绝缘子(2)区域，操作摇杆(13)控制机械臂(9)平移、旋转、伸缩，取出绝缘子(2)并放置到旧绝缘子托架；

7)安装新绝缘子(2)步骤与上述步骤相反。

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