用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统及其作业方法

技术特征：
1.一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统，其特征在于：该系统包括绝缘斗臂车(1)和安装在绝缘斗臂车(1)的绝缘臂(100)前端的机器人作业平台(2)，所述机器人作业平台(2)包括主控子系统、机械臂子系统和工装子系统；所述机械臂子系统包括安装在机器人作业平台(2)上a机械臂(3)和b机械臂(4)，所述a机械臂(3)、b机械臂(4)垂直交叉安装在机器人作业平台(2)；所述工装子系统包括安装在位于下方的a机械臂(3)上的夹线、压线一体化工装(5)和安装在位于上方的b机械臂(4)上的剥线工装(7)，所述主控子系统对机械臂子系统和工装子系统进行控制；所述剥线工装(7)包括齿轮箱驱动模块(700)、激光剥皮头(701)和切刀(702)，所述激光剥皮头(701)安装在齿轮箱驱动模块(700)的输出轴(703)的其中一端，在输出轴(703)上开设有c型线槽(704)，并在剥线过程中，将输电线(10)置于c型线槽(704)内，通过齿轮箱驱动模块(700)带动激光剥皮头(701)绕输电线360
°
旋转进行烧蚀剥线；所述切刀(702)用于将激光烧蚀的输电线外皮剥除。所述夹线、压线一体化工装(5)包括底板(500)、摆动气缸(501)，夹线机构和压线机构，所述摆动气缸(501)和压线机构固定安装在底板(500)上，所述压线机构包括压线驱动电机(505)、垂直于底板的双螺杆(506)和螺纹连接在双螺杆(506)上的上压线夹片(507)、下压线夹片(508)，所述驱动电机(505)的输出轴通过传动机构与双螺杆(506)连接，并带动双螺杆(506)同时转动将上压线夹片(507)和下压线夹片(508)压紧；所述夹线机构包括安装在摆动气缸(501)上的带轨气缸(502)、安装在带轨气缸(502)缸体上的固定夹片(503)和安装在带轨气缸(502)活塞端的活动夹片(504)，所述活动夹片(504)在带轨气缸(502)的活塞收缩状态下与固定夹片(503)组成完整的夹线线夹；所述摆动气缸(501)带动带轨气缸(502)左右摆动至与双螺杆(506)垂直或平行；所述夹线、压线一体化工装(5)在a机械臂(3)的控制下移动至引线(11)的位置，通过摆动气缸(501)带动带轨气缸(502)摆动至与双螺杆(506)垂直的方向夹持引线(11)；夹持引线(11)的夹线、压线一体化工装(5)通过a机械臂(3)的控制移动至输电线(10)剥除外皮的部位，并将输电线(10)剥除外皮的部位置于下压线夹片(508)的线槽内，通过摆动气缸(501)带动带轨气缸(502)摆动至与双螺杆(506)平行的方向，将引线(11)送入压线机构的上压线夹片(507)和下压线夹片(508)之间，并通过压线机构与输电线(10)压接。2.根据权利要求1所述一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统，其特征在于：所述机器人作业平台(2)还包括分别与主控子系统信号连接的视觉子系统、人机交互子系统和电源子系统，所述主控子系统包括系统控制箱、位于系统控制箱内的工控机、运动控制器a和运动控制器b；工控机接收视觉子系统的监测数据，并通过工业以太网将解算后的数据发送给运动控制器a和运动控制器b，通过运动控制器a和运动控制器b分别实现a机械臂(3)和b机械臂(4)的运动控制，并通过工控机控制夹线、压线一体化工装(5)和剥线工装(7)的工作；所述视觉子系统包括安装在b机械臂(4)上的双目摄像头(6)和安装在机器人作业平台(2)上激光雷达、监控摄像头(9)，双目摄像头(6)和监控摄像头(9)通过usb串行通讯方式与系统控制箱内的工控机通讯连接，激光雷达通过以太网远程与工控机通讯连接，双目摄像头(6)、监控摄像头(9)和激光雷达用于完成对应的视觉识别定位，作业过程监控以及对现场的大范围三维重建功能；所述电源子系统主要硬件设备为锂电池及电源管理器，其与系统控制箱内的工控机之间采用rs485串行通讯。
3.根据权利要求1或2所述一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统，其特征在于：所述剥线工装(7)通过支座(8)安装在b机械臂(4)的前端，剥线工装(7)还包括走线模块，所述走线模块通过轴承座(710)与输出轴(703)转动连接，在轴承座(710)上开设有与c型线槽(704)开口相匹配的缺口；所述走线模块包括第一驱动电机(706)、第一齿轮传动机构(707)和走线辊(708)，第一驱动电机(706)和第一齿轮传动机构(707)通过安装板(705)安装在轴承座(710)上，所述走线辊(708)安装在第一齿轮传动机构(707)的输出轴；所述走线辊(708)的辊面为内凹的弧形面，位于输电线(10)上方，其弧形凹面与输电线(10)的弧度相匹配，并在b机械臂(4)带动剥线工装(7)在输电线(10)上移动时，第一驱动电机(706)驱动走线辊(708)沿着输电线(10)往复运动；所述切刀(702)为u型切刀，位于走线模块的正下方，在走线辊(708)与切刀(702)之间形成与c型线槽(704)在同一直线上的线槽，输电线(10)从c型线槽(704)的一端穿过c型线槽(704)后从走线辊(708)与走线槽(706)之间穿过。4.根据权利要求1或2所述一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统，其特征在于：所述压线机构还包括垂直安装在底板(500)上的压线支架(509)和压板(510)，所述压板(510)上端通过弹性压杆(511)与压线支架(509)连接，并在弹性压杆(511)的作用下压紧上压线夹片(507)；所述上压线夹片(507)为设有两个c型线槽的双槽夹片，下压线夹片(508)为两个单槽夹片，上压线夹片(507)的两个线槽与两个单槽下压线夹片的线槽对应。5.根据权利要求1或2所述一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统，其特征在于：所述双螺杆(506)为两根并排设置的螺杆，每根螺杆底部固定设有螺套(512)，所述压线驱动电机(505)的输出轴通过传动机构与两根螺杆的螺套(512)连接，所述螺套(512)上端卡主下压线夹片(508)；所述传动机构包括设置在电机输出轴的主动齿轮(513)、与主动齿轮(513)啮合的第一传动齿轮(514)、和第一传动齿轮(514)同轴的第二传动齿轮(515)以及分别安装在两个螺套(512)上的第三传动齿轮(516)、第四传动齿轮(517)，所述第二传动齿轮(515)分别与第三传动齿轮(516)、第四传动齿轮(517)啮合，并在主动齿轮(513)和第一传动齿轮(514)的作用下带动第三传动齿轮(516)和第四传动齿轮(517)同时转动，从而带动两个螺套(512)和双螺杆(506)转动。6.根据权利要求1或2所述一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统，其特征在于：所述激光剥皮头(701)在对输电线(10)进行激光烧蚀时，通过绝缘斗臂车(1)下平台的气泵提供气源，通过吹气管对烧蚀的位置进行吹气；所述激光剥皮头(701)包括环形连接板(709)和沿着环形连接板均匀分布的三个激光烧蚀头，所述激光剥皮头(701)通过环形连接板(709)固定安装在输出轴(703)上，并在环形连接板(709)对应c型线槽(704)开口的位置开设有缺口。7.根据权利要求1或2所述一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统，其特征在于：所述齿轮箱驱动模块(700)包括第二驱动电机(7001)、第二齿轮传动机构(7002)和固定安装在输出轴(703)上动力输出齿轮(7003)，驱动电机(7001)通过第二齿轮传动机构(7002)带动动力输出齿轮(7003)转动，从而控制输出轴(703)转动。8.一种权利要求1至7中任意一项所述的用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统的作业方法，其特征在于具体步骤如下：(1)将绝缘斗臂车停放至待接引线的输电线下方，并控制绝缘臂将机器人作业平台送至夹线工位，并等待平台稳定；
(2)通过安装在上方b机械臂上的双目摄像头对待接引线进行高精度识别和定位工作后开始夹线作业；(3)通过下方a机械臂携带的夹线、压线一体化工装完成对用户侧引线的夹取；其夹线过程是夹线、压线一体化工装在a机械臂带动下使用户侧引线滑入固定夹片和活动夹片之间的夹线槽内，然后通过带轨气缸驱动夹线线夹闭合，完成夹线工序；(4)在夹线工序完成后，控制斗臂车将机器人作业平台送至剥线和压线工位，并在机器人作业平台进入剥线工位后，通过安装在上方b机械臂上的双目摄像头对主输电线的高精度识别和定位，并通过b机械臂末端的剥线工装对主输电线待接引线部位进行剥线作业；其剥线过程是将主输电线引入剥线工装输出轴上的c型线槽内，并通过齿轮箱驱动模块驱动输出轴转动，从而使驱动轴端部的激光剥皮头多次环绕输电线转动进行激光烧蚀完成剥线工作；(5)步骤(4)中剥线完成后，b机械臂退出作业工位，通过a机械臂带动夹线、压线一体化工装进入压线工位，然后通过夹线、压线一体化工装完成主输电线和用户侧引线的压线工作；所述压线工作具体是，将输电线剥线区域置于压线机构的上压线夹片和下压线夹片之间，通过摆动气缸驱动夹持有引线的夹线机构向上旋转90
°
至与压线机构平行，并将引线送入上压线夹片和下压线夹片之间，在压线驱动电机的作用下控制双螺杆旋转使上压线夹片和下压线夹片移动夹紧完成压线工作；(8)在步骤(7)中的压线作业完成后，将压线线夹留在电线上，关闭双目相机，机械臂回到初始位置，控制斗臂车的绝缘臂下降，收回机器人作业平台，完成检修作业。9.根据权利要求8所述的一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统的作业方法，其特征在于：所述步骤(1)中停车完毕控制绝缘臂将机器人作业平台送至高空，通过安放在机器人作业平台上的激光雷达对工作空间进行高精度三维重建，得到待接引线和主输电线的空间位置，并在人机交互界面开始整体作业的仿真显示，仿真结果无误则正式开始作业，有误则修正错误后重新建模和仿真直至无误为止再开始作业；根据仿真结果，控制绝缘臂将机器人作业平台送至夹线工位。10.根据权利要求8所述的一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统的作业方法，其特征在于：所述步骤(4)中的激光剥皮头设有三个激光头，三个激光头通过环形连接板安装在输出轴的一端，三个激光头均匀分布在环形连接板上，其激光发出端均朝向环形连接板的中心位置，所述激光烧蚀的具体过程是：首先齿轮箱驱动模块的输出轴旋转120
°
完成输电线内部铝芯外露，然后b机械臂运动使得剥线工装沿输电线轴线移动，在此过程中输出轴保持固定不转动，在输电线铝芯裸露长度达到接线要求的后，输出轴反向旋转120
°
使得该位置的内部铝芯裸露，完成激光烧蚀工作；在整个激光烧蚀过程中需要使用喷气管进行吹气，其吹气过程是在缘斗臂车下平台设置气泵提供气源，通过吹气管对烧蚀的位置进行吹气。

技术总结
本发明提供了一种用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统及其作业方法，该系统包括绝缘斗臂车和安装在绝缘斗臂车的绝缘臂前端的机器人作业平台，所述机器人作业平台包括主控子系统、机械臂子系统和工装子系统；所述机械臂子系统包括安装在机器人作业平台上A、B机械臂，所述A、B机械臂垂直交叉安装在机器人作业平台；所述工装子系统包括安装在位于下方的A机械臂上的夹线、压线一体化工装和安装在位于上方的B机械臂上的剥线工装，所述主控子系统对机械臂子系统和工装子系统进行控制。本发明提高了作业效率，缩短了作业时间，适应性强，解决了配网单回路、双回路狭小复杂场景下，现有机器人难以实现单回路、双回路场景的配网接引线问题。配网接引线问题。配网接引线问题。


技术研发人员：简旭 李劲彬 汪涛 陈隽 陈鑫 贺文朋 梅义胜 吴传奇 文雅钦 孙双学 李胜祖 彭欣 朱啸林 吴鑫 张亮
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉） 国网湖北省电力有限公司武汉供电公司 湖北既济电力集团有限公司
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2022/6/10