CN114793665A - 一种高枝锯装置、配网带电作业机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种高枝锯装置、配网带电作业机器人及方法，本公开结构灵活、质量轻、可完成软柔树枝锯切，设置夹持装置和吊环提升机构，设置有力矩保护装置，采用圆盘锯片，结构灵活，作业效果好，可适应多种树木软质硬质树枝的锯切，解决了锯断后软柔树枝及粗树枝高空跌落砸伤现场作业人员的安全隐患，而且操作人员远离高压导线，安全可靠，作业效率高。提高了带电作业机器人树枝修剪的自动化水平。

Description

一种高枝锯装置、配网带电作业机器人及方法

技术领域

本公开属于高压带电作业机器人带电作业技术领域，具体涉及一种高枝锯装置、配网带电作业机器人及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

配网架空线路两侧生长有各种树木，为了防止过高的树枝对线路的安全运行产生影响，如接地放电、碰触、磨损、跳闸及相间短路等，需要利用树枝修剪工具修剪树枝。目前，在架空线路周围带电状态下修剪树枝时，常采用手锯、电动锯枝及油锯等方式，并借助梯子或斗臂车进行登高作业，自动化程度低，劳动强度大，作业效率低，严重影响树木修剪的进度,而且操作人员直接接触高压导线，容易引发触电事故及高空坠落的风险，存在很大的安全隐患。

中国专利CN201810880491.1公开了带电作业机器人除枝工具，包括树干、一号移动机构和连接机构，树干上下两侧均匀设有一号移动机构、二号移动机构、三号移动机构、四号移动机构、五号移动机构和六号移动机构，且移动机构设有弹簧牵引的滚轮，滚轮可在弹簧腔内自由上下移动，因此该除枝工具可在表面具有凸起和凹坑的树干上移动，通过高压风泵连接吸风腔，且连接吸风腔的二号吸管处在切割片正上方，当切割片对树干上多余的树枝进行切割的时候，吸风口可将切割时候多余的废屑吸进吸风腔内，避免废屑乱飞污染空气环境，同时也进一步的提高了该工具的实用性。该专利只是简单的提出了一种带电作业机器人除枝工具，针对树干上多余的树枝进行切割，不能完成树干及复杂树况下的切割，而且本身重量重，结构庞大，不适合配网带电作业机器人机械臂使用。

中国专利ZL2015107344442公开了一种带电作业机器人除枝工具，包括壳体组件、电机齿轮组件和控制盒组件，所述壳体组件、机齿轮组件和控制盒组件均与支架体组件相连；壳体组件包括依次连接的锯条、移动体及顶杆，所述电机齿轮组件包括电机、主动齿轮、被动齿轮及凸轮，控制盒组件控制电机带动主动齿轮转动，主动齿轮与被动齿轮啮合，凸轮随被动齿轮转动，凸轮与顶杆相连，凸轮的转动带动顶杆、移动体及锯条直线运动。该专利只是简单的提出了一种往复式带电作业机器人除枝工具，由于采用往复式传动结构，锯切树枝时震动大，并且会受到树枝的反向作用力，需要机械臂提供很大的作用力，不适合配网带电作业机器人机械臂使用。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种高枝锯装置、配网带电作业机器人及方法，本公开结构灵活、质量轻、可完成软柔树枝锯切，且适用于配网带电作业机器人机械臂，提高了带电作业机器人树枝修剪的自动化水平。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种高枝锯装置，包括机架，及设置在机架上的柔性锯切机构、固定夹持机构及控制模块，其中：

所述的机架上具有一凹槽结构，所述凹槽结构一侧上设置有弧形定位结构；

所述的柔性锯切机构包括摆臂结构、锯片、扭矩限制器和驱动机构，所述扭矩限制器设置于机架上，所述的摆臂结构的一端设置在摩擦型扭矩限制器的输出轴上，另一端连接所述锯片，所述驱动机构用于提供摆臂结构转动的驱动力，以及锯片旋转的驱动力，通过调节扭矩限制器来控制摆臂结构的摆动力矩，以自适应多质地树枝的锯切；

所述的固定夹持机构包括夹持装置和吊环机构，所述的夹持装置包括可相对运动的上夹爪、下夹爪，以及上夹爪、下夹爪相对运动的驱动单元；所述吊环机构包括可开合吊环以及可转动机构，所述可转动机构上缠绕有吊环绳，吊环绳的另一端连接所述可开合吊环；

所述控制模块，用于控制柔性锯切机构、固定夹持机构的动作。

作为可选择的实施方式，所述凹槽结构的底板上设置有排屑孔，在机架的前端垂直设置有排屑挡板。

作为可选择的实施方式，所述驱动机构包括摆臂驱动电机、锯切驱动电机，所述扭矩限制器固定在扭矩限制器固定座上，扭矩限制器固定座固定在机架上，所述扭矩限制器的后端连接摆臂驱动电机；所述锯切驱动电机的输出轴通过同步带连接锯片固定盘，所述锯片固定盘固定于锯片中心。

作为可选择的实施方式，所述锯片的上端设置有绝缘保护罩。

作为可选择的实施方式，所述的夹持装置包括固定夹持座、上夹爪、下夹爪、驱动滑块、驱动丝杠和夹爪驱动电机，所述的固定夹持座固定在机架的侧边，固定夹持座的一侧设置有驱动丝杠、夹爪驱动电机、及沿驱动丝杠上下滑动的驱动滑块，驱动滑块上安装有上夹爪和下夹爪，随着夹爪驱动电机带动驱动丝杠转动，驱动滑块带动上夹爪、下夹爪合拢夹紧树枝和打开。

作为可选择的实施方式，所述的吊环机构包括滚轮、吊环驱动电机、吊环绳、吊环夹和半开吊环，所述的滚轮固定在固定夹持座的另一侧，由吊环驱动电机驱动，滚轮上缠绕有吊环绳，吊环绳的下端连接有吊环夹，吊环夹的前端设置有半开吊环。

作为可选择的实施方式，所述可开合吊环设置有驱动装置，以控制半开吊环自动闭合。

作为可选择的实施方式，所述摆臂结构上安装有常开光电开关和常闭光电开关，对摆臂结构进行限位。

作为可选择的实施方式，所述控制模块配置有通信模块，支持遥控。

一种配网带电作业机器人，包括机器人本体，所述机器人本体的机械臂上，设置有所述高枝锯装置。

作为可选择的实施方式，所述机械臂通过快换结构与所述高枝锯装置可拆卸连接。

高枝锯装置的作业方法，包括以下步骤：

将高枝锯装置运动到待除枝位置，并使待除枝树枝与机架上弧面结构相接触；

控制上夹爪和下夹爪运动，使得上夹爪、下夹爪合拢夹紧树枝，半开吊环挂到待锯断树枝处；

控制锯片锯切树枝，直到摆臂机构运动至触发限位开关，限位开关动作，驱动机构反向运动，带动摆臂结构运动到初始位置；

控制半开吊环夹持锯断的树枝，通过吊环绳作用运送至地面；

带动上夹爪和下夹爪运动，松开锯断的树枝。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开创新性提出了一种配网带电作业机器人高枝锯装置，具有柔性定位机构，设置有力矩保护装置，采用圆盘锯片，结构灵活，作业效果好，可适应多种树木软质硬质的树枝的锯切，提高了带电作业机器人树枝修剪的自动化水平。

本公开创新性提出了一种配网带电作业机器人高枝锯除枝方法，设计树枝紧固夹持装置和吊环提升机构，解决了锯断后软柔树枝及粗树枝高空跌落砸伤现场作业人员的安全隐患，而且操作人员远离高压导线，安全可靠，作业效率高。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开主体结构总体外观示意图。

图2是本公开主体结构右视示意图；

图3是本公开主体俯视示意图。

其中:1.树枝，2.上夹爪，3.圆锯片，4.锯片固定盘，5.绝缘保护罩，6.同步带，7.锯切驱动电机，8.摩擦型扭矩限制器，9.摆臂驱动电机，10.扭矩限制器固定座，11.电源，12.运动控制模块，13.快换结构，14.摆臂结构，15.常闭光电开关，16.常开光电开关，17.机架，18.下夹爪，19.驱动滑块，20.驱动丝杠，21.夹爪驱动电机，22.吊环绳，23.吊环夹，24.半开吊环，25.吊环驱动电机，26.滚轮，27.固定夹持座。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1和图2所示，一种配网带电作业机器人高枝锯装置，包括机架17，及设置在机架17上的柔性锯切机构、固定夹持机构及控制模块12。

下面具体对每部分进行详细介绍：

如图1和图2所示，在本实施例中，机架17采用U形槽结构，连接牢固，锯切入口侧U形槽侧翼板上设置有弧形定位结构，锯切树枝1时提供反作用力并支撑树枝1，U形槽底板上设置有排屑孔，在机架的前端垂直设置有排屑挡板，锯切树枝1时，锯沫由排屑孔落到排屑挡板上，然后落向地面，防止锯切树枝1时锯沫飞溅。

柔性锯切机构包括摆臂结构14、圆锯片3、摩擦型扭矩限制器8、扭矩限制器固定座10、同步带6、锯片固定盘4、摆臂驱动电机9、锯切驱动电机7，摩擦型扭矩限制器8固定在扭矩限制器固定座10上，后端连接摆臂驱动电机9，扭矩限制器固定座10固定在机架17上，摆臂结构14设置在摩擦型扭矩限制器8的输出轴上，并绕摩擦型扭矩限制器8的输出轴旋转，根据树枝1的粗细，通过调节摩擦型扭矩限制器8来控制摆臂结构14的摆动力矩，从而自适应不同种类树木软质硬质树枝的锯切。

摆臂结构14的前端设置有圆锯片3、固定圆锯片3的锯片固定盘4、驱动锯片旋转的锯切驱动电机7、带动锯片旋转的同步带6、设置在圆锯片顶部的绝缘防护罩5，锯片固定盘4将圆锯片3牢固固定在摆臂结构14上，同步带6采用弧形齿同步带，带动锯片高速旋转的同时对锯片起到缓冲保护作用，防止卡死及崩齿。绝缘防护罩5可有效保护复杂线路环境下作业的高枝锯装置免受高电压高电流的影响。

如图1、图2和图3所示，固定夹持机构包括树枝夹持装置和吊环机构，树枝夹持装置包括固定夹持座27、上夹爪2、下夹爪18、驱动滑块19、驱动丝杠20、夹爪驱动电机21，固定夹持座27固接在机架17的侧边，固定夹持座27的一侧设置有驱动丝杠20、夹爪驱动电机21、及沿驱动丝杠20上下滑动的驱动滑块19，驱动滑块19上安装有上夹爪2和下夹爪18，随着夹爪驱动电机21带动驱动丝杠20转动，驱动滑块19带动上夹爪2、下夹爪18合拢夹紧树枝1和打开，防止锯切树枝时颤动或滑脱。

如图2和图3所示，吊环机构包括滚轮26、吊环驱动电机25、吊环绳22、吊环夹23、半开吊环24。滚轮26固定在固定夹持座27的另一侧，由吊环驱动电机25驱动，滚轮26上缠绕有吊环绳22，吊环绳22的下端连接有吊环夹23，吊环夹的前端设置有半开吊环24。

吊环夹23自带驱动装置，可控制其前端的半开吊环24自动闭合，牢固夹持被锯断的树枝1，防止锯断的树枝1高空坠落及飘落误伤地面作业人员。

如图1和图2所示，摆臂上安装有常开光电开关15和常闭光电开关16，锯切到极限位置时常闭光电开关16起限位作用，摆臂结构14回到初始位置时常开光电开关15起限位作用。

如图2所示，运动控制模块12设置在机架17的下方，一侧设置有提供动力的电源11，提供工具作业时的强劲动力，另一侧设置有与机械臂末端实现快速更换的快换结构13。运动控制模块12被配置为控制柔性锯切机构和固定夹持机构动作，使锯切后的树枝平稳缓慢的降落到地面上。

更换的快换结构13选用现有装置即可，在此不再赘述。

一种配网带电作业机器人，机械臂上设置有上述高枝锯装置。

基于上述一种高枝锯装置或配网带电作业机器人的工作方法，包括以下步骤：

首先，根据锯切树枝现场情况，调节摩擦型扭矩限制器8的力矩值，使摆臂结构14适应现场作业情况。

高枝锯摆臂结构14运动到初始状态，并打开半开吊环24。

配网带电作业机械臂通过快换结构13抓取高枝锯装置运动到待除枝位置，使树枝1与机架上弧形定位结构相接触。

夹爪驱动电机21驱动丝杠20旋转，带动上夹爪2和下夹爪18运动，上夹爪2、下夹爪18合拢夹紧树枝1，防止锯切树枝时颤动或滑脱。并将半开吊环24挂到待锯断树枝1处。

摆臂驱动电机9运动，带动高速旋转的锯片锯切树枝1，摆臂结构14与机架17重合，锯片触发16常开光电开关，限位开关动作，摆臂驱动电机9反向运动，带动摆臂结构14运动，触发15常闭光电开关，限位开关动作，带动摆臂结构14停止运动，到达初始位置。

与此同时，锯断的树枝1被半开吊环24牢固夹持，在吊环绳22的拉力下缓慢降落到地面。

夹爪驱动电机21驱动丝杠20反向旋转，带动上夹爪2和下夹爪18运动，上夹爪2、下夹爪18松开树枝1。

配网带电作业机械臂带动高枝锯装置离开作业位置运动到地面初始位置，除枝作业完成。

通过上述实施例，本公开具有柔性定位机构，设计树枝紧固夹持装置和吊环提升机构，设置有力矩保护装置，采用圆盘锯片，结构灵活，作业效果好，可适应多种树木软质硬质树枝的锯切，解决了锯断后软柔树枝及粗树枝高空跌落砸伤现场作业人员的安全隐患，而且操作人员远离高压导线，安全可靠，作业效率高。提高了带电作业机器人树枝修剪的自动化水平。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (12)

1.一种高枝锯装置，包括机架，其特征是：及设置在机架上的柔性锯切机构、固定夹持机构及控制模块，其中：

所述的机架上具有一凹槽结构，所述凹槽结构一侧上设置有弧形定位结构；

所述的柔性锯切机构包括摆臂结构、锯片、扭矩限制器和驱动机构，所述扭矩限制器设置于机架上，所述的摆臂结构的一端设置在摩擦型扭矩限制器的输出轴上，另一端连接所述锯片，所述驱动机构用于提供摆臂结构转动的驱动力，以及锯片旋转的驱动力，通过调节扭矩限制器来控制摆臂结构的摆动力矩，以自适应多质地树枝的锯切；

所述的固定夹持机构包括夹持装置和吊环机构，所述的夹持装置包括可相对运动的上夹爪、下夹爪，以及上夹爪、下夹爪相对运动的驱动单元；所述吊环机构包括可开合吊环以及可转动机构，所述可转动机构上缠绕有吊环绳，吊环绳的另一端连接所述可开合吊环；

所述控制模块，用于控制柔性锯切机构、固定夹持机构的动作。

2.如权利要求1所述的一种高枝锯装置，其特征是：所述凹槽结构的底板上设置有排屑孔，在机架的前端垂直设置有排屑挡板。

3.如权利要求1所述的一种高枝锯装置，其特征是：所述驱动机构包括摆臂驱动电机、锯切驱动电机，所述扭矩限制器固定在扭矩限制器固定座上，扭矩限制器固定座固定在机架上，所述扭矩限制器的后端连接摆臂驱动电机；所述锯切驱动电机的输出轴通过同步带连接锯片固定盘，所述锯片固定盘固定于锯片中心。

4.如权利要求1所述的一种高枝锯装置，其特征是：所述锯片的上端设置有绝缘保护罩。

5.如权利要求1所述的一种高枝锯装置，其特征是：所述的夹持装置包括固定夹持座、上夹爪、下夹爪、驱动滑块、驱动丝杠和夹爪驱动电机，所述的固定夹持座固定在机架的侧边，固定夹持座的一侧设置有驱动丝杠、夹爪驱动电机、及沿驱动丝杠上下滑动的驱动滑块，驱动滑块上安装有上夹爪和下夹爪，随着夹爪驱动电机带动驱动丝杠转动，驱动滑块带动上夹爪、下夹爪合拢夹紧树枝和打开。

6.如权利要求1所述的一种高枝锯装置，其特征是：所述的吊环机构包括滚轮、吊环驱动电机、吊环绳、吊环夹和半开吊环，所述的滚轮固定在固定夹持座的另一侧，由吊环驱动电机驱动，滚轮上缠绕有吊环绳，吊环绳的下端连接有吊环夹，吊环夹的前端设置有半开吊环。

7.如权利要求1所述的一种高枝锯装置，其特征是：所述可开合吊环设置有驱动装置，以控制半开吊环自动闭合。

8.如权利要求1所述的一种高枝锯装置，其特征是：所述摆臂结构上安装有常开光电开关和常闭光电开关，对摆臂结构进行限位。

9.如权利要求1所述的一种高枝锯装置，其特征是：所述控制模块配置有通信模块，支持遥控。

10.一种配网带电作业机器人，其特征是：包括机器人本体，所述机器人本体的机械臂上，设置有如权利要求1-9中任一项所述的高枝锯装置。

11.如权利要求10所述的一种配网带电作业机器人，其特征是：所述机械臂通过快换结构与所述高枝锯装置可拆卸连接。

12.权利要求1-9中任一项所述的高枝锯装置，或权利要求10-11中任一所述的配网带电作业机器人的作业方法，其特征是：包括以下步骤：

将高枝锯装置运动到待除枝位置，并使待除枝树枝与机架上弧面结构相接触；

控制上夹爪和下夹爪运动，使得上夹爪、下夹爪合拢夹紧树枝，半开吊环挂到待锯断树枝处；

控制锯片锯切树枝，直到摆臂机构运动至触发限位开关，限位开关动作，驱动机构反向运动，带动摆臂结构运动到初始位置；

控制半开吊环夹持锯断的树枝，通过吊环绳作用运送至地面；

带动上夹爪和下夹爪运动，松开锯断的树枝。

Images