一種操作臂修補高壓輸電線的方法及其末端執(zhí)行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種操作臂修補高壓輸電線的方法及其末端執(zhí)行器，采用單個機器人操作臂通過一個特制的末端執(zhí)行器先將預絞絲一端固定在高壓線上，再通過末端執(zhí)行器的螺旋運動將預絞絲纏繞在高壓線上。末端執(zhí)行器包括執(zhí)行部分和驅動部分，其中執(zhí)行部分包括兩個具有圓柱槽的夾子以及圓柱槽內(nèi)沿圓周均勻分布的若干圓錐銷，用于對預絞絲進行直接操作；驅動部分包括驅動電機、諧波減速器組件、蝸輪蝸桿機構和平行四邊形機構，驅動末端的兩個夾子形成開閉動作。本發(fā)明作為一個完整的機電系統(tǒng)，具有獨立性，可以安裝到一般的機器人操作臂末端，適用范圍廣泛。
【專利說明】一種操作臂修補高壓輸電線的方法及其末端執(zhí)行器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種操作臂修補高壓輸電線的方法及其末端執(zhí)行器。

【背景技術】
[0002] 由于高壓輸電線一般采用鋼芯鋁絞線，在巨大的交變張力作用下輸電線可能產(chǎn)生 裂紋、斷股等缺陷，一旦離其他相線、地線或鐵塔等的距離小于安全絕緣距離，會導致閃絡 等電力事故的發(fā)生。為了預防和避免此類事故的發(fā)生，通常由人工對將預絞絲纏繞在輸電 線上進行修補。由于這項工作在高空進行，具有相當?shù)奈ｋU性。人工操作時還需要斷電，嚴 重影響電力的輸送。因此由操作臂代替人來執(zhí)行和實現(xiàn)高空作業(yè)將是一個理想的解決方 案。用操作臂執(zhí)行高壓線上的高空作業(yè)時不僅要求操作臂具有良好的構型，具有一定的環(huán) 境適應能力，還要求操作臂的末端執(zhí)行器具有能夠完成高空作業(yè)的特殊功能。目前國內(nèi)外 已經(jīng)開發(fā)出了許多在高壓線上工作的除冰機器人和巡檢機器人，它們可以代替人在高壓線 上進行除冰和巡檢等作業(yè)，取得了一些成效。但是，纏繞預絞絲是項復雜的動作。應用機器 人時，一個可能的方案是在高壓輸電線的移動平臺上采用雙操作臂，但該方案系統(tǒng)的結構 和控制復雜，還容易受到空間的限制（例如，有的輸電線由間距約50厘米的上下左右分布 的四根輸電線組成，操作臂一般在它們中間下方，其操作范圍往往受到限制）。另一種方案 采用單個操作臂，但這種方案需要有專用的操作臂末端執(zhí)行器和的相應運動。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決目前還沒有較好的操作臂修補導線的方法和裝置的問題，提出了 一種操作臂修補高壓輸電線的方法及其末端執(zhí)行器，該修補高壓輸電線的方法通過單個操 作臂即可實現(xiàn)，簡單易行，大大簡化了整個機器人系統(tǒng)的復雜性。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0005] -種操作臂修補高壓輸電線的末端執(zhí)行器，包括驅動部件和執(zhí)行部件，其中：
[0006] 所述執(zhí)行部件，包括具有半圓柱凹槽的第一夾子和第二夾子與圓錐銷，第一夾子 和第二夾子通過圓錐銷相對連接在驅動部件上；
[0007] 所述驅動部件，包括前基座、后基座、蝸桿、蝸輪、從動桿、驅動電機和諧波減速器 組件，驅動電機固定在后基座上，驅動電機軸連接諧波減速器組件，諧波減速器組件中的輸 入鋼輪連接后基座，諧波減速器組件中的輸出盤連接蝸桿的一端，蝸桿另一端安裝于前基 座上，蝸桿兩側分別與一個帶有臂桿的蝸輪嚙合，從動桿的一端安裝于前基座上，蝸輪臂桿 和從動桿另一端與驅動部分的第一夾子和第二夾子連接。
[0008] 所述蝸輪臂桿、前基座、從動桿和夾子構成一個平行四邊形機構，蝸輪通過所述機 構驅動第一夾子和第二夾子作平面移動，從而完成末端執(zhí)行器的開合動作。
[0009] 所述第一夾子和第二夾子的半圓柱凹槽的位置相對，使得第一夾子和第二夾子閉 合時兩個半圓柱凹槽形成一個圓柱腔。
[0010] 所述圓錐銷沿半圓柱凹槽的圓周均勻分布，徑向固定于半圓柱凹槽的孔內(nèi)。 toon] 所述圓錐銷通過過盈配合或螺紋連接的方式固定于半圓柱凹槽內(nèi)，相鄰兩個圓錐 銷的距離相等，為預絞絲直徑的1. 2-1. 8倍。
[0012] 所述蝸桿通過軸承安裝于前基座上，所述從動桿通過軸承和銷軸安裝于前基座 上。
[0013] 所述前基座上安裝有基座蓋。
[0014] 采用上述末端執(zhí)行器的修補高壓輸電線方法，包括以下步驟：
[0015] (1)對預絞絲進行預處理和改裝，在預絞絲的一端焊接U型環(huán)；
[0016] (2)末端執(zhí)行器將焊有預絞絲的U型環(huán)移動到高壓線上，U型環(huán)扣入高壓線，末端 執(zhí)行器將之壓緊、壓實，固定在高壓線上；
[0017] (3)末端執(zhí)行器在U型環(huán)附近抓夾輸電線，第一夾子、第二夾子閉合時兩個半圓柱 凹槽合在一起形成一個圓柱腔，環(huán)抱高壓輸電線，將沒有焊接U型環(huán)的預絞絲一端固定在 第一夾子或第二夾子相鄰的兩個圓錐銷之間；
[0018] (4)當末端執(zhí)行器在操作臂的驅動下繞著高壓輸電線作合適的螺旋運動時，將預 絞絲纏繞在高壓輸電線上，從而執(zhí)行修補作業(yè)。
[0019] 所述步驟（1)中，U型環(huán)為厚度為l-3mm的鋁片彎折而成，預絞絲的焊接方向與U 型環(huán)徑向垂直。
[0020] 所述步驟（4)中，末端執(zhí)行器螺旋運動的螺距與預絞絲的螺距相等。
[0021] 本發(fā)明的有益效果為：
[0022] (1)該修補高壓輸電線的方法通過單個操作臂即可實現(xiàn)，簡單易行，大大簡化了整 個機器人系統(tǒng)的復雜性；
[0023] (2)末端執(zhí)行器設置執(zhí)行部分和驅動部分，便于末端執(zhí)行器功能的擴展或改變： 換用不同的執(zhí)行部分即可實現(xiàn)不同的操作任務，例如高壓電線上掛物的清除、防震錘上螺 母的擰卸以及四分叉間隔架上開口銷的拔卸等；
[0024] (3)末端執(zhí)行器作為一個完整的機電系統(tǒng)，具有獨立性，可以安裝到一般的機器人 操作臂末端，適用范圍廣泛；
[0025] (4)結構簡單、操作臂連接方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的末端執(zhí)行器總裝圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明的執(zhí)行器驅動部分爆炸視圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明的執(zhí)行部分爆炸視圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明的具有U型環(huán)的預絞絲外觀圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明的修補導線固定U型環(huán)過程示意圖；
[0031] 圖6是本發(fā)明的修補導線作業(yè)過程示意圖。
[0032] 其中，1、驅動電機；2、后基座；3、基座蓋；4、從動桿；5、蝸輪；6、蝸桿；7如基座；8、 諧波減速器組件；9、第一夾子；10、第二夾子；11、圓錐銷；12、U型環(huán)。

【具體實施方式】：
[0033] 下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0034] 如圖1所示，如圖1至圖3所示為本發(fā)明的末端執(zhí)行器，包括驅動部分和執(zhí)行部 分。執(zhí)行部分包括具有半圓柱凹槽的第一夾子（9)、第二夾子（10)和圓錐銷（11)，其中圓 錐銷沿半圓柱凹槽的圓周均勻分布，采用過盈配合或螺紋連接的方式徑向固定于半圓柱凹 槽孔內(nèi)，相鄰兩個圓錐銷的間距約為預絞絲直徑1.5倍。兩個夾子通過圓錐銷（11)與驅動 部分的渦輪臂桿和從動桿連接。
[0035] 驅動部分包括前基座（7)、后基座（2)、基座蓋（3)、蝸桿（6)、蝸輪（5)、從動桿 (4)、諧波減速器組件（8)、驅動電機（1)等。驅動電機（1)和后基座（2)通過緊固螺釘固 定，電機軸通過軸套與諧波減速器組件（8)的波發(fā)生器相連；諧波減速器組件（8)中的輸 入鋼輪通過螺釘與后基座（2)緊固連接，輸出鋼輪則通過螺釘與諧波減速器輸出盤緊固連 接；諧波減速器輸出盤還與蝸桿（6)的一端相連接，蝸桿（6)另一端通過軸承安裝于前基座 (7)上，蝸桿（6)兩側與兩個帶有臂桿的蝸輪（5)嚙合。蝸輪（5)和從動桿（4)的一端分別 通過軸承和銷軸安裝于前基座（7)上，蝸輪（5)的臂桿和從動桿（4)的另一端通過銷釘與 驅動部分的兩個夾子連接。（5)的臂桿、前基座（7)、從動桿（4)和夾子構成一個平面平行 四邊形機構，蝸輪（5)通過該機構驅動夾子作平面移動形成末端執(zhí)行器的開合動作。
[0036] 圖4為U型預絞絲外觀圖。將厚度約為2mm的鋁片彎成U型環(huán)（12)，并按照一定 的方向焊接在預絞絲上。
[0037] 如圖5-圖6所示。首先，操作臂的末端執(zhí)行器用其兩個夾子夾著預絞絲的U型 環(huán)，將預絞絲移動到高壓線上，U型環(huán)扣入高壓線，末端執(zhí)行器將之壓緊、壓實，固定在高壓 線上。末端執(zhí)行器從U型環(huán)上松開，沿高壓線方向移至附近，再合閉，環(huán)抱高壓線，預絞絲將 嵌入夾子上相鄰的兩個圓錐銷之間。當末端執(zhí)行器在操作臂的驅動下繞著高壓輸電線沿著 箭頭方向做螺旋運動，即能將預絞絲纏繞在高壓輸電線上從而執(zhí)行修補作業(yè)。
[0038] 上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范 圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明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發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種操作臂修補高壓輸電線的末端執(zhí)行器，其特征是：包括驅動部件和執(zhí)行部件， 其中： 所述執(zhí)行部件，包括具有半圓柱凹槽的第一夾子和第二夾子與圓錐銷，第一夾子和第 二夾子通過圓錐銷相對連接在驅動部件上； 所述驅動部件，包括前基座、后基座、蝸桿、蝸輪、從動桿、驅動電機和諧波減速器組件， 驅動電機固定在后基座上，驅動電機軸連接諧波減速器組件，諧波減速器組件中的輸入鋼 輪連接后基座，諧波減速器組件中的輸出盤連接蝸桿的一端，蝸桿另一端安裝于前基座上， 蝸桿兩側分別與一個帶有臂桿的蝸輪嚙合，從動桿的一端安裝于前基座上，蝸輪臂桿和從 動桿另一端與驅動部分的第一夾子和第二夾子連接。
2. 如權利要求1所述的一種操作臂修補高壓輸電線的末端執(zhí)行器，其特征是：所述蝸 輪臂桿、前基座、從動桿和夾子構成一個平行四邊形機構，蝸輪通過所述機構驅動第一夾子 和第二夾子作平面移動，從而完成末端執(zhí)行器的開合動作。
3. 如權利要求1所述的一種操作臂修補高壓輸電線的末端執(zhí)行器，其特征是：所述第 一夾子和第二夾子的半圓柱凹槽的位置相對，使得第一夾子和第二夾子閉合時兩個半圓柱 凹槽形成一個圓柱腔。
4. 如權利要求3所述的一種操作臂修補高壓輸電線的末端執(zhí)行器，其特征是：所述圓 錐銷沿半圓柱凹槽的圓周均勻分布，徑向固定于半圓柱凹槽的孔內(nèi)。
5. 如權利要求4所述的一種操作臂修補高壓輸電線的末端執(zhí)行器，其特征是：所述圓 錐銷通過過盈配合或螺紋連接的方式固定于半圓柱凹槽內(nèi)，相鄰兩個圓錐銷的距離相等， 為預絞絲直徑的1.2-1. 8倍。
6. 如權利要求1所述的一種操作臂修補高壓輸電線的末端執(zhí)行器，其特征是：所述蝸 桿通過軸承安裝于前基座上，所述從動桿通過軸承和銷軸安裝于前基座上；所述前基座上 安裝有基座蓋。
7. 采用如權利要求1-6中任一項所述的末端執(zhí)行器的修補高壓輸電線方法，其特征 是：包括以下步驟： (1) 對預絞絲進行預處理和改裝，在預絞絲的一端焊接U型環(huán)； (2) 末端執(zhí)行器將焊有預絞絲的U型環(huán)移動到高壓線上，U型環(huán)扣入高壓線，末端執(zhí)行 器將之壓緊、壓實，固定在高壓線上； (3) 末端執(zhí)行器在U型環(huán)附近抓夾輸電線，第一夾子、第二夾子閉合時兩個半圓柱凹槽 合在一起形成一個圓柱腔，環(huán)抱高壓輸電線，將沒有焊接U型環(huán)的預絞絲一端固定在第一 夾子或第二夾子相鄰的兩個圓錐銷之間； (4) 當末端執(zhí)行器在操作臂的驅動下繞著高壓輸電線做螺旋運動，將預絞絲纏繞在高 壓輸電線上，從而執(zhí)行修補作業(yè)。
8. 如權利要求7所述的修補高壓輸電線方法，其特征是：所述步驟（1)中，U型環(huán)為厚 度為l-3mm的鋁片彎折而成，預絞絲的焊接方向與U型環(huán)徑向垂直。
9. 如權利要求7所述的修補高壓輸電線方法，其特征是：所述步驟（4)中，末端執(zhí)行器 螺旋運動的螺距與預絞絲的螺距相等。
【文檔編號】H02G1/00GK104218488SQ201410418699
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權日:2014年8月22日
【發(fā)明者】曹雷, 郭銳, 張峰, 仲亮, 賈永剛 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)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