一种配网带电断、接引流线系统及其断、接引流线的方法与流程

本发明属于配网带电作业领域，具体为一种配网带电断、接引流线系统及其断、接引流线的方法。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，人民生产生活中对电力持续稳定供应的要求越来越高。配电网处于电力系统末端，是保证电力持续供给的关键环节，其可靠性在整个供电系统中占有非常重要的位置。目前，传统的配电网带电检修主要由人工进行，大多是工人穿戴绝缘服站立高空绝缘斗中进行带电断接引流线作业，部分地区也开展过采用绝缘操作杆进行配电网带电断接引流线作业。但是配电网线路通常十分紧凑，线路相间距离小，作业人员带电作业时易造成短路从而引发人身伤亡等事故。同时，这种作业方式大多劳动强度大、工作效率低且作业危险系数高，部分地区配电网线路分布及地理条件恶劣，难以开展相关的带电作业，从而不得不对线路进行停电进行检修和维护，严重影响了配电网的持续稳定运行。因此，为了保证配电网带电作业人员的安全，提高配电网带电作业效率，使配电网持续稳定运行，由机器人代替工作人员进行配电网配电网带电断接引流线作业显得越来越重要。

机器人可以直接替代人工开展作业，消除带电作业人员由于相间距离紧凑严重威胁人身安全的隐患，实现自动化的工作模式，提高工作效率。

但纵观目前国内外现有的带电作业机器人系统，一般采用轮式车载的方式，即其绝缘移动平台采用轮式高空作业车，作业机器人安装于轮式高空作业车的伸缩臂末端，轮式车载的移动方式不适用于复杂的地形环境。作业机器人安装于绝缘斗车上，使得其体积庞大，且其作业位置的改变通过作业车的伸缩臂实现，不适用于狭小的作业空间及复杂的作业对象。且有的作业机器人通过机械臂作业，没有专用的作业末端。即使有的通过机械臂连接的末端进行剥皮和线夹安装操作，但末端的结构复杂，性能不高，导致作业过程中容易出现故障。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种体积小、作业末端结构优化、作业性能好、适用于配网狭小空间带电断、接引流线系统及其断、接引流线的方法。

本发明提供的这种配网带电断、接引流线系统，包括履带式式高空作业车和安装于其举升臂末端的作业机器人平台。所述作业机器人平台包括控制箱、机械臂及其末端连接的作业工具，第一和第二两个机械臂均为多关节多自由度手臂，对称安装于控制箱的两侧，作业工具包括夹持工具、导线剥皮工具和线夹安装工具，夹持工具连接于第一机械臂的末端，主要用于夹持绝缘导线和引线，导线剥皮工具和线夹安装工具固定于控制箱的顶面，第二个机械臂通过其末端的电动旋转接头根据需要连接导线剥皮工具和线夹安装工具进行相应的操作。

上述技术方案的一种实施方式中，所述履带式高空作业车的底盘配置有支腿，四个可伸缩的支腿对称装配于底盘的左右两侧。

上述技术方案的一种实施方式中，所述夹持工具包括依次连接的电机、丝杆螺母机构、曲柄滑块机构和绝缘夹持手指，电机驱动丝杆旋转，丝杆上的螺母带动滑块移动，曲柄将绝缘夹持手指往外推打开或者往内拉合拢。

上述技术方案的一种实施方式中，所述导线剥皮工具包括剥皮装置和剥皮驱动装置，剥皮装置包括电机及其驱动的丝杆螺母机构，导轨滑块机构，两侧分别与丝杆上螺母及导轨上滑块连接的两导线夹紧块，其中一导线夹紧块对应其上导线夹槽处固定有切削刀片，丝杆螺母机构和导轨滑块机构平行固定于安装架的两侧；剥皮驱动装置位于安装架的外端，包括电机及其驱动的蜗轮蜗杆机构，蜗轮啮合的c型圆柱齿轮，c型圆柱齿轮的轮轴为开式空心轴，与导线夹紧块上的导线夹槽共轴向中心线布置，开式空心轴的一端固定于安装架上，且安装架对应开式空心轴的中心孔处设置相应的孔，蜗杆和蜗轮轮轴两端分别固定于安装罩上，安装罩将传动装置罩住，c型圆柱齿轮的开口槽外露，蜗杆驱动电机外露。

上述技术方案的一种实施方式中，所述导线夹紧块上的导线夹槽槽面设置有导向螺纹，两导线夹紧块合拢时形成导向螺纹孔。

上述技术方案的一种实施方式中，所述蜗轮蜗杆机构包括两组蜗轮，它们对称布置于所述c型圆柱齿轮的两侧；所述安装罩上对应蜗杆驱动电机的外围有所述旋转式快换接头的母头。

上述技术方案的一种实施方式中，所述线夹安装工具包括电机及其驱动的丝杆螺母机构，导轨滑块机构，两侧分别与丝杆上螺母及导轨上滑块连接的两夹持板，丝杆螺母机构和导轨滑块机构平行固定于安装架的两侧；线夹安装工具还包括电机及其驱动的内六角套筒，电机的输出轴通过空心的十字联轴器连接内六角套筒，且内六角套筒内有螺旋弹簧，螺旋弹簧的两端分别与电机输出轴和内六角套筒的端面连接。

上述技术方案的一种实施方式中，所述导线剥皮工具和线夹安装工具的安装架均包括端板和固定于其一侧的u型架，u型架用于安装丝杆螺母机构的丝杆，两工具的导轨滑块机构的导轨分别安装于端板上的另一侧，两工具的丝杆均为正反丝丝杆，丝杆上的螺母均为t型螺母。

上述技术方案的一种实施方式中，所述线夹安装工具的安装架的端板对应两导轨之间的中间位置处设置有弧形槽，弧形槽的上侧连接有机械臂连接头，机械臂连接头的末端为旋转使快换接头的母头，所述电机及其驱动的内六角套筒从机械臂连接接头中穿过。

本发明提供的这种上述系统在绝缘导线上断、接引线的作业方法，其中带电接引线包括以下步骤：

(1)使履带式高空作业车移动至作业点位置，在控制箱上以插接方式固定设备线夹、清扫刷、涂导电脂工具，两个机械臂处于折叠的初始状态，使其四个支腿支撑于地面，履带离开地面，举升臂将控制箱举升至指定位置；

(2)第一机械臂运动，使其末端的夹持工具夹紧绝缘导线待剥皮位置的附近；

(3)第二机械臂连接导线剥皮工具并运动至待剥皮位置的起点处；

(4)导线剥皮工具的剥皮装置将导线夹紧，传动装置工作带动剥皮装置绕导线作圆周运动，剥皮装置的切削刀片切削绝缘层，同时第二机械臂可沿导线移动，直至待剥皮位置的终点处；

(5)第二机械臂将导线剥皮工具送回控制箱上的初始位置，第一机械臂末端的夹持工具松开绝缘导线；

(6)第一机械臂从控制箱上夹取清扫刷清理剥皮位置处后将清扫刷送回；

(7)第一机械臂从控制箱上夹取涂导电脂工具给已清理的裸导线涂抹导电脂后将其送回；

(8)第一机械臂运动，其末端的夹持工具从控制箱上夹取设备线夹，并将其送至已涂抹导电脂的裸导线处，将设备线夹的导线位挂于裸导线上，第一机械臂回位；

(9)第二机械臂连接线夹安装工具并运动至设备线夹处，线夹安装工具的夹持装置的夹持板将设备线夹夹紧，第一机械臂运动，其末端的夹持工具夹持引线去掉绝缘层的端头部位，并将其插入设备线夹上的引线位，线夹安装工具的拧螺母装置将设备线夹的活动夹块与固定夹块之间的连接螺栓上的螺母拧紧；

(10)第一机械臂回位，第二机械臂将线夹安装工具送回；

(11)第一机械臂运动，其末端的夹持工具夹取绝缘护套，并将绝缘护套覆盖在设备线夹外；

带电断引线时，两机械手协同运动，先后拆除绝缘护套和引流线收回。

本发明通过履带式高空作业车将作业机器人送到高空绝缘导线附近进行断、接引流线作业，可使作业人员远离高空、高压的作业环境，提高作业安全性和作业人员的劳动强度；作业机器人平台采用两个机械臂协同配合，在两机械臂的末端配置结构优化作业性能好的作业工具：夹持工具、导线剥皮工具和线夹安装工具和剪线器。夹持工具连接于第一机械臂的末端，主要用于夹持绝缘导线和引线。导线剥皮工具和线夹安装工具固定于控制箱的顶面，第二个机械臂通过其末端的电动旋转接头根据需要连接导线剥皮工具和线夹安装工具送至工作位，各作业工具即可自动完成剥皮、线夹安装及剪断引流线作业，降低了作业的复杂程度，尤其适用于在狭小空间进行配网绝缘主导线上的断、接引流线作业。第一手臂末端的夹持工具在剥皮器作业时夹住绝缘主导线；安装引流线时通过夹持器夹持引流线至设备线夹的引流线位。带电断引线时，两机械手协同运动，先后拆除绝缘护套和引流线收回。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为本实施例夹持工具的结构示意图。

图3为夹持工具去掉外壳后的结构示意图。

图4为本实施例导线剥皮工具的一个轴侧结构示意图。

图5为本实施例导线剥皮工具的另一个轴侧结构示意图。

图6为本实施例导线剥皮工具的第三个轴侧结构示意图。

图7为本实施例线夹安装工具的一个轴侧结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种配网带电断、接引流线系统，包括履带式高空作业车1和安装于其伸缩臂末端的作业机器人平台2。

本实施例的履带式高空作业车1优选外购常州新兰陵电力辅助设备有限公司代理的意大利履带蜘蛛车，它可遥控行走，带有三个大臂及伸缩臂，伸缩臂末端段为绝缘段，还配置有四个可收缩的支腿，且支腿支撑于地面时，履带离地。

作业机器人平台2包括控制箱21和安装于其两侧的第一机械臂22和第二机械臂23，第一机械臂22的末端连接夹持工具3，第二机械臂23的末端可连接导线剥皮工具4和线夹安装工具5。

第二机械臂23与导线剥皮工具4和线夹安装工具5之间通过电动旋转接头自动连接，电动旋转接头包括两部分，其中一部分通过电机驱动旋转的公头和另一部分母头，第二机械臂的末端连接公头，导线剥皮工具4和线夹安装工具5上分别连接母头，公头和母头之间通过插接结构配合锁定。电动旋转接头可外购成品，百度即可搜到。

第一机械臂22和第二机械臂23均为多关节六自由度手臂，本实施例优选外购购丹麦优傲机器人的ur系列协作机械臂，它自带电动旋转接头。

本实施例将导线剥皮工具和线夹安装工具通过插接方式固定于控制箱的顶面。

如图2和图3所示，本实施例的夹持工具3包括伺服电机sfdj、丝杆螺母机构31、曲柄滑块机构32、绝缘夹持手指33和外壳34。伺服电机sfdj的输出轴通过联轴器与丝杆螺母机构31的丝杆连接，曲柄滑块机构32的滑块与丝杆螺母机构31的螺母连接，曲柄滑块机构32的曲柄与绝缘夹持手指33铰接。电机、联轴器、丝杆螺母机构和曲柄滑块机构位于外壳34中，外壳34的一端与绝缘夹持手指33铰接，另一端与抓取机械臂末端的连接头连接。伺服电机sfdj可正反转。

夹持工具3的工作原理如下：电机输出轴的旋转运动通过联轴器传递给丝杆，丝杆的旋转运动使其上的螺母带着滑块沿丝杆移动，滑块的移动使曲柄将绝缘夹持手指往外推打开或者往内拉合拢。夹持工具进行夹持动作前，先打开，然后合拢进行夹持动作。

如图4至图7所示，导线剥皮工具4包括剥皮装置41和剥皮驱动装置42。

剥皮装置41包括伺服电机(图中未画出)、丝杆sg、t型螺母lm、导线夹紧块412、导轨dg、滑块hk和安装架azj。

安装架azj包括端板azj1和u型架azj2，端板垂直于绝缘导线布置，u型架平行于绝缘导线固定于端板的一侧，端板的另一侧有绝缘导线安装槽。端板上绝缘导线安装槽的两侧对称固定垂直于绝缘导线的导轨，两导轨上分别连接滑块。

伺服电机可正反转，通过联轴器连接于丝杆sg的一端。

丝杆sg为两端段螺纹旋向相反的正反丝丝杆，两端段分别连接t型螺母lm。导线夹紧块412上有半圆弧形型的导线夹槽，两导线夹紧块412以导线夹槽相对对称布置，两导线夹紧块412的一侧分别与t型螺母固定、另一侧分别与导轨dg上的滑块固定。其中一个导线夹紧块412上固定有切削刀片411。

剥皮驱动装置42位于剥皮装置41端板的外端，包括伺服电机、蜗杆421、蜗轮422、c型圆柱齿轮423和安装罩424。c型圆柱齿轮的轮轴为相应形状的空心轴，与导线夹紧块412上的导线夹槽共轴向中心线布置，且空心轴的一端固定于安装架azj的端板上。安装罩424位于c型圆柱齿轮423的外围，蜗轮422有位于安装罩424内的两组，对称啮合于c型圆柱齿轮423的两侧，两蜗轮422轴上分别安装有两个蜗轮，两个蜗轮分别与c型圆柱齿轮423和蜗杆421啮合，蜗轮轴的两端分别预定于安装罩424上，一根蜗杆与两组蜗轮啮合，蜗杆421的两端固定于安装罩424上。

伺服电机sfdj位于安装罩外，通过联轴器连接于蜗杆421的一端，安装罩424外对应该伺服电机的外围有连接头425。

本导线剥皮工具既可以与机械臂连接使用，也可以与绝缘操作杆连接使用，对绝缘导线剥皮。

图4-图6中的连接有为本导线剥皮工具4与绝缘操作杆连接的连接头。

本实施例将导线剥皮工具与第二机械臂连接使用时，将连接头设置于安装罩上的对侧，且将连接头设置为电动旋转接头的母头，通过母头与第二机械臂末端的电动旋转接头的公头自动连接固定，即安装罩424通过第二机械臂22支撑。

导线剥皮工具4连接于第二机械臂22的末端对绝缘导线进行剥皮工作时，首先通过剥皮装置41将绝缘导线夹紧，再通过剥皮驱动装置42使剥皮装置41绕绝缘导线作圆周运动，从而使切削刀片413将绝缘导线表面的绝缘层切削掉。具体来说：

剥皮装置41的伺服电机工作使丝杆旋转，丝杆旋转使其上的两t型螺母分别带着导线夹持块相背运动打开，使两导线夹紧块位于绝缘导线的两侧，然后伺服电机反向工作使两导线夹紧块相向运动合拢将绝缘导线夹紧。此时，绝缘导线也位于c型圆柱齿轮的中心孔中。剥皮驱动装置42的伺服电机工作使蜗杆旋转，蜗杆旋转通过蜗轮使c型圆柱齿轮旋转，由于c型圆柱齿轮的轮轴与剥皮装置安装架的端板连接一体，所以c型圆柱齿轮带着整个剥皮装置转动，剥皮装置导线夹紧块上的切削刀片绕绝缘导线旋转切削绝缘层，在剥皮装置两导线夹紧块形成的导向螺纹槽和切削刀片切削力的作用下，导线剥皮装置沿绝缘导线轴向移动。

本实施例采用现有的设备线夹，它包括通过螺栓、螺母紧固的固定夹块和活动夹块。设备线夹在绝缘导线上安装前，先拧松两夹块之间的连接螺栓。

安装引流线时，需将设备线夹挂到引流线上并紧固线夹螺栓，为了简化作业步骤，便于装置找准螺栓，在线夹安装末端上同时设计有拧螺母装置及夹持装置。

如图7所示，线夹安装工具5包括夹持装置51和拧螺母装置52，拧螺母装置52用于拧紧或拧松线夹螺栓，夹持装置51用于夹持设备线夹。

夹持装置51包括伺服电机、丝杆sg、t型螺母lm、线夹夹持板511、导轨dg、滑块hk和安装架azj。此处安装架的结构与剥皮装置的安装架结构相似，只是端板的另一侧为拧螺母装置安装槽。端板上拧螺母装置安装槽的两侧对称固定平行于绝缘导线的导轨dg，两导轨dg上分别连接滑块hk。伺服电机可正反转，通过联轴器连接于丝杆sg的一端。丝杆为两端段螺纹旋向相反的正反丝丝杆，两端段分别连接t型螺母。两线夹夹持板511的一侧分别与t型螺母lm固定、另一侧分别与导轨dg上的滑块hk固定。

拧螺母装置52包括依次连接的伺服电机sfdj、十字联轴器521和内六角套筒522，十字联轴器521的内腔中还有螺旋弹簧，螺旋弹簧的两端分别与内六角套筒和伺服电机输出轴的端面连接。

为了使内六角套筒522在不受外力时与伺服电机的输出轴同轴并与螺母较好的对接，在内六角套筒522与输出轴之间设计成十字铰的联接形式，在十字联轴器521内还设有旋转弹簧构成柔性连接，当拧螺母装置受力时，内六角套筒可相对输出轴调整一定的角度，实现与螺母的对接。

夹持装置51安装架azj的端板外侧对应拧螺母装置安装槽的外围连接有连接头523。

本实施例将线夹安装工具5与第二机械臂22连接使用时，将电动旋转接头的母头作为连接头523设置于夹持装置51安装架端板的外侧，通过母头与第二机械臂末端的电动旋转接头的公头自动连接固定。

设备线夹安装时，夹持装置51的伺服电机工作使两夹持板511在丝杆sg上相背移动打开，然后该伺服电机反向工作，使两夹持板相向移动将设备线夹线夹夹住挂到绝缘导线上。夹持板夹持设备线夹时，拧螺母装置52的内六角套筒套于线夹螺栓上的螺母外。然后第一机械臂末端的夹持工具将剥除了绝缘层的引线头夹住插入设备线夹的引线夹持位。然后拧螺母装置52的伺服电机工作，使内六角套筒522带动螺母旋转，从而通过线夹螺栓将设备线夹将裸露导线和引线头夹紧。

本实施例在绝缘导线上接引线的步骤如下：

(1)使履带式高空作业车移动至作业点位置，在控制箱上以插接方式固定设备线夹、清扫刷、导电脂涂抹工具，两个机械臂处于折叠状态，使其四个支腿支撑于地面，履带离开地面，举升臂将控制箱举升至指定位置；

(2)第一机械臂运动，使其末端的夹持工具夹紧绝缘导线待剥皮位置的附件约200mm处，以免接下来导线剥皮工具工作时绝缘导线产生晃动；

(3)第二机械臂通过其末端的快换接头连接导线剥皮工具并运动至待剥皮位置的起点处；

(4)导线剥皮工具的剥皮装置将导线夹紧，传动装置工作带动剥皮装置绕导线作圆周运动，剥皮装置的切削刀片切削绝缘层，切削刀片沿绝缘导线的轴向移动通过刀片的切削力和两导线夹槽形成的导向螺纹孔实现，同时第二机械臂的关节可随着导线剥皮工具沿导线移动，直至待剥皮位置的终点处；

(5)第二机械臂将导线剥皮工具送回控制箱上的初始位置，夹持工具松开绝缘导线；

(6)第一机械臂从控制箱上夹取清扫刷清理剥皮位置处后将清扫刷送回；

(7)第一机械臂从控制箱上夹取导电脂涂抹工具给已清理的裸导线涂抹导电脂后将其送回；

(8)第第一机械臂运动，其末端的夹持工具从控制箱上夹取设备线夹，并将其送至已涂抹导电脂的裸导线处，将设备线夹挂于裸导线上后回位；

(9)第二机械臂通过其末端的电动旋转接头的公头连接线夹安装工具上的母头并运动至设备线夹处，线夹安装工具的夹持板将设备线夹夹紧，第一机械臂运动，其末端的夹持工具夹持引流线去掉绝缘层的端头部位，并将其插入设备线夹上的引线夹持位，线夹安装工具的拧螺母装置将线夹螺栓拧紧；

(10)第一机械臂回位，第二机械臂将线夹安装工具送回；

(11)第一机械臂运动，其末端的夹持工具夹取绝缘护套，并将绝缘护套覆盖在设备线夹外；

带电断引线时，两机械手协同运动，先后拆除绝缘护套和引流线收回。

其他实施例还可采用在控制箱顶面设置限位框的方式来固定导线剥皮工具和线夹安装工具及设备线夹。