一種多功能遙控機(jī)械手的研制

陳嘉樞 叢 晶 林海科

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司云浮供電局，廣東云浮527300）

0 引言

變壓器、斷路器等電力設(shè)備需定期開(kāi)展介質(zhì)損耗、絕緣電阻、直流電阻等試驗(yàn)工作，在試驗(yàn)中各種引線的夾持需人工進(jìn)行，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作風(fēng)險(xiǎn)高，因攀爬設(shè)備引起的各類(lèi)生產(chǎn)安全事故時(shí)有發(fā)生。針對(duì)電力試驗(yàn)、檢修工作專門(mén)研制多功能遙控機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)地面遙控高空接線，解決試驗(yàn)接線難、接線累的問(wèn)題，可以讓工作更安全、更輕松。

1 存在問(wèn)題分析

高壓試驗(yàn)用到的高空試驗(yàn)鉗是用專用操作桿將接線鉗的上鉗口掛卡在需接線的位置上，通過(guò)推拉專用操作桿使鉗口自由開(kāi)合，完成接線工作。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在天氣、高度和夾持角度的影響下，這個(gè)手部的推拉操作并不方便。另外，如果鉗口夾在了螺絲上、夾力小或連接線接觸不良，都會(huì)影響到測(cè)試結(jié)果，增加工作量。

2 解決方案

在電力設(shè)備試驗(yàn)工作中，需要使用接線鉗的場(chǎng)景較多，本文針對(duì)傳統(tǒng)接線鉗的缺點(diǎn)，研制了一種多功能遙控機(jī)械手。

機(jī)械手的主體部分由無(wú)線遙控器控制，無(wú)線控制的距離要滿足試驗(yàn)項(xiàng)目的需求，且無(wú)線遙控的按鈕要能控制機(jī)械手的順時(shí)針（逆時(shí)針）轉(zhuǎn)動(dòng)和鉗頭的夾持（松開(kāi)）；絕緣桿上安有連接器，應(yīng)當(dāng)可兼容多種規(guī)格的絕緣桿；機(jī)械手上有開(kāi)關(guān)控制設(shè)備通電與斷電，內(nèi)置電機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制電路，且有可顯示剩余電量情況的電量顯示屏和可手動(dòng)解鎖鉗頭的緊急解鎖裝置。

3 技術(shù)原理及實(shí)施

研制一種可以自由擺動(dòng)、上有鉗頭的機(jī)械手臂，可不受客觀環(huán)境的影響，滿足多個(gè)角度高難度接線的情況。如圖1所示，其結(jié)構(gòu)如下。

圖1 鉗頭結(jié)構(gòu)

（1）連接抱箍：連接絕緣桿，可以與多種型號(hào)絕緣桿相連接。

（2）絕緣桿：自帶連接器，可與配套絕緣桿連接，而且可同其他廠家高空接線鉗絕緣桿保持通用。

（3）緊急解鎖裝置：當(dāng)電池耗盡時(shí)，用于解鎖鉗口，以便鉗口從接線位置取下。

（4）旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸：通過(guò)遙控可以控制鉗頭左右擺動(dòng)，以適用于各種角度的夾持。

（5）電量顯示屏：顯示剩余電量情況。

（6）擺動(dòng)手臂：內(nèi)置電機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制電路。

（7）夾持機(jī)構(gòu)：夾持導(dǎo)線或者接線掌。

（8）開(kāi)關(guān)：控制設(shè)備通電與斷電。

（9）無(wú)線遙控器：控制機(jī)械手順時(shí)針（逆時(shí)針）旋轉(zhuǎn)，控制夾緊（松開(kāi)）鉗頭。

無(wú)線遙控器如圖2所示，A鍵：用于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，搖擺機(jī)械臂；B鍵：用于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，搖擺機(jī)械臂；C鍵：用于夾持鉗口；D鍵：用于松開(kāi)鉗口。

目前的電動(dòng)關(guān)節(jié)多由單個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)多種減速器來(lái)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，增大扭矩，從而達(dá)到高輸出扭矩和機(jī)械剛度。但在這種情況下實(shí)現(xiàn)大扭矩輸出時(shí)，必須采用較大直徑的電機(jī)和大模數(shù)的齒輪等，這樣就增加了設(shè)備的體積及重量，難以提高電動(dòng)關(guān)節(jié)的扭矩重量比。

為解決上述問(wèn)題，本文采用了多個(gè)電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的電動(dòng)關(guān)節(jié)，如圖3所示。其原理如下：將多個(gè)體積小且重量輕的減速電機(jī)并聯(lián)固定在電機(jī)固定板上，通過(guò)軸承連接孔、連接螺栓、驅(qū)動(dòng)齒輪配合帶動(dòng)輸出，這樣就增加了驅(qū)動(dòng)齒輪數(shù)，同時(shí)通過(guò)合理設(shè)計(jì)使其均勻受力，達(dá)到共同出力的目的，以獲得較高的扭矩重量比。而電機(jī)控制器在機(jī)械手不同轉(zhuǎn)動(dòng)位置命令下，選擇不同的電機(jī)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)作。

多功能遙控機(jī)械手有以下特點(diǎn)：

（1）無(wú)線遙控?cái)[動(dòng)、夾持，方便各種高難度接線。

（2）特殊設(shè)計(jì)的高導(dǎo)電鉗口，可夾持直徑15～110 mm的導(dǎo)線、厚度2～110 mm的接線掌，可直接夾持500 kV主變接線掌；鉗口微鋸齒設(shè)計(jì)，破除金屬表面氧化層，接觸更可靠。

圖3 多電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)原理圖

（3）外殼全屏蔽等電位，內(nèi)置電源，無(wú)外露引線，無(wú)線遙控距離20 m，可用于介質(zhì)損耗、絕緣電阻、直流電阻等高壓試驗(yàn)作業(yè)。

（4）可兼容各種規(guī)格的絕緣桿，操作簡(jiǎn)單，兩自由度獨(dú)立控制，一鍵開(kāi)機(jī)，單人操作。

（5）全電驅(qū)動(dòng)，航空鋁材CNC切削成型，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，耐腐蝕。

（6）功能多樣，除接線外，還可完成工具傳遞、異物去除等作業(yè)；可選配高清攝像頭、局放傳感器、鉗形電流表等附件。

（7）堅(jiān)固輕巧，采用低慣量直流伺服電機(jī)，關(guān)節(jié)扭矩20 N·m，夾鉗壓緊力100 N，力量達(dá)到人手腕關(guān)節(jié)水平；全重1 kg，最大負(fù)載3 kg。

4 實(shí)施效果

研制的多功能遙控機(jī)械手主要能達(dá)到以下效果：

（1）該裝置可應(yīng)用于多種高壓試驗(yàn)工作；

（2）可以達(dá)到簡(jiǎn)單、方便、易操作的效果，且接線效果較好，可以順利進(jìn)行相關(guān)高壓試驗(yàn)；

（3）應(yīng)用在高壓試驗(yàn)中，有利于減少重復(fù)試驗(yàn)的工作量；

（4）在高空工作中使用時(shí)，操作人員不再受限于角度、高度和天氣的影響，保證了人身安全，該裝置可推廣至變電站內(nèi)多種高空作業(yè)使用。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所述多功能遙控機(jī)械手可以達(dá)到簡(jiǎn)單、方便、易操作的效果，且接線效果較好，可以順利進(jìn)行相關(guān)高壓試驗(yàn)，有利于減少重復(fù)試驗(yàn)的工作量。該多功能遙控機(jī)械手適用于預(yù)防性試驗(yàn)，可推廣至各級(jí)供電公司應(yīng)用。