CN114367953A - 一种配网带电作业机器人***及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网带电作业机器人***及其作业方法，属于电力作业设备技术领域，机器人***包括作业设备和控制设备，作业设备包括伸缩臂、由伸缩臂带动升降的调节装置、由调节装置带动移动的作业臂、由作业臂带动移动的作业装置及由作业装置带动运动的作业工具，控制设备包括处理器、雷达模块、标注模块、计算模块、无线通信模块及遥控模块，雷达模块、标注模块、计算模块、无线通信模块及遥控模块均信号连接于处理器。作业时，伸缩臂带动调节装置升降至合适位置，然后调节装置根据控制设备的指令带动作业臂移动至目标作业点，作业装置带动作业工具在目标作业点完成多种带电作业动作，满足带电作业要求。

Description

一种配网带电作业机器人***及其作业方法

技术领域

本发明涉及电力作业设备技术领域，尤其涉及一种配网带电作业机器人***，另外，本发明还涉及配网带电作业机器人***的作业方法。

背景技术

配网带电作业中，无论采用绝缘手套直接作业法或绝缘杆间接作业法，作业人员需要穿戴绝缘手套或间接使用工具接触带电设备进行作业，两种作业方法对作业者的体能和技能要求较高，连续作业的高强度工作也会对作业人员及线路设备的安全产生较大的风险和隐患。基于此，一些机械化、电动化和智能化的配网带电作业机器人逐渐被广泛应用于配网带电作业领域。

目前普遍应用的配网带电作业机器人为开式运动链结构的多关节机器人，在进行作业时，多关节工作臂将末端作业臂运动至作业点直接接触配网带电设备，然后通过设置在作业臂末端的工具握持部分操作末端工具进行作业，实现对带电设备的检修和消缺作业。

但是，为了实现多关节工作臂的驱动，配网带电作业机器人需要强大的运算能力和控制能力，对机器人的自主智能化程度要求较高，目前的带电作业机器人受制于作业环境介质、室外现场强光、现场装置非标等多种因素影响，还不能实现完全自主智能的工作要求。同时，作业过程的运算时间过场，移动迟缓，对细微动作要求不能及时作出反应。

此外，现有带电作业机器人的作业臂也只能完成简单的工作，很难实现抓取固定设备、拧转部件等动作，也无法安装吊臂，限制了可开展的带电作业项目和种类，不能进行全方位多种作业，不能很好的满足作业要求。

同时，作业结束后机器人的收纳裕度较小，不能方便的存放收纳，不规则的外形也给运输、转场和存放带来不便。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种配网带电作业机器人***，作业装置的作业范围大，能实现全方位的多种作业。

为了实现上述技术目的，本发明提供的一种配网带电作业机器人***，包括作业设备和控制设备，

所述作业设备包括伸缩臂、由伸缩臂带动升降的调节装置、由调节装置带动移动的作业臂、由作业臂带动移动的作业装置及由作业装置带动运动的作业工具，

所述控制设备包括处理器、雷达模块、标注模块、计算模块、无线通信模块及遥控模块，雷达模块、标注模块、计算模块、无线通信模块及遥控模块均信号连接于处理器。

优选的，所述雷达模块包括三维激光雷达单元与面阵激光雷达单元。

优选的，所述作业设备包括连接于作业臂且可带动作业臂平移的操作杆，标注模块包括激光发射单元、激光接收单元、光电处理单元及操作单元，激光发射单元与操作单元设于操作杆上，激光接收单元与光电处理单元设于作业臂上。

优选的，所述控制设备还包括防碰撞模块，防碰撞模块包括多个分布于调节装置上的检测单元。

本发明还提供了一种上述配网带电作业机器人***的作业方法，包括以下步骤，

S100、雷达模块对作业环境进行扫描获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系；

S200、利用标注模块在步骤S100获取的三维坐标系中标注目标作业点；

S300、计算模块根据步骤S200中的目标作业点及具体作业项目指令计算作业设备中调节装置的运动路径并生成运动指令；

S400、处理器将步骤S300的运动指令通过无线通信模块发送给调节装置，调节装置接收到运动指令后通过作业臂将作业装置移动至目标作业点；

S500、处理器根据输入的目标作业动作将对应的预设作业执行指令通过无线通信模块发送给作业装置，作业装置根据预设作业执行指令带动作业工具完成目标作业动作。

优选的，所述雷达模块包括三维激光雷达单元和面阵激光雷达单元，步骤S100包括，

S110、三维激光雷达单元进行旋转采样，获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系初步数据；

S120、面阵激光雷达单元进行全固态面阵三维成像，获取目标作业点所在作业环境三维坐标系具体数据。

优选的，所述标注模块包括激光发射单元、激光接收单元及光电处理单元，光电处理单元对激光接收单元接收到的激光发射单元照射到目标作业点反射的激光光波进行光电处理获得目标作业点的坐标点，并将坐标点标注在步骤S100获取的三维坐标系中。

优选的，所述作业设备包括连接于作业臂且可带动作业臂平移的操作杆，操作杆在调节装置故障时可以根据目标作业点进行人工引导定位。

优选的，所述控制设备包括防碰撞模块，防碰撞模块包括多个分布于调节装置上的检测单元，处理器根据检测单元反馈的信号判断调节装置是否会发生碰撞并控制调节装置的移动幅度。

优选的，所述控制设备还包括摄像模块和显示屏，摄像模块设于作业臂上，显示屏设于遥控模块上，摄像模块实时拍摄作业装置带动作业工具在目标作业点进行作业的过程并将拍摄画面通过无线通信模块发送给遥控模块并显示于显示屏上。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1、本发明提供的配网带电作业机器人***，设置了作业设备和控制设备，控制设备在作业时可以控制作业设备，有利于提高作业的智能性和安全性。作业时，伸缩臂带动调节装置升降至合适位置，然后调节装置根据控制设备的指令带动作业臂进行升降和旋转使作业臂能带动作业装置移动至目标作业点，作业装置能带动作业工具在目标作业点顺利完成分支引线拆搭、拆换绝缘子、拆换避雷器、拧转螺栓、抓取带电构件、导线剪剥皮等多种带电作业动作，能很好的满足带电作业要求。

2、雷达模块包括三维激光雷达单元与面阵激光雷达单元，控制设备先通过三维激光雷达单元进行旋转采样获得目标作业点所在作业环境的三维坐标系初步数据，然后通过面阵激光雷达单元进行全固态面阵三维成像获取目标作业点所在环境的三维坐标系具体数据，为标注目标作业点提供准确的三维坐标系，有利于提高作业精度。

3、激光发射单元发出激光光波并照射到目标作业点上，激光接收单元接收到反射的激光光波并将其传送给光电处理单元，光电处理单元对反射的激光光波进行光电信息处理获得目标作业点在三维坐标系中的具体坐标点并将其标记在三维坐标系中，以便计算模块可以根据坐标点及具体作业项目指令计算调节装置的运动路径并生成运动指令。

4、防碰撞模块包括多个分布于调节装置上的检测单元，处理器可以根据检测单元反馈的信号实时监测调节装置是否会与***之外的物体发生碰撞，在调节装置的构件与其他物体之间的距离小于预设距离时使该构件及时停止运动，避免发生碰撞，有利于提高作业的安全性。

5、本发明还提供了一种上述配网带电作业机器人***的作业方法，先建立作业环境的三维坐标系，然后在三维坐标系中标注目标作业点，再根据目标作业点的坐标计算调节装置的运动路径并生成运动路径，调节装置根据运动指令通过作业臂将作业装置移动至目标作业点，使作业装置能根据预设的作业执行指令带动作业工具完成目标作业动作。合理设置作业方法的步骤，使其满足带电作业要求，有利于提高***进行带电作业的智能性。

6、作业人员在调节装置出现故障时可以通过操作杆带动作业臂移动，通过人工干预使作业装置和作业工具能顺利移动至目标作业点处，以便顺利进行带电作业。

7、摄像模块拍摄作业过程并将拍摄画面发送给遥控模块并显示于显示屏上，地面作业人员可以根据拍摄画面及时获知作业情况，以便在出现故障时及时进行处理。

附图说明

图1为实施例一配网带电作业机器人***中作业设备的整体图；

图2为实施例一配网带电作业机器人***中调节装置的结构图；

图3为实施例一配网带电作业机器人***的调节装置中一级升降机构及水平旋转机构的***图；

图4为实施例一配网带电作业机器人***的调节装置中水平旋转机构的***图；

图5为实施例一配网带电作业机器人***的调节装置中直线驱动组件的结构图；

图6为实施例一配网带电作业机器人***的调节装置中支撑机构及二级升降机构的***图；

图7为实施例一配网带电作业机器人***的调节装置中操作杆的结构图；

图8为实施例一配网带电作业机器人***中操作杆与作业臂的***图；

图9为实施例一配网带电作业机器人***中工作斗与起吊装置的结构图；

图10为实施例一配网带电作业机器人***中作业装置的结构图；

图11为实施例一配网带电作业机器人***的作业装置中第一驱动组件的结构图；

图12为实施例一配网带电作业机器人***的作业装置中第二驱动组件的结构图；

图13为实施例一配网带电作业机器人***的作业装置中第三驱动组件的结构图；

图14为实施例一配网带电作业机器人***中作业装置与作业臂之间的连接结构图；

图15为实施例一配网带电作业机器人***中作业装置的作业轴与可使用的作业工具的分解图；

图16a、图16b、图16c为实施例一配网带电作业机器人***中作业装置的一级作业头的转动位置图；

结合图17a、图17b、图17c、图17d为实施例一配网带电作业机器人***中作业装置的二级作业头的转动位置图；

图18为实施例一配网带电作业机器人***中控制设备的示意图；

图19为实施例一配网带电作业机器人***进行作业时的示意图；

图20为实施例一配网带电作业机器人***作业结束后的收纳状态图。

图中，100-伸缩臂，200-调节装置，210-一级升降机构，211-接头座，212-一级立柱，213-一级升降驱动件，214-一级升降轴，215-第一无线接收单元，216-第一电池单元，220-水平旋转机构，221-旋转臂，2211-凹槽，2212-限位块，222-旋转电机，223-传动头，224-移动臂，2241-限位槽，225-直线驱动组件，2251-直线驱动电机，2252-丝杆，2253-滑块，2254-支撑座，2255-导轨，226-第二无线接收单元，227-第二电池单元，228-支架，230-二级升降机构，231-二级立柱，232-二级升降驱动件，233-二级升降轴，234-第三无线接收单元，235-第三电池单元，236-座体，237-支座，240-支撑机构，241-支撑臂，2411-凸耳，2412-长孔，242-支撑气缸，243-铰接座，244-滚轮，245-第四无线接收单元，246-第四电池单元，247-绝缘套，250-操作杆，251-螺纹段，261-夹框，262-夹板，270-控制器，300-作业臂，310-定位套，320-法兰圈，410-工作斗，420-连接臂，500-起吊装置，510-底座，520-吊臂，530-电动卷轮，540-前滚轮，550-后滚轮，560-吊绳，570-吊钩，600-作业装置，610-基座，611-隔板，620-驱动机构，621-第一驱动组件，6211-第一电机，6212-第一传动杆，6213-第一转轴，6214-第一主动轮，6215-第一从动轮，622-第二驱动组件，6221-第二电机，6222-第二传动杆，6223-第二转轴，6224-第二主动轮，6225-第一中间轮，6226-中间轴，6227-第二中间轮，6228-第二从动轮，623-第三驱动组件，6231-第三电机，6232-第三传动杆，6233-第三转轴，6234-第三主动轮，6235-第一传动轴，6236a-第一传动轮，6236b-第二传动轮，6236c-第三传动轮，6236d-第四传动轮，6237-第二传动轴，6238-第三从动轮，630-一级作业头，631-凸圈，640-二级作业头，641-筒体，650-作业轴，660-无线接收器，670-电池，710-作业车辆，720-转盘，730-控制台，810-柔性抓手，820-万能套筒，830-电工剪刀，840-剥线器，900-控制设备，910-处理器，920-雷达模块，921-三维激光雷达单元，922-面阵激光雷达单元，930-标注模块，931-激光发射单元，932-激光接收单元，933-光电处理单元，934-操作单元，940-计算模块，950-无线通信模块，960-遥控模块，961-遥控按键，960-显示屏，970-摄像模块，980-防碰撞模块，981-检测单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。需要理解的是，下述的“上”、“下”、“左”、“右”、“纵向”、“横向”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1至图19所示，本发明实施例一提供的一种配网带电作业机器人***，包括作业设备和控制设备，所述作业设备包括伸缩臂100、由伸缩臂100带动升降的调节装置200、由调节装置200带动移动的作业臂300、由作业臂300带动移动的作业装置600及由作业装置600带动运动的作业工具。所述控制设备900包括处理器910、雷达模块920、标注模块930、计算模块940、无线通信模块950及遥控模块960，雷达模块920、标注模块930、计算模块940、无线通信模块950及遥控模块960均信号连接于处理器910。

调节装置200连接于伸缩臂100的顶端由伸缩臂100带动升降，调节装置200包括依次设置的一级升降机构210、水平旋转机构220及二级升降机构230，作业臂300连接于二级升降机构230的顶端且由调节装置200带动移动。

结合图3，一级升降机构210包括接头座211、中空的一级立柱212、一级升降驱动件213及一级升降轴214，伸缩臂100采用多节伸缩式结构，接头座211固定于伸缩臂100的顶端，一级立柱212设于接头座211上，一级升降驱动件213及一级升降轴214设于一级立柱212中，一级升降轴214连接于一级升降驱动件213的输出端且由一级升降驱动件213带动升降，水平旋转机构220设于一级升降轴214上。本实施例中，一级升降驱动件213优选采用一级升降气缸，一级升降轴214的底端连接于一级升降气缸的活塞杆顶端。一级升降机构210还包括设于接头座211底部的第一无线接收单元215及第一电池单元216，一级升降驱动件213受控于第一无线接收单元215，第一电池单元216向一级升降驱动件213供电。第一无线接收单元215接收到工作指令后命令一级升降驱动件213工作，执行上升或下降的动作。

结合图3，水平旋转机构220包括旋转臂221及用于驱动旋转臂221水平旋转的旋转电机222，旋转臂221的一端通过轴承可水平转动的套设于一级升降轴214的顶端，旋转电机222通过支架228轴向竖直的固定于一级升降轴214的顶部，旋转电机222的电机轴底端通过传动头223连接于旋转臂221。旋转电机222工作时，电机轴通过传动头223带动旋转臂221进行水平旋转。

结合图4，为了扩大调节装置200的横向作业范围，水平旋转机构220还包括移动臂224与直线驱动组件225，移动臂224设于旋转臂221上，直线驱动组件225设于旋转臂221与移动臂224之间，直线驱动组件225可带动移动臂224沿旋转臂221的长度方向来回移动。旋转臂221上设有沿长度方向延伸的凹槽2211，凹槽2211的一端开口设置，移动臂224的局部及直线驱动组件225设于凹槽2211中。

结合图5，直线驱动组件225包括直线驱动电机2251、由直线驱动电机2251驱动的丝杆2252及套设于丝杆2252上的滑块2253，移动臂224连接于滑块2253。本实施例中，直线驱动组件225还包括支撑座2254和导轨2255，丝杆2252通过轴承可转动设于支撑座2254上，导轨2255固定于支撑座2254上且位于丝杆2252的下方，滑块2253通过螺纹配合套设于丝杆2252上的同时连接于导轨2255。直线驱动电机2251工作时带动丝杆2252转动，丝杆2252转动带动滑块2253相对于导轨2255移动，滑块2253带动移动臂224沿旋转臂221的长度方向移动。

为了提高移动臂224的稳定性，移动臂224的侧壁上设有沿长度方向延伸的限位槽2241，凹槽2211的内壁上设有限位块2212，限位块2212位于限位槽2241中。通过限位块2212与限位槽2241的配合有效限制移动臂224的移动行程，也可以提高移动臂224的移动稳定性，避免移动臂224脱离旋转臂221。

水平旋转机构220还包括设于旋转臂221上的第二无线接收单元226及第二电池单元227，旋转电机222及直线驱动电机2251受控于第二无线接收单元226，第二电池单元227向旋转电机222及直线驱动电机2251供电。第二无线接收单元226接收到工作指令后命令旋转电机222或直线驱动电机2251工作，执行相应动作。

结合图6，二级升降机构230包括中空的二级立柱231、二级升降驱动件232及二级升降轴233，二级立柱231竖置且连接于水平旋转机构220，二级升降驱动件232及二级升降轴233设于二级立柱231中，二级升降轴233连接于二级升降驱动件232的输出端且由二级升降驱动件232带动升降。本实施例中，二级升降驱动件232优选采用二级升降气缸，二级升降轴233的底端与二级升降气缸的活塞杆的顶端连接。

二级升降机构230还包括第三无线接收单元234及第三电池单元235，二级升降驱动件232受控于第三无线接收单元234，第三电池单元235向二级升降驱动件232供电。第三无线接收单元234接收到工作指令后命令二级升降驱动件232工作，执行相应动作。二级立柱231的下端套设有座体236，第三无线接收单元234及第三电池单元235设于座体236上。

为了提高调节装置200的结构稳定性，调节装置200包括设于水平旋转机构220与二级升降机构230之间的支撑机构240，支撑机构240包括可上下摆动的支撑臂241及用于固定支撑臂241的支撑气缸242，移动臂224的前端设有铰接座243，支撑臂241的底端及支撑气缸242缸体的底端均与铰接座243铰接，实现连接于水平旋转机构220。支撑臂241的顶端及支撑气缸242活塞杆的顶端均与座体236铰接，实现连接于二级升降机构230。支撑臂241连接于支撑气缸242的活塞杆，结合图6，支撑臂241设有一对凸耳2411，凸耳2411上设有长孔2412，支撑气缸242活塞杆的外部套设有环形套，环形套的外部通过固定轴设有两个对称设置的滚轮244，滚轮244位于长孔2412中。为了提高操作的便捷性，也可以在支撑臂241的外部套设绝缘套247，作业人员可以通过绝缘套247握持住支撑臂241调节支撑臂241的倾斜幅度，调节完成后利用支撑气缸242撑住支撑臂241使支撑臂保持固定。

支撑机构240还包括第四无线接收单元245及第四电池单元246，支撑气缸242受控于第四无线接收单元245，第四电池单元246向支撑气缸242供电。第四无线接收单元245接收到工作指令后命令支撑气缸242工作，执行相应动作。本实施例中，第四无线接收单元245及第四电池单元246设于铰接座243上。

二级升降轴233的顶端通过轴承设有可水平转动的支座237，支座237上设有与作业臂300配合的孔，作业臂300通过与该孔配合穿设于支座237上，作业装置600设于作业臂300的前端。

结合图7、图8，调节装置200还包括用于手动调节作业臂300的操作杆250，操作杆250的顶端设有夹框261及与夹框261配合夹紧作业臂300的夹板262，夹框261套设于作业臂300上且通过螺纹配合设于操作杆250的顶端，夹板262固定于操作杆250的顶端，夹板262设于夹框261中且位于作业臂300的底部。本实施例中，作业臂300上套设有周向开槽的定位套310，夹框261与夹板262配合夹紧于定位套310的周向槽中，操作杆250的顶端设有螺纹段251，夹框261大致呈匚形，夹框261的底框处设有与螺纹段251配合的螺纹孔，螺纹段251通过与螺纹孔的配合伸入夹框261中，夹板262位于螺纹段251的顶端。转动操作杆250可带动夹板262相对于夹框261上下移动，以使夹板262与夹框261配合夹紧或松开定位套310。操作杆250的下端设有供作业人员操作的控制器270，控制器270用于控制调节装置200的运行，控制器270内设有控制芯片、无线发送模块等电子元件，控制器270的外壳上设有用于控制调节装置200移动的多个按键。

结合图9，为了便于人机协同工作，配网带电作业机器人***还设有工作斗410，工作斗410通过连接臂420连接于伸缩臂100的顶端。具体的，连接臂420的一端套设于一级立柱212上，工作斗410连接于连接臂420的另一端。为了提高人工操作的范围，连接臂420可转动套设于一级立柱212上，设备可以加设用于驱动连接臂420相对于一级立柱212转动的驱动件。

为了便于在作业过程中吊取所需设备，配网带电作业机器人***还包括起吊装置500，起吊装置500包括底座510、吊臂520、电动卷轮530、前滚轮540、后滚轮550、吊钩570及吊绳560，底座510连接于伸缩臂100的顶端，吊臂520的底端与底座510连接，前滚轮540设于吊臂520的顶端，后滚轮550设于吊臂520的底端，电动卷轮530固定于吊臂520的底侧，吊钩570设于吊绳560的端部，吊绳560绕经前滚轮540与后滚轮550并缠绕于电动卷轮530上。电动卷轮530运行卷绕或放松吊绳560，使吊钩570可以上下移动。本实施例中，底座510套设于一级立柱212上。***作业时，可以通过起吊装置500进行重物起吊，不会对作业臂300和作业装置600造成干涉，有利于进一步提高***的作业效率。另外，起吊装置500也可以单独使用进行重物起吊，可以拓展***的作业项目。

作业设备整体安装在作业车辆710上，作业车辆710上设有可水平旋转的转盘720，伸缩臂100的底端通过气缸连接于转盘720，作业车辆710上还设有用于操控设备的控制台730。为了使设备满足带电操作要求，除气缸、直线驱动组件225、电机、电池670等为构件为非绝缘件外，其他构件都尽量采用高强度绝缘材料制成。

作业装置600包括基座610、驱动机构620、可水平转动设于基座610上的一级作业头630、可竖向转动设于一级作业头630上的二级作业头640、可转动设于二级作业头640内的作业轴650，驱动机构620包括用于驱动一级作业头630水平转动的第一驱动组件621、用于驱动二级作业头640竖向转动的第二驱动组件622及用于驱动作业轴650转动的第三驱动组件623。

结合图11，一级作业头630的上下两侧设有凸出的凸圈631，基座610的前侧设有供一级作业头630***的凹部，凹部的顶壁和侧壁上设有与凸圈631配合的安装孔，凸圈631通过轴承可转动插设于安装孔中，使一级作业头630可相对于基座610水平转动。

第一驱动组件621设于基座610内，第一驱动组件621包括第一电机6211、第一传动杆6212、第一转轴6213、第一主动轮6214及第一从动轮6215，第一电机6211横置于基座610内的后侧，基座610内的前部设有隔板611，第一转轴6213通过轴承轴向横置的可转动设于隔板611上，第一传动杆6212设于第一电机6211与第一转轴6213之间，第一传动杆6212的一端通过万向接头与第一电机6211的电机轴铰接、另一端通过万向接头与第一转轴6213的后端铰接，第一主动轮6214套设于第一转轴6213的前端，第一从动轮6215固定连接于凸圈631，第一主动轮6214与第一从动轮6215啮合且垂直分布。第一电机6211工作时，电机轴通过第一传动杆6212驱动第一转轴6213转动，第一转轴6213带动第一主动轮6214转动，第一主动轮6214通过与第一从动轮6215啮合带动一级作业头630水平旋转。

结合图12，二级作业头640设有向后伸入一级作业头630中的筒体641，二级作业头640的前侧设有供筒体641***的孔，筒体641通过轴承可转动插设于该孔处，二级作业头640可以以筒体641的中心线为旋转中心在竖直平面内转动。第二驱动组件622包括第二电机6221、第二传动杆6222、第二转轴6223、第二主动轮6224、第一中间轮6225、中间轴6226、第二中间轮6227及第二从动轮6228，第二电机6221横置于基座610内的后侧，第二转轴6223通过轴承轴向横置且可转动设于隔板611上，第二传动杆6222设于第二电机6221与第二转轴6223之间，第二传动杆6222的后端通过万向接头与第二电机6221的电机轴铰接、前端通过万向接头与第二转轴6223的后端铰接，第二主动轮6224套设于第二转轴6223的前端。中间轴6226通过轴承可转动插设于凸圈321处，中间轴6226与第二转轴6223垂直设置且伸入一级作业头630中，第一中间轮6225套设于中间轴6226的上部且位于基座610中，第一中间轮6225与第一主动轮6214啮合且垂直分布。第二中间轮6227套设于中间轴6226的下部且位于一级作业头630中，第二从动轮6228套设于筒体641上且位于一级作业头630中，中间轴6226与筒体641垂直分布，第二中间轮6227与第二从动轮6228啮合且垂直分布。第二电机6221工作时，通过第二传动杆6222驱动第二转轴6223转动，第二转轴6223通过第二主动轮6224、第一中间轮6225、中间轴6226、第二中间轮6227、第二从动轮6228及筒体641带动二级作业头640竖向转动。

结合图13，第三驱动组件623包括第三电机6231、第三传动杆6232、第三转轴6233、第三主动轮6234、第一传动轴6235、第一传动轮6236a、第二传动轮6236b、第三传动轮6236c、第四传动轮6236d、第二传动轴6237及第三从动轮6238，第三电机6231横置于基座610内的后侧，第三转轴6233横置且通过轴承可转动设于隔板611上，第三传动杆6232设于第三转轴6233与第三电机6231之间，第三传动杆6232的后端通过万向接头与第三电机6231的电机轴铰接、前端通过万向接头与第三转轴6233铰接，第三主动轮6234套设于第三转轴6233的前端。第一传动轴6235通过轴承可转动插设于凸圈631处，第一传动轴6235与第三转轴6233垂直分布，第二传动轴6237通过轴承可转动设于筒体641处且伸出筒体641，第二传动轴6237与第一传动轴6235垂直分布，且第二传动轴6237与作业轴650垂直分布。第一传动轮6236a套设于第一传动轴6235的下部且位于基座610中，第一传动轮6236a与第一主动轮6214啮合且垂直分布。第二传动轮6236b套设于第二传动轴6237的上部且位于一级作业头630中，第三传动轮6236c套设于第二传动轴6237的后端且位于一级作业头630中，第三传动轮6236c与第二传动轮6236b啮合且垂直分布。第四传动轮6236d套设于第二传动轴6237的前端且设于二级作业头640中，第三从动轮套设于作业轴650的上部，第三从动轮6238与第四传动轮6236d啮合且垂直分布。第三电机6231工作时，通过第三传动杆6232驱动第三转轴6233转动，第三转轴6233通过第一主动轮6214、第一传动轮6236a、第一传动轴6235、第二传动轮6236b、第三传动轮6236c、第二传动轴6237、第四传动轮6236d及第三从动轮6238带动作业轴650转动。

本实施例中，驱动机构620的三个电机上下并排分布，三个传动杆也相应上下分布于基座610内，三个转轴上下分布于隔板611上。为了实现智能化操作，基座610内设有用于接收工作指令的无线接收器660，驱动机构620信号连接于无线接收器660，无线接收器660接收到工作指令后命令相应电机工作，执行相应操作。基座610内还设有向驱动机构620的各电机供电的电池670，有助于简化操作装置的接电线路。基座610、一级作业头及二级作业头采用高强度的绝缘材料制成。

结合图14，作业装置600的基座610上设有供作业臂300的端部***的大孔，作业臂300的端部设有法兰圈320，法兰圈320上设有多个沿周向间隔分布的小孔，基座610上设置与小孔对应的螺孔。组装时，作业臂300的端部***基座610上的大孔中，用于固定作业臂300与基座610的螺钉穿经法兰圈320上的小孔并拧紧于基座610上的螺孔中，实现作业装置600与作业臂300之间的固定连接。

结合图15，与作业轴650配合的作业工具包括柔性抓手810、万能套筒820、电工剪刀830、剥线器840等常用的电力作业工具，作业轴650通过柔性抓手810可以实现抓取带电构件等动作，作业轴650通过万能套筒820可以实现拧转螺栓等动作，作业轴650通过电工剪刀830可以剪断缠绕在架空线缆上的丝状物、导线外皮开口等，作业轴650通过剥线器840可以实现导线剥皮等动作，作业人员可以根据具体的作业需求手动更换或者通过机器自动更换作业工具，各作业工具与作业轴650之间优选采用便于拆装的插接式结构实现可拆卸连接。

结合图16a、图16b及图16c，图16a是一级作业头630未相对于基座610发生偏转时的示意图，基座610内的第一驱动组件621可以驱动一级作业头630在图16b及图16c所示的两个极限位置之间进行水平转动。本实施例中，图16b及图16c所示的两个极限位置之间的水平夹角优选为180°，即一级作业头630的水平转动角度范围为180°，一级作业头630在图16a与图16b所示两个位置之间的转动角度为90°，在图16a与图16c所示两个位置之间的转动角度也为90°。

结合图17a、图17b、图17c及图17d，一级作业头630未转动状态下，二级作业头640相对于一级作业头630可竖向转动360°。

结合图18，雷达模块920包括三维激光雷达单元921与面阵激光雷达单元922，三维激光雷达单元921可以进行旋转采样而获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系初步数据，面阵激光雷达单元922可以进行全固态面阵三维成像，获取目标作业点所在作业环境三维坐标系具体数据。

为了实现标注目的，标注模块930包括激光发射单元931、激光接收单元932、光电处理单元933及操作单元934，激光发射单元931与操作单元934设于操作杆250上，激光接收单元932与光电处理单元933设于作业臂300上。本实施例中，激光发射单元931与操作单元934集成并设置在控制器270内，激光接收单元932与光电处理单元933集成并设置在支座237上，激光发射单元931、激光接收单元932均与操作单元934无线通信连接，作业人员可以通过控制器270操作标注模块930。激光发射单元931包括激光瞄准发射单元及制导激光发射单元，标注时两者的发射方向指向同一焦点。标注时，作业人员手持操作杆250，通过控制器270打开激光发射单元931，其中，激光瞄准发射单元发出可见光供作业人员进行参考，制导激光发射单元发出激光光波，激光光波照射到目标作业点上并反射，激光接收单元932将接收到的激光光波传送给光电处理单元933，光电处理单元933进行光电处理获得目标作业点的坐标点并将坐标点标注到目标作业点所在环境的三维坐标系中，标记成功后可以以闪光信号通过工作斗410内的作业人员。

采用不同作业工具进行不同作业项目时对作业装置600的位置要求有所不同，故对调节装置200的运动要求也有所不同，可以将不同作业工具进行不同带电作业的工作程序作为预设作业执行指令预先写入处理器910中，进行作业时，作业人员可以通过处理器910或遥控模块960或控制器270输入与预设作业执行指令对应的作业编号，计算模块940可以根据目标作业点的坐标点及与作业编号对应的预设作业执行指令计算调节装置200的运动路径，并根据运动路径生成运动指令，计算模块940将该运动指令通过无线通信模块950发送给调节装置中对应的无线接收单元，无线接收单元接收到运动指令后将其传送给对应的气缸或电机等动力件，动力件运动执行运动指令，使调节装置200可以通过作业臂300带动作业装置600和作业工具移动至与目标作业点对应的位置，便于作业装置带动作业工具开展带电作业。

遥控模块960上设有遥控按键961，***进行作业时，地面作业人员可以通过遥控模块960控制作业设备，如在出现故障等情况下控制调整装置200中动力件的启停、作业装置600中各驱动电机的启停等。

为了便于地面作业人员获知具体的作业情况，控制设备900还设有还包括摄像模块970和显示屏962，摄像模块970设于作业臂300上，显示屏962设于遥控模块960上，摄像模块970实时拍摄作业装置600带动作业工具在目标作业点进行作业的过程并将拍摄画面通过无线通信模块950发送给遥控模块960并显示于显示屏962上。本实施例中，摄像模块970采用全彩摄像头，摄像模块970优选设于作业装置600的基座610上并利用电池670进行供电。

为了防止调节装置200在运动过程中与其他物体发生碰撞，控制设备900还包括防碰撞模块980，防碰撞模块980包括多个分布于调节装置200上的检测单元981，处理器910根据检测单元981反馈的信号判断调节装置200是否会发生碰撞并控制调节装置200的移动幅度。本实施例中，调节装置200的几个运动机构上均设有检测单元981，检测单元981可以采用电容感应型、超声波感应型、电磁波感应型、红外感应型等合适的传感器，也可以同时组合配置成可检测生物体表面电荷的传感器。调节装置200运动时，红外传感器将感应信号发送给处理器910，处理器910根据红外传感器反馈的感应信号判断调节装置200的相关构件与其他物体之间的实际距离是否达到预设的安全距离，当实际距离达到预设安全距离时，处理器910作出使该运动机构的动力件停止运动的停止信号，处理器910将停止信号通过无线通信模块950发送给相关的动力件，该动力件接收到停止信号后停止运行，一方面可以进行障碍物规避，另一方面也可以检知作业人员，防止调节装置200失控伤及工作斗内的作业人员，提高作业的安全性。同时，处理器910可以发出声电提醒信号，提醒作业人员调节装置200因可能发生碰撞而停止运行，以便作业人员及时作出处理，如采取清理障碍后继续作业、通过操作杆250手动移动作业臂300将作业装置600和作业工具移动至目标作业点处等措施。

本实施例还提供了一种上述配网带电作业机器人***的作业方法，包括以下步骤，

S100、雷达模块920对作业环境进行扫描获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系；

S200、利用标注模块930在步骤S100获取的三维坐标系中标注目标作业点；

S300、计算模块940根据步骤S200中的目标作业点及具体作业项目指令计算作业设备中调节装置200的运动路径并生成运动指令；

S400、处理器910将步骤S300的运动指令通过无线通信模块950发送给调节装置200，调节装置200接收到运动指令后通过作业臂300将作业装置600移动至目标作业点；

S500、处理器910根据输入的目标作业动作将对应的预设作业执行指令通过无线通信模块950发送给作业装置600，作业装置600根据预设作业执行指令带动作业工具完成目标作业动作。

其中，步骤S100包括以下步骤，

S110、三维激光雷达单元921进行旋转采样，获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系初步数据；

S120、面阵激光雷达单元922进行全固态面阵三维成像，获取目标作业点所在作业环境三维坐标系具体数据。

步骤S200中，光电处理单元933对激光接收单元932接收到的激光发射单元931照射到目标作业点反射的激光光波进行光电处理获得目标作业点的坐标点，并将坐标点标注在步骤S100获取的三维坐标系中。

步骤S400中，调节装置200移动过程中，检测单元981将感应信号反馈给处理器910，处理器910根据检测单元981反馈的信号判断调节装置200是否会发生碰撞并控制调节装置200的移动幅度。当实际距离达到预设安全距离时，处理器910作出使该运动机构的动力件停止运动的停止信号，处理器910将停止信号通过无线通信模块950发送给相关的动力件，该动力件接收到停止信号后停止运行，避免与其他物体发生碰撞。同时，处理器910发出提醒信号，提醒作业人员调节装置200停止运行，作业人员可以据此及时作出处理，如采取清理障碍后继续作业、通过操作杆250手动移动作业臂300将作业装置600和作业工具移动至目标作业点处等措施。

步骤S500中，摄像模块970实时拍摄作业装置600带动作业工具在目标作业点进行作业的过程并将拍摄画面通过无线通信模块950发送给遥控模块960并显示于显示屏962上，地面作业人员可以观察显示屏962及时获知具体的作业情况，以便在出现故障时及时作出调整。

结合图19，工作时，通过伸缩臂100将工作斗410和调节装置200上升至工作位置，然后进行作业步骤，可以将作业工具预先安装在作业轴上，也可以在作业过程中更换作业工具。

结合图20，工作完成后，调节装置200的部分构件、作业臂300及作业装置600可收容于工作斗410中，大大减小***整体的收纳体积。为了便于将调节装置200收纳与工作斗410中，可在工作斗410的侧壁上设置沿竖向延伸且用于供水平旋转机构220滑入的避让槽。当然，也可以在工作斗410的外部设置一个收容筐，工作结束后，调节装置200、作业臂300及作业装置600可以收容于该收容筐中。通过收纳使***整体在作业结束后可以进行紧凑的收纳，使***不会超出作业车辆710的长宽高，保证***在作业车辆710行驶和停放时的安全性。另外，起吊装置500在***处于收纳状态时可以单独工作，有利于合理拓展***的作业项目。

调节装置采用两级升降机构，有利于合理扩大调整装置带动作业臂移动的范围，从而有利于提高设备的作业高度范围，能更好的满足配网带电作业要求。

为了使***满足安全要求，调节装置中的伸缩臂100、一级升降轴214、旋转臂221、二级升降轴233、支撑臂241等承力构件采用金属材料制成，使其满足强度要求。其他非承力构件采用高强度绝缘材料制成，耐压能力在35kV以上，并且具备足够的机械强度进行动力传输。金属材料构件与绝缘材料构件间隔交互设置，形成一种组合绝缘的动力传输链，使工作斗410内的作业人员处于一个中间电位的绝缘状态，从而使作业人员能安全的进行带电工作。

可以理解的是，限位块2212与限位槽2241的设置位置可以互换。

可以理解的是，第一无线接收单元215及第一电池单元216也可以设于其他合适位置处。

可以理解的是，第二无线接收单元226及第二电池单元227也可以设于其他合适位置处。

可以理解的是，第三无线接收单元234及第三电池单元235也可以设于其他合适位置处。

可以理解的是，第四无线接收单元245及第四电池单元246也可以设于其他合适位置处。

可以理解的是，一级作业头630的水平转动角度范围也可以设置为185°、190°、195°、200°、205°、210°、215°、225°等其他合理的角度范围。

可以理解的是，二级作业头640相对于一级作业头630竖向转动的角度范围也可以设置成240°、260°、280°、300°、320°、340°、350°等其他合理的角度范围。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (10)

1.一种配网带电作业机器人***，包括作业设备和控制设备，其特征在于，

所述作业设备包括伸缩臂、由伸缩臂带动升降的调节装置、由调节装置带动移动的作业臂、由作业臂带动移动的作业装置及由作业装置带动运动的作业工具，

所述控制设备包括处理器、雷达模块、标注模块、计算模块、无线通信模块及遥控模块，雷达模块、标注模块、计算模块、无线通信模块及遥控模块均信号连接于处理器。

2.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人***，其特征在于，所述雷达模块包括三维激光雷达单元与面阵激光雷达单元。

3.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人***，其特征在于，所述作业设备包括连接于作业臂且可带动作业臂平移的操作杆，标注模块包括激光发射单元、激光接收单元、光电处理单元及操作单元，激光发射单元与操作单元设于操作杆上，激光接收单元与光电处理单元设于作业臂上。

4.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人***，其特征在于，所述控制设备还包括防碰撞模块，防碰撞模块包括多个分布于调节装置上的检测单元。

5.作业方法，应用于权利要求1所述的配网带电作业机器人***，其特征在于，包括以下步骤，

S100、雷达模块对作业环境进行扫描获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系；

S200、利用标注模块在步骤S100获取的三维坐标系中标注目标作业点；

S300、计算模块根据步骤S200中的目标作业点及具体作业项目指令计算作业设备中调节装置的运动路径并生成运动指令；

S400、处理器将步骤S300的运动指令通过无线通信模块发送给调节装置，调节装置接收到运动指令后通过作业臂将作业装置移动至目标作业点；

S500、处理器根据输入的目标作业动作将对应的预设作业执行指令通过无线通信模块发送给作业装置，作业装置根据预设作业执行指令带动作业工具完成目标作业动作。

6.根据权利要求5所述的作业方法，其特征在于，所述雷达模块包括三维激光雷达单元和面阵激光雷达单元，步骤S100包括，

S110、三维激光雷达单元进行旋转采样，获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系初步数据；

S120、面阵激光雷达单元进行全固态面阵三维成像，获取目标作业点所在作业环境三维坐标系具体数据。

7.根据权利要求5所述的作业方法，其特征在于，所述标注模块包括激光发射单元、激光接收单元及光电处理单元，光电处理单元对激光接收单元接收到的激光发射单元照射到目标作业点反射的激光光波进行光电处理获得目标作业点的坐标点，并将坐标点标注在步骤S100获取的三维坐标系中。

8.根据权利要求5所述的作业方法，其特征在于，所述作业设备包括连接于作业臂且可带动作业臂平移的操作杆，操作杆在调节装置故障时可以根据目标作业点进行人工引导定位。

9.根据权利要求5所述的作业方法，其特征在于，所述控制设备包括防碰撞模块，防碰撞模块包括多个分布于调节装置上的检测单元，处理器根据检测单元反馈的信号判断调节装置是否会发生碰撞并控制调节装置的移动幅度。

10.根据权利要求5-9任意一项所述的作业方法，其特征在于，所述控制设备还包括摄像模块和显示屏，摄像模块设于作业臂上，显示屏设于遥控模块上，摄像模块实时拍摄作业装置带动作业工具在目标作业点进行作业的过程并将拍摄画面通过无线通信模块发送给遥控模块并显示于显示屏上。

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