一种接地线作业工具、挂拆接地线系统及方法

技术领域

本发明属于电力线拆装技术领域，具体涉及一种接地线作业工具、挂拆接地线系统及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

变电站设备的日常维护作业是保证电网安全、稳定运行的主要手段之一。临时接地线是保护电力工作人员在检修作业时安全的重要保证，可防止断电设备或线路上意外出现电压而造成的人员伤亡事故发生。目前大部分变电站设备在挂拆接地线时有两种工作方式，一种采用人工手持接地杆，靠人力去调整和维持接地装置的姿态；一种采用云梯升降车，将工作人员送至作业点附近，进行挂接接地线。两种方式分别有以下缺点：

1)手持接地杆时对人员的体力要求高，作业高度受接地杆长度限制，整个作业过程长。

2)手持接地杆方式下，不易观察接地是否牢靠，一般需要多人配合，挂拆过程中晃动幅度大，容易损坏周围设备。

3)采用升降云梯车时，缩短了人员工作的安全距离，人员在挂拆作业时有较大安全隐患，并且升降云梯末端体积较大，适合空旷的变电站作业环境，对作业环境有一定要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种接地线作业工具、挂拆接地线系统及方法，能够使用机械臂调整地线卡钳的位姿，使用地线卡钳的后端连接姿态调整模块进一步配合机械臂以改变地线卡钳的位姿，从而能够精确控制地线卡钳完成挂拆接地线的操作，代替人工挂拆接地线的操作；可以与其他的控制系统集成，同时便于观测和控制。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的技术方案提供了一种接地线作业工具，包括地线卡钳、夹持杆件、姿态调整模块、感知模块和控制模块，地线卡钳的尾端连接夹持杆件；地线卡钳包括固定件和移动件，移动件滑动连接固定件以使得固定件和移动件之间能够夹持物体；固定件和移动件的内侧面均安装感知模块以监测夹持力，地线卡钳的后端连接姿态调整模块以改变地线卡钳的位姿；控制模块连接姿态调整模块和感知模块。

第二方面，本发明的技术方案还提供了一种挂拆接地线系统，包括如第一方面所述的接地线作业工具，所述接地线作业工具连接于机械臂一端，机械臂另一端连接升降机构，升降机构连接移动机构；

还包括服务器，所述接地线作业工具的坏境感知模块与服务器通信，服务器被配置为建立接地线作业工具周围环境模型，并分析挂拆接目标点位。

第三方面，本发明的技术方案还提供了一种挂拆接地线方法，使用如第二方面所述的系统；

挂接地线时，包括以下步骤：

移动机构带动机械臂移动到作业点位附近，通过环境感知模块，建立周围环境模型，并分析挂接目标点位；

升降机构举升，到达到作业距离后，由机械臂和接地线作业工的姿态调整模块调整接地线作业工具位置姿态，完成挂接地线；

拆接地线时，包括以下步骤：

移动机构保持挂接地线时的位置，通过环境感知模块，建立周围环境模型，并分析挂接目标点位；

升降机构举升，到达目标点位附近，由机械臂和接地线作业工的姿态调整模块调整接地线作业工具位置姿态，接地线作业工具松开母线，云梯退回，完成拆接地线工作。

操作人员可以通过远程操作系统进行操作，并可以通过各传感器监测到的信息进行工具夹持状态和位姿的判断调整。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：

1)本发明公开的挂拆接地线作业工具以及系统能够使用机械臂调整地线卡钳的位姿，使用地线卡钳的后端连接姿态调整模块进一步配合机械臂以改变地线卡钳的位姿，从而能够精确控制地线卡钳完成挂拆接地线的操作，代替人工挂拆接地线的操作。

2)本发明中的地线卡钳由固定件和移动件组成，固定件和移动件内侧设有压力传感器，根据压力传感器的信号，能够判断地线卡钳的夹紧状态，从而可以判断接线是否牢靠，避免人工操作造成对器械的损伤。

3)本发明中的挂拆接地线作业工具以及系统具有可移植性，可以安装于现有的升降车上，无需进行额外的设计，其移动性和通用性较高，能够配合多种机械在不同的使用环境下工作。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书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。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的工具示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的机械臂示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的机械臂连接工具示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的系统挂接地线步骤图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的系统拆接地线步骤图；

图6是本发明根据一个或多个实施方式的挂接地线程序框图；

图7是本发明根据一个或多个实施方式的拆接地线程序框图。

图中：1、外框，2、夹持电机，3、X轴丝杠，4、X轴电机，5、夹持杆件，6、活动滑块，7、升降丝杠，8、绝缘防护外壳，9、Y轴丝杠，10、Y轴电机，11、姿态调整模块底座，12、伞形齿轮，13、金属护套，14、小臂俯仰油缸，15、小臂俯仰关节，16、旋转油缸，17、夹持手爪，18、大臂俯仰油缸，19、小臂旋转轴，20、大臂俯仰关节，21、大臂旋转轴，22、腰部回转关节，23、控制箱。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

术语解释部分：本发明中的术语“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，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，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的具体含义。

正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种接地线作业工具、挂拆接地线系统及方法，能够使用机械臂调整地线卡钳的位姿，使用地线卡钳的后端连接姿态调整模块进一步配合机械臂以改变地线卡钳的位姿，从而能够精确控制地线卡钳完成挂拆接地线的操作，代替人工挂拆接地线的操作；可以与其他的控制系统集成；同时便于观测和控制。

实施例1

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种挂拆接地线作业机械臂，如图2所示的，该机械臂自首端至末端包括相连的夹持手爪17、小臂、小臂俯仰关节15、大臂、大臂俯仰关节20和腰部回转关节22。

夹持手爪17包括夹持手抓主体、压力传感器、伸缩油缸和旋转油缸16，夹持手爪17主体内安装伸缩油缸和压力传感器，夹持手爪17主体尾端安装旋转油缸16，夹持手爪17通过安装于其内部的伸缩油缸实现手爪开合，通过安装于其尾端的旋转油缸1616实现旋转运动，并通过夹持手爪17内部的压力传感器判断夹持是否牢靠。

夹持手爪17可夹持的作业工具包括挂拆接地线作业工具，但不仅限于此作业工具类型。

与夹持手爪17相连接的小臂俯仰关节15，其内部通过小臂伸缩油缸与小臂旋转轴19连接；在伸缩油缸上安装伸缩位移传感器作为油缸闭环控制的反馈信号来源，安装角度传感器用于监测小臂俯仰关节15的当前姿态。大臂俯仰关节20内部除了安装有大臂伸缩油缸外，为了充分利用大臂的内部空间，节省整体机械臂体积，还放置了机械臂的伺服阀和阀块，同时也在机械臂内壁上安装了角度传感器。

本实施例中的夹持手爪17能够用于夹持各种工具。

腰部回转关节22同时也作为机械臂的基座，腰部回转关节22包括回转油缸，机械臂可通过腰部回转关节22在水平面内旋转180度，并通过角度传感器将实时角度传送给控制系统。

挂拆接地线作业机械臂通过上述的3个关节的液压油缸进行驱动，所需的液压油由液压马达供给，液压马达安装于移动车体上，有效减轻机械臂重量。挂拆接地线作业机械臂采用液压驱动方式相较于电动推杆驱动方式，可以保证机械臂控制回路绝缘，并且可以提供强有力的夹持力和驱动力。

实施例2

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种接地线作业工具，包括地线卡钳模块，驱动模块，姿态调整模块，夹持杆件5，感知模块和控制模块，其中驱动模块，姿态调整模块，夹持杆件5，感知模块和控制模块均安装于控制箱23中，控制箱23外设有绝缘防护外壳8。地线卡钳模块连接驱动模块以获取动力，地线卡钳模块还连接夹持杆件5，姿态调整模块、夹持杆件5、感知模块和控制模块均安装于地线卡钳模块以获取相关的数据。

进一步地，接地线卡钳模块包括两部分，一部分是卡钳的C形外框11，另一部分是卡钳内部的活动滑块6，C形外框11内侧面设有侧边导轨，活动滑块6滑动连接于C形外框11侧边导轨，可沿C形外框11侧边导轨上下滑动，从而活动滑块6与C形外框11的内缘之间能够执行夹持动作。

可以理解的是，C形外框11作为固定件，活动滑块6作为移动件，固定件满足具有两个向同一方向折弯的折弯部即可，因此本实施例中的C形外框11可以被替换成U形外框1或者凹字形外框1。固定件两个折弯部之间的部分滑动连接移动件。

活动滑块6顶面和C形外框11上均安装多点力传感器，用于监测卡钳夹紧程度，防止对导线或设备产生伤害；活动滑块66的底面安装限位开关，防止到达硬件限位位置时电机堵转所造成的硬件损伤。

进一步地，驱动模块包括夹持电机2、控制电路和电源组成，夹持电机2连接控制电路，夹持电机2和控制电路均连接电源。夹持电机2的输出轴通过升降丝杠77与活动滑块6相连，升降丝杠77螺纹连接滑块，将电机的螺旋运动转化成滑块的直线运动。

进一步地，上述的姿态调整模块连接于地线卡钳模块底部，具有X自由度、Y自由度和沿Z轴的旋转自由度，共计3个自由度，可以实现在挂拆接地线工作末期，进行工具姿态的微小调整。

更加详细的，姿态调整模块包括X轴电机4、Y轴电机10、X轴丝杠3和Y轴丝杠9，其中X轴电机4连接X轴丝杠3，Y轴电机10连接Y轴丝杠9，X轴丝杠3和Y轴丝杠9垂直，X轴电机4和Y轴电机10均安装于姿态调整模块底座11；其中，X-Y平面(与姿态调整模块底座11平行的平面)姿态调整由X轴电机4和Y轴电机10驱动调节，通过X轴丝杠3和Y轴丝杠99传递。旋转操作由位于姿态调整模块底座11下的旋转电机通过伞形齿轮12调整。

更加详细的，旋转电机输出轴连接伞形齿轮12，姿态调整模块底座11设有与伞形齿轮12啮合的齿轮，通过伞形齿轮12与此齿轮的啮合旋转电机驱动姿态调整模块底座11转动。

进一步地，夹持杆件5是接地线作业工具最末端部件，选用绝缘材料做成，长度为1米。

夹持杆件5尾端套设金属护套13，方便机械臂手爪夹持，考虑到机械臂在进行姿态调整时手爪旋转角度问题，为保证专用作业工具与夹持手爪17紧密夹持，可以根据不同的力矩，更改金属护套13的位置。本实施例中，假设左右偏移角度为β，专用作业工具顶部零部件重力为A，金属护套13距离顶部位置B，则夹持手爪17所受力矩为F＝A·cosβ·B，保持F

进一步地，上述的感知模块包括磁场传感器、三轴姿态传感器和上述的多点压力传感器，其中磁场传感器和三轴姿态传感器均安装于地线卡钳模块的底端或者机械臂末端。

磁场传感器用于监测工具周围的磁场强度，防止挂接时挂接到带电母线或设备；三轴姿态传感器用于监测工具的实时位姿，便于机械臂调整工具夹持姿态，始终保持与母线的垂直。

进一步地，控制模块包括相连接的防电机堵转电路和电机控制模块，电机控制模块连接X轴电机4、Y轴电机10和旋转电机。

本实施例在硬件防堵转的基础上，加入软件防堵转设计，通过检测电机堵转电流实现，当电流超过设定阈值时，自动停止电机转动；具体的，本实施例中的电机控制模块包括电机的正反转控制和报警电路，电机正反转受远程命令控制，报警电路负责在工具周围磁场过大或者电机堵转时发出不同的报警声音。

本实施例中的X轴电机4、Y轴电机10和旋转电机均采用轻型电机，在具备正反转和急停基础上增加了限位开关，可保证在夹紧母线后，电机自动停止运行，不会使线路或工具受损。此外，借助工具上的磁场传感器，确定线路是否带电，保证作业的安全。本发明的作业机械臂通过多自由度的配合运动，可携带工具前往目标点位，进行挂拆接地线作业，实现人机分离、远程操控，从而保证操作人员人身安全，减少人员伤亡事故的发生。

实施例3

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种挂拆接地线系统，包括自下至上设置的移动车体，升降云梯、挂拆接地线作业机械臂和接地线作业工具，其中挂拆接地线作业机械臂为实施例1中的挂拆接地线作业机械臂，其中接地线作业工具为实施例2中的接地线作业工具。机械臂的夹持手爪17夹持接地线作业工具。

还包括服务器，所述接地线作业工具的坏境感知模块与服务器通信，服务器被配置为建立接地线作业工具周围环境模型，并分析挂拆接目标点位。

上述的移动车体底部安装支撑机构，防止作业过程中重心偏移，车体侧翻；升降云梯的最后一节采用绝缘材料制作，达到相应的作业要求的绝缘等级，伸展方式应为最末端的首先伸出，其他的依次伸出；升降云梯和挂拆接地线作业机械臂之间通过高强度螺丝固定，可进行拆卸更换；挂拆接地线作业机械臂和接地线作业工具通过机械手爪夹持，夹持位置可以适当调整。其中挂拆接地线作业机械臂和接地线作业工具的安装形式如下图3所示。

在其他实施例中，所述移动车体作为移动机构，还可以为其他形式，例如单独运行的滚轮、四足行走机构等。

在其他实施例中，所述升降云梯作为升降机构，还可以为其他形式，例如液压缸、气压缸等。

实施例4

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种挂拆接地线方法，使用如实施例3所述的一种挂拆接地线系统，下面以一次完整的作业流程介绍该系统工作方式，流程如图4和图5，挂接地线时，包括以下步骤：

首先移动车体移动到作业点位附近，通过环境感知系统，建立周围环境模型，并分析挂接目标点位。

升降云梯举升，到达到作业距离后，由机械臂和专用工具的姿态调整模块负责调整专用工具位置姿态，完成挂接地线。

拆接地线时，包括以下步骤：

移动车体不需要移动，可以直接进行环境的建模分析，进行拆接地线。

首先是升降云梯举升，到达目标点位附近，接下来由机械臂调整机械手爪的位置，进行专用工具的夹持工作。

最后专用工具松开母线，云梯退回，完成拆接地线工作。

更加具体的，完整作业过程中的挂接地线和拆接地线作业具体流程如图6和图7。在进行挂接地线时，首先进行设备的带电检测，检测到设备带电时，停止作业并且升降云梯回退至初始状态，只有检测到设备不带电时才可进行挂接地线的操作。

进行挂接地线的操作时，首先通过液压机械臂调整专用作业工具的位置，在通过专用工具的姿态调整模块进行接地线卡扣位置的微小调整。上述调整完毕后，控制专用作业工具完成接地线卡扣的夹紧，并通过多点压力传感器判断是否夹紧，如果没有夹紧返回上一步继续夹紧。完成夹紧后，液压机械臂手爪松开专用工具，升降云梯回退，完成挂接地线作业。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。