一种实现工具自动换接的室外带电作业机器人机械臂的制作方法

本发明设计一种实现工具自动换接的室外带电作业机器人机械臂，属于室外带电作业机器人设计技术领域。

背景技术：

目前，广泛采用的带电作业技术主要是人工带电作业，要求操作人员攀爬高压铁塔或借助绝缘斗臂车进行不停电作业。但人工带电作业，意味着操作人员要处在高空、高压、强电磁场的危险环境中，劳动强度大，且人体姿态不易控制，稍有不慎就容易发生人身伤亡事故。为解决人工带电作业带来的危险，以及提高作业效率，国内外出现了使用机器人代替人工作业的带电作业技术。

带电作业机器人的研究成果主要采用主从机械臂的遥操作方法，作业人员通过主操作手遥控从机械臂。该方法保障了操作人员的安全，但仍对操作人员有较高要求，且具有如下缺点：要求作业人员具有较高的技术熟练度，且在作业过程中精神高度集中；作业缓慢，必须确保作业环境的安全后再进行下一步操作；若操作不当，可能损毁机械臂，严重影响作业效率。

因此，需开发一种具有自主作业工作功能的带电作业机器人，可以自主完成带电断线、带电接线、带电更换避雷器、带电更换隔离开关、带电更换跌落式熔断器、带电更换绝缘护管等操作，因而要求机器人具有自动更换带电作业工具的能力。

技术实现要素：

发明目的：为了解决上述问题，本发明提供一种实现工具自动换接的室外带电作业机器人机械臂，通过机械臂末端的工具对接装置实现不同带电作业工具组件的对接抓取，从而实现带电作业工具的自动更换，结构简单，操作方便，有效提高作业效率。

技术方案：

一种实现工具自动换接的室外带电作业机器人机械臂，包括通过关节依次连接的机械大臂、机械小臂和机械前臂，且机械前臂在驱动组件的驱动下用于实现带电作业工具组件的对接抓取；

其中，所述机械前臂包括绝缘杆及套于绝缘杆末端的工具对接接口，且工具对接接口侧壁上开设有对接槽；

所述带电作业工具组件包括上下布置的连接部和工具部，且连接部包括连接座及连接座上的套接环，套接环的内径与工具对接接口的外径相配合；所述套接环侧壁上开设有圆槽，且圆槽内设置有转动片；所述转动片的内外两侧分别连接有锁紧块和拨爪块，通过驱动组件驱动拨爪块的转动实现锁紧块与对接槽的锁定和松脱切换。

进一步的，所述锁紧块的横截面呈长条形，且沿长边的两端呈与圆槽相适配的圆弧形；

所述对接槽包括相连通的进口槽和容纳槽，且进口槽呈长条形，其下端延伸至工具对接接口底部；所述进口槽的宽度不小于锁紧块的宽度但小于锁紧块的长度，且容纳槽形成可容纳锁紧块自由转动的空间。

进一步的，所述转动片上设置有用于实现锁紧块水平复位的扭簧。

进一步的，为了实现锁紧块的运动限制，所述套接环外侧壁上设置有限位片，且限位片上设置有限位槽，用于实现拨爪块90°范围内的转动限制，进而实现锁紧块由水平至竖直之间的转动限制。

进一步的，所述驱动组件包括驱动电机、传动齿轮组、传动轴、拨爪，且拨爪安装于传动轴前端；所述驱动电机通过传动齿轮组带动传动轴和拨爪的转动，进而通过拨爪和拨爪块的配合实现工具位上带电作业工具组件与机械前臂的对接取放。

进一步的，所述拨爪块包括两个上下对称布置的条形块，且拨爪包括两个呈左右对称布置的扇形块；所述扇形块顶点之间的距离大于条形块的宽度，且转动时通过扇形块与条形块的侧面配合实现扇形块与条形块的传动。

进一步的，所述绝缘杆内设置有延伸至工具对接接口内的驱动轴，且机械前臂还包括设置于绝缘杆前端、用于驱动驱动轴的步进电机；

所述套接环内设置有贯穿连接座而与工具部驱动连接的驱动杆，且驱动杆顶部穿设有驱动销；所述驱动轴底部设置有驱动槽，通过驱动槽与驱动销的配合实现驱动轴与驱动杆的传动，进而实现工具部的驱动控制。

进一步的，所述驱动槽包括与驱动杆相适配的中心圆形槽和相对两侧扇形槽，且两侧扇形槽与中心圆形槽相连通。为了保证驱动槽与驱动销的配合，带电作业工具组件初始人工放入工具位时保证统一的角度。

进一步的，为了实现绝缘保护，所述步进电机外设置有绝缘保护壳，且绝缘杆外壁面覆有绝缘保护层。

有益效果：本发明提供的一种实现工具自动换接的室外带电作业机器人机械臂，相对于现有技术，具有以下优点：1、通过机械臂末端的工具对接装置实现不同带电作业工具组件的对接抓取，从而实现带电作业工具的自动更换，对接方便，有效提高作业效率；2、通过轴传动实现步进电机对带电作业工具的高效控制，且控制精度高，结构简单，操作方便，可实现不同带电作业工具组件的有效驱动。3、在绝缘杆末端的工具对接接口上设置驱动槽，通过驱动槽内相对两侧的扇形槽设置实现机械修正，使得工具对接接头与工具能够顺利对接。

附图说明

图1为本发明实施例中机械大臂和机械小臂的结构示意图；

图2为本发明实施例中机械前臂和线夹工具组件的装配结构示意图；

图3为本发明实施例中绝缘杆及工具对接接口的结构示意图；

图4为本发明实施例中绝缘杆底部的结构示意图；

图5为本发明实施例中剥线器工具组件的结构示意图；

图6为本发明实施例中拨爪与拨爪块的截面示意图；

图中包括：1、机械大臂，2、机械小臂，301、步进电机，302、绝缘杆，303、工具对接接口，304、对接槽，305、驱动轴，306、驱动槽，

401、连接座，402、套接环，403、锁紧块，404、拨爪块，405、驱动杆，406、驱动销，

501、传动齿轮组，502、传动轴，503、拨爪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图1-3所示为一种实现工具自动换接的室外带电作业机器人机械臂，包括通过关节依次连接的机械大臂1、机械小臂2和机械前臂，且机械前臂在驱动组件的驱动下用于实现带电作业工具组件的对接抓取；

其中，所述机械前臂包括绝缘杆302及套于绝缘杆302末端的工具对接接口303，且工具对接接口303侧壁上开设有对接槽304；

所述带电作业工具组件包括上下布置的连接部和工具部，且连接部包括连接座401及连接座401上的套接环402，套接环402的内径与工具对接接口303的外径相配合；所述套接环402侧壁上开设有圆槽，且圆槽内设置有转动片；所述转动片的内外两侧分别连接有锁紧块403和拨爪块404，通过驱动组件驱动拨爪块404的转动实现锁紧块403与对接槽304的锁定和松脱切换。

本实施例中，所述锁紧块403的横截面呈长条形，且沿长边的两端呈与圆槽相适配的圆弧形；

如图4所示，所述对接槽304包括相连通的进口槽和容纳槽，且进口槽呈长条形，其下端延伸至工具对接接口303底部；所述进口槽的宽度不小于锁紧块403的宽度但小于锁紧块403的长度，且容纳槽形成可容纳锁紧块403自由转动的空间。

所述转动片上设置有用于实现锁紧块403水平复位的扭簧；所述套接环402外侧壁上设置有限位片，且限位片上设置有扇形限位槽，用于实现拨爪块40在90°范围内的转动限制，进而实现锁紧块403由水平至竖直的转动限制。

如图5所示，所述驱动组件包括驱动电机、传动齿轮组501、传动轴502、拨爪503，且拨爪503安装于传动轴502前端；所述驱动电机通过传动齿轮组501带动传动轴502和拨爪503的转动，进而通过拨爪503和拨爪块404的配合实现工具位上带电作业工具组件与机械前臂的对接取放。

如图6所示，所述拨爪块404包括两个上下对称布置的条形块，且拨爪503包括两个呈左右对称布置的扇形块；所述扇形块顶点之间的距离大于条形块的宽度，且转动时通过扇形块与条形块的侧面配合实现扇形块与条形块的传动。

所述绝缘杆302内设置有延伸至工具对接接口303内的驱动轴305，且机械前臂还包括设置于绝缘杆302前端、用于驱动驱动轴305的步进电机301；

所述套接环402内设置有贯穿连接座401而与工具部驱动连接的驱动杆405，且驱动杆405顶部穿设有驱动销406；所述驱动轴305底部设置有驱动槽306，通过驱动槽306与驱动销406的配合实现驱动轴305与驱动杆405的传动，进而实现工具部的驱动控制。

所述驱动槽306包括与驱动杆405相适配的中心圆形槽和相对两侧扇形槽，且两侧扇形槽与中心圆形槽相连通。

所述步进电机301外设置有绝缘保护壳，且绝缘杆302外壁面覆有绝缘保护层。

本发明的具体实施方式如下：

室外作业时该机器人通过关节驱动实现机械大臂1、机械小臂2和机械前臂之间的多自由度活动(一般采用双机械臂配合进行带电作业)，并通过机械前臂实现不同带电作业工具组件的对接抓取和驱动作业，从而自主完成带电断线、带电接线、带电更换避雷器、带电更换隔离开关、带电更换跌落式熔断器、带电更换绝缘护管等操作。

机械臂更换工具时首先通过机械前臂带动原工具组件移动至工具位前侧，而后水平平移至工具位上方，下降将原工具组件放入工具位中，此时驱动电机通过拨爪503带动拨爪块404的转动，将锁紧块403拨动至竖直状态，机械前臂上升与原工具组件松脱，进而抓取另一个工具组件。

机械臂抓取所需工具时首先通过关节驱动将机械前臂调整为竖直状态并平移至工具位上方，此时驱动电机再次通过拨爪503带动拨爪块404的转动，进而将锁紧块403拨动至竖直状态；而后机械前臂下降一定高度，使得锁紧块403沿进口槽进入容纳槽内，且驱动槽306与驱动销406配合，此时通过驱动电机将拨爪503和拨爪块404复位，锁紧块403在扭簧的作用下复位至水平状态，进而卡住进口槽，无法松脱，实现机械臂与带电作业工具组件的自动对接。

值得注意的是，为了保证驱动槽306与驱动销406的配合，带电作业工具组件初始人工放入工具位时保证统一的角度，而后每次通过机械臂放入工具位时在初始角度的基础上(在无传感器的情况下)通过步进电机301增加一定角度使得驱动销406能够准确落入扇形槽的中部。

此外，在完成带电作业工具组件的自动对接后，机械臂可通过步进电机301带动驱动轴305和驱动杆405的转动，从而实现工具部的驱动控制(一般驱动杆405采用丝杠组件实现与工具部的驱动连接)。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。