CN114888844A - 一种机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械臂，涉及带电作业机械技术领域。该机械臂包括底座、大臂、小臂以及关节结构，沿大臂、小臂以及关节结构内部设置有传输线缆，传输线缆外设置有绝缘线管，沿所述大臂、小臂以及关节结构的外壁包裹有绝缘包壳；所述小臂的自由端设置有等电位接口，所述等电位接口包括若干接口引脚，该接口引脚与所述传输线缆连接；所述传输线缆包括缆芯，所述绝缘线管包括包裹于所述缆芯外的内绕包层、包裹于所述内绕包层外的铠装层以及包裹于铠装层外的护套层。本发明对机械臂进行完善的绝缘防护和抗电磁干扰设计，并设计等电位接口，实现了机械臂与末端工具一体化等电位连接，保证作业安全性。

Description

一种机械臂

技术领域

本发明涉及带电作业机械技术领域，具体而言，涉及一种机械臂。

背景技术

配电网处于电力系统末端，直接和用户设备连接，其可靠性在整个供电可靠性中占有非常重要的位置，目前带电作业已成为保证配电网安全可靠运行的重要手段之一。而通常配电网线路复杂，有些线路相间距离短，安全距离不够，人工带电作业存在诸多安全隐患，随着机械、电子、计算机、传感器、人工智能及仿生学等尖端领域技术的发展，机器人在各行各业得到日益广泛的应用，研制并推广带电作业机器人,来替代人工进行配电网带电作业是技术发展的必然方向。

目前带电作业机器人多采用传统的工业机械臂，而带电作业机器人需要在高压带电环境下工作，必须对机械臂进行完善的绝缘防护和抗电磁干扰设计，保证高压电不会对机器人弱电系统造成影响，同时机器人作业不会造成带电线路短路。若仅仅在普通工业机械臂表面进行简单的绝缘包覆处理，存在绝缘爬电距离不够或影响机械臂运动性能等问题，无法满足安全可靠开展带电作业的要求。另外，国内外现有配电机器人主要采用中间电位作业方式，需要在机械臂与末端工具间进行绝缘隔离，末端工具需要配置独立电源，造成体积重量增加，作业效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械臂，以解决带电作业机器人作业效率低及整体重量过大的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种机械臂，包括底座、大臂、小臂以及关节结构，所述底座与大臂之间、大臂与小臂之间均通过关节结构实现相对转动连接，且沿大臂、小臂以及关节结构内部设置有传输线缆，传输线缆外设置有绝缘线管，沿所述大臂、小臂以及关节结构的外壁包裹有绝缘包壳；

所述小臂的自由端设置有等电位接口，所述等电位接口包括若干接口引脚，该接口引脚与所述传输线缆连接；

所述传输线缆包括缆芯，所述绝缘线管包括包裹于所述缆芯外的内绕包层、包裹于所述内绕包层外的铠装层以及包裹于铠装层外的护套层。

在本发明的一些实施例中，所述关节结构处设置有驱动关节结构转动的驱动机构。

在本发明的一些实施例中，所述绝缘包壳包括导流屏蔽层、包覆于导流屏蔽层外的抗电磁干扰层以及包覆于抗电磁干扰层外的绝缘外层。

在本发明的一些实施例中，所述抗电磁干扰层采用双面导电铝箔绕包于导流屏蔽层与绝缘外层之间，绕包100％覆盖。

在本发明的一些实施例中，所述接口引脚包括电源引脚、串口信号发送引脚、串口信号接收引脚、接地引脚。

在本发明的一些实施例中，所述缆芯和内绕包层之间设置有填充层。

在本发明的一些实施例中，所述关节结构的两端端部与所述底座、大臂以及小臂之间采用插接的方式形成转动连接。

在本发明的一些实施例中，所述关节结构的两端端部设置有T型接头，所述底座、大臂以及小臂的内壁设置有与T型接头匹配的T型环槽。

在本发明的一些实施例中，所述等电位接口嵌装于小臂的自由端内、且二者通过弹性键锁定。

本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：

(1)本发明通过机械臂外部和内部全绝缘结构，能够保证机械臂带电作业的层向绝缘要求，同时留有一定安全裕度，即使现场作业时万一出现外绝缘层损坏，仍能有效防止短路事故的发生。

(2)本发明所述的机械臂关节结构的绝缘重叠结构设计，实现了在进行有效绝缘防护的同时不影响机械臂关节的转动功能。

(3)通过导流屏蔽层、抗电磁干扰层的结构设计，大幅度提升电动机械臂内部弱电系统抗电磁干扰能力，保证机械臂接触高压带电体时仍能正常工作，使机械臂能够完成等电位作业要求。

(4)通过等电位接口的设计，实现了机械臂与末端工具一体化等电位连接，有效减小末端工具体积和重量，等电位作业方法在满足作业安全性的同时大幅提高了作业效率。当然在实现整个要求的前提是其他绝缘结构处理得当，能保证整体的绝缘工作要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的机械臂结构示意图；

图2为大臂/小臂的结构内部剖视图；

图3为图2沿A-A方向的剖视图；

图4为关节结构的内部剖视图；

图5为等电位接口的俯视图；

图6为等电位接口的侧向剖面示意图。

图标：1-底座，2-大臂，3-小臂，4-安装座，5-关节结构，501-驱动机构，6-操作平台，7-传输线缆，701-导体，702-绝缘层，8-绝缘线管，801-内绕包层，802-铠装层，803-护套层，804-填充层，9-绝缘包壳，901-导流屏蔽层，902-抗电磁干扰层，903-绝缘外层，10-T型接头，11-T型环槽，12-等电位接口，121-绝缘填充层，122-接口引脚，123-限位卡孔，124-弹性键，1200-电源引脚，1201-串口信号发送引脚，1202-串口信号接收引脚，1203-接地引脚。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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

请参照图1至图6所示，图1为本发明实施例提供的机械臂结构示意图；图2为大臂/小臂的结构内部剖视图；图3为图2沿A-A方向的剖视图；图4为关节结构的内部剖视图；图5为等电位接口的俯视图；图6为等电位接口的侧向剖面示意图。

具体地，本实施例中，上述机械臂包括底座1、大臂2、小臂3以及关节结构5，底座1用于将整个机械臂固定于操作平台6的安装座4表面，上述大臂2、小臂3以及关节结构5内部具有用于穿设传输线缆7的线缆通道，线缆通道内布置有绝缘线管8，绝缘线管8内穿设有传输线缆7。

上述传输线缆7包括缆芯、上述缆芯包括导体701和包覆于导体701避免的绝缘层702，导体701由至少两根铜丝金属铜丝纵向绞合而成，这样使得缆芯柔韧性增强，不易断裂，保障通信和电力供应。上述绝缘线管8包括内绕包层801、铠装层802以及护套层803，上述内绕包层801包覆于缆芯外表面，且内绕包层801与缆芯之间设置有填充层804，填充层804为柔软的绝缘材料，上述铠装层802包覆于内绕包层801外表面，而护套层803包覆于铠装层802外表面。

基于上述绝缘线管8结构，不仅保证了传输线缆7的绝缘性，而且能保障传输线缆7的结构稳定及柔韧性，还能防止水进入电缆内部，对芯材形成破坏。

上述的底座1与大臂2之间、大臂2与小臂3之间均通过关节结构5实现相对转动连接，而关节结构5处设置有驱动机构501，通过驱动机构501可以实现关节结构5各连接部件之间的相对转动。

同时，为了保证带电作业机器人在高压带电环境下能正常工作，本实施例中，在上述大臂2、小臂3以及关节结构5的外壁包裹有与各自轮廓匹配的绝缘包壳9，用以对大臂2、小臂3以及关节结构5起到绝缘以及抗电磁干扰的目的。

具体的，上述绝缘包壳9包括导流屏蔽层901、抗电磁干扰层902以及绝缘外层903，其中导流屏蔽层901位于内侧、且与传输线缆7的最外层相间距离L1≥1cm，导流屏蔽层901的材料及厚度要求与大臂2、小臂3以及关节结构5相同。导流屏蔽层901的外表面包覆有抗电磁干扰层902，抗电磁干扰层902的外表面包覆有绝缘外层903，而上述抗电磁干扰层902采用双面导电铝箔绕包于导流屏蔽层901与绝缘外层903之间，绕包100％覆盖。

基于上述绝缘包壳9的多层结构设计，从而保证了各工作部件的高绝缘性以及实现抗电磁干扰的目的，避免高压电对机器人弱电系统造成影响，同时防止高压电机器人作业造成带电线路短路，保证带电作业机器人在高压带电环境下能正常工作。

而进一步地，通常仅仅在普通工业机械臂表面进行简单的绝缘包覆处理，存在绝缘爬电距离不够或影响机械臂运动性能等问题，无法满足安全可靠开展带电作业的要求，故本实施例中，在小臂3的自由端设置有等电位接口12。

具体的，如图5和图6所示，上述等电位接口12包括绝缘填充层121、接口引脚122和限位卡孔123，用于与特定的末端作业工具连接，可以为末端工具提供电源、通信和控制信号。上述等电位接口12的外侧包覆与小臂3一体的绝缘外层903、抗电磁干扰层902以及导流屏蔽层901。等电位接口12设置于小臂3内。

具体的，通过将绝缘填充层121填充在接口引脚122和导流屏蔽层901之间，接口引脚122与传输线缆7连接，而绝缘填充层121的外壁周向设置有弹性键124，弹性键124可以为橡胶一类材料制成，导流屏蔽层901的内壁对应的周向设置有键槽，将绝缘填充层121填充在接口引脚122和导流屏蔽层901之间，然后通过弹性件压入键槽内，实现等电位接口12与小臂3之间的固定。

上述绝缘填充层121采用软质绝缘材料，并保证多个接口引脚122之间以及接口引脚122与导流屏蔽层901之间的最小距离不小于1cm。

此外，上述接口引脚122包括电源引脚1200、串口信号发送引脚1201、串口信号接收引脚1202、接地引脚1203，机械臂通过接口引脚122为末端工具提供直流电源并进行串口通信。

等电位接口12与配套末端工具底部通过快速插拔方式连接，限位卡孔123与配套工具的弹簧限位销配合使用，保证末端工具与机械臂的固定。

基于等电位接口12的设计，实现了机械臂与末端工具一体化等电位连接，有效减小末端工具体积和重量，等电位作业方法在满足作业安全性的同时大幅提高了作业效率。当然在实现整个要求的前提是其他绝缘结构处理得当，能保证整体的绝缘工作要求。

实施例2

本实施例提供了一种机械臂，其与实施例2提供的机械臂在结构上基本相同，二者的主要区别点在于：

本实施例提供的机械臂中，上述关节结构5的两端端部与均分别与底座1、大臂2以及小臂3之间采用插接的方式形成转动连接。

具体的，所述关节结构5的两端端部设置有T型接头10，而上述底座1、大臂2以及小臂3的线缆通道内壁设置有与T型接头10匹配的T型环槽11，将节结构的两端端部插入对应所在的底座1、大臂2以及小臂3的线缆通道内，通过T型接头10嵌入T型槽内，形成可以相互转动的转动副结构，从而关节结构5与底座1、大臂2以及小臂3之间的转动连接。

综上所述，本发明提供的一种机械臂，具有如下优点：

(1)本发明通过机械臂外部和内部全绝缘结构，能够保证机械臂带电作业的层向绝缘要求，同时留有一定安全裕度，即使现场作业时万一出现外绝缘层损坏，仍能有效防止短路事故的发生。

(2)本发明所述的机械臂关节结构的绝缘重叠结构设计，实现了在进行有效绝缘防护的同时不影响机械臂关节的转动功能。

(3)通过导流屏蔽层、抗电磁干扰层的结构设计，大幅度提升电动机械臂内部弱电系统抗电磁干扰能力，保证机械臂接触高压带电体时仍能正常工作，使机械臂能够完成等电位作业要求。

(4)通过等电位接口的设计，实现了机械臂与末端工具一体化等电位连接，有效减小末端工具体积和重量，等电位作业方法在满足作业安全性的同时大幅提高了作业效率。当然在实现整个要求的前提是其他绝缘结构处理得当，能保证整体的绝缘工作要求。

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

Claims (9)

1.一种机械臂，其特征在于，包括底座、大臂、小臂以及关节结构，所述底座与大臂之间、大臂与小臂之间均通过关节结构实现相对转动连接，且沿大臂、小臂以及关节结构内部设置有传输线缆，传输线缆外设置有绝缘线管，沿所述大臂、小臂以及关节结构的外壁包裹有绝缘包壳；

所述小臂的自由端设置有等电位接口，所述等电位接口包括若干接口引脚，该接口引脚与所述传输线缆连接；

所述传输线缆包括缆芯，所述绝缘线管包括包裹于所述缆芯外的内绕包层、包裹于所述内绕包层外的铠装层以及包裹于铠装层外的护套层。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述关节结构处设置有驱动关节结构转动的驱动机构。

3.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述绝缘包壳包括导流屏蔽层、包覆于导流屏蔽层外的抗电磁干扰层以及包覆于抗电磁干扰层外的绝缘外层。

4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述抗电磁干扰层采用双面导电铝箔绕包于导流屏蔽层与绝缘外层之间，绕包100％覆盖。

5.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述接口引脚包括电源引脚、串口信号发送引脚、串口信号接收引脚、接地引脚。

6.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述缆芯和内绕包层之间设置有填充层。

7.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述关节结构的两端端部与所述底座、大臂以及小臂之间采用插接的方式形成转动连接。

8.根据权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述关节结构的两端端部设置有T型接头，所述底座、大臂以及小臂的内壁设置有与T型接头匹配的T型环槽。

9.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述等电位接口嵌装于小臂的自由端内、且二者通过弹性键锁定。

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