研究高壓帶電作業(yè)機(jī)器人作業(yè)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)及優(yōu)化

郭曉飛 肖春偉 楊帆

摘 要：電力與各個(gè)行業(yè)的發(fā)展發(fā)都有著緊密聯(lián)系，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電力的需求不斷增多，同時(shí)，人們對(duì)電力的質(zhì)量提出了更高的要求，高壓帶電作業(yè)也面臨著一定挑戰(zhàn)。高壓帶電作業(yè)的危險(xiǎn)性較高，因此，在實(shí)際作業(yè)過程中經(jīng)常會(huì)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)用。下面，針對(duì)高壓帶電機(jī)器人機(jī)械的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，希望，文中內(nèi)容對(duì)相關(guān)工作人員以及整個(gè)行業(yè)的發(fā)展能有所幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;機(jī)械臂;高壓帶電作業(yè);力矩電機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.114

高壓帶電作業(yè)過程中面臨著許多困難，會(huì)對(duì)增加施工難度，因此，供電企業(yè)要依據(jù)自身的情況，對(duì)自我進(jìn)行完善，創(chuàng)新技術(shù)，加快高壓帶電行業(yè)的整體發(fā)展。帶電作業(yè)機(jī)器是一種先進(jìn)的技術(shù)，并且隨著人們研究的深入其變得更加成熟，其在高壓帶電作業(yè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這一方面降低了高壓帶電作業(yè)難度，另一方面也促進(jìn)高壓帶電作業(yè)行業(yè)的發(fā)展。

1 設(shè)計(jì)機(jī)器人機(jī)械臂主手原則

設(shè)計(jì)高壓帶電作業(yè)機(jī)器機(jī)械臂主手時(shí)，要嚴(yán)循以下原則，確保整體設(shè)計(jì)的合理性：

（1）機(jī)械臂結(jié)構(gòu)緊湊，盡量縮短機(jī)械臂主手工作空間，確保其在是應(yīng)用期間，可以更好的完成相應(yīng)的操作。

（2）降低作業(yè)期間產(chǎn)生的各種摩擦，保證臂主手的剛度始終都可以滿足作業(yè)要求，使其始終都可以保值較高的靈敏度，從而保證作業(yè)人員在對(duì)高壓帶電機(jī)器操作時(shí)，機(jī)械臂可以接收到正確指令[1]。

（3）要方便維護(hù)，設(shè)計(jì)期間，要考慮人機(jī)工程學(xué)原理，從而使設(shè)計(jì)高壓點(diǎn)點(diǎn)作業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行期間可以更高的適應(yīng)工作人員的行為，使機(jī)械人能更好的適應(yīng)操作人員，適應(yīng)環(huán)境[2]。

2 合理選擇力矩電機(jī)

設(shè)計(jì)高壓帶電機(jī)器人機(jī)械臂主手時(shí)，要選擇好直流力矩電機(jī)，這是設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在進(jìn)行力矩電機(jī)選擇時(shí)，一方面要對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡化，另一方面也要適當(dāng)提升系統(tǒng)在運(yùn)行期間的控制能力，直流力矩電機(jī)的應(yīng)用則可以滿足上述要求。直流力矩電機(jī)合理的結(jié)合伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)特點(diǎn)，目前已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，直流力矩電機(jī)轉(zhuǎn)速可以降低，可以加大輸出力矩，可以保證負(fù)載的平衡性，保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性。直流力矩電機(jī)在高壓帶電機(jī)器人中應(yīng)用，可以保證機(jī)器人在運(yùn)行中長期穩(wěn)定性運(yùn)行，并且力矩波動(dòng)小，因此，在高壓帶電機(jī)器人機(jī)械臂主手設(shè)計(jì)中，采用直流力矩電動(dòng)機(jī)，可以滿足機(jī)器人在運(yùn)行中的需求。但是，需要注意，若直流力矩長時(shí)間不間斷作業(yè)，并且發(fā)生了堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，為了避免意外情況的出現(xiàn)，要確保電樞電流始終都在峰值以下。

參數(shù)的選擇意義重大，直流力矩電機(jī)決定結(jié)構(gòu)力與結(jié)構(gòu)大小反饋，下面針對(duì)機(jī)器人作業(yè)臂主手設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行分析，選擇合理的參數(shù)。在優(yōu)化機(jī)器人作業(yè)機(jī)械臂主手時(shí)，綜合考慮各項(xiàng)因素，最終決定采用16N主手末端力反饋方案，將其作為直流力矩電機(jī)在運(yùn)行中的關(guān)鍵參數(shù)[3]。

3 設(shè)計(jì)機(jī)器人作業(yè)機(jī)械臂主手機(jī)構(gòu)

對(duì)于主手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，常見的設(shè)計(jì)方案有以下兩種：

（1）通過集中方式的方式，將直流力矩電機(jī)都放在底部，再通過對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，使各個(gè)關(guān)節(jié)都能夠正常與運(yùn)行，在機(jī)器人作業(yè)機(jī)械臂主手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用該設(shè)計(jì)方案，可以有效降低機(jī)械臂的重量，增強(qiáng)系統(tǒng)傳遞路線。

（2）設(shè)計(jì)期間，將機(jī)器人中應(yīng)用的直流力矩電機(jī)、減速器、傳感器都作為模塊化整體，然后分別將各個(gè)模塊放入到機(jī)器人作業(yè)機(jī)械臂的每一個(gè)關(guān)節(jié)的部位中，在具體設(shè)計(jì)中對(duì)該設(shè)計(jì)方案進(jìn)行應(yīng)用，能夠有效的縮短路傳動(dòng)路線的長度，并且可以協(xié)助傳感器在運(yùn)行中對(duì)各項(xiàng)信號(hào)內(nèi)容的高效采集，使機(jī)器人在應(yīng)用前，機(jī)械臂的運(yùn)行的可靠性得到提高，有效避免可各種安全問題的出現(xiàn)[4]。對(duì)兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)第二種方案在具體應(yīng)用中，可以提高機(jī)器人機(jī)械臂設(shè)計(jì)過程中的具體效率，同時(shí)，通過對(duì)該設(shè)計(jì)方法進(jìn)行應(yīng)用，能夠提高不同部位零件互換性，確保操作機(jī)器人的安全性，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中采用第二中設(shè)計(jì)方案。

高壓帶電作業(yè)是一項(xiàng)危險(xiǎn)性較高的作業(yè)，做好機(jī)器人機(jī)械臂設(shè)計(jì)工作，可以提高機(jī)器人帶電作業(yè)質(zhì)量，提高作業(yè)效率。通過合理設(shè)計(jì)，最終指導(dǎo)的高壓帶電機(jī)器人在應(yīng)用中，可以確保高壓線路帶電作業(yè)期間對(duì)工藝的要求，并且各項(xiàng)作業(yè)的開展受環(huán)境因素的影響較小，可以利用高壓帶電機(jī)器人代替人工完成高壓帶電接線、帶電斷線等各項(xiàng)高危作業(yè)，提升了作業(yè)效率，同時(shí)，也降低了工作人員勞動(dòng)量，避免了工作人員與高壓電路直接接觸情況的發(fā)生，有效的降低了作業(yè)過程中安全事故的發(fā)生，確保高壓帶電作業(yè)的順利進(jìn)行，為人們提供高質(zhì)量的電能。

4 結(jié)束語

綜上所述，近幾年我國經(jīng)濟(jì)的到了快速發(fā)展，人們?cè)黾恿藢?duì)電量的需求，電力行業(yè)間的競爭也變得更加激烈，因此，與電力行業(yè)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也得到快速發(fā)展。在該背景下，對(duì)于機(jī)器人作業(yè)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，應(yīng)適當(dāng)對(duì)國外先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行合理借鑒，并且在充分結(jié)合我國電力行業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況，對(duì)機(jī)器人機(jī)械臂進(jìn)行和合理設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高其性能，滿足應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]祁輝，韓立超，張朋等.基于10kV高壓帶電作業(yè)機(jī)器人專用剝線裝置的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2019（02）：107-109.

[2]李典卿.對(duì)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人絕緣防護(hù)技術(shù)的分析[J].低碳世界，2019，9（01）：51-52.

[3]于娜，吳功平，江維等.高壓線路絕緣子帶電更換作業(yè)機(jī)器人構(gòu)型與軌跡規(guī)劃[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2018，51（07）：640-645+653.

[4]葉偉標(biāo)，杜啟業(yè)，華棟等.基于電力帶電搶修作業(yè)的機(jī)器人開發(fā)與應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2018（06）：49-50.