CN112894856A - 配网带电作业机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及配网带电作业机器人系统，包括：操作台装置、支撑装置和控制柜；操作台装置包括操作台、机械臂组件和传感器组件；机械臂组件和传感器组件安装在操作台上；机械臂组件包括第一数量个机械臂和机械臂底座；机械臂底座固定在操作台上，机械臂固定在机械臂底座上；支撑装置包括绝缘斗和支撑框架；支撑框架环绕卡设在绝缘斗上；操作台滑设在支撑框架上；绝缘斗上开设有腔室，控制柜安装在腔室内；控制柜内安装有处理器和通讯模块；机械臂和传感器组件与处理器连接，处理器与通讯模块连接。

Description

配网带电作业机器人系统
技术领域
本发明涉及电力机器人领域，尤其涉及配网带电作业机器人系统。
背景技术
随着社会经济的快速发展，人们生产生活中对电力持续稳定供应的要求越来越高。配电网处于电力系统末端，是保证电力持续供给的关键环节，其可靠性在整个供电系统中占有非常重要的位置。
为了提高带电作业的安全性，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年代起许多国家都先后开展了带电作业机器人的研究，如日本、西班牙、美国、加拿大、法国等国家先后开展了对带电作业机器人的研究。
20世纪80年代日本九州电力公司分别于1990年、1996年、2001年成功研制了Phase—Ⅰ、Phase—Ⅱ、Phase—Ⅲ机器人。加拿大的马尼托巴大学研制了一种在地面遥控操作的液压机械手，携带末端装置进行绝缘子的拆装这类机械装置利用绝缘斗臂车载平台携带智能化自动工具进行带电作业操作，主要针对线路架设高度较低、电压等级较低的配电领域。
但国内的配电网带电检修主要还是由人工进行，大多是工人穿戴绝缘服站立高空绝缘斗中进行带电断接引流线作业，部分地区也开展过采用绝缘操作杆进行配电网带电断接引流线作业。但是配电网线路通常十分紧凑，线路相间距离小，作业人员带电作业时易造成短路从而引发人身伤亡等事故。同时，这种作业方式大多劳动强度大、工作效率低且作业危险系数高，部分地区配电网线路分布及地理条件恶劣，难以开展相关的带电作业，从而不得不对线路进行停电进行检修和维护，严重影响了配电网的持续稳定运行。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供配网带电作业机器人系统，具有小型化、轻量化的特点，利用操作台装置和支撑装置的分离设计，以及机械臂的多关节多自由度结构，实现在狭小的作业空间内自由运动，作业工具的自动快速更换，增强系统的自动作业能力。
为实现上述目的，本发明提供了配网带电作业机器人系统，所述系统包括：操作台装置、支撑装置和控制柜；
所述操作台装置包括操作台、机械臂组件和传感器组件；所述机械臂组件和传感器组件安装在所述操作台上；
所述机械臂组件包括第一数量个机械臂和机械臂底座；所述机械臂底座固定在所述操作台上，所述机械臂固定在所述机械臂底座上；
所述支撑装置包括绝缘斗和支撑框架；所述支撑框架环绕卡设在所述绝缘斗上；所述操作台滑设在所述支撑框架上；
所述绝缘斗上开设有腔室，所述控制柜安装在所述腔室内；
所述控制柜内安装有处理器和通讯模块；所述机械臂和传感器组件与所述处理器连接，所述处理器与通讯模块连接。
优选的，所述机械臂包括：肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节和作业接头；
所述肩关节包括：第一关节电机和第二关节电机；所述第一关节电机的定子固定在所述机械臂安装座上，所述第一关节电机的转子的外壳与所述第二关节电机的定子连接，所述大臂的第一端固定在所述第二关节电机的转子的外壳上；
所述肘关节包括：第三关节电机，用于调整所述小臂和大臂之间的夹角；所述大臂的第二端固定在所述第三关节电机的转子的外壳上，所述小臂的第一端与所述第三关节电机的转子连接；
所述腕关节包括：第四关节电机、第五关节电机和第六关节电机；所述小臂的第二端与所述第四关节电机的转子的外壳连接，所述第四关节电机的中心定子与第五关节电机的转子的外壳连接，所述第五关节电机的定子与第六关节电机的转子的外壳连接，所述第六关节电机的定子上安装有作业接头。
优选的，所述操作台装置还包括支架；
所述支架呈T型结构，固定在所述操作台上；所述摄像头和气象仪固定在所述支架上。
优选的，所述机械臂组件还包括：第一数量个机械臂托架；
所述机械臂托架固定在所述操作台上，所述机械臂的一端架设在所述机械臂托架上。
优选的，所述传感器组件包括气象仪、摄像头和深度相机；
所述气象仪、摄像头、深度相机分别固定在所述操作台上；
所述气象仪，用于检测所述系统所在环境的环境参数；
所述摄像头，用于采集所述机械臂的作业轨迹；
所述深度相机，用于采集所述系统前方的环境图像。
进一步优选的，所述传感器组件还包括：激光雷达和移动导轨；
所述移动导轨固定在所述操作台上，所述激光雷达滑设在所述移动导轨上；所述激光雷达，用于采集所述系统前方的点云数据。
优选的，所述支撑装置还包括：滑动组件；
所述滑动组件包括相互配合的滑条和滑槽；所述滑条固定在所述支撑框架的一组对边上；所述滑槽固定在所述操作台的一组对边上；
所述滑条的一端卡设在所述滑槽上，带动所述操作台装置沿所述滑槽方向滑动。
优选的，所述支撑框架装置还包括工具架；
所述工具架上开设有多个工具放置孔；所述工具架卡设在所述操作台上。
优选的，所述绝缘斗的顶部开设有风槽；所述控制柜的四周开设有散热孔；所述控制柜内设置有风扇；
外界空气依次经第一侧的风槽、散热孔流入所述控制柜内，在风扇作用下经第二侧的散热孔、风槽流出。
优选的，所述绝缘斗的四周设置有固定板；
所述支撑框架的各边分别卡设在所述固定板上。
本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统，具有小型化、轻量化的特点，利用操作台装置和支撑装置的分离设计，以及机械臂的多关节多自由度结构，实现在狭小的作业空间内自由运动，作业工具的自动快速更换，增强系统的自动作业能力。
附图说明
图1为本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统的爆炸图；
图2为本发明实施例提供的机械臂的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统的第一结构示意图；
图4为本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统的第二结构示意图；
图5为本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统的散热示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供的配网带电作业机器人系统，具有小型化、轻量化的特点，利用操作台装置和支撑装置的分离设计，以及机械臂的多关节多自由度结构，实现在狭小的作业空间内自由运动，作业工具的自动快速更换，增强系统的自动作业能力。
图1为本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统的爆炸图，图3为本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统的第一结构示意图，结合图1和图3对本发明进行详述，配网带电作业机器人系统包括：操作台装置1、支撑装置2和控制柜3。
操作台装置1包括操作台11、机械臂组件12和传感器组件13。机械臂组件12和传感器组件13安装在操作台11上。
机械臂组件12包括第一数量个机械臂121和机械臂底座122。机械臂底座122固定在操作台11上，机械臂121固定在机械臂底座122上，防止操作台11上的其他部件影响机械臂121的作业空间。
图2为本发明实施例提供的机械臂的结构示意图，如图2所示，机械臂121包括：肩关节1211、大臂1212、肘关节1213、小臂1214、腕关节1215和作业接头1216。
肩关节1211包括：第一关节电机和第二关节电机。第一关节电机的定子固定在机械臂121安装座上，第一关节电机的转子的外壳与第二关节电机的定子连接，大臂1212的第一端固定在第二关节电机的转子的外壳上。
肘关节1213包括：第三关节电机，用于调整小臂1214和大臂1212之间的夹角。大臂1212的第二端固定在第三关节电机的转子的外壳上，小臂1214的第一端与第三关节电机的转子连接。
腕关节1215包括：第四关节电机、第五关节电机和第六关节电机。小臂1214的第二端与第四关节电机的转子的外壳连接，第四关节电机的中心定子与第五关节电机的转子的外壳连接，第五关节电机的定子与第六关节电机的转子的外壳连接，第六关节电机的定子上安装有作业接头1216。作业接头1216可以快速抓取切换相应工具。
在一个具体的例子中，第一数量为2，两个机械臂121呈八字型布置并且对应的第一关节电机的转子均呈倾斜朝下的姿态布置。
传感器组件13包括气象仪131、摄像头132、深度相机133、激光雷达135和移动导轨134。气象仪131、摄像头132、深度相机133分别固定在操作台11上。移动导轨134固定在操作台11上，激光雷达135滑设在移动导轨134上。气象仪131，用于检测系统所在环境的环境参数。摄像头132，用于采集机械臂121的作业轨迹。深度相机133，用于采集系统前方的环境图像。激光雷达135，用于采集系统前方的点云数据。
支撑装置2包括绝缘斗22和支撑框架21。支撑框架21环绕卡设在绝缘斗22上。操作台11滑设在支撑框架21上。
绝缘斗22上开设有腔室，控制柜3安装在腔室内。控制柜3内安装有处理器和通讯模块。机械臂121和传感器组件13与处理器连接，处理器与通讯模块连接。
在优选的方案中，操作台装置1还包括支架14。支架14呈T型结构，固定在操作台11上，摄像头132和气象仪131固定在支架14上，用以减小操作台11的面积，同时保证摄像头132的拍摄范围。进一步优选的方案中，支架14可以是伸缩结构。
在非作业时间内，机械臂121是不通电的，相应的机械臂121没有支撑力，为减少机械臂121的磨损，机械臂组件12还包括：第一数量个机械臂托架15，用于非作业时间架设机械臂121。机械臂托架15固定在操作台11上，机械臂121的一端架设在机械臂托架15上。
为更加便捷地维护控制箱，支撑装置2还包括：滑动组件23，实现操作台11相对支撑框架21前后移动，分离机械臂121与控制箱的操作范围。滑动组件23包括相互配合的滑条232和滑槽231。滑条232固定在支撑框架21的一组对边上。滑槽231固定在操作台11的一组对边上。滑条232的一端卡设在滑槽231上，带动操作台装置1沿滑槽231方向滑动。
图3为本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统的第一结构示意图，此时操作台11和支撑框架21整合，图4为本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统的第二结构示意图，此时操作台11与支撑框架21分离，便于维护检修。
为缩短更换作业工具的时间，支撑框架21装置还包括工具架24。工具架24卡设在操作台11上。工具架24上开设有多个工具放置孔。
图5为本发明实施例提供的配网带电作业机器人系统的散热示意图，如图5所示，为防止控制柜3内温度过高，本发明利用风槽26、散热孔32、风扇31构造S型风道，充分散热。绝缘斗22的顶部开设有风槽26。控制柜3的四周开设有散热孔32。控制柜3内设置有风扇31。外界空气依次经第一侧的风槽26、散热孔32流入控制柜3内，在风扇31作用下经第二侧的散热孔32、风槽26流出。
在优选的方案中，为防止控制柜3内进水，损坏电路，在控制柜3的顶盖设计有防水槽。绝缘斗22的四周设置有固定板25。支撑框架21的各边分别卡设在固定板25上。
以上说明了配网带电作业机器人系统的结构，以下说明系统的作业流程。
利用臂车等装置将本发明的系统架设在本空中，接近即将作业的区域。
系统的气象仪131检测当前的环境参数，发送给处理器。处理器根据环境参数判断当前环境是否适合作业。深度相机133采集系统前方的环境图像发送给处理器，激光雷达135采集系统前方的点云数据，发送给处理器。处理器根据环境图像和点云数据构建系统前方的环境模型，并基于环境模型判断系统是否处于可作业区域。
摄像头132检测机械臂121的运动轨迹，发送给处理器，处理器根据运动轨迹判断机械臂121与线缆等是否接触到位等。
处理器还可以将接收到的环境参数、环境图像、点云数据和运动轨迹通过通讯模块发送给服务中心。处理器通过通讯模块接收服务中心发送的作业指令，根据作业指令进行解析，控制机械臂121的各个电机工作。
本发明的配网带电作业机器人系统，具有小型化、轻量化的特点，利用操作台装置和支撑装置的分离设计，以及机械臂的多关节多自由度结构，实现在狭小的作业空间内自由运动，作业工具的自动快速更换，增强系统的自动作业能力。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述系统包括：操作台装置、支撑装置和控制柜；
所述操作台装置包括操作台、机械臂组件和传感器组件；所述机械臂组件和传感器组件安装在所述操作台上；
所述机械臂组件包括第一数量个机械臂和机械臂底座；所述机械臂底座固定在所述操作台上，所述机械臂固定在所述机械臂底座上；
所述支撑装置包括绝缘斗和支撑框架；所述支撑框架环绕卡设在所述绝缘斗上；所述操作台滑设在所述支撑框架上；
所述绝缘斗上开设有腔室，所述控制柜安装在所述腔室内；
所述控制柜内安装有处理器和通讯模块；所述机械臂和传感器组件与所述处理器连接，所述处理器与通讯模块连接。
2.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述机械臂包括：肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节和作业接头；
所述肩关节包括：第一关节电机和第二关节电机；所述第一关节电机的定子固定在所述机械臂安装座上，所述第一关节电机的转子的外壳与所述第二关节电机的定子连接，所述大臂的第一端固定在所述第二关节电机的转子的外壳上；
所述肘关节包括：第三关节电机，用于调整所述小臂和大臂之间的夹角；所述大臂的第二端固定在所述第三关节电机的转子的外壳上，所述小臂的第一端与所述第三关节电机的转子连接；
所述腕关节包括：第四关节电机、第五关节电机和第六关节电机；所述小臂的第二端与所述第四关节电机的转子的外壳连接，所述第四关节电机的中心定子与第五关节电机的转子的外壳连接，所述第五关节电机的定子与第六关节电机的转子的外壳连接，所述第六关节电机的定子上安装有作业接头。
3.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述操作台装置还包括支架；
所述支架呈T型结构，固定在所述操作台上；所述摄像头和气象仪固定在所述支架上。
4.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述机械臂组件还包括：第一数量个机械臂托架；
所述机械臂托架固定在所述操作台上，所述机械臂的一端架设在所述机械臂托架上。
5.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述传感器组件包括气象仪、摄像头和深度相机；
所述气象仪、摄像头、深度相机分别固定在所述操作台上；
所述气象仪，用于检测所述系统所在环境的环境参数；
所述摄像头，用于采集所述机械臂的作业轨迹；
所述深度相机，用于采集所述系统前方的环境图像。
6.根据权利要求5所述的配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述传感器组件还包括：激光雷达和移动导轨；
所述移动导轨固定在所述操作台上，所述激光雷达滑设在所述移动导轨上；所述激光雷达，用于采集所述系统前方的点云数据。
7.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述支撑装置还包括：滑动组件；
所述滑动组件包括相互配合的滑条和滑槽；所述滑条固定在所述支撑框架的一组对边上；所述滑槽固定在所述操作台的一组对边上；
所述滑条的一端卡设在所述滑槽上，带动所述操作台装置沿所述滑槽方向滑动。
8.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述支撑框架装置还包括工具架；
所述工具架上开设有多个工具放置孔；所述工具架卡设在所述操作台上。
9.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述绝缘斗的顶部开设有风槽；所述控制柜的四周开设有散热孔；所述控制柜内设置有风扇；
外界空气依次经第一侧的风槽、散热孔流入所述控制柜内，在风扇作用下经第二侧的散热孔、风槽流出。
10.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述绝缘斗的四周设置有固定板；
所述支撑框架的各边分别卡设在所述固定板上。
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