一种用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构制造技术

本发明专利技术涉及一种用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，机械臂机构安装于移动车体机构上，机械臂机构的输出端连接有末端多功能执行器机构；机械臂机构包括基座、作为输出端的末端法兰及多个位于基座与末端法兰之间并串联连接的模块化关节，末端多功能执行器机构安装在末端法兰上，具有与模块化关节数量相等的自由度；移动车机构带动机械臂机构及末端多功能执行器机构运动到高压室内指定位置，末端多功能执行器机构通过机械臂机构的驱动至指定位姿，由末端多功能执行器机构执行作业任务。本发明专利技术解决了高压室人工作业的危险性高，劳动强度大，效率底下等问题，能够代替作业工人携带作业工具进行高压室作业和巡检，保障电力作业安全。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构
本专利技术属于移动机械臂领域，具体地说是一种用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，可用于在高压室内对高压开关柜进行安全检测，并在紧急情况下完成应急分闸操作。
技术介绍
随着电网调控一体运行模式的推广，传统的变电站人工巡视与操作的方式已经满足不了形势发展的要求，针对变电站内高压室的日常巡视、带电红外/局放检测、应急分闸操作等工作量十分巨大。传统的人工带电检测工作存在仪器设备相对分散，试验效率低，智能化水平不高等诸多问题。此外，由于开关柜厂家鱼龙混杂，设备质量参差不齐，导致设备运行中发生故障的概率较高。当开关柜发生故障时，可能会引起爆炸和起火等故障，如不能及时发现和处理，将可能危及人身安全，并对其它未故障设备产生重大影响。因此开展高压开关柜检测机器人系统的研究，替代人工完成变电站高压室开关设备的日常带电检测工作,对于保障工作人员的安全、及早发现潜伏性运行隐患，保证设备和电网安全可靠运行，建立高效、机动的现场带电检测系统，满足电网智能化改造的需求具有重要意义。日本三菱公司和东京电力公司联合开发了500kV变电站巡视机器人，沿路面轨道行驶，使用红外热像仪和图像采集设备，配置辅助灯光和云台，自动获取变电站内实时信息。加拿大魁北克水电研究院研制的变电站巡检机器人搭载红外热像仪、可见光图像采集系统，实现了远程监控，并且配置了遥控装置，可实现对机器人的实时控制。国家电网山东省电力公司电力科学研究院及下属的山东鲁能智能技术有限公司研制出的系列化变电站巡检机器人，实现了机器人在变电站室外环境全天候、全区域自主运行，实现了设备热缺陷分析预警，开关、断路器开合状态识别、仪表自动读数、设备外观异常和变压器声音异常检测及异常状态报警等功能。从国内外变电站巡检机器人的调研情况可以看出，几乎所有巡检机器人主要针对的都是室外高压设备的检测，并且只是“监而不控”，对于既可巡视又具有应急分闸操作功能的变电站高压室智能机器人研究尚处于空白阶段。为实现全智能的机器人检测及操作功能，需要设计一种用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，能够适应机器人化操作的特点及高压开关柜的环境。
技术实现思路
为了解决现有变电站巡检机器人存在的上述问题，满足变电站高压室巡检的需求，本专利技术的目的在于提供一种用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构。该移动操作机器人机构能够完成高压室巡检作业任务，对高压柜状态进行分析预警；同时能够在故障情况下代替人工完成应急分闸操作，实现事故隔离，防止事故扩大。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术包括移动车体机构、机械臂机构及末端多功能执行器机构，其中机械臂机构安装于移动车体机构上，该机械臂机构的输出端连接有所述末端多功能执行器机构，所述机械臂机构及末端多功能执行器机构随移动车体机构运动；所述机械臂机构包括基座、作为输出端的末端法兰及多个位于基座与末端法兰之间并串联连接的模块化关节，所述末端多功能执行器机构安装在末端法兰上，具有与所述模块化关节数量相等的自由度；所述移动车机构带动机械臂机构及末端多功能执行器机构运动到高压室内指定位置，所述末端多功能执行器机构通过机械臂机构的驱动至指定位姿，由该末端多功能执行器机构执行作业任务。其中：所述移动车体机构包括车体底盘及行走轮驱动机构，所述基座固定在该车体底盘的上表面，所述车体底盘下表面前后两侧的左右两端均安装有用于在高压室内行走的行走轮驱动机构。所述模块化关节为六个，每一个模块化关节均提供一个自由度，六个模块化关节分别为第一模块化关节、第二模块化关节、第三模块化关节、第四模块化关节、第五模块化关节及第六模块化关节，各模块化关节结构相同，均包括支架、电机及输出轴，所述电机安装于支架上，所述第一模块化关节的支架安装在所述基座上，所述第六模块化关节的输出轴连接有末端法兰，所述第二～六模块化关节中任意一个模块化关节的支架连接于相邻的上一模块化关节的输出轴。所述第一模块化关节、第五模块化关节的输出轴相平行，且轴向均为竖直方向；所述第二模块化关节、第三模块化关节、第四模块化关节及第六模块化关节的输出轴相平行，且轴向均为水平方向。所述第二模块化关节的输出轴与第三模块化关节的支架之间通过第一连杆相连，所述第三模块化关节的输出轴与第四模块化关节的支架之间通过第二连杆连接。所述末端多功能执行器机构包括输入法兰、多个旋转关节、执行器主体、局放检测仪、直线运动单元、应急分闸操作装置、工业相机、光源及红外热像仪，该输入法兰与所述机械臂机构的输出端相连，所述执行器主体通过多个旋转关节与输入法兰连接，该执行器主体上分别安装有局放检测仪、应急分闸操作装置、工业相机及红外热像仪，所述工业相机上具有光源，所述应急分闸操作装置内部设有直线运动单元，该直线运动单元为移动关节。所述执行器主体具有五个接口，位于左端的接口与所述最末端的旋转关节连接，位于右端的两个接口分别与所述应急分闸操作装置及工业相机连接，位于上端的接口与所述局放检测仪连接，位于下端的接口与所述红外热像仪连接。所述执行器主体与局放检测仪、工业相机和红外热像仪的接口处设有空心支架，该局放检测仪、工业相机和红外热像仪分别安装于该空心支架内。所述旋转关节包括第一旋转关节、第二旋转关节及第三旋转关节，该第一旋转关节、第二旋转关节及第三旋转关节依次串联连接，所述第二旋转关节为球铰，第一旋转关节与第三旋转关节结构相同，均包括支架、电机及输出轴，所述电机安装于支架上，所述第一旋转关节的支架固接于输入法兰上，第一旋转关节的输出轴通过第二旋转关节与所述第三旋转关节的支架相连，该第三旋转关节的输出轴与所述执行器主体连接。本专利技术的优点与积极效果为：1.本专利技术结合高压开关柜检测和操作的实际需求，设计了一种用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，可全自主、快速的在高压室内执行多项巡检、作业任务，解决了以往变电站巡检机器人功能较为单一，不能对高压开关柜进行操作等缺点。2.本专利技术主体中的移动车体机构和协作型机械臂机构实现了机器人机构的粗定定位，末端多功能执行器机构实现了全自主精准定位。通过粗定位和精定位相结合的定位方式，提高了检测和作业效率，保障电力作业安全。3.本专利技术适用于高压室内的巡检与多种作业任务，应用范围广。附图说明图1为本专利技术的整体外观结构示意图；图2为本专利技术的整体结构示意图；图3为本专利技术移动车体机构的结构示意图；图4为本专利技术机械臂机构的结构示意图；图5为本专利技术末端多功能执行器机构的结构示意图；其中：1为移动车体机构，101为移动车体底盘，102为行走轮驱动机构；2为机械臂机构，201为基座，202为第一模块化关节，203为第二模块化关节，204为第一连杆，205为第三模块化关节，206为第二连杆，207为第四模块化关节，208为第五模块化关节，209为第六模块化关节，210为末端法兰；3为末端多功能执行器机构，301为输入法兰，302为第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，其特征在于：包括移动车体机构(1)、机械臂机构(2)及末端多功能执行器机构(3)，其中机械臂机构(2)安装于移动车体机构(1)上，该机械臂机构(2)的输出端连接有所述末端多功能执行器机构(3)，所述机械臂机构(2)及末端多功能执行器机构(3)随移动车体机构(1)运动；所述机械臂机构(2)包括基座(201)、作为输出端的末端法兰(210)及多个位于基座(201)与末端法兰(210)之间并串联连接的模块化关节，所述末端多功能执行器机构(3)安装在末端法兰(210)上，具有与所述模块化关节数量相等的自由度；所述移动车机构(1)带动机械臂机构(2)及末端多功能执行器机构(3)运动到高压室内指定位置，所述末端多功能执行器机构(3)通过机械臂机构(2)的驱动至指定位姿，由该末端多功能执行器机构(3)执行作业任务。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，其特征在于：包括移动车体机构(1)、机械臂机构(2)及末端多功能执行器机构(3)，其中机械臂机构(2)安装于移动车体机构(1)上，该机械臂机构(2)的输出端连接有所述末端多功能执行器机构(3)，所述机械臂机构(2)及末端多功能执行器机构(3)随移动车体机构(1)运动；所述机械臂机构(2)包括基座(201)、作为输出端的末端法兰(210)及多个位于基座(201)与末端法兰(210)之间并串联连接的模块化关节，所述末端多功能执行器机构(3)安装在末端法兰(210)上，具有与所述模块化关节数量相等的自由度；所述移动车机构(1)带动机械臂机构(2)及末端多功能执行器机构(3)运动到高压室内指定位置，所述末端多功能执行器机构(3)通过机械臂机构(2)的驱动至指定位姿，由该末端多功能执行器机构(3)执行作业任务。


2.根据权利要求1所述用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，其特征在于：所述移动车体机构(1)包括车体底盘(101)及行走轮驱动机构(102)，所述基座(201)固定在该车体底盘(101)的上表面，所述车体底盘(101)下表面前后两侧的左右两端均安装有用于在高压室内行走的行走轮驱动机构(102)。


3.根据权利要求1所述用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，其特征在于：所述模块化关节为六个，每一个模块化关节均提供一个自由度，六个模块化关节分别为第一模块化关节(202)、第二模块化关节(203)、第三模块化关节(205)、第四模块化关节(207)、第五模块化关节(208)及第六模块化关节(209)，各模块化关节结构相同，均包括支架、电机及输出轴，所述电机安装于支架上，所述第一模块化关节(202)的支架安装在所述基座(201)上，所述第六模块化关节(209)的输出轴连接有末端法兰(210)，所述第二～六模块化关节中任意一个模块化关节的支架连接于相邻的上一模块化关节的输出轴。


4.根据权利要求3所述用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，其特征在于：所述第一模块化关节(202)、第五模块化关节(208)的输出轴相平行，且轴向均为竖直方向；所述第二模块化关节(203)、第三模块化关节(205)、第四模块化关节(207)及第六模块化关节(209)的输出轴相平行，且轴向均为水平方向。


5.根据权利要求3所述用于高压室巡检的协作型移动操作机器人机构，其特征在于：所述第二模块化关节(203)的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪光，于海斌，姜勇，景凤仁，吕鹏，傅博，王天龙，胡明伟，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21