一種模塊化帶電作業機器人系統及其作業方法與流程
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1.本發明涉及高壓輸電線路自動化帶電作業領域，尤其涉及一種模塊化帶電作業機器人系統及其作業方法。
背景技術：
2.由于輸電線路長期暴露于自然環境中并受到侵害，線路上的金具極易出現缺陷，如導線破損、螺栓松動、絕緣子污損等威脅線路安全的問題。如果不及時發現并處理，會破壞輸電線路運行的穩定性，造成區域性斷電給工農業生產和人民生活帶來極大的不便。因此，定期和不定期的線路巡視和檢修作業便成為電力部門的常規性任務。
3.以前輸電線路的巡檢及檢修工作都是由人工登塔上線進行帶電作業，耗費大量人力物力，特別是對作業人員的安全性帶來極大的威脅。隨著智能輸電網絡運維管理自動化水平的不斷提升，近年來針對各種帶電作業任務的輸電線路機器人應運而生，而機器人作業前都需要通過各種方式使機器人完成上線，在其作業完成后需要將機器人運回地面，而傳統的機器人上下線多通過人工吊裝方式實現，存在效率低和可靠性差等問題，嚴重制約機器人實用化水平的提升，并成為輸電線路帶電作業機器人亟需突破的一個重要瓶頸技術問題。
4.另外，機器人為整體式結構運輸至應用現場，整體式結構造成機器人的功能較少，另外，整體式結構給野外運輸造成不便，還容易出現機器人的損壞等情形。
技術實現要素：
5.本發明的目的在于提供一種能現場快速組裝成、功能多樣化、能自動上下線、可的模塊化帶電作業機器人系統及其作業方法。
6.本發明公開的這種模塊化帶電作業機器人系統，包括模塊化帶電作業機器人和機器人上下線系統，模塊化帶電作業機器人主要包括行走臂模塊、機箱模塊、末端平臺和機械作業臂，機器人上下線系統主要包括無人機、絕緣繩懸吊組件和絕緣繩調節裝置；行走臂模塊有兩組，每組包括臂體、升降裝置、行走輪組件、壓緊輪組件和旋轉驅動裝置，行走輪組件可拆卸連接于臂體上端，升降裝置安裝于臂體上，壓緊輪組件安裝于升降裝置上，旋轉驅動裝置連接于臂體的下端；機箱模塊包括機箱和伸出于機箱頂板外的多個安裝座和航空插頭，安裝座分別用于安裝作業機械臂及攝像頭；兩組行走臂模塊的旋轉驅動裝置分別可拆卸連接于機箱的長度方向兩端；機箱模塊還包括對稱設置于機箱內腔長度方向兩端的夾爪裝置，夾爪裝置的可開合夾爪上下位置可調節，機箱底面對應夾爪位置設置讓位孔；末端平臺包括主體支架、嵌入式快換裝置和作業末端，支撐架連接于主體支架的下側，多個嵌入式快換裝置分別連接于主體支架上，每個嵌入式快換裝置分別連接有不同功能的作業末端；末端平臺的主體支架通過夾爪夾持固定；機械作業臂為六自由度臂，通過緊固件可拆卸固定于相應的安裝座上，可自動抓取作業末端及將作業末端返送回嵌入式快換裝置；絕緣繩升降裝置為電動絞磨裝置，安裝于主體支架的下側，絕緣繩懸吊組件下端的絕緣繩穿過機
箱模塊后固定于電動絞磨裝置的絞盤上。
7.上述系統的一種實施方式中，所述臂體為方形空心柱，所述升降裝置為絲桿滑塊裝置，其驅動電機采用直流伺服電機，固定于臂體的下端，絲桿布置于臂體的中心位置，下端通過聯軸器與驅動電機的輸出軸連接，臂體側壁設置滑塊行程槽；所述絲桿滑塊連接有套于臂體外的方形滑套，臂體外設置有滑軌，方形滑套內壁設置有與滑軌匹配的滑塊。
8.上述系統的一種實施方式中，所述行走輪組件包括驅動電機及其驅動的行走輪，行走輪的上方設置有防護罩，驅動電機的機座固定于所述臂體的上端。
9.上述系統的一種實施方式中，所述壓緊輪組件包括壓緊輪、輪座、減震組件和擋板組件，壓緊輪分設于輪座的左右兩側，它們的輪軸兩端分別連接彈簧減震組件，輪座的左右兩端對稱設有彈性擋板組件，中間設有剎車片；輪座與所述方形滑套連接。
10.上述系統的一種實施方式中，所述旋轉驅動裝置包括蝸輪蝸桿裝置和方形套，蝸輪蝸桿設置于罩殼內，蝸輪的輪軸伸出，一端垂直連接方形套，另一端連接軸承，軸承外連接端蓋，端蓋固定于罩殼上，蝸輪連接的電機工作，使蝸桿驅動蝸輪轉動，蝸輪的輪軸通過方形套帶動臂體在豎直面轉動；罩殼連接有安裝架。
11.上述系統的一種實施方式中，所述夾爪裝置包括吊架、絲桿、滑塊、下同步輪和夾爪組件，吊架水平布置，絲桿沿豎向連接于吊架的中心位置，滑塊連接于絲桿上，下同步輪連接于絲桿下端，夾爪包括滑塊座、連桿臂和夾爪，滑塊座套固于滑塊外，滑塊座的兩側對稱鉸接連桿臂，連桿臂的末端鉸接夾爪；其中一個夾爪裝置還包括驅動裝置，驅動裝置包括伺服電機及其上端輸出軸連接的上同步輪，伺服電機固定于所述吊架上，該夾爪裝置的絲桿上端穿過所述吊架后連接上同步輪，兩個上同步輪之間連接同步帶，兩套夾爪裝置的下同步輪之間連接同步帶。
12.上述系統的一種實施方式中，所述機箱內腔中設置有關于機箱寬度方向中心面對稱布置的兩根方管，所述安裝架和吊架分別通過方管安裝/固定，所述作業臂安裝座包括固定于方管上的底座和底座頂面的頂座，頂座的安裝面傾角為45-60
°
，所述機械作業臂有兩個，為六自由度臂。
13.上述系統的一種實施方式中，所述無人機為四旋翼機，絕緣繩懸吊組件包括絕緣繩、十字架和吊鉤組件，四根絕緣繩的上端分別固定于無人機的各旋翼安裝臂上，中部通過一個十字架連接，下端連接于另一個十字架上，十字架的中心位置下側通過插接頭彈性可拆卸連接吊鉤組件，吊鉤下端連接一根絕緣繩，所述機箱模塊設置沿豎向的導向管，吊鉤連接的絕緣繩穿過導向管后固定于所述絞盤上；機箱模塊的長度方向兩端對稱設置導向管，所述電動絞磨裝置包括雙輸出軸電機對稱驅動的行星齒輪傳動組件，行星齒輪傳動組件的輸出軸分別連接防跑線絞盤。
14.本發明提供的這種上述系統的作業方法，包括以下步驟：
15.一、模塊化機器人上線
16.(1)將絕緣繩懸吊組件的四根絕緣繩上端與無人機固定，掛鉤下端連接好另一根用于連接絞盤的絕緣繩；
17.(2)無人機攜帶絕緣繩懸吊組件升空，將掛鉤掛于目標導線上；
18.(3)重復步驟(1)和(2)將第二個掛鉤掛于目標導線上；
19.(4)地面工作人員拉扯兩掛鉤連接的絕緣繩來調節來兩個掛鉤之間的距離，使兩
個掛鉤之間距離與機箱模塊上兩根導向管之間的距離一致，并將兩根絕緣繩分別穿過導向管后固定于相應的絞盤上；
20.(5)使電動絞盤裝置的雙輸出軸電機正向工作，使掛鉤連接的絕緣繩長度縮短帶著模塊化機器人上升至指定高度；
21.(6)使兩行走臂模塊的旋轉驅動裝置驅動臂體帶著偏轉指定角度；
22.(7)電動絞磨裝置的雙輸出軸電機繼續正向工作，直至臂體上端行走輪的下表面超過目標導線指定高度；
23.(8)兩行走臂模塊的旋轉驅動裝置驅動臂體帶著回到豎直狀態；
24.(9)電動絞磨裝置的雙輸出軸電機反向工作使行走輪的輪槽下沿落于目標導線上，并通過機箱上的攝像頭拍攝行走輪輪槽與導線的接觸情況；
25.(10)行走臂模塊的絲桿滑塊裝置的伺服電機工作，使絲桿滑塊通過方形滑塊帶動壓緊輪組件向上移動，直至壓緊輪的輪槽上沿與目標導線接觸，此時模塊化帶電作業機器人上線完成；
26.(11)模塊化作業機器人的兩機械作業臂末端已裝配的夾持式手爪末端分別將掛鉤從目標導線上取下，電動絞磨裝置的雙輸出軸電機工作，使掛鉤連接的絕緣繩收短，直至掛鉤底部插入機箱模塊上的導向管中；
27.二、模塊化機器人帶電作業
28.(1)通過行走輪帶著模塊化機器人在目標導線上行走，通過機械作業臂上作業末端搭載的攝像頭拍攝導線上工器具的情況；
29.(2)根據拍攝情況確定機械作業臂從末端平臺上的相應嵌入式快換裝置處插接裝配取下相應的作業末端進行作業；
30.(3)行走過程中進行導線上越障時，前行走臂模塊的絲桿滑塊裝置的伺服電機工作先后，使前行走臂模塊的壓緊輪向下運動松開導線，前后行走輪向前行走至前行走輪越過障礙后，使前壓緊輪上升復位，然后使后行走臂模塊的壓緊輪向下松開導線，越過障礙后在上升復位；
31.(4)行走過程中進行導線上的懸垂物越障時，保持后行走臂模塊在導線上，使前壓緊輪向下松開導線，機械作業臂通過夾持式手爪末端夾持近前行走臂模塊的掛鉤并將其掛于導線上，使前行走輪脫離導線，然后通過旋轉驅動裝置使前行走臂模塊向導線外偏轉，使后行走臂模塊在導線上行走至前行走臂模塊越過懸垂物，前行走臂模塊復位至夾緊導線，取下掛鉤；再進行后行走臂模塊的越障，使前后行走臂模塊避開懸垂物；
32.三、模塊化機器人下線
33.巡檢檢修作業完成后，機械作業臂通過夾持式手爪末端兩掛鉤掛于導線上，使電動絞磨裝置的雙輸出軸電機反向工作，使掛鉤連接的絕緣繩放線，模塊化機器人隨著絕緣繩的放線逐步下降返回。
34.本發明包括機器人和機器人上下線系統，機器人采用模塊化設計，各模塊可單獨分開，現場應用時快速組裝，能有效提高野外運輸環境下的安全性和便利性。機器人本體裝配了夾爪裝置、機械臂座、航空接頭和耐磨管等預留接口裝置，可通過這些接口再裝配末端工具箱系統、無人機輔助上下線系統和作業機械臂，形成具有自主上下線功能的雙臂帶電作業機器人系統，其擴展了輸電線路移動機器人的作業種類并且提升了機器人的實用化水
平。機器人本體采用豎直雙壓緊輪的結構與行走輪形成夾持輸電線路的形式在輸電線路上行走，其減震彈簧可改變壓緊輪和行走輪之間的距離，其機器人巡檢遇到障礙時能自適應改變兩輪之間的間距變化，使其機器人能穩定有效的跨越防震錘、懸垂線夾、間隔棒等障礙，提高了機器人巡檢作業的效率。機器人上下線系統采用無人機在導線上懸掛掛鉤，掛鉤連接的絕緣繩通過電動絞磨裝置實現收放，通過絕緣繩的收放實現機器人的升降，從而實現機器人的自主上下線，大幅提高了機器人的作業效率，減少了人員拉扯絕緣繩的能量損耗。機器人能在線上自主根據作業對象更換作業末端，不再下線由人工更換作業末端，線上可作業對象不再單一，提高了機器人的作業范圍、作業效率和經濟效益，減少了人員能量損耗。機器人本體的機械臂座可提升機械臂底座的穩固性，在其機械臂裝備不同的作業末端后，可拓展機器人的功能使其不僅能進行巡線和越障作業的同時還能進行多種金具的檢修作業任務，實現“一機多用”。無人機將掛鉤懸掛于導線上，然后通過絕緣繩收放裝置實現機器人的自動上、下線，作業人員無需登塔也不用拉扯吊裝的機器人，僅在地面操控無人機和機器人就能完成上下線技術，有效改善了工人的勞動強度，提高了帶電作業安全性。無人機每次飛行攜帶一個掛鉤上線，降低了無人機負載保證無人機能平穩飛行，而且兩根絕緣繩能保證機器人的穩定升降。
附圖說明
35.圖1為本發明一個實施例的結構示意圖。
36.圖2為圖1中模塊化機器人的放大結構示意圖。
37.圖3為行走臂模塊和機箱模塊的裝配示意圖。
38.圖4為末端平臺與電動絞磨裝置的裝配示意圖。
39.圖5為行走臂模塊的放大結構示意圖。
40.圖6為行走臂模塊去掉行走輪組件、壓緊輪組件及旋轉驅動的結構示意圖。
41.圖7為壓緊輪組件的放大結構示意圖。
42.圖8為機箱模塊的俯視示意圖(去掉機箱頂板)。
43.圖9為機箱模塊的夾爪裝置放大結構示意圖。
44.圖10為機械作業臂安裝座的放大結構示意圖。
45.圖11無人機與懸吊組件的裝配示意圖。
46.圖12電動絞磨裝置的放大結構示意圖。
47.圖13為掛鉤組件的放大結構示意圖。
48.圖14為機器人準備上線的狀態示意圖。
49.圖15為無人機攜帶第一個掛鉤上線的狀態示意圖。
50.圖16為無人機攜帶第二個掛鉤上線的狀態示意圖。
51.圖17為無人機離線機器人準備上升的狀態示意圖。
52.圖18為上升過程中行走臂模塊的臂體分別偏轉至導線兩側的狀態示意圖。
53.圖19為行走臂模塊上升至行走輪位于導線上方的狀態示意圖。
54.圖20為臂體回正狀態示意圖。
55.圖21為行走輪的輪槽下沿落于導線上的狀態示意圖。
56.圖22為壓緊輪的輪槽上沿與導線接觸的狀態示意圖。
57.圖23為機械作業臂通過夾持式手爪末端抓取第一個掛鉤的狀態示意圖。
58.圖24械作業臂將第一個掛鉤放回機箱模塊上導向管處的狀態示意圖。
59.圖25作業機械臂將第二個掛鉤放回機箱模塊上第二根導向管處的狀態示意圖。
具體實施方式
60.結合圖1至圖13所示，本實施例公開的這種模塊化帶電作業機器人系統，包括模塊化帶電作業機器人和機器人上下系統。
61.模塊化帶電作業機器人主要包括行走臂模塊a、機箱模塊b、末端平臺c和機械作業臂d。行走臂模塊a有兩組，每組包括臂體a1、升降裝置a2、行走輪組件a3、壓緊輪組件a4和旋轉驅動裝置a5，行走輪組件a3可拆卸連接于臂體a1的上端，升降裝置a2安裝于臂體上，壓緊輪組件a3安裝于升降裝置a2上，旋轉驅動裝置a5連接于臂體a1的下端。
62.機箱模塊b包括機箱b1和伸出于機箱頂板外的機械作業臂安裝座b2和航空插頭b3及攝像頭安裝座。兩組行走臂模塊a的旋轉驅動裝置a5分別可拆卸連接于機箱b1的長度方向兩端。機箱模塊b還包括對稱設置于機箱內腔長度方向兩端的夾爪裝置b4，夾爪裝置的可開合夾爪上下位置可調節，機箱底面對應夾爪位置設置讓位孔。
63.末端平臺c包括主體支架c1、嵌入式快換裝置c2和作業末端c3，多個嵌入式快換裝置分別連接于主體支架上，每個嵌入式快換裝置分別連接有不同功能的作業末端。
64.末端平臺c的主體支架c1通過夾爪夾持固定，嵌入式快換裝置c2的數量根據需要的作業末端數量確定，作業末端必需包括兩個夾持式手爪裝置，還可根據巡檢線路上金具需要配置銷釘補裝作業末端、螺栓緊固作業末端及清除異物作業末端等。
65.機械作業臂d為六自由度臂，通過緊固件可拆卸固定于機械臂安裝座b2上，可自動抓取作業末端及將作業末端返送回嵌入式快換裝置。
66.具體來說：
67.臂體a1為方形空心柱。
68.升降裝置a2為絲桿滑塊裝置，其驅動電機采用直流伺服電機，固定于臂體a1的下端，絲桿a21布置于臂體的中心位置，下端通過聯軸器與驅動電機的輸出軸連接，臂體側壁設置滑塊行程槽a11。
69.絲桿滑塊連接有套于臂體外的方形滑套a21，臂體外設置有滑軌a22，方形滑套內壁設置有與滑軌匹配的滑塊。
70.行走輪組件a3包括驅動電機及其驅動的行走輪，行走輪的上方設置有防護罩，驅動電機的機座固定于臂體的上端。
71.壓緊輪組件a4包括壓緊輪a41、輪座a42、減震組件a43、擋板組件a44和剎車片a45，壓緊輪a41分設于輪座a42的左右兩側，它們的輪軸兩端分別連接減震組件a43，輪座的左右兩端對稱設有彈性擋板組件a44，中間設有剎車片a45。
72.輪座a42與方形滑套a21連接。
73.旋轉驅動裝置a5包括蝸輪蝸桿裝置a51和方形套a52，蝸輪蝸桿設置于罩殼a53內，蝸輪的輪軸伸出，一端垂直連接方形套a52，另一端連接軸承，軸承外連接端蓋a54，端蓋固定于罩殼a53上。蝸輪連接的電機工作，使蝸桿驅動蝸輪轉動，蝸輪的輪軸通過方形套a52帶動臂體a1在豎直面轉動。
74.罩殼a53外壁連接有安裝架a55。
75.機箱b1的內腔中設置有關于機箱寬度方向中心面對稱布置的兩根鋁方管b5。機箱兩端設置有墊腳。
76.夾爪裝置b4包括吊架b41、絲桿b42、滑塊、下同步輪b43和夾爪組件，吊架b41水平布置，絲桿b42沿豎向連接于吊架的中心位置，滑塊連接于絲桿上，下同步輪b43連接于絲桿下端。夾爪組件包括滑塊座b44、連桿臂b45和夾爪b46，滑塊座b44套固于滑塊外，滑塊座的兩側對稱鉸接連桿臂b45，連桿臂的末端鉸接夾爪b46。
77.其中一個夾爪裝置還包括驅動裝置，驅動裝置包括伺服電機b47及其上端輸出軸連接的上同步輪b48，伺服電機b47固定于吊架b41上，該夾爪裝置的絲桿上端穿過吊架后連接上同步輪b48，兩個上同步輪之間連接同步帶tbd，兩套夾爪裝置的下同步輪之間連接同步帶tbd。
78.左側吊架的頂面設置兩塊立板，立板的上端分別固定于鋁方管的底面。右側吊架的頂面設置兩個矩形套，矩形套分別套于鋁方管b5上。
79.旋轉驅動裝置a5通過其安裝架a55套于鋁方管b5上安裝。
80.夾爪裝置的工作原理如下：右側夾爪裝置的伺服電機b47工作，通過上同步輪連接的同步帶帶動絲桿b42轉動，絲桿上的滑塊帶著滑塊座b44沿絲桿上下移動，滑塊座實現連桿臂b45的內端上下位置改變，從而使夾爪b46繞其與連桿臂的鉸接處轉動實現開合。
81.末端平臺c的主體支架c1的兩端對稱連接t形板，夾爪裝置c4的夾爪b46從機箱底面伸出夾持t形板的較寬部分。
82.機械作業臂d有兩個，均為六自由度臂。作業臂安裝座b2本包括固定于鋁方管b5上的底座b21和底座頂面的頂座b22，頂座的安裝面傾角為45-60
°
。
83.機器人上下線系統主要包括無人機e、絕緣繩懸吊組件f和絕緣繩收放裝置g。
84.絕緣繩收放裝置g為電動絞磨裝置，安裝于主體支架c1的下側，絕緣繩懸吊組件f下端的絕緣繩穿過機箱模塊b后固定于電動絞磨裝置g的絞盤上。
85.具體來說：
86.無人機e為四旋翼機。
87.絕緣繩懸吊組件f包括絕緣繩f1、十字架f2和掛鉤組件f3，四根絕緣繩的上端分別固定于無人機的各旋翼安裝臂上，中部通過一個十字架連接，下端連接于另一個十字架上，十字架的中心位置下側彈性可拆卸連接掛鉤組件f3。掛鉤組件包括連接塊f31、腔體和腔體蓋f32、活動銷f33、彈簧軸銷f34、彈簧f35、活動塊f36、滑輪f37，腔體和腔體蓋f32與連接塊連接，活動銷沿著腔體上的導向槽上下移動能使連接塊分離與鎖緊；滑輪與活動塊位于同一水平面，其布置于主體的兩側。掛鉤主體部分的底端一側是外擴的折彎板，另一側是圓臺形狀用于連接下面的絕緣繩f1。即掛鉤上方設置鎖緊機構，通過掛鉤上活動塊與導線的伸縮與實現掛鉤與連接塊的鎖緊與分離，能保證無人機有效脫離和取回掛鉤。
88.電動絞磨裝置包括箱體g1和其內設置的雙輸出軸電機g2對稱驅動的行星齒輪傳動組件g3。箱體g1固定于主體支架c1的下側，行星齒輪傳動組件g3的輸出軸分別連接防跑線絞盤g4，防跑線絞盤分別固定于箱體g1的兩端外壁。
89.行星齒輪傳動組件包括一個由三個同樣的行星小齒輪圍繞太陽齒輪旋轉排列組成的行星齒輪(簡稱三系行星齒輪)和一個由四個同樣的行星小齒輪圍繞太陽齒輪旋轉排
列組成的行星齒輪(簡稱四系行星齒輪)；其三系行星齒輪一端連接電機，另一端連接四系行星齒輪，而四系行星齒輪的另一端連接卷繩盤。
90.機箱模塊b的長度方向兩端對稱設置導向管b6，掛鉤下端連接的絕緣繩穿過導向管后固定于絞盤上。導向管采用耐磨管，肢體支架c1兩端t形板的較窄段末端設置用于定位固定導向管的凸臺。
91.為了便于機器人安裝作業末端及使作業末端裝配后避免與底面碰觸，在肢體支架的下側還連接一個支撐架h來保護作業末端。另外，支撐架也便于機器人的搬運。
92.從上述機器人的結構可以看出，各模塊之間為可拆卸連接，現場組裝方便，機器人上下線系統的絕緣繩懸吊組件與掛鉤組件之間為可拆卸連接，使無人機可自動連接掛鉤組件實現掛鉤在目標導線上的懸掛，掛鉤掛上后，無人機可自動與掛鉤脫離返回。
93.上述模塊化帶電作業機器人系統應用時的步驟如下：
94.一、模塊化機器人上線
95.(1)將絕緣繩懸吊組件的四根絕緣繩上端與無人機固定，掛鉤下端連接好另一根用于連接絞盤的絕緣繩；
96.(2)無人機攜帶絕緣繩懸吊組件升空，將掛鉤掛于目標導線上；
97.(3)重復步驟(1)和(2)將第二個掛鉤掛于目標導線上；
98.(4)地面工作人員拉扯兩掛鉤連接的絕緣繩來調節來兩個掛鉤之間的距離，使兩個掛鉤之間距離與機箱模塊上兩根導向管之間的距離一致，并將兩根絕緣繩分別穿過導向管后固定于相應的絞盤上；
99.(5)使電動絞盤裝置的雙輸出軸電機正向工作，使掛鉤連接的絕緣繩長度縮短帶著模塊化機器人上升至指定高度；
100.(6)使兩行走臂模塊的旋轉驅動裝置驅動臂體帶著偏轉指定角度；
101.(7)電動絞磨裝置的雙輸出軸電機繼續正向工作，直至臂體上端行走輪的下表面超過目標導線指定高度；
102.(8)兩行走臂模塊的旋轉驅動裝置驅動臂體帶著回到豎直狀態；
103.(9)電動絞磨裝置的雙輸出軸電機反向工作使行走輪的輪槽下沿落于目標導線上，并通過機箱上的攝像頭拍攝行走輪輪槽與導線的接觸情況；
104.(10)行走臂模塊的絲桿滑塊裝置的伺服電機工作，使絲桿滑塊通過方形滑塊帶動壓緊輪組件向上移動，直至壓緊輪的輪槽上沿與目標導線接觸，此時模塊化帶電作業機器人上線完成；
105.(11)模塊化作業機器人的兩機械作業臂末端已裝配的夾持式手爪末端分別將掛鉤從目標導線上取下，電動絞磨裝置的雙輸出軸電機工作，使掛鉤連接的絕緣繩收短，直至掛鉤底部插入機箱模塊上的導向管中。上述過程如圖圖14至25所示。
106.二、模塊化機器人帶電作業
107.(1)通過行走輪帶著模塊化機器人在目標導線上行走，通過機械作業臂上作業末端搭載的攝像頭拍攝導線上工器具的情況；
108.(2)根據拍攝情況確定機械作業臂從末端平臺上的相應嵌入式快換裝置處插接裝配取下相應的作業末端進行作業；
109.(3)行走過程中進行導線上越障時，前行走臂模塊的絲桿滑塊裝置的伺服電機工
作先后，使前行走臂模塊的壓緊輪向下運動松開導線，前后行走輪向前行走至前行走輪越過障礙后，使前壓緊輪上升復位，然后使后行走臂模塊的壓緊輪向下松開導線，越過障礙后在上升復位；
110.(4)行走過程中進行導線上的懸垂線夾越障時，保持后行走臂模塊在導線上，使前壓緊輪向下松開導線，機械作業臂通過夾持式手爪末端夾持近前行走臂模塊的掛鉤并將其掛于導線上，使前行走輪脫離導線，然后通過旋轉驅動裝置使前行走臂模塊向導線外偏轉，使后行走臂模塊在導線上行走至前行走臂模塊越過懸垂線夾，前行走臂模塊復位至夾緊導線，取下掛鉤；再進行后行走臂模塊的越障，使前后行走臂模塊避開懸垂線夾。
111.三、模塊化機器人下線
112.巡檢檢修作業完成后，機械作業臂通過夾持式手爪末端兩掛鉤掛于導線上，使電動絞磨裝置的雙輸出軸電機反向工作，使掛鉤連接的絕緣繩放線，模塊化機器人隨著絕緣繩的放線逐步下降返回。
113.總結來說，本發明包括機器人和機器人上下線系統，機器人采用模塊化設計，各模塊可單獨分開，現場應用時快速組裝，能有效減輕野外運輸環境下機器人單位重量。機器人本體裝配了夾爪裝置、機械臂座、航空接頭和耐磨管等預留接口裝置，可通過這些接口再裝配末端工具箱系統、無人機輔助上下線系統和作業機械臂，形成具有自主上下線功能的雙臂帶電作業機器人系統，其擴展了輸電線路移動機器人的作業種類并且提升了機器人的實用化水平。機器人本體采用豎直雙壓緊輪的結構與行走輪形成夾持輸電線路的形式在輸電線路上行走，其減震彈簧可改變壓緊輪和行走輪之間的距離，其機器人巡檢遇到障礙時能自適應改變兩輪之間的間距變化，使其機器人能穩定有效的跨越防震錘、懸垂線夾、間隔棒等障礙，提高了機器人巡檢作業的效率。機器人上下線系統采用無人機在導線上懸掛掛鉤，掛鉤連接的絕緣繩通過電動絞磨裝置實現收放，通過絕緣繩的收放實現機器人的升降，從而實現機器人的自主上下線，大幅提高了機器人的作業效率，減少了人員拉扯絕緣繩的能量損耗。機器人能在線上自主根據作業對象更換作業末端，不再下線由人工更換作業末端，線上可作業對象不再單一，提高了機器人的作業范圍、作業效率和經濟效益，減少了人員能量損耗。機器人本體的機械臂座可提升機械臂底座的穩固性，在其機械臂裝備不同的作業末端后，可拓展機器人的功能使其不僅能進行巡線和越障作業的同時還能進行多種金具的檢修作業任務，實現“一機多用”。無人機將掛鉤懸掛于導線上，然后通過絕緣繩收放裝置實現機器人的自動上、下線，作業人員無需登塔也不用拉扯吊裝的機器人，僅在地面操控無人機和機器人就能完成上下線技術，有效改善了工人的勞動強度，提高了帶電作業安全性。無人機每次飛行攜帶一個掛鉤上線，降低了無人機負載保證無人機能平穩飛行，而且兩根絕緣繩能保證機器人的穩定升降。
技術特征：
1.一種模塊化帶電作業機器人系統，其特征在于：該系統包括模塊化帶電作業機器人和機器人上下線系統，模塊化帶電作業機器人主要包括行走臂模塊、機箱模塊、末端平臺和機械作業臂，機器人上下線系統主要包括無人機、絕緣繩懸吊組件和絕緣繩調節裝置；行走臂模塊有兩組，每組包括臂體、升降裝置、行走輪組件、壓緊輪組件和旋轉驅動裝置，行走輪組件可拆卸連接于臂體上端，升降裝置安裝于臂體上，壓緊輪組件安裝于升降裝置上，旋轉驅動裝置連接于臂體的下端；機箱模塊包括機箱和伸出于機箱頂板外的多個安裝座和航空插頭，安裝座分別用于安裝作業機械臂及攝像頭；兩組行走臂模塊的旋轉驅動裝置分別可拆卸連接于機箱的長度方向兩端；機箱模塊還包括對稱設置于機箱內腔長度方向兩端的夾爪裝置，夾爪裝置的可開合夾爪上下位置可調節，機箱底面對應夾爪位置設置讓位孔；末端平臺包括主體支架、嵌入式快換裝置和作業末端，支撐架連接于主體支架的下側，多個嵌入式快換裝置分別連接于主體支架上，每個嵌入式快換裝置分別連接有不同功能的作業末端；末端平臺的主體支架通過夾爪夾持固定；機械作業臂為六自由度臂，通過緊固件可拆卸固定于相應的安裝座上，可自動抓取作業末端及將作業末端返送回嵌入式快換裝置；絕緣繩升降裝置為電動絞磨裝置，安裝于主體支架的下側，絕緣繩懸吊組件下端的絕緣繩穿過機箱模塊后固定于電動絞磨裝置的絞盤上。2.如權利要求要求1所述的模塊化帶電作業機器人系統，其特征在于：所述臂體為方形空心柱，所述升降裝置為絲桿滑塊裝置，其驅動電機采用直流伺服電機，固定于臂體的下端，絲桿布置于臂體的中心位置，下端通過聯軸器與驅動電機的輸出軸連接，臂體側壁設置滑塊行程槽；所述絲桿滑塊連接有套于臂體外的方形滑套，臂體外設置有滑軌，方形滑套內壁設置有與滑軌匹配的滑塊。3.如權利要求要求2所述的模塊化帶電作業機器人系統，其特征在于：所述行走輪組件包括驅動電機及其驅動的行走輪，行走輪的上方設置有防護罩，驅動電機的機座固定于所述臂體的上端。4.如權利要求要求3所述的模塊化帶電作業機器人，其特征在于：所述壓緊輪組件包括壓緊輪、輪座、減震組件和擋板組件，壓緊輪分設于輪座的左右兩側，它們的輪軸兩端分別連接彈簧減震組件，輪座的左右兩端對稱設有彈性擋板組件，中間設有剎車片；輪座與所述方形滑套連接。5.如權利要求要求2所述的模塊化帶電作業機器人，其特征在于：所述旋轉驅動裝置包括蝸輪蝸桿裝置和方形套，蝸輪蝸桿設置于罩殼內，蝸輪的輪軸伸出，一端垂直連接方形套，另一端連接軸承，軸承外連接端蓋，端蓋固定于罩殼上，蝸輪連接的電機工作，使蝸桿驅動蝸輪轉動，蝸輪的輪軸通過方形套帶動臂體在豎直面轉動；罩殼連接有安裝架。6.如權利要求要求5所述的模塊化帶電作業機器人，其特征在于：所述夾爪裝置包括吊架、絲桿、滑塊、下同步輪和夾爪組件，吊架水平布置，絲桿沿豎向連接于吊架的中心位置，滑塊連接于絲桿上，下同步輪連接于絲桿下端，夾爪包括滑塊座、連桿臂和夾爪，滑塊座套固于滑塊外，滑塊座的兩側對稱鉸接連桿臂，連桿臂的末端鉸接夾爪；
其中一個夾爪裝置還包括驅動裝置，驅動裝置包括伺服電機及其上端輸出軸連接的上同步輪，伺服電機固定于所述吊架上，該夾爪裝置的絲桿上端穿過所述吊架后連接上同步輪，兩個上同步輪之間連接同步帶，兩套夾爪裝置的下同步輪之間連接同步帶。7.如權利要求要求1所述的模塊化帶電作業機器人系統，其特征在于：所述機箱內腔中設置有關于機箱寬度方向中心面對稱布置的兩根方管，所述安裝架和吊架分別通過方管安裝/固定，所述作業臂安裝座包括固定于方管上的底座和底座頂面的頂座，頂座的安裝面傾角為45-60
°
，所述機械作業臂有兩個，為六自由度臂。8.如權利要求要求1所述的模塊化帶電作業機器人系統，其特征在于：所述無人機為四旋翼機，絕緣繩懸吊組件包括絕緣繩、十字架和吊鉤組件，四根絕緣繩的上端分別固定于無人機的各旋翼安裝臂上，中部通過一個十字架連接，下端連接于另一個十字架上，十字架的中心位置下側通過插接頭彈性可拆卸連接吊鉤組件，吊鉤下端連接一根絕緣繩，所述機箱模塊設置沿豎向的導向管，吊鉤連接的絕緣繩穿過導向管后固定于所述絞盤上；機箱模塊的長度方向兩端對稱設置導向管，所述電動絞磨裝置包括雙輸出軸電機對稱驅動的行星齒輪傳動組件，行星齒輪傳動組件的輸出軸分別連接放跑線絞盤。9.一種權利要求1-8之一所述模塊化帶電作業機器人系統的作業方法，包括以下步驟：一、模塊化機器人上線（1）將絕緣繩懸吊組件的四根絕緣繩上端與無人機固定，吊鉤下端連接好另一根用于連接絞盤的絕緣繩；（2）無人機攜帶絕緣繩懸吊組件升空，將掛鉤掛于目標導線上；（3）重復步驟（1）和（2）將第二個掛鉤掛于目標導線上；（4）地面工作人員拉扯兩掛鉤連接的絕緣繩來調節來兩個掛鉤之間的距離，使兩個掛鉤之間距離與機箱模塊上兩根導向管之間的距離一致，并將兩根絕緣繩分別穿過導向管后固定于相應的絞盤上；（5）使電動絞盤裝置的雙輸出軸電機正向工作，使吊鉤連接的絕緣繩長度縮短帶著模塊化機器人上升至指定高度；（6）使兩行走臂模塊的旋轉驅動裝置驅動臂體帶著偏轉指定角度；（7）電動絞磨裝置的雙輸出軸電機繼續正向工作，直至臂體上端行走輪的下表面超過目標導線指定高度；（8）兩行走臂模塊的旋轉驅動裝置驅動臂體帶著回到豎直狀態；（9）電動絞磨裝置的雙輸出軸電機反向工作使行走輪的輪槽下沿落于目標導線上, 并通過機箱上的攝像頭拍攝行走輪輪槽與導線的接觸情況；（10）行走臂模塊的絲桿滑塊裝置的伺服電機工作，使絲桿滑塊通過方形滑塊帶動壓緊輪組件向上移動，直至壓緊輪的輪槽上沿與目標導線接觸，此時模塊化帶電作業機器人上線完成；（11）模塊化作業機器人的兩機械作業臂末端已裝配的夾持式手爪末端分別將掛鉤從目標導線上取下，電動絞磨裝置的雙輸出軸電機工作，使掛鉤連接的絕緣繩收短，直至掛鉤底部插入機箱模塊上的導向管中；二、模塊化機器人帶電作業（1）通過行走輪帶著模塊化機器人在目標導線上行走，通過機械作業臂上作業末端搭
載的攝像頭拍攝導線上工器具的情況；（2）根據拍攝情況確定機械作業臂從末端平臺上的相應嵌入式快換裝置處插接裝配取下相應的作業末端進行作業；（3）行走過程中進行導線上越障時，前行走臂模塊的絲桿滑塊裝置的伺服電機工作先后，使前行走臂模塊的壓緊輪向下運動松開導線，前后行走輪向前行走至前行走輪越過障礙后，使前壓緊輪上升復位，然后使后行走臂模塊的壓緊輪向下松開導線，越過障礙后在上升復位；（4）行走過程中進行導線上的懸垂物越障時，保持后行走臂模塊在導線上，使前壓緊輪向下松開導線，機械作業臂通過夾持式手爪末端夾持近前行走臂模塊的掛鉤并將其掛于導線上，使前行走輪脫離導線，然后通過旋轉驅動裝置使前行走臂模塊向導線外偏轉，使后行走臂模塊在導線上行走至前行走臂模塊越過懸垂物，前行走臂模塊復位至夾緊導線，取下掛鉤；再進行后行走臂模塊的越障，使前后行走臂模塊避開懸垂物；三、模塊化機器人下線巡檢檢修作業完成后，機械作業臂通過夾持式手爪末端兩掛鉤掛于導線上，使電動絞磨裝置的雙輸出軸電機反向工作，使掛鉤連接的絕緣繩放線，模塊化機器人隨著絕緣繩的放線逐步下降返回。
技術總結
本發明公開了一種模塊化帶電作業機器人系統及其作業方法，系統包括模塊化作業機器人和機器人上下線系統，模塊化帶電作業機器人主要包括行走臂模塊、機箱模塊、末端平臺和機械作業臂，各部件之間為可拆卸連接。兩組行走臂模塊可拆卸連接于機箱模塊的兩端，可偏轉至導線外側，通過臂體上端的行走輪組件和壓緊輪組件實現在導線上的行走。末端平臺可搭載多種作業末端，機械臂可自動取、放作業末端，可一機多用。機器人上下線系統主要包括依次連接的無人機、絕緣繩懸吊組件和絕緣繩收放裝置，無人機將掛鉤懸掛于導線上后通過絕緣繩收放裝置實現機器人的自動上、下線。無人機每次攜帶一個掛鉤上線，低負載保證平穩飛行，兩根絕緣繩牽引機器人平穩升降。引機器人平穩升降。引機器人平穩升降。
