CN114131627B - 一种机器人辅助旁路桥接作业工具及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人辅助旁路桥接作业工具及其操作方法，该作业工具包括：底座安装组件，用于配合机器人实现左夹挂接组件与右夹挂接组件的定位支撑；绞盘组件，用于实现左夹挂接组件与右夹挂接组件之间绝缘绳的收放；左夹挂接组件与右夹挂接组件，两者均包括输入轴、固定夹板、传动机构、活动夹，输入轴在机器人的驱动作用下，通过传动机构带动活动夹夹紧扣入活动夹与固定夹板之间的线缆。本发明将机器人融入旁路桥接作业，辅助进行主线桥接，提高了旁路作业的效率，规避了人工作业的风险，减轻了人工的劳动强度，具有结构简单、操作方便、安全可靠等特点。

Description

一种机器人辅助旁路桥接作业工具及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种机器人辅助旁路桥接作业工具及其操作方法，属于配网作业机器人技术领域。

背景技术

配网不停电作业最常见的是借助绝缘斗臂车和绝缘手套法，进行直线杆改耐张杆、更换变压器、柱上开关等作业，常见的方式是旁路作业法。人工进行旁路作业时需要多车多人配合完成，如：一种绝缘短杆桥接法带电断接导线作业方法(CN 112531586 A)，使用绝缘短杆法配合旁路进行主线的桥接作业，进行局部停电检修更换作业，但对作业人员规范性要求较高，且人工桥接主线工序多，耗时长，标准高，强度大。随着电力公司对配电带电可靠性的提高，机器人参与不停电作业的需求日益旺盛。

发明内容

发明目的：针对人工桥接主线工序多、耗时长、强度高等不足，本发明提供的一种机器人辅助旁路桥接作业工具及其操作方法，将机器人融入旁路桥接作业，辅助进行主线桥接，有效提高作业效率，规避作业人员的劳动强度和安全风险。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供的一种机器人辅助旁路桥接作业工具，包括左夹挂接组件、右夹挂接组件、底座安装组件，所述底座安装组件用于配合机器人实现左夹挂接组件与右夹挂接组件的定位支撑；

所述左夹挂接组件与右夹挂接组件均包括输入轴、固定夹板、传动机构、活动夹，所述输入轴通过支撑架转动连接于固定夹板上，并在机器人的驱动作用下，通过传动机构带动活动夹夹紧扣入活动夹与固定夹板之间的线缆；

所述左夹挂接组件与右夹挂接组件的固定夹板上设有滑轮组，所述左夹挂接组件或右夹挂接组件上设有绞盘组件，通过绞盘组件实现滑轮组之间绝缘绳的收放。

进一步的，所述传动机构包括十字万向节、旋转丝杆、夹板连杆，所述输入轴通过十字万向节与旋转丝杆连接，所述旋转丝杆上套接有丝杠螺母，所述夹板连杆的中部与固定夹板铰接，其一端与活动夹底部铰接，另一端通过销钉与丝杠螺母铰接(同时限制丝杠螺母跟随旋转丝杆旋转)，通过旋转丝杆的旋转带动夹板连杆围绕中部铰接点的转动，从而实现活动夹的升降控制。

进一步的，所述丝杠螺母为球形螺母，且丝杠螺母两侧的夹板连杆上设有相适配的半球弧槽，通过球形配合结构防止在连杆转动过程中发生相互干涉。

进一步的，所述左夹挂接组件的夹板连杆在逆时针转动时带动活动夹向上抬起夹紧线缆，右夹挂接组件的夹板连杆在顺时针转动时带动活动夹向上抬起夹紧线缆，以实现主线断开后的自锁效应。

由于断开的主线有向两侧回拉的趋势，也就是通过摩擦力带动左夹连杆逆时针旋转、右夹连杆顺时针旋转的趋势，而左夹连杆逆时针旋转、右夹连杆顺时针旋转又是夹紧主线的动作，所以形成了一种越拉夹得越紧的自锁效应。

进一步的，为了保证输入轴旋转方向的一致性，所述左夹挂接组件与右夹挂接组件的旋转丝杆螺纹旋向相反。

进一步的，所述底座安装组件包括安装座，所述左夹挂接组件与右夹挂接组件上分别设有左夹脱离组件、右夹脱离组件；

所述左夹脱离组件与右夹脱离组件均包括双向丝杆及套接于双向丝杆上的左旋螺母、右旋螺母，所述双向丝杆通过安装架连接于固定夹板上，所述左旋螺母、右旋螺母上分别连接有与安装座配合的插销，且安装架上设有贯穿插销的导杆，用于插销开合的导向；通过双向丝杆的旋转实现插销的开合控制。

进一步的，所述输入轴通过棘轮头实现与十字万向节的单向传动，且输入轴上通过单向轴承套接有主动锥齿轮，所述双向丝杆通过从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合传动，以实现输入轴在正向旋转时通过旋转丝杆带动活动夹夹紧线缆，并在逆向旋转时通过双向丝杆带动插销打开，由此通过输入轴实现两个动作的控制。

进一步的，所述安装架上设有与安装座配合的定位销，用于保证定位精度。

进一步的，所述安装座的底部通过过渡座连接有机器人对接盘，且过渡座内设有驱动轴，所述绞盘组件包括蜗杆、蜗轮、绞线盘，所述蜗轮与绞线盘同轴传动，且蜗杆与蜗轮啮合传动，所述驱动轴通过齿轮组带动蜗杆的转动，进而实现绝缘绳的收放控制。

此外，本发明还提供了一种基于上述旁路桥接作业工具的操作方法，包括以下步骤：

1)机器人随绝缘斗臂车升空至作业区域，通过底座安装组件带动左夹挂接组件与右夹挂接组件到达左/右侧挂线点，并使搭接线缆扣入左/右夹挂接组件的活动夹与固定夹板之间；

2)机器人通过驱动左/右夹挂接组件的输入轴带动活动夹夹紧扣入的线缆，而后左/右夹挂接组件与底座安装组件脱离；

3)机器人通过底座安装组件带动右/左夹挂接组件到达右/左侧挂线点，并使搭接线缆扣入右/左夹挂接组件的活动夹与固定夹板之间，通过绞盘组件收紧左夹挂接组件与右夹挂接组件之间的绝缘绳；

4)机器人通过驱动右/左夹挂接组件的输入轴带动活动夹夹紧扣入的线缆，而后右/左夹挂接组件与底座安装组件脱离，完成挂线作业。

有益效果：本发明提供的一种机器人辅助旁路桥接作业工具及其操作方法，通过安装在绝缘斗臂车里的机器人抓取桥接作业工具对主线两侧进行挂接，中间通过绝缘绳接续支撑，断开主线、局部断电后可进行设备检修更换。

本发明将机器人融入旁路桥接作业，辅助进行主线桥接，提高了旁路作业的效率，规避了人工作业的风险，减轻了人工的劳动强度，具有结构简单、操作方便、安全可靠等特点。此外，使用绝缘绳代替绝缘短杆，规避了机器人作业末端负载和运动空间的局限性，拓展了机器人开展旁路作业的实施领域。

附图说明

图1为本发明实施例中左夹挂接组件的结构示意图；

图2为本发明实施例中左夹脱离组件的结构示意图；

图3为本发明实施例中右夹挂接组件的结构示意图；

图4为本发明实施例中右夹脱离组件的结构示意图；

图5为本发明实施例中绞盘组件的结构示意图；

图6为本发明实施例中底座安装组件的结构示意图；

图7为本发明实施例中左侧挂接作业的状态示意图；

图8为本发明实施例中右侧挂接作业的状态示意图；

图中的附图标记包括：1、转销，2、输入轴，3、支撑架，4、左夹板，5、棘轮头，6、十字万向节，7、右旋丝杆，8、左夹连杆，9、盖板，10、球形右旋螺母，11、铰接销，12、转轴，13、活动夹，14、大滑轮，15、大滑轮盖，16、轴肩螺栓，17、小滑轮，18、小滑轮盖，19、主动锥齿轮，20、单向轴承，21、从动锥齿轮，22、双向丝杆，23、左旋螺母，24、右旋螺母，25、插销，26、导杆，27、定位销，28、左夹安装架，

29、右夹板，30、左旋丝杆，31、球形左旋螺母，32、右夹连杆，33、右夹安装架，34、蜗轮，35、蜗杆，36、蜗轮支撑架，37、蜗杆支撑架，38、传动轴，39、绞线盘，40、绝缘绳，41、机器人对接盘，42、驱动轴，43、过渡座，44、安装座，45、安装盖，46、大直齿轮，47、小直齿轮，48、左夹挂接组件，49、右夹挂接组件，50、底座安装组件，51、驱动头工具，52、主线。

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。

一种基于旁路桥接法的机器人辅助人工断接主线的作业工具，包括左夹挂接组件48、左夹脱离组件、右夹挂接组件49、右夹脱离组件、绞盘组件、底座安装组件50。

如图1所示，左夹挂接组件48包含转销1、输入轴2、支撑架3、左夹板4、棘轮头5、十字万向节6、右旋丝杆7、左夹连杆8、盖板9、球形右旋螺母10、铰接销11、转轴12、活动夹13、大滑轮14、大滑轮盖15、轴肩螺栓16、小滑轮17、小滑轮盖18。

输入轴2通过支撑架3转动连接在左夹板4上，其一端通过转销1与驱动头工具51传动配合，其另一端面设置有法兰安装面，与棘轮头5通过螺钉连接；棘轮头5类似于棘轮套筒扳手的原理，通过拨动拨爪可以设置单向传递扭矩，棘轮头5的输出轴与十字万向节6的输入端连接，十字万向节6的输出端与右旋丝杆7连接。

球形右旋螺母10旋合在右旋丝杆7上，左夹连杆8和盖板9上均设置半球弧槽，二者合并将右旋螺母10包裹，并用一颗销钉贯穿球形右旋螺母10与左夹连杆8，以保证右旋丝杆7驱动时，球形右旋螺母10不会跟转，即球形右旋螺母10可绕销钉旋转，而不能跟右旋丝杆7一起旋转。

左夹连杆8通过铰接销11铰接在左夹板4上，活动夹13通过转轴12铰接在左夹连杆8上，当左夹连杆8绕铰接销11逆时针旋转，则带动活动夹13上升靠近左夹板4上的凸起，从而将主线夹在二者之间。

通过逆时针旋转夹紧主线实现自锁效应，即在主线断开后，断开的主线有将活动夹13向左拉的趋势，也就是通过摩擦力带动左夹连杆8逆时针旋转的趋势，而左夹连杆8逆时针旋转又是夹紧主线的动作，所以形成了一种越拉夹得越紧的自锁效应。

为了实现左夹连杆8的旋转动作，右旋丝杆7就必须悬臂摆动，随之带来的球形右旋螺母10也必须在左夹连杆8和盖板9的弧形沟槽里相对转动，所以右旋丝杆7需要用万向节来连接以达到摆动效果，丝杆螺母也优选设计为球形。

左夹板4的顶部通过轴肩螺栓16安装有大滑轮14和大滑轮盖15、小滑轮17和小滑轮盖18，以实现绝缘绳40的牵引。左夹挂接组件和右夹挂接组件之间通过动滑轮组连接，可以省去四分之一的拉力，减小绝缘绳40的负载，提高断开主线后绝缘绳40的拉力可靠性。

如图2所示，左夹脱离组件包含主动锥齿轮19、单向轴承20、从动锥齿轮21、双向丝杆22、左旋螺母23、右旋螺母24、插销25、导杆26、定位销27、左夹安装架28。

单向轴承20只能单方向传递扭矩，被过盈压入主动锥齿轮19内孔中，单向轴承20内圈与输入轴2配合；从动锥齿轮21通过平键与双向丝杆22连接，双向丝杆22通过左夹安装架28上安装在左夹板4后侧，并将主动锥齿轮19和从动锥齿轮21啮合，实现动力传递。

左旋螺母23与右旋螺母24分别旋合在双向丝杆22上，各自连接一个插销25，且左夹安装架28上设有贯穿插销25的导杆26，用于插销25开合的导向；当旋转双向丝杆22时，左旋螺母23与右旋螺母24可以通过左夹安装架28上的导杆26导向，实现闭合或打开，插销25的凸台与底座组件50上的安装孔配合，实现抱紧安装；定位销27装在左夹安装架28上，用于实现左夹脱离组件与底座组件50的安装定位。

如图3所示，右夹挂接组件49包含转销1、输入轴2、支撑架3、棘轮头5、十字万向节6、左旋丝杆30、球形左旋螺母32、右夹连杆31、盖板9、铰接销11、转轴12、活动夹13、右夹板29、大滑轮14、大滑轮盖15、轴肩螺栓16、小滑轮17、小滑轮盖18。

右夹挂接组件49的结构组成和传动原理与左夹挂接组件48类似，区别在于：右夹挂接组件49挂接的是断线点右侧的主线，当主线断开后，主线给活动夹13的拉力向右，所以右夹连杆31的旋转方向是顺时针，由此导致右夹连杆31与左夹连杆8的结构以及安装位置有所不同，为了保证输入轴2旋转方向的一致性，左旋丝杆30的旋向与右旋丝杆7相反；右夹板29顶部同样设置两个安装孔，通过轴肩螺栓16将大滑轮14和大滑轮盖15安装在顶部，并在旁边安装一颗轴肩螺栓16，可以与左夹挂接组件48顶部的两个滑轮形成动滑轮组。

如图5所示，右夹板29的后侧顶部通过轴肩螺栓16安装一个小滑轮17和小滑轮盖18，用于顶部滑轮组的绳子绕出后在背面进行换向，从而接到绞盘组件的绞线盘39上。绝缘绳的起始端为右夹板顶部的轴肩螺栓，按动滑轮组的绕行路径，依次绕过左夹板的小滑轮、右夹板的大滑轮、左夹板的大滑轮、右夹板背面的小滑轮，最后接在绞盘组件的绞线盘上。

如图4所示，右夹脱离组件包含主动锥齿轮19、单向轴承20、从动锥齿轮21、双向丝杆22、左旋螺母23、右旋螺母24、插销25、导杆26、定位销27、右夹安装架33。

右夹脱离组件的结构组成和传动原理与左夹脱离组件类似，区别在于：左夹脱离组件上的定位销27是水平布置，脱离动作是插销25从底座组件50上退出后，底座组件50向右滑移，定位销27才脱出底座组件50，而右夹脱离组件上的定位销27是竖直布置，底座组件50向下滑移，定位销27才脱出底座组件50。

此处的设计意义在于，第一次脱离时，左夹板4和右夹板29均扣入了主线，脱离时手臂只能向右移动，第二次脱离时，由于蜗杆35的输入轴插入了底座组件50的小直齿轮47内孔中，所以只能向下滑移才能实现脱离，且两次均只有一个方向的移动动作，对于软件手臂运动规划而言较为友好。

如图5所示，绞盘组件包含蜗轮34、蜗杆35、蜗轮支撑架36、蜗杆支撑架37、传动轴38、绞线盘39、绝缘绳40。

蜗轮34和绞线盘39通过传动轴38与平键实现同轴传动连接，传动轴38水平安装于右夹安装架33与蜗轮支撑架36之间，蜗杆35竖直安装于右夹安装架33与蜗杆支撑架37之间，蜗杆35与蜗轮34啮合，蜗轮支撑架36、蜗杆支撑架37均安装于右夹安装架33上。

蜗杆35的输入端为六方凸台，以配合底座组件50上小直齿轮47的六方孔特征，实现动力的传递。绝缘绳40从顶部滑轮组上绕行后接在绞线盘39上，通过机械臂末端电机驱动小直齿轮47，进而通过蜗杆35和蜗轮34带动绞线盘39旋转，实现左夹板4和右夹板29之间的绝缘绳40收放，实现主线断开后的保持。

如图6所示，底座安装组件50包含机器人对接盘41、驱动轴42、过渡座43、安装座44、安装盖45、大直齿轮46、小直齿轮47。

机器人对接盘41通过过渡座43与安装座44连接，安装盖45装在安装座44的上表面，驱动轴42两端通过过渡座43内的轴承支撑；驱动轴42顶端与大直齿轮46平键配合，小直齿轮47与大直齿轮46啮合，小直齿轮47上设置有六方孔，安装盖45上表面设置一个用于蜗杆35六方轴插入的通孔，安装座44前后面均设置两个用于插销25配合的通孔以及用于定位销27插入的通孔。

本发明实施例的工作过程如下：

步骤1：地面准备工作：人工先对需要检修的线路两侧进行旁路线缆搭接，并通电验电，即将电流通过旁路引接下来，并送往下游用户。

步骤2：将左夹组件和右夹组件通过插销抱紧和定位销定位分别装上底座组件，并通过绞线盘将剩余绝缘绳卷起，机器人本体工具台上放置剥线器、驱动头工具、断线器以及上述桥接作业工具。

步骤3：如图7所示，机器人随绝缘斗臂车升空至作业区域，扫描完成后，机器人右臂开始取剥线器对剥线点进行剥皮作业，剥皮完成后机器人右臂放回剥线器，左臂取出驱动头工具51，右臂取出桥接作业工具(与底座组件对接)，运动到之前计算好的挂线点，并将主线52扣入左夹板上的凸起和活动夹之间，左臂的驱动头工具51根据右臂相对位置，找准左夹组件的输入轴进行对接，左臂末端电机正向驱动转销，由于主动锥齿轮内存在单向轴承，此时输入轴的旋向不能将动力传到主动锥齿轮，而是经棘轮头传递到右旋丝杆，带动左夹连杆逆时针旋转夹紧扣入的主线。

步骤4：左臂电机开始反向驱动转销，由于棘轮头也是单向传递扭矩，所以棘轮头开始打滑，动力经单向轴承传递到主动锥齿轮，进而驱动从动锥齿轮带动双向丝杆旋转，插销从安装座上的孔内退出，此时左臂电机停止旋转，右臂带动底座组件向右移动，左夹组件的定位销从安装座上的孔内退出，实现左夹组件与底座组件的脱离。

步骤5：如图8所示，右臂向右平移的同时，右臂末端电机开始旋转，释放绝缘绳，当到达右侧挂线点时，右臂末端电机停止旋转，右臂向右绷紧绝缘绳，右臂带动底座组件将主线扣入右夹板上的凸起和活动夹之间，同理，左臂驱动头工具51根据右臂相对位置，找准右夹组件的输入轴进行对接，左臂末端电机正向驱动转销，由于主动锥齿轮内存在单向轴承，此时输入值的旋向不能将动力传到主动锥齿轮，而是经棘轮头传递到左旋丝杆，带动右夹连杆顺时针旋转夹紧扣入的主线。

步骤6：同理，左臂电机开始反向驱动转销，由于棘轮头也是单向传递扭矩，所以棘轮头开始打滑，动力经单向轴承传递到主动锥齿轮，进而驱动从动锥齿轮带动双向丝杆旋转，插销从安装盖上的孔内退出，此时左臂电机停止旋转，右臂带动底座组件50向下移动，定位销从安装盖上的孔内退出，实现右夹组件与底座组件50的脱离。

步骤7：机器人左臂和右臂分别放回驱动头工具51和底座组件50，机器人右臂取出断线器，对中间剥线点位置进行断线作业，由于两侧挂接了夹板，且夹板之间被绝缘绳拉住，当断开主线后，主线会被绝缘绳保持拉住而不会松垮掉落，此时局部实现断电，机器人完成了桥接作业，接下来由人工继续开展设备检修和更换作业。旁路完成之后也继续由人工进行拆除。

本实施例中，由于绞盘组件安装在右夹组件上，所以采用先左后右的顺序进行挂线作业，而在其他实施方式中，绞盘组件也可安装在左夹组件上(结构进行相应调整)，并采用先右后左的顺序进行挂线作业。

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。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (9)

1.一种机器人辅助旁路桥接作业工具，其特征在于，包括左夹挂接组件、右夹挂接组件、底座安装组件，所述底座安装组件用于配合机器人实现左夹挂接组件与右夹挂接组件的定位支撑；

所述左夹挂接组件与右夹挂接组件均包括输入轴、固定夹板、传动机构、活动夹，所述输入轴通过支撑架安装于固定夹板上，并在机器人的驱动作用下，通过传动机构带动活动夹夹紧扣入活动夹与固定夹板之间的线缆；

所述左夹挂接组件与右夹挂接组件的固定夹板上设有滑轮组，所述左夹挂接组件或右夹挂接组件上设有绞盘组件，通过绞盘组件实现滑轮组之间绝缘绳的收放；

所述传动机构包括十字万向节、旋转丝杆、夹板连杆，所述输入轴通过十字万向节与旋转丝杆连接，所述旋转丝杆上套接有丝杠螺母，所述夹板连杆的中部与固定夹板铰接，其一端与活动夹底部铰接，另一端与丝杠螺母铰接，通过旋转丝杆的旋转带动夹板连杆围绕中部铰接点的转动，从而实现活动夹的升降控制。

2.根据权利要求1所述的一种机器人辅助旁路桥接作业工具，其特征在于，所述丝杠螺母为球形螺母，且丝杠螺母两侧的夹板连杆上设有相适配的半球弧槽。

3.根据权利要求1所述的一种机器人辅助旁路桥接作业工具，其特征在于，所述左夹挂接组件的夹板连杆在逆时针转动时带动活动夹向上抬起夹紧线缆，右夹挂接组件的夹板连杆在顺时针转动时带动活动夹向上抬起夹紧线缆。

4.根据权利要求3所述的一种机器人辅助旁路桥接作业工具，其特征在于，所述左夹挂接组件与右夹挂接组件的旋转丝杆螺纹旋向相反。

5.根据权利要求1所述的一种机器人辅助旁路桥接作业工具，其特征在于，所述底座安装组件包括安装座，所述左夹挂接组件与右夹挂接组件上分别设有左夹脱离组件、右夹脱离组件；

所述左夹脱离组件与右夹脱离组件均包括双向丝杆及套接于双向丝杆上的左旋螺母、右旋螺母，所述双向丝杆通过安装架连接于固定夹板上，所述左旋螺母、右旋螺母上分别连接有与安装座配合的插销，且安装架上设有贯穿左旋螺母、右旋螺母的导杆，通过双向丝杆的旋转实现插销的开合控制。

6.根据权利要求5所述的一种机器人辅助旁路桥接作业工具，其特征在于，所述输入轴通过棘轮头实现与十字万向节的单向传动，且输入轴上通过单向轴承套接有主动锥齿轮，所述双向丝杆通过从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合传动，以实现输入轴在正向旋转时通过旋转丝杆带动活动夹夹紧线缆，并在逆向旋转时通过双向丝杆带动插销打开。

7.根据权利要求5所述的一种机器人辅助旁路桥接作业工具，其特征在于，所述安装架上设有与安装座配合的定位销。

8.根据权利要求5所述的一种机器人辅助旁路桥接作业工具，其特征在于，所述安装座的底部通过过渡座连接有机器人对接盘，且过渡座内设有驱动轴，所述绞盘组件包括蜗杆、蜗轮、绞线盘，所述蜗轮与绞线盘同轴传动，且蜗杆与蜗轮啮合传动，所述驱动轴通过齿轮组带动蜗杆的转动，进而实现绝缘绳的收放控制。

9.一种基于权利要求1-8任一所述旁路桥接作业工具的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）机器人随绝缘斗臂车升空至作业区域，通过底座安装组件带动左夹挂接组件与右夹挂接组件到达左/右侧挂线点，并使搭接线缆扣入左/右夹挂接组件的活动夹与固定夹板之间；

2）机器人通过驱动左/右夹挂接组件的输入轴带动活动夹夹紧扣入的线缆，而后左/右夹挂接组件与底座安装组件脱离；

3）机器人通过底座安装组件带动右/左夹挂接组件到达右/左侧挂线点，并使搭接线缆扣入右/左夹挂接组件的活动夹与固定夹板之间，通过绞盘组件收紧左夹挂接组件与右夹挂接组件之间的绝缘绳；

4）机器人通过驱动右/左夹挂接组件的输入轴带动活动夹夹紧扣入的线缆，而后右/左夹挂接组件与底座安装组件脱离，完成挂线作业。