一種針對電力設備的絕緣智能仿生式快速清除鳥巢裝置

姚綺明，袁富云

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

1 結構原理介紹

本裝置整體結構主要可分為8 個部分，其結構圖如圖1 所示。

圖1 鳥巢清除裝置整體結構

（1）仿生機械手，仿照人手結構及五指伸縮握抓功能進行設計，能充分提升清障的靈活性。

（2）電池組，通過簡單電路原理為仿生機械手的伸縮握抓動作提供動力的電源。

（3）拉伸連桿，拉伸連桿套于上絕緣桿內部，通過拉伸控制手柄控制仿生機械手向前擺動，拉伸連桿頂端作為仿生機械手的“腕關節”，可根據鳥巢的位置及結構調整“腕關節”擺動傾斜角度，提高每一次清除動作的精確性。

（4）上絕緣桿，作為裝置本體外殼，具備絕緣保護功能，上端連接仿生機械手，內套拉伸連桿，下端連接轉向軸承。

（5）拉伸控制手柄，套于上絕緣桿底部，主要具備兩個功能，上下推拉可控制拉伸連桿頂部的“腕關節”，旋轉可控制上絕緣桿及以上部分實現360°轉向，以適應不同位置及結構的“鳥巢”，不需要電力人員對整個裝置進行角度調整，規避因人手調整一整個裝置角度操作過程中的不安全行為[1]。

（6）轉向軸承，作為上絕緣桿與下絕緣桿的分界點，承擔上絕緣桿及以上部位的旋轉功能，實現仿生機械手360°無死角旋轉。

（7）遙控開關，通過簡單電路控制仿生機械手的伸縮握抓動作。

（8）手柄，位于裝置底端，與下絕緣桿一體連接，由于本裝置設計了轉向軸承，因此，電力人員持手持本裝置時，持手柄處的手無須做任何調節，只需固定好本裝置即可。

實施流程概要：

如圖2 所示，控制開關6 控制電路的連通，當按下控制開關6 電路導通，電源15 給驅動電機16 提供電力，驅動電機16 通過輸出軸上的主動齒輪21 轉動，主動齒輪21 帶動夾爪1 上的從動齒輪22 轉動，從動齒輪22 在轉動的過程中帶動手指18 實現握抓，在本實施例中，手指18 設置為五個，通過每個驅動電機16獨立驅動每個手指18 的轉動可以使本裝置對鳥巢進行握抓清除，同時該開關6 位于操作手柄5 上，方便操作人員的操作。

圖2 鳥巢清除裝置的電路

2 實施過程詳述

如圖3 所示，當驅動電機16 轉動時，會帶動安裝在驅動電機16 輸出軸上的主動齒輪21 轉動，主動齒輪21 帶動與手指18 上的從動齒輪22 轉動，進而帶動手指18 握抓，從而實現對鳥巢的清除；圖3 中，手掌1 的擺放位置平行于水平面，驅動電機16 安裝在手掌17 上，主動齒輪21 安裝在驅動電機16 的輸出軸上，且從動齒輪22 安裝在手掌1 上并與手掌1 通過轉軸轉動連接，在驅動電機16 的作用下，主動齒輪21 帶動從動齒輪22 轉動，從動齒輪22 在轉動時帶動手指18 垂直于水平面轉動，多個手指18 在驅動電機16 的帶動下，手指18 可以握住鳥巢。如圖3所示，手指18 具有一折彎部，手指18 與手掌1 相連的一端為從動齒輪22。

圖3 鳥巢清除裝置中夾爪構的結構原理

其中，絕緣桿3 為空心管結構；絕緣桿3 一端的周面上設置有第一滑槽結構8，另一端的周面上設置有第二滑槽結構9；拉伸連桿結構2 設于該空心管結構中，拉伸連桿結構2 的一端安裝在第一滑槽結構8 中，拉伸連桿結構2 的另一端安裝在第二滑槽結構9 中。在本實施例中，通過第一滑槽結構8 與第二滑槽結構9 的設計，可以方便拉伸連桿的運動。

拉伸連桿結構2 包括第一連桿11 和第二連桿12，第一連桿11 的一端與套筒4 相連接，另一端與第二連桿12 的一端相連接，第二連桿12 遠離第一連桿11 的一端與夾爪1 相連接。在本實施例中，第二連桿12 與夾爪1 固定連接，這樣方便了操作人員控制夾爪1 的轉動。

第一連桿11 與套筒4 連接的一端位于第二滑槽結構9 中，第一連桿11 與第二連桿12 相連接的一端位于第一滑槽結構8中。在本實施例中，通過第一連桿11 的兩端分別位于第一滑槽結構8、第二滑槽結構9 中的設計，可以限制套筒4 和連桿結構在空心管結構中軸向運動的行程，這樣可以使夾爪1 在合理范圍內繞絕緣桿3 轉動。

第一連桿11 位于空心管結構中，第二連桿12 位于絕緣桿3的外部。在本實施例中，第一連桿11 位于空心管結構中可以避免第一連桿11 在外界環境中受到破壞，同時通過第二連桿12位于絕緣桿3 外部與夾爪1 的上表面相連接的設計，使操作人員在握住套筒4 帶動連桿結構在空心管軸向的運動時更容易推動夾爪1 繞絕緣桿3 轉動。

夾爪1 包括與絕緣桿3 相鉸接的手掌17 以及若干手指18，手指18 的一端與手掌17 相連，驅動裝置設在手掌17 上并驅動手指18 與手掌17 轉動連接。在本實施例中，通過若干手指18在手掌17 一端，另一個手指18 在另一端的設計可以使夾爪1對鳥巢的握抓更穩定，每個手指18 設置有兩個指關節，通過兩個指關節成一定弧度相連接的設計，這樣可以方便夾爪1 抓取不同形狀鳥巢的堅固部分。

手指18 與手掌17 相連接的一端設置有從動齒輪22，驅動裝置包括設于手掌17 中的若干驅動電機16、設于驅動電機16輸出軸上的主動齒輪21 以及電源15，主動齒輪21 與從動齒輪22 相嚙合，電源15 與驅動電機16 電連接。在本實施例中，驅動電機16 由電池組10 或其他裝置提供電力，通過齒輪嚙合連接的設計方便使驅動電機16 的旋轉帶動手指18 的握抓。

操作手柄5 上設置有用于控制驅動電機16 啟動的控制開關6，控制開關6 與驅動電機16 電連接。在實施例中，將控制開關6設置在操作手柄5 上方便操作人員控制驅動電機16 對夾爪1的握抓，進而對鳥巢進行清除，操作手柄5 上還設置有絕緣手柄7，這樣進一步保證了該裝置的絕緣性。

絕緣桿3 遠離夾爪1 一端設置有軸承13，絕緣桿3 與軸承13 的內圈固定相連接，軸承13 的外圈固定連接有操作手柄5。在本實施例中，這樣可以使操作人員一只手只需拿著操作手柄5，另一只手對套筒4 進行旋轉或上下移動的操作，或者將操作手柄5 放置在地上或固定在其他設備上，操作人員只需手持套筒4 進行上下移動或轉動就可以完成對夾爪1 的位置要求，節省了操作人員的操作難度與體力。

套筒4 內表面設置有凹槽結構19，絕緣桿3 周面上設置有連接鍵20，連接鍵20 安裝在凹槽結構19 中，凹槽結構19 沿絕緣桿3 軸向的開口長度大于連接鍵20 沿絕緣桿3 軸向的長度。在本實施例中，凹槽結構19 與連接鍵20 的設計可以讓套筒4帶動空心管結構旋轉，這樣可以方便操作人員對不同方位的鳥巢進行抓取，通過凹槽結構19 沿絕緣桿3 軸向開口長度大于連接鍵20 沿絕緣桿3 軸向的長度的設計進一步限制拉伸連桿結構2 在合理范圍內帶動夾爪1 繞絕緣桿3 轉動。

3 結語

使用本裝置可徹底隔離人體與鐵塔的接觸，電力人員可站于電桿下進行操作，安全距離足夠，減少停電作業及絕緣屏蔽的場景，從而簡化現場操作流程及相應安全措施。通過遙控開關控制頂端仿生機械手伸縮握抓，通過拉伸控制手柄調節仿生機械手“腕關節”擺動角度，一次性動作即可完全剝離鳥巢。同時，可根據鳥巢尺寸置換仿生機械手尺寸，以提高清理工作的精準程度。本裝置可通過拉伸控制手柄調整仿生機械手方向，實現360°無死角轉換，對不同方位的鳥巢進行快速清理，大大提高清理工作的靈活程度。