CN208906499U - 带电作业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力技术领域，具体提供一种带电作业机器人，旨在解决现有带电作业的机器人会对操作人员带来人身危险、工作效率低的问题。为此目的，本实用新型的带电作业机器人包括机器人平台；带电作业机构，所述带电作业机构设置在所述机器人平台上，用于进行带电作业；行走机构，所述机器人平台设置在所述行走机构上，所述行走机构用于将所述机器人平台运输至作业现场；升降机构，所述升降机构设置所述行走机构上，用于调整所述机器人平台的高度。本实用新型的带电作业机构可以自主完成带电作业，操作人员只需要在地面上通过控制终端对带电机器人进行遥控操作，将操作人员与高压电场隔离，避免了对操作人员带来人身危险，提高了作业效率。

Description

带电作业机器人

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，具体提供一种带电作业机器人。

背景技术

目前，我国10kV配电网需要频繁带电作业操作。当前带电作业操作要求操作人员攀爬10kV电线杆或借助绝缘斗臂车进行作业，即带电作业。人工带电操作需要操作人员在高空、高压、强电磁场等极端危险环境下进行接线、解线等手工操作，劳动强度大，精神高度紧张，不仅给带电作业人员带来人身危险，而且完成作业效率低。

虽然国内已经研发多种类型带电作业机器人，但是，现有的带电作业机器人在带电作业的过程中，仍然需要操作人员在绝缘斗臂车的绝缘斗内、或者在绝缘斗外侧的机器臂升至带电作业线路的周边，仍然存在潜在的风险，会对操作人员带来人身危险。而且，现有的带电作业机器人是由操作人员现场控制，不能自主完成带电作业，较传统的人工作业方式更加降低了工作效率。

因此，本领域需要一种新的带电作业机器人来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有带电作业的机器人会对操作人员带来人身危险、工作效率低的问题，本实用新型提供了一种带电作业机器人，该带电作业机器人包括：机器人平台；带电作业机构，带电作业机构设置在机器人平台上，用于进行带电作业；行走机构，机器人平台设置在行走机构上，行走机构用于将机器人平台运输至作业现场；升降机构，升降机构设置行走机构上，用于调整机器人平台的高度。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，带电作业机构包括：带电作业单元，其用于进行带电作业；信息采集单元，其用于采集带电作业单元的作业图像；第一控制单元，其基于信息采集单元的采集结果以及预设带电作业任务来控制带电作业单元的带电作业轨迹。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，带电作业单元包括：至少两个机械臂，至少两个机械臂设置在机器人平台的两侧，用于进行带电作业。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，机械臂为六自由度结构，六自由度结构包括大臂、小臂、肩关节、肘关节和腕关节组件，大臂的第一端通过肩关节和机器人平台以转动的方式连接，以调整大臂的转动角度；小臂的第一端通过肘关节和大臂的第二端以转动的方式连接，以调整小臂的转动角度；腕关节组件和小臂的第二端以转动的方式连接，以调整腕关节组件的转动角度。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，腕关节组件包括腕俯仰关节、腕摇摆关节和腕旋转关节，腕俯仰关节和小臂的第二端以转动的方式连接，以调整腕摇摆关节的俯仰角度；腕摇摆关节和腕俯仰关节以转动的方式连接，以调整腕摇摆关节的摆动角度；腕旋转关节和腕摇摆关节以转动的方式连接，以调整腕旋转关节的转动角度。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，述机械臂还包括：正交旋转编码器，其用于采集肩关节、肘关节、腕俯仰关节、腕摇摆关节和腕旋转关节的角度、角速度和角加速度数据；驱动电机，其基于正交旋转编码器采集的角度数据驱动肩关节、肘关节、腕俯仰关节、腕摇摆关节和腕旋转关节运动。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，信息采集单元包括：摄像机，摄像机设置在至少两个机械臂之间，用于采集至少两个机械臂的作业场景图像；雷达，雷达可转动地设置在摄像机上，用于测量并标定作业对象的位置。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，第一控制单元包括：计算机，用于处理摄像机采集的至少两个机械臂的作业图像信息以及雷达采集的作业对象的位置信息；第一工控机，第一工控机基于计算机对至少两个机械臂的作业图像信息以及雷达采集的作业对象的位置信息的处理结果以及预设带电作业任务来规划至少两个机械臂的带电作业轨迹。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，行走机构包括：绝缘斗臂车，绝缘斗臂车用于将机器人平台运输至作业现场；第二控制单元，第二控制单元设置在绝缘斗臂车上，用于控制机械臂进行带电作业。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，第二控制单元包括设置在绝缘斗臂车顶部的控制室以及设置在控制室内的至少两个操作手柄、第二工控机和显示器，操作手柄和与其对应的机械臂为主从操作关系，通过改变操作手柄的姿态来控制与其对应的机械臂运动；第二工控机内置数据接收系统和图像处理器，数据接收系统用于接收信息采集单元采集的带电作业单元的作业图像信息，图像处理器对数据接收系统接收的信息采集单元采集的带电作业单元的作业图像信息进行处理后获得现实作业场景，并通过显示器显示现实作业场景。

在上述带电作业机器人的优选技术方案中，绝缘斗臂车包括车体以及设置在车体上的发电机和多个支撑腿，发电机用于给升降机构和第二控制单元供电；多个支撑腿用于支撑车体。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的优选技术方案中，带电作业机器人的机械臂为六自由度结构，六自由度结构包括大臂、小臂、肩关节、肘关节和腕关节组件，大臂的第一端通过肩关节和机器人平台以转动的方式连接，以调整大臂的转动角度；小臂的第一端通过肘关节和大臂的第二端以转动的方式连接，以调整小臂的转动角度；腕关节组件和小臂的第二端以转动的方式连接，以调整腕关节组件的转动角度，自由度分布均匀，从而保证了机械臂可以灵活地运动，可以有效地避开作业环境中的的障碍并且可以模仿人手完成带电作业，操作人员只需要在地面上通过控制终端对带电机器人进行遥控操作，从而将操作人员与高压电场隔离，避免了对操作人员带来人身危险，提高了作业效率。

进一步地，操作人员需要对机器臂所在的现场环境进行清晰准确的观察和掌握，需要准确获取机器臂与各电力线之间的位置关系，通过信息采集单元进行场景监控作业，通过摄像机采集至少两个机械臂的作业场景图像，能够更准确的获取场景信息；利用雷达测量并标定作业对象的位置，精度可以达到0.1毫米，对机器臂与作业对象之间、机械臂之间、作业对象与作业环境之间的相对位置给出精确测量，并将测量结果准确的标注在操作人员的显示器上。因此，操作人员通过信息采集单元进行作业监控，可以获取肉眼直接作业时都无法获取的高精度位置和距离信息，进一步提高了带电作业的操作精度，可以防止碰撞发生，提高了作业安全性。

附图说明

图1是本实用新型的带电作业机器人的结构示意图；

图2是本实用新型的带电作业单元的结构示意图；

图3是本实用新型的机械臂的结构示意图；

图4是本实用新型的第二控制单元的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“左”、“右”、“后”、“顶”、“底”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

基于背景技术中提到的现有技术中的问题，本实用新型通过带电作业机构、行走机构和升降机构的相互配合，使得带电作业机构可以自主完成带电作业，操作人员只需要在地面上通过控制终端对带电机器人进行遥控操作即可，从而将操作人员与高压电场隔离，避免了对操作人员带来人身危险，提高了作业效率。

参见图1至图4，图1是本实用新型的带电作业机器人的结构示意图；图2是本实用新型的带电作业单元的结构示意图；图3是本实用新型的机械臂的结构示意图；图4是本实用新型的第二控制单元的结构示意图。如图1所示，带电作业机器人包括机器人平台1、带电作业机构2、行走机构3和升降机构4，带电作业机构2设置在机器人平台1上，用于进行带电作业；机器人平台1设置在行走机构3上，用于将机器人平台1运输至作业现场；升降机构4设置行走机构3上，用于调整机器人平台1的高度。

优选地，机器人平台1的顶部设有绝缘层，用于将设置在机器人平台1上的带电作业机构2与机器人平台1绝缘，从而避免了对操作人员带来人身危险。

在一种较佳的实施方式中，如图2所示，带电作业机构2包括带电作业单元21、信息采集单元22和第一控制单元23；带电作业单元21设置在机器人平台1的端部，带电作业单元21用于进行带电作业；信息采集单元22设置在机器人平台1的中部，信息采集单元22用于采集带电作业单元21的作业图像；第一控制单元23设置在机器人平台1的中部，第一控制单元23基于信息采集单元22的采集结果以及预设带电作业任务来控制带电作业单元21的带电作业轨迹。当然，带电作业单元21、信息采集单元22和第一控制单元23的实际安装位置不限于上述举例的安装位置，本领域技术人员可以在实际的应用中灵活地设置带电作业单元21、信息采集单元22和第一控制单元23的实际安装位置，只要通过带电作业单元21、信息采集单元22和第一控制单元23能够实现带电作业即可。

为了提高带电作业的精度，带电作业单元21包括两个机械臂211，两个机械臂211分别设置在机器人平台1的左右两侧，机械臂211用于进行带电作业。当然，机械臂211的实际安装位置和数量不限于上述举例的安装位置和数量，本领域技术人员可以在实际的应用中灵活地设置机械臂211的实际安装位置和数量，只要通过机械臂211能够实现带电作业即可。

优选地，如图3所示，机械臂211为六自由度结构，六自由度结构包括大臂2111、小臂2112、肩关节2113、肘关节2114和腕关节组件，大臂2111的第一端通过肩关节2113和机器人平台1以转动的方式连接，以调整大臂2111的转动角度；小臂2112的第一端通过肘关节2114和大臂2111的第二端以转动的方式连接，以调整小臂2112的转动角度；腕关节组件和小臂2112的第二端以转动的方式连接，以调整腕关节组件的转动角度，自由度分布均匀，从而保证了机械臂211可以灵活地运动，可以有效地避开作业环境中的的障碍并且可以模仿人手完成带电作业。当然，机械臂211的自由度不限于上述列举的六自由度，也可以为其他的自由度，例如，三自由度、四自由度等，无论采取何种自由度只要能够将机械臂211转动以完成带电作业即可。另外，大臂2111、小臂2112、肩关节2113、肘关节2114和腕关节组件的连接部位也不限于上述列举的连接部位，也可以将小臂2112的第一端通过肘关节2114和大臂2111的中部以转动的方式连接，也可以将腕关节组件和小臂2112的中部以转动的方式连接，这种改变并不偏离本实用新型的原理和范围。

为了进一步提高带电作业的精度，如图3所示，腕关节组件包括腕俯仰关节2115、腕摇摆关节2116和腕旋转关节2117，其中，腕俯仰关节2115和小臂2112的第二端以转动的方式连接，以调整腕摇摆关节2116的俯仰角度；腕摇摆关节2116和腕俯仰关节2115以转动的方式连接，以调整腕摇摆关节2116的摆动角度；腕旋转关节2117和腕摇摆关节2116以转动的方式连接，以调整腕旋转关节2117的转动角度，使得自由度分布更加均匀，从而保证了机械臂211能够更加灵活地运动，可以有效地避开作业环境中的的障碍并且可以模仿人手完成带电作业。

尽管图中未示出，机械臂211还包括正交旋转编码器和驱动电机，正交旋转编码器用于采集肩关节2113、肘关节2114、腕俯仰关节2115、腕摇摆关节2116和腕旋转关节2117的角度、角速度和角加速度数据；驱动电机能够基于正交旋转编码器采集的角度数据驱动肩关节2113、肘关节2114、腕俯仰关节2115、腕摇摆关节2116和腕旋转关节2117运动。

进一步地，正交旋转编码器包括与肩关节2113相对应的第一编码器、与肘关节2114相对应的第二编码器、与腕俯仰关节2115相对应的第三编码器、与腕摇摆关节2116相对应的第四编码器以及与腕旋转关节2117相对应的第五编码器，第一编码器用于采集肩关节2113的角度、角速度和角加速度数据；第二编码器用于采集肘关节2114的角度、角速度和角加速度数据；第三编码器用于采集腕俯仰关节2115的角度、角速度和角加速度数据；第四编码器用于采集腕摇摆关节2116的角度、角速度和角加速度数据；第五编码器用于采集腕旋转关节2117的角度、角速度和角加速度数据。

进一步地，驱动电机包括与肩关节2113相对应的第一电机、与肘关节2114相对应的第二电机、与腕俯仰关节2115相对应的第三电机、与腕摇摆关节2116相对应的第四电机以及与腕旋转关节2117相对应的第五电机，第一电机用于驱动肩关节2113运动；第二电机用于驱动肘关节2114运动；第三电机用于驱动腕俯仰关节2115运动；第四电机用于驱动腕摇摆关节2116运动；第五电机用于驱动腕旋转关节2117运动。

为了提高信息采集的精度，如图2所示，信息采集单元22包括摄像机221和雷达222，摄像机221设置在至少两个机械臂211之间，用于采集至少两个机械臂211的作业场景图像；雷达222可转动地设置在摄像机221上，能够全方位测量并标定作业对象的位置。当然，摄像机221和雷达222的实际安装位置不限于上述举例的安装位置，本领域技术人员可以在实际的应用中灵活地设置摄像机221和雷达222的实际安装位置，只要通过摄像机221和雷达222能够实现准确地采集机械臂211的作业图像即可。

优选地，摄像机221为三目摄像机，三目摄像机能够更精确地拍摄机械臂211作业场景图像，从而更准确的获取场景信息，操作人员通过信息采集单元22进行作业监控，可以获取肉眼直接作业时都无法获取的高精度位置和距离信息，进一步提高了带电作业的操作精度，可以防止碰撞发生，提高了作业安全性。当然，摄像机221也可以为双目摄像机或单目摄像机，无论采取何种摄像机221，只要能够拍摄机械臂211作业场景图像即可。

优选地，雷达222为二维激光雷达，二维激光雷达可水平180°旋转的安装在三目摄像机221上，二维激光雷达的精度可以达到0.1毫米，二维激光雷达能够对机器臂与作业对象之间、机械臂211之间、作业对象与作业环境之间的相对位置给出精确测量，并将测量结果准确的标注在操作人员的显示器323上，使得操作人员可以获取肉眼直接作业时都无法获取的高精度位置和距离信息，进一步提高了带电作业的操作精度，可以防止碰撞发生，提高了作业安全性。当然，雷达222也可以为一维激光雷达、三维激光雷达，无论采取何种雷达222，只要能够测量并标定作业对象的位置即可。

为了提高带电作业的控制精度，如图2所示，第一控制单元23包括计算机231和第一工控机232，计算机231设置在摄像机221和机械臂211之间，用于处理摄像机221采集的至少两个机械臂211的作业图像信息以及雷达222采集的作业对象的位置信息；第一工控机232设置在计算机231和机器人平台1的后侧板之间，其基于计算机231对至少两个机械臂211的作业图像信息以及雷达222采集的作业对象的位置信息的处理结果以及预设带电作业任务来规划至少两个机械臂211的带电作业轨迹。当然，计算机231和第一工控机232的实际安装位置不限于上述举例的安装位置，本领域技术人员可以在实际的应用中灵活地设置计算机231和第一工控机232的实际安装位置，只要通过计算机231和第一工控机232能够控制带电作业单元的带电作业轨迹即可。

优选地，计算机231为携带基于GPU的高性能数据处理板的计算机，当然，计算机231也可以为其他计算机，无论采取何种计算机231，只要能够处理摄像机221采集的至少两个机械臂211的作业图像信息以及雷达222采集的作业对象的位置信息即可。

优选地，第二工控机内置机器臂操作轨迹规划系统，机器臂操作轨迹规划系统能够基于计算机231对至少两个机械臂211的作业图像信息以及雷达222采集的作业对象的位置信息的处理结果以及预设带电作业任务，更加准确地规划至少两个机械臂211的带电作业轨迹，提高了带电作业的精度。

在一种较佳的实施方式中，如图1所示，行走机构3包括绝缘斗臂车31和第二控制单元32，绝缘斗臂车31用于将机器人平台1运输至作业现场；第二控制单元32设置在绝缘斗臂车31上，用于控制机械臂211进行带电作业。

优选地，绝缘斗臂车31包括车体311、设置在车体311上的履带以及设置在车体311上的发电机和四个支撑腿312，履带能够带动车体311行走；发电机用于给升降机构4和第二控制单元32供电；四个支撑腿312用于支撑车体311。当然，支撑腿312的实际安装位置和数量不限于上述举例的安装位置和数量，本领域技术人员可以在实际的应用中灵活地设置支撑腿312的实际安装位置和数量，只要通过支撑腿312能够支撑车体311即可。

优选地，支撑腿312可以是可伸缩支撑腿、也可以是不可伸缩支撑腿。

优选地，如图4所示，第二控制单元32包括设置在车体311顶部的控制室321以及设置在控制室321内的两个操作手柄322、第二工控机和显示器323，操作手柄322和与其对应的机械臂211为主从操作关系，通过改变操作手柄322的姿态来控制与其对应的机械臂211运动；第二工控机内置数据接收系统和图像处理器，数据接收系统用于接收信息采集单元22采集的带电作业单元21的作业图像信息，图像处理器对数据接收系统接收的信息采集单元22采集的带电作业单元21的作业图像信息进行处理后获得现实作业场景，并通过显示器323显示现实作业场景。当然，操作手柄322、第二工控机和显示器323的实际安装位置和数量不限于上述举例的安装位置和操作手柄322的数量，本领域技术人员可以在实际的应用中灵活地设置操作手柄322、第二工控机和显示器323的实际安装位置和操作手柄322的数量，只要通过操作手柄322、第二工控机和显示器323能够控制机械臂211进行带电作业即可。

在上述结构中，升降机构4为伸缩臂，当然升降机构4也可以为升降台、剪叉式升降机或其他机构。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种带电作业机器人，其特征在于，所述带电作业机器人包括：

机器人平台；

带电作业机构，所述带电作业机构设置在所述机器人平台上，用于进行带电作业；

行走机构，所述机器人平台设置在所述行走机构上，所述行走机构用于将所述机器人平台运输至作业现场；

升降机构，所述升降机构设置所述行走机构上，用于调整所述机器人平台的高度。

2.根据权利要求1所述的带电作业机器人，其特征在于，所述带电作业机构包括：

带电作业单元，其用于进行带电作业；

信息采集单元，其用于采集所述带电作业单元的作业图像；

第一控制单元，其基于所述信息采集单元的采集结果以及预设带电作业任务来控制所述带电作业单元的带电作业轨迹。

3.根据权利要求2所述的带电作业机器人，其特征在于，所述带电作业单元包括：

至少两个机械臂，所述至少两个机械臂设置在所述机器人平台的两侧，用于进行带电作业。

4.根据权利要求3所述的带电作业机器人，其特征在于，所述机械臂为六自由度结构，所述六自由度结构包括大臂、小臂、肩关节、肘关节和腕关节组件，

所述大臂的第一端通过所述肩关节和所述机器人平台以转动的方式连接，以调整所述大臂的转动角度；

所述小臂的第一端通过所述肘关节和所述大臂的第二端以转动的方式连接，以调整所述小臂的转动角度；

所述腕关节组件和所述小臂的第二端以转动的方式连接，以调整所述腕关节组件的转动角度。

5.根据权利要求4所述的带电作业机器人，其特征在于，所述腕关节组件包括腕俯仰关节、腕摇摆关节和腕旋转关节，

所述腕俯仰关节和所述小臂的第二端以转动的方式连接，以调整所述腕摇摆关节的俯仰角度；

所述腕摇摆关节和所述腕俯仰关节以转动的方式连接，以调整所述腕摇摆关节的摆动角度；

所述腕旋转关节和所述腕摇摆关节以转动的方式连接，以调整所述腕旋转关节的转动角度。

6.根据权利要求5所述的带电作业机器人，其特征在于，所述机械臂还包括：

正交旋转编码器，其用于采集所述肩关节、所述肘关节、所述腕俯仰关节、所述腕摇摆关节和所述腕旋转关节的角度、角速度和角加速度数据；

驱动电机，其基于所述正交旋转编码器采集的角度数据驱动所述肩关节、所述肘关节、所述腕俯仰关节、所述腕摇摆关节和所述腕旋转关节运动。

7.根据权利要求3所述的带电作业机器人，其特征在于，所述信息采集单元包括：

摄像机，所述摄像机设置在所述至少两个机械臂之间，用于采集所述至少两个机械臂的作业场景图像；

雷达，所述雷达可转动地设置在所述摄像机上，用于测量并标定作业对象的位置。

8.根据权利要求7所述的带电作业机器人，其特征在于，所述第一控制单元包括：

计算机，用于处理所述摄像机采集的所述至少两个机械臂的作业图像信息以及所述雷达采集的作业对象的位置信息；

第一工控机，所述第一工控机基于所述计算机对所述至少两个机械臂的作业图像信息以及所述雷达采集的作业对象的位置信息的处理结果以及所述预设带电作业任务来规划所述至少两个机械臂的带电作业轨迹。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的带电作业机器人，其特征在于，所述行走机构包括：

绝缘斗臂车，所述绝缘斗臂车用于将所述机器人平台运输至作业现场；

第二控制单元，所述第二控制单元设置在所述绝缘斗臂车上，用于控制所述机械臂进行带电作业。

10.据权利要求9所述的带电作业机器人，其特征在于，所述第二控制单元包括设置在所述绝缘斗臂车顶部的控制室以及设置在所述控制室内的至少两个操作手柄、第二工控机和显示器，

所述操作手柄和与其对应的机械臂为主从操作关系，通过改变所述操作手柄的姿态来控制与其对应的机械臂运动；

所述第二工控机内置数据接收系统和图像处理器，所述数据接收系统用于接收所述信息采集单元采集的所述带电作业单元的作业图像信息，所述图像处理器对所述数据接收系统接收的所述信息采集单元采集的所述带电作业单元的作业图像信息进行处理后获得现实作业场景，并通过所述显示器显示所述现实作业场景。

11.据权利要求9所述的带电作业机器人，其特征在于，所述绝缘斗臂车包括车体以及设置在所述车体上的发电机和多个支撑腿，

所述发电机用于给所述升降机构和所述第二控制单元供电；

所述多个支撑腿用于支撑所述车体。