基于多机械臂机器人在低压带电搭伙作业研究

刘东省 1 赵承刚 2 孙飞 3 茹国兵 4

云南电网有限责任公司曲靖沾益供电局 邮编： 655331

摘要：随着社会经济的发展与科学技术的进步，各行各业的发展都离不开电力需求，人们对电力的质量需求也在不断提升，为低压带电搭伙作业带来挑战基于此，本文以低压带电搭伙作业机器人作业机械臂作为研究对象，分析低压带电搭伙作业机器人作业机械臂的技术特点，分别从机械臂主手设计原则、低压带电搭伙作业机器人对主手的要求、力矩电机的选择等方面详细阐述低压带电搭伙作业机器人作业机械臂的优化设计

关键词：低压带电搭伙作业；机器人作业；机械臂设计

引言：现如今，市场竞争日益激烈，高压带电工程的发展面临着机遇和挑战，供电企业在市场竞争中不得不完善自我，加强技术方面的改革创新，利用新技术推动高压带点工程的进步，低压带电搭伙作业机器人就是其中一种，在新的环境下，低压带电搭伙作业机器人发挥着重要的作用，不仅降低了工作人员的工作难度，也给低压带电搭伙作业机器人带来可观的发展前景。

1低压带电搭伙作业机器人作业机械臂的技术特点

低压带电搭伙作业机器人作业机械臂是低压带电搭伙作业机器人系统中重要的组成部分，整个低压带电搭伙作业机器人系统中包含了移动汽车、液压站、机械臂主手、控制台、机械臂从手、升降平台、控制系统、绝缘防护系统以及相关专用工具，低压带电搭伙作业机器人作业的方式一共有两种，第一种是工作人员和低压带电搭伙作业机器人作业机械臂一起在高空作业台中进行作业，工作人员通过低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手控制从手完成作业，日本研制出第一代低压带电搭伙作业机器人Phase1就是使用这种方式进行作业的；第二种是工作人员站在地面，或者在移动车上安装的操控室中，利用低压带电搭伙作业机器人的视觉系统，对视觉系统提供的数据信息进行分析，进而遥控操作设备完成作业，在这方面美国研制出的低压带电搭伙作业机器人就是使用这种作业方式。相比之下，第一种作业效率更高一些，但是依然无法保障工作人员的人身安全。第二种作业方式将是未来发展的趋势，本文设计的低压带电搭伙作业机器人作业机械臂就能够实现第二种作业方式，保证工作人员的生命财产安全，提高作业的工作效率[1]。

2低压带电搭伙作业机器人作业机械臂设计与优化

2.1机械臂主手设计原则

低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手在设计的时候要遵循以下几点原则：机械臂结构要紧凑，保证比较轻便的重量，减少机械臂主手工作空间，方便机器人进行操作，减少机械设备本身操作时带来的惯性力，提高低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手动力学特性;尽可能降低运动时产生的摩擦，保证低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手的刚度，强调力反映的灵敏程度，只有这样，工作人员在操作低压带电搭伙作业机器人作业机械臂的时候才能收到正确的指令;低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手的设计要保证驱动可靠和便于维护的原则，从操作人员的角度进行机械臂主手的设计与优化，在设计的过程中需要考虑人机工程学原理，让设计的低压带电搭伙作业机器人可以适应工作人员的操作行为，而不是让工作人员去适应机器人。

2.2低压带电搭伙作业机器人对主手的要求

设计低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手的时候要考虑到一些特殊要求，当低压带电搭伙作业机器人进行作业的时候，无论是主手从手的运动，还是作业对象运动，这个时候末端关节是运动的，任务可以完成，而前端关节不运动，这时候主手关节必须要实现长时间堵转〔低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手的设计必须符合人机工程学提供的相关要求，提高操作人员的工作效率，满足操作人员对舒适度的要求，降低低压带电搭伙作业机器人作业机械臂工作带来的疲劳感，让作业更加高质量，安全性得到充分保障。

2.3力矩电机的选择

直流力矩电机的选择尤为重要，这是低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手设计时的重要环节，选择的力矩电机不仅要简化机械机构，还要提高系统控制能力，而直流力矩电机的使用就能满足以上需求、直流力矩电机结合伺服电机与驱动电机的特点，现如今被广泛应用，直流力矩电机具有软机械特性和宽调速范围，低压带电搭伙作业机器人作业机械臂负载增加的时候，直流力矩电机的转速可以降低，输出力矩在增大，可以保持与负载至今的稳定平衡;直流力矩电机能够快速响应，由于机械时间常数与电气时间常数比较小，加速度比较大，动态响应的速度也比较快;使用直流力矩电机进行低压带电搭伙作业机器人作业机械臂工作可实现长期的工作状态，力矩波动比较小，由此可见，将直流力矩电机作为主手驱动，进行低压带电搭伙作业机器人作业可以满足工作需求，但是需要注意的是直流力矩电机如果长时间工作并处于堵转状态的话，就必须要保证电枢电流不会超过峰值，一旦电枢电流超过了峰值，将会造成永磁材料去磁的情况，直流力矩电机转矩下降，甚至会导致直流力矩电机的性能出现问题131〔选择合适的参数很重要，因为合适的直流力矩电机会决定机构大小与力反馈情况，本文针对低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手的设计优化，对直流力矩电机需要产生的伺服频率与最大转矩进行科学参数选择〔表1为人体各关节的最大可操作力和百分比偏差情况，经过分析得知，很多商品化的串联型力感知设备末端反馈力经常是20N，符合表格中人体各个关节力的承受度和对力的舒适度要求、本文章在探究低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手优化设计的时候，采用16N的主手末端力反馈方案作为直流力矩电机的使用参数，如果不考虑两岸质量，当低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手完全展开时，各个关节所受到的力矩是最大的、

表l 人体各关节的最大可操作力和百分比偏差

2.4低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手结构设计

对于低压带电搭伙作业机器人作业机械臂主手关节设计一共有两种设计方案，第一种设计方案是将直流力矩电机集中放在底座部分，然后利用传动系统驱动各个关节进行运动，该方案在低压带电搭伙作业机器人作业的时候能够减轻机械臂的重量，加强传动系统传递路线，传动的时候低压带电搭伙作业机器人作业机械臂各个关节之间的运动也会相互影响，进而产生诱导运动;第二种设计方案是将直流力矩电机、传感器以及减速器当做是模块化整体，将它们全部放在低压带电搭伙作业机器人作业机械臂的各个关节部位，该方案可以缩短传动路线长度，帮助传感器进行信号的采集，提高低压带电搭伙作业机器人作业机械臂运动的可靠性和安全性〔两种方案相互比较，第二种方案可以在一定程度上提高低压带电搭伙作业机器人作业机械臂设计效率，加强各个零件之间的互换性，保证操作人员的安全性，该项目完成了主从操作机械臂设计、机器人专用升降系统设计和加工、工具系统设计和加工、绝缘防护系统设计和加工;实现了带电断引线、带电T接新用户、带电加遮蔽罩等作业任务〔同时，结合现场操作要求，编制了操作规程和带电作业规范〔低压带电搭伙作业机器人可以满足高压线路带电作业工艺要求，适应作业环境特点，能够代替人工完成作业频率较高的带电断线、带电接线、带电更换跌落保险等作业任务，缩短了高空带电作业时间，提高了带电作业效率，减轻了作业人员的劳动强度，使作业人员与高压线路完全隔离，最大限度地保证作业人员的安全、

总结

总而言之，随着社会经济的发展与电力行业需求的加大，电力企业在接受激烈的市场竞争的同时，也开始积极把握这次发展的机遇，努力借鉴国外优秀先进技术，结合自身发展经验，根据低压带电搭伙作业机器人作业机械臂的特点与工作要求，对低压带电搭伙作业机器人作业机械臂进行了进一步的优化设计从.进而实现技术的飞跃。

参考文献

[1]龙洋,刘夏清,牛捷.输电线路带电作业机器人控制策略研究[J].中国电业（技术版）,2015,(12):168-171.

[2]邹德华,江维,吴功平,等.输电线路绝缘子更换带电作业机器人控制方法[J].高压电器,2016,52(10):92-98,107.

[3]邹德华,江维,李红军.220kV高压电力极端环境下带电作业机器人控制方法研究[J].武汉纺织大学学报,2020,33(2):60-63.

[4]李朝晖.高压输电线路带电作业风险与优化方法研究[J].建筑工程技术与设计,2018,(17):5329.

[5]孙利烁,徐秉辉.高压输电线路带电作业风险与优化方法研究[J].科技展望,2017,27(27):98.