CN117260742A - 室外带电双臂操作机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室外带电双臂操作机器人，包括设备外壳和控制系统，所述设备外壳的工作台上安装有气动线缆抓手机械臂和线夹伺服电动拧紧枪机械手，气动线缆抓手机械臂上安装有气动线缆抓手，线夹伺服电动拧紧枪机械手上安装有线夹伺服电动拧紧枪；气动线缆抓手用于抓紧线缆；气动线缆抓手机械臂用于将线缆带到指定位置；线夹伺服电动拧紧枪用于夹住穿刺线夹，拧紧穿刺线夹螺母杆头，将穿刺线夹夹紧；线夹伺服电动拧紧枪机械手用于带动线夹伺服电动拧紧枪对准穿刺线夹。本发明的机器人能够有效地减少对环境的影响，其双臂协作设计，操作更方便，提升工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术、人工智能技术以及电力作业技术领域，尤其涉及一种室外带电双臂操作机器人。
背景技术
在电力行业中，室外电力设备的检查和维护是一项耗费大量人力和时间的任务。
如图1所示，穿刺线夹103包括前半线夹103-1、后半线夹103-2和两穿刺线夹螺母杆头101-6。而室外电力设备的检查和维护工作，经常需要将线缆置入穿刺线夹中，拧紧穿刺线夹螺母杆头夹紧穿刺线夹。
由于室外环境复杂，对作业人员的技术水平和体力都有较高的要求。因此需要通过室外带电操作机器人来替代作业人员完成操作。现有也有通过单一机械臂来实现穿刺线夹夹紧线缆操作的，但现有技术中的单一臂机器人操作效率低下，无法满足多样化的电力作业需求。因此，开发一种具有高效、安全性能好的室外带电双臂操作机器人具有重要的实际意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明设计了一种室外带电双臂操作机器人；该机器人具有人工智能技术和独特的双臂设计，可在室外环境下进行高效、安全的电力作业，是基于FSM芯工厂控制操作的机器人，其中FSM是一款产线规划软件，该软件与机器人控制系统内核统一，可做到虚拟产线搭建、离线编程仿真、程序导出下发等。机器人主要应用于电力行业，如线路检查、设备维护、环境监测等方面，具有实际应用价值。
本发明采用如下技术方案：
一种室外带电双臂操作机器人，包括设备外壳和控制系统，其特征是，所述设备外壳的工作台上安装有气动线缆抓手机械臂和线夹伺服电动拧紧枪机械手，气动线缆抓手机械臂上安装有气动线缆抓手，线夹伺服电动拧紧枪机械手上安装有线夹伺服电动拧紧枪；
气动线缆抓手用于抓紧线缆；
气动线缆抓手机械臂用于将线缆带到指定位置；
线夹伺服电动拧紧枪用于夹住穿刺线夹，拧紧穿刺线夹螺母杆头，将穿刺线夹夹紧；
线夹伺服电动拧紧枪机械手用于带动线夹伺服电动拧紧枪对准穿刺线夹；
气动线缆抓手机械臂斜后方的设备外壳上安装有气动线缆抓手视觉，用于观察抓紧线缆；
线夹伺服电动拧紧枪机械手的斜后方安装有线夹伺服电动拧紧枪视觉，用于观察穿线操作及拧紧穿刺线夹螺母杆头的工作过程；
控制系统连通控制气动线缆抓手机械臂、线夹伺服电动拧紧枪机械手、气动线缆抓手、线夹伺服电动拧紧枪、气动线缆抓手视觉、线夹伺服电动拧紧枪视觉。
作为优选，所述线夹伺服电动拧紧枪包括机构底板、伺服电机、减速器、两减速拧紧头、线夹固定气缸、两线夹夹持板、防扭夹持气缸和两防扭板，机构底板上安装有伺服电机和减速器，减速器输出端连接两减速拧紧头，伺服电机通过减速器同步带动两减速拧紧头转动，线夹固定气缸和防扭夹持气缸安装在机构底板上，线夹固定气缸上安装有两线夹夹持板，两线夹夹持板通过线夹固定气缸的伸缩夹紧和松开，防扭夹持气缸上安装有两防扭板，两防扭板通过防扭夹持气缸的伸缩夹紧和松开。
作为优选，所述两线夹夹持板内侧分别固定连接有防滑垫。
作为优选，所述两防扭板的内侧分别设置有防滑块。
作为优选，所述机构底板上安装有安装板A和安装板B，安装板A上连接伺服电机，安装板B上连接减速器。
作为优选，所述机构底板底部连接有安装法兰，通过安装法兰连接线夹伺服电动拧紧枪机械手。
作为优选，所述设备外壳上安装有多个穿刺线夹固定工装，用于安置穿刺线夹。
作为优选，所述控制系统连通FSM芯工厂，通过FSM芯工厂结合FC软件搭配示教器作为上位机，连接C²Cube运动控制柜，并通过无线通信与远程控制终端相连。
作为优选，所述减速拧紧头包括拧紧头、六角套筒、弹性短轴、柱塞螺丝和弹簧，六角套筒套于拧紧头外与拧紧头间隙配合，拧紧头中心开设有连接孔，连接孔内插接有弹性短轴，弹性短轴外套有弹簧，弹簧夹紧在弹性短轴与拧紧头之间，弹性短轴上开设有沟槽，拧紧头上横向连接有柱塞螺丝，柱塞螺丝穿过弹性短轴内沟槽，弹性短轴通过沟槽沿柱塞螺丝前后移动。
作为优选，所述设备外壳和安装法兰采用绝缘材料包覆。
本发明的有益效果是：（1）、本发明的机器人能够有效地减少对环境的影响。其双臂协作设计，操作更方便，提升工作效率，能够减少能源的消耗，降低碳排放，同时，机器人的使用能够减少人力和时间的投入，提高工作效率，进一步降低了对环境的影响；（2）、机器人的双臂结构和视觉远程控制系统都经过精心设计和严格测试，确保了机器人的稳定性和可靠性，（3）、本发明可先在FSM环境中搭建带电双臂操作机器人工作站，事先做好工作站布局、可达性验证、干涉检查及节拍评估等，在实际落地之前做好调整、优化及验证工作。同时，在FSM环境中，编写机器人程序，并导出下发至实体控制器执行。
附图说明
图1是现有需要机器人操作夹紧的穿刺线夹的一种结构示意图；
图2是本发明的一种结构示意图；
图3是本发明中线夹伺服电动拧紧枪的一种结构示意图；
图4是本发明中线夹伺服电动拧紧枪拧紧穿刺线夹的一种使用状态图；
图5是本发明中减速拧紧头A的一种结构示意图；
图中：1、设备外壳，2、气动线缆抓手机械臂，3、线夹伺服电动拧紧枪机械手，4、气动线缆抓手，5、线夹伺服电动拧紧枪，6、穿刺线夹固定工装，7、气动线缆抓手视觉，8、线夹伺服电动拧紧枪视觉，9、机构底板，10、安装板A，11、安装板B，12、伺服电机，13、安装法兰，14、线夹固定气缸，15、线夹夹持板A，16、防滑垫A，17、线夹夹持板B，18、防滑垫B，19、防扭夹持气缸，20、防扭板A，21、防滑块A，22、防滑块B，23、防扭板B，24、防滑块C，25、防滑块D，101、减速拧紧头A，102、减速拧紧头B，103、穿刺线夹，101-1、拧紧头，101-2、六角套筒，101-3、弹性短轴，101-4、柱塞螺丝，101-5、弹簧，101-6、穿刺线夹螺母杆头，103-1、前半线夹，103-2、后半线夹。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例：如图2所示，一种室外带电双臂操作机器人，包括设备外壳1、气动线缆抓手机械臂2、线夹伺服电动拧紧枪机械手3、气动线缆抓手4、线夹伺服电动拧紧枪5、穿刺线夹固定工装6、气动线缆抓手视觉7和线夹伺服电动拧紧枪视觉8和控制系统，控制系统连通控制气动线缆抓手机械臂、线夹伺服电动拧紧枪机械手、气动线缆抓手、线夹伺服电动拧紧枪、气动线缆抓手视觉、线夹伺服电动拧紧枪视觉。
设备外壳1的工作台上安装有气动线缆抓手机械臂2和线夹伺服电动拧紧枪机械手3，气动线缆抓手机械臂2上安装有气动线缆抓手4，线夹伺服电动拧紧枪机械手3上安装有线夹伺服电动拧紧枪5；
气动线缆抓手4用于抓紧线缆；
气动线缆抓手机械臂2用于将线缆带到指定位置；
线夹伺服电动拧紧枪5用于夹住穿刺线夹103，拧紧穿刺线夹螺母杆头101-6，将穿刺线夹103夹紧；
线夹伺服电动拧紧枪机械手3用于带动线夹伺服电动拧紧枪5对准穿刺线夹103；
气动线缆抓手机械臂2斜后方的设备外壳1上安装有气动线缆抓手视觉7，用于观察抓紧线缆；
线夹伺服电动拧紧枪机械手3的斜后方安装有线夹伺服电动拧紧枪视觉8，用于观察穿线操作及拧紧穿刺线夹螺母杆头101-6的工作过程。设备外壳1上安装有多个穿刺线夹固定工装6，用于安置穿刺线夹103。
如图3所示，线夹伺服电动拧紧枪包括机构底板9、安装板A10、安装板B11、伺服电机12、安装法兰13、线夹固定气缸14、线夹夹持板A15、防滑垫A16、线夹夹持板B17、防滑垫B18、防扭夹持气缸19、防扭板A20、防滑块A21、防滑块B22、防扭板B23、防滑块C24、防滑块D25、减速拧紧头A101、减速拧紧头B102。
机构底板9上安装有伺服电机12和减速器，减速器输出端连接减速拧紧头A101和减速拧紧头B102，伺服电机通过减速器同步带动减速拧紧头A101和减速拧紧头B102转动，线夹固定气缸14和防扭夹持气缸19安装在机构底板9上，线夹固定气缸14上安装有线夹夹持板A15和线夹夹持板B17，线夹夹持板A15和线夹夹持板B17通过线夹固定气缸14的伸缩夹紧和松开，防扭夹持气缸19上安装有防扭板A20和防扭板B23，防扭板A20和防扭板B23通过防扭夹持气缸19的伸缩夹紧和松开。线夹夹持板A15和线夹夹持板B17内侧分别固定连接有防滑垫A16和防滑垫B18。防扭板A20和防扭板B23的内侧分别设置有防滑块A21、防滑块B22、防滑块C24和防滑块D25。
机构底板9上安装有安装板A10和安装板B11，安装板A10上连接伺服电机12，安装板B11上连接减速器。机构底板9底部连接有安装法兰13，通过安装法兰13连接线夹伺服电动拧紧枪机械手3。设备外壳1上安装有多个穿刺线夹固定工装6，用于安置穿刺线夹103。气动线缆抓手机械臂2、线夹伺服电动拧紧枪机械手3、气动线缆抓手4、线夹伺服电动拧紧枪5、气动线缆抓手视觉7、线夹伺服电动拧紧枪视觉8分别通过无线通信与远程控制终端相连。
设备外壳1和安装法兰13采用绝缘材料包覆。安装法兰13采用玻纤尼龙作为绝缘法兰，设备外壳1表面喷绝缘漆和装饰漆。
如图4所示，该机构由绝缘安装法兰13连接线夹伺服电动拧紧枪机械手3和线夹伺服电动拧紧枪5，机构底板9设置于绝缘安装法兰13上，与安装板10，安装板11通过紧固螺钉进行连接，伺服电机12的法兰面设置于安装板10上，输出轴接入减速器，减速器输出端分为减速拧紧头A101和减速拧紧头B102，通过线夹伺服电动拧紧枪机械手3将穿刺线夹103置于气缸线夹固定气缸14中间，减速拧紧头101和减速拧紧头102均对齐穿入穿刺线夹螺母杆头101-6，此时气缸线夹固定气缸14通过压缩空气作用带动线夹夹持板A15和线夹夹持板B17夹持住穿刺线夹103的前半线夹103-1，防止穿刺线夹103掉落；在机构末端设置有防扭夹持气缸19，其上安装的防扭板20，防扭板23，防扭板内侧分别安装有防滑块21，防滑块22，防滑块24，防滑块25，用来夹紧穿刺线夹103的后半线夹103-2，防止拧紧头拧紧螺栓时，穿刺线夹后半块随着螺纹的旋转进给时产生的扭矩。
如图5所示，减速拧紧头A101和减速拧紧头B102分别包括有拧紧头101-1、六角套筒101-2、弹性短轴101-3、柱塞螺丝101-4和弹簧101-5，六角套筒101-2套于拧紧头101-1外与拧紧头101-1间隙配合，拧紧头101-1中心开设有连接孔，连接孔内插接有弹性短轴101-3，弹性短轴101-3外套有弹簧101-5，弹簧101-5夹紧在弹性短轴101-3与拧紧头101-1之间，弹性短轴101-3上开设有沟槽，拧紧头101-1上横向连接有柱塞螺丝101-4，柱塞螺丝101-4穿过弹性短轴101-3内沟槽，弹性短轴101-3通过沟槽沿柱塞螺丝101-4前后移动。
使用时，穿刺线夹螺母杆头101-6顶压弹性短轴101-3插入六角套筒101-2内，伺服电机带动拧紧头101-1转动，从而通过柱塞螺丝101-4带动弹性短轴101-3转动，弹性短轴101-3末端与穿刺线夹螺母杆头101-6的内六角螺口配合，六角套筒101-2与穿刺线夹螺母杆头101-6的外六角螺母头配合，带动穿刺线夹螺母杆头101-6转动，从而夹紧穿刺线夹103。
本发明控制系统连通FSM芯工厂，通过FSM芯工厂结合FC软件搭配示教器作为上位机，连接C²Cube运动控制柜，并通过无线通信与远程控制终端相连。使得操作人员可以在安全范围内对设备进行远程控制，实现单一示教器控制多台机器人或多伺服轴独立/协同动作，所有机器人程序可使用单一示教器编辑并独立运行。
结合FSM实时仿真的功能，通过示教器可直接控制措载控制系统软件，集成先进运控算法，在PC端的FSM软件中实现智能运动轨迹规划，实时轨迹插补，多轴运动数据在线监控与调试。极大程度上提升了设备操作的便携性、专业性与安全性。FSM作为指导实际场景搭建和程序编写的工具，场景搭建—虚拟调试（预先验证功能实现，可达性，干涉检查，节拍预估，验证流程）—程序导出（FSM离线程序导入到控制器，减小现场编程示教的难度和工作量），基于此FSM工具可以快速实时搭建此设备，并将实际应用的整个过程可视化。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种室外带电双臂操作机器人，包括设备外壳和控制系统，其特征是，所述设备外壳的工作台上安装有气动线缆抓手机械臂和线夹伺服电动拧紧枪机械手，气动线缆抓手机械臂上安装有气动线缆抓手，线夹伺服电动拧紧枪机械手上安装有线夹伺服电动拧紧枪；
气动线缆抓手用于抓紧线缆；
气动线缆抓手机械臂用于将线缆带到指定位置；
线夹伺服电动拧紧枪用于夹住穿刺线夹，拧紧穿刺线夹螺母杆头，将穿刺线夹夹紧；
线夹伺服电动拧紧枪机械手用于带动线夹伺服电动拧紧枪对准穿刺线夹；
气动线缆抓手机械臂斜后方的设备外壳上安装有气动线缆抓手视觉，用于观察抓紧线缆；
线夹伺服电动拧紧枪机械手的斜后方安装有线夹伺服电动拧紧枪视觉，用于观察穿线操作及拧紧穿刺线夹螺母杆头的工作过程；
控制系统连通控制气动线缆抓手机械臂、线夹伺服电动拧紧枪机械手、气动线缆抓手、线夹伺服电动拧紧枪、气动线缆抓手视觉、线夹伺服电动拧紧枪视觉。
2.根据权利要求1所述的室外带电双臂操作机器人，其特征是，所述线夹伺服电动拧紧枪包括机构底板、伺服电机、减速器、两减速拧紧头、线夹固定气缸、两线夹夹持板、防扭夹持气缸和两防扭板，机构底板上安装有伺服电机和减速器，减速器输出端连接两减速拧紧头，伺服电机通过减速器同步带动两减速拧紧头转动，线夹固定气缸和防扭夹持气缸安装在机构底板上，线夹固定气缸上安装有两线夹夹持板，两线夹夹持板通过线夹固定气缸的伸缩夹紧和松开，防扭夹持气缸上安装有两防扭板，两防扭板通过防扭夹持气缸的伸缩夹紧和松开。
3.根据权利要求2所述的室外带电双臂操作机器人，其特征是，所述两线夹夹持板内侧分别固定连接有防滑垫。
4.根据权利要求2所述的室外带电双臂操作机器人，其特征是，所述两防扭板的内侧分别设置有防滑块。
5.根据权利要求2所述的室外带电双臂操作机器人，其特征是，所述机构底板上安装有安装板A和安装板B，安装板A上连接伺服电机，安装板B上连接减速器。
6.根据权利要求2所述的室外带电双臂操作机器人，其特征是，所述机构底板底部连接有安装法兰，通过安装法兰连接线夹伺服电动拧紧枪机械手。
7.根据权利要求1所述的室外带电双臂操作机器人，其特征是，所述设备外壳上安装有多个穿刺线夹固定工装，用于安置穿刺线夹。
8.根据权利要求1所述的室外带电双臂操作机器人，其特征是，所述控制系统连通FSM芯工厂，通过FSM芯工厂结合FC软件搭配示教器作为上位机，连接C²Cube运动控制柜，并通过无线通信与远程控制终端相连。
9.根据权利要求1所述的室外带电双臂操作机器人，其特征是，所述减速拧紧头包括拧紧头、六角套筒、弹性短轴、柱塞螺丝和弹簧，六角套筒套于拧紧头外与拧紧头间隙配合，拧紧头中心开设有连接孔，连接孔内插接有弹性短轴，弹性短轴外套有弹簧，弹簧夹紧在弹性短轴与拧紧头之间，弹性短轴上开设有沟槽，拧紧头上横向连接有柱塞螺丝，柱塞螺丝穿过弹性短轴内沟槽，弹性短轴通过沟槽沿柱塞螺丝前后移动。
10.根据权利要求6所述的室外带电双臂操作机器人，其特征是，所述设备外壳和安装法兰采用绝缘材料包覆。
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