CN116742533A - 一种带电柔性剥皮工具、方法及带电作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电柔性剥皮工具、方法及作业机器人，带电柔性剥皮工具包括：底座，分别设置在底座上的第一导线夹紧机构、第二导线夹紧机构、直线运动机构、旋转机构和刀具自动调节机构；第一导线夹紧机构和第二导线夹紧机构相对设置，刀具自动调节机构与旋转机构连接，旋转机构与直线运动机构连接；刀具自动调节机构包括相对设置的第一夹紧件和第二夹紧件，剥皮刀具通过刀具固定座连接在其中一个夹紧件上，剥皮刀具一端通过转动轴与刀具固定座可转动连接，剥皮刀具另一端通过长槽孔与刀具固定座上的另一轴可滑动连接，以实现剥皮刀具对线缆的弧线形柔性切割。本发明基于旋转孔的柔性切割方法，实现对线缆的柔性切割，提高绝缘剥皮的质量。

Description

一种带电柔性剥皮工具、方法及带电作业机器人

技术领域

本发明涉及自动剥皮工具技术领域，尤其涉及一种带电柔性剥皮工具、方法及带电作业机器人。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，在配网带电作业过程中，配网带电作业主要完成绝缘导线剥皮、带电断接引线、异物清除等作业任务；现有的带电剥除导线绝缘皮的作业过程大多需要作业人员在高空手持剥皮工具剥除导线的绝缘皮，这增加了不安全因素，同时剥皮难度大、效率低。

现有技术公开了利用在带电作业机器人上增加自动剥皮工具的方式实现自动剥皮工作，能够提高带电作业的自动化水平和安全性，减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对操作人员的人身威胁；但是仍然存在如下技术问题：

(1)对于不同规格型号及同一规格型号不同厂家的导线，其导线线径、绝缘层厚度及绝缘皮的硬度等差异明显，现有的带电作业剥皮工具需要根据现场实际作业要求，选择合适的刀套，手动调整刀具；无法根据导线线径及绝缘层厚度自动调节刀具。

(2)在导线自动剥皮过程中可能存在绝缘皮缠绕导线、损伤导线、被剥皮导线发生扭转致使工具损伤或者伤人等问题。

(3)现有技术虽然通过多种形式的调刀机构对刀具进行自动调整进刀量，并能够适应各种规格、各种皮厚的线缆进行实时自动调刀，但并不能彻底解决剥线不彻底、损坏线芯、绝缘皮缠绕导线、切屑线芯等落入工具内部造成短路等情况。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种带电柔性剥皮工具、方法及带电作业机器人，基于柔性刀具进给机构以及多层联动式外壳防护结构，实现剥线刀具自动柔性调节，同时保证剥除绝缘皮无缠绕，并能够实现层厚自动预测。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种带电柔性剥皮工具，包括：底座，分别设置在底座上的第一导线夹紧机构、第二导线夹紧机构、直线运动机构、旋转机构和刀具自动调节机构；所述第一导线夹紧机构和第二导线夹紧机构相对设置，所述刀具自动调节机构与旋转机构连接，旋转机构与直线运动机构连接；

所述刀具自动调节机构包括相对设置的第一夹紧件和第二夹紧件，剥皮刀具通过刀具固定座连接在其中一个夹紧件上，所述剥皮刀具一端通过转动轴与刀具固定座可转动连接，剥皮刀具另一端通过长槽孔与刀具固定座上的另一轴可滑动连接，以实现剥皮刀具对线缆的弧线形柔性切割。

作为进一步地方案，所述第一导线夹紧机构或第二导线夹紧机构包括：

第一夹爪和第二夹爪，所述第一夹爪和第二夹爪通过旋转轴连接并相对设置；所述第一夹爪和第二夹爪的末端分别设有用于啮合的齿；

第一夹爪和第二夹爪末端的齿分别与第一齿轮传动组件啮合，夹线电机带动第一齿轮传动组件运动，通过第一齿轮传动组件带动与之啮合的第一夹爪和第二夹爪的相对运动，以实现导线夹紧机构的夹紧与打开。

作为进一步地方案，所述第一齿轮传动组件包括：主动轮，与主动轮啮合的惰性轮，第一同轴齿轮组和第二同轴齿轮组；

所述第一同轴齿轮组包括分别固定在第一齿轮传动轴上的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与惰性轮啮合，第二齿轮与第二夹爪的齿啮合；

所述第二同轴齿轮组包括分别固定在第二齿轮传动轴上的第三齿轮和第四齿轮，第三齿轮与第一齿轮啮合，第四齿轮与第一夹爪的齿啮合。

作为进一步地方案，所述第一夹爪和第二夹爪上均设有夹线口和弧形托线板，所述夹线口表面附有橡胶垫。

作为进一步地方案，所述底座上还设有防护壳体，所述防护壳体的上面板上设有第一缺口，旋转机构底座穿过第一缺口进入防护壳体内部，并能够在第一缺口内进行直线运动；

所述上面板上沿旋转机构运动方向设有滑动轨道，上面板往上依次设有第一层滑动盖板和第二层滑动盖板，第一层滑动盖板和第二层滑动盖板均能够沿滑动轨道滑动；所述第一层滑动盖板上设有用于旋转机构底座穿过的第二缺口，第二缺口的面积小于第一缺口的面积，旋转机构底座运动能够推动第一层滑动盖板的移动；第二层滑动盖板与旋转机构底座固定连接，第二层滑动盖板覆盖的面积大于第二缺口的面积。

作为进一步地方案，所述第一夹紧件或第二夹紧件上设有测距传感器，所述测距传感器能够测量其与线缆表面的实时垂向距离，利用测距传感器与线缆中心线的垂向距离，能够预测当前线缆的直径。

作为进一步地方案，所述直线运动机构包括：第一驱动电机，所述第一驱动电机通过传动件与丝杠连接，滑台设置在丝杠上，并能够在丝杠的带动下做直线运动。

作为进一步地方案，所述旋转机构包括：旋转机构底座，与旋转机构底座连接的旋转机构壳体，固定在旋转机构壳体上第二驱动电机；所述旋转机构壳体上设有用于容纳线缆的U型槽口，所述旋转机构壳体内设有第一U型齿轮，第一U型齿轮上连接固定盘，第一U型齿轮和固定盘的形状与U型槽口的形状相适配；第二驱动电机通过第二齿轮传动组件带动第一U型齿轮转动。

作为进一步地方案，所述第二齿轮传动组件包括：与第二驱动电机连接的驱动齿轮，同时与驱动齿轮和第一U型齿轮啮合的第一传动齿轮组和第二传动齿轮组；同时与第一传动齿轮组和第一U型齿轮啮合的惰性齿轮，以及同时与第二传动齿轮组和第一U型齿轮啮合的惰性齿轮。

作为进一步地方案，所述旋转机构壳体上还设有限位传感器，用于检测第一U型齿轮是否恢复至初始位置。

作为进一步地方案，所述刀具自动调节机构还包括：与旋转机构连接的连接板，用于实现第一夹紧件和第二夹紧件之间的相对运动的双向丝杠结构；以及用于驱动第一夹紧件和第二夹紧件进行相对运动的刀具进给电机。

作为进一步地方案，所述剥皮刀具的刃口呈U型口，并U型斜槽排屑结构。

作为进一步地方案，所述剥皮刀具下方设有光电传感器，所述光电传感器的发射端和接收端正对导线，用于基于线缆绝缘皮与纤芯材质的不同，检测线缆绝缘皮是否切除干净。

作为进一步地方案，所述刀具自动调节机构上设有用于上端电源和上端控制通讯模块；所述上端控制通讯模块与设置在底座上的下端控制通讯模块进行通信。

作为进一步地方案，所述底座上安装有绝缘连接件和母端卡盘，母端卡盘安装在绝缘连接件的下端，并与带电作业机器人机械臂末端的公端卡盘相适配。

作为进一步地方案，所述底座上设有摄像头，用于采集线缆的图像信息。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种作业机器人，包括上述的带电柔性剥皮工具。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种带电柔性剥皮作业方法，包括：

作业机器人带动带电柔性剥皮工具运动至设定位置，使得线缆同时处于第一导线夹紧机构、第二导线夹紧机构、旋转机构和刀具自动调节机构的卡线槽内；

控制第一导线夹紧机构和第二导线夹紧机构夹紧线缆；

通过测距传感器测量出线缆的直径，基于线缆直径控制刀具自动调节机构的第一夹紧件和第二夹紧件相对运动，直至贴紧线缆，并保证线缆能够在两者之间转动；剥皮刀具运动至线缆位置；

旋转机构带动刀具自动调节机构绕着线缆转动，同时剥皮刀具一端绕着转动轴相对于刀具固定座转动，另一端通过长槽孔基于刀具固定座上的另一轴滑动；剥皮刀具在随着刀具自动调节机构转动的同时，还在转动轴和另一轴的共同约束下连续运动，形成柔性弧线运动；

直线运动机构每运动设定距离，暂停一次直线运动；待该区域内线缆剥皮完成后，继续进行直线运动，直至达到线缆想要剥皮的长度后结束。

作为进一步地方案，剥皮过程中，通过摄像头实时获取作业现场环境信息，以判断工具到达位置、工具是否安全和现场作业情况。

作为进一步地方案，剥皮过程中，检测到露出导线芯线后，控制剥皮刀具回退设定距离，继续进行剥皮动作，直至该区域剥皮完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提出了一种配网线缆带电柔性剥皮方法，研制了带电柔性剥皮工具，剥皮刀具同时沿长槽孔和旋转孔运动，使得剥皮刀具能够在线缆上切割出柔性弧线，解决了无法主动适应多规格线型的问题，提高了绝缘导线剥皮的质量，实现多规格线型的主动适应剥皮功能，提升了剥皮性能的稳定性，提高了带电作业效率。

(2)本发明提出了一种剥皮工具浮动式多层防护技术，研制了浮动式多层防护结构，通过设计多层浮动式随动盖板，解决了线缆碎屑容易进入壳体内部从而造成电路元器件短路的问题，实现了剥皮工具腔体的多层封闭防护，提高了系统整体运行的安全性和可靠性。

本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例中的带电柔性剥皮工具整体结构示意图；

图2为本发明实施例中的直线运动机构结构示意图；

图3为本发明实施例中的夹紧机构结构示意图；

图4为本发明实施例中的夹紧机构齿轮传动示意图；

图5(a)和图5(b)分别为本发明实施例中的旋转机构结构示意图；

图6(a)和图6(b)分别为本发明实施例中的刀具自动调节机构示意图；

图6(c)为本发明实施例中剥皮刀具结构示意图；

图7为本发明实施例中的测距传感器导线直径测量示意图；

图8为本发明实施例中的剥皮刀具柔性进给示意图；

图9为本发明实施例中的防护壳体示意图；

图10为本发明实施例中的三层防护结构示意图。

其中，1.绝缘皮导线，2.导线夹紧机构，3.旋转机构，4.刀具自动调节机构；5.摄像头，6.直线运动机构，7.下端控制通讯模块，8.绝缘连接件，9.母端卡盘，10.下端电源，11.底座，12.驱动模块，13.防护壳体；

201.夹线座，202.旋转轴，203.第一夹爪，204.第二夹爪，205.夹线支架，206.夹线电机，207.第二齿轮传动轴，208.第三齿轮，209.第四齿轮，210.第二齿轮，211.第一齿轮传动轴，212.第一齿轮，213.惰性轮轴，214.惰性轮，215.主动轮；

301.旋转机构底座，302.第二驱动电机，303.旋转机构壳体，304.限位传感器，305.旋转机构盖板，306.固定盘，307.齿轮端盖，308.第一U型齿轮，309.轴套，310.轴承，311.小齿轮传动轴，312.小齿轮，313.驱动齿轮；

401.第一夹紧件，402.小导向杆，403.连接板，404.第二夹紧件，405.上端电源，406.上端控制通讯模块，407.小刀具固定座，408.大刀具固定座，409.刀具转动轴，410.刀具旋转轴，411.剥皮刀具，412.光电传感器，413.双向丝杠结构，414.测距传感器，415.夹线传动齿轮组，416.刀具进给电机，417.大导向杆，418.小丝杠螺母组，419.调刀电机，420.调刀齿轮组；

601.丝杠，602.同步齿轮组件，603支座，604导向杆，605第一驱动电机，606.滑台；

1301.第一层滑动盖板，1302第二层滑动盖板，1303滑动轨道，1304第二缺口。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种带电柔性剥皮工具，结合图，具体包括：底座，分别设置在底座上的第一导线夹紧机构、第二导线夹紧机构、直线运动机构6、旋转机构3和刀具自动调节机构4。

其中，第一导线夹紧机构和第二导线夹紧机构相对设置，刀具自动调节机构4与旋转机构3连接，旋转机构3与直线运动机构6连接。底座11上设有防护壳体13，直线运动机构6设置在防护壳体13内，旋转机构3穿过防护壳体13进入其内部与直线运动机构6连接。

具体地，直线运动机构6包括第一驱动电机605，第一驱动电机605通过传动件与丝杠连接，滑台设置在丝杠上，并能够在丝杠的带动下做直线运动。

结合图2，第一驱动电机605为无刷电机，传动件为同步齿轮组件602，两者均固定在支座603上，无刷电机驱动同步齿轮组件602转动，同步齿轮组件602带动丝杠601转动，滑台606设置在丝杠601上，丝杠601的转动能够带动滑台606沿着导向杆604作直线运动；本实施例中，滑台606采用双导向杆布置，可以抵抗导线剥皮作业时的大扭矩，并增加直线运动机构6的传动平稳性。

结合图1、图3和图4，第一导线夹紧机构和第二导线夹紧机构分别通过夹线支架205固定在底座11的左侧和右侧，两个导线夹紧机构2结构相同；夹线座201固定在夹线支架205上，第一夹爪203和第二夹爪204通过旋转轴202连接在夹线座201上，并通过第一齿轮传动组件驱动，绕着旋转轴202相对旋转。夹线电机206固定在夹线座201上。

导线夹紧机构2的结构具体包括：第一夹爪203和第二夹爪204，第一夹爪203和第二夹爪204通过旋转轴202连接并相对设置；第一夹爪203和第二夹爪204的末端分别设有用于啮合的齿；第一夹爪203和第二夹爪204的上端均设有V型夹线口及弧形托线板，V型夹线口表面上附有橡胶垫，夹紧导线的同时防止导线剥皮时旋转。

第一夹爪203和第二夹爪204末端的齿分别与第一齿轮传动组件啮合，夹线电机带动第一齿轮传动组件运动，通过第一齿轮传动组件带动与之啮合的第一夹爪和第二夹爪的相对运动，以实现导线夹紧机构的夹紧与打开。

本实施例中，结合图3，第一齿轮传动组件具体包括：主动轮215，与主动轮215啮合的惰性轮214，第一同轴齿轮组和第二同轴齿轮组；其中，第一同轴齿轮组包括分别固定在第一齿轮传动轴211上的第一齿轮212和第二齿轮210，第一齿轮212与惰性轮214啮合，第二齿轮210与第二夹爪204的齿啮合；第二同轴齿轮组包括分别固定在第二齿轮传动轴207上的第三齿轮208和第四齿轮209，第三齿轮208与第一齿轮212啮合，实现第一同轴齿轮组和第二同轴齿轮组的联动，第四齿轮209与第一夹爪203的齿啮合。

惰性轮214固定在惰性轮轴213上，并与第一齿轮212相啮合，主动轮215连接在夹线电机206的输出轴上。夹线电机206带动主动轮215运动，主动轮215通过惰性轮214带动第一同轴齿轮组和第二同轴齿轮组相对运动，从而带动与之啮合的第一夹爪203和第二夹爪204相对运动，实现夹爪的夹紧与打开。

结合图1、图5(a)和图5(b)，旋转机构3包括：旋转机构底座301，与旋转机构底座301连接的旋转机构壳体303，固定在旋转机构壳体303上第二驱动电机302；旋转机构壳体上设有用于容纳线缆的U型槽口，U型槽口中心与两个导线夹紧机构2平齐，保证夹紧导线平齐；旋转机构壳体303内设有第一U型齿轮308，第一U型齿轮308开有缺口，安装在轴套309上，可沿轴套309旋转，并依靠轴套309的自润滑作用实现润滑，齿轮端盖307固定在旋转机构壳体303上，内面与第一U型齿轮308接触，防止轴套309及第一U型齿轮308轴向窜动。

第一U型齿轮308上连接固定盘306，固定盘306开有缺口，其缺口与旋转机构壳体303、U型槽口、第一U型齿轮308缺口、齿轮端盖307的缺口平齐，固定在第一U型齿轮308上，并随着第一U型齿轮308旋转而运动。

本实施例中，第二驱动电机302通过第二齿轮传动组件带动第一U型齿轮308转动，第一U型齿轮308转动带动固定盘306转动，从而带动与固定盘306连接的刀具自动调节机构运动。

第二齿轮传动组件分布在第一U型齿轮308的下半部分，其中两组齿轮传动组同时与第一U型齿轮308和驱动齿轮313啮合，其余四组为惰性齿轮组；具体地，第二齿轮传动组件包括：与第二驱动电机302连接的驱动齿轮313，同时与驱动齿轮313和第一U型齿轮308啮合的第一传动齿轮组和第二传动齿轮组；同时与第一传动齿轮组和第一U型齿轮啮合的惰性齿轮，以及同时与第二传动齿轮组和第一U型齿轮啮合的惰性齿轮。

可选的，第一传动齿轮组包括小齿轮312、两个轴承310、小齿轮传动轴311，小齿轮312和两个轴承310固定在小齿轮传动轴311上，整个齿轮传动组嵌套在旋转机构壳体303和旋转机构盖板305的内部盲孔里，各齿轮传动组相互啮合并传递运动给第一U型齿轮308。

旋转驱动电机302通过驱动齿轮313、第一传动齿轮组、第二传动齿轮组及惰性齿轮的传动共同带动第一U型齿轮308旋转，第二齿轮传动组件的位置分布刚好与第一U型齿轮308啮合并驱动第一U型齿轮308跨越缺口位置运动。

本实施例中，旋转机构壳体303上还设有限位传感器304，用于检测第一U型齿轮308是否恢复至初始位置。

结合图1、图6(a)和图6(b)，刀具自动调节机构包括：相对设置的第一夹紧件401和第二夹紧件404，与旋转机构连接的连接板403，用于实现第一夹紧件和第二夹紧件之间的相对运动的双向丝杠结构413；以及用于驱动第一夹紧件401和第二夹紧件404进行相对运动的刀具进给电机416。

具体地，连接板403固定在旋转机构3的固定盘306上，上端设有U型槽口，保证同旋转机构3的第一U型齿轮308中心同心，并设置有小导向杆402、大导向杆417和双向丝杠结构413的固定座，小导向杆402、大导向杆417和双向丝杠结构413固定在连接板403上，小导向杆402、大导向杆417采用不锈钢材质，表面光滑且坚硬，双向丝杠结构413采用双向丝杠、两个螺母，两个螺母上分别固定第一夹紧件401和第二夹紧件404；第一夹紧件401和第二夹紧件404上设置有V型夹线槽，V型夹线槽表面光滑，并相对设置；双向丝杠旋转时，两个螺母相对位置运动，在小导向杆402、大导向杆417的双杆辅助导向作用下，第一夹紧件401和第二夹紧件404跟随两个螺母相对运动，实现辅助夹紧导线的动作。刀具进给电机416固定在连接板403上，通过夹线传动齿轮组415、双向丝杠结构413带动第一夹紧件401和第二夹紧件404相对运动，完成中间段辅助夹线及刀具进给运动。

本实施例中，刀具自动调节机构还包括：刀具柔性进给组件，刀具柔性进给组件安装在第一夹紧件401上，并随着第一夹紧件401移动而运动；刀具柔性进给组件具体包括：调刀电机419、调刀齿轮组420、小丝杠螺母组418、大刀具固定座408、小刀具固定座407、剥皮刀具411、刀具转动轴410和刀具滑动轴409，小刀具固定座407固定在第一夹紧件401上，上面安装有刀具滑动轴409，大刀具固定408座通过大导向杆417、小丝杠螺母组418与第一夹紧件401连接，上面安装有刀具转动轴410，调刀电机419固定在第一夹紧件401上，通过调刀齿轮组420、小丝杠螺母组418带动大刀具固定座408运动。

本实施例中，结合图6(c)和图8，剥皮刀具411刃口呈U型口，可将绝缘皮导线1彻底剥除无残留，设计有U型斜槽排屑结构，侧面设计有U型斜长槽结构以及旋转孔，一端绕着刀具转动轴410旋转，另一端在斜长槽结构的约束下沿着刀具滑动轴409滑动，此时剥皮刀具411头部走出一段柔性弧线，完成柔性剥皮作业，并能适应多种线径导线剥皮。

本实施例中，刀具自动调节机构还包括光电传感器412和测距传感器414。光电传感器412安装在大刀具固定座408上，紧贴刀具下方，光电传感器412的发射端和接收端正对导线，用于基于线缆绝缘皮与纤芯材质的不同，检测绝缘皮导线1是否切透，即线缆绝缘皮是否切除干净。

结合图7，测距传感器414固定在第二夹紧件404上，已知传感器距离导线中心的实时变动的距离A，通过测量导线距离传感器的距离B，通过公式D＝2(A-B)从而预测量出导线的直径D，并反馈给上端控制通讯模块406，实现导线直径的预检测作用。

本实施例中，刀具自动调节机构4配备独立的上端电源405供电、上端控制通讯模块406，上端电源405、上端控制通讯模块406固定在第二夹紧件404上，并跟随第二夹紧件404一起运动，上端电源405提供上端控制通讯模块406、电机、传感器所需的动力，上端控制通讯模块406保持与下端控制通讯模块7通讯并控制刀具自动调节机构4的运行与动作。

本实施例中，结合图9和图10，底座上还设有防护壳体，防护壳体的上面板上设有第一缺口，旋转机构底座301穿过第一缺口进入防护壳体内部，并能够在第一缺口内进行直线运动；上面板上沿旋转机构运动方向设有滑动轨道，上面板往上依次设有第一层滑动盖板1301和第二层滑动盖板1302，第一层滑动盖板1301和第二层滑动盖板1302均能够沿滑动轨道1303滑动。

第一层滑动盖板上设有第二缺口1304，旋转机构底座自第二缺口1304穿过，第二缺口的面积小于第一缺口的面积，旋转机构底座运动时能够推动第一层滑动盖板1301的移动。

第二层滑动盖板1302与旋转机构底座301固定连接，第二层滑动盖板1302也设有用于旋转机构底座穿过的孔，该孔与旋转机构底座完全贴合，不留空隙。第二层滑动盖板1302设置在第一层滑动盖板1301的第二缺口1304之上，第二层滑动盖板覆盖的面积大于第二缺口的面积；在旋转机构底座在第二缺口内运动时，第二层滑动盖板均能够始终将第二缺口完全覆盖住，第一层滑动盖板能够始终覆盖住第一缺口的除了第二缺口之外的其余部分，这样能够有效防止绝缘皮、芯线碎屑等异物进入工具内部。

作为示例，旋转机构底座在第一缺口内向右做直线运动时，旋转机构底座301在第二缺口1304内运动至第二缺口的边缘位置时，推动第一层滑动盖板1301向右移动，与此同时，第二层滑动盖板1302一直随着旋转机构底座运动并完全覆盖住第二缺口1304，第一层滑动盖板1301运动过程中始终能够将第一缺口中除了第二缺口之外的其余部分完全覆盖住。

结合图1，底座11上还布置有下端电源10、下端控制通讯模块7、驱动模块12，下端电源10对下端控制通讯模块7、驱动模块12供电，下端控制通讯模块7保持与上端控制通讯模块406通讯并控制整个工具的运行与动作，驱动模块12驱动直线运动机构6的电机和第二驱动电机302运动。

底座11上还安装有绝缘连接件8和母端卡盘9，绝缘连接件8安装在底座11的下方，母端卡盘9安装在绝缘连接件8的下端，可与配网带电作业机器人机械臂末端的公端卡盘连接，实现复杂线路带电剥皮作业任务。

防护壳体上安装有摄像头5，主要用于观察作业现场环境信息，比如架空导线的分布情况、杆塔的状况、工具到达位置、绝缘皮导线剥皮现状等。这些信息通过无线信号传输到地面控制系统(屏幕)，通过分析这些信息可以判定工具到达位置、工具是否安全、现场作业情况等，以更加安全、高效的进行带电作业。

本实施例中，进行配网线路柔性剥皮作业时，将配网线路柔性剥皮工具通过底座11上母端卡盘9、绝缘连接件8安装在配网带电作业机器人机械臂末端的公端卡盘上，并启动工具下端电源10、上端电源405，工具各结构处于初始位置，摄像头5开始工作，通过摄像头5可实时观察作业现场情况，并做出调整以适应复杂线路线路剥皮作业。

通过配网带电作业机器人机械臂将工具运动到特定作业位置，使绝缘皮导线1处于两个导线夹紧机构2、旋转机构3、刀具自动调节机构4的卡线槽口内，完成工具上线工作。

下端控制通讯模块7控制两个侧导线夹紧机构2夹紧绝缘皮导线1，并反馈信号给上端控制通讯模块406。

本实施例中，下端控制通讯模块7是整个工具的总控系统，控制整个工具的启动、运行，包括左右夹紧机构夹紧、直线运动滑台运动、旋转机构旋转、接受上端控制通讯模块信号信息并反馈控制信号、摄像头信号收发等。

上端控制通讯模块406只负责旋转机构上的中间夹紧运动、刀具进给运动、旋转机构上的传感器信号的收发等的运行，并负责将执行后的信号传递给下端控制通讯模块7。

测距传感器414工作，通过测量导线距离传感器的距离B，通过公式D＝2(A-B)从而测量出导线的直径D传递给上端控制通讯模块406。

上端控制通讯模块406控制刀具进给电机416运动，带动第一夹紧块401、第二夹紧块404相对运动夹紧绝缘皮导线1后，并回退一定距离，使导线紧贴第一夹紧块401、第二夹紧块404的V型夹线槽内并可以转动。

此时，调刀电机419运动，并带动大刀具固定座408向导线运动。剥皮刀具411在小刀具固定座407的刀具滑动轴409及大刀具固定座408的刀具转动轴410的约束下连续运动，剥皮刀具411头部走出一段柔性弧线运动，同时旋转机构3带动整个刀具自动调节机构4旋转运动，剥皮刀具411开始原地旋转剥皮作业，直到光电传感器412监测到导线剥透，露出导线芯线，为防止剥皮刀具411伤线，此时剥皮刀具411会回退一定距离(0.5mm)并能继续剥透导线绝缘皮，并反馈信号给下端控制通讯模块7。

下端控制通讯模块7控制直线运动机构6运动，剥皮作业开始，每运动一定距离(比如30mm)，直线运动机构暂停一次直线运动，将剥下的绝缘皮切断，保证绝缘皮不会缠绕在配网导线上，然后继续直线运动，运动+停止2～4次后达到配网线路导线预剥皮长度后直线运动最终停止，剥除的导线绝缘皮掉落在防护壳体13上并落到地面而不会掉入工具内部，旋转机构3在限位传感器304的作用下旋转到初始状态位置也停止转动。

操作机械臂将工具从特定作业位置取下并运动到安全位置，完成作业工具的下线工作。

下控制通讯模块控制7整个工具恢复初始状态位置，并为下一次剥皮作业任务做准备。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种带电柔性剥皮作业方法，具体包括如下过程：

作业机器人带动带电柔性剥皮工具运动至设定位置，使得线缆同时处于第一导线夹紧机构、第二导线夹紧机构、旋转机构和刀具自动调节机构的卡线槽内；

控制第一导线夹紧机构和第二导线夹紧机构夹紧线缆；

通过测距传感器测量出线缆的直径，基于线缆直径控制刀具自动调节机构的第一夹紧件和第二夹紧件相对运动，直至贴紧线缆，并保证线缆能够在两者之间转动；剥皮刀具运动至线缆位置；

旋转机构带动刀具自动调节机构绕着线缆转动，同时剥皮刀具一端绕着转动轴相对于刀具固定座转动，另一端通过长槽孔基于刀具固定座上的另一轴滑动；剥皮刀具在随着刀具自动调节机构转动的同时，还在转动轴和另一轴的共同约束下连续运动，形成柔性弧线运动；

直线运动机构每运动设定距离，暂停一次直线运动；待该区域内线缆剥皮完成后，继续进行直线运动，直至达到线缆想要剥皮的长度后结束。

剥皮过程中，检测到露出导线芯线后，控制剥皮刀具回退设定距离，继续进行剥皮动作，直至该区域剥皮完成。

上述过程的具体实现方式已经在实施例一中进行了详细的说明，此处不再详述。

实施例三

在一个或多个实施方式中，公开了一种作业机器人，其包括了实施例一中所述的带电柔性剥皮工具。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明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发明的保护范围以内。

Claims (20)

1.一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，包括：底座，分别设置在底座上的第一导线夹紧机构、第二导线夹紧机构、直线运动机构、旋转机构和刀具自动调节机构；

所述第一导线夹紧机构和第二导线夹紧机构相对设置，所述刀具自动调节机构与旋转机构连接，旋转机构与直线运动机构连接；

所述刀具自动调节机构包括相对设置的第一夹紧件和第二夹紧件，剥皮刀具通过刀具固定座连接在其中一个夹紧件上，所述剥皮刀具一端通过转动轴与刀具固定座可转动连接，剥皮刀具另一端通过长槽孔与刀具固定座上的另一轴可滑动连接，以实现剥皮刀具对线缆的弧线形柔性切割。

2.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述第一导线夹紧机构或第二导线夹紧机构包括：

第一夹爪和第二夹爪，所述第一夹爪和第二夹爪通过旋转轴连接并相对设置；所述第一夹爪和第二夹爪的末端分别设有用于啮合的齿；

第一夹爪和第二夹爪末端的齿分别与第一齿轮传动组件啮合，夹线电机带动第一齿轮传动组件运动，通过第一齿轮传动组件带动与之啮合的第一夹爪和第二夹爪的相对运动，以实现导线夹紧机构的夹紧与打开。

3.如权利要求2所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述第一齿轮传动组件包括：主动轮，与主动轮啮合的惰性轮，第一同轴齿轮组和第二同轴齿轮组；

所述第一同轴齿轮组包括分别固定在第一齿轮传动轴上的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与惰性轮啮合，第二齿轮与第二夹爪的齿啮合；

所述第二同轴齿轮组包括分别固定在第二齿轮传动轴上的第三齿轮和第四齿轮，第三齿轮与第一齿轮啮合，第四齿轮与第一夹爪的齿啮合。

4.如权利要求2所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述第一夹爪和第二夹爪上均设有夹线口和弧形托线板，所述夹线口表面附有橡胶垫。

5.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述底座上还设有防护壳体，所述防护壳体的上面板上设有第一缺口，旋转机构底座穿过第一缺口进入防护壳体内部，并能够在第一缺口内进行直线运动；

所述上面板上沿旋转机构运动方向设有滑动轨道，上面板往上依次设有第一层滑动盖板和第二层滑动盖板，第一层滑动盖板和第二层滑动盖板均能够沿滑动轨道滑动；所述第一层滑动盖板上设有用于旋转机构底座穿过的第二缺口，第二缺口的面积小于第一缺口的面积，旋转机构底座运动能够推动第一层滑动盖板的移动；第二层滑动盖板与旋转机构底座固定连接，第二层滑动盖板覆盖的面积大于第二缺口的面积。

6.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述第一夹紧件或第二夹紧件上设有测距传感器，所述测距传感器能够测量其与线缆表面的实时垂向距离，利用测距传感器与线缆中心线的垂向距离，能够预测当前线缆的直径。

7.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述直线运动机构包括：第一驱动电机，所述第一驱动电机通过传动件与丝杠连接，滑台设置在丝杠上，并能够在丝杠的带动下做直线运动。

8.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述旋转机构包括：旋转机构底座，与旋转机构底座连接的旋转机构壳体，固定在旋转机构壳体上第二驱动电机；所述旋转机构壳体上设有用于容纳线缆的U型槽口，所述旋转机构壳体内设有第一U型齿轮，第一U型齿轮上连接固定盘，第一U型齿轮和固定盘的形状与U型槽口的形状相适配；第二驱动电机通过第二齿轮传动组件带动第一U型齿轮转动。

9.如权利要求8所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述第二齿轮传动组件包括：与第二驱动电机连接的驱动齿轮，同时与驱动齿轮和第一U型齿轮啮合的第一传动齿轮组和第二传动齿轮组；同时与第一传动齿轮组和第一U型齿轮啮合的惰性齿轮，以及同时与第二传动齿轮组和第一U型齿轮啮合的惰性齿轮。

10.如权利要求8所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述旋转机构壳体上还设有限位传感器，用于检测第一U型齿轮是否恢复至初始位置。

11.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述刀具自动调节机构还包括：与旋转机构连接的连接板，用于实现第一夹紧件和第二夹紧件之间的相对运动的双向丝杠结构；以及用于驱动第一夹紧件和第二夹紧件进行相对运动的刀具进给电机。

12.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述剥皮刀具的刃口呈U型口，并U型斜槽排屑结构。

13.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述剥皮刀具下方设有光电传感器，所述光电传感器的发射端和接收端正对导线，用于基于线缆绝缘皮与纤芯材质的不同，检测线缆绝缘皮是否切除干净。

14.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述刀具自动调节机构上设有用于上端电源和上端控制通讯模块；所述上端控制通讯模块与设置在底座上的下端控制通讯模块进行通信。

15.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述底座上安装有绝缘连接件和母端卡盘，母端卡盘安装在绝缘连接件的下端，并与带电作业机器人机械臂末端的公端卡盘相适配。

16.如权利要求1所述的一种带电柔性剥皮工具，其特征在于，所述底座上设有摄像头，用于采集线缆的图像信息。

17.一种带电柔性剥皮作业方法，其特征在于，包括：

作业机器人带动带电柔性剥皮工具运动至设定位置，使得线缆同时处于第一导线夹紧机构、第二导线夹紧机构、旋转机构和刀具自动调节机构的卡线槽内；

控制第一导线夹紧机构和第二导线夹紧机构夹紧线缆；

通过测距传感器测量出线缆的直径，基于线缆直径控制刀具自动调节机构的第一夹紧件和第二夹紧件相对运动，直至贴紧线缆，并保证线缆能够在两者之间转动；剥皮刀具运动至线缆位置；

旋转机构带动刀具自动调节机构绕着线缆转动，同时剥皮刀具一端绕着转动轴相对于刀具固定座转动，另一端通过长槽孔基于刀具固定座上的另一轴滑动；剥皮刀具在随着刀具自动调节机构转动的同时，还在转动轴和另一轴的共同约束下连续运动，形成柔性弧线运动；

直线运动机构每运动设定距离，暂停一次直线运动；待该区域内线缆剥皮完成后，继续进行直线运动，直至达到线缆想要剥皮的长度后结束。

18.如权利要求17所述的一种带电柔性剥皮作业方法，其特征在于，剥皮过程中，通过摄像头实时获取作业现场环境信息，以判断工具到达位置、工具是否安全和现场作业情况。

19.如权利要求17所述的一种带电柔性剥皮作业方法，其特征在于，剥皮过程中，检测到露出导线芯线后，控制剥皮刀具回退设定距离，继续进行剥皮动作，直至该区域剥皮完成。

20.一种作业机器人，其特征在于，包括权利要求1-16任一项所述的带电柔性剥皮工具。