CN106356760A - 一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具及方法，末端工具包括夹紧末端和拆装末端。夹紧末端包括两个夹爪、防震锤承托钩、防震锤托板、夹持丝杆、夹爪基座、以及驱动夹持丝杆的驱动机构，可实现对防震锤定位夹紧及承托防震锤；拆装末端将防震锤螺母拧松，实现防震锤仅通过防震锤挂板悬挂在导线上。夹紧末端和拆装末端分别安装于机器人平台上的三自由度作业臂和四自由度作业臂，调节双作业臂各个关节，携带末端工具到达工作位，进而实现末端对防震锤的安拆。本发明可实现对高压导线上损坏的防震锤不停电拆卸和安装，其安装完全借助机器人完成，定位准确，安装拆卸效率高，安全性好，具有较大推广价值。

Description

一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具及方法

技术领域

本发明涉及一种防震锤安装与拆卸成组末端工具及其作业方法，特别是一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具及方法。

背景技术

架空高压输电线路长期在露天下运行,受到周围环境和大自然变化的影响,常会发生各种故障。受风、冰、低温等气象条件的作用，高空中输电线缆频繁发生振动和舞动现象。当振动频率较高而振幅很小时，风振动使架空线在悬点处反复被拗折，引起材料疲劳，最后导致断股、断线事故；当舞动的频率很低而振幅却很大时，很容易引起相间闪络，造成线路跳闸、停电或烧伤导线等严重事故。防震锤是线路金具的一种，加挂在线路塔杆悬点处，以吸收或减弱振动能量，改变线路摇摆频率，防止线路的振动或舞动。目前输电导线上较为普遍使用的是FR防震锤，其锤头为不对称结构，具有多个固有频率，因而能更好的防止微风震动。然而经过长期的风吹雨淋，容易发生防震锤松动、防震锤位置偏移等问题，影响防震锤的正常工作效果。同时，防震锤自身结构的损坏要求检修人员及时更换新的防震锤。

处理此种问题的方法主要是停电人工爬塔对防震锤进行拧紧、复位或者更换，而停电处理需要的经济成本较大、不易协调时间，且人工更换对作业人员的人身安全有隐患。目前，针对高压输电线路带电维修作业机器人进行的研究并不多见。比较典型的是加拿大魁北克水电研究院，研制成功了具有越障功能的检修维护作业机器人，该作业机器人通过单作业臂携带螺栓紧固装置进行维修作业，但仅仅限于将防震锤上的螺栓紧固与松开，并不能实现防震锤的摘除与安装。故研发一种代替人工更换防震锤的机械智能化工具是十分必要的。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种基于带电检修机器人平台的防震锤安装与拆卸成组末端工具。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的问题：提供了一种通过安装于移动平台上的双作业臂携带防震锤安装与拆卸成组末端工具到达工作位，完成对损坏的防震锤定位与拆卸的作业方法。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的问题：提供了一种通过安装于移动平台上的双作业臂携带安放新防震锤的防震锤安装与拆卸成组末端工具到达工作位，完成对新防震锤的安装的作业方法。

本发明主要是通过下述技术方案解决所存在的技术问题：

一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具，其特征在于：包括夹紧末端和拆装末端，所述夹紧末端包括两个夹爪、防震锤承托钩、夹持丝杆、夹爪基座、以及驱动夹持丝杆的驱动机构，所述两个夹爪尾端与夹爪基座前端铰接相连，所述夹持丝杆与夹爪基座通过轴承相连，夹持丝杆前端设有相配合的夹持螺母，所述夹持螺母分别通过夹持连杆与两个夹爪中部铰接相连，所述夹爪、夹持连杆和夹持螺母以及夹爪基座组成四连杆机构，所述防震锤承托钩设于夹爪下方与夹爪基座固定相连，防震锤承托钩形状为与防震锤钢绞丝相匹配的半圆钩，所述夹爪基座尾端与机器人上的三自由度作业臂固定相连，所述拆装末端包括内六角套筒、驱动内六角套筒旋转的驱动电机、以及拆装基座，所述内六角套筒通过轴承与拆装基座相连，拆装基座尾端与机器人上的四自由度作业臂固定相连，通过防震锤承托钩将防震锤托住，然后通过夹持丝杆转动带动夹持螺母前后移动，从而带动两个夹爪开合将防震锤夹住，最后通过拆卸末端将其拆卸移走或安装。通过设于机器人上的两个多自由度机械臂分别带动夹紧末端和拆装末端对高压导线上的防震锤进行拆卸或安装，本发明实现了防震锤自动化安装拆卸，不需要对高压导线停电后进行人工作业，大大降低了人工作业危险度，使得不停电即可更换防震锤，大大提高了生产效率，减少了高压输电事故发生。

作为改进，所述夹爪基座前端设有防震锤托板，所述防震锤托板为形状与防震锤挂板外轮廓相匹配的曲面板。通过该防震锤托板与防震锤承托钩和两个夹爪相互配合使得夹紧末端夹住防震锤更稳固，在安装时夹紧末端夹住防震锤定位更准确。

作为改进，所述驱动夹持丝杆的驱动机构设于夹爪基座内部，其包括驱动电机和减速器，所述减速器输入端和输出端分别与电机和夹持丝杆端部通过联轴器相连，减速器和驱动电机通过电机接盘与夹爪基座固定。通过该结构使得夹爪夹持动作更顺畅，并能提供较大夹持力。

作为改进，所述夹持丝杆与夹爪基座通过用于轴向定位的深沟球轴承相连，夹持丝杆与夹爪基座之间还设有可承受轴向力防止两者轴向位移的推力球轴承。推力球轴承可以有效防止夹持丝杆相对于夹爪基座轴向位移偏差，使得夹爪夹持防震锤更容易，其夹持力度控制更精确，即可防止因夹持力不够夹不住，也可防止夹持力度过大损坏防震锤。

作为改进，所述夹爪相对的内侧设有用于增大摩擦系数的锯齿面，所述锯齿面上设有用于减震并防止损坏防震锤的橡胶涂层。锯齿面增大了夹爪与防震锤间摩擦力，防止打滑，橡胶涂层为两者之间增加了缓冲，防止夹持力度过大损坏防震锤或划伤其表面。

一种通过机器人利用上述一种末端工具进行高压导线防震锤拆卸方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先通过机器人控制粗调三自由度作业臂的横移关节、伸缩关节和纵移关节，使其携带夹紧末端到达待拆防震锤工作位附近，再精调三自由度作业臂各个关节，使夹紧末端到达工作位，即防震锤挂板位于夹紧末端的两张开的夹爪中间，且防震锤承托钩包裹防震锤钢绞丝，通过驱动电机驱动夹持丝杆旋转，从而带动夹紧末端的夹爪合拢夹紧防震锤挂板后，调节四自由度作业臂的横移关节、伸缩关节、俯仰关节和纵移关节，使所携带拆装末端到达工作位附近，再精调俯仰关节、伸缩关节等，使拆装末端的内六角套筒对准防震锤螺母，调节纵移关节，拆装末端靠近并包裹防震锤螺母，通过拆装末端的驱动电机带动内六角套筒旋转拆卸防震锤螺母；

通过内六角套筒拧松防震锤螺母后，四自由度作业臂携带拆装末端退出工作位；微调三自由度作业臂，夹紧末端通过夹爪和防震锤承托钩承载旧的防震锤从防震锤挂板开口处脱离高压导线。

一种通过机器人利用上述一种末端工具进行高压导线防震锤安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

安装新防震锤前，首先人工操作绝缘杆将新的防震锤送至夹紧末端上，即防震锤钢绞丝挂于防震锤承托钩中，防震锤挂板倚靠于防震锤托板上，夹爪夹紧防震锤挂板两侧，从而实现对新的防震锤的定位与夹紧；

然后通过机器人的三自由度作业臂将夹紧末端上新的防震锤送入带安装工位，并定位好；

最后通过机器人的四自由度作业臂将拆装末端靠近防震锤，调节四自由度作业臂，通过拆装末端的内六角套筒拧紧防震锤螺母，固定好新的防震锤，然后松开夹紧末端，三自由度作业臂和四自由度作业臂归位，完成新防震锤的安装。

因此，本发明具有如下优点：1.实现了代替人工作业对高压输电线路FR型防振锤的安装与拆卸；

2.夹紧末端定位夹紧面为防震锤挂板侧平面，定位与夹紧可靠；

3.防震锤承托钩避免直接作用于可能损毁的防震锤锤头，而是作用于位置相对固定的防震锤钢绞丝，摘取破损防震锤更加有效；

4.人工操作绝缘杆安放新防震锤时，通过防震锤托板定位新防震锤的挂板，实现快速、可靠定位新防震锤；

5.双作业臂具有足够自由度，满足末端适应防震锤各种位姿的需求，准确定位夹紧及拧防震锤螺母。

附图说明

图1是本发明夹紧末端结构示意图。

图2是本发明夹紧末端剖面图。

图3是本发明拆装末端结构示意图。

图4是FR型防震锤结构示意图。

图5是本发明工作状态示意图。

图6是本发明机器人上线过程示意图；

其中a为吊装机器人，b为机器人挂高压导线上，c为将机器人回转上线结束。

图7是拆卸时夹紧末端到达防震锤附近示意图。

图8是拆卸时夹紧末端夹紧防震锤示意图。

图9是拆卸时拆装末端拆卸防震锤螺母示意图。

图10为本发明拆装末端携带新防震锤示意图。

图中，1-高压导线，2-防震锤，3-拆装末端，4-四自由度作业臂，5-机器人平台，6-三自由度作业臂，7-夹紧末端，8-夹爪，9-夹持丝杆，10-夹持连杆，11-夹持螺母，12-夹爪基座，13-夹持电机，14-防震锤承托钩，15-防震锤托架，16-深沟球轴承，17-电机接盘，18-电机减速器，19-推力球轴承，20-内六角套筒，21-防震锤锤头，22-防震锤钢绞丝，23-防震锤螺母，24-防震锤锤头，25-防震锤挂板，26-滑轮组，27-绝缘绳，28-绝缘绳二。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例：

首先介绍一下本发明的具体结构：

本发明主要包括与安装在带电检修作业的机器人平台5上的四自由度作业臂4相连的拆装末端3、与安装在带电检修作业的机器人平台5上的三自由度作业臂6相连的夹紧末端7。其中夹紧末端7包括夹持丝杆9及其传动机构、深沟球轴承16、推力球轴承19、夹持螺母11、两个夹持连杆10、两个夹爪8、防震锤承托钩14、防震锤托架15。夹持丝杆9的传动机构包括夹爪基座12、夹持电机13、电机减速器18、电机接盘17。

电机减速器18通过电机接盘17与夹爪基座12固接；夹持丝杆9与电机减速器18轴接传递扭矩，用于轴向定位的深沟球轴承16和推力球轴承19套设在夹持丝杆9轴肩两侧，夹持丝杆9另一端嵌套夹持螺母11将夹持丝杆9的转动转化为线性移动。

所述两个夹爪8尾端与夹爪基座12前端铰接相连，所述夹持丝杆9通过轴承设于夹爪基座12内，夹持丝杆9前端设有相配合的夹持螺母11，所述夹持螺母11分别通过夹持连杆10与两个夹爪8中部铰接相连，所述夹爪基座12、夹爪8、夹持连杆10、夹持螺母11构成四连杆机构，四连杆机构将夹持螺母11移动转化为夹爪8的开合运动。用于定位与夹紧防震锤2的夹爪8内侧为锯齿面，所述锯齿面能大大增加夹爪8与防震锤2之间的摩擦力，防止夹紧过程中防震锤2打滑脱落，夹爪8的锯齿面上设有橡胶涂层，橡胶涂层能够提供较大缓冲，防止夹爪8与防震锤2夹持过程中硬碰损坏防震锤2；承托防震锤2的防震锤承托钩14形状适应防震锤钢绞丝22；防震锤托板15形状适应防震锤挂板25外轮廓，通过螺钉连接于夹爪基座12下部。

下面介绍一下本发明的工作流程。

首先，将机器人吊装上线。在高压导线1上悬挂滑轮组26，绝缘绳27穿过滑轮组26，一端紧固于机器人吊装钩，人工拉紧绝缘绳27另一端，进而将机器人抬升，两条绝缘绳二28一端分别紧固于机器人控制箱两侧均压环上，另一端由人工拉紧，调节机器人在水平方向上的转动，保证机器人行走机构中反对称结构的行走轮穿过导线到达上方。其次人工拉紧绝缘绳二28，将机器人转回，实现机器人行走轮前轮、后轮分别先后悬挂于高压导线1上，如图6中a、b和c。

在拆卸防震锤时，机器人平台5沿高压导线1行驶至防震锤2附近，如图7。调节三自由度作业臂6横移关节、伸缩关节、纵移关节，使其携带的夹紧末端7到达工作位附近，再微调各个关节，使得防震锤挂板25位于夹紧末端7的两张开的夹爪8中心，防震锤承托钩14承托防震锤钢绞丝22。其次，启动夹紧末端7的夹持电机13，夹持丝杆9带动夹持螺母11沿轴向移动，通过四连杆机构实现两个夹爪8的闭合，直至夹爪8定位与夹紧防震锤挂板25两侧平面，如图8。再次，调节四自由度作业臂4横移关节、伸缩关节，使其携带的拆装末端3到达工作位附近，再分别调节俯仰关节、伸缩关节，使拆装末端3内六角套筒轴线与防震锤螺母23中心线共线，调节纵移关节，拆装末端3内六角套筒20逼近、包裹防震锤螺母23，如图9。最后，启动拆装末端3的驱动电机，将防震锤螺母23拧松，防震锤2仅通过防震锤挂板25悬挂在高压导线1上。完成拧松防震锤螺母23后，调节四自由度作业臂4纵移关节，所携带的拆装末端3退出工作位；微调三自由度作业臂6伸缩关节、纵移关节，夹紧末端7通过夹爪8和防震锤承托钩14承托旧的防震锤2从防震锤挂板25开口处脱离高压导线1。

安装新防震锤前，首先人工操作绝缘杆将新的防震锤2送至夹紧末端7上，即防震锤钢绞丝22挂于防震锤承托钩14中，防震锤挂板25倚靠于防震锤托板15上，夹爪8夹紧防震锤挂板25两侧，从而实现对新的防震锤2的定位与夹紧，如图10；其后的步骤为防震锤拆卸过程的逆过程。

其后的机器人下线过程为机器人上线过程的逆过程。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了高压导线1，防震锤2，拆装末端3，四自由度作业臂4，机器人平台5，三自由度作业臂6，夹紧末端7，夹爪8，夹持丝杆9，夹持连杆10，夹持螺母11，夹爪基座12，夹持电机13，防震锤承托钩14，防震锤托架15，深沟球轴承16，电机接盘17，电机减速器18，推力球轴承19，内六角套筒20，防震锤锤头21，防震锤钢绞丝22，防震锤螺母23，防震锤锤头24，防震锤挂板25，滑轮组26，绝缘绳27，绝缘绳二28。等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具，其特征在于：包括夹紧末端和拆装末端，所述夹紧末端包括两个夹爪、防震锤承托钩、夹持丝杆、夹爪基座、以及驱动夹持丝杆的驱动机构，所述两个夹爪尾端与夹爪基座前端铰接相连，所述夹持丝杆与夹爪基座通过轴承相连，夹持丝杆前端设有相配合的夹持螺母，所述夹持螺母分别通过夹持连杆与两个夹爪中部铰接相连，所述夹爪、夹持连杆和夹持螺母以及夹爪基座组成四连杆机构，所述防震锤承托钩设于夹爪下方与夹爪基座固定相连，防震锤承托钩形状为与防震锤钢绞丝相匹配的半圆钩，所述夹爪基座尾端与机器人上的三自由度作业臂固定相连，所述拆装末端包括内六角套筒、驱动内六角套筒旋转的驱动电机、以及拆装基座，所述内六角套筒通过轴承与拆装基座相连，拆装基座尾端与机器人上的四自由度作业臂固定相连，通过防震锤承托钩将防震锤托住，然后通过夹持丝杆转动带动夹持螺母前后移动，从而带动两个夹爪开合将防震锤夹住，最后通过拆卸末端将其拆卸移走或安装。

2.根据权利要求1所述一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具，其特征在于：所述夹爪基座前端设有防震锤托板，所述防震锤托板为形状与防震锤挂板外轮廓相匹配的曲面板。

3.根据权利要求2所述一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具，其特征在于：所述驱动夹持丝杆的驱动机构设于夹爪基座内部，其包括驱动电机和减速器，所述减速器输入端和输出端分别与电机和夹持丝杆端部通过联轴器相连，减速器和驱动电机通过电机接盘与夹爪基座固定。

4.根据权利要求3所述一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具，其特征在于：所述夹持丝杆与夹爪基座通过用于轴向定位的深沟球轴承相连，夹持丝杆与夹爪基座之间还设有可承受轴向力防止两者轴向位移的推力球轴承。

5.根据权利要求4所述一种利用机器人拆装高压导线防震锤的末端工具，其特征在于：所述夹爪相对的内侧设有用于增大摩擦系数的锯齿面，所述锯齿面上设有用于减震并防止损坏防震锤的橡胶涂层。

6.一种通过机器人利用权利要求5所述一种末端工具进行高压导线防震锤拆卸方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先通过机器人控制粗调三自由度作业臂的横移关节、伸缩关节和纵移关节，使其携带夹紧末端到达待拆防震锤工作位附近，再精调三自由度作业臂各个关节，使夹紧末端到达工作位，即防震锤挂板位于夹紧末端的两张开的夹爪中间，且防震锤承托钩包裹防震锤钢绞丝，通过驱动电机驱动夹持丝杆旋转，从而带动夹紧末端的夹爪合拢夹紧防震锤挂板后，调节四自由度作业臂的横移关节、伸缩关节、俯仰关节和纵移关节，使所携带拆装末端到达工作位附近，再精调俯仰关节、伸缩关节等，使拆装末端的内六角套筒对准防震锤螺母，调节纵移关节，拆装末端靠近并包裹防震锤螺母，通过拆装末端的驱动电机带动内六角套筒旋转拆卸防震锤螺母；

通过内六角套筒拧松防震锤螺母后，四自由度作业臂携带拆装末端退出工作位；微调三自由度作业臂，夹紧末端通过夹爪和防震锤承托钩承载旧的防震锤从防震锤挂板开口处脱离高压导线。

7.一种通过机器人利用权利要求5所述一种末端工具进行高压导线防震锤安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

安装新防震锤前，首先人工操作绝缘杆将新的防震锤送至夹紧末端上，即防震锤钢绞丝挂于防震锤承托钩中，防震锤挂板倚靠于防震锤托板上，夹爪夹紧防震锤挂板两侧，从而实现对新的防震锤的定位与夹紧；

然后通过机器人的三自由度作业臂将夹紧末端上新的防震锤送入带安装工位，并定位好；

最后通过机器人的四自由度作业臂将拆装末端靠近防震锤，调节四自由度作业臂，通过拆装末端的内六角套筒拧紧防震锤螺母，固定好新的防震锤，然后松开夹紧末端，三自由度作业臂和四自由度作业臂归位，完成新防震锤的安装。