专利名称:一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统包括机器人平台支架，所述机器人平台支架上设有左右主手，左、右主手上分别设有左、右主手绝缘支撑，左、右主手绝缘支撑上连接对应的左、右主手控制器绝缘支撑；机器人平台支架外部包裹有绝缘成型外壳，绝缘成型外壳上部安装有绝缘摄像机支撑、绝缘顶棚；机器人平台支架上设有左、右绝缘控制踏板，左右绝缘控制踏板连接左右绝缘拖链，左右绝缘拖链连接左右绝缘伸缩管，左右绝缘伸缩管前端设有左右机械臂绝缘支撑；本实用新型机器人绝缘防护系统设计,在6自由度机械臂基础上增加基座绝缘伸缩冗余自由度，可以在不调整斗臂车位姿情况下，使机械臂能够进入复杂线路环境开展作业。
【专利说明】一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统。
【背景技术】
[0002]为了提高带电作业的自动化水平和安全性，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，从80年代起许多国家都先后开展了带电作业机器人的研宄。带电作业机器人经过多年的研宄与实践，完成了实验室样机的研制，通过大量的现场试验，验证了机器人在配电网带电作业中的需求与价值，同时也验证了研宄方案的可行性，设计的合理性。但机器人作业内容较为单一，不能涵盖全部配电网带电作业项目，机器人不能在复杂线路环境下开展作业，因此与配电网带电作业的生产实际存在差距。系统工作在复杂线路环境下，必须保证人员和设备的安全性，而且不能造成线路短路等断电事故，所以采取有效的绝缘措施，保证机器人的绝缘强度是机器人能否进行作业的首要条件。
[0003] 申请人:申请的中国专利ZL201020278798公开了一种高压带电作业机器人绝缘系统。它可使的高压带电作业机器人通过绝缘斗臂车进行相对地绝缘，通过光纤通信实现高压线对人的绝缘，机械臂外包玻璃钢、绝缘平台外包玻璃钢、边相加遮蔽罩进行相间绝缘系统。该专利只是简单的提出了一种高压带电作业机器人绝缘系统，但未能再对绝缘防护系统进行具体、深入地研宄及探索，更未能提供一种实施方案用于复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，使高压带电作业机器人无法充分发挥其优势，更无法拓展新领域、新应用。
[0004] 申请人:申请的中国专利ZL201210095860.9公开了一种高压带电作业主从控制机器人作业平台，包括机器人作业平台支撑架、液压升降平台控制集成、机器人控制系统和绝缘斗。机器人作业平台支撑架呈L型结构，通过螺栓连接到斗臂车绝缘升降臂末端；为液压升降平台控制集成、机器人操作系统和绝缘斗提供可靠支撑；液压升降平台控制集成位于绝缘斗右侧，操作人员通过控制杆和操作柄，为机器人作业平台提供升、降及旋转运动，并供给主从控制机器人运动所需的液压油源；机器人操作系统包括操控主手、液压机械臂及相应控制模块，采用主从控制液压驱动，机械臂可以完全跟随主手运动；操作人员站在绝缘斗内，操控主手可以远程遥控机械臂夹持专用工具接触线路完成各种高压带电作业。该专利只是简单的提了一下高压带电作业机器人绝缘防护，机械臂底座也没有加上绝缘伸缩机构，并且整个机械臂电控系统和机器人作业平台支撑架没有绝缘隔离，存在安全性问题，不能完成复杂线路环境下配电网带电作业。
[0005]由此可见，现有应用技术中高压带电作业机器人绝缘系统仍存在较大的技术缺失，此种现状已经严重制约着带电作业机器人在电网中的实际应用和推广。
【发明内容】
[0006]本发明为了解决上述问题，提出了一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，本系统平台绝缘采用模块设计，工艺美观，工业程度高；整个电控系统采用绝缘外包或绝缘支撑结构，对人、机械臂安全性高；并且在6自由度机械臂基础上增加基座绝缘伸缩冗余自由度，可以在不调整斗臂车位姿情况下，使机械臂能够进入复杂线路环境开展作业。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，包括机器人平台支架，所述机器人平台支架上设有左右主手，左、右主手上分别设有左、右主手绝缘支撑，左、右主手绝缘支撑上连接对应的左、右主手控制器绝缘支撑；机器人平台支架外部包裹有绝缘成型外壳，绝缘成型外壳上部安装有绝缘摄像机支撑、绝缘顶棚；机器人平台支架上设有左、右绝缘控制踏板，左绝缘控制踏板连接左绝缘拖链，左绝缘拖链连接左绝缘伸缩管，左绝缘伸缩管前端设有左机械臂绝缘支撑；右绝缘控制踏板连接右绝缘拖链，右绝缘拖链连接右绝缘伸缩管，右绝缘伸缩管前端设有右机械臂绝缘支撑；机器人平台支架中间设有绝缘座椅，绝缘座椅下端固定有绝缘工具箱。
[0009]所述机器人平台支架为硬铝合金方管缠绕环氧玻璃布的结构。
[0010]所述平台支架外包绝缘成型壳体，采用玻璃钢开模具。
[0011]所述左机械臂绝缘支撑和左机械臂绝缘支撑的高度可调范围375-475mm，采用复合玻璃钢材料。
[0012]所述绝缘伸缩管伸缩范围为630-950mm，采用复合玻璃钢材料。
[0013]所述绝缘摄像机支撑采用玻璃钢树脂机械拉挤成型，单根玻璃钢固定支撑。
[0014]所述绝缘座椅高度、前后距离可调，采用环氧树脂做型材、铆钉工艺制作。
[0015]所述绝缘工具箱旁设置有斗臂车升降臂控制器绝缘支撑，保证斗臂车升降臂的控制系统与平台的绝缘，所述斗臂车升降臂控制器绝缘支撑采用玻璃钢环氧树脂机械拉挤成型，两块玻璃钢固定支撑，表面光滑，无气泡、皱纹或裂开，连接可靠。
[0016]所述绝缘顶棚采用塑料模具成型件。
[0017]所述左机械臂绝缘支撑和左机械臂绝缘支撑分别位于左、右绝缘伸缩管末端，左右机械臂绝缘支撑上端安装左右机械臂。
[0018]所述绝缘摄像机支撑顶端安装全景监控摄像机，监视作业平台、线路环境、斗臂车的状态。
[0019]所述机器人作业平台安装在斗臂车升降臂的顶端，托底安装，可360度旋转。
[0020]所述左、右机械臂，左右伸缩机构的液压油管都采用绝缘液压油管，内部流过能承受带电作业电压的液压油。
[0021]本发明的工作原理为:主要由斗臂车升降臂控制器绝缘支撑、绝缘顶棚、右主手绝缘支撑、左主手绝缘支撑、平台绝缘成型外包壳体、机器人平台支架(硬铝合金方管缠绕环氧玻璃布)、右绝缘控制踏板、左绝缘控制踏板、左绝缘拖链、左绝缘伸缩管套、左绝缘伸缩管、左机械臂绝缘支撑、右绝缘拖链、右绝缘伸缩管套、右绝缘伸缩管、右机械臂绝缘支撑、绝缘工具箱、绝缘座椅、绝缘摄像机支撑、左手控制器绝缘支撑等组成。机器人平台支架硬铝合金方管通过缠绕环氧玻璃布、平台外包绝缘成型壳体、双冗余自由度伸缩管采用玻璃钢绝缘机构、机械臂通过绝缘支撑结构与双冗余自由度末端连接，进行相间绝缘防护；人站在绝缘支撑结构上、主手绝缘支撑结构、主手控制箱绝缘支撑结构、摄像机绝缘支撑结构、绝缘座椅、斗臂车升降臂控制器绝缘支撑、绝缘工具箱等，进行平台支架与人绝缘隔离。平台绝缘采用模块设计，工艺美观，工业程度高；整个电控系统采用绝缘外包或绝缘支撑结构，对人、机械臂安全性高。并且在6自由度机械臂基础上增加基座绝缘伸缩冗余自由度，可以在不调整斗臂车位姿情况下，使机械臂能够进入复杂线路环境开展作业。
[0022]本发明的有益效果为:
[0023](I)机器人绝缘防护系统设计，使用新型绝缘材料、借鉴带电作业工艺，确保机器人作业安全；
[0024](2)在6自由度机械臂基础上增加基座绝缘伸缩冗余自由度，可以在不调整斗臂车位姿情况下，使机械臂能够进入复杂线路环境开展作业；
[0025](3)在相-相之间，多重绝缘防护平台起主绝缘作用，绝缘遮蔽罩形成相间后备防护，因作业机械臂等电位作业，机械臂外包绝缘材料，形成最后一道防线，防止机械臂偶然触及两相导线造成短路，绝缘性能可靠；
[0026](4)平台绝缘采用模块设计，工艺美观，工业程度高；椅盆按人机工程学原理设计，乘坐舒适，不易疲劳，且加装安全带防护装置，保证作业人员安全。底部合理利用空间尺寸，设计一绝缘工具箱，放置常用工具及带电作业工具；整个电控系统采用绝缘外包或绝缘支撑结构，对人、机械臂安全性高。
【附图说明】
[0027]图1是本发明机器人平台多重绝缘防护系统轴测视图；
[0028]图2是本发明机器人平台多重绝缘防护系统正视图；
[0029]图3是本发明双冗余伸缩机构液压控制图；
[0030]其中，1.右主手控制器绝缘支撑2.绝缘顶棚，3.右主手绝缘支撑，4.左主手绝缘支撑，5.平台绝缘成型外包壳体，6.机器人平台支架，7.右绝缘控制踏板，8.左绝缘控制踏板，9.左绝缘拖链，10.左绝缘伸缩管套，11.左绝缘伸缩管，12.左机械臂绝缘支撑，13.右绝缘拖链，14.右绝缘伸缩管套，15.右绝缘伸缩管，16.右机械臂绝缘支撑，17.绝缘工具箱，18.绝缘座椅，19.绝缘摄像机支撑，20.左主手控制器绝缘支撑，21、斗臂车升降臂控制器绝缘支撑。
【具体实施方式】
:
[0031]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0032]图1、图2、图3中，复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统包括机器人平台支架(硬铝合金方管缠绕环氧玻璃布)6，平台绝缘成型外包壳体5，绝缘顶棚2，绝缘伸缩管套10、14，绝缘伸缩管11、15，机械臂绝缘支撑12、16，绝缘拖链9、13，绝缘工具箱17，绝缘座椅18，绝缘摄像机支撑19。
[0033]其中机器人平台支架6由硬铝合金方管焊接而成，焊接后整体缠绕环氧玻璃布起到一层绝缘作用。绝缘成型外包壳体5完全把机器人平台支架6的外侧罩住，这样既能对平台内的操作人员起到绝缘保护作用，又能起到对外侧设备的绝缘隔离作用。绝缘成型外包壳体由5mm厚玻璃钢焊接而成并在壳体内外两层填充了绝缘材料，玻璃钢具有高绝缘性、优良的力学性能、可焊接性及良好的加工性能，并且由于内外使用了填充因此外包壳体保证良好绝缘性的同时具有非常高的强度，完全满足高压带电作业的要求。
[0034]其中机器人平台的左右机械臂分别通过机械臂绝缘支撑12、16通过法兰盘连接，机械臂绝缘支撑12、16通过基座与绝缘伸缩管11、15连接，绝缘伸缩管11、15通过液压油缸与绝缘伸缩管套10、14连接，缘伸缩管套10、14与机器人平台支架固定。缘控制踏板7、8控制油缸伸缩使绝缘伸缩管11、15与机器人平台产生伸缩相对运动，从而伸缩使绝缘伸缩管11、15带动左右机械臂伸缩运动。由于该伸缩装置各中间连接件均绝缘从而保证了机械臂与平台间的多重绝缘，并且由于应用了伸缩装置使机械臂在6自由度基础上增加该伸缩冗余自由度，使机械臂能够进入复杂线路环境开展作业，同时机械臂的力反馈功能使机器人能够完成精细复杂工作。
[0035]其中左、右主手绝缘支撑4、3保证了主手与平台的绝缘；绝缘摄像机支撑19保证了摄像机与平台的绝缘；主手控制器绝缘支撑1、20保证了主手控制器与平台的绝缘；斗臂车升降臂控制器绝缘支撑21保证斗臂车升降臂的控制系统与平台的绝缘。
[0036]其中绝缘拖链9、13用来放置机械臂的电缆、液压管路，绝缘拖链的使用既满足了活动管路布置的需要又美观。
[0037]所述平台的绝缘顶棚2连接在绝缘成型外包壳体5上，绝缘顶棚2既能对平台里的操作人员起到绝缘保护作用，又能遮阳挡雨大大改善了操作者的工作环境。
[0038]所述绝缘工具箱17固定在机器人平台支架6上，工具箱用来放置遥控剥皮器、遥控扳手、并股线夹、遥控断线钳等工具，绝缘座椅18固定在工具箱17上，这样的布置使整个平台紧凑，并且方便操作者操作作业，绝缘座椅能提高操作者的工作舒适性，减轻劳动强度。
[0039]其中操作人员通过脚蹬左踏板14、右踏板13给双冗余伸缩机构输入位置指令，输入指令与光栅尺返回的反馈位置数据进行比较，输入给比例放大器，比例放大器输出模拟量控制信号，控制比例阀阀芯的开口大小，输出液压油驱动液压缸的伸缩运动，带着绝缘伸缩机构往复进行精确位置运动。
[0040]左右机械臂绝缘支撑位于左右绝缘伸缩管末端，左右机械臂绝缘支撑上端安装左右机械臂。
[0041]绝缘座椅高度可调，范围475-525mm之间；前后可调，调整距离100mm。
[0042]绝缘工具箱尺寸260mm*400mm，内部可以放置遥控剥皮器、遥控扳手、并股线夹、遥控断线钳等工具。
[0043]绝缘摄像机支撑顶端安装全景监控摄像机，监视作业平台、线路环境、斗臂车等的状态。
[0044]机器人作业平台安装在斗臂车升降臂的顶端，托底安装，可以进行360度旋转。
[0045]两主手绝缘支撑结构间距950mm，采用玻璃钢环氧树脂机械拉挤成型，直径40mm，高度800-900mm之间可调，表面光滑，无气泡、皱纹或裂开，连接可靠。
[0046]左右机械臂、左右伸缩机构的液压油管都采用绝缘液压油管，内部流过能承受带电作业电压的液压油。
[0047]平台支架外包绝缘成型壳体，采用玻璃钢开模具，底座尺寸1600_*1600_，护栏高度1300mm，玻璃钢厚度5mm，采用零收缩树脂，为L-RTM真空倒入模具，产品为真空导入工艺。表面无气泡、砂眼、鼓包等不良现象，能耐42KV电压一分钟内不被击穿。
[0048]机械臂绝缘支撑高度可调范围375-475mm，绝缘支撑结构间距950mm，采用复合玻璃钢材料，最小电弧距离260mm，雷电冲击耐受电压峰值125KV，工频Imin耐受电压有效值50KV。
[0049]绝缘伸缩管伸缩量630mm，两伸缩管间距950mm，采用复合玻璃钢材料，臂厚度10mm，0.4m距离工频Imin耐受电压有效值42KV。
[0050]绝缘摄像机支撑采用玻璃钢树脂机械拉挤成型，单根玻璃钢固定支撑，玻璃钢直径15mm，长度370mm。具有表面光滑，无气泡、皱纹或裂开，连接可靠。
[0051]绝缘座椅高度、前后距离可调，采用环氧树脂做型材、铆钉工艺制作。可耐压42KV，满足高电压下工作。具有强度高、重量轻、抗冲击、绝缘性好等优点。
[0052]斗臂车升降臂控制器绝缘支撑采用玻璃钢环氧树脂机械拉挤成型，两块玻璃钢固定支撑，玻璃钢宽度150mm，厚度10mm，长度400mm，表面光滑，无气泡、皱纹或裂开，连接可
A+-.与巨O
[0053]绝缘顶棚采用塑料模具成型件，重量轻，美观。
[0054]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:包括机器人平台支架，所述机器人平台支架上设有左右主手，左、右主手上分别设有左、右主手绝缘支撑，左、右主手绝缘支撑上连接对应的左、右主手控制器绝缘支撑；机器人平台支架外部包裹有绝缘成型外壳，绝缘成型外壳上部安装有绝缘摄像机支撑、绝缘顶棚；机器人平台支架上设有左、右绝缘控制踏板，左绝缘控制踏板连接左绝缘拖链，左绝缘拖链连接左绝缘伸缩管，左绝缘伸缩管前端设有左机械臂绝缘支撑；右绝缘控制踏板连接右绝缘拖链，右绝缘拖链连接右绝缘伸缩管，右绝缘伸缩管前端设有右机械臂绝缘支撑；机器人平台支架中间设有绝缘座椅，绝缘座椅下端固定有绝缘工具箱。2.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:所述机器人平台支架为硬铝合金方管缠绕环氧玻璃布的结构；所述机器人作业平台安装在斗臂车升降臂的顶端，托底安装，可360度旋转。3.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:所述平台支架外包绝缘成型壳体，采用玻璃钢开模具。4.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:所述左机械臂绝缘支撑和左机械臂绝缘支撑的高度可调范围375-475mm，采用复合玻璃钢材料。5.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:所述左绝缘伸缩管、右绝缘伸缩管伸缩范围为630-950_，采用复合玻璃钢材料。6.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:所述绝缘摄像机支撑采用玻璃钢树脂机械拉挤成型，单根玻璃钢固定支撑。7.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:所述绝缘座椅高度、前后距离可调，采用环氧树脂做型材、铆钉工艺制作。8.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:所述绝缘工具箱旁设置有斗臂车升降臂控制器绝缘支撑，保证斗臂车升降臂的控制系统与平台的绝缘，所述斗臂车升降臂控制器绝缘支撑采用玻璃钢环氧树脂机械拉挤成型，两块玻璃钢固定支撑，表面光滑，无气泡、皱纹或裂开，连接可靠；所述绝缘顶棚采用塑料模具成型件。9.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:所述左机械臂绝缘支撑和左机械臂绝缘支撑分别位于左、右绝缘伸缩管末端，左右机械臂绝缘支撑上端安装左右机械臂。10.如权利要求1所述的一种复杂线路环境下机器人多重绝缘防护系统，其特征是:所述绝缘摄像机支撑顶端安装全景监控摄像机，监视作业平台、线路环境、斗臂车的状态。
【文档编号】H02G1-02GK204277996SQ201420653945
【发明者】李玉华, 李勇, 吴观斌, 慕世友, 任杰, 孟瑜, 高郎宏, 杨月琛, 程宏霞 [申请人]国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东鲁能智能技术有限公司