CN114530790A - 一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，包括以下步骤：采集环境信息并进行机器人作业判断；将机器人系统举升至作业处；通过传感器组件对作业场景进行测量建模；通过升降机构组件对机器人本体组件进行运动控制；根据作业流程，控制绝缘杆组件在工具库组件上抓取工具组件进行作业；作业完成后，通过升降机构组件收回机器人本体组件并送至地面。上述技术方案通过机器人本体组件配合升降机构组件实现机器人的位移，然后在基座组件的支持下，控制绝缘杆组件、工具组件和工具库组件实现在垂直排列双回路场景内的带电作业，运用传感器组件实现准确高效工作，有效提高作业效率，规避人工作业的风险。

Description

一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法

技术领域

本发明涉及输电线路配置技术领域，尤其涉及一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法。

背景技术

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。垂直排列双回路是一种新型输电线路布置方式，目前，需作业人员采用绝缘杆作业法或绝缘手套作业法完成对垂直双回路的带电作业。在完成绝缘遮蔽后，穿戴个人防护用具的作业人员站在斗臂车绝缘斗内或完成爬杆后，使用绝缘锁杆完成作业，最后完成绝缘恢复。但是配电网线路通常十分紧湊，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。

随着机器人在特种行业中的发展，越来越多的机器人产品应用于带电作业场景，但垂直排列双回路较其他作业场景具有空间小、作业范围大等特点，目前已有的机器人并不能完成对类似狭小空间的作业。针对人工带电作业存在的诸多缺陷，为提高作业效率，有必要开发一种用于狭小空间作业的机器人完成垂直排列双回路等狭小空间、大作业范围的作业任务。

有资料显示，实际线路中，双回路场景占比例在40％～50％，双回路场景中，又以垂直双回路占比最多，三角排列双回次之。目前全网推广使用配网带电作业机器人，现有运行的配网带电作业机器人作业能力单一，适用作业场景较少的情况，因此研究适用配网不停电作业垂直双回路搭接引流线的末端工具和作业流程，拓展作业项目，扩大机器人作业的应用场景。

中国专利文献CN113315031A公开了一种“用于搭线接线的夹持工具”。采用了包括线夹主体，所述线夹主体内滑动连接有活动夹块，所述线夹主体一侧设有用于推动所述活动夹块的驱动轴，所述驱动轴远离所述线夹主体的一端连接有绝缘杆；所述驱动轴靠近所述线夹主体的一端设有传动螺杆，所述传动螺杆穿过所述线夹主体与所述活动夹块螺纹连接，所述驱动轴与所述线夹主体转动连接。

发明内容

本发明主要解决原有的技术方案效率低下且无法完成在狭小空间内作业的技术问题，提供一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，通过机器人本体组件配合升降机构组件实现机器人的位移，然后在基座组件的支持下，控制绝缘杆组件、工具组件和工具库组件实现在垂直排列双回路场景内的带电作业，运用传感器组件实现准确高效工作，有效提高作业效率，规避人工作业的风险。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：

S1采集环境信息并进行机器人作业判断；

S2将机器人系统举升至作业处；

S3通过传感器组件对作业场景进行测量建模；

S4通过升降机构组件对机器人本体组件进行运动控制；

S5根据作业流程，控制绝缘杆组件在工具库组件上抓取工具组件进行作业；S6作业完成后，通过升降机构组件收回机器人本体组件并送至地面。

作为优选，所述的步骤S1通过传感器组件中的微气象站采集环境信息，环境信息包括风向、风速、降水、光照和可视度，将采集信息与设定阈值比较，若超出阈值，则不能进行机器人作业，反之，允许进行机器人作业。

作为优选，所述的传感器组件包含尾部监控组件、面阵激光、3D激光组件、力传感器组件，尾部监控组件包括GPS天线、微气象站、摄像机和三色灯，面帧激光固定于绝缘杆组件顶端，3D激光组件固定于机器人本体组件前方，与尾部监控组件中的摄像机共同作用，力传感器组件固定于机器人末端与绝缘杆组件之间。

作为优选，所述的升降机构组件，包含丝杆组件三、丝杆支撑座二、丝杆固定座二、直线导轨二、过渡盘、升降滑台、电机组件二，升降滑台与机器人本体组件通过过渡盘固定连接，升降滑台与基座组件中的基座箱体通过直线导轨二、丝杆组件三连接，丝杆组件三通过丝杆支撑座二、丝杆固定座二固定于升降滑台上、下两端，电机组件二与升降滑台连接，随升降滑台一起运动。

作为优选，所述的绝缘杆组件包含过渡套筒、电机支架、丝杆支撑座一、丝杆固定座一、丝杆组件一、绝缘推杆、绝缘外杆、绝缘内杆、十字转向轴、直线导轨一、电机组件一和脱困组件，绝缘杆组件通过过渡套筒与传感器组件中的力传感器组件连接，电机组件一通过电机支架固定于绝缘外杆上，丝杆组件一通过丝杆支撑座一与丝杆固定座一固定于绝缘杆组件的上部，脱困组件与绝缘外杆通过十字转向轴连接，绝缘推杆将丝杆组件一与十字转向轴相连，绝缘内杆置于绝缘外杆内部。

作为优选，所述的工具库组件包含工具架、解锁杆、定位导向针和浮动轴组件，所述工具架通过浮动轴组件固定于机器人本体组件前部，定位导向针固定于工具架上，解锁杆固定于工具架上，与工具组件的上锁杆配合。

作为优选，所述的工具组件包含螺旋夹线器组件、线夹工具组件、智能剥线器组件、J型线夹工具组件、断线器组件和接地环工具组件，所述工具组件设置在工具架上。

作为优选，所述的螺旋夹线器组件包含上锁杆、对接盘、斜面块、工具盘、传递销、过渡支撑、丝杆组件二和卡爪，螺旋夹线器组件通过对接盘与绝缘杆连接，并且通过斜面块与上锁杆完成工具组件与绝缘杆组件的固定，工具盘与对接盘固定连接，传递销与丝杆组件二孔轴配合，丝杆组件二通过过渡支撑与工具盘固定连接，卡爪与丝杆组件二相连。

作为优选，所述的机器人系统还包括基座组件，所述基座组件包含转接头、基座箱体、散热模组、供电模组和控制模组，机器人系统通过基座组件中的转接头与斗臂车固定连接，基座箱体与转接头相连，散热模组、供电模组、控制模组均置于基座箱体内部。

本发明的有益效果是：通过机器人本体组件配合升降机构组件实现机器人的位移，然后在基座组件的支持下，控制绝缘杆组件、工具组件和工具库组件实现在垂直排列双回路场景内的带电作业，运用传感器组件实现准确高效工作，有效提高作业效率，规避人工作业的风险。

附图说明

图1是本发明的一种流程图。

图2是本发明的一种机器人系统的结构示意图。

图3是本发明的一种绝缘杆组件的结构示意图。

图4是本发明的一种基座组件的结构示意图。

图5是本发明的一种工具库组件的结构示意图。

图6是本发明的一种升降机构组件的结构示意图。

图7是本发明的一种螺旋夹线器组件的正面剖视图

图8是本发明的一种工作状态下结构示意图。

图中1机器人本体组件，2绝缘杆组件，3基座组件，4工具库组件，5工具组件，6传感器组件，7升降机构组件，8过渡套筒，9电机组件一，10电机支架，11绝缘外杆，12绝缘内杆，13脱困组件，14十字转向轴，15直线导轨一，16绝缘推杆，17丝杆固定座一，18丝杆组件一，19丝杆支撑座一，20转接头，21基座箱体，22供电模组，23散热模组，24控制模组，25浮动轴组件，26工具架，27定位导向针，28解锁杆，29丝杆组件二，30对接盘，31上锁杆，32工具盘，33斜面块，34传递销，35卡爪，36过渡支撑，37过渡盘，38升降滑台，39电机组件二，40丝杆固定座二，41直线导轨二，42丝杆组件三，43丝杆支撑座二，44面阵激光，45微气象站，46GPS天线，47三色灯，483D激光组件，49摄像机，50力传感器组件。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例：本实施例的一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1采集环境信息并进行机器人作业判断。传感器组件6用于机器人系统对工作环境、作业场景的感知与建模，是机器人完成作业的前提与保障。如图8所示，传感器组件6包含尾部监控组件、面阵激光44、3D激光组件48、力传感器组件50。尾部监控组件包含并不仅局限于GPS天线46、微气象站45、摄像机49、三色灯47。GPS天线46用于机器人的定位。微气象站45用于天气的监控，判断天气环境是否适合机器人的作业。三色灯47用于显示机器人的状态监控与显示。摄像机49用于机器人及其工作场景的视觉图像采集。面帧激光固定于绝缘杆组件2顶端，在机器人作业时监控机器人及工具组件5的动作。3D激光组件48固定于机器人本体组件前方，面阵激光44固定于绝缘杆组件2上，与尾部监控组件中的摄像机49共同作用，用于作业场景的模型搭建与机器人作业时的视觉监控。力传感器组件50固定于机器人末端与绝缘杆组件2之间，用于机器人末端力、力矩等参数的数据采集，便于机器人输出力、力矩的精准控制。通过传感器组件中的微气象站采集环境信息，环境信息包括风向、风速、降水、光照和可视度，将采集信息与设定阈值比较，若超出阈值，则不能进行机器人作业，反之，允许进行机器人作业。

S2由斗臂车将机器人系统举升至合适工作范围，便于通过传感器组件进行精确识别。机器人系统包含机器人本体组件1、绝缘杆组件2、基座组件3、工具库组件4、工具组件5、传感器组件6、升降机构组件7。机器人本体组件包含1个以上机器人本体。机器人本体为多关节串联机器人或并联机器人，如6自由度串联机器人、6自由度并联机器人等。机器人本体与升降机构组件中的升降滑台通过过渡盘连接，并通过螺钉固定。

S3通过传感器组件对作业场景进行测量建模，确定作业位置，以便于将机器人系统移动到作业处。

S4通过升降机构组件对机器人本体组件进行运动控制。升降机构组件7是在绝缘斗臂车无法将机器人本体举升至工作范围时，机器人系统在狭小空间范围自升降，调整工作范围的机构。升降机构组件7保证了机器人系统能在狭小空间、大作业范围(如垂直排列双回路作业场景)完成作业任务。如图6所示，升降机构组件7为直臂式、交叉式、导轨式升降机构中的一种，以导轨式升降机构为例，包含丝杆组件三42、丝杆支撑座二43、丝杆固定座二40、直线导轨二41、过渡盘37、升降滑台38、电机组件二39。升降滑台38与机器人本体组件通过过渡盘37连接，并通过螺钉紧固。升降滑台38与基座组件3中的基座箱体21通过直线导轨二41、丝杆组件三42连接。丝杆组件三42通过丝杆支撑座二43、丝杆固定座二40固定于升降滑台38上、下两端。电机组件二39与升降滑台38连接，随升降滑台38一起运动，用于丝杆组件三42的动力输入。此处升降机构也可采用两组丝杆组件和两组直线导轨的形式，实现举升双倍行程距离的目的。

S5根据作业流程，控制绝缘杆组件在工具库组件上抓取工具组件进行作业。绝缘杆组件2用于机器人末端与工具组件5的过渡链接。如图2所示，绝缘杆组件2包含过渡套筒、电机支架10、丝杆支撑座一19、丝杆固定座一17、丝杆组件一18、绝缘推杆16、绝缘外杆11、绝缘内杆12、十字转向轴14、直线导轨一15、电机组件一9、脱困组件13。传感器组件6中的力传感器组件50连接固定于机器人末端。绝缘杆组件2通过过渡套筒与传感器组件6中的力传感器组件50连接。电机组件一9通过电机支架10固定于绝缘外杆11上，与丝杆组件一18通过齿轮传动、带传动等方式连接，用于丝杆组件一18的驱动。丝杆组件一18通过丝杆支撑座一19与丝杆固定座一17固定于绝缘杆组件2的上部，用于绝缘推杆16的运动输入。脱困组件13与绝缘外杆11通过十字转向轴14连接，用于在操作中出现紧急故障时工具组件5与绝缘杆组件2的脱离。通过1个以上的绝缘推杆16将丝杆组件一18与十字转向轴14的连接，用于脱困组件13和与脱困组件13连接的工具组件5的全角度运动。增加了整个机器人的运动自由度。绝缘内杆12置于绝缘外杆11内部，与工具组件5的传递销34配合，用于工具组件5的动力输入。

工具库组件4用于工具组件5在机器人系统中的放置与固定。如图4所示，工具库组件4包含工具架26、解锁杆28、定位导向针27、浮动轴组件25。工具架26通过浮动轴组件25连接固定于机器人本体前部。工具架26用于工具组件5的放置。浮动轴组件25使工具架26在小范围内全方向平移，用于绝缘杆与工具组件5的对接冗余。定位导向针27固定于工具架26上，与工具组件5中的对接盘30配合，可将工具组件5固定在工具库上，避免晃动冲击对工具组件5的机构造成破坏。解锁杆28通过螺钉固定于工具架26上，与工具组件5的上锁杆31配合，可实现机器人将工具组件5放置在工具库上之后的解锁脱离。

工具组件5是机器人完成各指定作业任务过程中需要使用的、适用于机器人的作业工具。工具组件5包含螺旋夹线器组件、线夹工具组件、智能剥线器组件、J型线夹工具组件、断线器组件、接地环工具组件等机器人作业工具。如图5所示，以螺旋夹线器组件为例，包含上锁杆31、对接盘30、斜面块33、工具盘32、传递销34、过渡支撑36、丝杆组件二29、卡爪35。螺旋夹线器组件通过对接盘30与绝缘杆连接，通过斜面块33与上锁杆31完成工具组件5与绝缘杆组件2的固定。工具盘32与对接盘30通过螺钉连接固定。传递销34与丝杆组件二29孔轴配合，用于将绝缘内杆12的扭矩传递到丝杆组件二29上，完成动力输入。丝杆组件二29通过过渡支撑36与工具盘32连接固定。卡爪35与丝杆组件二29配合连接，用于线缆的夹持。

S6作业完成后，通过升降机构组件收回机器人本体组件并送至地面。

基座组件3是机器人系统的安装基座，也是机器人系统与绝缘斗臂车的连接过渡组件。如图3所示，基座组件3包含转接头20、基座箱体21、散热模组23、供电模组22、控制模组24。本设计的用于狭小空间作业的机器人通过基座组件3中的转接头20与斗臂车连接固定。基座箱体21与转接头20通过螺钉连接。散热模组23、供电模组22、控制模组24均置于基座箱体21内部。供电模组22采用蓄电池或直接连接电源的方式，为机器人本体、绝缘杆组件2、传感器组件6、升降机构组件7提供电能。控制模组24用于控制机器人本体的运动控制、升降机构的升降幅度与升降速度。散热模组23用于基座箱体21内的温度控制，保证基座箱体21内供电模组22、控制模组24的工作温度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了传感器组件、绝缘杆组件等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1采集环境信息并进行机器人作业判断；

S2将机器人系统举升至作业处；

S3通过传感器组件对作业场景进行测量建模；

S4通过升降机构组件对机器人本体组件进行运动控制；

S5根据作业流程，控制绝缘杆组件在工具库组件上抓取工具组件进行作业；

S6作业完成后，通过升降机构组件收回机器人本体组件并送至地面。

2.根据权利要求1所述的一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，其特征在于，所述步骤S1通过传感器组件中的微气象站采集环境信息，环境信息包括风向、风速、降水、光照和可视度，将采集信息与设定阈值比较，若超出阈值，则不能进行机器人作业，反之，允许进行机器人作业。

3.根据权利要求1或2所述的一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，其特征在于，所述传感器组件包含尾部监控组件、面阵激光、3D激光组件、力传感器组件，尾部监控组件包括GPS天线、微气象站、摄像机和三色灯，面帧激光固定于绝缘杆组件顶端，3D激光组件固定于机器人本体组件前方，与尾部监控组件中的摄像机共同作用，力传感器组件固定于机器人末端与绝缘杆组件之间。

4.根据权利要求1所述的一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，其特征在于，所述升降机构组件，包含丝杆组件三、丝杆支撑座二、丝杆固定座二、直线导轨二、过渡盘、升降滑台、电机组件二，升降滑台与机器人本体组件通过过渡盘固定连接，升降滑台与基座组件中的基座箱体通过直线导轨二、丝杆组件三连接，丝杆组件三通过丝杆支撑座二、丝杆固定座二固定于升降滑台上、下两端，电机组件二与升降滑台连接，随升降滑台一起运动。

5.根据权利要求1所述的一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，其特征在于，所述绝缘杆组件包含过渡套筒、电机支架、丝杆支撑座一、丝杆固定座一、丝杆组件一、绝缘推杆、绝缘外杆、绝缘内杆、十字转向轴、直线导轨一、电机组件一和脱困组件，绝缘杆组件通过过渡套筒与传感器组件中的力传感器组件连接，电机组件一通过电机支架固定于绝缘外杆上，丝杆组件一通过丝杆支撑座一与丝杆固定座一固定于绝缘杆组件的上部，脱困组件与绝缘外杆通过十字转向轴连接，绝缘推杆将丝杆组件一与十字转向轴相连，绝缘内杆置于绝缘外杆内部。

6.根据权利要求1所述的一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，其特征在于，所述工具库组件包含工具架、解锁杆、定位导向针和浮动轴组件，所述工具架通过浮动轴组件固定于机器人本体组件前部，定位导向针固定于工具架上，解锁杆固定于工具架上，与工具组件的上锁杆配合。

7.根据权利要求6所述的一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，其特征在于，所述工具组件包含螺旋夹线器组件、线夹工具组件、智能剥线器组件、J型线夹工具组件、断线器组件和接地环工具组件，所述工具组件设置在工具架上。

8.根据权利要求7所述的一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，其特征在于，所述螺旋夹线器组件包含上锁杆、对接盘、斜面块、工具盘、传递销、过渡支撑、丝杆组件二和卡爪，螺旋夹线器组件通过对接盘与绝缘杆连接，并且通过斜面块与上锁杆完成工具组件与绝缘杆组件的固定，工具盘与对接盘固定连接，传递销与丝杆组件二孔轴配合，丝杆组件二通过过渡支撑与工具盘固定连接，卡爪与丝杆组件二相连。

9.根据权利要求1所述的一种操作机器人的垂直双回路支线搭接作业控制方法，其特征在于，所述机器人系统还包括基座组件，所述基座组件包含转接头、基座箱体、散热模组、供电模组和控制模组，机器人系统通过基座组件中的转接头与斗臂车固定连接，基座箱体与转接头相连，散热模组、供电模组、控制模组均置于基座箱体内部。

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