CN113380560B - 一种多功能末端执行机构的工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能末端执行机构，包括多功能夹合机构，所述多功能夹合机构包括至少两组夹钳，夹钳端部设置有接合部；其中，所述接合部可沿夹钳长度方向前后动作；其中，所述多功能夹合机构可沿中轴线旋转。通过设置在多功能夹合机构的夹钳既可作为夹合开关柜面板上转动式部件的操作端，亦可合拢后利用端部设置的接合部作为按动开关柜面板上按压式部件的操作端，面对各型号开关柜上不同结构的旋钮、开关和按钮，摒弃了现有技术中采用换刀切换对应操作部件的繁琐方案，有效提升机器人操作开关柜面板的工作效率。

Description

一种多功能末端执行机构的工作方法

技术领域

本发明涉及机器人操作技术领域，尤其是涉及一种多功能末端执行机构的工作方法。

背景技术

开关柜是一种电气设备，其主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。开关柜面板上设置有若干用于操作开关柜内部部件的控制按钮，主要用来短时间接通或断开电气回路，实现对电气回路的控制，在电力系统发挥及其重要的作用。

通常开关柜的控制按钮均通过人工进行操作，但是由于开关柜工作时处于高压状态，人工操作存在较大的风险，现有技术也有通过操作设备对开关柜进行操作，但是现有的操作设备的活动性能较差，在操作复杂的开关柜时效率较低，需要多次的移动才能对开关柜的开关进行操作，另外，变电站内开关柜数量较多，人工进行持续的重复工作易产生误操作现象，降低了设备进行操作的效率。随着机器人产业的发展，市面上的机械手爪类操作机构发展迅速，因此将机器人应用到变电站中进行自动化操作是其中一个发展方向。但目前来看，因市面上的操作机构存在诸多问题，首先其应用范围不同都有一定的专用性，无法直接应用至开关柜的各种旋钮、开关和按钮的操作。其次，市面上的机械手爪尺寸很难满足开关柜面板上小尺寸开关进行精细操作。再者，不同型号的开关柜面板上的各类旋钮、开关和按钮结构略有区别，采用装配单一尺寸操作机构的机器人无法满足多种型号并存的变电站等场所的工作要求。

例如中国专利文献（公告号：CN109202851A）公开了“一种配电开关柜辅助操作机器人”，包括控制装置以及与控制装置电连接的移动装置、操作装置、X轴移动装置、Y轴移动装置、旋转座和Z轴移动装置，操作装置，包括换刀组件和操作组件；操作组件，包括X轴移动座、夹具旋转单元和操作夹具，操作夹具连接于夹具旋转单元的动力输出端，夹具旋转单元通过X轴移动座连接于X轴移动装置，以沿X轴方向移动；换刀组件，包括换刀驱动单元、支撑架和换刀盘，支撑架第一端固定于移动装置，换刀驱动单元和换刀盘分别安装于支撑架的第二端，换刀驱动单元与换刀盘传动连接，以使换刀盘转动供操作夹具进行换刀。

上述技术方案通过换刀组件切换不同的操作机构，相较于人工操作开关柜确实提高了操作效率，但当同一开关柜上的多种开关、按钮均需要操作时，该方案的机器人需要频繁进行换刀操作，这无疑降低了工作效率，可以看出上述方案在实际应用阶段并不理想。

发明内容

针对背景技术中提到的现有的开关柜操作机器人针对不同种类开关、按钮进行操作的效率低下的问题，本发明提供了一种多功能末端执行机构，通过设置在多功能夹合机构的夹钳既可作为夹合开关柜面板上转动式部件的操作端，亦可合拢后利用端部设置的接合部作为按动开关柜面板上按压式部件的操作端，避免频繁换刀的繁琐步骤，可实现显著提升操作效率；

本发明的第二发明目的是解决对不同结构的按钮进行按压操作时因按钮卡涩而可能产生的拒动问题；

本发明的第三发明目的是解决对开关柜面板上的待操作按钮进行操作时易出现定位偏离的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能末端执行机构，包括多功能夹合机构，所述多功能夹合机构包括至少两组夹钳，夹钳端部设置有接合部；其中，所述接合部可沿夹钳长度方向前后动作；其中，所述多功能夹合机构可沿中轴线旋转。所述夹钳既可作为夹合开关柜面板上普通旋钮的操作部件，亦可合拢后利用接合部作为按动开关柜面板上普通按钮的压合部件，一套组件具备两种功能，面对各型号开关柜上不同结构的旋钮、开关和按钮，摒弃了现有技术中采用换刀切换对应操作部件的繁琐方案，有效提升机器人操作开关柜面板的工作效率。

作为优选，所述多功能夹合机构外部还设置有定位机构，所述定位机构包括相对设置的第一抱合部与第二抱合部，第一抱合部与第二抱合部之间设置有用于调整间距的调距组件。机器人的视觉定位视觉定位系统会对待操作的旋钮/开关/按钮进行初步定位，接着所述定位机构会抱合固定待操作目标，为后续的按压以及转动等操作提供精确性和物理稳定性，通过调距机构调整第一抱合部与第二抱合部的距离抱合待操作旋钮/开关/按钮后，与定位机构同心设置的夹合机构仅需前后动作即可完成精确对位操作，无需依靠额外手段确定待操作目标的精确位置，不会出现偏离待操作旋钮/开关/按钮的问题。同时，抱合住待操作目标后，进行压合操作时可避免机器人因按压反作用力产生重心不稳的问题，能够保证机器人操作时的稳定性。

进一步的，所述定位机构包括有连接于多功能夹合机构的底盘，所述底盘可沿中轴线旋转。

进一步的，所述调距组件包括有中心齿轮，所述中心齿轮两侧分别咬合连接有第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆远离中心齿轮的一端连接第一抱合部，所述第二传动杆远离中心齿轮的一端连接第二抱合部。

所述中心齿轮后部设置有驱动电机，在机器人视觉定位系统的交叉定位技术下，定位机构沿中轴线转动使得第一抱合部与第二抱合部到达待操作目标的两侧，驱动电机启动，中心齿轮带动两侧的第一传动杆和第二传动杆相对运动，缩小第一抱合部与第二抱合部的距离直至定位机构抱合待操作目标，调距组件能够稳定有效的保证第一抱合部与第二抱合部稳定连接待操作目标，保证后续动作的稳定进行。

进一步的，所述夹钳与定位机构呈十字结构间隔分布。所述夹钳至少为两组，夹钳与第一抱合部和第二抱合部间隔设置，保证第一抱合部与第二抱合部相对设置，两组夹钳相对设置，更重要的是，确保定位机构和夹钳工作时互不干涉，定位机构能够定位待操作目标，夹钳能够压合或转动待操作目标。

进一步的，所述多功能夹合机构包括有微振马达，所述接合部与夹钳之间设置有微动元件，所述微动元件连接于微振马达。所述微振马达用于为接合部提供微振动，避免产生接合部直接按压待操作按钮时出现卡涩现象，甚至出现按钮拒动而操作不到位的问题，利用微动元件振动消除按钮与按钮安装部之间的卡死可能，保证按压各种结构的按钮时均能顺畅进行。

作为优选，所述多功能夹合机构还包括定位触头，定位触头设置于夹钳连线的中轴线上。所述定位触头用于抵接开关柜面板上的转动开关或旋钮的轴心，定位触头点触待操作目标的定心端后，通过夹钳夹合待操作目标的转动端，夹钳直接旋转即可完成对目标的操作，避免了传统方案中在抓合待旋转目标后需要末端执行机构整体移动或转动的繁琐操作，有效提升操作旋钮或转动开关时的效率。

作为优选，所述夹钳内侧设置有绝缘层。所述绝缘层能够保证多功能夹合机构操作时出现短路等问题，避免机器人与开关柜接触时产生电路损害，提高运行安全。

作为优选，所述第一抱合部与第二抱合部内侧均设置有弹性层。所述弹性层用于增强第一抱合部与第二抱合部对待操作目标的静摩擦力，显著提升定位机构的抱合固定效果，进一步保证机器人的多功能末端执行结构的工作稳定性。

本发明还公开了上述多功能末端执行机构的工作方法，包括以下步骤：

S1：操作开关柜面板上的按钮时，多功能夹合机构移动并对正待操作按钮，定位机构前后动作，第一抱合部与第二抱合部抱合待操作按钮根部侧面；

S2：多功能夹合机构前后动作，直至接合部点触待操作按钮端面；

S3：多功能夹合机构的微振马达启动，接合部对待操作按钮微振动，接合部同步进给，按压待操作按钮完成操作；

S4：操作开关柜面板上的旋转部件时，多功能夹合机构移动并对正待操作旋转部件，定位触头点触旋转部件的定心端；

S5：夹钳夹合旋转部件的活动端，多功能夹合机构沿中轴线旋转完成操作。

本发明所公开的多功能夹合机构包括夹合机构和定位机构，所述定位机构用于抱合待操作夹合机构用于抱合旋钮/开关/按钮的根部，确保多功能末端执行机构能够对正目标便于进行后续操作。当定位机构抱合待操作目标后，既可利用定位触头点触旋转部件的定心端，并通过夹钳转动旋转部件完成操作，或是利用夹钳合拢后端部形成的接合部对按压部件进行防卡涩按压，仅通过夹钳既可实现对旋钮/开关/按钮的操作，无需进行切换操作末端执行机构的操作，显著提升操作效率。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）通过设置在多功能夹合机构的夹钳既可作为夹合开关柜面板上转动式部件的操作端，亦可合拢后利用端部设置的接合部作为按动开关柜面板上按压式部件的操作端，避免频繁换刀的繁琐步骤，可实现显著提升操作效率；（2）通过调距机构调整第一抱合部与第二抱合部的距离抱合待操作旋钮/开关/按钮后，与定位机构同心设置的夹合机构仅需前后动作即可完成精确对位操作，无需依靠额外手段确定待操作目标的精确位置，不会出现偏离待操作旋钮/开关/按钮的问题；（3）定位机构抱合住待操作目标后，进行压合操作时可避免机器人因按压反作用力产生重心不稳的问题，能够保证机器人操作时的稳定性；（4）定位触头点触待操作目标的定心端后，通过夹钳夹合待操作目标的转动端，避免了传统方案中在抓合待旋转目标后需要末端执行机构整体移动或转动的繁琐操作，有效提升操作旋钮或转动开关时的效率；（5）利用微动元件振动消除按钮与按钮安装部之间的卡死可能，保证按压各种结构的按钮时均能顺畅进行。

附图说明

图1为本发明初始位置的结构示意图；

图2为本发明工作位置的结构示意图；

图3为本发明的主视图；

图中：100-基础电机、200-主电机、1-多功能夹合机构、11-夹钳、12-接合部、2-定位机构、21-第一抱合部、22-第二抱合部、23-底盘、3-中心齿轮、31-第一传动杆、32-第二传动杆、4-微动元件、5-定位触头。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1，3所示，一种多功能末端执行机构，包括多功能夹合机构1，所述多功能夹合机构包括至少两组夹钳11，夹钳端部设置有接合部12；其中，所述接合部可沿夹钳长度方向前后动作；其中，所述多功能夹合机构可沿中轴线旋转。所述夹钳既可作为夹合开关柜面板上普通旋钮的操作部件，亦可合拢后利用接合部作为按动开关柜面板上普通按钮的压合部件，一套组件具备两种功能，面对各型号开关柜上不同结构的旋钮、开关和按钮，摒弃了现有技术中采用换刀切换对应操作部件的繁琐方案，有效提升机器人操作开关柜面板的工作效率。

所述多功能夹合机构外部还设置有定位机构2，所述定位机构包括相对设置的第一抱合部21与第二抱合部22，第一抱合部与第二抱合部之间设置有用于调整间距的调距组件。所述定位机构包括有连接于多功能夹合机构的底盘23，所述底盘可沿中轴线旋转。所述调距组件包括有中心齿轮3，所述中心齿轮两侧分别咬合连接有第一传动杆31和第二传动杆32，所述第一传动杆远离中心齿轮的一端连接第一抱合部，所述第二传动杆远离中心齿轮的一端连接第二抱合部。

机器人的视觉定位系统为双目视觉定位，即通过交叉设置的摄像头读取目标的三维结构，以精确判断目标区域在三维空间内的精确结构，能够对待操作的旋钮/开关/按钮的大致位置进行初步定位，接着所述定位机构会抱合固定待操作目标，为后续的按压以及转动等操作提供精确性和物理稳定性，通过调距机构调整第一抱合部与第二抱合部的距离抱合待操作旋钮/开关/按钮后，与定位机构同心设置的夹合机构仅需前后动作即可完成精确对位操作，无需依靠额外手段确定待操作目标的精确位置，不会出现偏离待操作旋钮/开关/按钮的问题。如图2所示，抱合住待操作目标后，进行压合操作时可避免机器人因按压反作用力产生重心不稳的问题，能够保证机器人操作时的稳定性。

所述中心齿轮后部设置有驱动电机，在机器人视觉定位系统的交叉定位技术下，定位机构沿中轴线转动使得第一抱合部与第二抱合部到达待操作目标的两侧，驱动电机启动，中心齿轮带动两侧的第一传动杆和第二传动杆相对运动，缩小第一抱合部与第二抱合部的距离直至定位机构抱合待操作目标，调距组件能够稳定有效的保证第一抱合部与第二抱合部稳定连接待操作目标，保证后续动作的稳定进行。

所述夹钳与定位机构呈十字结构间隔分布。所述夹钳至少为两组，夹钳与第一抱合部和第二抱合部间隔设置，保证第一抱合部与第二抱合部相对设置，两组夹钳相对设置，更重要的是，确保定位机构和夹钳工作时互不干涉，定位机构能够定位待操作目标，夹钳能够压合或转动待操作目标。

所述多功能夹合机构包括有微振马达4，所述接合部与夹钳之间设置有微动元件，所述微动元件连接于微振马达。所述微振马达用于为接合部提供微振动，避免产生接合部直接按压待操作按钮时出现卡涩现象，甚至出现按钮拒动而操作不到位的问题，利用微动元件振动消除按钮与按钮安装部之间的卡死可能，保证按压各种结构的按钮时均能顺畅进行。

所述多功能夹合机构还包括定位触头5，定位触头设置于夹钳连线的中轴线上。所述定位触头用于抵接开关柜面板上的转动开关或旋钮的轴心，定位触头点触待操作目标的定心端后，通过夹钳夹合待操作目标的转动端，夹钳直接旋转即可完成对目标的操作，避免了传统方案中在抓合待旋转目标后需要末端执行机构整体移动或转动的繁琐操作，有效提升操作旋钮或转动开关时的效率。

所述夹钳内侧设置有绝缘层。所述第一抱合部与第二抱合部内侧均设置有弹性层。绝缘层采用聚氯乙烯制成，弹性层采用天然橡胶制成。所述绝缘层能够保证多功能夹合机构操作时出现短路等问题，避免机器人与开关柜接触时产生电路损害，提高运行安全。所述弹性层用于增强第一抱合部与第二抱合部对待操作目标的静摩擦力，显著提升定位机构的抱合固定效果，进一步保证机器人的多功能末端执行结构的工作稳定性。

本实施例所公开的多功能末端执行机构可对开关柜面板上的多种目标进行操作，目标包括旋扭、按钮和闸型扳手；需要对按钮操作时，通过操作机器人的视觉定位系统的摄像头对按钮进行初步定位，接着多功能末端执行机构移动使得多功能夹合机构对正待操作按钮，利用基础电机100驱动定位机构前后动作调整与按钮之间的距离，直至第一抱合部与第二抱合部到达待操作按钮根部的侧方，接着中心齿轮在驱动电机的驱动下动作，使得第一抱合部与第二抱合部抱合固定待操作目标，消除后续操作时可能产生的偏离现象，同时能避免机器人按压操作时因反作用力而重心不稳的现象。

定位机构抱合待操作目标，多功能夹合机构前移，直至接合部点触待操作按钮端面，同时多功能夹合机构的微振马达启动，接合部对待操作按钮微振动，接合部同步进给，按压待操作按钮完成操作，微振动能够有效避免按钮与按钮安装槽之间的卡涩问题，确保压合操作到位。

需要对旋钮进行操作时，多功能夹合机构移动并对正待操作旋转部件，并利用定位触头点触旋转部件的定心端，定位端包括转动扳手部件的轴心端点，或是旋钮的中心点位，接着夹钳夹合旋转部件的活动端，通过拨动的简单操作即可完成对旋转部件的转动操作，无需整个多功能末端执行机构整体转动，显著降低动作复杂程度，提升操作效率。

本发明所公开的多功能末端执行机构包括用于抱合待操作夹合机构用于抱合旋钮/开关/按钮的根部的定位机构，确保多功能末端执行机构能够对正目标便于进行后续操作。以及点触旋转部件的定心端的定位触头，配合主电机200驱动夹钳夹合旋钮，旋转完成对旋钮的操作，还包括利用夹钳合拢后端部形成的接合部对按压部件进行防卡涩按压的功能，仅通过夹钳即可实现对旋钮/闸型扳手/按钮的操作，无需进行切换操作末端执行机构的操作，显著提升操作效率。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能末端执行机构的工作方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：操作开关柜面板上的按钮时，采用多功能夹合机构移动并对正待操作按钮，所述多功能夹合机构包括至少两组夹钳，夹钳端部设置有接合部；其中，所述接合部可沿夹钳长度方向前后动作，所述多功能夹合机构可沿中轴线旋转；所述多功能夹合机构外部还设置有定位机构，所述定位机构包括相对设置的第一抱合部与第二抱合部，所述定位机构前后动作，第一抱合部与第二抱合部抱合待操作按钮根部侧面；

S2：多功能夹合机构前后动作，直至接合部点触待操作按钮端面；

S3：所述多功能夹合机构包括有微振马达，所述接合部与夹钳之间设置有微动元件，所述微动元件连接于微振马达；多功能夹合机构的微振马达启动，接合部对待操作按钮微振动，接合部同步进给，按压待操作按钮完成操作；

S4：操作开关柜面板上的旋转部件时，多功能夹合机构移动并对正待操作旋转部件，定位触头点触旋转部件的定心端；

S5：夹钳夹合旋转部件的活动端，多功能夹合机构沿中轴线旋转完成操作。

2.根据权利要求1所述的一种多功能末端执行机构的工作方法，其特征在于，第一抱合部与第二抱合部之间设置有用于调整间距的调距组件。

3.根据权利要求2所述的一种多功能末端执行机构的工作方法，其特征在于，所述调距组件包括有中心齿轮，所述中心齿轮两侧分别咬合连接有第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆远离中心齿轮的一端连接第一抱合部，所述第二传动杆远离中心齿轮的一端连接第二抱合部。

4.根据权利要求2所述的一种多功能末端执行机构的工作方法，其特征在于，所述夹钳与定位机构呈十字结构间隔分布。

5.根据权利要求2所述的一种多功能末端执行机构的工作方法，其特征在于，所述定位机构包括有连接于多功能夹合机构的底盘，所述底盘可沿中轴线旋转。

6.根据权利要求1所述的一种多功能末端执行机构的工作方法，其特征在于，所述多功能夹合机构还包括定位触头，定位触头设置于夹钳连线的中轴线上。

7.根据权利要求1所述的一种多功能末端执行机构的工作方法，其特征在于，所述夹钳内侧设置有绝缘层。

8.根据权利要求2所述的一种多功能末端执行机构的工作方法，其特征在于，所述第一抱合部与第二抱合部内侧均设置有弹性层。

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