本發明屬于電力技術領域，具體涉及一種帶電作業機器人金屬氧化物避雷器更換方法。

背景技術：

金屬氧化物避雷器在當今電力系統輸配電線路中廣泛使用，成為電力系統中過電壓防護的主要設備。

隨著配電網的長期運行，金屬氧化物避雷器可能出現螺母松動，瓷套破裂，橡膠圈老化種種問題，需要更換。通常做法是停電更換，若停電面積較大，會造成無法估量的損失，嚴重影響供電企業的經濟效益和社會效益。現在廣大研究人員也在積極研究帶電作業更換金屬氧化物避雷器的方法。但是人工的更換和維護，作業人員將在高壓帶電線路附近作業，具有一定的安全隱患。

配電線路中帶電作業更換金屬氧化物避雷器主要采用絕緣手套作業法，絕緣手套作業法中作業人員穿戴全套絕緣防護用具，通過絕緣手套進行帶電作業。還需要對人體可能觸及到的帶電體和接地體進行絕緣遮蔽。更換過程中往往產生電弧，極易對作業人員造成灼傷；在更換過程中需要對上下引線進行拆接，也會有觸電的危險；作業人員在絕緣斗臂車上的絕緣斗上作業，有高處墜落的風險；在作業過程中，可能會由于人為操作的失誤，客觀上相間引線間距小，可能造成相間短路事件，給人民財產，人身安全造成威脅。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是，提出一種帶電作業機器人金屬氧化物避雷器更換方法，該方法能夠在不斷電、不帶負荷的情況下通過帶電作業機器人的機械臂對10kv配電線路中的金屬氧化物避雷器進行自動更換，在減少小作業人員所面臨的危險的同時，簡化了作業步驟，提高了作業效率。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種帶電作業機器人金屬氧化物避雷器更換方法，帶電作業機器人具有設置在機器人平臺上的機械臂，包括 第一機械臂、第二機械臂以及輔助機械臂，第一機械臂、第二機械臂以及輔助機械臂響應于控制數據完成以下工作：

第一機械臂、第二機械臂以及輔助機械臂端部安裝夾持工具，用夾持工具夾持絕緣遮蔽材料對標記的帶電體進行絕緣遮蔽；然后第一機械臂和第二機械臂末端換裝螺栓拆裝工具；

輔助機械臂夾持引線固定裝置移動到橫擔附近并將引線固定裝置的固定孔與橫擔上固有的固定孔對齊；第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具安裝用于固定引線固定裝置的螺栓，將固定引線固定裝置固定在橫擔上；

輔助機械臂夾持上引線，第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具拆除金屬氧化物避雷器上固定上引線的螺栓，然后輔助機械臂將拆卸下來的上引線移動到引線固定裝置上端的固定孔附近；第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具安裝用于固定上引線的螺栓，將上引線固定在引線固定裝置的上端；

輔助機械臂停止夾持上引線，并移動到下引線附近對下引線進行夾持；第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具拆除金屬氧化物避雷器上固定下引線的螺栓，然后輔助機械臂將拆卸下來的下引線移動到引線固定裝置下端的固定孔附近；第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具安裝用于固定下引線的螺栓，將下引線固定在引線固定裝置的下端；

輔助機械臂停止夾持下引線，并移動到金屬氧化物避雷器附近對金屬氧化物避雷器進行夾持；第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具拆除用于固定金屬氧化物避雷器和橫擔的螺栓；螺栓拆除后，輔助機械臂將金屬氧化物避雷器移動至機器人平臺上放置；

輔助機械臂夾持新的金屬氧化物避雷器，將新的金屬氧化物避雷器移動至橫擔附近；第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具安裝用于固定跌落式熔斷器與橫擔的螺栓，將跌落式熔斷器與橫擔固定；

輔助機械臂停止夾持金屬氧化物避雷器，轉而夾持固定在引線固定裝置上的下引線；第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具拆除用于固定上引線的螺栓，將下引線從引線固定裝置上拆下來；輔助機械臂將下引線移動至金屬氧化物避雷器下端的安裝孔附近，第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具安裝用于固定下引線的螺栓，將下引線固定在金屬氧化物避雷器下端；

輔助機械臂停止夾持下引線，轉而夾持固定在引線固定裝置上的上引線；第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具拆除用于固定上引線的螺栓，將上引線從引線固定裝置上拆下來；輔助機械臂將上引線移動至金屬氧化物避雷器上端附近的安裝孔，第一機械臂與第二機械臂使用螺栓拆裝工具安裝用于固定上引線的螺栓，將上引線固定在金屬氧化物避雷器上端；

輔助機械臂停止夾持上引線，轉而夾持引線固定裝置；第一機械臂和第二機械臂使用螺栓拆裝工具拆除用于固定引線固定裝置與橫擔的螺栓，將引線固定裝置從橫擔上拆下來；輔助機械臂將引線固定裝置放回機器人平臺上專用工具箱；

第一機械臂和第二機械臂換裝夾持工具，使用夾持工具夾持覆蓋在帶電體上的絕緣遮蔽材料，撤除絕緣遮蔽材料；

第一機械臂，或者第二機械臂，或者輔助機械臂推動跌落式熔斷器的活動模塊，從而合上跌落式熔斷器。

進一步，所述控制數據為各機械臂關節運動的角度期望值，該角度期望值由帶電作業機器人數據處理和控制系統根據設置于絕緣斗臂車內的主操作手各關節角度變化數據解算獲得；主操作手包括第一主操作手、第二主操作手和輔助主操作手；第一主操作手、第二主操作手和輔助主操作手分別與第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂對應，構成主從操作關系。

進一步，所述控制數據為各機械臂關節運動的角度期望值；帶電作業機器人數據處理和控制系統根據各機械臂與作業對象的相對位置以及作業任務動作序列，使用笛卡爾空間路徑規劃方法規劃出各機械臂的空間路徑，然后根據空間路徑解算出各機械臂關節運動的角度期望值。

進一步，所述絕緣遮蔽材料為絕緣護套或者環氧玻璃布。

進一步，所述引線固定裝置包括本體，設置在本體中間位置的用于與橫擔固定的固定孔，以及設置在本體上下兩端的用于固定上引線和下引線的固定孔。

進一步，所述金屬氧化物避雷器放置在移動至機器人平臺上的專用工具箱內。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于，由于采用帶電作業機器人自動更換金屬氧化物避雷器，提高了作業效率和準確度，避免人工失誤的可能，從一定程度上可以減少事故發生的可能性；很大程度上避免了線路停電帶來的負面影響，大幅度減少停電時間，提高供電可靠率；同時減少小作業人員所面臨的危險，無需考慮電弧產生時對人體的灼傷以及觸電危險、高空墜落等問題，大大提高了作業過程中的安全性。

附圖說明

圖1為本發明帶電作業機器人整體結構示意圖；

圖2為本發明中機器人平臺的結構示意圖；

圖3為本發明所述方法流程圖；

圖4為本發明中使用的引線固定裝置結構示意圖；

圖5為本發明帶電作業機器人帶電更換金屬氧化物避雷器作業環境示意圖。

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金屬氧化物避雷器更換方法的多種實施方式。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，帶電作業機器人包括絕緣斗臂車1、控制室2、伸縮臂3、機器人平臺4。其中，絕緣斗臂車1上架設控制室2和伸縮臂3，伸縮臂3末端連接機器人平臺4，機器人平臺4與控制室2之間采用光纖以太網通信或者無線網絡通信。

絕緣斗臂車1可供操作人員駕駛，從而將機器人平臺4運輸到作業現場。絕緣斗臂車1上裝有支撐腿，支撐腿可以展開，從而將絕緣斗臂車1與地面穩固支撐。絕緣斗臂車1上裝有發電機，從而給控制室2及伸縮臂3供電。

伸縮臂3設有沿伸縮方向的驅動裝置，操作人員可以通過控制驅動裝置，從而將機器人平臺4升降到作業高度。該伸縮臂3由絕緣材料制成，用于實現機器人平臺4與控制室2的絕緣。在本發明中，伸縮臂3可有由剪叉式升降機構或其他機構代替。

控制室2中設置有數據處理和控制系統以及顯示屏、第一主操作手、第二主操作手、輔助主操作手以及通信模塊等。

機器人平臺4包括絕緣子46、第一機械臂43、第二機械臂44、輔助機械臂42、第一工控機48、雙目攝像頭45、全景攝像頭41、深度攝像頭410、蓄電池49、專用工具箱47、通信模塊。

機器人平臺4的絕緣子46用于支撐第一機械臂43、第二機械臂44、輔助機械臂42，將這三個機械臂的外殼與機器人平臺4絕緣。

蓄電池49為第一工控機48、第一機械臂43、第二機械臂44、輔助機械臂42、全景攝像頭41、雙目攝像頭45、深度攝像頭410、通信模塊供電。

專用工具箱47 是放置抓具、扳手等作業工具的場所。機械臂末端安裝有工具快換裝置。機械臂根據作業任務的類型到專用工具箱47中使用工具快換裝置獲取作業工具。

控制室2中第一主操作手、第二主操作手以及輔助主操作手是一種用于人工遠程操作機械臂的操作裝置，他們與第一機械臂43、第二機械臂44和輔助機械臂42構成主從操作關系。機械臂和主操作手具有相同的結構，只是主操作手尺寸規格比機械臂小，以便于操作人員操作。機械臂和主操作手擁有六個關節，每個關節都有光電編碼器采集角度數據，各主操作手的微型控制器通過串口將六個關節的角度數據發送給第二工控機。

機器人平臺4與控制室2之間的數據傳輸通過光纖有線傳輸，或者使用無線網絡傳輸。機器人平臺4上的通信模塊是光纖收發器，光纖收發器用于實現光纖中的光信號與雙絞線中的電信號的相互轉換，從而在通信上實現機器人平臺4與控制室2的電氣隔離。控制室2中的通信模塊是光纖收發器，光纖收發器用于實現光纖中的光信號與雙絞線中的電信號的相互轉換，從而在通信上實現機器人平臺4與控制室2的電氣隔離。

本發明帶電作業機器人既可以由作業人員進行遠程搖操作以完成帶電作業，又可以進行自主帶電作業。

帶電作業機器人更換跌落式熔斷器的過程如下：

在更換金屬氧化物避雷器120之前，作業人員先進行帶電作業機器人的作業準備，檢查氣象條件、核對桿塔號、布置現場、在工作現場設置安全護欄、作業標志、和相關警示標志，采用絕緣電阻測試儀對用到的絕緣工器具進行表面絕緣電阻檢測，阻值不小于700兆歐。由絕緣斗臂車駕駛員將絕緣斗臂車1駛入桿塔100附近位置并布置現場。作業位置具體為待作業桿塔100的附近位置并避開附近電力線和障礙物，避免停放在溝道蓋板上,絕緣斗臂車1支腿順序為先伸出水平支腿，再伸出垂直支腿，支撐到位后車輛前后左右呈水平。

絕緣斗臂車布置妥當后，開啟帶電作業機器人，采集全景圖像。操作人員在根據顯示器顯示的實景圖像，控制伸縮臂3將機器人平臺4移動至跌落式熔斷器作業位置。操作人員根據機械臂上雙目攝像頭45返回的實景圖像對作業范圍內在絕緣安全距離內的帶電體進行標記。

第一機械臂43、第二機械臂44以及輔助機械臂42響應于控制數據完成以下工作：

第一機械臂43、第二機械臂44以及輔助機械臂42端部安裝夾持工具，用夾持工具夾持絕緣遮蔽材料對標記的帶電體進行絕緣遮蔽。絕緣遮蔽材料如絕緣護套、環氧玻璃布等。輔助機械臂42夾持引線固定裝置190移動到橫擔103附近并將引線固定裝置190的固定孔與橫擔103上固有的固定孔對齊；在第一機械臂43和第二機械臂44末端換裝螺栓拆裝工具，第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具安裝用于固定引線固定裝置190的螺栓，將固定引線固定裝置190固定在橫擔103上；所述引線固定裝置包括本體，設置在本體中間位置的用于與橫擔固定的固定孔，以及設置在本體上下兩端的用于固定上引線和下引線的固定孔。引線固定裝置上的開孔符合最小安全距離的標準。

輔助機械臂42夾持上引線101，同時第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具拆除金屬氧化物避雷器120上固定上引線101的螺栓，然后輔助機械臂42將拆卸下來的上引線101移動到引線固定裝置190上端的固定孔附近；第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具安裝用于固定上引線101的螺栓，將上引線101固定在引線固定裝置190的上端。

輔助機械臂42停止夾持上引線101，并移動到下引線102附近對下引線102進行夾持。同時，第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具拆除金屬氧化物避雷器120上固定下引線102的螺栓，然后輔助機械臂42將拆卸下來的下引線102移動到引線固定裝置190下端的固定孔附近；第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具安裝用于固定下引線102的螺栓，將下引線102固定在引線固定裝置190的下端。

輔助機械臂42末端停止夾持下引線102，并移動到金屬氧化物避雷器120附近對金屬氧化物避雷器120進行夾持。此時，第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具拆除用于固定金屬氧化物避雷器120和橫擔103的螺栓；螺栓拆除后，輔助機械臂42將金屬氧化物避雷器120移動至機器人平臺4上專用工具箱47。

輔助機械臂42將更換下來的金屬氧化物避雷器120放入專用工具箱47后，轉而夾持專用工具箱47內新的金屬氧化物避雷器120，然后將新的金屬氧化物避雷器120移動至橫擔103附近。第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具安裝用于固定跌落式熔斷器與橫擔103的螺栓，將跌落式熔斷器與橫擔103固定。

輔助機械臂42停止夾持金屬氧化物避雷器120，轉而夾持固定在引線固定裝置190上的下引線102。第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具拆除用于固定上引線101的螺栓，將下引線102從引線固定裝置190上拆下來。輔助機械臂42將下引線102移動至金屬氧化物避雷器120下端的安裝孔附近，第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具安裝用于固定下引線102的螺栓，將下引線102固定在金屬氧化物避雷器120下端。

輔助機械臂42停止夾持下引線102，轉而夾持固定在引線固定裝置190上的上引線101。第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具拆除用于固定上引線101的螺栓，將上引線101從引線固定裝置190上拆下來。輔助機械臂42將上引線101移動至金屬氧化物避雷器120上端附近的安裝孔，第一機械臂43與第二機械臂44使用螺栓拆裝工具安裝用于固定上引線101的螺栓，將上引線101固定在金屬氧化物避雷器120上端。

輔助機械臂42停止夾持上引線101，轉而夾持引線固定裝置190。第一機械臂43和第二機械臂44使用螺栓拆裝工具拆除用于固定引線固定裝置190與橫擔103的螺栓，將引線固定裝置190從橫擔103上拆下來。輔助機械臂42將引線固定裝置190放回機器人平臺4上專用工具箱47。

第一機械臂43和第二機械臂44換裝夾持工具，使用夾持工具夾持覆蓋在帶電體上的絕緣遮蔽材料，撤除絕緣遮蔽材料。

第一機械臂43推動跌落式熔斷器的活動模塊，從而合上跌落式熔斷器。

通過人工搖操作完成上述過程時，所述控制數據為各機械臂關節運動的角度期望值，該角度期望值由帶電作業機器人數據處理和控制系統根據設置于絕緣斗臂車內的主操作手各關節角度變化數據解算獲得；主操作手包括第一主操作手、第二主操作手和輔助主操作手；第一主操作手、第二主操作手和輔助主操作手分別與第一機械臂43、第二機械臂44和輔助機械臂42對應，構成主從操作關系。

帶電作業機器人自主完成上述過程時，所述控制數據為各機械臂關節運動的角度期望值；帶電作業機器人數據處理和控制系統根據各機械臂與作業對象的相對位置以及作業任務動作序列，使用笛卡爾空間路徑規劃方法規劃出各機械臂的空間路徑，然后根據空間路徑解算出各機械臂關節運動的角度期望值。

本發明方法能夠在不斷電不帶負荷的情況下通過帶電作業機器人的機械臂對金屬氧化物避雷器進行帶電更換，避免了停電帶來的負面影響，大幅度減少停電時間，提高供電可靠率，緩解用電投訴矛盾。本發明使用帶電作業機器人代替人進行帶電作業，相比于絕緣桿作業法具有更加豐富的功能。本發明使用帶電作業機器人相比于絕緣手套作業法能免于考慮電弧產生時對人體的灼傷和觸電危險、高空墜落問題。本發明使用帶電作業機器人由操作人員搖桿控制，對于作業人員勞動強度要求小，減少了作業強度大出現人為失誤的情況，大大提高了作業過程中的安全性，從一定程度上可以減少事故的發生。