CN113394712A - 一种用于带电作业的绝缘操作杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于带电作业的绝缘操作杆，包括姿态变换组件、旋转驱动组件，所述旋转驱动组件包括内部依次连接的无框电机模组、绝缘内杆、转向对接件一、工具输出轴以及外部依次连接的过渡套筒、绝缘外杆、转向对接件二、工具对接器；所述工具输出轴通过轴承安装于工具对接器内，且转向对接件一、转向对接件二的转向中心保持一致，通过姿态变换组件实现工具对接器相对于绝缘外杆的姿态调整，进而通过无框电机模组实现带电作业工具的作业驱动。本发明通过电机控制绝缘杆末端作业工具的姿态变化，有效提高了机器人作业范围和作业效率，减轻了作业人员的劳动强度，规避了极限角度作业下的安全风险。

Description

一种用于带电作业的绝缘操作杆

技术领域

本发明涉及一种用于带电作业的绝缘操作杆，属于带电作业工具技术领域。

背景技术

绝缘操作杆是电力安装或检修最常用的作业工具，通常情况下，绝缘操作杆由末端执行机构、杆体、操作机构组成，而末端执行机构种类繁多，包括验电器、断线器、剥线器等，常规绝缘操作杆的结构笨重，手持作业需要找到合适的作业点，对工人要求较高，费时费力。近年来带电作业机器人逐步进入人们的视野，成为了带电作业人员的好帮手，但是由于带电作业环境严苛，作业标准严格，故对机器人作业时的末端位置和姿态有一定的要求。现有的一些带电作业机器人并不能实现绝缘杆末端作业工具的姿态变化，使得作业范围具有一定的局限性。所以新型绝缘操作杆的研发也成为机器人带电作业需要解决的难点之一。

发明内容

发明目的：针对现有绝缘操作杆姿态单一固定、作业范围有限等缺陷，本发明提供一种用于带电作业的绝缘操作杆，通过电机控制绝缘杆末端作业工具的姿态变化，有效提高机器人的作业范围和作业效率，减轻人工的作业风险和劳动强度。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种用于带电作业的绝缘操作杆，包括姿态变换组件、旋转驱动组件，所述旋转驱动组件包括无框电机模组、驱动转接头、绝缘内杆、转向对接件一、过渡套筒、绝缘外杆、转向对接件二、工具对接器和工具输出轴；

所述绝缘内杆的一端通过驱动转接头与无框电机模组的输出轴连接，其另一端通过转向对接件一与工具输出轴连接，所述绝缘外杆套接于绝缘内杆的外侧，其一端通过过渡套筒与无框电机模组连接，另一端通过转向对接件二与工具对接器连接；

所述工具输出轴通过轴承安装于工具对接器内，所述转向对接件一、转向对接件二的转向中心保持一致，通过姿态变换组件实现工具对接器相对于绝缘外杆的姿态调整，进而通过无框电机模组实现带电作业工具的作业驱动。

进一步的，所述转向对接件一包括后过渡轴、十字万向节、前过渡轴，所述后过渡轴与绝缘内杆连接，所述前过渡轴与工具输出轴连接，所述前过渡轴与后过渡轴之间通过十字万向节连接。

进一步的，所述转向对接件二包括后万向筒、转向环、前万向筒，所述后万向筒与绝缘外杆连接，所述前万向筒与工具对接器连接，所述后万向筒、前万向筒之间通过转向环连接，同样形成十字铰接结构。

进一步的，所述姿态变换组件包括转向杆、转向底座、推杆组件和转向对接件三，所述转向杆中部通过转向底座切向连接于前万向筒上，其两端分别通过转向对接件三与对应的推杆组件连接，两个推杆组件并列设置于绝缘外杆上，通过两个推杆组件的推拉控制实现前万向筒围绕后万向筒的十字转向调整。

进一步的，所述姿态变换组件的姿态变换方法包括：通过两个推杆组件的同向运动带动转向杆实现前万向筒相对于后万向筒的俯仰姿态变换，通过两个推杆组件的反向运动带动转向杆实现前万向筒相对于后万向筒的偏摆姿态变换，通过俯仰、偏摆两种姿态变换的联合控制，实现工具对接器在角度边界条件下的任意姿态调整，以实现绝缘操作杆的多姿态化作业。

进一步的，所述转向对接件三包括一级连杆、二级连杆、三级连杆，所述三级连杆与转向杆套接，所述推杆组件、一级连杆、二级连杆、三级连杆之间依次铰接，形成三向铰接结构。

进一步的，所述推杆组件包括绝缘推杆、推杆底座、滚珠丝杆、螺母支架，所述绝缘推杆与绝缘外杆平行，其前端通过推杆底座与后万向筒滑动连接，其后端与螺母支架相连，所述螺母支架通过螺母套接于滚珠丝杆上，所述过渡套筒上设有底板支架，所述滚珠丝杆架设于底板支架上，所述螺母支架与底板支架滑动连接，通过滚珠丝杆的旋转带动螺母支架的直线运动，进而实现绝缘推杆的伸缩控制。

进一步的，所述推杆组件还包括直流电机、电机支架、大带轮、小带轮，所述直流电机通过电机支架安装于底板支架上，所述直流电机通过小带轮、大带轮之间的皮带传动实现滚珠丝杆的旋转驱动。

进一步的，所述底板支架上设有接近开关，用于感应并反馈滚珠丝杆上螺母支架的运动位置。

有益效果：本发明提供的一种用于带电作业的绝缘操作杆，相对于现有技术，具有结构简单、操作方便、兼容性强等特点，能够实现绝缘杆末端在±30°范围内的空间任意偏转，丰富了末端工具的作业姿态，有效提高了机器人作业范围和作业效率，减轻了作业人员的劳动强度，规避了极限角度作业下的安全风险。

附图说明

图1为本发明实施例中绝缘操作杆连接端的结构示意图；

图2为本发明实施例中绝缘操作杆连接端的剖面示意图；

图3为本发明实施例中绝缘操作杆末端的结构示意图；

图4为本发明实施例中绝缘操作杆末端的剖面示意图；

图5为本发明实施例中绝缘操作杆的内部结构示意图；

图6为本发明实施例中绝缘操作杆的整体结构示意图；

图7为本发明实施例中绝缘操作杆末端极限偏转状态下的结构示意图；

图8为本发明实施例中绝缘操作杆与机器人配合的结构示意图；

图中的附图标记包括：1、过渡套筒，2、抱紧片，3、底板支架，4、直线导轨，5、滚珠丝杆，6、螺母，7、螺母支架，8、丝杆固定座，9、丝杆支撑座，10、止动螺栓，11、接近开关，12、轴承压环，13、大带轮，14、小带轮，15、电机支架，16、电机法兰，17、直流电机，18、绝缘推杆，19、绝缘外杆，20、推杆支架，21、推杆左底座，22、推杆右底座，23、一级连杆，24、二级连杆，25、三级连杆，26、转向杆，27、转向底座，28、前万向筒，29、后万向筒，30、法兰销，31、转向环，32、定位销，33、工具对接器，34、无框电机模组，35、绝缘内杆，36、驱动转接头，37、抱紧套，38、后过渡轴，39、十字万向节，40、前过渡轴，41、工具输出轴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施方式进行描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图1-5所示为一种用于带电作业的绝缘操作杆，包括姿态变换组件、旋转驱动组件，所述旋转驱动组件包括无框电机模组34、驱动转接头36、绝缘内杆35、转向对接件一、过渡套筒1、绝缘外杆19、转向对接件二、工具对接器33和工具输出轴41。

其中，所述绝缘内杆35的一端通过驱动转接头36与无框电机模组34的输出轴连接，其另一端通过转向对接件一与工具输出轴41连接，所述绝缘外杆19套接于绝缘内杆35的外侧，其一端通过过渡套筒1与无框电机模组34连接，另一端通过转向对接件二与工具对接器33连接。

本实施例中，所述转向对接件一包括后过渡轴38、十字万向节39、前过渡轴40，所述转向对接件二包括后万向筒29、转向环31、前万向筒28。

具体地，过渡套筒1上设有安装孔，绝缘外杆19与安装孔配合，压入弹性圆柱销来止转，用抱紧片2装入过渡套筒1的切槽，通过螺钉抱紧；如图3所示，后万向筒29套在绝缘外杆19上，压入定位销32止转，并通过螺钉抱紧；前万向筒28和后万向筒29上均设有一对轴承，法兰销30穿过轴承内圈后与转向环31进行轴孔配合，并通过螺钉拉紧，即通过转向环31实现前万向筒28与后万向筒29之间的十字转向连接；前万向筒28与工具对接器33通过轴孔配合，压入定位销32止转，并用工具对接器33上的螺钉抱紧，实现二者的连接。

如图2所示，无框电机模组34与过渡套筒1端面通过螺钉连接，驱动转接头36上设置有六角孔，与无框电机模组34的六角输出轴配合输出动力；抱紧套37套在绝缘内杆35两端外圈，驱动转接头36与绝缘内杆35内圈配合，三者之间穿一根弹性圆柱销来实现连接；如图4所示，后过渡轴38、抱紧套37和绝缘内杆35三者之间穿一根弹性圆柱销来实现连接，且后过渡轴38与后万向筒29之间通过轴承配合支撑；如图5所示，后过渡轴38与前过渡轴40之间通过十字万向节39连接，且十字万向节39的中心与转向环31的中心保持同心才能实现内外共同偏转；前过渡轴40与前万向筒28之间同样通过轴承配合支撑，前过渡轴40上设有六角孔，工具输出轴41上有六角凸台，二者配合将动力输出，工具输出轴41与工具对接器33通过轴承配合支撑。

进一步的，所述姿态变换组件包括转向杆26、转向底座27、推杆组件和转向对接件三，所述转向杆26中部通过转向底座27切向连接于前万向筒28上，其两端分别通过转向对接件三与对应的推杆组件连接，两个推杆组件并列设置于绝缘外杆19上。

本实施例中，所述推杆组件包括底板支架3、推杆底座、滚珠丝杆5、螺母支架7、丝杆固定座8、丝杆支撑座9、大带轮13、小带轮14、电机支架15、直流电机17、绝缘推杆18、推杆支架20。

如图1所示，底板支架3与过渡套筒1上平面贴合，通过销钉定位、螺钉紧固；底板支架3上设有两条直线导轨4，螺母支架7与直线导轨4上的滑块通过卡槽定位，并通过螺钉连接；螺母支架7设有通孔，与滚珠丝杆5上的螺母6配合；滚珠丝杆5两端分别有轴承支撑，轴承外圈分别与丝杆固定座8、丝杆支撑座9配合，轴承压环12压紧丝杆固定座8上的轴承，丝杆固定座8与丝杆固定座9安装在底板支架3上。

大带轮13与滚珠丝杆5输入端配合，用紧定螺钉锁紧连接，端面再锁一颗螺母；电机法兰16与直流电机17端面贴合安装，小带轮14与直流电机17输出轴配合，用紧定螺钉紧固；电机支架15安装在底板支架3端面，电机法兰16安装在电机支架15上，电机支架15底部设置有螺钉安装孔，通过螺钉实现皮带的张紧控制。

绝缘推杆18与螺母支架7上的通孔配合，并镶入一颗弹性圆柱销来连接；推杆支架20穿在绝缘推杆18上，并通过螺钉抱紧绝缘外杆19；丝杆支撑座9上旋入止动螺栓10，用于丝杆螺母运动到极限位置的缓冲和限位；底部支架3上旋入接近开关11，用于检测和标定螺母运动的初始位置。当丝杆螺母运动到极限位置时会触碰到止动螺栓10，且接近开关11感应并发出信号将直流电机停止。

如图3所示，后万向筒29上也设有两条直线导轨4，推杆左底座21和推杆右底座22分别与两条直线导轨4上的滑块通过卡槽定位，并用螺钉锁紧；推杆左底座21和推杆右底座22上设有通孔，与绝缘推杆18配合后压入一颗弹性圆柱销连接。

进一步的，所述转向对接件三包括一级连杆23、二级连杆24、三级连杆25，其中一级连杆23与推杆左底座21、推杆右底座22通过销钉连接，二者可实现转动；一级连杆23与二级连杆24、二级连杆24与三级连杆25之间皆是轴孔转动配合，并拧一颗锁紧螺母消隙；三级连杆25通过无油衬套与转向杆26滑动配合，转向杆26穿在转向底座27上，并通过螺钉抱紧防止窜动，转向底座27安装在前万向筒28上。

可以看出，推杆底座、一级连杆23之间的铰接方向与后万向筒29、转向环31之间的铰接方向一致，二级连杆24、三级连杆25之间的铰接方向与前万向筒28、转向环31之间的铰接方向一致，一级连杆23、二级连杆24之间的铰接方向与上述两个方向均垂直(也就是连杆轴向)。

本发明的工作过程如下：

第一步：如图8所示，将上述三自由度绝缘杆装上机器人第六轴末端，机器人通过工具对接器33抓取作业工具运动到作业区域，如图6所示，常规状态下工具对接器33与绝缘外杆19同轴，机器人在自身允许的变换姿态下作业，此时作业范围具有一定的局限性。

第二步：当遇到一些极限角度的作业姿态时，机器人无法通过六轴机械臂来调整末端工具作业方向和角度，故通过直流电机17驱动滚珠丝杆的旋转，控制两根绝缘推杆18的速度和运动方向，根据万向节的原理绝缘杆末端会呈现不同的偏转姿态(如图7所示)，从而扩大作业范围，得到想要的作业精度。

第三步：当调整好末端姿态并精准找到作业对象后，无框电机模组34开始工作，通过绝缘内杆35、十字万向节39传递到工具输出轴41，驱动末端工具进行断线、剥线、穿线、夹线等不同的作业。

进一步的，绝缘杆末端姿态的调整方式为：两个直流电机17同向驱动时，两根绝缘推杆18一同前进或后退，通过三根连杆使得转向杆26前进或后退，即末端工具呈现俯仰姿态变换；两个直流电机17一正一反驱动时，一根绝缘推杆18前进，一根后退，通过三根连杆使得转向杆26转向，即末端工具呈现偏摆姿态变换；联合控制直流电机17的转速(即结合两种姿态变换)能够实现末端工具在角度边界条件下的任意姿态调整，实现机器人多姿态化作业。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (9)

1.一种用于带电作业的绝缘操作杆，其特征在于，包括姿态变换组件、旋转驱动组件，所述旋转驱动组件包括无框电机模组、驱动转接头、绝缘内杆、转向对接件一、过渡套筒、绝缘外杆、转向对接件二、工具对接器和工具输出轴；

所述绝缘内杆的一端通过驱动转接头与无框电机模组的输出轴连接，其另一端通过转向对接件一与工具输出轴连接，所述绝缘外杆套接于绝缘内杆的外侧，其一端通过过渡套筒与无框电机模组连接，另一端通过转向对接件二与工具对接器连接；

所述工具输出轴通过轴承安装于工具对接器内，所述转向对接件一、转向对接件二的转向中心保持一致，通过姿态变换组件实现工具对接器与绝缘外杆的姿态调整，进而通过无框电机模组实现带电作业工具的作业驱动。

2.根据权利要求1所述的一种用于带电作业的绝缘操作杆，其特征在于，所述转向对接件一包括后过渡轴、十字万向节、前过渡轴，所述后过渡轴与绝缘内杆连接，所述前过渡轴与工具输出轴连接，所述前过渡轴与后过渡轴之间通过十字万向节连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于带电作业的绝缘操作杆，其特征在于，所述转向对接件二包括后万向筒、转向环、前万向筒，所述后万向筒与绝缘外杆连接，所述前万向筒与工具对接器连接，所述后万向筒、前万向筒之间通过转向环连接，同样形成十字铰接结构。

4.根据权利要求3所述的一种用于带电作业的绝缘操作杆，其特征在于，所述姿态变换组件包括转向杆、转向底座、推杆组件和转向对接件三，所述转向杆中部通过转向底座切向连接于前万向筒上，其两端分别通过转向对接件三与对应的推杆组件连接，两个推杆组件并列设置于绝缘外杆上，通过两个推杆组件的推拉控制实现前万向筒围绕后万向筒的十字转向调整。

5.根据权利要求4所述的一种用于带电作业的绝缘操作杆，其特征在于，所述姿态变换组件的姿态变换方法包括：

通过两个推杆组件的同向运动带动转向杆实现前万向筒相对于后万向筒的俯仰姿态变换，通过两个推杆组件的反向运动带动转向杆实现前万向筒相对于后万向筒的偏摆姿态变换，通过俯仰、偏摆两种姿态变换的联合控制，实现工具对接器在角度边界条件下的任意姿态调整。

6.根据权利要求4所述的一种用于带电作业的绝缘操作杆，其特征在于，所述转向对接件三包括一级连杆、二级连杆、三级连杆，所述三级连杆与转向杆套接，所述推杆组件、一级连杆、二级连杆、三级连杆之间依次铰接，形成三向铰接结构。

7.根据权利要求4所述的一种用于带电作业的绝缘操作杆，其特征在于，所述推杆组件包括绝缘推杆、推杆底座、滚珠丝杆、螺母支架，所述绝缘推杆与绝缘外杆平行，其前端通过推杆底座与后万向筒滑动连接，其后端与螺母支架相连，所述螺母支架通过螺母套接于滚珠丝杆上，所述过渡套筒上设有底板支架，所述滚珠丝杆架设于底板支架上，所述螺母支架与底板支架滑动连接，通过滚珠丝杆的旋转带动螺母支架的直线运动，进而实现绝缘推杆的伸缩控制。

8.根据权利要求7所述的一种用于带电作业的绝缘操作杆，其特征在于，所述推杆组件还包括直流电机、电机支架、大带轮、小带轮，所述直流电机通过电机支架安装于底板支架上，所述直流电机通过小带轮、大带轮之间的皮带传动实现滚珠丝杆的旋转驱动。

9.根据权利要求7所述的一种用于带电作业的绝缘操作杆，其特征在于，所述底板支架上设有接近开关，用于感应并反馈滚珠丝杆上螺母支架的运动位置。

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