一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，包括左、右機械臂、控制模塊、絕緣支撐、平臺支架、外殼、伸縮機構和小吊臂，其中，控制模塊驅動機械臂的動作，絕緣支撐上固定主手，伸縮機構包括左、右伸縮機構，分別固定于平臺支架的兩端，分別與左、右機械臂通過絕緣支撐連接，外殼包裹上述機構，小吊臂固定于外殼上端，平臺支架通過托底與斗臂車末端連接，可以進行360度旋轉。采用該機器人作業(yè)平臺，在實際復雜線路作業(yè)環(huán)境下，使機器人能夠替代人工完成全部配電網帶電作業(yè)項目，包括：斷線、接線、更換跌落保險、變壓器、橫擔等，減少作業(yè)人員數量、大幅度減輕作業(yè)人員的勞動強度，最大限度的保證作業(yè)人員的安全。
【專利說明】一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及高壓帶電作業(yè)機器人平臺領域，尤其一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺。

【背景技術】
[0002]為了提高帶電作業(yè)的自動化水平和安全性，減輕操作人員的勞動強度和強電磁場對操作人員的人身威脅，從80年代起許多國家都先后開展了帶電作業(yè)機器人的研宄。帶電作業(yè)機器人經過多年的研宄與實踐，完成了實驗室樣機的研制，通過大量的現場試驗，驗證了機器人在配電網帶電作業(yè)中的需求與價值，同時也驗證了研宄方案的可行性，設計的合理性。但機器人作業(yè)內容較為單一，不能涵蓋全部配電網帶電作業(yè)項目，機器人不能在復雜線路環(huán)境下開展作業(yè)，因此與配電網帶電作業(yè)的生產實際存在差距。
[0003] 申請人:申請的中國專利ZL201020278798公開了一種高壓帶電作業(yè)機器人絕緣系統(tǒng)。它可使的高壓帶電作業(yè)機器人通過絕緣斗臂車進行相對地絕緣，通過光纖通信實現高壓線對人的絕緣，機械臂外包玻璃鋼、絕緣平臺外包玻璃鋼、邊相加遮蔽罩進行相間絕緣系統(tǒng)。該專利只是簡單的提出了一種高壓帶電作業(yè)機器人絕緣系統(tǒng)，但未能再對絕緣防護系統(tǒng)進行具體、深入地研宄及探索，更未能提供一種實施方案用于復雜線路環(huán)境下高壓帶電作業(yè)機器人平臺，使高壓帶電作業(yè)機器人無法充分發(fā)揮其優(yōu)勢，更無法拓展新領域、新應用。
[0004] 申請人:申請的中國專利ZL201210095860.9公開了一種高壓帶電作業(yè)主從控制機器人作業(yè)平臺，包括機器人作業(yè)平臺支撐架、液壓升降平臺控制集成、機器人控制系統(tǒng)和絕緣斗。機器人作業(yè)平臺支撐架呈L型結構，通過螺栓連接到斗臂車絕緣升降臂末端；為液壓升降平臺控制集成、機器人操作系統(tǒng)和絕緣斗提供可靠支撐；液壓升降平臺控制集成位于絕緣斗右側，操作人員通過控制桿和操作柄，為機器人作業(yè)平臺提供升、降及旋轉運動，并供給主從控制機器人運動所需的液壓油源；機器人操作系統(tǒng)包括操控主手、液壓機械臂及相應控制模塊，采用主從控制液壓驅動，機械臂可以完全跟隨主手運動；操作人員站在絕緣斗內，操控主手可以遠程遙控機械臂夾持專用工具接觸線路完成各種高壓帶電作業(yè)。該專利只是簡單的提出了一種高壓帶電作業(yè)機器人作業(yè)平臺，機械臂底座也沒有加上絕緣伸縮機構，并且整個機械臂電控系統(tǒng)和機器人作業(yè)平臺支撐架沒有絕緣隔離，存在安全性問題，不能完成復雜線路環(huán)境下配電網帶電作業(yè)。
[0005]由此可見，現有應用技術中高壓帶電作業(yè)機器人作業(yè)平臺仍存在較大的技術缺失，此種現狀已經嚴重制約著帶電作業(yè)機器人在電網中的實際應用和推廣。
實用新型內容
[0006]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，整個平臺通過托底與斗臂車末端連接，可進行360度旋轉；平臺支架采用硬鋁合金材料，重量輕、強度高；平臺支架整個外包成型絕緣外殼，絕緣性能好；主手、機械臂、人坐座椅的支撐結構高度可調，進行人性化設計；在6自由度機械臂基礎上增加基座絕緣伸縮冗余自由度，可以在不調整斗臂車位姿情況下，使機械臂能夠進入復雜線路環(huán)境開展作業(yè)；加上了全景攝像機監(jiān)控系統(tǒng)，可以在地面觀看機器人平臺的狀態(tài)。整個復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺采用模塊設計，工藝美觀，工業(yè)程度高。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0008]一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，包括左、右機械臂、控制模塊、絕緣支撐、平臺支架、外殼、伸縮機構和小吊臂，其中，控制模塊驅動機械臂的動作，絕緣支撐上固定主手，伸縮機構包括左、右伸縮機構，分別固定于平臺支架的兩端，分別與左、右機械臂通過絕緣支撐連接，外殼包裹上述機構，小吊臂固定于外殼上端，平臺支架通過托底與斗臂車末端連接，拖底帶動平臺可順時針或逆時針雙向旋轉。
[0009]所述小吊臂為具有三自由度的液壓機械臂，固定于外殼上端的頂棚上，所述頂棚為拱形。
[0010]所述左、右機械臂與絕緣支撐連接，且左、右機械臂與絕緣支撐都為高度可調裝置。
[0011]所述伸縮機構包括油缸、伸縮管及伸縮管套，油缸一端鉸接固定在伸縮管套一端鉸接固定在伸縮管，通過油缸伸縮運動帶動伸縮管與伸縮管套相對運動，伸縮管套固定住平臺上，機械臂固定在伸縮管上，因此機械臂可相對平臺進行伸縮相對運動，從而對雙向力反饋液壓機械臂增加基座伸縮冗余自由度。
[0012]所述主手，包括左右主手，固定于左右絕緣支撐上，且固定有攝像頭。
[0013]所述平臺支架是硬鋁合金焊接而成。
[0014]所述外殼為絕緣性材質。
[0015]所述頂棚用于遮擋陽光和雨雪，材質為絕緣樹脂。
[0016]所述平臺支架上設有座椅，且座椅的高度可調、前后位置可調。
[0017]所述座椅下設有工具箱。
[0018]左、右拖鏈的作用是:由于機械臂的與平臺相對運動，因此液壓管路及光纖也是相對運動的，為了便于管路及光纖布置方便及美觀采用管路及管線走拖鏈內部的方式。拖鏈一端固定在平臺上，一端固定在機械臂座上面。
[0019]所述控制模塊，包括左控制踏板和右控制踏板，其中，左控制踏板驅動左伸縮機構，右控制踏板驅動右伸縮機構，以分別實現驅動左、右機械臂。
[0020]所述左控制踏板和右控制踏板給雙冗余伸縮機構輸入位置指令，輸入指令與光柵尺返回的反饋位置數據進行比較，輸入給比例放大器，比例放大器輸出模擬量控制信號，控制比例閥閥芯的開口大小，輸出液壓油驅動液壓缸的伸縮運動，帶著絕緣伸縮機構往復進行精確位置運動。
[0021]本實用新型的有益效果為:
[0022](I)采用該機器人作業(yè)平臺，在實際復雜線路作業(yè)環(huán)境下，使機器人能夠替代人工完成全部配電網帶電作業(yè)項目，包括:斷線、接線、更換跌落保險、變壓器、橫擔等，減少作業(yè)人員數量、大幅度減輕作業(yè)人員的勞動強度，最大限度的保證作業(yè)人員的安全；
[0023](2)采用主從操作冗余自由度雙向力反饋液壓機械臂，首次將該技術應用于帶電作業(yè)機器人，在6自由度機械臂基礎上增加基座伸縮冗余自由度，使機械臂能夠進入復雜線路環(huán)境開展作業(yè)，同時機械臂的力反饋功能使機器人能夠完成精細復雜工作；
[0024](3)采用大持重/自重比液壓小吊臂，小吊臂設計持重200kg，設計自重70kg，首次將該技術應用于帶電作業(yè)機器人，在滿足機器人升降系統(tǒng)最大載重量的約束條件下，實現對變壓器、橫擔等重載設備的舉升；
[0025](4)采用復雜線路環(huán)境下三機械臂協(xié)調控制技術，機器人系統(tǒng)使用兩只力反饋機械臂，一只輔助機械臂完成作業(yè)任務。通過機械臂作業(yè)空間干涉區(qū)動態(tài)控制研宄，三臂協(xié)調運動控制的研宄，保證機器人較高的作業(yè)效率和使用安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型帶電作業(yè)機器人平臺軸測視圖；
[0027]圖2是本實用新型帶電作業(yè)機器人平臺正面立體圖；
[0028]圖3是本實用新型雙冗余伸縮機構液壓控制圖；
[0029]其中，1、右機械臂，2、右主手控制器，3、頂棚，4、右主手，5、右手持終端，6、小吊臂手，7、高度可調右主手絕緣支撐，8、左主手，9、左手持終端，10、高度可調左主手絕緣支撐，11、絕緣成型外包殼體，12、機器人平臺支架，13、右控制踏板，14、左控制踏板，15左拖鏈，
16、左伸縮管套，17、左機械臂三模塊，18、左伸縮管，19、高度可調左機械臂絕緣支撐，20、右拖鏈，21、左機械臂，22、右伸縮管套，23、右伸縮管，24、高度可調右機械臂絕緣支撐，25、右機械臂三模塊，26、工具箱，27、絕緣座椅，28、攝像頭，29、攝像頭支撐，30、與斗臂車連接裝置。

【具體實施方式】
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[0030]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0031]一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，它包括機械臂及其各操作、控制模塊絕緣支撐，平臺支架，絕緣成型外包殼體，機械臂伸縮機構，小吊臂，高度可調座椅，頂棚。其特征是，機械臂及其各附件與通過高度可調絕緣支撐保證操作人員絕緣隔離保護；絕緣成型外包殼體保證操作平臺與地絕緣；機械臂伸縮機構增加了機械臂的冗余自由度，及添加的小吊臂使機械臂操作更加靈活方便，滿足復雜線路環(huán)境下作業(yè)的更高要求；高度可調座椅及頂棚減輕操作人員的勞動強度，改善了作業(yè)環(huán)境；整個平臺通過托底與斗臂車末端連接，可以進行360度旋轉。
[0032]機器人平臺的機械臂及其各附件與通過絕緣支撐與平臺連接，機械臂及主手絕緣支撐都為高度可調裝置，該設計增加了操作平臺的適用性并且通過主手高度的調節(jié)可改善操作者的舒適性。
[0033]機器人平臺的機械臂伸縮機構由油缸、伸縮管及伸縮管套組成。對雙向力反饋液壓機械臂增加基座伸縮冗余自由度，首次將該技術應用于帶電作業(yè)機器人，在6自由度機械臂基礎上增加該伸縮冗余自由度，使機械臂能夠進入復雜線路環(huán)境開展作業(yè)，同時機械臂的力反饋功能使機器人能夠完成精細復雜工作。
[0034]機器人平臺的小吊臂裝置具有三自由度的液壓機械臂，機械臂設計持重200kg，設計自重70kg，首次將該技術應用于帶電作業(yè)機器人，在滿足機器人升降系統(tǒng)最大載重量的約束條件下，實現對變壓器、橫擔等重載設備的舉升。
[0035]機器人平臺采用復雜線路環(huán)境下三機械臂協(xié)調控制技術，機器人系統(tǒng)使用兩只力反饋機械臂，一只輔助機械臂完成作業(yè)任務。通過機械臂作業(yè)空間干涉區(qū)動態(tài)控制研宄，三臂協(xié)調運動控制的研宄，保證機器人較高的作業(yè)效率和使用安全性。
[0036]機器人平臺的平臺支架是硬鋁合金焊接而成，其質量輕，強度高，能更好的滿足絕緣斗臂車上裝對質量的要求。絕緣成型外包殼體整體包括主平臺支架達到絕緣目的，玻璃鋼外罩有絕緣玻璃鋼焊接而成，玻璃鋼具有良好的絕緣性、密度小和強度大等優(yōu)良性能。
[0037]機器人平臺座椅是高度及前后可調節(jié)能滿足不同平臺操作者使用；頂棚可以遮擋陽光和雨雪，頂棚絕緣樹脂制成，可對操作者起到保護作用。座椅及頂棚的添加極大改善了操作者的作業(yè)環(huán)境，提高了工作舒適性并且對勞動強度有一定降低。
[0038]機器人平臺通過托底與斗臂車末端連接，其特征是:平臺可以進行360度旋轉能更好適應復雜線路環(huán)境的要求，提高工作效率。
[0039]實施例一:
[0040]如圖1-圖3所示，高壓帶電作業(yè)機器人平臺主要包括頂棚3，小吊臂手6，絕緣成型外包殼體7，右控制踏板13，左控制踏板14，左拖鏈15，左伸縮管套16，工具箱26，絕緣座椅27，攝像頭28，與斗臂車連接裝置30。
[0041]其中機器人平臺支架12通過絕緣成型外包殼體7經行包裹達到平臺絕緣目的。機器人平臺支架12由硬鋁合金矩形管焊接而成，具有質量輕，強度高的優(yōu)點。絕緣成型外包殼體7有玻璃鋼制成，絕緣性好，強度高。頂棚3與絕緣成型外包殼體7連接，起到遮陽擋雨的作用，對操作者工作環(huán)境大為改善。
[0042]其中小吊臂裝置是具有三自由度的液壓機械臂，機械臂設計持重200kg，設計自重70kg，能夠在滿足機器人升降系統(tǒng)最大載重量的約束條件下，實現對變壓器、橫擔等重載設備的舉升。
[0043]其中機器人平臺的機械臂伸縮機構由油缸、I左伸縮管8，右伸縮管23，左伸縮管套16，22右伸縮管套，右控制踏板13，左控制踏板14組成。通過控制踏板控制油缸伸縮，油缸一端與伸縮管套連接，一端與伸縮管連接，伸縮管套固定在機器人平臺支架12上，因此通過油缸伸縮使伸縮管與機器人平臺支架12相對運動。伸縮管與機械臂1、25通過基座和高度可調左機械臂絕緣支撐19、高度可調右機械臂絕緣支撐24連接，所以伸縮管的伸縮運動帶動機械臂運動。伸縮機構的控制系統(tǒng)如圖3。這樣在6自由度機械臂基礎上增加該伸縮冗余自由度，使機械臂能夠進入復雜線路環(huán)境開展作業(yè)，同時機械臂的力反饋功能使機器人能夠完成精細復雜工作。
[0044]工具箱26通過焊接與機器人平臺支架12連接，絕緣座椅27固定在工具箱26上面。這樣布置充分利用了平臺的空間，保證了帶電作業(yè)機器人平臺的緊湊性。
[0045]攝像頭28通過絕緣攝像頭支撐29連接到絕緣成型外包殼體7上。能夠方便的監(jiān)控機械臂的工作狀態(tài)。
[0046]左機械臂三模塊17、右機械臂三模塊25分別包括一個液壓伺服驅動器模塊，一個DC24V轉換AC220V模塊及DC24V轉換DC± 12V和DC±5V模塊。
[0047]與斗臂車連接裝置30與絕緣斗臂車末端連接，并且通過液壓馬達帶動齒輪傳動機構使帶電作業(yè)機器人平臺可以進行360度旋轉。
[0048]其中操作人員通過腳蹬左踏板14、右踏板13給雙冗余伸縮機構輸入位置指令，輸入指令與光柵尺返回的反饋位置數據進行比較，輸入給比例放大器，比例放大器輸出模擬量控制信號，控制比例閥閥芯的開口大小，輸出液壓油驅動液壓缸的伸縮運動，帶著絕緣伸縮機構往復進行精確位置運動。
[0049]上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:包括左、右機械臂、控制模塊、絕緣支撐、平臺支架、外殼、伸縮機構和小吊臂，其中，控制模塊驅動機械臂的動作，絕緣支撐上固定主手，伸縮機構包括左、右伸縮機構，分別固定于平臺支架的兩端，分別與左、右機械臂通過絕緣支撐連接，外殼包裹上述機構，小吊臂固定于外殼上端，平臺支架通過托底與斗臂車末端連接，拖底帶動平臺可順時針或逆時針雙向旋轉。
2.如權利要求1所述的一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:所述小吊臂為具有三自由度的液壓機械臂，固定于外殼上端的頂棚上，所述頂棚為拱形。
3.如權利要求1所述的一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:所述左、右機械臂與絕緣支撐連接，且左、右機械臂與絕緣支撐都為高度可調裝置。
4.如權利要求1所述的一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:所述伸縮機構包括油缸、伸縮管及伸縮管套，油缸一端鉸接固定在伸縮管套一端鉸接固定在伸縮管，通過油缸伸縮運動帶動伸縮管與伸縮管套相對運動，伸縮管套固定住平臺上，機械臂固定在伸縮管上，因此機械臂可相對平臺進行伸縮相對運動，從而對雙向力反饋液壓機械臂增加基座伸縮冗余自由度。
5.如權利要求1所述的一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:所述主手，包括左右主手，固定于左右絕緣支撐上，且固定有攝像頭。
6.如權利要求1所述的一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:所述平臺支架是硬鋁合金焊接而成。
7.如權利要求1所述的一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:所述外殼為絕緣性材質。
8.如權利要求2所述的一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:所述頂棚用于遮擋陽光和雨雪，材質為絕緣樹脂。
9.如權利要求1所述的一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:所述平臺支架上設有座椅，且座椅的高度可調、前后位置可調。
10.如權利要求9所述的一種復雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機器人平臺，其特征是:所述座椅下設有工具箱。
【文檔編號】B25J5/00GK204183544SQ201420653261
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權日:2014年11月4日
【發(fā)明者】趙玉良, 李華東, 李玉華, 戚暉 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司電力科學研究院, 山東魯能智能技術有限公司