CN111300028B - 变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头、工具及机器人*** - Google Patents

Abstract

本公开提出了变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头、工具及机器人***，包括：上万向节、下万向节及连接杆，所述上万向节及下万向节通过连接杆连接；其中，所述下万向节由相配合连接的半凸万向节及半凹万向节构成，半凸万向节与半凹万向节内部开有槽，磁性调节杆和第二调直弹簧间隙配合安装于槽内；利用第二调直弹簧调节所述磁性调节杆的移动方向使得与套筒连接处形成卡扣，实现柔性连接头与套筒固定连接。螺栓紧固工具可实现四象限内螺栓拆装作业，增加了螺栓紧固工具的自由度。柔性连接头的第一调直弹簧、连接杆及上、下万向节在实现扭矩传动的同时保证了柔性连接头的刚度。

Description

变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头、工具及机器人 ***

技术领域

本公开涉及带电作业工具技术领域，特别是涉及变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头、工具及机器人***。

背景技术

变电站内更换绝缘子、拆装母线需要对紧固螺栓进行拆装，当变电站绝缘子存在缺陷时，需要对连接母线进行拆接，从而对绝缘子进行更换。现阶段，当母线连接不紧固时，线路会产生发热现象，变电站内拆装母线、更换绝缘子主要存在以下缺点：

(1)拆装母线多为停电检修作业，检查线路的连接情况，进行紧固，在高用电连续性无法安排停电检修的地区，无法进行带电检修作业。

(2)更换绝缘子、拆装母线多为人工作业，人工作业面临登高作业，存在高空跌落的安全隐患。

(3)更换绝缘子、拆装母线因型号不同，其安装螺栓的规格不同，需要针对不同螺栓进行更换。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，本公开所使用的套筒为国家标准规格套筒，无需进行定制化加工，加工成本低，节约套筒的更换时间，从而提高检修作业效率。

本说明书实施方式提供变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，通过以下技术方案实现：

包括：上万向节、下万向节及连接杆，所述上万向节及下万向节通过连接杆连接；

其中，所述下万向节由相配合连接的半凸万向节及半凹万向节构成，半凸万向节与半凹万向节内部开有槽，磁性调节杆和第二调直弹簧间隙配合安装于槽内；

利用第二调直弹簧调节所述磁性调节杆的移动方向使得与标准套筒连接处形成卡扣，实现柔性连接头与套筒固定连接。

进一步的技术方案，所述半凸万向节的突起支柱插在所述半凹万向节的凹槽中，实现半凸万向节与半凹万向节连接。

进一步的技术方案，第一调直弹簧的两端为圆形弯曲环，其两端分别套在上万向节与连接杆的连接结构处和下万向节与连接杆的连接结构处。

进一步的技术方案，所述磁性调节杆为一端中空结构，第二调直弹簧间隙配合安装于磁性调节杆内部。

进一步的技术方案，所述磁性调节杆两端为圆弧面，分别与调节滚珠和固定滚珠间隙配合，调节滚珠和固定滚珠间隙配合安装于半凸万向节内导槽内。

进一步的技术方案，所述半凸万向节上安装有调节顶丝。

本说明书实施方式提供变电站带电设备螺栓紧固工具，包括上述柔性连接头，所述柔性转接头的上万向节安装于旋转电机的输出轴上；

所述旋转电机安装于角向电动扳手内部，控制盒连接安装于角向电动扳手上，调节支座与角向电动扳手过盈配合连接，所述夹持手柄安装于调节支座上，一端固定，一端可调，夹持体安装于夹持手柄两侧。

本说明书实施方式提供变电站带电设备螺栓紧固作业***，包括机器人，所述机器人的机械臂与所述螺栓紧固工具的夹持手柄连接；

夹持手柄安装于调节支座上，一端固定，可实现90°角度调节，柔性连接头可实现弯曲传动，从而使套筒与螺栓连接时，实现四象限内螺栓拆装作业，增加了螺栓紧固工具的自由度。

本说明书实施方式提供变电站带电设备螺栓紧固作业方法，包括：

将柔性转接头的调节顶丝外旋，调节滚珠在半凸万向节内活动，在第二调直弹簧的弹簧力作用下，磁性调节杆上移，同时，固定滚珠沿半凸万向节内活动；

将所选取的套筒安装在下万向节的接头处，同时将柔性转接头的调节顶丝内旋，使调节顶丝挤压调节滚珠向内移动，在调节滚珠的作用下，磁性调节杆下移，将固定滚珠挤出部分圆球，与套筒连接处形成卡扣，从而实现柔性连接头与套筒固定连接。

机械臂夹持螺栓紧固工具进行螺栓拆装作业，当螺栓紧固工具的套筒与螺栓连接后，远程控制螺栓紧固工具，启动旋转电机，进行拆装作业，机器人上装有激光、视觉、超声和泄漏电流的传感器，能够随时监测带电拆装作业过程中机器人、工具及设备的状态，保证作业安全；

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1.本公开柔性转接头的调节顶丝外旋，调节滚珠在半凸万向节内上导槽活动，在第二调直弹簧的弹簧力作用下，磁性调节杆上移，同时，固定滚珠沿半凸万向节内下导槽活动。将所选取的套筒安装在下万向节的接头处，同时通过内六角扳手将柔性转接头的调节顶丝内旋，使调节顶丝挤压调节滚珠向内移动，在调节滚珠的作用下，磁性调节杆下移，将固定滚珠挤出1/4圆球，与套筒连接处形成卡扣，从而实现柔性连接头与套筒固定连接。

2.变电站带电作业机器人机械臂通过夹持手柄夹持螺栓紧固工具，夹持手柄通过螺栓连接安装于调节支座上，一端固定，可实现90°角度调节。柔性连接头可实现弯曲传动，从而使套筒与螺栓连接时，螺栓紧固工具可实现四象限内螺栓拆装作业，增加了螺栓紧固工具的自由度。柔性连接头的第一调直弹簧、连接杆及上、下万向节在实现扭矩传动的同时保证了柔性连接头的刚度。

3.本发明提出变电站带电设备螺栓紧固柔性连接技术，设计相关组合式作业工具，构建了线性循环进给式套筒固定模型，研制出刚柔耦合多点分体式连接旋转接头，实现了变电站带电设备螺栓紧固工具精确对准。

4.提出了一种机器人螺栓紧固智能作业方法，研制了多自由度分体式柔性组合作业***，构建多自由度螺栓更换模型，融合了激光、视觉、超声和泄漏电流等多源异构数据控制技术，打破机器人带电作业空间及结构的信息壁垒，实现变电站带电设备螺栓紧固的检修作业任务。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开具体实施例子的变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头结构示意图；

图2(a)-图2(b)为本公开具体实施例子的变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头剖面结构示意图；

图3为本公开具体实施例子的变电站带电设备螺栓紧固作业工具结构示意图；

图4(a)-图4(b)为本公开具体实施例子的半凸万向节及半凹万向节结构示意图；

图5为本公开具体实施例子的机器人作业***结构图；

图6为本公开具体实施例子的另一机器人作业***结构图；

图中，1、夹持体，2、夹持手柄，3、调节支座，4、控制盒，5、旋转电机，6、柔性转接头、7、标准套筒，8、角向电动扳手，9、上万向节，10、连接杆，11、下万向节，12、调节顶丝，13、第一调直弹簧，14、调节滚珠，15、磁性调节杆，16、第二调直弹簧，17、固定滚珠，18、半凸万向节，19、半凹万向节。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

变电站内更换绝缘子、拆装母线需要对紧固螺栓进行拆装，当变电站绝缘子存在缺陷时，需要对连接母线进行拆接，从而对绝缘子进行更换。本发明实施方式的目的之一是提供变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，本公开所使用的套筒为国家标准规格套筒，无需进行定制化加工，加工成本低，节约套筒的更换时间，从而提高检修作业效率。

实施例子一

该实施例公开了变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，参见附图1、附图2(a)-附图2(b)所示，包括：上万向节、下万向节及连接杆，所述上万向节及下万向节通过连接杆连接；

其中，所述下万向节由相配合连接的半凸万向节及半凹万向节构成，半凸万向节与半凹万向节内部开有槽，磁性调节杆和第二调直弹簧间隙配合安装于槽内；

利用第二调直弹簧调节所述磁性调节杆的移动方向使得与套筒连接处形成卡扣，实现柔性连接头与套筒固定连接。带电作业时，机器人夹持作业工具进行螺栓紧固等检修作业任务。

本申请套筒为标准的，调节顶丝12内外旋转移动，通过调节滚珠14，磁性调节杆，传动对固定滚珠位置进行调整，固定滚珠1/4球面突出，与套筒进行连接，实现不同规格的更换。

下万向节由2部分组成，图4(a)-图4(b)所示。上万向节只有一部分构成。

具体实施例子中，上万向节9与连接杆10通过螺钉连接。下万向节11的半凸万向节18的突起支柱插在半凹万向节19的凹槽中，半凸万向节18与半凹万向节19通过螺栓连接。下万向节11与连接杆10通过螺钉连接。第一调直弹簧13的两端为圆形弯曲环，其两端分别套在上万向节9与连接杆10的连接螺钉和下万向节11与连接杆10的连接螺钉的螺帽下，螺钉上紧后将第一调直弹簧13两端固定。

第一调直弹簧尽量保证上下万向节轴线重合，保持刚度。

半凸万向节18与半凹万向节19内部结构参见附图4(a)-图4(b)所示，半凸万向节18与半凹万向节19内部开有键槽。磁性调节杆15为一端中空结构，第二调直弹簧16间隙配合安装于磁性调节杆15内部。磁性调节杆15和第二调直弹簧16间隙配合安装于半凸万向节18与半凹万向节19内部的键槽内。磁性调节杆15两端为圆弧面，分别与调节滚珠14和固定滚珠17间隙配合。调节滚珠14和固定滚珠17间隙配合安装于半凸万向节18内导槽内。半凸万向节18上安装有调节顶丝12，通过螺纹连接。

磁性调节杆15为中空杆件，第二调直弹簧磁性杆件内部。调节滚珠14和固定滚珠配合实现传动。

调节顶丝12内外旋转移动，通过调节滚珠14，磁性调节杆，传动对固定滚珠位置进行调整，固定滚珠1/4球面突出，与套筒进行连接。

实施例子二

参见附图3所示，本说明书实施方式提供变电站带电设备螺栓紧固工具，包括上述实施例子一中的柔性连接头，夹持体1通过螺栓连接安装于夹持手柄2两侧，夹持手柄2通过螺栓连接安装于调节支座3上，一端固定，一端可调。调节支座3与角向电动扳手8过盈配合连接。控制盒4通过螺栓连接安装于角向电动扳手8上，旋转电机5通过螺栓安装于角向电动扳手8内部，柔性转接头6的上万向节9通过螺钉安装于旋转电机的输出轴上。

实施例子三

参见附图5、6所示，本说明书实施方式提供本说明书实施方式提供机器人***，用于变电站带电设备螺栓紧固作业，包括机器人，所述机器人的机械臂与所述螺栓紧固工具的夹持手柄连接；

夹持手柄安装于调节支座上，一端固定，可实现90°角度调节，柔性连接头可实现弯曲传动，从而使套筒与螺栓连接时，实现四象限内螺栓拆装作业，增加了螺栓紧固工具的自由度。

作业前，根据不同的作业对象选择对应的套筒，通过内六角扳手将柔性转接头的调节顶丝外旋，调节滚珠14在半凸万向节18内上导槽活动，在第二调直弹簧的弹簧力作用下，磁性调节杆上移，同时，固定滚珠17沿半凸万向节18内下导槽活动。将所选取的套筒安装在下万向节的接头处，同时通过内六角扳手将柔性转接头的调节顶丝内旋，使调节顶丝挤压调节滚珠14向内移动，在调节滚珠14的作用下，磁性调节杆下移，将固定滚珠挤出1/4圆球，与套筒连接处形成卡扣，从而实现柔性连接头与套筒固定连接。

具体实施例子中，标准套筒有凹槽，连接头的滚珠突出，与凹槽配合，形成卡扣。

上导槽、下导槽位于半凸万向节18内；作用是导向作用，滚珠可以在导槽内移动。

柔性转接头的上万向节通过螺钉安装于旋转电机的输出轴上。

变电站带电作业机器人机械臂通过夹持手柄夹持螺栓紧固工具，夹持手柄通过螺栓连接安装于调节支座上，一端固定，可实现90°角度调节。柔性连接头可实现弯曲传动，从而使套筒与螺栓连接时，螺栓紧固工具可实现四象限内螺栓拆装作业，增加了螺栓紧固工具的自由度。柔性连接头的第一调直弹簧、连接杆及上、下万向节在实现扭矩传动的同时保证了柔性连接头的刚度。

机械臂夹持螺栓紧固工具进行螺栓拆装作业，当螺栓紧固工具的套筒与螺栓连接后，远程无线控制螺栓紧固工具，启动旋转电机，进行拆装作业，机器人上装有激光、视觉、超声和泄漏电流的传感器，能够随时监测带电拆装作业过程中机器人、工具及设备的状态，保证作业安全。

电机输出轴的四方头形状，连接上万向节为四方形状凹槽，与电机输出轴配合，上万向节固定顶丝便于固定。

现有专利CN106312881公开了一种带柔性和磁性的万向套筒，其套筒为定制化紧固套筒，定制化高；更换绝缘子、拆装母线的安装螺栓为标准件，本专利所使用的套筒为国家标准规格套筒，无需进行定制化加工，加工成本低，节约套筒的更换时间，从而提高检修作业效率。

在另一实施例子中，多自由度机械臂和具备分体式柔性套筒角向扳手的组合作业***，构建四象限空间内多自由度螺栓更换模型，融合了激光、视觉、超声和泄漏电流等多源异构数据集成控制方式，打破机器人带电作业空间及结构的信息壁垒，实现变电站带电设备螺栓紧固的检修作业。

具体的，机器人***螺栓紧固作业方法，包括：

机械臂夹持螺栓紧固工具进行螺栓拆装作业，当螺栓紧固工具的套筒与螺栓连接后，控制螺栓紧固工具，启动旋转电机，进行拆装作业，机器人上装有激光、视觉、超声和泄漏电流的传感器，能够随时监测带电拆装作业过程中机器人、工具及设备的状态，保证作业安全；

将柔性转接头的调节顶丝外旋，调节滚珠在半凸万向节内活动，在第二调直弹簧的弹簧力作用下，磁性调节杆上移，同时，固定滚珠沿半凸万向节内活动；

将所选取的套筒安装在下万向节的接头处，同时将柔性转接头的调节顶丝内旋，使调节顶丝挤压调节滚珠向内移动，在调节滚珠的作用下，磁性调节杆下移，将固定滚珠挤出部分圆球，与套筒连接处形成卡扣，从而实现柔性连接头与套筒固定连接。

可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料的特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，其特征是，为刚柔耦合多点分体式连接旋转接头，包括：上万向节、下万向节及连接杆，所述上万向节及下万向节通过连接杆连接；

其中，所述下万向节由相配合连接的半凸万向节及半凹万向节构成，半凸万向节与半凹万向节内部开有槽，磁性调节杆和第二调直弹簧间隙配合安装于槽内；

所述磁性调节杆两端为圆弧面，分别与调节滚珠和固定滚珠间隙配合，调节滚珠和固定滚珠间隙配合安装于半凸万向节内导槽内；

利用第二调直弹簧调节所述磁性调节杆的移动方向对固定滚珠位置进行调整，将固定滚珠挤出部分圆球，使得与标准套筒连接处形成卡扣，实现柔性连接头与标准套筒固定连接。

2.如权利要求1所述的变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，其特征是，所述半凸万向节的突起支柱插在所述半凹万向节的凹槽中，实现半凸万向节与半凹万向节连接。

3.如权利要求1所述的变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，其特征是，第一调直弹簧的两端为圆形弯曲环，其两端分别套在上万向节与连接杆的连接结构处和下万向节与连接杆的连接结构处。

4.如权利要求1所述的变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，其特征是，所述磁性调节杆为一端中空结构，第二调直弹簧间隙配合安装于磁性调节杆内部。

5.如权利要求1所述的变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，其特征是，所述半凸万向节上安装有调节顶丝。

6.如权利要求3所述的变电站带电设备螺栓紧固作业用柔性连接头，其特征是，所述第一调直弹簧保证上下万向节轴线重合，保持刚度。

7.变电站带电设备螺栓紧固工具，其特征是，包括上述权利要求1-6任一所述的柔性连接头，所述柔性连接头的上万向节安装于旋转电机的输出轴上；

所述旋转电机安装于角向电动扳手内部，控制盒连接安装于角向电动扳手上，调节支座与角向电动扳手过盈配合连接，夹持手柄安装于调节支座上，一端固定，一端可调，夹持体安装于夹持手柄两侧。

8.机器人***，其特征是，包括机器人，所述机器人的机械臂与权利要求7所述的螺栓紧固工具的夹持手柄连接；

夹持手柄安装于调节支座上，一端固定，可实现90°角度调节，柔性连接头可实现弯曲传动，从而使套筒与螺栓连接时，实现四象限内螺栓拆装作业，增加了螺栓紧固工具的自由度。

9.机器人***螺栓紧固作业方法，基于权利要求8所述的机器人***，其特征是，包括：

机械臂夹持螺栓紧固工具进行螺栓拆装作业，当螺栓紧固工具的套筒与螺栓连接后，控制螺栓紧固工具，启动旋转电机，进行拆装作业，机器人上装有激光、视觉、超声和泄漏电流的传感器，能够随时监测带电拆装作业过程中机器人、工具及设备的状态，保证作业安全；

将柔性连接头的调节顶丝外旋，调节滚珠在半凸万向节内活动，在第二调直弹簧的弹簧力作用下，磁性调节杆上移，同时，固定滚珠沿半凸万向节内活动；

将所选取的套筒安装在下万向节的接头处，同时将柔性连接头的调节顶丝内旋，使调节顶丝挤压调节滚珠向内移动，在调节滚珠的作用下，磁性调节杆下移，将固定滚珠挤出部分圆球，与套筒连接处形成卡扣，从而实现柔性连接头与套筒固定连接。

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