一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法与流程

一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法
【技术领域】
1.本发明展示了一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，属于配电带电作业机器人技术领域。


背景技术：

2.柱式绝缘子是安装在不同电位的导体之间或导体与接地构件之间的器件，能够耐受电压和机械应力作用。长期运行后，由于存在老化和损坏风险，所以需要定期检修并更换。而随着供电可靠性要求的提升，柱式绝缘子通常采取带电作业方式更换，需要使用绝缘斗臂车作为载具，利用其绝缘伸缩臂和工作斗将作业人员传送至空中杆上作业点，由工作斗内的原有吊臂将导线从柱式绝缘子上吊离，然后作业人员采取绝缘杆作业法或绝缘手套法的作业方式，对三相柱式绝缘子进行更换，最后将吊离的导线复位到更换好的柱式绝缘子上并固定牢固。上述过程存在以下问题：
3.1、绝缘斗臂车工作斗内自身携带的原有吊臂长度和作业角度是一个相对固定受限的活动范围，当绝缘斗臂车工作斗在空中作业点就位后，只能起吊距离工作斗最近的近边相导线；或在重新调整和就位工作斗位置后，起吊较远距离上的中相导线；但无法起吊较远距离上的远边相导线，必须要重新调整绝缘斗臂车再地面的停放位置，再次将伸缩绝缘臂伸出，才能使工作斗上的原有吊臂接近和起吊远边相导线，从而完成相应的柱式绝缘子更换工作。
4.因此在上述作业人员直接操作的三相柱式绝缘子更换过程中，为完成三相导线的分别起吊和柱式绝缘子的更换，需要绝缘斗臂车或工作斗多次调整其在地面和空中杆上作业点位置，通常至少调整两次绝缘斗臂车停放位置、至少调整两次工作斗在空中位置，才能使原有吊臂接近并起吊中间相和远边相的导线，并且最终完成三相导线的柱式绝缘子更换。这样使得作业过程失去了工作流程的连贯性，车辆的多次调整和工作斗在空中的多次就位，由于空中作业点的不同而发生变化，也相应增加了绝缘遮蔽的设置和拆除过程，增加了作业人员的体能消耗，大大降低了作业效率。
5.即上述作业人员直接操作的三相柱式绝缘子更换过程中：由于现有高架绝缘斗臂车工作斗上原有吊臂作业范围相对固定和受限，完成杆上作业点导线起吊工作需要高架绝缘斗臂车和工作斗的多次移动，才能使原有吊臂到达指定工作位置，极其影响作业人员的作业效率。
6.2、由于配电线路杆上设备空间距离较小，上述带有原有吊臂的工作斗在多次调整杆上空间作业点位置时，也存在原有吊臂与作业点以外未遮蔽的带电导线或接地体、金具等发生擦碰，导致接地、短路、磨损发生的不安全隐患
7.3、作业人员无论采用绝缘杆作业法或绝缘手套作业法，作业过程中可能发生的安全隐患均会对作业人员人身安全造成直接影响。而目前现有的双臂配电带电作业机器人，由于不具备原有吊臂及起吊功能，无法在更换柱式绝缘子的过程中将待更换柱式绝缘子上的导线进行起吊，从而无法实现柱式绝缘子的机器人更换。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于解决现有柱式绝缘子的更换难度较大的问题，为此提供了一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，采用作业装置代替人工进行柱式绝缘子更换，降低柱式绝缘子的更换难度。
9.解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
10.一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，包括绝缘斗臂车，所述绝缘斗臂车设有控制设备、原有吊臂、辅助吊臂、调节装置和安装在调节装置末端的作业装置，辅助吊臂可沿原有吊臂的长度方向进行伸缩，控制设备包括雷达模块、标注模块和计算模块，柱式绝缘子上安装有用于绑扎导线的绑扎装置，绑扎装置包括第一绑扎部和第二绑扎部，第一绑扎部和第二绑扎部分别转动连接有相互配合插接的第一卡扣和第二卡扣，绑扎装置具有供第一卡扣和第二卡扣分离的解锁位置、以及限制第一卡扣和第二卡扣分离的锁定位置，所述方法包括：
11.s1、雷达模块对作业环境进行扫描获取待更换柱式绝缘子所在作业环境的三维坐标系，并通过标注模块的三维坐标系中标注目标作业点；
12.s2、控制设备根据步骤s1中的目标作业点控制辅助吊臂移动至待更换柱式绝缘子上导线的上方，辅助吊臂将吊绳下放并使用吊钩吊起导线并使导线受力；
13.s3、计算模块根据步骤s1中的目标作业点及根据绑扎装置的解开动作，计算出调节装置的运动路径并生成解开指令，调节装置根据解开指令控制作业装置将绑扎装置调节至解锁位置，并使第一卡扣和第二卡扣相互分离，
14.实现导线与柱式绝缘子的脱离；
15.s4、辅助吊臂控制吊绳回缩起吊导线至安全距离，并保持稳定；
16.s5、计算模块根据步骤s1中的目标作业点即根据柱式绝缘子的更换动作，计算出调节装置的运动路径并生成更换指令，调节装置根据更换指令对柱式绝缘子进行更换，并在更换后的柱式绝缘子顶端设置新的绑扎装置，完成后辅助吊臂释放吊绳将导线下放至新的柱式绝缘子上；
17.s6、计算模块根据步骤s1中的目标作业点及根据绑扎装置的绑扎动作，计算出调节装置的运动路径并生成绑扎指令，调节装置根据绑扎指令控制作业装置将第一卡扣和第二卡扣相互插接，并将绑扎装置调节至锁定位置，实现导线在柱式绝缘子上的绑扎。
18.采用本发明的有益效果是：
19.本发明中所述绝缘斗臂车中设有控制设备、调节装置和安装在调节装置末端的作业装置，控制设备通过雷达模块和标注模块将作业环境转化为三维坐标系，并标记出目标作业点，再通过计算模块生成调节装置的运动路径和指令，可以提高作业装置的智能性和精准性，进而提高本发明的更换效率；另外本发明采用调节装置和作业装置替换作业人员进行作业，可以避免作业人员进行高空带电作业，进而提高作业人员的安全性；其次辅助吊臂可以扩大原有吊臂的作业范围，辅助吊臂的使用可以灵活改变原有吊臂的作业范围，提高原有吊臂的适用范围，减少杆上三相导线更换过程中，由于原有吊臂长度不足和角度受限等因素造成的斗臂车或工作斗频繁调整地面和空中位置，并减少了因此带来的遮蔽调整和与杆上作业点空间中其他接地体、带电体接触的可能性，极大的提升了杆上三相导线更换的工作效率和安全性。
20.作为优选，所述绝缘斗臂车还设有用于存放绝缘遮蔽罩的存放台，步骤s2之前计算模块根据步骤s1中的目标作业点及根据绝缘遮蔽罩的安装动作，计算出调节装置的运动路径并生成遮蔽指令，调节装置根据遮蔽指令控制作业装置抓取绝缘遮蔽罩对作业环境进行遮蔽。采用前述技术方案，绝缘遮蔽罩可以对作业环境中的带电体进行绝缘遮蔽，降低作业装置工作时与不同电位设备发生接触造成接地、短路或者磨损等现象，减低作业装置作业时发生安全隐患的可能性。
21.作为优选，所述步骤s6之后且完成所有柱式绝缘子的更换后，计算模块根据步骤s1中的目标作业点及根据绝缘遮蔽罩的拆除动作，计算出调节装置的运动路径并生成拆除指令，调节装置根据拆除指令控制作业装置将作业环境中的绝缘遮蔽罩放回存放台。
22.作为优选，所述绝缘斗臂车还包括辅助吊臂，辅助吊臂设有用于与原有吊臂可拆连接的连接套，连接套包括用于定位原有吊臂的第一安装槽和用于容纳辅助吊臂的第二安装槽，第二安装槽设有与辅助吊臂传动连接的驱动器，驱动器驱动辅助吊臂沿原有吊臂的长度方向移动。采用前述技术方案，连接套通过第一安装槽与原有吊臂实现可拆卸连接，当原有吊臂的作业范围满足柱式绝缘子更换过程中起吊需求时，无需安装辅助吊臂便能够完成作业；当原有吊臂的作业范围无法满足柱式绝缘子更换过程中起吊需求时，可以通过预先安装辅助吊臂来扩大原有吊臂的作业范围，辅助吊臂的使用可以灵活改变原有吊臂的作业范围，提高原有吊臂的适用范围，原有吊臂与辅助吊臂可拆连接，可以使原有吊臂保持原有简单结构的同时也能够扩大原有吊臂的作业范围。
23.作为优选，所述驱动器的输出端设有主动齿轮，辅助吊臂设有与主动齿轮啮合的齿条。采用前述技术方案，传动齿轮和齿条的传动具有传递动力大、使用寿命长、传动稳定可靠的优点。
24.作为优选，所述第一卡扣设有与第二卡扣配合插接的第三安装槽，绑扎装置处于解锁位置时，第三安装槽的开口朝上；绑扎装置处于锁定位置时，第一卡扣和第二卡扣保持插接，且第三安装槽的开口朝向柱式绝缘子。采用前述技术方案，第三安装槽的开口朝向柱式绝缘子，即第一卡扣和第二卡扣的解锁方向朝向柱式绝缘子，此时第二绑扎部的转动方向与解锁方向不同，因此第一卡扣和第二卡扣的配合可以限制第二绑扎部进行转动，进而降低第一卡扣和第二卡扣发生脱离的可能性，提高第一卡扣和第二卡扣的连接稳定性，使导线与柱式绝缘子的固定更加牢固可靠。
25.作为优选，所述第一绑扎部与第二绑扎部的连接处设有用于贴合柱式绝缘子辅助棒。采用前述技术方案，辅助棒能够与柱式绝缘子保持贴合，可以降低绑扎装置发生晃动的可能性，进而使绑扎装置对导线的固定更加稳定可靠。
26.作为优选，所述步骤s3中作业装置控制插接后的第一卡扣和第二卡扣进行转动，使第三安装槽的开口从朝向柱式绝缘子转动至开口朝上。
27.作为优选，所述步骤s6中作业装置控制第二卡扣插入到第三安装槽内，并使插接后的第一卡扣和第二卡扣进行转动，使第三安装槽的开口从朝上转动至开口朝向柱式绝缘子。
28.作为优选，所述雷达模块包括三维激光雷达单元和面阵激光雷达单元，步骤s1包括：
29.s11、三维激光雷达单元进行旋转采样，获取目标作业点所在作业环境的三维坐标
系初步数据；
30.s12、面阵激光雷达单元进行全固态面阵三维成像，获取目标作业点所在作业环境三维坐标系具体数据。
31.本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
【附图说明】
32.下面结合附图对本发明做进一步的说明：
33.图1为本发明中辅助吊臂主视图；图2为本发明中支撑臂沿伸缩臂长度方向设置的主视图；
34.图3为本发明中支撑臂沿水平方向设置的主视图；图4为本发明中辅助吊臂与原有吊臂的结构示意图；
35.图5为本发明中辅助吊臂与原有吊臂的爆炸视图；图6为本发明中连接套闭合的剖视图；
36.图7为本发明中连接套打开的剖视图；
37.图8为本发明中原有吊臂与底座连接的示意图；
38.图9为本发明中带电作业机器人更换近端相柱式绝缘子的示意图；
39.图10为本发明带电作业机器人更换中间相柱式绝缘子的示意图；图11为本发明带电作业机器人更换远端相柱式绝缘子的示意图；图12为本发明中工作斗与存放台的示意图；
40.图13为本发明中调节装置的示意图；
41.图14为本发明中一级升降机构及水平旋转机构的爆炸图；
42.图15为本发明中水平旋转机构的爆炸图；
43.图16为本发明中直线驱动组件的结构图；
44.图17为本发明中支撑机构及二级升降机构的爆炸图；
45.图18为本发明中绑扎装置的结构示意图；
46.图19为本发明中绑扎装置与柱式绝缘子的结构示意图；
47.图20为本发明中绑扎装置将导线限制在柱式绝缘子上的主视图；
48.图21为本发明中绑扎装置将导线锁定在柱式绝缘子上的主视图；
49.图22为本发明中控制设备的示意图。
50.附图标记：1辅助吊臂、11伸缩臂、111齿条、12支撑臂、13连接件、131定位孔、132第二定滑轮、14第一定滑轮、15吊绳、151吊钩、2连接套、21第一安装槽、211第一压板、22第二安装槽、221第二压板、222限位槽、23手轮、24主动齿轮、25导向轮、251台面、3原有吊臂、31转动孔、32连接孔、4底座、41调节孔、42螺栓、5调节装置、51一级升降机构、511一级立柱、512一级升降轴、513一级升降驱动件、52水平旋转机构、521旋转臂、5211凹槽、5212限位块、522旋转电机、523移动臂、5231定位槽、524传动头、525直线驱动组件、5251直线驱动件、5252丝杆、5253滑块、5254支撑座、5255导轨、526第二无线接收单元、527支架、53支撑机构、531支撑杆、532支撑气缸、533绝缘套、534铰接座、54二级升降机构、541二级立柱、542二级升降轴、543二级升降驱动件、544座体、545第三无线接收单元、546支座、547作业臂、55作业装置、6绝缘斗臂车、61控制台、611遥控器、62转盘、63车辆伸缩臂、631接头座、64工作斗、
641连接臂、65存放台、651存放槽、7绑扎装置、71第一绑扎部、711第一卡扣、72第二绑扎部、721第二卡扣、722第三安装槽、73辅助棒、8电杆、81柱式绝缘子、811第四安装槽、82遮蔽罩、83导线、9控制设备、91处理器、92雷达模块、921三维激光雷达单元、922面阵激光雷达单元、93标注模块、931激光发射单元、932激光接收单元、933光电处理单元、934操作单元、94计算模块、95无线通信模块、96遥控模块、961显示屏、962遥控按键、97摄像模块、98防碰撞模块、981检测单元。
【具体实施方式】
51.下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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。
53.此外，术语“第一”、“第二”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”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.如图1至图8所示，本实施例展示了一种用于绝缘斗臂车6的辅助吊臂1，包括原有吊臂3和辅助吊臂1，辅助吊臂1的端部设有用于引导吊绳15的第一定滑轮14，辅助吊臂1设有用于与原有吊臂3可拆连接的连接套2，连接套2包括用于定位原有吊臂3的第一安装槽21和用于容纳辅助吊臂1的第二安装槽22，第二安装槽22设有与辅助吊臂1传动连接的驱动器，驱动器驱动辅助吊臂1沿原有吊臂3的长度方向移动。
56.本实施例中所述辅助吊臂1设有连接套2，连接套2设有与辅助吊臂1传动连接的驱动器，驱动器驱动辅助吊臂1沿原有吊臂3的长度方向移动，可以实现辅助吊臂1长度的变化，从而改变吊绳15的垂落点，提高辅助吊臂1的作业范围，同时也可以减少绝缘斗臂车6位置的调整次数，提高作业人员的工作效率；另外所述连接包括第一安装槽21和第二安装槽22，连接套2通过第一安装槽21与原有吊臂3实现可拆卸连接，当原有吊臂3的作业范围满足作业人员的需求时，无需安装辅助吊臂1便能够完成作业；当原有吊臂3的作业范围无法满足作业人员的需求时，可以通过安装辅助吊臂1来扩大原有吊臂3的作业范围，辅助吊臂1的使用可以灵活改变原有吊臂3的作业范围，提高原有吊臂3的适用范围，原有吊臂3与辅助吊臂1可拆连接，可以使原有吊臂3保持原有简单结构的同时也能够扩大原有吊臂3的作业范
围。
57.本实施例中所述辅助吊臂1包括与驱动器传动连接的伸缩臂11、支撑臂12以及用于连接伸缩臂11和支撑臂12的连接件13，第一定滑轮14处于支撑臂12远离伸缩臂11的端部，第一定滑轮14可以对吊绳15进行定位，降低吊绳15在吊装过程中能够保持稳定，降低吊绳15的晃动幅度，提高作业的安全性；需要说明的是，本实施例中所述伸缩臂11和支撑臂12具有由frp制成的四棱柱形状，但其材料和形状不限于此。
58.本实施例中所述连接件13和支撑臂12之间设有定位柱和多个间隔排列的定位孔131，定位柱与定位孔131配合实现连接件13与支撑臂12的连接，定位柱与定位孔131的配合可以使连接件13与支撑臂12的连接更加牢固可靠；另外使定位柱与不同的定位孔131进行配合，可以改变支撑臂12的有效长度，进而改变辅助原有吊臂3的作业范围，进一步提高辅助原有吊臂3的灵活性。
59.如图2所示，本实施例中所述支撑臂12沿水平方向设置，相应的定位孔131也沿水平方向排列；当然可以理解的，如图3所示，在其他实施例中所述支撑臂12和定位孔131也可以是均沿伸缩臂11的长度方向设置，为了使吊绳15保持紧绷，所述连接件13的顶端部设有第二定滑轮132，吊绳15安装入第二定滑轮132内，支撑臂12和定位孔131均呈水平设置，可以在确保作业范围的同时减小支撑臂12的长度，进而降低支撑臂12的制作成本。
60.本实施例中所述驱动器的输出端设有主动齿轮24，辅助吊臂1设有与主动齿轮24啮合的齿条111，传动齿轮和齿条111的传动具有传递动力大、使用寿命长、传动稳定可靠的优点，另外所述驱动器包括安装于连接套2外侧面的手轮23，第二安装槽22内设有与手轮23同步转动的转轴，主动齿轮24设有供转轴穿过且与转轴止转配合的轴孔，通过手轮23调节辅助吊臂1的伸缩长度，可以节省驱动器的能量消耗，降低辅助吊臂1的使用成本。当然可以理解的，在其他实施例中所述驱动器也可以是包括驱动电机，驱动电机的输出轴驱动主动齿轮24转动。
61.本实施例中所述驱动器包括驱动电机，驱动电机的输出轴驱动主动齿轮24转动；所述第二安装槽22内转动连接有两个导向轮25，两个导向轮25分别设置于主动齿轮24的两侧，导向轮25包括向内凹陷且用于支撑辅助吊臂1的台面351，两个导向轮25能够使辅助吊臂1的移动更加平稳，提高辅助吊臂1的调节稳定性；另外台面351能够增加辅助吊臂1与导向轮25之间的接触面积，进一步提高辅助吊臂1的稳定性。
62.另外所述第一安装槽包括与连接套转动连接的第一压板211，第一压板211与第一安装槽配合实现连接套与原有吊臂3的固定，所述第二安装槽22包括与连接套2转动连接的第二压板221，第二压板221设有供辅助吊臂1伸入的限位槽222，辅助吊臂1被限位在台面351和限位槽222之间，通过限位槽222和台面351的限位使辅助吊臂1仅能够沿原有吊臂3的长度方向进行移动，可以进一步提高辅助吊臂1的调节稳定性。
63.在一种实施例中还展示了一种绝缘斗臂车6，包括作业设备和控制设备9，所述作业设备包设有车辆伸缩臂63、由车辆伸缩臂63带动升降的调节装置5、由调节装置5带动移动的作业臂547、由作业臂547带动移动的作业装置556。所述控制设备9包括处理器91、雷达模块92、标注模块93、计算模块94、无线通信模块95及遥控模块96，雷达模块92、标注模块93、计算模块94、无线通信模块95及遥控模块96均信号连接于处理器91。
64.所述调节装置5连接于车辆伸缩臂63的顶端由车辆伸缩臂63带动升降，调节装置5
包括依次设置的一级升降机构51、水平旋转机构52及二级升降机构54，作业臂547连接于二级升降机构54的顶端且由调节装置5带动移动。
65.如图13和图14所示，本实施例中所述一级升降机构51包括接头座631、中空的一级立柱511、一级升降驱动件513及一级升降轴512，车辆伸缩臂63采用多节伸缩式结构，接头座631固定于车辆伸缩臂63的顶端，一级立柱511设于接头座631上，一级升降驱动件513及一级升降轴512设于一级立柱511中，一级升降轴512连接于一级升降驱动件513的输出端且由一级升降驱动件513带动升降，水平旋转机构52设于一级升降轴512上。本实施例中，一级升降驱动件513优选采用一级升降气缸，一级升降轴512的底端连接于一级升降气缸的活塞杆顶端。一级升降机构51还包括设于接头座631底部的第一无线接收单元及第一电池单元，一级升降驱动件513受控于第一无线接收单元，第一电池单元向一级升降驱动件513供电。第一无线接收单元接收到工作指令后命令一级升降驱动件513工作，执行上升或下降的动作；另外所述接头座631处连接有工作斗64，工作斗64设有与接头座631连接的连接臂641。
66.如图14所示，本实施例中所述水平旋转机构52包括旋转臂521及用于驱动旋转臂521水平旋转的旋转电机522，旋转臂521的一端通过轴承可水平转动的套设于一级升降轴512的顶端，旋转电机522通过支架527轴向竖直的固定于一级升降轴512的顶部，旋转电机522的电机轴底端通过传动头524连接于旋转臂521。旋转电机522工作时，电机轴通过传动头524带动旋转臂521进行水平旋转。
67.如图15所示，本实施例中为了扩大调节装置5的横向作业范围，水平旋转机构52还包括移动臂523与直线驱动组件525，移动臂523设于旋转臂521上，直线驱动组件525设于旋转臂521与移动臂523之间，直线驱动组件525可带动移动臂523沿旋转臂521的长度方向来回移动。旋转臂521上设有沿长度方向延伸的凹槽5211，凹槽5211的一端开口设置，移动臂523的局部及直线驱动组件525设于凹槽5211中。
68.如图16所示，本实施例中所述直线驱动组件525包括直线驱动件5251、由直线驱动件5251驱动的丝杆5252及套设于丝杆5252上的滑块5253，移动臂523连接于滑块5253。本实施例中，直线驱动组件525还包括支撑座5254和导轨5255，丝杆5252通过轴承可转动设于支撑座5254上，导轨5255固定于支撑座5254上且位于丝杆5252的下方，滑块5253通过螺纹配合套设于丝杆5252上的同时连接于滑块5253。直线驱动件5251工作时带动丝杆5252转动，丝杆5252转动带动滑块5253相对于导轨5255移动，滑块5253带动移动臂523沿旋转臂521的长度方向移动。
69.为了提高移动臂523的稳定性，移动臂523的侧壁上设有沿长度方向延伸的定位槽5231，凹槽5211的内壁上设有限位块5212，限位块5212位于定位槽5231中。通过限位块5212与定位槽5231的配合有效限制移动臂523的移动行程，也可以提高移动臂523的移动稳定性，避免移动臂523脱离旋转臂521。
70.本实施例中水平旋转机构52还包括设于旋转臂521上的第二无线接收单元526及第二电池单元，旋转电机522及直线驱动件5251受控于第二无线接收单元526，第二电池单元向旋转电机522及直线驱动件5251供电。第二无线接收单元526接收到工作指令后命令旋转电机522或直线驱动件5251工作，执行相应动作。
71.如图17所示，本实施例中二级升降机构54包括中空的二级立柱541、二级升降驱动件543及二级升降轴542，二级立柱541竖置且连接于水平旋转机构52，二级升降驱动件543
及二级升降轴542设于二级立柱541中，二级升降轴542连接于二级升降驱动件543的输出端且由二级升降驱动件543带动升降。本实施例中，二级升降驱动件543优选采用二级升降气缸，二级升降轴542的底端与二级升降气缸的活塞杆的顶端连接。
72.本实施例中二级升降机构54还包括第三无线接收单元545及第三电池单元，二级升降驱动件543受控于第三无线接收单元545，第三电池单元向二级升降驱动件543供电。第三无线接收单元545接收到工作指令后命令二级升降驱动件543工作，执行相应动作。二级立柱541的下端套设有座体544，第三无线接收单元545及第三电池单元设于座体544上。
73.为了提高调节装置5的结构稳定性，调节装置5包括设于水平旋转机构52与二级升降机构54之间的支撑机构53，支撑机构53包括可上下摆动的支撑杆531及用于固定支撑杆531的支撑气缸532，移动臂523的前端设有铰接座534，支撑杆531的底端及支撑气缸532缸体的底端均与铰接座534铰接，实现连接于水平旋转机构52。支撑杆531的顶端及支撑气缸532活塞杆的顶端均与座体544铰接，实现连接于二级升降机构54。支撑杆531连接于支撑气缸532的活塞杆，支撑杆531设有一对凸耳，凸耳上设有长孔，支撑气缸532活塞杆的外部通过套设有环形套，环形套的外部通过轴设有两个对称设置的滚轮，滚轮位于长孔中。为了提高操作的便捷性，也可以在支撑杆531的外部套设绝缘套533，作业人员可以通过绝缘套533握持住支撑杆531调节支撑杆531的倾斜幅度，调节完成后利用支撑气缸532撑住支撑杆531使支撑臂12保持固定。
74.本实施例中支撑机构53还包括第四无线接收单元及第四电池单元，支撑气缸532受控于第四无线接收单元，第四电池单元向支撑气缸532供电。第四无线接收单元接收到工作指令后命令支撑气缸532工作，执行相应动作。本实施例中，第四无线接收单元及第四电池单元设于铰接座534上。
75.本实施例中二级升降轴542的顶端通过轴承设有可水平转动的支座546，支座546上设有与作业臂547配合的孔，作业臂547通过与该孔配合穿设于支座546上，作业装置55设于作业臂547的前端。
76.为了便于在作业过程中吊取所需设备，配网带电作业机器人系统还包括起吊装置，起吊装置包括底座4、原有吊臂3、电动卷轮、前滚轮、后滚轮、吊钩151及吊绳15，底座4连接于车辆伸缩臂63的顶端，原有吊臂3的底端与底座4连接，前滚轮设于原有吊臂3的顶端，后滚轮设于原有吊臂3的底端，电动卷轮固定于原有吊臂3的底侧，吊钩151设于吊绳15的端部，吊绳15绕经前滚轮与后滚轮并缠绕于电动卷轮上。电动卷轮运行卷绕或放松吊绳15，使吊钩151可以上下移动。本实施例中，底座4套设于一级立柱511上。系统作业时，可以通过起吊装置进行重物起吊，不会对作业臂547和作业装置55造成干涉，有利于进一步提高系统的作业效率。另外，起吊装置也可以单独使用进行重物起吊，可以拓展系统的作业项目。
77.另外本实施例中所述原有吊臂3的端部转动连接与底座4，原有吊臂3和底座4均设有转动孔31，转动孔31内穿设有销轴，原有吊臂3通过销轴绕底座4的转动孔31进行转动，另外所述底座4上设有沿圆弧线均匀分布的调节孔41，原有吊臂3上设有与调节孔41相匹配的连接孔32，调节孔41和连接孔32内穿设螺栓42实现原有吊臂3与底座4的固定。
78.作业设备整体安装在作业车辆上，作业车辆上设有可水平旋转的转盘62，车辆伸缩臂63的底端通过气缸连接于转盘62，作业车辆上还设有用于操控设备的控制台61，所述控制台61内设有用于存放遥控器611的存放柜。为了使设备满足带电操作要求，除气缸、直
线驱动组件525、电机、电池等为构件为非绝缘件外，其他构件都尽量采用高强度绝缘材料制成。
79.如图22所示，本实施例中所述雷达模块92包括三维激光雷达单元921与面阵激光雷达单元922，三维激光雷达单元921可以进行旋转采样而获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系初步数据，面阵激光雷达单元922可以进行全固态面阵三维成像，获取目标作业点所在作业环境三维坐标系具体数据。
80.为了实现标注目的，标注模块93包括激光发射单元931、激光接收单元932、光电处理单元933及操作单元934，激光发射单元931与操作单元934设于操作杆上，激光接收单元932与光电处理单元933设于作业臂547上。本实施例中，激光发射单元931与操作单元934集成并设置在控制器内，激光接收单元932与光电处理单元933集成并设置在支座546上，激光发射单元931、激光接收单元932均与操作单元934无线通信连接，作业人员可以通过控制器操作标注模块93。激光发射单元931包括激光瞄准发射单元及制导激光发射单元931，标注时两者的发射方向指向同一焦点。标注时，作业人员手持操作杆，通过控制器打开激光发射单元931，其中，激光瞄准发射单元发出可见光供作业人员进行标注参考，制导激光发射单元931发出激光光波，激光光波照射到目标作业点上并反射，激光接收单元932将接收到的激光光波传送给光电处理单元933，光电处理单元933进行光电处理获得目标作业点的坐标点并将坐标点标注到目标作业点所在环境的三维坐标系中，标记成功后可以以闪光信号通过工作斗64内的作业人员。
81.采用不同作业工具进行不同作业项目时对作业装置55的位置要求有所不同，故对调节装置5的运动要求也有所不同，可以将不同作业工具进行不同带电作业的工作程序作为预设作业指令预先写入处理器91中，进行作业时，作业人员可以通过处理器91或遥控模块96或控制器输入与预设作业指令对应的作业编号，计算模块94可以根据目标作业点的坐标点及与作业编号对应的预设作业指令计算调节装置5的运动路径，并根据运动路径生成运动指令，计算模块94将该运动指令通过无线通信模块95发送给调节装置5中对应的无线接收单元，无线接收单元接收到运动指令后将其传送给对应的气缸或电机等动力件，动力件运动执行运动指令，使调节装置5可以通过作业臂547带动作业装置55和作业工具移动至与目标作业点对应的位置，便于作业装置55带动作业工具开展带电作业。
82.遥控模块96上设有遥控按键962，系统进行作业时，地面作业人员可以通过遥控模块96控制作业设备，如在出现故障等情况下控制调整装置中动力件的启停、作业装置55中各驱动电机的启停等。
83.为了便于地面作业人员获知具体的作业情况，控制设备9还设有还包括摄像模块97和显示屏961，摄像模块97设于作业臂547上，显示屏961设于遥控模块96上，摄像模块97实时拍摄作业装置55带动作业工具在目标作业点进行作业的过程并将拍摄画面通过无线通信模块95发送给遥控模块96并显示于显示屏961上。本实施例中，摄像模块97采用全彩摄像头，摄像模块97优选设于作业装置55的基座上并利用电池进行供电。
84.为了防止调节装置5在运动过程中与其他物体发生碰撞，控制设备9还包括防碰撞模块98，防碰撞模块98包括多个分布于调节装置5上的检测单元981，处理器91根据检测单元981反馈的信号判断调节装置5是否会发生碰撞并控制调节装置5的移动幅度。本实施例中，调节装置5的几个运动机构上均设有检测单元981，检测单元981可以采用电容感应型、
超声波感应型、电磁波感应型、红外感应型等合适的传感器，也可以同时组合配置可检测生物体表面电荷的传感器。调节装置5运动时，红外传感器将感应信号发送给处理器91，处理器91根据红外传感器反馈的感应信号判断调节装置5的相关构件与其他物体之间的实际距离是否达到预设的安全距离，当实际距离达到预设安全距离时，处理器91作出使该运动机构的动力件停止运动的停止信号，处理器91将停止信号通过无线通信模块95发送给相关的动力件，该动力件接收到停止信号后停止运行，一方面可以进行障碍物规避，另一方面也可以检知作业人员，防止调节装置5失控伤及工作斗64内的作业人员，提高作业的安全性。同时，处理器91可以发出声电提醒信号，提醒作业人员调节装置5因可能发生碰撞而停止运行，以便作业人员及时作出处理，如采取清理障碍后继续作业、通过操作杆手动移动作业臂547将作业装置55和作业工具移动至目标作业点处等措施。
85.如图18所示，本实施例中所述作业设备还包括绑扎装置7，包括套装在柱式绝缘子81的第一绑扎部71和用于将导线83夹持在柱式绝缘子81上的第二绑扎部72，第一绑扎部71与第二绑扎部72转动连接，第一绑扎部71和第二绑扎部72分别转动连接有第一卡扣711和第二卡扣721，第一卡扣711设有与第二卡扣721配合插接的第三安装槽722，第一卡扣711具有使第三安装槽722开口朝上供第二卡扣721脱离的解锁位置、以及第一卡扣711与第二卡扣721插接后使第三安装槽722开口朝向柱式绝缘子81的锁定位置。
86.如图9至图11所示，在另一种实施例中提供了一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子81的方法，所述方法包括：
87.s1、所述雷达模块92对作业环境进行扫描获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系，并利用标注模块93对作业环境中需要绝缘遮蔽的作业点进行标注；
88.s2、计算模块94根据步骤s1中的目标作业点计算出作业设备中调节装置5的运动路径并生成遮蔽指令，调节装置5根据遮蔽指令使用绝缘遮蔽罩82对作业区域内带电体和接地体进行绝缘遮蔽；
89.s3、控制伸缩臂11使吊绳15的吊钩151移动至待更换的柱式绝缘子81上方，并放下吊绳15使用吊钩151将待更换的柱式绝缘子81上的导线83吊起并使导线83受力；
90.s4、计算模块94根据步骤s1中的目标作业点，计算出作业设备中调节装置5的运动路径并生成解开指令，调节装置5根据解开指令将作业区域中待更换柱式绝缘子81的绑扎装置7解开，吊绳15回缩将待更换柱式绝缘子81上的导线83起吊至足够安全距离，并保持稳定；
91.s5、计算模块94根据步骤s1中的目标作业点，计算出作业设备中调节装置5的运动路径并生成更换指令，调节装置5根据更换指令完成作业区域中柱式绝缘子81的更换，并在更换后的柱式绝缘子81顶端设置新的绑扎装置7；释放伸缩将吊钩151上的导线83回落放至新更换的柱式绝缘子81上方；
92.s6、计算模块94根据步骤s1中的目标作业点，计算出作业设备中调节装置5的运动路径并生成绑扎指令，调节装置5根据绑扎指令完成绑扎装置7对导线83的固定。
93.s7、循环执行s3-s6的辅助吊臂1吊起导线83、更换柱式绝缘子81、回落释放导线83以及绑扎导线83的步骤，直到电杆8上所有的三相柱式绝缘子81全部更换完毕。
94.s8、计算模块94根据步骤s1中的目标作业点，计算出作业设备中调节装置5的运动路径并生成拆除指令，调节装置5根据拆除指令完成作业区域内所有绝缘遮蔽罩82的拆除。
95.其中，步骤s1包括以下步骤，
96.s11、三维激光雷达单元921进行旋转采样，获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系初步数据；
97.s12、面阵激光雷达单元922进行全固态面阵三维成像，获取目标作业点所在作业环境三维坐标系具体数据。
98.步骤s2中，光电处理单元933对激光接收单元932接收到的激光发射单元931照射到目标作业点反射的激光光波进行光电处理获得目标作业点的坐标点，并将坐标点标注在步骤s1获取的三维坐标系中。
99.如图12所示，另外本实施例中所述工作斗64上也可以是安装有用于存放绝缘遮蔽罩82的存放台65，存放台65与工作斗64滑动连接，存放台65上设有用于存放遮蔽罩82的存放槽651，s2中调节装置5控制作业装置55移动至绝缘遮蔽罩82的上方，作业装置55对绝缘遮蔽罩82进行夹取，之后调节装置5控制作业装置55将绝缘遮蔽罩82对作业点进行绝缘遮蔽，最后作业装置55对绝缘遮蔽罩82进行释放，实现作业点的绝缘遮蔽；相应的s8中调节装置55控制作业装置55移动至作业点，作业装置55对绝缘遮蔽罩82进行夹取，之后调节装置5控制作业装置55将绝缘遮蔽罩82拆除，最后作业装置55将绝缘遮蔽罩82放回存放台65上，实现绝缘遮蔽罩82的拆除。
100.步骤s4中，调节装置5移动过程中，检测单元981将感应信号反馈给处理器91，处理器91根据检测单元981反馈的信号判断调节装置5是否会发生碰撞并控制调节装置5的移动幅度。当实际距离达到预设安全距离时，处理器91作出使该运动机构的动力件停止运动的停止信号，处理器91将停止信号通过无线通信模块95发送给相关的动力件，该动力件接收到停止信号后停止运行，避免与其他物体发生碰撞。同时，处理器91发出提醒信号，提醒作业人员调节装置5停止运行，作业人员可以据此及时作出处理，如采取清理障碍后继续作业、或通过操作杆手动移动作业臂547将作业装置55和作业工具移动至目标作业点处等措施。
101.摄像模块97实时拍摄作业装置55带动作业工具在目标作业点进行作业的过程并将拍摄画面通过无线通信模块95发送给遥控模块96并显示于显示屏961上，地面作业人员可以观察显示屏961及时获知具体的作业情况，以便在出现故障时及时作出调整。
102.所述绑扎装置7对导线83的绑扎过程如下所述：
103.如图19至图21所示，绑扎装置7对导线83进行绑扎时，首先将所述第一卡扣711安装到所述第一绑扎部71上，所述第二卡扣721安装到所述第二绑扎部72上，将所述第一绑扎部71安装到所述柱式绝缘子81的环槽内，并使所述辅助棒73与所述柱式绝缘子81的环槽内壁紧贴，之后通过辅助吊臂1将所述导线83放置所述柱式绝缘子81顶端的第四安装槽811内，所述作业装置55带动第二绑扎部72绕所述辅助棒73转动，使所述第二卡扣721的卡头进入所述第一卡扣711的第三安装槽722内，通过作业装置55用力挤压使所述卡头的第二锯齿与所述第三安装槽722内的第一锯齿相互啮合，完成所述第一卡扣711与所述第二卡扣721的扣合，如图20所示，此时第一卡扣711处于解锁位置，所述第二绑扎部72将所述导线83限制在所述柱式绝缘子81的第四安装槽811内，完成了对导线83的绑扎；如图21所示，最后将第一卡扣711与第二卡扣721向上旋转度，此时第一卡扣711处于锁定位置，实现了本实施例的锁紧，本实施例中所述绑扎装置7在导线83与柱式绝缘子81连接点两端延伸距离，相比现
有缠绕绑扎线更短，有效的避免现有缠绕绑扎线绑扎不牢固，避免由此引起的对金具等接地体放电的隐患。
104.另外将导线83从绑扎装置7上拆除时，首先通过作业装置55将处于锁定位置的第一卡扣711转动至解锁位置，使第三安装槽722的开口朝上，之后作业装置55将第二卡扣721从第三安装槽722内拔出，使第一卡扣711和第二卡扣721分离，此时绑扎装置7解除对导线83的锁定，实现导线83的拆除。
105.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

技术特征：
1.一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，包括绝缘斗臂车，其特征在于：所述绝缘斗臂车设有控制设备、原有吊臂、辅助吊臂、调节装置和安装在调节装置末端的作业装置，辅助吊臂可沿原有吊臂的长度方向进行伸缩，控制设备包括雷达模块、标注模块和计算模块，柱式绝缘子上安装有用于绑扎导线的绑扎装置，绑扎装置包括第一绑扎部和第二绑扎部，第一绑扎部和第二绑扎部分别转动连接有相互配合插接的第一卡扣和第二卡扣，绑扎装置具有供第一卡扣和第二卡扣分离的解锁位置、以及限制第一卡扣和第二卡扣分离的锁定位置，所述方法包括：s1、雷达模块对作业环境进行扫描获取待更换柱式绝缘子所在作业环境的三维坐标系，并通过标注模块的三维坐标系中标注目标作业点；s2、控制设备根据步骤s1中的目标作业点控制辅助吊臂移动至待更换柱式绝缘子上导线的上方，辅助吊臂将吊绳下放并使用吊钩吊起导线并使导线受力；s3、计算模块根据步骤s1中的目标作业点及根据绑扎装置的解开动作，计算出调节装置的运动路径并生成解开指令，调节装置根据解开指令控制作业装置将绑扎装置调节至解锁位置，并使第一卡扣和第二卡扣相互分离，实现导线与柱式绝缘子的脱离；s4、辅助吊臂控制吊绳回缩起吊导线至安全距离，并保持稳定；s5、计算模块根据步骤s1中的目标作业点即根据柱式绝缘子的更换动作，计算出调节装置的运动路径并生成更换指令，调节装置根据更换指令对柱式绝缘子进行更换，并在更换后的柱式绝缘子顶端设置新的绑扎装置，完成后辅助吊臂释放吊绳将导线下放至新的柱式绝缘子上；s6、计算模块根据步骤s1中的目标作业点及根据绑扎装置的绑扎动作，计算出调节装置的运动路径并生成绑扎指令，调节装置根据绑扎指令控制作业装置将第一卡扣和第二卡扣相互插接，并将绑扎装置调节至锁定位置，实现导线在柱式绝缘子上的绑扎。2.根据权利要求1所述的一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，其特征在于：所述绝缘斗臂车还设有用于存放绝缘遮蔽罩的存放台，步骤s2之前计算模块根据步骤s1中的目标作业点及根据绝缘遮蔽罩的安装动作，计算出调节装置的运动路径并生成遮蔽指令，调节装置根据遮蔽指令控制作业装置抓取绝缘遮蔽罩对作业环境进行遮蔽。3.根据权利要求2所述的一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，其特征在于：所述步骤s6之后且完成所有柱式绝缘子的更换后，计算模块根据步骤s1中的目标作业点及根据绝缘遮蔽罩的拆除动作，计算出调节装置的运动路径并生成拆除指令，调节装置根据拆除指令控制作业装置将作业环境中的绝缘遮蔽罩放回存放台。4.根据权利要求1所述的一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，其特征在于：所述辅助吊臂设有用于与原有吊臂可拆连接的连接套，连接套包括用于定位原有吊臂的第一安装槽和用于容纳辅助吊臂的第二安装槽，第二安装槽设有与辅助吊臂传动连接的驱动器，驱动器驱动辅助吊臂沿原有吊臂的长度方向移动。5.根据权利要求4所述的一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，其特征在于：所述驱动器的输出端设有主动齿轮，辅助吊臂设有与主动齿轮啮合的齿条。6.根据权利要求1所述的一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，其特
征在于：所述第一卡扣设有与第二卡扣配合插接的第三安装槽，绑扎装置处于解锁位置时，第三安装槽的开口朝上；绑扎装置处于锁定位置时，第一卡扣和第二卡扣保持插接，且第三安装槽的开口朝向柱式绝缘子。7.根据权利要求6所述的一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，其特征在于：所述第一绑扎部与第二绑扎部的连接处设有用于贴合柱式绝缘子辅助棒。8.根据权利要求6所述的一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，其特征在于：所述步骤s3中作业装置控制插接后的第一卡扣和第二卡扣进行转动，使第三安装槽的开口从朝向柱式绝缘子转动至开口朝上。9.根据权利要求6所述的一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，其特征在于：所述步骤s6中作业装置控制第二卡扣插入到第三安装槽内，并使插接后的第一卡扣和第二卡扣进行转动，使第三安装槽的开口从朝上转动至开口朝向柱式绝缘子。10.根据权利要求1所述的一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，其特征在于：所述雷达模块包括三维激光雷达单元和面阵激光雷达单元，步骤s1包括：s11、三维激光雷达单元进行旋转采样，获取目标作业点所在作业环境的三维坐标系初步数据；s12、面阵激光雷达单元进行全固态面阵三维成像，获取目标作业点所在作业环境三维坐标系具体数据。

技术总结
本发明公开一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，属于配电带电作业机器人领域，解决了现有柱式绝缘子的更换难度较大的问题，解决该问题的技术方案主要是一种单臂配电带电作业机器人更换柱式绝缘子的方法，包括绝缘斗臂车，所述绝缘斗臂车设有控制设备、原有吊臂、辅助吊臂、调节装置和作业装置，控制设备包括雷达模块、标注模块和计算模块，柱式绝缘子上安装有绑扎装置，绑扎装置包括第一绑扎部和第二绑扎部，第一绑扎部和第二绑扎部分别转动连接有相互配合插接的第一卡扣和第二卡扣，绑扎装置具有供第一卡扣和第二卡扣分离的解锁位置、以及限制第一卡扣和第二卡扣分离的锁定位置。本发明主要用于降低柱式绝缘子的更换难度。更换难度。更换难度。


技术研发人员：焦建立 刘欣宇 金涛 陈胜科 谭程凯
受保护的技术使用者：浙江大有实业有限公司带电作业分公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/9/7