一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人技术方案

本发明专利技术公开了一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人，包括工作台、立柱、横杆、在横杆的两端对称设置的第一机械手臂和第二机械手臂、伸缩杆、以及双目视觉摄像头，其中，第一机械手臂包括肩关节、大臂、肘关节、腕关节、机械臂端快换接头、以及多个快换作业工具，肩关节由两个关节电机构成，肘关节由一个关节电机构成，腕关节由三个关节电机构成，第一和第二机械手臂二者的第一关节电机的转动中心轴线呈八字型布置，快换作业工具包括依次连接的工具端快换接头、快换架、绝缘安装座、以及作业工具。本配网带电作业机器人能够适应配网带电作业要求，具有小型化、轻量化和标准接口等特点，能够实现作业工具的自动快速更换。

A live working robot with automatic quick change tool system for distribution network

The invention discloses a distribution network live working robot with an automatic quick change working tool system, which comprises a workbench, a column, a crossbar, a first mechanical arm and a second mechanical arm symmetrically arranged at both ends of the crossbar, an extension rod, and a binocular vision camera, wherein the first mechanical arm comprises a shoulder joint, a large arm, an elbow joint, a wrist joint, and a quick change joint at the end of the mechanical arm , and a plurality of quick change operation tools, the shoulder joint is composed of two joint motors, the elbow joint is composed of one joint motor, the wrist joint is composed of three joint motors, the rotation center axis of the first joint motor of the first and the second mechanical arm are arranged in an octave shape, the quick change operation tools include the successively connected tool end quick change connector, quick change frame, insulation installation base, and Work tools. The live working robot can meet the requirements of live working in distribution network, has the characteristics of miniaturization, lightweight and standard interface, and can realize the automatic and rapid replacement of working tools.

【技术实现步骤摘要】
一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人
本专利技术属于电力机器人领域，尤其涉及一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人。
技术介绍
为了提高带电作业的安全性，减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对操作人员的人身威胁，各个国家都有相应的研究。提高带电作业机器人的自动化水平是工业发展的方向，从80年代起许多国家都先后开展了带电作业机器人的研究，如日本、西班牙、美国、加拿大、法国等国家先后开展了对带电作业机器人的研究。20世纪80年代日本九州电力公司分别于1990年、1996年、2001年成功研制了Phase—Ⅰ、Phase—Ⅱ、Phase—Ⅲ机器人。加拿大的马尼托巴大学研制了一种在地面遥控操作的液压机械手，携带末端装置进行绝缘子的拆装这类机械装置利用绝缘斗臂车载平台携带智能化自动工具进行带电作业操作，主要针对线路架设高度较低、电压等级较低的配电领域。我国也在开始进行带电作业机器人的研究。山东电力科学研究院于2003年完成了自主知识产权的带电检修机器人样机研制，具有线路的带电切断、接引、绝缘子带电更换等功能，2011年研发了具有实用能力的山西长治10kV带电检修机器人。近些年在工具的研发方面，取得了很大的进展，例如自动接火工具、剥皮工具、遥控断线钳、遥控电动扳手等，但配网带电作业机器人的作业工具更换仍为手工辅助完成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人，以满足多项任务的带电作业要求，并实现作业工具的自动快速更换。为此，本专利技术提供了一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人，其特征在于，包括工作台、置于工作台上的立柱、位于立柱顶部的横杆、在横杆的两端对称设置的第一机械手臂和第二机械手臂、伸缩杆、以及双目视觉摄像头，所述第一机械手臂包括肩关节、大臂、肘关节、腕关节、机械臂端快换接头、以及多个快换作业工具，所述肩关节由第一关节电机和第二关节电机构成，所述肘关节由第三关节电机构成，所述腕关节由第四关节电机、第五关节电机、第六关节电机构成，所述第一机械手臂和第二机械手臂二者的第一关节电机的转动中心轴线呈八字型布置，所述快换作业工具包括依次连接的工具端快换接头、快换架、绝缘安装座、以及作业工具，其中，各所述快换作业工具的工具段快换接头和快换架具有相同的结构尺寸。进一步地，上述作业工具库包括至少一个工具库架和设置在工具库架两侧的多个工具托架，其中，所述快换作业工具通过快换架在工具托架上。进一步地，上述作业工具库安装于工作台的前侧，并且其位置与所述工作台齐平或低于工作台。进一步地，上述各所述工具库架承载一个或一个以上的带电作业任务所需类型的快换工具装置。进一步地，上述作业工具有两种，一种是自带电池的电动工具，另一种是气动工具。进一步地，上述伸缩杆位于立柱的后方，其顶部设有所述双目视觉摄像头，用于对视野范围内的第一机械手臂和第二机械手臂的位置进行监视。本配网带电作业机器人能够适应配网带电作业要求，具有小型化、轻量化和标准接口等特点，能够实现作业工具的自动快速更换。可有效减轻现场人员遥操作难度，增强机器人自动作业能力。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术的配网带电作业机器人的结构示意图；图2示出了连接在机械手臂上的夹手工具的结构示意图；图3是根据本专利技术的可快速自动更换作业工具库的快换工具的结构示意图；图4示出了气动快换装置的结构示意图；图5示出了根据本专利技术的作业工具库的结构示意图；图6示出了根据本专利技术的作业工具库的工具托板的结构示意图；图7示出了根据本专利技术的自动快速更更换作业工具库的实验现场的示意图；以及图8示出了根据本专利技术的配网带电作业机器人在实验室内进行带电作业实验的示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1至图8示出了根据本专利技术的一些实施例。带电作业包括带电断线、带电接线、带电更换避雷器、带电更换隔离开关、装拆线路故障指示器或验电接地线夹、带电更换跌落式熔断器、带电更换警示牌或绝缘护管、清洗清障等。机器人在执行某项带电作业任务时，往往需要多种作业工具，这就需要在作业过程中更换工具。另外，机器人也可能要同时执行多项任务，实现机器人更换工具的自动化。为满足多项任务的带电作业要求，我们设计了专用于配网带电作业的机器人。如图1所示，该配网带电作业机器人包括工作台1、置于工作台1上的立柱2、位于立柱2顶部的横杆3、在横杆3的两端对称设置的第一机械手臂和第二机械手臂、伸缩杆9、以及双目视觉摄像头10。上述伸缩杆9位于立柱2的后方，其顶部设有双目视觉摄像头10，用于对视野范围内的第一机械手臂和第二机械手臂的位置进行监视。上述工作台内置放电池模块、控制模块、通讯模块等电气模块，工作时工作台置于斗臂车的斗臂上，可由地面人员遥控操作。上述第一机械手臂包括肩关节4、大臂5、肘关节6、腕关节7、以及自动快换作业工具系统。其中，肩关节4由第一关节电机41和第二关节电机42构成，其中，第一关节电机的中心定子连接至横杆3上，第一关节电机的转子外壳与第二关节电机的中心定子连接，大臂竖直安装在第二关节电机的转子外壳的壳壁上。其中，第一机械手臂和第二机械手臂二者的第一关节电机的转动中心轴线(即中心转子的中心轴线)呈八字型布置并且各中心转子呈倾斜朝下的姿态布置。肘关节6由第三关节电机构成，实现小臂7和大臂4二者之间的夹角调整。其中，大臂4的下端竖直安装在第三关节电机的转子外壳的壳壁上，小臂7的上端与第三关节电机的中子转子连接。腕关节8由第四关节电机81、第五关节电机82和第六关节电机83构成。其中，小臂7与第四关节电机的转子外壳连接，该第四关节电机81的中心定子与第五关节电机82的转子外壳连接、第五关节电机82的中心定子与第六关节电机83的转子外壳连接，第六关节电机的中心定子上安装有机械臂端快换接头。在本配网带电作业的机器人中，第一和第二机械手臂采用手臂仿生设计，第一机械手臂和第二机械手臂呈八字形配合，实现对操作人员双臂的动作模拟，经过实验验证，可满足大多数的带电作业场合的工作要求。结合参照图3至图8，上述自动快换作业工具系统主要由快换工具装置与作业工具库构成。本作业工具系统通过设计标准机械和电气接口，将剥皮器、断线钳等作业工具固定其上，便于机械手臂准确定位工具位置并通过快换装置更换相应工具。如图2所示，快换工具装置20由快换作业工具21和机械臂端快换接头22组合而成，如图4所示，机械臂端快换接头22与快换作业工具21的工具端快换接头211二者构成快换装置，通过锁紧机构连接，当两端通过定位闭合后，锁紧机构实现两者的紧固连接。上述机械臂端快换接头22通过一个法兰盘与机械手臂连接，快换作业工具可以有多个，每一个与一种作业工具固定连接。对于具体的每个作业工具，我们给它们分配不同的ID，可通过蓝牙，WiFi等无线驱动方式进行控制。在工具设计时，连接段(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人，其特征在于，包括工作台、置于工作台上的立柱、位于立柱顶部的横杆、在横杆的两端对称设置的第一机械手臂和第二机械手臂、伸缩杆、以及双目视觉摄像头，所述第一机械手臂包括肩关节、大臂、肘关节、腕关节、机械臂端快换接头、以及多个快换作业工具，所述肩关节由第一关节电机和第二关节电机构成，所述肘关节由第三关节电机构成，所述腕关节由第四关节电机、第五关节电机、第六关节电机构成，所述第一机械手臂和第二机械手臂二者的第一关节电机的转动中心轴线呈八字型布置，所述快换作业工具包括依次连接的工具端快换接头、快换架、绝缘安装座、以及作业工具，其中，各所述快换作业工具的工具段快换接头和快换架具有相同的结构尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人，其特征在于，包括工作台、置于工作台上的立柱、位于立柱顶部的横杆、在横杆的两端对称设置的第一机械手臂和第二机械手臂、伸缩杆、以及双目视觉摄像头，所述第一机械手臂包括肩关节、大臂、肘关节、腕关节、机械臂端快换接头、以及多个快换作业工具，所述肩关节由第一关节电机和第二关节电机构成，所述肘关节由第三关节电机构成，所述腕关节由第四关节电机、第五关节电机、第六关节电机构成，所述第一机械手臂和第二机械手臂二者的第一关节电机的转动中心轴线呈八字型布置，所述快换作业工具包括依次连接的工具端快换接头、快换架、绝缘安装座、以及作业工具，其中，各所述快换作业工具的工具段快换接头和快换架具有相同的结构尺寸。2.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩先国，顾永刚，王吉文，唐旭明，吴少雷，庄智，武文峰，夏炜，董二宝，王亚豪，许旻，冯玉，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司淮南供电公司，中国科学技术大学，国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34