本發明屬于電力技術領域，具體涉及一種帶電作業機器人的多級絕緣防護系統。

背景技術：

在高壓帶電作業過程中，操作人員需要采用絕緣手套，攀爬高壓鐵塔或借助絕緣斗臂車進行不停電作業，這就意味著操作人員要處在高空、高壓、強電磁場的危險環境中，勞動強度大，且人體姿態不易控制，即使嚴格遵守安全操作規范并增加絕緣防護措施，也無法完全緩解作業人員的精神壓力和體力損耗，稍有不慎就容易發生人身傷亡事故，給家庭和社會帶來嚴重的損失。

采用機器人自主完成帶電作業，不僅可以將工作人員從危險的、繁重的、精神緊張的工作中解放出來，有效避免帶電作業時人員傷亡事故的發生，使帶電作業更加安全，提高作業效率；同時還可以提高電網的運行質量，進一步減少供電系統的人員投入，降低人員成本，具有巨大的經濟效益和社會效益。

絕緣防護措施是帶電作業機器人能否完成帶電作業工作的關鍵。如果沒有完備可靠的絕緣安全防護措施，不但會給機器人和操作人員帶來危害，還可能造成電網短路故障，后果不堪設想。國內現有的絕緣防護措施一般針對帶電作業人員或者非自主式的帶電作業機器人，不適用于自主完成帶電作業的機器人。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種電作業機器人的多級絕緣防護系統，以保障帶電作業的作業效率和自動化水平，提高帶電作業的操作安全性能。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種電作業機器人的多級絕緣防護系統，帶電作業機器人包括絕緣斗車，搭載在絕緣斗車上的機器人平臺，安裝在機器人平臺上的第一機械臂、第二機械臂、輔助機械臂、全景攝像頭、機械臂專用工具箱、第一工控機、蓄電池以及通信模塊，所述第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂上均搭載有雙目攝像頭，所述絕緣斗車上設置有控制室，控制內設置有第一主操作手、第二主操作手以及輔助主操、顯示器；第一主操作手、第二主操作手以及輔助主操作手分別用于控制第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂；所述控制室具有絕緣外殼；所述控制室與機器人平臺之間采用光纖通信模塊或者無線通信模塊進行數據傳輸。

進一步，所述絕緣斗車為剪叉式升降機，剪叉式升降機與機器人平臺之間通過絕緣子連接。

進一步，第一機械臂、第二機械臂、輔助機械臂、雙目攝像頭、全景攝像頭、機械臂專用工具箱、第一工控機、蓄電池以及通信模塊的外表面包裹環氧玻璃布；第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂通過絕緣子安裝在機器人平臺上。

進一步，機械臂專用工具箱、第一工控機、蓄電池以及機器人通信模塊通過絕緣子安裝在機器人平臺上，且外圍采用鋁合金材料作屏蔽體。

進一步，安裝在第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂端部的夾持工具由兩個夾爪、傳動裝置、驅動裝置、旋轉裝置和轉接法蘭組成；其中，具轉接法蘭用絕緣材料制成。

進一步，用于拆裝螺栓的工具由圓環和固定夾片組成；夾爪夾緊圓環，固定夾片用于固定螺栓，由夾持工具的旋轉裝置進行360°旋轉；其中，圓環由絕緣材料制成。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于；

（1）本發明絕緣防護系統針對10kV及以上高壓帶電作業環境，包括隔離控制室、剪叉式升降機和機器人絕緣作業平臺3個部分；隔離控制室設有絕緣外殼，保證了地面工作人員的人身安全；剪叉式升降機與絕緣作業平臺之間設有絕緣子，確保系統對地絕緣；機器人絕緣作業平臺上各部件均進行了相應絕緣措施，防止帶電作業時接觸兩相高壓帶電導線造成短路。

（2）絕緣防護系統采用多級絕緣進行安全防護，提高了自主帶電作業機器人的絕緣性、安全性和可靠性，為高壓帶電作業機器人的實用化和產業化提供了重要的安全保障。

（3）在機械臂的表面噴涂絕緣材料或包裹耐高壓的環氧玻璃布或絕緣織物，可以保證無縫隙絕緣效果的同時不影響機械臂的活動范圍。

附圖說明

圖1是本發明的移動車以及隔離控制室的結構示意圖；

圖2是剪叉式升降機以及絕緣作業平臺的結構示意圖；

圖3是驅動控制一體化的關節式機械臂結構示意圖；

圖4是驅動控制一體化的關節式機械臂的末端結構示意圖；

圖5是夾持工具的結構示意圖；

圖6是專用螺栓拆裝工具的結構示意圖；

圖7是本發明多級絕緣防護結構示意圖。

其中，1、移動車；2、隔離控制室；21、顯示器；22、主操作手；23、第二工控機；25、隔離控制室通信模塊；0、絕緣子；3、剪叉式升降機；30、支柱；31、絕緣輪胎；32、底座；33、剪叉；34、臺面；4、絕緣作業平臺；41、全景攝像頭；42、輔助機械臂；43、第一機械臂；44、第二機械臂；45、雙目攝像頭；47、機械臂專用工具箱；48、第一工控機；49、蓄電池；411、機器人通信模塊；43、驅動控制一體化的關節式機械臂；433、肩；434、大臂；436、小臂；437、腕；438、機械臂末端；6、夾持工具；61、夾爪；62、傳動裝置；63、驅動裝置；64、旋轉裝置；65、絕緣轉接法蘭；7、專用螺栓拆裝工具；71、圓環；72、固定夾片。

具體實施方式

容易理解，依據本發明的技術方案，在不變更本發明的實質精神的情況下，本領域的一般技術人員可以想象出本發明帶電作業機器人的多級絕緣防護系統的多種實施方式。因此，以下具體實施方式和附圖僅是對本發明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發明的全部或者視為對本發明技術方案的限制或限定。

結合附圖，機器人多級絕緣防護系統包括與高壓設備電場完全隔離的隔離控制室2，隔離控制室2設有絕緣外殼，處于一輛移動車1上；在帶電作業現場設有升降用的剪叉式升降機3，剪叉式升降機3上面是機器人絕緣機器人平臺4，兩者之間設有絕緣子0；絕緣機器人平臺4設有帶電作業用的第一機械臂43、第二機械臂44和一個輔助機械臂42，這三個機械臂采用的是六自由度的驅動控制一體化的關節式機械臂5，表面均噴涂絕緣材料或包裹耐高壓的環氧玻璃布或絕緣織物，防止相間短路，機械臂與絕緣作業平臺之間設有絕緣性能良好的絕緣子；絕緣作業平臺4上還放有機械臂專用工具箱47、第一工控機48、蓄電池49以及機器人通信模塊411，它們均采用電磁屏蔽效果好的鋁合金材料作屏蔽體，并與絕緣作業平臺之間設有絕緣子；在機器人絕緣作業平臺上方放置一個用絕緣材料包裹的全景攝像頭41；在三個機械臂的腕部位置分別放置一個雙目攝像頭45，用于獲取作業對象的目標位姿，雙目攝像頭45外圍由硅膠材質包裹，保證攝像頭在隨機械臂一起運動的過程中不受高壓電場的影響，從而保障機器人在自主帶電作業時的安全性能，提高帶電作業的作業效率和自動化水平。

所述隔離控制室2設有絕緣外殼，操作人員處于隔離控制室2中。在隔離控制室2設有顯示器21、主操作手22、第二工控機23和隔離控制室通信模塊25。操作人員從顯示器21上獲得帶電作業現場的情況，操縱主操作手22，監控絕緣作業平臺4上的機械臂作業情況；主操作手22通過無線通信與光纖通信方式控制絕緣作業平臺4上機械臂的動作，保證了操作人員與高壓設備電場完全隔離。

所述剪叉式升降機3底座32的下方安裝了絕緣輪胎31，便于移動；當剪叉式升降機3不工作時，通過剪叉33向下的運動，臺面34處于低位；當剪叉式升降機3工作時，通過剪叉33向上的運動，臺面34處于高位。因為機器人要在高壓狀態下帶電作業，所以臺面34與絕緣作業平臺4之間設有絕緣性能良好的絕緣子。

所述絕緣作業平臺4上設有用絕緣材料包裹的全景攝像頭41、輔助機械臂42、第一機械臂43、第二機械臂44、機械臂專用工具箱47、第一工控機48、蓄電池49以及機器人通信模塊411。三個機械臂均采用六自由度的驅動控制一體化的關節式機械臂5，表面均噴涂絕緣材料或包裹耐高壓的環氧玻璃布或絕緣織物，起到機械臂本體遮蔽或隔離的保護作用，防止相間短路。三個機械臂與絕緣作業平臺之間設有絕緣性能良好的絕緣子。機械臂專用工具箱47里放的是機械臂帶電作業時使用的絕緣工具。蓄電池49給機械臂供電。機械臂專用工具箱47、第一工控機48、蓄電池49以及機器人通信模塊411外圍均采用電磁屏蔽效果好的鋁合金材料作屏蔽體，并與絕緣作業平臺4之間設有絕緣性能良好的絕緣子。

所述六自由度的驅動控制一體化的關節式機械臂43，由肩433、大臂434、小臂436和腕437組成，其中：腕437有三個自由度，其他各有一個自由度。在機械臂的表面噴涂絕緣材料或包裹耐高壓的環氧玻璃布或絕緣織物，可以保證無縫隙絕緣效果的同時不影響機械臂的活動范圍。

所述專用絕緣工具包括夾持工具6、專用螺栓拆裝工具7。夾持工具6采用電力驅動方式，由兩個夾爪61、傳動裝置62、驅動裝置63、旋轉裝置64和絕緣轉接法蘭65組成，具有一定機械自適應能力，能夠抓住不同形狀的物體，且抓持力大、傳動效率高、結構簡單、重量輕。它與機械臂連接的地方采用絕緣材料制成，保證機器人帶電作業時的安全性。專用螺栓拆裝工具7，由圓環71和固定夾片72組成，通過夾持工具6的旋轉，完成對螺栓的拆裝。

帶電作業機器人采用多級絕緣進行安全防護，一級絕緣是操作人員工作的隔離控制室2，外圍設有絕緣外殼；機器人平臺4置于剪叉式升降機3上，實現整個作業平臺與地面操作人員之間的絕緣，這是二級絕緣；三級絕緣是機械臂的絕緣，包括第一機械臂43、第二機械臂44、輔助機械臂42本體的絕緣和安裝在機械臂腕部位置的雙目攝像頭45的絕緣，機械臂表面均噴涂絕緣材料或包裹耐高壓的環氧玻璃布或絕緣織物，雙目攝像頭45外圍由絕緣材料包裹；機器人采用絕緣工具進行帶電作業，這是四級絕緣；同時，無線通信與光纖通信的使用，可使地面操作人員遠離機械手臂及高壓線路，進行高壓電氣設備的更換和監控工作，極大地保證操作人員的安全，這是五級絕緣。具體技術方案如下：

如圖1所示，一級絕緣是位于移動車1上的設有絕緣外殼的隔離控制室2。工作時，操作人員處于隔離控制室2中，采用主從控制方式操縱主操作手22遙控機械臂42、43、44抓取絕緣工具進行帶電作業，利用雙目攝像頭45和全景攝像頭41采集作業現場圖片，經過計算機一系列的圖像處理后，從顯示器21上獲得機器人絕緣工作平臺4上的作業圖像或動畫。主操作手22與第一機械臂43、第二機械臂44同構，通過無線通信與光纖通信方式連接，避免直接接觸高壓設備，保證了地面工作人員的人身安全。

如圖2所示，剪叉式升降機3是整個機器人作業系統的二級絕緣。它由臺面34、剪叉33、底座32、絕緣輪胎31和支柱30組成。不工作時，支柱30處于收起狀態，工作時，支柱30從底座放下，固定住剪叉式升降機3，防止它來回移動影響作業。當剪叉式升降機不工作時，通過剪叉33向下的運動，臺面34處于低位；當剪叉式升降機工作時，通過剪叉33向上的運動，臺面34處于高位，這樣就能夠既方便又安全地將機器人絕緣作業平臺送至高處。剪叉式升降機3與絕緣作業平臺4之間通過絕緣性能良好的絕緣子0連接，確保自主帶電作業機器人系統對地絕緣。

絕緣作業平臺4上設有用環氧玻璃布包裹的全景攝像頭41、輔助機械臂42、第一機械臂43、第二機械臂44、機械臂專用工具箱47、第一工控機48、蓄電池49以及機器人通信模塊411。機械臂42、43、44與絕緣作業平臺4之間設有絕緣性能良好的絕緣子。機械臂專用工具箱47里放的是機械臂帶電作業時使用的專用絕緣工具。蓄電池49給機械臂供電。機械臂專用工具箱47、第一工控機48、蓄電池49以及機器人通信模塊411外圍均采用電磁屏蔽效果好的鋁合金材料作屏蔽體，并與絕緣作業平臺4之間設有絕緣性能良好的絕緣子。

三級絕緣是機械臂的絕緣，包括機械臂本體的絕緣和安裝在腕部位置的雙目攝像頭的絕緣。如圖3所示，驅動控制一體化的關節式機械臂43有六個自由度，由肩433、大臂434、小臂436、腕437組成，其中：腕437有三個自由度，其他各有一個自由度，能靈活運動。在機械臂的表面噴涂絕緣材料或包裹耐高壓的環氧玻璃布或絕緣織物，達到了無縫隙絕緣，防止相間短路，另外還不影響機械臂的工作范圍。如圖1所示，雙目攝像頭45安裝在三個機械臂的腕部位置，用于獲取作業對象的目標位姿，體現了機器人帶電作業的自主性。為了防止相間短路，雙目攝像頭45的外圍用絕緣材料包裹。根據雙目攝像頭45的尺寸建模，設計絕緣外殼的形狀，采用橡膠材質加工絕緣外殼的模具，然后將雙目攝像頭包裹在其中，最后通過橡膠材質將雙目攝像頭固定在第一機械臂43和第二機械臂44的腕部位置。

四級絕緣是專用絕緣工具的使用。如圖5所示是夾持工具6，采用電力驅動方式，由兩個夾爪61、傳動裝置62、驅動裝置63、旋轉裝置64和絕緣轉接法蘭65組成，具有一定機械自適應能力，能夠抓住不同形狀的物體，且抓持力大、傳動效率高、結構簡單、重量輕。它通過夾爪61的張開和閉合，實現對其他工具的松開和夾緊。旋轉裝置64，可以360°旋轉，更輕松地完成對任意姿態的工具的夾持。為了保證機器人帶電作業時的安全性，絕緣轉接法蘭65用絕緣材料制成，與機械臂末端438契合，機械臂末端的示意圖如圖4所示。夾持工具6與機械臂末端438通過絕緣轉接法蘭65連接，絕緣轉接法蘭65采用絕緣材料制成，保證機器人帶電作業時的安全性。它通過夾爪61的張開和閉合，實現對其他工具的松開和夾緊。旋轉裝置64，可以360°旋轉，更輕松地完成對任意姿態的工具的夾持。專用螺栓拆裝工具7，由圓環71和固定夾片72組成。使用時，夾爪61夾緊圓環71，固定夾片72用于固定螺栓，由夾持工具的旋轉裝置64進行360°旋轉，從而實現對螺栓的拆裝。特別的，圓環71由絕緣材料制成。

五級絕緣是無線、光纖通信的使用。隔離控制室與絕緣作業平臺的第一工控機通過無線、光纖進行信號傳遞，保證了操作人員與高壓電場完全隔離。

如圖7所示，本發明采用多級絕緣防護，包括隔離控制室2、剪叉式升降機3、機械臂絕緣、專用絕緣工具和無線、光纖通信的使用。其中，專用絕緣工具包括夾持工具6和專用螺栓拆裝工具7；機械臂絕緣包括：（1）機械臂表面噴涂絕緣材料或包裹耐高壓的環氧玻璃布，（2）雙目攝像頭絕緣外殼；剪叉式升降機實現整個作業平臺與地面操作人員之間的絕緣；隔離控制室和無線、光纖通信的使用，使地面操作人員遠離機械手臂及高壓線路，保證操作人員的安全。