一种用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统及操作方法与流程

1.本发明涉及电气开关柜检测的技术领域，更具体地，涉及一种用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统及操作方法。


背景技术：

2.高低压开关柜是电力系统中的重要部分，主要用于进行电能分配、控制、计量以及连接线缆的配电，起着控制和保护用电设备的重要作用，广泛应用于供配电、生产制造、居民生活等方方面面，对电力系统的可靠运行有着极为重要的意义。
3.目前而言，开关柜在生产过程中，受生产环境、设备、人员等诸多因素的影响，容易出现不可控的质量缺陷，而缺陷的产生不仅影响着开关柜本身的功能作用，更对整个电力系统的可靠运行埋下隐患，严重时甚至造成严重事故，威胁人民的生命和财产安全。
4.在开关柜出厂前对其进行全面的检测具有重要的意义，目前公开的一种车载开关柜自动检测的机器人系统，提供了一种开关柜出厂后的自动检测系统和方法，很好的提高了开关柜检测的效率和可靠性，但用于开关柜出厂自动检验时，受检测条件和场地的限制，需要布置两套机器人系统才能满足开关柜柜门自动开关的要求，不仅使得检测成本增加、占用了场地空间，还增加检测装置的故障点和维护成本，无法满足高效、节能、环保等要求；因此，提供一种新的用于开关柜出厂检测时自动操作开关柜门的桁架机器人系统及操作方法具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明为克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统，节省了对检测空间的占用，降低了检测成本的投入，更进一步的提高了可适用的开关柜检测类型和范围；
6.本发明的另一目的在于提供一种用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统的操作方法。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
8.一种用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统，包括桁架支撑结构、第一轨道梁系统、第二轨道梁系统、第三轨道梁系统、作业机器人；桁架支撑结构上端安装有第一轨道梁系统，第一轨道梁系统上安装有第二轨道梁系统，第二轨道梁系统上安装有第三轨道梁系统，第三轨道梁系统上安装有作业机器人；
9.所述第一轨道梁系统、第二轨道梁系统、第三轨道梁系统由轨道梁组件构成，所述轨道梁组件包括轨道梁、滑动轨道、滑块组、端盖、传动轮、同步轮、传动皮带、减速箱、电机、安装底座；所述轨道梁顶面有滑动轨道，滑动轨道上咬合有滑块组，滑块组有两块滑块，轨道梁两端安装有端盖，端盖由四块端板组成，端盖的侧面两端板开有圆孔，中间两端板开有凹槽，两端盖的侧面两端板圆孔中分别安装传动轮和同步轮，中间两端板凹槽中传动轮与同步轮通过环形传动皮带连接，且传动皮带与滑动轨道平行，传动轮的传动侧安装有减速
箱，减速箱的动力侧安装有电机；轨道梁两端底面连接有安装底座；
10.桁架支撑结构有四根立柱，立柱底部有底座，立柱顶端安装有两根横梁、两根纵梁，每根立柱上有两根斜支撑连接横梁和纵梁；
11.第一轨道梁系统的安装底座与桁架支撑结构四根立柱顶面连接，且第一轨道梁系统的轨道梁与桁架支撑结构的两根横梁平行；第二轨道梁系统的安装底座安装在第一轨道梁系统的滑块组顶面上，且第二轨道梁系统的轨道梁与第一轨道梁系统的轨道梁垂直；第三轨道梁系统的安装底座安装在第二轨道梁系统的滑块组顶面，第三轨道梁系统通过其安装底座安装在第二轨道梁系统的轨道梁的任一侧面上，且与第一轨道梁系统、第二轨道梁系统构成的平面垂直；
12.作业机器人包括机器人安装底座、机械臂、真空吸盘装置；机器人安装底座安装在第三轨道梁系统的滑块组顶面上，作业机器人通过机器人安装底座安装在第三轨道梁系统的轨道梁背面，机器人安装底座上安装有作业机器人的机械臂，机械臂末端有真空吸盘装置。
13.优选地，所述桁架支撑结构的横梁中间有至少一块支撑垫板，横梁上方第一轨道梁系统的轨道梁底面对应位置有相同的支撑垫板，两支撑垫板中间安装有支撑立柱。
14.优选地，所述第三轨道梁系统的安装底座与机器人安装底座为空心的立方体结构，中心线分别与第二轨道梁系统、第三轨道梁系统的轨道梁重合。
15.优选地，所述第二轨道梁系统、第三轨道梁系统的安装底座及机器人安装底座上有连接板，连接板上有皮带压紧机构，所述皮带压紧机构压紧传动皮带。
16.优选地，所述第一轨道梁系统、第二轨道梁系统、第三轨道梁系统的轨道梁上设有拖链电缆槽，所述拖链电缆槽内放置有拖链电缆，所述拖链电缆一端与电机或机械臂电连接，另一端接外部控制系统或供电系统。
17.优选地，所述作业机器人的真空吸盘装置包括组合支架、伸缩杆、真空吸盘；组合支架有立柱与机械臂连接，组合支架上均匀安装有至少三根伸缩杆，伸缩杆的前端安装有真空吸盘，真空吸盘通过气管连接有真空泵。
18.优选地，所述轨道梁组件的电机有控制系统，控制系统设置有软行程开关，第一轨道梁系统的两台电机的软行程开关有同步动作互联。
19.优选地，所述第二轨道梁系统的轨道梁上有角度检测装置，当第二轨道梁系统与第一轨道梁系统垂直度偏差达到预定值时，进入自动纠偏模式。
20.一种用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统的自动纠偏模式，包括以下步骤：
21.s9.1：角度检测装置检测垂直度偏差达到预定值时，发出反馈信号；
22.s9.2：控制系统完成当前作业后停止作业，回到初始状态；
23.s9.3：启动自动纠偏模式，解除第一轨道梁系统两台电机软行程开关的同步动作互联；
24.s9.4：第一轨道梁系统两台电机启动低速模式，第一台电机运动到软行程开关限位点，电机制动，第二台电机继续运动到软行程开关限位点，电机制动；
25.s9.5：再次获取角度检测装置检测垂直度偏差，完成自动纠偏。
26.一种所述用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统的操作方法，包括如下步骤：
27.s10.1：开关柜到达工作位，桁架机器人系统启动；
28.s10.2：第一轨道梁系统、第二轨道梁系统、第三轨道梁系统的电机启动，作业机器人运动到第一工作位；
29.s10.3：作业机器人按预定轨迹伸展机械臂，将机械臂末端的真空吸盘装置运动到工作位，吸附开关柜柜门；
30.s10.4：机械臂动作，通过作业机器人姿态变化控制柜门打开或关闭；
31.s10.5：作业机器人松开柜门，机械臂收缩为初始形态；
32.s10.6：第一轨道梁系统、第二轨道梁系统、第三轨道梁系统的电机启动，作业机器人运动到第二工作位；
33.s10.7：重复s3～s5步骤，控制开关柜的另一柜门的打开或关闭；
34.s10.8：结束作业，桁架机器人系统回到起始状态。
35.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
36.本发明通过三维的立体轨道系统，为操作端作业机器人提供覆盖作业范围内全方位的作业平台，根据检测时开关柜的规格型号，驱动作业机器人运动到指定工位；又通过作业机器人可多维运动的机械臂实现末端真空吸盘装置的运动就位和自动开关柜门的动作；大大提高了开关柜柜门开关柜门的效率，节省了对检测空间的占用，降低了检测成本的投入，更进一步的提高了可适用的开关柜检测类型和范围。
附图说明
37.图1为用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统的结构示意图。
38.图2为轨道梁组件的结构示意图。
39.图3为作业机器人的结构示意图。
40.图4为作业机器人真空吸盘装置局部放大图。
41.图5为一种用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统的操作方法的流程图。
42.其中：1、桁架支撑结构；2、第一轨道梁系统；3、第二轨道梁系统；4、第三轨道梁系统；5、作业机器人；501、机器人安装底座；502、机械臂；503真空吸盘装置；5031、组合支架；5032、伸缩杆；5033、真空吸盘；6、轨道梁组件；601、轨道梁；602、滑动轨道；603、滑块组；604、端盖；605、传动轮；606、同步轮；607、传动皮带；608、减速箱；609、电机；610、安装底座；7、连接板；701、皮带压紧机构。
具体实施方式
43.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
44.实施例1
45.如图1所示一种用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统，包括桁架支撑结构1、第一轨道梁系统2、第二轨道梁系统3、第三轨道梁系统4、作业机器人5；桁架支撑结构1上端安装有第一轨道梁系统2，第一轨道梁系统2上安装有第二轨道梁系统3，第二轨道梁系统3上安装有第三轨道梁系统4，第三轨道梁系统4上安装有作业机器人5；
46.第一轨道梁系统2、第二轨道梁系统3、第三轨道梁系统4由轨道梁组件6构成；如图2所示，轨道梁组件6包括轨道梁601、滑动轨道602、滑块组603、端盖604、传动轮605、同步轮606、传动皮带607、减速箱608、电机609、安装底座610；轨道梁601顶面有滑动轨道602，滑动轨道602上咬合有滑块组603，滑块组603有两块滑块，轨道梁601两端安装有端盖604，端盖604由四块端板组成，端盖604的侧面两端板开有圆孔，中间两端板开有凹槽，两端盖的侧面两端板圆孔中分别安装传动轮605和同步轮606，中间两端板凹槽中传动轮605与同步轮606通过环形传动皮带607连接，且传动皮带607与滑动轨道602平行，传动轮605的传动侧安装有减速箱608，减速箱608的动力侧安装有电机609；轨道梁601两端底面连接有安装底座610；
47.桁架支撑结构1有四根立柱，立柱底部有底座，立柱顶端安装有两根横梁、两根纵梁，每根立柱上有两根斜支撑连接横梁和纵梁；
48.第一轨道梁系统2的安装底座与桁架支撑结构四根立柱顶面连接，且第一轨道梁系统2的轨道梁与桁架支撑结构1的两根横梁平行；第二轨道梁系统3的安装底座安装在第一轨道梁系统2的滑块组顶面上，且第二轨道梁系统3的轨道梁与第一轨道梁系统2的轨道梁垂直；第三轨道梁系统4的安装底座安装在第二轨道梁系统3的滑块组顶面，第三轨道梁系统4通过其安装底座安装在第二轨道梁系统3的轨道梁的任一侧面上，且与第一轨道梁系统2、第二轨道梁系统3构成的平面垂直；
49.作业机器人5包括机器人安装底座501、机械臂502、真空吸盘装置503；机器人安装底座501安装在第三轨道梁系统4的滑块组顶面上，作业机器人5通过机器人安装底座501安装在第三轨道梁系统4的轨道梁背面，机器人安装底座501上安装有作业机器人5的机械臂502，机械臂502末端有真空吸盘装置503。
50.需要说明的是，桁架支撑结构1为立方体框架结构，构筑了桁架机器人系统的作业空间；第一轨道梁系统2、第二轨道梁系统3、第三轨道梁系统4组合形成桁架机器人系统的三维坐标体系，通过虚拟坐标定位设定第一轨道梁系统2、第二轨道梁系统3、第三轨道梁系统4的运动顺序和轨迹，使之满足各种开关柜的检测需要。
51.桁架支撑结构1的横梁中间有至少一块支撑垫板，横梁上方第一轨道梁系统2的轨道梁底面对应位置有相同的支撑垫板，两支撑垫板中间安装有支撑立柱。
52.需要说明的是，支撑立柱用于辅助支撑第一轨道梁系统2，支撑立柱的数量至少为一，且根据第一轨道梁系统2的载荷量、跨距情况合理增加，支撑立柱能够降低第一轨道梁系统2的轨道梁中间部位受力变形，用于提高轨道梁的稳定性，增加轨道梁的使用寿命。
53.如图3所示，第三轨道梁系统4的安装底座与机器人安装底座501，为空心的立方体结构，中心线分别与第二轨道梁系统3、第三轨道梁系统4的轨道梁重合。
54.需要说明的是，上述空心的立方体结构安装底座，通过立方体内表面与滑动轨道上面的滑块组连接，立方体结构安装底座为确保稳定，至少设置有两条滑动轨道，每组滑块至少有两个滑块，不同轨道的滑块组相对位置一致；同时滑块组与滑动轨道之间连接方式采用咬合式连接，滑动方式可以采用滚动式，两者间的间隙应设计合理，一般在2mm～5mm范围内。
55.第二轨道梁系统3、第三轨道梁系统4的安装底座及机器人安装底座501上有连接板7，连接板上有皮带压紧机构701，皮带压紧机构701压紧传动皮带。
56.需要说明的是，皮带压紧机构701采用上下压板结构，上下压板四角通过螺栓锁紧，下压板设计成锯齿状结构，避免传动皮带产生滑动。
57.第一轨道梁系统2、第二轨道梁系统3、第三轨道梁系统4的轨道梁上设有拖链电缆槽，拖链电缆槽内放置有拖链电缆，拖链电缆一端与电机或机械臂502电连接，另一端接外部控制系统或供电系统。
58.如图4所示，作业机器人5的真空吸盘装置503，包括组合支架5031、伸缩杆5032、真空吸盘5033；组合支架5031有立柱与机械臂502连接，组合支架5031上均匀安装有至少三根伸缩杆5032，伸缩杆5032的前端安装有真空吸盘5033，真空吸盘5033通过气管连接有真空泵。
59.需要说明的是，真空吸盘装置503在机械臂502末端，吸附时，真空泵抽气、伸缩杆5032同步收缩，真空吸盘5033与开关柜柜门间产生吸附力，再通过机械臂502动作打开柜门；至少采用三根伸缩杆5032、三个真空吸盘5033，使吸附处受力平衡、稳定。
60.轨道梁组件6的电机609有控制系统，控制系统设置有软行程开关，第一轨道梁系统2的两台电机的软行程开关有同步动作互联。
61.第二轨道梁系统3的轨道梁上有角度检测装置，当第二轨道梁系统3与第一轨道梁系统2垂直度偏差达到预定值时，进入自动纠偏模式。
62.本方案中，自动纠偏模式包括以下步骤：
63.s9.1：角度检测装置检测垂直度偏差达到预定值时，发出反馈信号；
64.s9.2：控制系统完成当前作业后停止作业，回到初始状态；
65.s9.3：启动自动纠偏模式，解除第一轨道梁系统2两台电机软行程开关的同步动作互联；
66.s9.4：第一轨道梁系统2两台电机启动低速模式，第一台电机运动到软行程开关限位点，电机制动，第二台电机继续运动到软行程开关限位点，电机制动；
67.s9.5：再次获取角度检测装置检测垂直度偏差，完成自动纠偏。
68.需要说明的是，第一轨道梁系统2有两套轨道梁组件6，包括两条传动皮带、两台电机，在长期作业运动中会产生微小的偏差，偏差过大时，第二轨道梁系统3在第一轨道梁系统2上运行时两侧不同步，产生运动阻力，容易造成滑块组故障，严重的甚至造成第二轨道梁系统3的轨道梁产生形变；因此，角度检测装置检测垂直度偏差的预定值通常设定为2％或3％，从而及时纠正第二轨道梁系统3的偏差，避免设备故障。
69.实施例2
70.如图5的流程图所示，本实施例提供一种实施例1用于自动操作开关柜门的桁架机器人系统的操作方法，包括如下步骤：
71.s10.1：开关柜到达工作位，桁架机器人系统启动；
72.s10.2：第一轨道梁系统2、第二轨道梁系统3、第三轨道梁系统4的电机启动，作业机器人5运动到第一工作位；
73.s10.3：作业机器人5按预定轨迹伸展机械臂502，将机械臂502末端的真空吸盘装置503运动到工作位，吸附开关柜柜门；
74.s10.4：机械臂502动作，通过作业机器人5姿态变化控制柜门打开或关闭；
75.s10.5：作业机器人5松开柜门，机械臂502收缩为初始形态；
76.s10.6：第一轨道梁系统2、第二轨道梁系统3、第三轨道梁系统4的电机启动，作业机器人5运动到第二工作位；
77.s10.7：重复s3～s5步骤，控制开关柜的另一柜门的打开或关闭；
78.s10.8：结束作业，桁架机器人系统回到起始状态。
79.需要说明的是，操作方法中的第一工作位、第二工作位在不同规格型号的开关柜检测中对应的坐标不同；初始状态是指机械臂502没有动作前的状态，通常设置成收缩状态，减少对运动空间的占用；的作业机器人5包括四轴机器人、五轴机器人或六轴机器人。
80.相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。