机器人带电更换高压输电线路绝缘子操作方法

摘要

本专利公布了机器人带电更换高压输电线路绝缘子操作方法，更换绝缘子机器人跨骑在需要更换绝缘子(1)的相邻耐张绝缘子串行走，绝缘子自动收紧卡具(2)动作前，先通过机器臂(6)在待更换绝缘子(1)所在绝缘子串形成移动平台(5)的支撑；绝缘子(1)更换完成后，机器臂(6)继续卡持在新的绝缘子(1)的钢帽(101)上形成移动平台(5)的支撑，绝缘子自动收紧卡具(2)复位后，机器臂(6)再复位；其优点是：机器人在单串绝缘子上骑行和操作平稳，安全可靠；机器臂(6)运动不受移动平台(5)的空间干涉；可以对连续多片绝缘子进行更换。

说明书

技术领域

本专利涉及一种高压输电线路更换绝缘子方法，特别是一种机器人带电更换高压输电线路绝缘子操作方法。

背景技术

现有的机器人更换高压输电线路绝缘子操作方法是机器人移动平台跨骑在双串绝缘子上，沿双串绝缘子行走；如专利号为ZL202011380307.0、专利名称为“带电更换特高压线路耐张单片绝缘子机器人及操作方法”的中国专利，就是采用人机交互的方式，通过机器人实现高空绝缘子的自动更换；其优点是自动化程度高，工作效率高；但还存在以下缺点：1)移动平台的结构尺寸大，重量大，户外高空作业携带、运输不便；2)机器人的机器臂更换绝缘子时没有足够的操作空间：由于移动平台的平台体跨在双串绝缘子上，移动平台体积大占用空间多，在夹持劣化绝缘子时机器臂的正常工作的行程轨迹与绝缘子上的移动平台有干涉，机器臂缺乏足够的操作空间，导致平台机构复杂；3)对于连续两片绝缘子瓷瓶损坏(瓷瓶缺损)的情况下，由于皮带行走机构的皮带无法支撑在损坏的瓷瓶顶部，移动平台在双串绝缘子上行走时无法通过损坏的绝缘子，导致无法行走到需要更换的绝缘子上方。

发明内容

本专利的目的就是设计一种机器人带电更换高压输电线路绝缘子操作方法，跨骑在单串绝缘子上，对相邻绝缘子串上失效的绝缘子进行自动更换。

本专利的技术方案是：机器人带电更换高压输电线路绝缘子操作方法，包括以下步骤：

1)把更换绝缘子机器人跨骑在需要更换绝缘子的相邻的耐张绝缘子串上，绝缘子自动收紧卡具位于待更换绝缘子的一侧；启动皮带行走机构，使更换绝缘子机器人沿单串绝缘子串行走到待更换的绝缘子侧面后停止；

2)启动机器臂，使机器臂的抱爪移动到待更换绝缘子所在的绝缘子串上方，并使抱爪向下环抱卡持在其中一个绝缘子的钢帽上，形成对机器人的一个支撑点；

3)启动绝缘子自动收紧卡具，使其装卡并夹持在待更换绝缘子两侧绝缘子的钢帽上；再操作机器臂，使抱爪松开并从所夹持的绝缘子的钢帽上脱离；再操作绝缘子自动收紧卡具，使待更换耐张绝缘子的张力松弛；

4)启动转瓶器，转动待更换绝缘子，使该绝缘子的R销朝上后，转瓶器复位；启动机器臂，使其抱爪抵住该待更换绝缘子钢帽，用拔销器的勾头拔出该绝缘子的R销；

5)操作机器臂，使其抱爪从绝缘子串上取下待更换的绝缘子后，安装上新的绝缘子；安装新的绝缘子后抱爪继续卡持在该新安装绝缘子的钢帽上，形成对机器人的一个支撑点；

6)操作绝缘子自动收紧卡具，打开夹持的绝缘子后，绝缘子自动收紧卡具复位，返回初始位置；

7)机器臂复位，返回到初始位置，完成单片绝缘子的更换；

进一步的，所述绝缘子机器人包括：跨骑在单串绝缘子上的机器人移动平台，设置在移动平台下部的皮带行走机构，设置在移动平台左侧下部的绝缘子自动收紧卡具、转瓶器，设置在移动平台左侧上部的机器臂，设置在移动平台右侧的控制器、电源、液压动力源、无线控制模块，设置在移动平台上的多个视频摄像机；设置在地面的操作控制中心；还包括设置在移动平台右侧的配重机构，电源、液压动力源作为部分配重体；其中，液压动力源为机器人提供液压动力，控制器用于控制自动收紧卡具、皮带行走机构、转瓶器、机器臂、液压动力源动作，操作控制中心通过无线通讯模块以无线的方式与移动平台上控制器和视频摄像机电连接；

进一步的，所述皮带行走机构包括一组行走带轮和两组导向带轮，行走带轮的皮带下部纵向贴合在4到6个绝缘子的瓷瓶顶部，导向带轮的皮带下部纵向贴合在4到6个绝缘子的瓷瓶的上部两侧；

进一步的，所述导向带轮和行走带轮的带轮为同步带轮，皮带为与同步带轮相适配的环形皮带；

进一步的，所述行走带轮通过行走电机驱动，行走电机固定在移动平台上，行走电机的电机轴与行走带轮的一个轮轴连接，行走电机与机器人控制器电连接；

进一步的，在所述机器臂的端部设置有抱爪和拔销器。

本专利的优点是：

1)由于机器人移动平台在单串绝缘子串上沿导线方向行走，机器人通过设置在移动平台上的机器臂对相邻绝缘子串上失效绝缘子进行更换，机器臂卡持和移动更换相邻绝缘子串上的绝缘子时，不会受到平台体的空间干涉，可活动空间范围充足，机器臂结构简化，操作方便；同时，由于平台体体积和重量变小，携带、运输和操作方便；

2)现有的机器人在双串绝缘子上行走，在遇到其中一串绝缘子上有连续两个以上绝缘子瓷瓶缺损或者绝缘子瓷瓶外径差别较大时，由于支撑平台无法承载皮带行走机构无法在绝缘子瓷瓶顶部，从而导致机器人无法到达损坏的绝缘子处；本专利机器人在单串绝缘子上行走可以实现连续两片及以上绝缘子瓷瓶破损或者瓷瓶外径不规则情况下的绝缘子更换，更换时机器人移动平台跨骑在需要更换的绝缘子串右侧相邻的绝缘子串上行走，到达破损绝缘子的侧面对破损绝缘子进行更换。

3)绝缘子自动收紧卡具的体积重量在机器人中是最重的，一般达到几十公斤，其初始位置一般设置在移动平台相邻待更换绝缘子的一侧下部位置，但是绝缘子自动收紧卡具在夹持绝缘子时其重心会严重偏向于待更换的绝缘子的一侧，对于双串行走机器人由于支撑在双绝缘子串上支撑可靠，不会因为重心变化而失稳甚至侧翻，但如果在单串绝缘子上行走，机器人移动平台容易失稳；本专利中，在操作绝缘子收紧机构离开初始位置前，先操作机器臂使机器臂的抱爪夹持在待更换绝缘子所在的绝缘子串的一个绝缘子的钢帽上，形成对机器人移动平台的支撑保护，所以机器人在单串绝缘子上操作平稳，安全可靠。

附图说明

图1为机器人在绝缘子串上初始状态示意图；

图2为机器人的绝缘子自动收紧卡具在卡持状态示意图；

图3为皮带行走机构在绝缘子串上结构示意图；

图4为机器人的转瓶器在工作状态示意图；

图中：1-绝缘子；101-钢帽；102-瓷瓶；2-绝缘子自动收紧卡具；3-配重机构；4-皮带行走机构；401-行走带轮；402-导向带轮；5-移动平台；6-机器臂；601-抱爪；602-拔销器；7-转瓶器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1到图4所示，本专利中绝缘子机器人包括：跨骑在单串绝缘子上的机器人移动平台5，设置在机器人移动平台5下部的皮带行走机构4，设置在移动平台5左侧下部的绝缘子自动收紧卡具2、转瓶器7，设置在移动平台5左侧上部的机器臂6、设置在移动平台5上的控制器、电源、液压动力源、无线控制模块(图中未画出)，还包括设置在移动平台5上的多个视频摄像机(图中未画出)；设置在地面的操作控制中心(图中未画出)；还包括位于移动平台右侧的配重机构3，配重机构3用于平衡移动平台5左侧绝缘子自动收紧卡具2等重量较大的部件，以便移动平台5跨骑在单串绝缘子上在初始状态和行走过程中的平衡；电源、液压动力源相对重量较大，作为配重机构的基本配置；该配重机构3也可包括控制器、电源、液压动力源、无线控制模块全部或者一部分。电源用于给机器人移动平台5上的绝缘子自动收紧卡具2、皮带行走机构4、机器臂6、转瓶器7、控制器、视频摄相机和无线通讯模块供电，操作控制中心通过无线通讯模块以无线的方式与移动平台5上控制器和视频摄相机电连接；液压动力源为绝缘子自动收紧卡具2、机器臂6、转瓶器7上的液压伸缩杆提供液压动力，控制器用于控制绝缘子自动收紧卡具2、皮带行走机构4、机器臂6、转瓶器7、液压动力源、视频摄相机动作。

其中，所述皮带行走机构4包括一组行走带轮401和两组导向带轮402，行走带轮401的皮带下部纵向贴合在4到6个绝缘子1的瓷瓶102顶部，导向带轮402的皮带下部纵向贴合在4到6个绝缘子1的瓷瓶102的上部两侧；所述导向带轮402和同步带轮401的带轮为同步带轮，皮带为与同步带轮相适配的环形皮带；所述行走带轮401通过行走电机驱动，行走电机固定在移动平台5上，行走电机的电机轴与行走带轮的一个轮轴连接，行走电机与机器人控制器电连接。

所述绝缘子自动收紧卡具2是由前卡、后卡、调节丝杠和液压收紧器构成的框型结构，调节丝杠和液压收紧器分别通过螺栓刚性连接在前卡和后卡的两端，调节丝杠的端部通过液压伸缩杆铰接在移动平台1左侧的下部；液压伸缩杆收缩带动绝缘子自动收紧卡具2向上移动，使前卡和后卡的卡体分别卡持在两个绝缘子1的钢帽外圆周上后，前卡和后卡的上盖分别自动闭合，控制器控制锁紧螺母转动，把前卡和后卡分别卡持在需要更换的劣化的单片绝缘子相邻两侧的绝缘子上锁紧，按跨四卡三的原则，机器人操纵绝缘子自动收紧卡具2，调整调节丝杠调整前卡和后卡之间的距离，使后卡卡持在需要更换的劣化绝缘子1的后端相邻的绝缘子1的钢帽上，前卡卡持在需要更换的劣化绝缘子1的前端第二个绝缘子1的钢帽上，液压收紧器收紧后，需要更换的劣化单片绝缘子1及其前端相邻的绝缘子1上的张力松弛。

所述机器臂6是由三段关节臂和抱爪601依次连接构成，第一关节臂的根部连接在支座上，支座与机器人移动平台5的平台体铰接，第一关节臂与制作之间、相邻两个关节臂分别通过液压推杆铰接形成连杆机构；抱爪601通过旋转轴连接在第三关节臂的头部，在旋转轴上设置有抱爪电机，抱爪601可以饶旋转轴旋转，所述抱爪601是由一端带有圆柱齿轮的两个半圆弧钳臂分别通过齿轮轴铰接在抱爪体上形成的可开合的弧形钳口，弧形钳口的形状与绝缘子1的钢帽相适配；两个钳臂端部的圆柱齿轮啮合，其中一个齿轮轴与齿轮电机的电机轴连接；每个液压推杆的液压源分别与机器人液压动力源连接，支座电机、抱爪电机、齿轮电机分别与控制器电连接，通过控制器控制机器臂6动作。

使用机器臂6摘取绝缘子1时，通过液压推杆分别调整各关节臂的位置，使抱爪601卡持在该绝缘子1的钢帽上并收拢钳口，再通过机器臂6左右、上下晃动，使需要更换的绝缘子1与相邻的两个绝缘子中脱开后，最后再抬起机器臂6把该绝缘子1吊起并放置到移动平台5上的绝缘子搁架上，换上新的绝缘子1。

在所述机器臂6的端部还设置拔销器602，拔销器602是在一个液压推杆的端部设置一勾头构成，该液压拉杆的液压缸固定在机器臂6上，液压拉杆的液压源与机器人液压动力源连接。

所述转瓶器7的一端铰接在移动平台5的左侧，转瓶器7的另一端为圆弧形可动卡爪，卡爪内圆弧上设置有两个电动摩擦轮，转瓶器7的液压伸缩杆的缸体铰接在移动平台5上，液压伸缩杆的液压杆端部铰接在卡爪臂上；控制器控制液压伸缩杆动作提升转瓶器7向上移动到待更换绝缘子1下部，并把卡爪卡持在绝缘子1的钢帽101上，卡爪内摩擦轮在电机带动下转动，从而带动绝缘子1转动。

本专利所述机器人带电更换高压输电线路绝缘子操作方法，按以下步骤：

1)把更换绝缘子机器人提升到铁塔横担处，沿横担把机器人跨骑在需要更换绝缘子1的相邻的耐张绝缘子串上，绝缘子自动收紧卡具2位于靠近待更换绝缘子的一侧；皮带行走机构4的行走带轮401的皮带下部纵向贴合在4—6片绝缘子1的瓷瓶102的顶部，皮带行走机构4的两组导向带轮402的皮带下部分别纵向贴合在4到6个绝缘子1的瓷瓶102的上部两侧；机器臂6、绝缘子自动收紧卡具2、转瓶器7处于初始状态，此时，机器臂6位于所跨骑绝缘子串的上方，转瓶器7和绝缘子自动收紧卡具2位于移动平台靠近待更换绝缘子一侧的下部；启动机器人皮带行走机构2，使更换绝缘子机器人沿单串绝缘子串行走到待更换的绝缘子1侧面后停止；

2)启动机器臂6，机器臂6的各关节上的液压推杆动作，把机器臂6的各关节主体从所跨骑的绝缘子一侧转动到待更换绝缘子的一侧，即从右侧绝缘子串上方转动到左侧绝缘子串上方，使机器臂6的抱爪601移动到待更换绝缘子1所在的绝缘子串上方，并使机器臂6的抱爪601向下环抱和卡持在其中一个绝缘子1的钢帽101上，形成对机器人的一个支撑点；

3)启动绝缘子自动收紧卡具2，使卡具装卡并夹持在待更换绝缘子1两侧的绝缘子1的钢帽101上，卡具的上盖和卡体闭合后锁紧；再操作机器臂6，使机器臂6的抱爪601张开并从所夹持的绝缘子1的钢帽101上脱离，机器臂6复位回到初始位置；再操作绝缘子自动收紧卡具2，通过液压收紧器收紧夹持在需要更换的绝缘子两侧的前卡和后卡，使待更换耐张绝缘子1上两侧的张力松弛；

4)启动转瓶器7，转动待更换绝缘子1，使该绝缘子的R销朝上后，转瓶器7复位；启动机器臂6，使机器臂6的抱爪601向下抵住待更换绝缘子1的钢帽101，用拔销器602的勾头向上拔出绝缘子1的R销后，拔销器602复位回到初始位置；

5)操作机器臂6，使机器臂6的抱爪601从绝缘子串上取下待更换的绝缘子1，放到移动平台上旧绝缘子搁架上，再从新绝缘子搁架上抓取新的绝缘子替换旧的绝缘子1；安装新的绝缘子1后机器臂6的抱爪601继续卡持在该新安装绝缘子1的钢帽101上，形成对机器人的一个支撑点；

6)操作绝缘子自动收紧卡具2，操作液压收紧器，释放前卡和后卡之间的收紧力，再分别打开绝缘子自动收紧卡具德前卡和后卡的上盖后，绝缘子自动收紧卡具2复位，返回初始位置；

7)机器臂6复位，返回到初始位置，完成单片绝缘子1的更换。

视频摄相机用于地面或者远程操作时，实时监控各执行机构的状态和动作执行情况。在上述操作过程中，操作人员在地面控制中心，通过视频画面检测机器人移动平台5上绝缘子自动收紧卡具2、皮带行走机构4、机器臂6、转瓶器7的状态和动作执行情况。