配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人目錄TOC\o"1-3"\h\u166051配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人概述 3289231.1帶電作業(yè)技術(shù) 3296191.2帶電作業(yè)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4213121.國(guó)外研究現(xiàn)狀 4232112.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 6314042配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成 8160191.主從操作機(jī)械臂 8294552.機(jī)器人專(zhuān)用升降系統(tǒng) 8207893配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì) 939343.1配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人主從操作機(jī)械臂系統(tǒng) 9104321.電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂 1020352.液壓機(jī)械臂設(shè)計(jì) 13131833.2配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用工具 16132771.電動(dòng)扳手 16200812.機(jī)器人專(zhuān)用電動(dòng)扳手 16321614.機(jī)器人專(zhuān)用剝皮器 22157395.遙控?cái)嗑€(xiàn)鉗 25304956.連接金具 26313063.3配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人絕緣防護(hù)系統(tǒng) 27198293.4配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人升降系統(tǒng) 31141114配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用 36配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人概述隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人在許多領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。在電力系統(tǒng)帶電作業(yè)工作中，由于作業(yè)對(duì)象的復(fù)雜、多樣以及作業(yè)環(huán)境要求苛刻、危險(xiǎn)性大，使得新概念的帶電作業(yè)設(shè)備——帶電作業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)具有較好的市場(chǎng)前景。帶電作業(yè)技術(shù)我國(guó)自20世紀(jì)50年代開(kāi)展6.6～10kV的配電系統(tǒng)帶電作業(yè)技術(shù)研究，從國(guó)內(nèi)外帶電作業(yè)的發(fā)展來(lái)看，配電系統(tǒng)的帶電作業(yè)技術(shù)發(fā)展可以分為四個(gè)階段：絕緣手套階段。操作工人通過(guò)絕緣手套、絕緣服、絕緣鞋直接對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行帶電作業(yè)。由于這種作業(yè)方式危險(xiǎn)性較大，有的國(guó)家已不再采用，如日本在1988止了這一作業(yè)方式。絕緣工具技術(shù)階段。操作人員通過(guò)絕緣工具間接進(jìn)行帶電作業(yè)，如利用環(huán)氧樹(shù)技巧，高空作業(yè)過(guò)程中工作須全程仰視，勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高。階段相比，作業(yè)方式有了較大的進(jìn)步，減輕了工人登高的勞動(dòng)強(qiáng)度，增大了絕緣防護(hù)力度。機(jī)器人技術(shù)階段。利用機(jī)器人輔助或代替人工進(jìn)行帶電作業(yè)，不僅保證了操作全天候帶電作業(yè)。作業(yè)時(shí)一直處于高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)中。人工帶電作業(yè)一般情況下是高空作業(yè)，作業(yè)條件惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、精神緊張，容易引發(fā)人身傷亡事故。在1995年全國(guó)100次典型帶電作業(yè)事故統(tǒng)計(jì)中，配電帶電作業(yè)事故達(dá)55次，占55%，在死亡的39人中有19人死于配電帶電作業(yè)事故，約占50%。提高配電可靠性與人工帶電作業(yè)安全性的矛盾始終存在，帶電作業(yè)機(jī)器人技術(shù)是解決這一矛盾切實(shí)可行的方法。帶電作業(yè)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀從20世紀(jì)80年代起，一些國(guó)家就先后開(kāi)展了帶電作業(yè)機(jī)器人的研究，如日本、西班牙、美國(guó)、加拿大、法國(guó)等。日本是開(kāi)展機(jī)器人研究起步較早，研究成果和實(shí)用化程度都較好的國(guó)家之一。在20世紀(jì)80年代初，日本九州電力公司就開(kāi)始了第一代帶電作業(yè)機(jī)器人——主從操縱式機(jī)器人系統(tǒng)PhaseI的研究，其工作涉及電線(xiàn)的連接、切斷、輸送等工具的模塊化和自動(dòng)化，PhaseI機(jī)器人已達(dá)到了實(shí)用化。1990年九州電力公司又開(kāi)始進(jìn)行了適用于AC6kV及AC22kV電壓等級(jí)的第二代帶電作業(yè)機(jī)器人——半自動(dòng)式的PhaseII的研究，如圖3－1所示。圖3－1日本的帶電作業(yè)機(jī)器人PhaseII圖3－2日本液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的帶電作業(yè)機(jī)器人20世紀(jì)90年代初，日本愛(ài)知公司和四國(guó)電力公司也分別開(kāi)發(fā)出了基于液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的帶電作業(yè)機(jī)器人，如圖3－2所示，所適用的作業(yè)對(duì)象均為6.6kV的配電系統(tǒng)，也都是操作人員在升降機(jī)構(gòu)末端的絕緣斗內(nèi)以遙控方式來(lái)控制機(jī)器人作業(yè)臂完成相應(yīng)的帶電作業(yè)。西班牙在1990年開(kāi)展了帶電作業(yè)機(jī)器人的研制，以半自主控制方式完成69kV及以下電壓等級(jí)的帶電作業(yè)工作。它主要由升降作業(yè)平臺(tái)和控制室兩部分組成，在升降平臺(tái)上安裝著兩個(gè)六自由度的力反饋型機(jī)械臂，一個(gè)三自由度輔助臂以及攝像機(jī)等；控制室中有一對(duì)主手、監(jiān)視器、主控和圖像處理系統(tǒng)；作業(yè)平臺(tái)和主控系統(tǒng)之間通過(guò)光纖通信。20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)電力研究院也開(kāi)始了帶電作業(yè)機(jī)器人的研究，其第一代機(jī)器人只有一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂，操作人員在地面操作機(jī)械臂可以完成50～345kV的架空線(xiàn)路上的帶電作業(yè)，隨后研制出了第二代半自主帶電作業(yè)機(jī)器人，升降平臺(tái)上安裝兩臺(tái)液壓機(jī)械臂，可以協(xié)同作業(yè)，如圖3－3所示。圖3－3美國(guó)第二代半自主帶電作業(yè)機(jī)器人加拿大也在20世紀(jì)80年代中期開(kāi)展了高空帶電作業(yè)機(jī)器人的研究，如圖3－4所示，該帶電作業(yè)機(jī)器人采用液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂，操作人員在升降機(jī)構(gòu)末端的絕緣斗內(nèi)進(jìn)行遙控作業(yè)，其絕緣等級(jí)為25kV。圖3－4加拿大高空高壓帶電作業(yè)機(jī)器人縱觀30多年來(lái)帶電作業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史，可以將其分為3代。第一代，主從控制機(jī)器人。這也是國(guó)外正在廣泛使用的作業(yè)模式，采取主從控制方式，攜帶兩個(gè)作業(yè)機(jī)械臂，操作人員在絕緣斗內(nèi)控制機(jī)械臂來(lái)完成帶電作業(yè)工作。第二代，半自主機(jī)器人。操作人員在地面控制機(jī)器人作業(yè)，應(yīng)用視覺(jué)、激光測(cè)距等傳感器，可識(shí)別作業(yè)目標(biāo)的大體位置，通過(guò)人機(jī)交互來(lái)精確定位，但不能識(shí)別較為復(fù)雜的作業(yè)對(duì)象。第三代，全自主機(jī)器人。具有較高的智能化水平，具備對(duì)環(huán)境的三維識(shí)別、自身控制以及自主作業(yè)決策的功能，目前尚未研制出樣機(jī)。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代中后期，在國(guó)家科技部“863”計(jì)劃和原國(guó)家電力公司支持下，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了帶電作業(yè)機(jī)器人方面的研究。山東電力研究院、國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)寧供電公司和山東魯能智能技術(shù)有限公司合作開(kāi)發(fā)了第一代配電帶電作業(yè)機(jī)器人，其后又開(kāi)發(fā)了3代帶電作業(yè)機(jī)器人樣機(jī)。第一代帶電作業(yè)機(jī)器人。采用兩臺(tái)六自由度伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)通用型工業(yè)機(jī)械臂，操作人員通過(guò)主手或鍵盤(pán)控制機(jī)械臂完成配網(wǎng)10kV的帶電作業(yè)任務(wù)，如圖3－5機(jī)器人滿(mǎn)足帶電作業(yè)的絕緣要求，從功能上驗(yàn)證了帶電作業(yè)的可行性，但機(jī)械臂自身功率密度小、自重大，整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)離實(shí)用化差距較大。第二代帶電作業(yè)機(jī)器人。自主研發(fā)了兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的作業(yè)機(jī)械臂，提高了運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人系統(tǒng)的主從控制，如圖3－6所示。圖3－5第一代帶電作業(yè)機(jī)器人圖3－6第二代帶電作業(yè)機(jī)器人第三代帶電作業(yè)機(jī)器人。采用兩個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂，自重輕，持重大，并自帶電作業(yè)機(jī)器人的實(shí)用化樣機(jī)，如圖3－7所示。第四代帶電作業(yè)機(jī)器人。機(jī)器人主從操作機(jī)械臂增加了冗余自由度機(jī)構(gòu)，完成帶電工器具的系列化研制，使機(jī)器人能夠在復(fù)雜線(xiàn)路環(huán)境下完成帶電作業(yè)，完成復(fù)雜工剪枝、帶電更換跌落保險(xiǎn)、帶電修補(bǔ)導(dǎo)線(xiàn)等復(fù)雜作業(yè)任務(wù)，如圖3－8所示。圖3－7第三代帶電作業(yè)機(jī)器人圖3－8第四代帶電作業(yè)機(jī)器人配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，按功能分為主從操作機(jī)械臂、機(jī)器人專(zhuān)用升降系統(tǒng)、專(zhuān)用作業(yè)工具系統(tǒng)、多級(jí)立體式絕緣防護(hù)系統(tǒng)等四個(gè)模塊，如圖3－9所示。主從操作機(jī)械臂作業(yè)人員通過(guò)控制主手，遠(yuǎn)程操控六自由度液壓機(jī)械臂夾持專(zhuān)用工具完成帶電作業(yè)任務(wù)，將高壓電場(chǎng)與作業(yè)人員隔離。要求作業(yè)機(jī)械臂具有主從控制精度高、實(shí)時(shí)性好、持重大、自重小、性能穩(wěn)定可靠、操作靈活可靠、動(dòng)力特性良好等特點(diǎn)。圖3－9配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成機(jī)器人專(zhuān)用升降系統(tǒng)機(jī)器人主要用在城市供電作業(yè)的高空帶電檢修和搶修中，對(duì)運(yùn)動(dòng)和升降的載體有較高的要求，需機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)、移動(dòng)速度快、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性能可靠，且具有多自由度的靈活運(yùn)動(dòng)和控制，適應(yīng)復(fù)雜的城市道路環(huán)境。一般借助目前通用絕緣斗臂車(chē)作為機(jī)器人移動(dòng)和升降作業(yè)平臺(tái)，將機(jī)械臂運(yùn)送至線(xiàn)路作業(yè)位置。需對(duì)絕緣斗、支撐臂進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，增加平臺(tái)承載能力和車(chē)體平衡能力，滿(mǎn)足承載要求；同時(shí)進(jìn)行機(jī)器人平臺(tái)與斗臂車(chē)連接結(jié)構(gòu)、組合控制裝置設(shè)計(jì)，活動(dòng)空間、絕緣等級(jí)需參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。專(zhuān)用工具系統(tǒng)專(zhuān)用工具用來(lái)完成具體的帶電作業(yè)工作，根據(jù)帶電作業(yè)機(jī)器人的作業(yè)內(nèi)容，應(yīng)具有斷線(xiàn)、接線(xiàn)、擰螺母、固定導(dǎo)線(xiàn)的基本功能。為此，設(shè)計(jì)了具有上述功能的專(zhuān)用工具：自動(dòng)剝皮器、電動(dòng)扳手、斷線(xiàn)鉗、破螺母工具、遮蔽防護(hù)工具和引流線(xiàn)夾接引金具等。各專(zhuān)用作業(yè)工具具有統(tǒng)一的機(jī)械連接和電氣控制接口，由機(jī)械手夾持完成帶電作業(yè)任務(wù)，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低、效率高。4.多級(jí)立體式絕緣防護(hù)系統(tǒng)在有限空間內(nèi)對(duì)作業(yè)設(shè)備進(jìn)行合理布局，保證了人機(jī)交互空間與帶電操作安全距離，實(shí)現(xiàn)了人對(duì)機(jī)械臂的安全、靈活操控和有效作業(yè)。所有平臺(tái)鋁合金結(jié)構(gòu)支架采用環(huán)氧玻璃布纏繞而成，裸露表面黏合環(huán)氧玻璃板；機(jī)械臂采用絕緣子支承，并外包絕緣套，有效防止相間短路；在帶電作業(yè)時(shí)，依靠絕緣斗臂車(chē)為人體提供相對(duì)地之間絕緣防護(hù)；操作人員遠(yuǎn)程遙控機(jī)械臂夾持專(zhuān)用工具接觸高壓線(xiàn)路作業(yè)，保證操作人員的人身安全絕緣。配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人主從操作機(jī)械臂系統(tǒng)機(jī)械臂，是結(jié)構(gòu)相同的兩套機(jī)構(gòu)，分別放置在不同的地方，其中主機(jī)械臂（簡(jiǎn)稱(chēng)為主手放置在一個(gè)安全方便的地方，從機(jī)械臂（簡(jiǎn)稱(chēng)為從手）放在人不宜接近的地方，如強(qiáng)輻手，主手與從手之間存在著機(jī)械耦合，并將主手運(yùn)動(dòng)傳遞給從手，從手就跟隨主手的運(yùn)動(dòng)。主從操作方式極大地延伸了機(jī)器人的應(yīng)用空間，在許多危險(xiǎn)的或極限環(huán)境下，采用機(jī)器人代替人是唯一可行辦法。因此，人類(lèi)在外層空間開(kāi)發(fā)、海洋深水作業(yè)及核電站的檢測(cè)與維護(hù)方面，都離不開(kāi)主從式機(jī)械臂。主從式機(jī)械臂已成為上述領(lǐng)域不可缺少的設(shè)備。此外，主從遙控機(jī)械臂也應(yīng)用于在一些危險(xiǎn)的、有毒有害的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。主從遙控機(jī)械臂系統(tǒng)由三大部分組成：主手、從手和兩者之間的關(guān)連部分。從手就是普通的機(jī)械臂，它可以是關(guān)節(jié)式或直角坐標(biāo)式，取決于不同作業(yè)任務(wù)的需（縮小）的相似物。而異構(gòu)型主手的結(jié)構(gòu)、尺寸與從手不同，兩者僅具有相同數(shù)目的自由度。主手的功能是提供人機(jī)界面，操作人員通過(guò)主手施加控制命令，同時(shí)也要感受從手的運(yùn)動(dòng)情況及受力情況。這一點(diǎn)是它與普通機(jī)器人示教盒的不同點(diǎn)。同構(gòu)型主手有著操作直觀、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是不具有通用性，即一個(gè)主手只能控制一種從手。異構(gòu)型主手的唯一優(yōu)點(diǎn)是具有通用性，可以用來(lái)控制任何一種自由度相同的從手。不再跟隨主手，主手可以恢復(fù)到原點(diǎn)位置，然后釋放這個(gè)開(kāi)關(guān)，繼續(xù)控制從手運(yùn)動(dòng)。另和力信息。電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂機(jī)械臂控制系統(tǒng)原理。帶電作業(yè)控制系統(tǒng)由一個(gè)主控制系統(tǒng)和一個(gè)從控制系統(tǒng)組成，圖3－10為一個(gè)主控制系統(tǒng)和一個(gè)從控制系統(tǒng)連接示意圖。主控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制信號(hào)的產(chǎn)生，它由控制板和主手組成。從控制系統(tǒng)主要由DSP＋MCX314主控制板、絕對(duì)編碼器采集板、伺服管理板、電源板和光纖通信系統(tǒng)等組成。DSP＋MCX314主控制板負(fù)責(zé)處理?yè)?jù)，將采集數(shù)據(jù)輸出給主控制板。伺服管理板負(fù)責(zé)管理報(bào)警信號(hào)、伺服ON信號(hào)和BK信號(hào)等。電源板主要為主控制板、采集板和伺服管理板提供＋5V和＋24V電源。為了實(shí)現(xiàn)人和高壓線(xiàn)隔離，采用了光纖通信系統(tǒng)。圖3－10從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖機(jī)械臂從控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。DSP＋MCX314主控制板設(shè)計(jì)。主控制板芯片主要由1片DSP和2片MCX314運(yùn)動(dòng)控制芯片組成。DSP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信、控制MCX314和處理運(yùn)動(dòng)學(xué)算法。MCX314以單個(gè)電路同時(shí)控制個(gè)伺服系統(tǒng)，可進(jìn)行各軸獨(dú)立的定位控制、速度控制，MCX314與DSP之間采用16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口，通過(guò)命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)等寄存器實(shí)現(xiàn)4軸的位置、速度、加速度等的運(yùn)動(dòng)控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控，并有2個(gè)32位的邏輯、實(shí)際位置計(jì)數(shù)器和狀態(tài)比較寄存器，實(shí)現(xiàn)位置的閉環(huán)控制。為了提高抗干擾能力和延長(zhǎng)通信距離，主控制板脈沖信號(hào)輸出采用了光耦隔離和422總線(xiàn)方式。絕對(duì)編碼器采集板。伺服電動(dòng)機(jī)采用16數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行以下過(guò)程：將SEN信號(hào)置為H信號(hào)；100ms后，進(jìn)入串行數(shù)據(jù)接收等待狀態(tài)；接收8B的串行數(shù)據(jù)；在接收到最后的串行數(shù)據(jù)后，大約經(jīng)過(guò)400ms，采集增量型脈沖。使用TLP621光電隔離器件將微控制器的輸入輸出隔離開(kāi)，TLP621可以隔離10kV的電壓，一方面使干擾信號(hào)無(wú)法進(jìn)入控制系統(tǒng)，另一方面控制系統(tǒng)本身的噪聲也不會(huì)以傳導(dǎo)的方式傳播出去。為了防止浪涌電壓對(duì)各種器件的影響，在每個(gè)器件的電源輸入口上加了一個(gè)快速抑制二極管。伺服管理板。伺服管理板負(fù)責(zé)管理各伺服單元的報(bào)警信號(hào)、伺服ON信號(hào)和伺服BK信號(hào)。如果開(kāi)機(jī)后，沒(méi)有伺服報(bào)警信號(hào)輸出，伺服單元ON信號(hào)有效，伺服單元BK低電平（L電平），釋放制動(dòng)器。如果有伺服報(bào)警信號(hào)輸出，伺服單元ON信號(hào)無(wú)效，伺服單元BK信號(hào)輸出高電平（H電平），使用制動(dòng)器。和抑制二極管。電源板主要由下列部分組成：主控制板電源＋5V：HZD25－24S05，500VDC。伺服單元電源＋5V：HZD25－24S05，500VDC。伺服單元電源＋24V：HDW50－24S24，于500VDC。光纖通信系統(tǒng)。為了防止機(jī)械臂絕緣防護(hù)失效時(shí)，高壓電經(jīng)控制回路對(duì)人體和設(shè)模塊的電氣連接，實(shí)現(xiàn)主從手的高電壓隔離和后備防護(hù)。光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3－11所示。高壓帶電作業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂的軌跡插補(bǔ)算法。目前機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃方法按中實(shí)現(xiàn)，故所設(shè)計(jì)的機(jī)械臂是采用定時(shí)插補(bǔ)進(jìn)行軌跡規(guī)劃的。1）輸入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的初始點(diǎn)P0（x0，y0，z0）和終點(diǎn)Pf（xf，yf，zf速度Pv，加減速時(shí)間Ta和插補(bǔ)周期Tc?；緟?shù)的確定和插補(bǔ)點(diǎn)的求解方法。由于機(jī)器人空間直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)需經(jīng)過(guò)加減速和勻速運(yùn)動(dòng)段（參見(jiàn)圖3－12），因此在進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)前，應(yīng)確定Pv方法如下：圖3－11光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由P0（x0，y0，z0）和Pf（xf，yf，zf）得到實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離Pd＝｜P由Pv和Ta可計(jì)算出加減速段所需距離PvTa，若Cd≥Pd，則實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度v＝Pv；由時(shí)間Ta和插補(bǔ)時(shí)間Tc得出加速步數(shù)Sa。由P0（x0，y0，z0）和P，yf，zf），可得空間直線(xiàn)參數(shù)方程其中k為比例因子，由式（3－1）可得各插補(bǔ)點(diǎn)Pi（xi，yi，zi）（i為各插補(bǔ)點(diǎn)的步號(hào)）到P0的距離為令第n插補(bǔ)段運(yùn)動(dòng)距離為Sd（n）（n＝1，…，i）（n是1到i的所有正整數(shù)為各插補(bǔ)點(diǎn)的步號(hào)，在0與 之間的所有正整數(shù)），可得點(diǎn)Pi 到P 0 的距CSd（i－1）表示Pi－1（xi－1，yi－1，zi－1）到P0的距離；Sd（i）是第動(dòng)距離）。故由式（3－1）和式（3－2）得到各插補(bǔ)點(diǎn)比例因子k（0≤k≤1）的計(jì)算公式如下由式（3－3）就可求出k確定各插補(bǔ)段運(yùn)動(dòng)距離Sd（i）。下面介紹運(yùn)動(dòng)各段求取Sd（i）方法。圖3－12插補(bǔ)算法加減速示意圖如圖3－12實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度Cv和加減速時(shí)間Ta求得加速度a＝，因此加速度段上第i個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的度SCv（i）＝iTca，可得到如圖3－12速要求。勻速段各插補(bǔ)段運(yùn)動(dòng)距離Sd（i）＝CvTc。如圖3－12所示，減速運(yùn)動(dòng)段。由于在求取加速步數(shù)Sa時(shí)進(jìn)行取整計(jì)算，因此不算。經(jīng)過(guò)前面i－1個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)后，可得所剩距離Ld（i）＝Pd－CSd（i－1），因此可速段加速度，則減速度段上第m個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的速度SCv（m）＝Cv＋mTca，即液壓機(jī)械臂設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。主從式力反饋液壓機(jī)械臂是可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控的主從式7采用微型齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)便于機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)基座朝上或基座朝下安裝。式力反饋液壓機(jī)械臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3－13所示。圖3－13主從式力反饋液壓機(jī)械臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)手、手持終端、主手控制器、液壓伺服驅(qū)動(dòng)器和液壓系統(tǒng)。機(jī)械臂本體。機(jī)械臂是一個(gè)基于微控制器的電液設(shè)備。機(jī)械臂本體采用鋁合金和部搖擺和腕部旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械臂的活動(dòng)范圍見(jiàn)表3－1。機(jī)械臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)通過(guò)7個(gè)液壓和電磁閥。電磁閥用來(lái)開(kāi)關(guān)液壓源。機(jī)械臂本體側(cè)視圖如圖3－14所示。力反饋主手（見(jiàn)圖3－15）主手的位置和力信息。主手放置在一個(gè)安全或方便的地方，機(jī)械臂放置在不宜接近的地5個(gè)力矩電動(dòng)機(jī)，包括腰部回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、腕部俯仰、腕部搖擺。遠(yuǎn)端從手的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的力，通過(guò)這5個(gè)力矩電動(dòng)機(jī)反饋到主手。在初始上電時(shí)，這些力矩電動(dòng)機(jī)自動(dòng)地設(shè)置主手。表3－1 機(jī)械臂的活動(dòng)范圍圖3－14機(jī)械臂側(cè)本體側(cè)視圖手持終端（見(jiàn)圖3－16）通過(guò)RS－232通信，顯示系統(tǒng)信息，并允許操作者選擇各種操作功能。圖3－15力反饋主手圖3－16一種手持終端主手控制器（見(jiàn)圖3－17）信接口和帶主手控制接口。液壓伺服驅(qū)動(dòng)器（見(jiàn)圖3－18）控制器通信。圖3－17主手控制器圖3－18一種液壓伺服驅(qū)動(dòng)器液壓系統(tǒng)。機(jī)械臂液壓伺服接口如圖3－19減少管路。圖3－19機(jī)械臂液壓伺服接口配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用工具國(guó)內(nèi)在開(kāi)展帶電作業(yè)機(jī)器人的研究的同時(shí)，對(duì)機(jī)器人配合使用的作業(yè)工具也進(jìn)行了深入研究與開(kāi)發(fā)。根據(jù)帶電斷引流線(xiàn)、帶電接引流線(xiàn)、更換絕緣子、更換避雷器、帶電異物清除等作業(yè)內(nèi)容，研制出適合機(jī)器人應(yīng)用的系列化專(zhuān)用工具。本節(jié)主要介紹與帶電斷、接引流線(xiàn)作業(yè)項(xiàng)目有關(guān)的電動(dòng)扳手、剝皮器、斷線(xiàn)鉗工具及相關(guān)金具。電動(dòng)扳手裝卸螺紋連接件的工具，簡(jiǎn)稱(chēng)裝配工具，又稱(chēng)為扳手。扳手的主要功能是輸出扭矩，對(duì)螺紋緊固件進(jìn)行裝配或拆卸。扳手分為手動(dòng)和機(jī)動(dòng)兩種，其中機(jī)動(dòng)扳手按動(dòng)力源分類(lèi)，有電動(dòng)、液壓、氣動(dòng)三種，下面將主要介紹電動(dòng)扳手在機(jī)器人帶電作業(yè)中的應(yīng)用。電動(dòng)扳手主要有普通電動(dòng)扳手、電動(dòng)定扭矩扳手兩大類(lèi)。普通電動(dòng)扳手有安全離合型電動(dòng)扳手和電動(dòng)沖擊扳手兩種。電動(dòng)定扭矩扳手有電動(dòng)扭剪扳手、電動(dòng)轉(zhuǎn)角扳手、電動(dòng)角向扳手等多種。安全離合型電動(dòng)扳手有交流供電式和電池充電式，主軸通過(guò)牙嵌離合器輸出扭矩。電動(dòng)沖擊扳手采用沖擊機(jī)構(gòu)，利用沖擊力矩完成拆裝螺紋件。電動(dòng)定扭矩扳手輸出靜扭矩，用于對(duì)力矩有嚴(yán)格要求的緊固連接部位。安全離合型電動(dòng)扳手的輸出力矩較小，適合于M8及以下螺紋的裝卸，在電力設(shè)備拆裝中的應(yīng)用較少。電動(dòng)沖擊扳手具有承受力矩反作用力較小的特點(diǎn)，便于操作者掌控，特別是電池充電式，更適合于野外、高空攜帶，用于力矩?cái)?shù)值無(wú)精確要求、規(guī)格為M12及以下螺紋的緊固和拆卸。電動(dòng)定扭矩扳手具有可輸出精確數(shù)值、大力矩的特點(diǎn)，在大型電力設(shè)備的拆裝中應(yīng)用廣泛，特別是水電發(fā)電設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。機(jī)器人專(zhuān)用電動(dòng)扳手人工高壓帶電作業(yè)中，現(xiàn)在主要采用的是充電式電動(dòng)沖擊扳手，具有輸出力矩大、反作用力小、質(zhì)量輕、本體結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。為適應(yīng)機(jī)器人應(yīng)用的需要，專(zhuān)用電動(dòng)扳手設(shè)計(jì)時(shí)除具有以上功能外，還應(yīng)具備遠(yuǎn)距離遙操作控制、抗電磁干擾、過(guò)電流及過(guò)電壓自動(dòng)保護(hù)、規(guī)范及統(tǒng)一的機(jī)械接口等功能及特點(diǎn)。式、直柄式、角向式三種。如圖3－20所示，角向式無(wú)線(xiàn)控制電動(dòng)扳手主要由扳手套筒、轉(zhuǎn)換頭、永磁直流電機(jī)、減速器和滾珠螺旋槽沖擊機(jī)構(gòu)、無(wú)線(xiàn)控制開(kāi)關(guān)模塊、PWM充電電池組成。采用充電電池驅(qū)動(dòng)12V的直流電動(dòng)機(jī)，采用脈寬調(diào)制方式調(diào)速，無(wú)線(xiàn)遙控器開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)扳手電動(dòng)機(jī)的開(kāi)啟動(dòng)作，根據(jù)調(diào)速按鍵調(diào)節(jié)合適的速度，結(jié)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)便。電動(dòng)扳手采用等電位作業(yè)法，所以需要解決電動(dòng)扳手的絕緣問(wèn)題。電動(dòng)扳手具有鋁合金成型的外殼，可以實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂和電動(dòng)扳手的絕緣，手柄采用了塑料外殼。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如圖3－21所示，將遙控電動(dòng)扳手的硬件設(shè)計(jì)分成5層，各層完成功能分別是：層1是執(zhí)行結(jié)構(gòu)，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)；層2器和系統(tǒng)供電；層3是系統(tǒng)接口部分，包括I／O接口；層4是DSP核心板部分，包括JTAG復(fù)位電路和晶振；層5是系統(tǒng)功能擴(kuò)展板，實(shí)現(xiàn)與遙控器的通信。圖3－20角向式無(wú)線(xiàn)控制電動(dòng)扳手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3－21遙控電動(dòng)扳手硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。由于沖擊扳手電動(dòng)機(jī)的過(guò)載電流能達(dá)10A，所以選用了具有H橋的SA60芯片。如圖3－22所示，SA60芯片是一個(gè)脈寬調(diào)制型（PWM型）提供給電動(dòng)機(jī)的電源電壓最大可達(dá)到80V，能連續(xù)向負(fù)載提供10A壓5V，PWM載波頻率可以到250kHz，效率可達(dá)97%，芯片外接了一個(gè)可兼容的TTL型的PWM的信號(hào)來(lái)同步四象限模式的幅值和方向。PWMIN引腳控制電動(dòng)機(jī)的方向和速度，DISABLE引腳控制電動(dòng)機(jī)的上電和掉電。為了防止反電動(dòng)勢(shì)對(duì)SA60的影響在AOUT和BOUT兩端加上一個(gè)1MΩ電阻，組成放電電路。圖3－22電動(dòng)扳手電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖用。超外差接收機(jī)雖然價(jià)格較高，但溫度適應(yīng)性強(qiáng)，接收靈敏度更高，而且工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，所以無(wú)線(xiàn)接收模塊選用了抗干擾能力強(qiáng)的超外差接收模塊。遙控器選用和接收模塊配套的遠(yuǎn)距離遙控器，發(fā)射距離300～500m。各鍵的功能見(jiàn)表3－2。表3－2 無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊各鍵功能說(shuō)明電源電路設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3－23）施：圖3－23電動(dòng)扳手的電源電路圖防電磁干擾。電磁干擾必須包括三個(gè)要素，即電磁干擾源、電磁干擾傳遞途徑及機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和控制電路相互干擾，通過(guò)一個(gè)電感L2實(shí)現(xiàn)不共地。如圖3－24所示，AB之間是電路1和電路2與地之間的共阻抗。在電路排版中，由于地線(xiàn)的阻抗存在，因而會(huì)產(chǎn)生一定的電位差。由于電位差的存在，就必然對(duì)電路的工作帶來(lái)影響。因此在電路板排版中，要一點(diǎn)接地。圖3－24電路的共阻抗干擾示意圖過(guò)電流保護(hù)。為了防止控制部分和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分電路發(fā)生短路，在前序電路增加自恢復(fù)熔斷器F1、F2高，引起發(fā)熱，而越熱阻值越大，從而阻斷電源電流。過(guò)電壓保護(hù)。為了防止后續(xù)電路過(guò)電壓，在電源電路上各加上抑制二極管VTS1、VTS2定值時(shí)導(dǎo)通。其特點(diǎn)是可以瞬態(tài)通過(guò)甚至數(shù)百甚至上千安培的電流。防反接保護(hù)。為了使二次電源在輸入線(xiàn)路反接時(shí)不至于損壞，在輸入端加了反接保護(hù)作用。調(diào)速的脈寬調(diào)制程序。1）解碼程序。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后，VT腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。電動(dòng)扳手解碼程序流程如圖3－25所示，采用中斷的方式來(lái)接收發(fā)射碼并進(jìn)行解碼獲得控制命令。圖3－25電動(dòng)扳手解碼程序流程2）脈寬調(diào)制程序。所采用的微電機(jī)轉(zhuǎn)速很高（12000r／min），可以通過(guò)改變加在電動(dòng)機(jī)兩端的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)降速?；诤?jiǎn)單實(shí)用考慮，采用脈寬調(diào)速。而軟件的做法是通過(guò)設(shè)置DSP內(nèi)部的寄存器來(lái)達(dá)到。剝皮器在配電網(wǎng)供電系統(tǒng)中，考慮到行人及交通安全等因素，80%～90%的架空線(xiàn)路采用絕緣線(xiàn)路，根據(jù)載荷不同，有120、150、185、240等多種型號(hào)。帶電斷線(xiàn)、接線(xiàn)作業(yè)為帶電作業(yè)中開(kāi)展最為廣泛的項(xiàng)目之一，如操作前需要先行實(shí)施絕緣外皮剝除。絕緣外皮剝除作業(yè)，可采用普通刀片和手鉗、手動(dòng)專(zhuān)用剝皮工具、機(jī)動(dòng)剝皮工具。普通刀片和手鉗作業(yè)存在危險(xiǎn)高及效率低問(wèn)題；手動(dòng)專(zhuān)用剝皮工具作業(yè)效率較高，產(chǎn)品品種也較為齊全，但不適用自動(dòng)作業(yè)；機(jī)動(dòng)剝皮工具雖然自動(dòng)化程度提高，但市場(chǎng)研發(fā)種類(lèi)及使用場(chǎng)合較少。配電網(wǎng)系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用的剝皮器，為一種機(jī)動(dòng)剝皮器，可適應(yīng)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的要求。手動(dòng)剝皮器根據(jù)剝除對(duì)象分為絕緣導(dǎo)線(xiàn)剝皮器、電纜主絕緣層剝除器、不可剝離外半導(dǎo)電層剝皮器。本節(jié)主要介紹絕緣導(dǎo)線(xiàn)剝皮器，適當(dāng)設(shè)計(jì)切刀與夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，可適應(yīng)導(dǎo)線(xiàn)直徑12～35mm，絕緣層厚度1.4～8mm絕緣導(dǎo)線(xiàn)的外絕緣皮剝除，可剝除的材料基本為乙烯或聚乙烯。圖3－26手動(dòng)剝皮器結(jié)構(gòu)1—夾緊調(diào)節(jié)裝置旋鈕；2—切刀深度調(diào)節(jié)旋鈕；3—切刀角度調(diào)節(jié)旋鈕；4—切刀；5—導(dǎo)線(xiàn)V形塊夾緊裝置；6—旋轉(zhuǎn)手柄手動(dòng)剝皮器結(jié)構(gòu)。一般的剝皮器產(chǎn)品，因結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)原因，可能只適應(yīng)一定范圍線(xiàn)徑的導(dǎo)線(xiàn)。如圖3－26所示，為某品牌的手動(dòng)剝皮器，特點(diǎn)為導(dǎo)線(xiàn)端部絕緣層剝除、切刀深度和角度可調(diào)、導(dǎo)線(xiàn)V形塊夾緊裝置采用螺紋緊固。其結(jié)構(gòu)如圖3－26中切刀截面形狀有月牙形、T形、L形等，但均具備排屑方便，防止切屑與導(dǎo)線(xiàn)纏繞的特點(diǎn)。手動(dòng)剝皮器作業(yè)過(guò)程及特點(diǎn)。導(dǎo)線(xiàn)與夾緊裝置結(jié)合，實(shí)施壓刀動(dòng)作，刀具刺入絕緣層；操作人員旋轉(zhuǎn)剝皮器形成力偶（也可由棘輪或齒輪機(jī)構(gòu)形成），具，使刀具與導(dǎo)線(xiàn)夾角形成軸向分力，刀具在螺旋進(jìn)給過(guò)程中實(shí)現(xiàn)切削動(dòng)作；操作人員停止軸向進(jìn)給，刀具環(huán)切，斷屑；松開(kāi)刀具及取下工具。如圖3－27所示，手動(dòng)剝皮器結(jié)構(gòu)由絕緣導(dǎo)線(xiàn)、切刀、操作手柄組成。如圖3－28所示，為利用絕緣桿操作的剝皮器，擺動(dòng)絕緣桿4上下擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)棘輪或齒輪機(jī)構(gòu)形成力偶，左右移動(dòng)形成軸向力驅(qū)動(dòng)切刀。圖3－27手動(dòng)剝皮器1—絕緣導(dǎo)線(xiàn)；2—切刀；3—操作手柄圖3－28絕緣桿操作用剝皮器1—導(dǎo)線(xiàn)；2—?jiǎng)兤て髦黧w；3—支撐絕緣桿；4—擺動(dòng)絕緣桿；5—切刀機(jī)器人專(zhuān)用剝皮器機(jī)器人專(zhuān)用剝皮器的作業(yè)原理與手動(dòng)剝皮器相同，主要包括：切刀刺入絕緣層，剝皮器形成力偶及軸向力，切刀形成螺旋進(jìn)給動(dòng)作。但在夾緊裝置與導(dǎo)線(xiàn)接合形式、切刀刺入絕緣層形式、力偶及軸向力動(dòng)力源與結(jié)構(gòu)類(lèi)型方面不同，下面舉例說(shuō)明幾種類(lèi)型。具軸向進(jìn)給，利用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具圓周運(yùn)動(dòng)，利用機(jī)器人完成操作。開(kāi)口齒輪專(zhuān)用剝皮器主要結(jié)構(gòu)如圖3－29所示，其中傳動(dòng)軸1接受電動(dòng)扳手扭矩，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪5、6提供圓周運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線(xiàn)夾緊裝置2用于與導(dǎo)線(xiàn)配合，絲杠傳動(dòng)裝置3用于提供軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它有以下特點(diǎn)：圖3－29開(kāi)口齒輪型專(zhuān)用剝皮器1—傳動(dòng)軸；2—導(dǎo)線(xiàn)夾緊裝置；3—絲杠傳動(dòng)裝置；4—切刀；5—傳動(dòng)齒輪活動(dòng)部分；6—傳動(dòng)齒輪固定部分；7—軸向滑動(dòng)軸采用絲杠絲母?jìng)鲃?dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具軸向進(jìn)給。一級(jí)齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具圓周運(yùn)動(dòng)。絲杠末端設(shè)計(jì)空螺紋，保證刀具環(huán)切斷屑。采用絲杠絲母實(shí)現(xiàn)刀具壓刀，壓線(xiàn)動(dòng)作。大齒輪開(kāi)口，將導(dǎo)線(xiàn)放入／退出工具。采用電動(dòng)扳手為工具提供動(dòng)力，動(dòng)力部分與刀具分開(kāi)，減輕刀具質(zhì)量。械手操作困難。周運(yùn)動(dòng)，利用機(jī)械手橫向移動(dòng)提供軸向力，實(shí)現(xiàn)刀具軸向進(jìn)給。棘輪型專(zhuān)用剝皮器主要結(jié)構(gòu)如圖3－30所示，其中搖桿1接受機(jī)械手往復(fù)擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)棘輪3，為切刀5提供圓周運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線(xiàn)夾緊裝置5、6用于與導(dǎo)線(xiàn)配合，機(jī)械手為剝皮器提供軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它有以下特點(diǎn)：圖3－30棘輪型專(zhuān)用剝皮器1—搖桿；2—凸輪式壓刀柄；3—棘輪傳動(dòng)裝置；4—導(dǎo)線(xiàn)夾緊調(diào)節(jié)裝置；5—切刀；6—導(dǎo)線(xiàn)夾緊調(diào)節(jié)裝置（下）；7—導(dǎo)線(xiàn)夾緊調(diào)節(jié)裝置（上）采用非完整棘輪傳動(dòng)。凸輪式壓刀柄機(jī)構(gòu)將壓線(xiàn)與壓刀動(dòng)作合二為一。刀具與導(dǎo)線(xiàn)存在傾斜角度，依靠切削分力實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)給。機(jī)械臂直線(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)刀具運(yùn)動(dòng)。局限性：效率較低。電機(jī)驅(qū)動(dòng)型專(zhuān)用剝皮器。工作原理。利用直流減速電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)棘輪和切刀運(yùn)用無(wú)線(xiàn)遙控，嵌入式控制系統(tǒng)，具有過(guò)電流、低壓、過(guò)電壓保護(hù)。動(dòng)力計(jì)算選型。工具對(duì)絕緣層的切削力矩由手動(dòng)工具實(shí)驗(yàn)測(cè)得MT＝MFMT＝Fp式中：MT驅(qū)動(dòng)力矩；MF為阻力矩；Fp為拉力；L測(cè)量得FP＝50N，L＝0.3m，則MF＝MT＝FPL＝15N·m。自動(dòng)工具驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算如下PF＝ηPTPF＝MFPT＝MFMT＝PT／ωq＝MFωj／ηωq式中：PF為阻力功率；PF為驅(qū)動(dòng)力功率；ωj為棘輪轉(zhuǎn)速；ωq為曲柄轉(zhuǎn)速；η效率。計(jì)算得MT＝5N·m，其中ωj／ωq＝1／6，η取0.5。所選減速電動(dòng)機(jī)：輸出扭矩為7N·m；輸出轉(zhuǎn)速43r／min如圖3－31所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)型專(zhuān)用剝皮器主要結(jié)構(gòu)包括凸輪式壓刀柄、棘輪傳動(dòng)裝置、導(dǎo)線(xiàn)、切刀、導(dǎo)線(xiàn)夾緊調(diào)節(jié)裝置（上／下）、導(dǎo)線(xiàn)夾緊調(diào)節(jié)裝置、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)、電池。其中電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)、棘輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線(xiàn)夾緊調(diào)節(jié)裝置、切刀旋轉(zhuǎn)，機(jī)械臂軸向推動(dòng)工具整體移動(dòng)。圖3－31電機(jī)驅(qū)動(dòng)型專(zhuān)用剝皮器電機(jī)驅(qū)動(dòng)型專(zhuān)用剝皮器是在棘輪型專(zhuān)用剝皮器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的適合機(jī)械臂使用的半自動(dòng)剝皮器，采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞給雙爪棘爪，再傳遞給棘輪實(shí)現(xiàn)周向回轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)，由機(jī)械臂沿導(dǎo)線(xiàn)方向的直線(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具的軸向進(jìn)給。電動(dòng)機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)，電池與控制單元與機(jī)器人工具系統(tǒng)具有互換性。工作過(guò)程：1號(hào)機(jī)械臂將剝皮器掛上導(dǎo)線(xiàn)。2機(jī)械臂撥動(dòng)壓刀塊，鎖緊刀具機(jī)構(gòu)，使刀具刺入絕緣層。2機(jī)械臂在刀具附近夾持導(dǎo)線(xiàn)，機(jī)械臂與工具距離即為剝皮長(zhǎng)度。操作者遙控剝皮器的刀具開(kāi)始旋轉(zhuǎn)剝皮切削，同時(shí)1號(hào)機(jī)械臂沿軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。e）當(dāng)剝皮器剝掉電纜外皮規(guī)定長(zhǎng)度時(shí)，1狀態(tài)，剝皮器的刀具旋轉(zhuǎn)剝皮切削一周時(shí)，進(jìn)行環(huán)切斷屑作業(yè)，操作者停止剝皮器的刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。f）2號(hào)機(jī)械臂松開(kāi)，撥動(dòng)壓刀塊，松開(kāi)刀具機(jī)構(gòu)，1號(hào)機(jī)械臂拿下剝皮器完成作業(yè)。4）驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。脈寬調(diào)制功率驅(qū)動(dòng)置利用大功率管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)調(diào)制直流電源，使其按固定的頻率通、斷。改變一個(gè)周期內(nèi)通、斷時(shí)間的長(zhǎng)短，即改變輸出電壓的占空比，從而改變平均電壓，控制輸出功率。其結(jié)構(gòu)可分為兩大部分：從主電源將能量傳遞給負(fù)載的電路稱(chēng)為功率轉(zhuǎn)換電路，其余部分為控制電路。改變脈沖占空比可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，但首先需要將控制轉(zhuǎn)速的指令信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)占空比的脈沖信號(hào)。脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的基本方法是：將控制指令信號(hào)與固定頻率的三角波或鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生占空比正比于控制指令電壓的脈沖信號(hào)。如圖3－32所示，SA60自帶555定時(shí)器外接270pF的電容產(chǎn)生45kHz的三角波，當(dāng)控制指令信號(hào)電壓大于或等于三角波電壓時(shí)，輸出信號(hào)為比較器電源正電壓Ucc地信號(hào)0V。當(dāng)電動(dòng)機(jī)由于減速等原因而處于再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)中所存儲(chǔ)的機(jī)械能會(huì)經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，并通過(guò)功率器件回饋到直流母線(xiàn)側(cè)。這些能量一般儲(chǔ)存在功率主電路的儲(chǔ)能元件中，若不存在能量釋放電路，將會(huì)導(dǎo)致直流母線(xiàn)側(cè)電壓升高，升高的這部分電壓稱(chēng)為泵升電壓。在這種情況下，如不采取保護(hù)措施，就有可能損壞功率器件或儲(chǔ)能元件。電路中加上了RC阻容網(wǎng)絡(luò)，以抑制瞬時(shí)泵升電壓的產(chǎn)生。電阻選用100Ω、2W，電容選擇1000pF、100V。圖3－32驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)設(shè)置過(guò)電流保護(hù)電路，過(guò)電流保護(hù)電路由電流檢測(cè)環(huán)節(jié)、運(yùn)算放大器、比較器等構(gòu)成。通過(guò)0.01Ω精密電阻對(duì)SA60的ISENSEA和ISENSEB源運(yùn)算放大器LM324的相加和放大10倍后，與一個(gè)2.5V基準(zhǔn)值共同輸入到電壓比較器LM393。下面求電壓放大器的增益計(jì)算公式。遙控?cái)嗑€(xiàn)鉗用來(lái)切斷過(guò)長(zhǎng)的引流線(xiàn)，采用電動(dòng)液壓式，能切斷標(biāo)稱(chēng)截面積不大于250mm2的鋁導(dǎo)線(xiàn)。電動(dòng)液壓斷線(xiàn)鉗的工作原理為：工作時(shí)，操作無(wú)線(xiàn)遙控開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)液壓泵，并打開(kāi)換向閥，壓力油流經(jīng)單向閥、換向閥，推動(dòng)斷線(xiàn)鉗的連桿轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使鉗口閉合，切斷導(dǎo)線(xiàn)，完成斷線(xiàn)工作。圖3－33所示為遙控?cái)嗑€(xiàn)鉗的外形。圖3－33遙控?cái)嗑€(xiàn)鉗連接金具用于連接和組合電力系統(tǒng)中各類(lèi)型裝置以傳遞機(jī)械電氣負(fù)荷及起到某種防護(hù)作用的金屬部件，統(tǒng)稱(chēng)電力金具，包括線(xiàn)路金具、變電金具、母線(xiàn)金具等。本節(jié)主要介紹帶電作業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用并股線(xiàn)夾金具，屬于接續(xù)金具的類(lèi)別。在帶電接引流線(xiàn)作業(yè)的最后步驟將使用到并股線(xiàn)夾，一種合理的、適合機(jī)器人使用的并股線(xiàn)夾，是達(dá)到作業(yè)要求的關(guān)鍵。機(jī)器人專(zhuān)用并股線(xiàn)夾金具（見(jiàn)圖3－34）具有以下特點(diǎn)：圖3－34機(jī)器人專(zhuān)用并股線(xiàn)夾金具1—導(dǎo)向柱；2—夾緊機(jī)構(gòu)；3—壓簧；4—接觸面；5—擋板；6—導(dǎo)向座；7—夾持部件緊固螺栓頭加裝導(dǎo)向柱1，向上對(duì)準(zhǔn)螺栓。夾緊機(jī)構(gòu)2利用壓簧3線(xiàn)，針對(duì)不同線(xiàn)號(hào)的導(dǎo)線(xiàn)。導(dǎo)線(xiàn)和并股線(xiàn)夾接觸面4采用圓弧設(shè)計(jì)，增大了接觸面積。支架擋板5和擋板導(dǎo)向座6齊偏斜。可靠夾持部位7，采用弧形結(jié)合面，便于機(jī)械手操作，與機(jī)械手配合牢靠穩(wěn)定。配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人絕緣防護(hù)系統(tǒng)機(jī)器人絕緣防護(hù)要求機(jī)器人絕緣防護(hù)示意圖如圖3－35所示，機(jī)器人絕緣主要包括以下問(wèn)題：圖3－35機(jī)器人絕緣防護(hù)示意圖1—斗臂車(chē)；2—斗臂車(chē)絕緣臂；3—絕緣平臺(tái)；4—絕緣機(jī)械臂I；5—絕緣機(jī)械臂II；6—操作主手系統(tǒng)；7—大地；8—邊相業(yè)，目前機(jī)器人可以保證作業(yè)人員的安全。沒(méi)有電器連接，可以保證對(duì)地絕緣。間短路。機(jī)械臂絕緣或邊相安裝遮蔽罩可以防止相間短路。高壓帶電作業(yè)機(jī)器人絕緣系統(tǒng)接地體和帶電體之間的電位狀態(tài)，使用絕緣工具間接接觸帶電設(shè)備來(lái)達(dá)到檢修目的的方法。中間電位帶電作業(yè)法特點(diǎn)：人體處于中間電位下，占據(jù)了帶電體與接地體之間一定空間距離，既要對(duì)接地體保持一定的安全距離，又要對(duì)帶電體保持一定的安全距離；作業(yè)人員通過(guò)兩部分絕緣分別與接地體和帶電體隔開(kāi)，防止帶電體通過(guò)人體對(duì)接地體放電。人體與帶電體的關(guān)系是：大地—絕緣體—人體—絕緣工具—帶電體。帶電作業(yè)機(jī)器人絕緣系統(tǒng)通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)中間電位作業(yè)：①通過(guò)絕緣斗臂車(chē)、帶電作業(yè)機(jī)器人操作平臺(tái)，保證人與地絕緣；②通過(guò)主手與機(jī)械臂間的光纖實(shí)現(xiàn)人體與帶電體的絕緣，光纖起到兩者間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔茫虎劢饘贆C(jī)械臂同時(shí)接觸兩相線(xiàn)路或從兩相中穿過(guò)都有可能造成相間短路，機(jī)械臂絕緣或邊相安裝遮蔽罩可以防止相間短路。系統(tǒng)對(duì)地絕緣。依靠絕緣斗臂車(chē)，整車(chē)耐電壓（工作斗與大地之間）：105kV／1min，耐電壓70kV／1min時(shí)泄漏電流小于等于0.5mA。操作人員與高壓電場(chǎng)絕緣。操作人員站在絕緣斗內(nèi)操控主手作業(yè)，操作人員與業(yè)最為突出的優(yōu)點(diǎn)。相間短路絕緣。在相－相之間，空氣間隙和絕緣平臺(tái)起主絕緣作用，絕緣遮蔽罩形成相間后備防護(hù)，因作業(yè)機(jī)械臂等電位作業(yè)，機(jī)械臂外包絕緣材料，形成最后一道防線(xiàn)，防止機(jī)械臂偶然觸及兩相導(dǎo)線(xiàn)造成短路。機(jī)械臂絕緣。機(jī)械臂采用硅橡膠材料包敷，厚度3mm，耐壓20kV，尺寸建立模型，根據(jù)各關(guān)節(jié)活動(dòng)的范圍，設(shè)計(jì)絕緣外殼的形狀，防止發(fā)生干涉，如圖3－36所示。平臺(tái)絕緣。為了防止高壓線(xiàn)磁場(chǎng)對(duì)機(jī)械臂伺服系統(tǒng)電源、主手電源、逆變器、低電壓顯示、虧電顯示之間的安全距離是0.4m；臂底座之間安全距離設(shè)計(jì)為0.4m。絕緣平臺(tái)布置如圖3－37所示，其主要用于防止平臺(tái)作業(yè)時(shí)接觸導(dǎo)線(xiàn)造成相間短路，支架采用鋁合金結(jié)構(gòu)，鋁合金結(jié)構(gòu)支架纏繞環(huán)氧玻璃布，平臺(tái)底面粘合環(huán)氧玻璃板。為了防止相間短路，兩機(jī)械臂都通過(guò)絕緣子與平臺(tái)連接。絕緣子耐受電壓：40kV。圖3－36機(jī)械臂絕緣防護(hù)套外形圖3）邊相遮蔽。中相作業(yè)時(shí)必須對(duì)邊相進(jìn)行遮蔽。試驗(yàn)方法（1）絕緣斗臂車(chē)試驗(yàn)。1）交流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3－3，極一般采用12.7mm的導(dǎo)電膠帶，施加的工頻交流電壓值、沿面距離及泄漏值見(jiàn)表3－4。圖3－37絕緣平臺(tái)布置圖表3－3 絕緣斗臂車(chē)絕緣臂的交流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)表3－4 絕緣斗臂車(chē)絕緣臂交流泄漏電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)2）絕緣斗臂車(chē)整車(chē)試驗(yàn)。除對(duì)斗臂車(chē)絕緣臂試驗(yàn)外，由于膠皮管、液壓油、光纜、平衡拉桿等也承受帶電作業(yè)的電壓，因此對(duì)整車(chē)應(yīng)進(jìn)行交流泄漏試驗(yàn)，其交流泄漏值應(yīng)不大于500μA，所加電壓見(jiàn)表3－5。表3－5 整車(chē)絕緣要求

圖3－38兩機(jī)械臂交流耐壓試驗(yàn)交流耐壓試驗(yàn)。如圖3－38頻交流電壓，另外一個(gè)機(jī)械臂末端接地。施加的交流電壓值見(jiàn)表3－6。如圖3－39所示，機(jī)械臂與平臺(tái)間耐壓試驗(yàn)，機(jī)械臂末端施加工頻交流電壓，平臺(tái)接地。表3－6 機(jī)械臂絕緣試驗(yàn)泄漏電流試驗(yàn)。兩機(jī)械臂在進(jìn)行交流泄漏試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電極采用12.7mm的導(dǎo)電膠帶設(shè)置，施加的工頻交流電壓值及泄漏值見(jiàn)表3－6，試驗(yàn)方法如圖3－40所示。機(jī)械臂和絕緣平臺(tái)之間進(jìn)行交流泄漏試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電極采用12.7mm頻交流電壓值及泄漏值見(jiàn)表3－6，試驗(yàn)方法如圖3－41所示。絕緣平臺(tái)試驗(yàn)。如圖3－42邊沿距離h不大于150mm。絕緣平臺(tái)在進(jìn)行交流泄漏試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電極采用12.7mm電膠帶設(shè)置，施加的工頻交流電壓值、沿面距離h及泄漏值見(jiàn)表3－7，試驗(yàn)方法如圖43所示。絕緣平臺(tái)的表面應(yīng)平整、光潔、無(wú)凹坑、麻面現(xiàn)象、憎水。圖3－39機(jī)械臂與平臺(tái)間耐壓試驗(yàn)圖3－40兩機(jī)械臂泄漏電流試驗(yàn)圖3－41機(jī)械臂與平臺(tái)間泄漏電流試驗(yàn)圖3－42絕緣平臺(tái)間耐壓試驗(yàn)表3－7 絕緣平臺(tái)外表面絕緣性圖3－43絕緣平臺(tái)交流泄漏電流試驗(yàn)配電系統(tǒng)帶電作業(yè)機(jī)器人升降系統(tǒng)配電系統(tǒng)采用帶電作業(yè)機(jī)器人絕緣斗臂車(chē)作為移動(dòng)升降平臺(tái)，通過(guò)絕緣伸縮折疊臂將機(jī)器人作業(yè)平臺(tái)運(yùn)送至線(xiàn)路作業(yè)位置。具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）升降臂的活動(dòng)空間內(nèi)的最大推舉載荷，滿(mǎn)足絕緣平臺(tái)400kg載荷要求。絕緣斗臂車(chē)外形尺寸與機(jī)器人作業(yè)平臺(tái)安裝后不能超高和超寬。超高指從地面到機(jī)器人作業(yè)平臺(tái)最高點(diǎn)的距離不超過(guò)4.2m；臂車(chē)兩側(cè)車(chē)寬。要求機(jī)器人作業(yè)平臺(tái)整體安裝到絕緣斗臂車(chē)上，確保兩者連接牢固、可靠，進(jìn)防止機(jī)器人平臺(tái)較大顫動(dòng)。將機(jī)器人作業(yè)平臺(tái)作為絕緣斗臂車(chē)車(chē)載附件，安裝機(jī)器人作業(yè)平臺(tái)后，絕緣斗臂車(chē)升降臂的活動(dòng)空間與自由度應(yīng)符合10kV任務(wù)。要求。絕緣斗臂車(chē)其他技術(shù)要求符合GB／T 9465—2008《高空作業(yè)車(chē)》的相關(guān)規(guī)定。作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)作業(yè)平臺(tái)是帶電作業(yè)機(jī)器人的重要模塊，它是機(jī)械臂及其控制系統(tǒng)等附件的載體，同時(shí)是作業(yè)人員的工作場(chǎng)合。操作平臺(tái)對(duì)保證操作者的安全及保證機(jī)械臂順利進(jìn)入復(fù)雜線(xiàn)路環(huán)境開(kāi)展作業(yè)起著決定性作用。作業(yè)平臺(tái)（見(jiàn)圖3－44）是多重絕緣防護(hù)系統(tǒng)，包括機(jī)器人平臺(tái)支架（硬鋁合金方管纏繞環(huán)氧玻璃布）制器絕緣支撐、主手絕緣支撐、絕緣控制踏板、絕緣拖鏈、機(jī)械臂絕緣支撐、絕緣工具箱、絕緣座椅和控制器絕緣支撐等。圖3－44作業(yè)平臺(tái)臺(tái)絕緣成型外包殼體采用玻璃鋼開(kāi)模具，采用零收縮樹(shù)脂，并采用LRTM工藝制成，能耐42kV電壓1min內(nèi)不被擊穿。伸縮機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)絕緣伸縮裝置由控制踏板、油缸、伸縮管及伸縮管套組成，如圖3－45所示。通過(guò)控制踏板控制油