本發(fā)明涉及配網(wǎng)帶電作業(yè)領(lǐng)域，具體的說，是一種涉及高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的輔助機(jī)械臂，主要用于與主從式機(jī)械臂配合使用，完成配電帶電作業(yè)中的更換橫擔(dān)、變壓器等重載作業(yè)任務(wù)。
背景技術(shù)：
：為了提高帶電作業(yè)的自動化水平和安全性，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度和強(qiáng)電磁場對操作人員的人身威脅，帶電作業(yè)機(jī)器人在配網(wǎng)帶電作業(yè)中的應(yīng)用將越來越廣泛，并且作業(yè)項目將更全面、完全符合配電帶電作業(yè)要求。帶電作業(yè)機(jī)器人經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐，完成了實(shí)驗室樣機(jī)的研制，通過大量的現(xiàn)場試驗，驗證了機(jī)器人在配電網(wǎng)帶電作業(yè)中的需求與價值，同時也驗證了研究方案的可行性，設(shè)計的合理性。但由于現(xiàn)有機(jī)器人的主從式機(jī)械臂抓持重量有限，無法完成更換橫擔(dān)、變壓器等重載作業(yè)任務(wù)。為使帶電作業(yè)機(jī)器人能涵蓋全部配電網(wǎng)帶電作業(yè)項目，因此急需研制一款大持重/自重比的輔助機(jī)械臂，為機(jī)器人增加輔助大持重機(jī)械臂，從而完成更換橫擔(dān)、變壓器等重載作業(yè)任務(wù)。輔助機(jī)械臂研究一直也是機(jī)器人研究的熱點(diǎn)之一，目前國際上通常的工業(yè)機(jī)器人載荷比在1：10以下。受絕緣斗臂車最大載荷的約束，要求頂部工作臺整體重量不能過大，目前一般在500～600Kg。因此要求輔助機(jī)械臂應(yīng)達(dá)到大于3:1的高載荷比，并且保證系統(tǒng)具有足夠的剛度，以保證末端控制精度和穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的輔助機(jī)械臂結(jié)構(gòu)簡單，不帶有位置傳感器，所以不能進(jìn)行位置精確控制，且現(xiàn)有輔助機(jī)械臂末端無手爪無法完成抓持等復(fù)雜工作。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種帶電作業(yè)用輔助機(jī)械臂。本發(fā)明所提供的輔助機(jī)械臂，前臂采用絕緣材料玻璃鋼制成，該輔助機(jī)械臂擁有可自由開合與抓緊的手爪，可以代替人工完成作業(yè)頻率較高的帶電斷線、帶電接線等作業(yè)任務(wù)，減輕作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，使作業(yè)人員與高壓電場完全隔離，最大限度的保證作業(yè)人員的安全。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種帶電作業(yè)用輔助機(jī)械臂，包括底座、大臂、前臂和手爪，在所述的底座上設(shè)有一個液壓擺動油缸，液壓擺動油缸驅(qū)動大臂底座在水平面內(nèi)180度旋轉(zhuǎn)，所述的大臂底座與大臂相連，且大臂底座上鉸接一個驅(qū)動大臂做俯仰運(yùn)動的俯仰油缸I，所述的大臂的末端鉸接與其垂直的前臂，所述的前臂在俯仰油缸II的驅(qū)動下做俯仰運(yùn)動；在前臂的末端連接一個手爪。進(jìn)一步的，所述液壓擺動油缸上端與大臂連接，本發(fā)明采用的擺動油缸能在水平面內(nèi)0～180度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，且具有較大的輸出扭矩和承受大彎矩的能力；進(jìn)一步的，所述大臂底座一端與液壓擺動油缸連接，另一端與大臂相連，且俯仰油缸I底座固定在大臂底座上；俯仰油缸I的活塞桿驅(qū)動大臂做俯仰運(yùn)動。進(jìn)一步的，所述前臂由高強(qiáng)度絕緣玻璃鋼制成，具有良好的絕緣性和耐腐蝕性，前臂的前端與手爪箱體連接；進(jìn)一步的，所述俯仰油缸I帶有內(nèi)置式磁致伸縮位移傳感器，其通過伺服閥精確控制大臂的俯仰運(yùn)動。進(jìn)一步的，所述俯仰油缸II帶有內(nèi)置式磁致伸縮位移傳感器，其通過伺服閥精確控制前臂的俯仰運(yùn)動。進(jìn)一步的，所述手爪為本發(fā)明液壓小吊臂中最復(fù)雜的部件，它能通過手爪開合抓持重物，并可通過手爪旋轉(zhuǎn)提升重物；其包括：兩個開合手指，所述的開合手指安裝在一個手抓座上，所述的手爪座在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，同時兩個開合手指在開合油缸的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)開合。進(jìn)一步的，所述的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)、開合油缸、俯仰油缸I、俯仰油缸II和液壓擺動油缸由液壓控制系統(tǒng)控制。進(jìn)一步的，所述的液壓系統(tǒng)包括油箱，所述的油箱連接一個液壓泵，液壓泵與電磁換向閥相連，所述的電磁換向閥依次與并聯(lián)的大臂回轉(zhuǎn)伺服閥、大臂俯仰伺服閥、前臂俯仰伺服閥、手爪開合伺服閥、手爪旋轉(zhuǎn)伺服閥相連；大臂回轉(zhuǎn)伺服閥控制液壓擺動氣缸，大臂俯仰伺服閥控制俯仰油缸I、前臂俯仰伺服閥控制俯仰油缸II、手爪開合伺服閥控制開合油缸、手爪旋轉(zhuǎn)伺服閥控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。一種機(jī)器人,包括前面所述的帶電作業(yè)用輔助機(jī)械臂。本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明的輔助機(jī)械臂經(jīng)實(shí)驗驗證，代替人的手臂完成10kV配電帶電更換橫擔(dān)、變壓器重載任務(wù)。2、輔助機(jī)械臂的前端采用可自由開合及旋轉(zhuǎn)的手爪結(jié)構(gòu)，并且采用液壓伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制，因此該輔助機(jī)械臂具有操作靈活、具有定位精度高并可通過抓持帶電作業(yè)工具完成復(fù)雜作業(yè)項目。3、輔助機(jī)械臂的前臂采用絕緣性能良好的玻璃鋼制成，能保證操作人員安全及防止相間短路。4、輔助機(jī)械臂的持重/自重比較大，因此自身重量輕，抓持和起吊重量大。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明帶電作業(yè)用輔助機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a、圖2b是本發(fā)明中大臂俯仰部分設(shè)計圖；圖3是本發(fā)明中手爪部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中液壓系統(tǒng)原理圖；圖5是本發(fā)明中總控系統(tǒng)原理圖；圖6是本發(fā)明活塞桿受力面積圖；圖7(1)、圖7(2)、圖7(3)、圖7(4)是主操縱桿的示意圖；其中：1底座，2擺動油缸，3大臂底座，4大臂油缸，5大臂，6前臂油缸，7前臂，8手爪，9開合油缸，10旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，11馬達(dá)座，12手爪座，13手爪，14溢流閥，15液壓泵，16換向閥，17手爪旋轉(zhuǎn)伺服閥，18手爪開合伺服閥，19前臂俯仰伺服閥，20大臂俯仰伺服閥，21大臂回轉(zhuǎn)伺服閥。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，一種帶電作業(yè)用輔助機(jī)械臂，包括1底座，2擺動油缸，3大臂底座，4大臂油缸，5大臂，6前臂油缸，7前臂，8手爪。擺動油缸2通過螺釘連接到底座1上，大臂底座3通過螺釘一端連接和擺動油缸2連接在一起，另一端連接和大臂5相連接，大臂油缸4通過螺釘一端連接到大臂底座3，另一端連接在大臂5上，前臂7通過螺釘和大臂5連接在一起，前臂油缸6通過螺釘一端連接在大臂5上，另一端連接在前臂7上，手爪8通過螺釘連接，連接在前臂7上。各自由度的驅(qū)動情況如下，整個輔助機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)依附于擺動油缸2動作實(shí)現(xiàn)；大臂俯仰依附于液壓缸4動作實(shí)現(xiàn)；前臂俯仰依附于液壓缸6動作實(shí)現(xiàn)；手腕回轉(zhuǎn)依附于液壓馬達(dá)動作實(shí)現(xiàn)；手爪開合依附于開合油缸9的活塞桿動作實(shí)現(xiàn)。如圖2a、圖2b所示，大臂俯仰關(guān)節(jié)設(shè)計根據(jù)力矩平衡求如圖2a、圖2b所示兩種極限情況的液壓油缸推力F：第一種情況(圖2a)：100×9.8×22250+50×9.8×1125IF×119＝0得F＝23161N；第二種情況圖(2b)：100×9.8×2783+50x9.8×1392IF×166＝0得F＝20539；因此大臂俯仰油缸最大推力23161F。選用工程用HSG標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，連接方式：耳環(huán)帶關(guān)節(jié)軸承連接。其中：缸徑行程＝100；安裝距L4＝280+S＝380。進(jìn)一步的，大臂油缸4帶有內(nèi)置式磁致伸縮位移傳感器，其通過伺服閥精確控制大臂的俯仰運(yùn)動。進(jìn)一步的，前臂油缸6帶有內(nèi)置式磁致伸縮位移傳感器，其通過伺服閥精確控制前臂的俯仰運(yùn)動。進(jìn)一步的，液壓擺動油缸上端與大臂連接，本發(fā)明采用的擺動油缸能在水平面內(nèi)0～180度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，且具有較大的輸出扭矩和承受大彎矩的能力；進(jìn)一步的，大臂底座一端與液壓擺動油缸連接，另一端與大臂和俯仰油缸I底座分別通過銷軸鉸接；俯仰油缸I的活塞桿驅(qū)動大臂做俯仰運(yùn)動。進(jìn)一步的，前臂由高強(qiáng)度絕緣玻璃鋼制成，具有良好的絕緣性和耐腐蝕性，前臂的前端與手爪箱體連接，俯仰油缸Ⅱ的活塞運(yùn)動驅(qū)動前臂俯仰運(yùn)動，活塞桿在液壓油的壓力下左右移動，來帶動手爪完成抓取動作。如圖3所示，手爪包括開合油缸9，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)10，馬達(dá)座11，手爪座12，手爪13。開合油缸9通過螺釘連接到馬達(dá)座11上，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)10通過螺釘與馬達(dá)座11連接在一起，手爪座12通過螺釘連接，連接在馬達(dá)座11上，手爪13通過螺釘連接，和手爪座12連接在一起。如圖4所示，輔助機(jī)械臂液壓系統(tǒng)，包括油箱，溢流閥14，液壓泵15，換向閥16，手爪旋轉(zhuǎn)伺服閥17，手爪開合伺服閥18，前臂俯仰伺服閥19，大臂俯仰伺服閥20，大臂回轉(zhuǎn)伺服閥21。油箱通過油路管與液壓泵15相連，液壓泵15與電磁換向閥16相連，所述的電磁換向閥16依次與并聯(lián)的大臂回轉(zhuǎn)伺服閥21、大臂俯仰伺服閥20、前臂俯仰伺服閥19、手爪開合伺服閥18、手爪旋轉(zhuǎn)伺服閥17相連；大臂回轉(zhuǎn)伺服閥21控制液壓擺動氣缸，大臂俯仰伺服閥19控制俯仰油缸I、前臂俯仰伺服閥19控制俯仰油缸II、手爪開合伺服閥18控制開合油缸、手爪旋轉(zhuǎn)伺服閥17控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。液壓系統(tǒng)具體工作流程如下所述，液壓油經(jīng)過濾油器進(jìn)入液壓泵15，液壓油從液壓泵出來后進(jìn)入換向閥16。同時液壓泵出口處連接溢流閥14進(jìn)行液壓系統(tǒng)保護(hù)作用。換向閥16主要作用是對整個系統(tǒng)的液壓流向反轉(zhuǎn)。液壓油從換向閥16出來后，同時進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)伺服閥17、手爪開合伺服閥18、小臂俯仰伺服閥19、大臂俯仰伺服閥20、大臂回轉(zhuǎn)伺服閥21。手腕回轉(zhuǎn)伺服閥17控制手腕回轉(zhuǎn)馬達(dá)順時針轉(zhuǎn)動，可以通過控制系統(tǒng)控制手腕回轉(zhuǎn)伺服閥17實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)馬達(dá)反轉(zhuǎn)，加速、減速、勻速轉(zhuǎn)動。手爪開合伺服閥18通過控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)手爪開與合，開合的力度都可以實(shí)現(xiàn)控制。小臂俯仰伺服閥19通過控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)小臂快速、慢速俯仰，根據(jù)實(shí)際工作需求來調(diào)整。大臂俯仰伺服閥通20過控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大臂快速、慢速。大臂回轉(zhuǎn)伺服閥21通過控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大臂順時針旋轉(zhuǎn)，也可以實(shí)現(xiàn)逆時針旋轉(zhuǎn)。如圖6所示，設(shè)置液壓力大小為20MPa，活塞桿受力面積，則，受力面積為：s=π×R2-π×r2=π×(12.5×10-3)2-π×(5×10-3)2=π×131.25×10-6(m2)]]>活塞桿所受力的大小為：F=P×s=20×106×π×131.25×10-6=8242.5(N)]]>因手爪夾緊的物體為線纜和工具等，線纜為橡膠材質(zhì)，工具上有螺紋槽，鋼材與橡膠的摩擦系數(shù)為0.4～0.6，與螺紋槽接觸摩擦系數(shù)更大，取摩擦系數(shù)為0.3。則，手爪抓取重物的質(zhì)量大小為：M=0.3×2601×29.8=159(kg)>100(kg)]]>液壓系統(tǒng)操作系統(tǒng)壓力1500PSI(連接2000～3000PSI的液壓源后減壓)，流量19L/min。由于系統(tǒng)寬度、速度較低，因此只進(jìn)行靜態(tài)計算。(1)供油壓力選擇與Kraft機(jī)械臂相同，選取Ps＝10MPa(1500PSI)(2)伺服閥選擇選擇與Kraft相同的射流管閥，對油液污染不敏感，各伺服閥型號相同。前臂油缸流量計算：油缸最大行程400，實(shí)際300(由圖測量305走完)則，Vmax=300mm30s=10mms=0.01ms]]>伺服閥壓力：因此所選取伺服閥參數(shù)為：壓力：6.3Mpa；流量1L/min。各伺服閥取相同型號。如圖5所示，本系統(tǒng)的工作方法如下：主操縱桿的模擬量數(shù)據(jù)輸出作為控制指令輸入給PLC控制器，PLC控制器控制各個伺服閥工作，各個伺服閥控制相應(yīng)的油缸動作，氣缸驅(qū)動大臂、前臂和手爪工作；同時大臂、前臂和手爪的運(yùn)動位移通過高精度直線傳感器反饋給PLC控制器，兩路模擬量進(jìn)入主控制器后經(jīng)過姿態(tài)解析算法計算出伺服閥驅(qū)動數(shù)據(jù)，主控制器通過控制伺服閥的流量來控制液壓執(zhí)行器的動作位移，最終實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂的位置伺服控制。如圖7(1)、7(2)、7(3)、7(4)所示，主操縱桿有X、Y兩個運(yùn)動自由度，能同時進(jìn)行X、Y方向的運(yùn)動控制信號輸出，數(shù)據(jù)信號為-10V～10V的模擬電壓。操縱桿X自由度控制輔助機(jī)械臂的基座關(guān)節(jié)左右旋轉(zhuǎn)；操縱桿Y自由度控制輔助機(jī)械臂大臂和前臂的兩軸聯(lián)動，從而確保機(jī)械臂末端的水平前后與垂直上下運(yùn)動，具體運(yùn)動形式由扳機(jī)開關(guān)S4控制。當(dāng)扳機(jī)S4摁下時，Y自由度控制輔助機(jī)械臂末端作水平前后運(yùn)動；當(dāng)扳機(jī)S4松開時，Y自由度控制輔助機(jī)械臂末端作垂直上下運(yùn)動。按鈕S1還可以控制機(jī)械臂的單軸運(yùn)動，當(dāng)選擇單軸運(yùn)動時時，扳機(jī)開關(guān)S4摁下，則大臂作單軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，S4不摁下是，前臂作單軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，未予以詳細(xì)說明的部分，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行贅述。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3