一种配网带电接引流线机器人系统的制作方法

本发明属于配网线路维修维护设备领域，尤其是涉及一种配网带电接引流线机器人系统。

背景技术

在配网供电网络维护中，从现有供电网接引线路供第三方使用是一项主要作业内容。随着经济发展水平的提高，人民群众生产、生活对电力供应可靠性的需求不断提升，停电接引流线的操作工艺已不再适用。

目前，电力系统一般采用绝缘斗臂车等电位作业法，需要人工在绝缘防护条件下在高空完成带电接引工作，工人仍然处于高空、强电场的危险作业环境中，且作业条件受到严格限制。为降低工人操作风险，同时提高带电作业适用工况范围，一些供电企业和科研院所相继对带电作业机器人开展研制工作。目前现有技术中大多是仅对带电操作的运动载具进行改进，或依据传统绝缘手套操作法，采用多臂机器人模仿人工操作，没有充分利用机器人大负载、高精度的优势，反而增加了工具重量和机器人本身操作控制的复杂程度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种配网带电接引流线机器人系统，以解决上述背景技术中提到的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种配网带电接引流线机器人系统，包括绝缘机器人作业平台及操作系统，其中绝缘机器人作业平台上设有机器人本体及控制器、作业工具、视频监控系统、无线通信系统、供电系统、以及控制系统；

所述机器人本体及控制器包括带电作业机器人本体以及机器人控制柜；

所述作业工具包括自动剥线装置、带电搭火装置、线夹绝缘罩安装装置，其中，所述自动剥线装置用于完成不同线缆的绝缘外皮剥除；

所述带电搭火装置用于完成与自动剥线装置前期剥除绝缘层外皮的行线带电搭火；

所述线夹绝缘罩安装装置用于将引线和已经剥除绝缘层的行线带电搭火线夹安装上防护绝缘罩；

所述视频监控系统包括摄像机组、无线传输模块、地面显示器，用于实时监控带电作业机器人及作业工具的动态；

所述无线通信系统包括交换机、无线网桥发射端，以及地面操作箱的无线网桥接收端；

所述供电系统包括2套大容量、轻量型ups，用于满足带电作业机器人、自动剥线装置、视频监控系统和无线通信系统的用电需求；

所述控制系统用于控制机器人作业平台上各设备工作；

所述操作系统包括绝缘斗臂车，所述绝缘斗臂车上设有举升系统，用于将机器人作业平台升至指定位置。

进一步的，所述带电作业机器人设有三层绝缘装置，其中，所述带电作业机器人本体与腕部接触处设有第一绝缘垫，用于防止夹爪带电后高压电直接击穿带电作业机器人本体；所述带电作业机器人本体表面喷涂高压绝缘漆，用于防止带电作业机器人误动作与高压电接触后高压电击穿带电作业机器人本体；所述带电作业机器人本体底座设有电力绝缘子，用于防止带电作业机器人第一层/第二层绝缘防护失效后高压电击穿与带电作业机器人连接的设备。

进一步的，所述自动剥线装置包括剥线刀具、轻量桁架、电动执行电缸和电力专用绝缘杆，其中，剥线刀具设置在轻量桁架内，剥线刀具的刀头露出轻量桁架，所述剥线刀具与轻量桁架的连接处设有绝缘防护垫片，所述轻量桁架下端连接电动执行电缸，所述电动执行电缸带动剥线刀具工作，所述电力专用绝缘杆连接轻量桁架。

进一步的，所述剥线刀具包括端面环形刀具和纵向直切刀具，所述端面环形刀具用于完成导线两侧的环形切割，所述纵向直切刀具对要剥除绝缘皮的两个环形切口之间的绝缘层同时进行二次纵向切割，切口相距180°。

进一步的，所述带电搭火装置包括带电搭火执行装置和搭火线夹，所述带电搭火执行装置包上设有定位槽，搭火线夹上设有与定位槽配合的连接杆。

进一步的，所述线夹绝缘安装装置包括绝缘罩安装装置、上绝缘罩和下绝缘罩，其中绝缘罩安装装置包括依次连接的绝缘杆、执行抓手和抓手手指。

进一步的，所述绝缘机器人作业平台主体结构采用钢结构型材焊接，平台底部粘合环氧玻璃板，周边采用环氧玻璃布缠绕。

相对于现有技术，本发明所述的一种配网带电接引流线机器人系统具有以下优势：

本发明利用带电作业机器人配合设计的作业工器具，自动剥线装置、带电搭火装置、线夹绝缘罩安装装置，完成单手一次配电网带电接引流线作业，并可将作业人员从高压、高辐射、高空的危险环境中解放出来，降低安全生产事故率，扩大带电作业范围，提升带电作业机器人的作业能力、智能化水平以及作业可靠性。

本发明的另一目的在于提出一种配网带电接引流线机器人系统控制方法，具体包括如下步骤：

(1)绝缘斗臂车就位，举升系统将机器人作业平台升至指定位置；

(2)带电作业机器人按照预定路径拾取自动剥线装置，操作人员依据操控系统操作带电作业机器人移动自动剥线装置至线缆指定位置，实施导线绝缘皮剥除作业，作业完成后，带电作业机器人按照预定路径放置自动剥线装置至原位；

(3)绝缘斗臂车改变位置，举升系统将机器人作业平台移动至横梁搭火线夹附近；

(4)带电作业机器人按照预定路径拾取带电搭火装置，操作人员依据操控系统操作带电作业机器人移动带电搭火装置与事先放置在配网线杆横梁上的搭火线夹对接；

(5)绝缘斗臂车改变位置，举升系统将机器人作业平台移动至步骤2中导线绝缘皮剥除位置附近；

(6)操作人员依据操控系统操作带电作业机器人移动带电搭火装置与搭火线夹至线缆绝缘皮剥除部位，释放储能弹簧，搭火线夹与剥除外皮的行线连接，线夹连接完成后，带电作业机器人按照预定路径放置带电搭火装置至原位；

(7)带电作业机器人按照预定路径拾取搭火线夹绝缘罩安装装置，由操作人员依据操控系统操作带电作业机器人移动搭火线夹绝缘罩安装装置分别取出上/下绝缘罩并安装在搭火线夹的上下两面，作业完成后，带电作业机器人按照预定路径放置线夹绝缘罩安装装置至原位。

本发明所述的一种配网带电接引流线机器人系统控制方法与上述一种配网带电接引流线机器人系统的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种配网带电接引流线机器人系统示意图；

图2为本发明实施例所述的绝缘机器人作业平台示意图；

图3为本发明实施例所述的带电作业机器人本体示意图；

图4为本发明实施例所述的自动剥线装置示意图；

图5为本发明实施例所述的带电搭火装置示意图；

图6为本发明实施例所述的线夹绝缘罩安装装置示意图；

图7为本发明实施例所述的视频监控系统工作原理图；

图8为本发明实施例所述的无线通信系统示意图；

图9为本发明实施例所述的绝缘子示意图。

附图标记说明：

1-绝缘机器人作业平台；2-带电作业机器人本体；3-机器人控制柜；4-视频监控系统；5-自动剥线装置；6-带电搭火装置；7-线夹绝缘罩安装装置；8-控制系统；9-无线网桥发射端；10-供电系统；11-绝缘斗臂车；12-举升系统；13-绝缘垫；14-绝缘漆；15-绝缘子；16-剥线刀具；17-轻量桁架；18-电动执行电缸；19-电力专用绝缘杆；20-绝缘防护垫片；21-电搭火执行装置；22-搭火线夹；23-绝缘杆；24-执行抓手；25-抓手手指；26-上绝缘罩；27-下绝缘罩。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-2所示为一种配网带电接引流线机器人系统，包括绝缘机器人作业平台1及操作系统，其中绝缘机器人作业平台1上设有机器人本体及控制器、作业工具、视频监控系统4、无线通信系统、供电系统、以及控制系统8；

所述机器人本体及控制器包括带电作业机器人本体2以及机器人控制柜3；

所述作业工具包括自动剥线装置5、带电搭火装置6、线夹绝缘罩安装装置7；

所述视频监控系统4包括摄像机组、无线传输模块、地面显示器；

所述无线通信系统包括交换机、无线网桥发射端9，以及地面操作箱的无线网桥接收端；

所述供电系统10包括2套大容量、轻量型ups；

所述控制系统8用于控制机器人作业平台1上各设备工作；

所述操作系统包括绝缘斗臂车11，所述绝缘斗臂车11上设有举升系统12，用于将机器人作业平台1升至指定位置。

如图3所示，为带电机器人结构示意图，带电机器人的传输线缆全部采用内部走线，减少外部信号干扰，同时接线端采用螺旋形式布线，提高线束的强度，并且接线部位设计有端盖便于检修，为了满足高压带电作业要求，在带电作业机器人本体与腕部接触处增加绝缘垫13防护，为机器人第一层绝缘防护，防止夹爪带电后高压电直接击穿带电作业机器人本体；带电作业机器人本体表面做绝缘防护，喷涂高压绝缘漆14，为带电作业机器人第二层绝缘防护，防止带电作业机器人误动作与高压电接触后高压电击穿带电作业机器人本体；带电作业机器人本体底座增加电力绝缘子15绝缘防护，为带电作业机器人第三层绝缘防护，防止带电作业机器人第一层/第二层绝缘防护失效后高压电击穿与带电作业机器人连接的设备。

如图4所示，为自动剥线装置，所述自动剥线装置包括剥线刀具16、轻量桁架17、电动执行电缸18和电力专用绝缘杆19，其中，剥线刀具16设置在轻量桁架17内，剥线刀具16的刀头露出轻量桁架17，所述剥线刀具16与轻量桁架17的连接处设有绝缘防护垫片20，所述轻量桁架17下端连接电动执行电缸18，所述电动执行电缸18带动剥线刀具16工作，所述电力专用绝缘杆19连接轻量桁架17；根据不同导线型号、线径、绝缘厚度、不同制作工艺等所对应的参数，剥除时自动剥线装置使用两组切刀，一组切刀完成导线两侧的环形切割；另一组切刀对要剥除绝缘皮的两个环形切口之间的绝缘层同时进行二次纵向切割，切口相距180°。两组切割完毕后，通过带电作业机器人带动自动剥线装置，并旋转一下刀头，整个绝缘皮即可脱落。

1、能够满足120、150、185、240等常用绝缘导线剥皮的要求，并可以根绝客户需求，方便调整；

2、防电磁干扰、过电流/过电压保护等措施，确保电路可靠性；

3、自动剥线装置自身绝对绝缘，达到高压电完全隔离的安全防护；

4、自动剥线装置绝缘采用：环氧玻璃布层压板和环氧玻璃布【采用gb/t1303.1-1998绝缘防护等级】，满足配网带电接引流线作业绝缘防护的安全需求。

如图5所示为带电搭火装置，根据配网带电接引流线实际需求及考虑到实际带电作业机器人操作方式，搭火线夹采用弹簧初期预紧方式，通过带电搭火装置将线夹内置弹簧预紧力释放，达到智能带电搭火作业。

1、能够满足120、150、185、240等常用引线和已经剥除绝缘层的行线带电自动搭火技术的要求；

2、引线和已经剥除绝缘层的行线带电搭火，完全满足带电智能搭接技术中搭接强度的要求。

带电搭火装置主要包括带电搭火执行装置21、搭火线夹22，带电搭火执行装置21通过其装置上的定位槽与搭火线夹22配合，带电作业机器人抓取带电搭火执行装置21后，作业人员引导带电作业机器人通过带电搭火执行装置21抓取前期放置在电缆横担上的搭火线夹22，完成与自动剥线装置前期剥除绝缘层外皮的行线带电搭火。

如图6所示为线夹绝缘罩安装装置，线夹绝缘罩安装装置主要将引线和已经剥除绝缘层的行线带电搭火线夹安装上防护绝缘罩。线夹绝缘罩安装装置主要由绝缘罩安装装置和上绝缘罩25、下绝缘罩26组成。

带电作业机器人抓取线夹绝缘罩安装装置，依次将上绝缘罩26、下绝缘罩27搭接在搭火线夹上，完成绝缘罩安装。

线夹绝缘罩安装装置主要由绝缘杆23、执行抓手24和抓手手指25组成。带电作业机器人抓取线夹绝缘罩安装装置后，作业人员引导带电作业机器人首先抓取下绝缘罩并通过下绝缘罩27和搭火线夹上的粘接装置紧固在一起，完成下绝缘罩27的安装后，带电作业机器人再抓取上绝缘罩26并通过上绝缘罩26和搭火线夹22上的粘接装置紧固在一起，以此完成线夹绝缘罩的安装。

如图7所示为视频监控系统工作原理图，视频监控系统采用变焦云台摄像机，可观察远景以及近景。多角度的视频通过无线传输至地面显示器，供作业人员的操作进行参考，避免一些误操作，并使得作业人员实时了解带电作业机器人及操作工具的动态。

视频监控系统主要由平台上的摄像机组、无线传输模块、地面显示器等组成，其中，摄像机组由4台云台摄像机组成，两个摄像机位于平台上，监控机器人及作业工具，两个摄像机位于控制箱上，监控作业流程以及现场环境。

如图8所示为无线通信系统结构示意图，无线通信系统包括平台上的交换机、无线网桥发射端，以及地面操作箱的无线网桥接收端。其中交换机上连接5个设备，包括四个摄像头以及一个无线网桥，均采用poe供电。平台上的无线网桥为发射端，地面控制箱上的无线网桥为接收端。

地面显示器的主要功能为显示平台上的回传图像，并控制云台相机的运动以及缩放。无线传输模块的接收端位于地面监视器上方，与监视器通过lan口相连，与发射端进行无线自动连接。

机器人控制系统中的主控电脑采集作业人员的操控信息，通过无线数传电台发送到机器人控制柜。无线数传电台包括发送端和接收端两个模块，一个在平台上的控制箱内，一个在地面操作箱内，进行低频信号传输，并且示教器通过此模块实时控制并显示带电作业机器人的运动轨迹及状态。

供电系统主要满足带电作业机器人、自动剥线装置、视频监控系统和无线通信系统的用电需求。

保证一种带电搭火机器人系统安全性和可靠性，供电系统采用2套大容量、轻量型ups(不间断电源)，如下：

1、平台上ups主要满足带电作业机器人、自动剥线装置、视频监控系统(平台上)和无线通信系统的用电需求且用电量相对较大，综合考虑容量定为10kva，型号为c10k；

2、平台下ups主要满足视频监控系统(平台下)操作箱的用电需求，但是用电量相对较小且考虑到野外作业所需的便捷性，综合考虑容量定为3kva，型号为c3k。

本发明的机器人系统由于工作在强电场环境下，其绝缘系统是保证作业人员的人身安全和带电作业机器人自身设备安全的关键因素，同时绝缘系统的设计直接影响到一种配网带电接引流线机器人完成带电作业任务的质量，并关系到高压配电线路的安全、可靠运行。

为保证作业人员与高压电场完全隔离，带电作业机器人采用机器人自身人工智能寻址/定位，独立带电搭火和作业人员采用无线控制机器人作业相结合的作业方式，具体绝缘防护设计包括：

1、绝缘机器人作业平台：绝缘机器人作业平台主体结构采用钢结构型材焊接，平台底部粘合环氧玻璃板，周边采用环氧玻璃布缠绕。

环氧玻璃布层压板和环氧玻璃布采用gb/t1303.1-1998绝缘防护等级，满足一种配网带电接引流线机器人系统的绝缘防护安全需求。

2、带电作业机器人端部和作业工器具(自动剥线装置/带电搭火装置/线夹绝缘罩安装装置)绝缘：采用适用机械加工/成型的ws-ef5环氧树脂玻纤布层压板。

3、绝缘子绝缘：高压带电作业中，采用的是中间电位作业，控制平台的绝缘主要通过绝缘子实现，绝缘子如图9所示。

绝缘子绝缘材料主要用缠绕环氧玻璃布棒，对于绝缘支撑来说，层间绝缘已经满足,主要解决的是表面放电。为了保证一种配网带电接引流线机器人系统的高压绝缘性能可靠，绝缘支撑中间绝缘材料部分的长度设计为120mm,并且制成波纹形状，使表面放电距离达到220mm。

通过绝缘子绝缘支撑的连接，实现了带电作业机器人各部件之间的绝缘和控制平台的二次绝缘。

4、斗臂车绝缘臂绝缘：通过斗臂车自身绝缘臂形成绝缘防护，防止机器人端部和作业工器具(自动剥线装置/带电搭火装置/线夹绝缘罩安装装置)绝缘、绝缘子绝缘、绝缘作业平台极限情况下击穿，将高压电绝缘至斗臂车绝缘臂以上并保证作业人员的人身安全。

5、此外，为了保证控制信号传输过程中的电气隔离,各个控制模块和作业工器具(自动剥线装置/带电搭火装置/线夹绝缘罩安装装置)模块之间的信号传输均采用无线传输方式。

本发明的一种配网带电接引流线机器人系统，其作业流程如下：

1、绝缘斗臂车就位，举升系统将机器人作业平台升至指定位置；

2、带电作业机器人按照预定路径拾取自动剥线装置，操作人员依据操控系统操作带电作业机器人移动自动剥线装置至线缆指定位置，实施导线绝缘皮剥除作业，作业完成后，带电作业机器人按照预定路径放置自动剥线装置至原位；

3、绝缘斗臂车改变位置，举升系统将机器人作业平台移动至横梁搭火线夹附近；

4、带电作业机器人按照预定路径拾取带电搭火装置，操作人员依据操控系统操作带电作业机器人移动带电搭火装置与事先放置在线杆横梁上的搭火线夹对接；

5、绝缘斗臂车改变位置，举升系统将机器人作业平台移动至步骤2中导线绝缘皮剥除位置附近；

6、操作人员依据操控系统操作带电作业机器人移动带电搭火装置与搭火线夹至线缆绝缘皮剥除部位，释放储能弹簧，搭火线夹与剥除外皮的行线连接，线夹连接完成后，带电作业机器人按照预定路径放置带电搭火装置至原位；

7、带电作业机器人按照预定路径拾取搭火线夹绝缘罩安装装置，由操作人员依据操控系统操作带电作业机器人移动搭火线夹绝缘罩安装装置分别取出上/下绝缘罩并安装在搭火线夹的上下两面，作业完成后，带电作业机器人按照预定路径放置线夹绝缘罩安装装置至原位；

8、按照1-7步骤，完成其余带电接引流线作业。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。