一种开关柜操作装置及操作机器人的制作方法

1.本发明涉及开关柜操作技术领域，具体涉及一种开关柜操作装置及操作机器人。


背景技术：

2.开关柜是以断路器为主的电气设备，其是根据电气一次主接线图的要求，将有关的高低压电器(包括控制电器、保护电器、测量电器)、母线、载流导体、绝缘子等装配在封闭或敞开的金属柜体内，以接收和分配电力系统中的电能。
3.10kv～35kv开关柜的柜面上具有操作断路器分合闸的开关按钮。通常，传统方式是通过人工去操作上述开关按钮，但这可能导致相关人员触电，引发不必要的事故。
4.授权公告号为cn205944755u的中国专利文献公布了一种开关柜分闸操作装置，包括操作机构，操作机构包括第一分闸组件和第二分闸组件，第一分闸组件用于操作开关柜上的旋转式按钮和旋转伸缩一体式按钮，第二分闸组件用于操作开关柜上的伸缩式按钮，以实现对不同型号的按钮进行分闸操作。
5.上述技术中的第一分闸组件虽然能够实现旋转伸缩一体式按钮的分闸操作。对于授权公告号为cn204793662u的中国专利文献公开的分闸按钮装置，由于第一分闸组件的转动拨叉和软胶触头是同步动作的，在软胶触头按压分闸按钮时，转动拨叉容易与旋转按钮发生干涉，而阻止转动拔叉沿按压方向移动，进而容易造成软胶触头不能将分闸按钮按压到位，无法完成分闸操作。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种开关柜操作装置，以解决现有技术中开关柜分闸操作装置对某些旋转伸缩一体式按钮不容易完成分闸操作的技术问题；本发明的目的还在于提供一种操作机器人。
7.为实现上述目的，本发明开关柜操作装置的技术方案是：
8.开关柜操作装置，包括用于连接在机械臂上的架体，架体上设有电动夹爪和电动推杆，电动夹爪包括固定在架体上的驱动部分和由驱动部分驱动以实现相对或相背运动的成对夹杆，成对的夹杆上分别设有用于夹紧旋钮的夹块，两个夹块的相对侧分别设有用于避让按钮的避让凹槽；电动推杆固定在架体上，电动推杆的驱动端设有用于顶压按钮的顶推杆，顶推杆与两个夹杆并行布置，顶推杆的中心轴线处于两个避让凹槽围成的空间内；架体上还固定有用于观察开关柜上操作位置的视觉模块；开关柜操作装置具有旋转模式、按压模式以及旋转按压模式，在旋转模式时，电动夹爪驱动两个夹块夹紧旋钮并通过机械臂驱动旋钮转动；在按压模式时，电动推杆驱动顶推杆穿过两个避让凹槽围成的空间按压按钮；在旋转按压模式时，电动夹爪驱动两个夹块夹紧旋钮并通过机械臂驱动旋钮转动后，电动推杆驱动顶推杆穿过两个避让凹槽围成的空间按压按钮。
9.有益效果是：本发明中用于连接在机械臂上的架体上设有电动推杆和电动夹爪，顶推杆和两个夹杆上的夹块分别由电动推杆和电动夹爪驱动，使得顶推杆和两个夹块可以
独立运动，且顶推杆与两个夹杆并行布置，顶推杆的中心轴线处于两个夹块上避让凹槽围成的空间内。在视觉模块观察并记录开关柜上的操作位置后，利用电动夹爪驱动两个夹块做夹紧动作，来完成对旋钮的夹紧操作，之后保持该操作，并通过机械臂的转动关节来完成旋转操作，以实现旋转模式；利用电动推杆驱动顶推杆完成按压操作，以实现按压模式；将上述的旋转模式和按压模式结合可以实现旋转按压模式。由于上述的顶推杆能够相对两个夹块运动，因此，能够保证按压到位，进而完成分闸操作。
10.作为进一步地改进，两个避让凹槽处于两个夹杆的中心轴线所在平面的同侧，顶推杆和两个夹杆呈品字形布置。
11.有益效果是：这样设计，便于电动夹爪的驱动部分与电动推杆在架体上的布置。
12.作为进一步地改进，两个夹块均包括连接段和与连接段连接的夹持段，两个连接段分别可拆卸地固定在两个夹杆的相对内侧，两个夹持段与顶推杆处于两个夹杆的中心轴线所在平面的同侧；夹持段上设有所述的避让凹槽。
13.作为进一步地改进，避让凹槽为半圆形槽。
14.有益效果是：这样设计，能够适应现有技术中大多数的圆形按钮。
15.作为进一步地改进，架体上固定有驱动电机，驱动电机的驱动端通过联轴器连接有工具安装套筒，工具安装套筒用于安装手车操作工具。
16.有益效果是：这样设计，增加了开关柜操作装置的功能，使得开关柜操作装置满足更多的操作场景。
17.作为进一步地改进，联轴器为波纹管联轴器。
18.有益效果是：波纹管联轴器能够抵消手车操作工具与手车操作孔对接过程的闯动、弹跳问题。
19.作为进一步地改进，架体上设有局放检测仪，局放检测仪在第一方向上导向浮动装配在架体上。
20.有益效果是：由于局部检测仪导向浮动装配在架体上，在工作过程中，如果局放检测仪碰撞到其他物体能够上下浮动，以减弱局放检测仪受到的冲击，进而有效的保护局放检测仪。
21.作为进一步地改进，架体和局放检测仪之间设有导向结构，导向结构包括固定在架体上的滑轨和与滑轨滑动配合的滑块，滑轨上设有用于对滑块在第一方向上限位的第一限位块和第二限位块，滑块上固定连接有连接板，局放检测仪固定在连接板上。
22.有益效果是：利用第一限位块和第二限位块对滑块在第一方向上限位，保证局放检测仪的浮动范围。
23.作为进一步地改进，架体上还设有固定板，固定板处于连接板在第一方向上的一侧，连接板为l型板，连接板包括竖直板段和水平板段，局放检测仪固定在竖直板段上，水平板段上固定有导向柱，固定板上设有与导向柱导向配合的导向孔，导向柱上套设有压簧，压簧的一端顶压在固定板上，压簧的另一端顶压在连接板的水平板段上。
24.为实现上述目的，本发明操作机器人的技术方案是：
25.操作机器人，包括机械臂和固定在机械臂上的开关柜操作装置，开关柜操作装置包括用于连接在机械臂上的架体，架体上设有电动夹爪和电动推杆，电动夹爪包括固定在架体上的驱动部分和由驱动部分驱动以实现相对或相背运动的成对夹杆，成对的夹杆上分
别设有用于夹紧旋钮的夹块，两个夹块的相对侧分别设有用于避让按钮的避让凹槽；电动推杆固定在架体上，电动推杆的驱动端设有用于顶压按钮的顶推杆，顶推杆与两个夹杆并行布置，顶推杆的中心轴线处于两个避让凹槽围成的空间内；架体上还固定有用于观察开关柜上操作位置的视觉模块；开关柜操作装置具有旋转模式、按压模式以及旋转按压模式，在旋转模式时，电动夹爪驱动两个夹块夹紧旋钮并通过机械臂驱动旋钮转动；在按压模式时，电动推杆驱动顶推杆穿过两个避让凹槽围成的空间按压按钮；在旋转按压模式时，电动夹爪驱动两个夹块夹紧旋钮并通过机械臂驱动旋钮转动后，电动推杆驱动顶推杆穿过两个避让凹槽围成的空间按压按钮。
26.有益效果是：本发明中用于连接在机械臂上的架体上设有电动推杆和电动夹爪，顶推杆和两个夹杆上的夹块分别由电动推杆和电动夹爪驱动，使得顶推杆和两个夹块可以独立运动，且顶推杆与两个夹杆并行布置，顶推杆的中心轴线处于两个夹块上避让凹槽围成的空间内。在视觉模块观察并记录开关柜上的操作位置后，利用电动夹爪驱动两个夹块做夹紧动作，来完成对旋钮的夹紧操作，之后保持该操作，并通过机械臂的转动关节来完成旋转操作，以实现旋转模式；利用电动推杆驱动顶推杆完成按压操作，以实现按压模式；将上述的旋转模式和按压模式结合可以实现旋转按压模式。由于上述的顶推杆能够相对两个夹块运动，因此，能够保证按压到位，进而完成分闸操作。
27.作为进一步地改进，两个避让凹槽处于两个夹杆的中心轴线所在平面的同侧，顶推杆和两个夹杆呈品字形布置。
28.有益效果是：这样设计，便于电动夹爪的驱动部分与电动推杆在架体上的布置。
29.作为进一步地改进，两个夹块均包括连接段和与连接段连接的夹持段，两个连接段分别可拆卸地固定在两个夹杆的相对内侧，两个夹持段与顶推杆处于两个夹杆的中心轴线所在平面的同侧；夹持段上设有所述的避让凹槽。
30.作为进一步地改进，避让凹槽为半圆形槽。
31.有益效果是：这样设计，能够适应现有技术中大多数的圆形按钮。
32.作为进一步地改进，架体上固定有驱动电机，驱动电机的驱动端通过联轴器连接有工具安装套筒，工具安装套筒用于安装手车操作工具。
33.有益效果是：这样设计，增加了开关柜操作装置的功能，使得开关柜操作装置满足更多的操作场景。
34.作为进一步地改进，联轴器为波纹管联轴器。
35.有益效果是：波纹管联轴器能够抵消手车操作工具与手车操作孔对接过程的闯动、弹跳问题。
36.作为进一步地改进，架体上设有局放检测仪，局放检测仪在第一方向上导向浮动装配在架体上。
37.有益效果是：由于局部检测仪导向浮动装配在架体上，在工作过程中，如果局放检测仪碰撞到其他物体能够上下浮动，以减弱局放检测仪受到的冲击，进而有效的保护局放检测仪。
38.作为进一步地改进，架体和局放检测仪之间设有导向结构，导向结构包括固定在架体上的滑轨和与滑轨滑动配合的滑块，滑轨上设有用于对滑块在第一方向上限位的第一限位块和第二限位块，滑块上固定连接有连接板，局放检测仪固定在连接板上。
39.有益效果是：利用第一限位块和第二限位块对滑块在第一方向上限位，保证局放检测仪的浮动范围。
40.作为进一步地改进，架体上还设有固定板，固定板处于连接板在第一方向上的一侧，连接板为l型板，连接板包括竖直板段和水平板段，局放检测仪固定在竖直板段上，水平板段上固定有导向柱，固定板上设有与导向柱导向配合的导向孔，导向柱上套设有压簧，压簧的一端顶压在固定板上，压簧的另一端顶压在连接板的水平板段上。
附图说明
41.图1为本发明开关柜操作装置的结构示意图；
42.图2为图1的第一视角的结构示意图；
43.图3为图1的第二视角的结构示意图；
44.图4为图1的第三视角的结构示意图。
45.图中：11、手车操作工具；12、工具安装套筒；13、波纹管联轴器；14、驱动电机；15、架体；16、线夹；17、局放检测仪；18、夹杆；19、夹块；20、顶推杆；21、视觉模块；22、驱动部分；23、电动推杆；24、连接板；25、导向柱；26、固定板；27、压簧；28、滑轨；29、滑块；30、连接法兰；31、第一安装板；32、第二安装板。
具体实施方式
46.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
47.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
49.开关柜是以断路器为主，并将有关的高低压电器、母线、载流导体、绝缘子等装配在封闭或敞开的金属柜体内，以接收和分配电力系统中电能的装置。通常，开关柜柜面上设置有旋钮和按钮，通过操作旋钮和按钮以实现相应功能。
50.传统的方式是通过人工去操作旋钮和按钮动作，由于操作人员近距离接触开关柜，可能导致操作人员触电，引发不必要的事故。而现有技术中也有采用操作机器人来操作
旋钮和按钮，但存在以下问题：(1)操作不够灵活，按照标准作业流程操作还需要转换器具或者更换刀头；(2)功能单一，大部分设计能够顺利完成单一动作或者指定某一功能，实际使用并不能完全代替人，在适用性和通用性上略有不足；(3)部分设计移动和转换方位通过三轴机构来实现，在空间的定位和作业配合上略有欠缺。
51.本发明提供了一种开关柜操作装置，该开关柜操作装置将3d相机、手车操作工具、夹块、顶推杆、局放检测仪和连接法兰一体化设计。3d相机实现对开关柜运行状态的识别以及操作连片(压板)、远近控转换旋钮、储能转换旋钮钮、断路器分合闸旋钮、表计、指示灯的识别和定位。手车操作工具实现手车的摇进摇出操作。夹块实现对操作连片(压板)旋转连接、远近控转换旋钮、储能转换旋钮钮、断路器分合闸旋钮操作。顶推杆实现对开关柜测控装置按钮的操作。局放检测仪实现对开关柜手车室局部放电进行检测。连接法兰实现开关柜操作装置与六轴机械臂的末端机械连接，利用六轴机械臂驱动整个装置的移动，以实现工位转换。
52.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。
53.本发明开关柜操作装置的实施例1：
54.如图1和图3所示，开关柜操作装置包括架体15，架体15为长方体结构，架体15的侧板上设有连接法兰30，架体15通过连接法兰30安装在机械臂上，以使架体15能够在机械臂的驱动下进行各种角度的运动，进而实现不同工位的转换。其中，连接法兰30构成连接部。连接法兰30与机械臂的安装采用标准安装接口(符合gb/t 14468.1-50-4-m6暨iso 9409-1-50-4-m6标准)，这样能够与采用同一接口的机械臂连接使用，保证工器具的通用性、适用性。
55.本实施例中，架体15采用铝合金材质，在保证机械强度的同时降低整体重量。架体15的各侧板之间采用不锈钢内六角螺丝安装固定。
56.如图2和图4所示，架体15上设有电动夹爪和电动推杆23，电动夹爪包括固定在架体15上的驱动部分22和成对的夹杆18，成对的夹杆18由驱动部分22驱动，以实现相对或相背运动，成对的夹杆18上分别设有用于夹紧开关柜上旋钮的夹块19，两个夹块19的相对侧分别设有避让凹槽。电动夹爪为现有成熟产品，以其中一种为例，驱动部分包括电机、齿轮和两条平行布置的齿条，齿轮设置在电机输出轴上，两条齿条处于齿轮的两侧并与齿轮啮合，夹杆分别固定在相应齿条上，以在电机驱动下随齿条运动。
57.本实施例中，电动推杆23固定在架体15上，电动推杆23的驱动端设有用于顶压开关柜上按钮的顶推杆20，顶推杆20与两个夹杆18并行布置，顶推杆20的中心轴线处于两个避让凹槽围成的空间内。电动推杆23为现有成熟产品，在此不再具体说明其结构和工作原理。
58.本实施例中，顶推杆20和两个夹杆18设置在架体15的同侧，且连接部和顶推杆20处于架体15的相对侧。
59.本实施例中，两个夹杆18在第一方向上相对或相背运动，两个夹杆18的中心轴线所在平面为竖直平面。两个夹块19均包括连接段和与连接段连接的夹持段，两个连接段分别可拆卸地固定在两个夹杆18的相对内侧，两个夹持段与顶推杆20处于两个夹杆18的中心轴线所在平面的同侧；夹持段上设有上述的避让凹槽。即两个避让凹槽处于上述平面的同侧，顶推杆20与两个避让凹槽对应布置，使得顶推杆20和两个夹杆18呈品字形布置，这样便
于驱动部分22与电动推杆23在架体15上的布置。
60.本实施例中，两个避让凹槽均为半圆形槽，以适应现有技术中大多数的圆形按钮，该圆形按钮如授权公告号为cn204793662u中公开的分闸按钮。
61.如图1和图2所示，架体15上固定有驱动电机14，该驱动电机14包括伺服电机和减速器，有效解决操作过程不平衡、抖动、卡滞等问题。驱动电机14的驱动端通过波纹管联轴器13连接有工具安装套筒12，工具安装套筒12用于安装手车操作工具11，以实现手车的摇进摇出操作，波纹管联轴器13能够抵消手车操作工具11与手车操作孔对接过程的闯动、弹跳问题。
62.本实施例中，手车操作工具11可拆卸地连接在工具安装套筒12上，这样设计，针对不同的断路器手车，可以更换不同尺寸的手车操作工具11，提高通用性。
63.本实施例中，架体15上还固定有第二安装板32，第二安装板32上固定有用于观察开关柜上操作位置的视觉模块21，视觉模块21能够将获得的位置姿态参数发送至机械臂控制器，机械臂控制器根据相关信息来调整作业位置。优选地，视觉模块21为3d相机，其能够实现对开关柜运行状态、表计、指示灯的识别，以及远近控转换旋钮、储能转换旋钮、断路器分合闸旋钮的识别和定位。其中，视觉模块21与工具安装套筒12处于架体15的同侧。
64.本实施例中，3d相机具备3d扫描、激光定位功能，ccd单元与图像处理单元一体化设计，内置图像采集单元，能够将图像数据进行实时的存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理。3d相机具备红外激光定位和补光功能，3d相机通过激光边缘检测可实现孔的平面位置，同时通过圆孔图像的椭圆度以及尺寸信息估计三维孔相对于相机的位置与姿态，并且通过图像处理将位置姿态参数发送至机械臂控制器，机械臂控制器根据相关信息实时调整作业位置。相机采集的表计信息(包括带电显示器、分合闸指示器、储能状态、闭锁状态、电压电流数值、智能控制装置屏显数据)、旋钮和按钮位置、分合状态位置，通过数据通道传输至操作平台分析主机；数据通道采用rj45网线接口和无线wifi通信，并支持多种标准网络和总线协议。
65.如图1和图3所示，架体15上设有局放检测仪17，局放检测仪17用于对开关柜的局部放电部位进行精准检测。
66.本实施例中，局放检测仪17为现有成熟产品，如采用ae、tev局放采集模块，采集模块接收移动式电力智能联动操作平台控制指令，对移动式电力智能联动操作平台事先设定的开关柜测试点进行检测，检测完成将采集到的ae幅值图谱数据、ae波形图谱数据、ae相位图谱数据、ae脉冲图谱数据、tev幅值数据，通过rs-485通讯接口传输给移动式电力智能联动操作平台，由移动式电力智能联动操作平台再向远程数据管理平台传输数据，最终完成检测任务。局放检测模块与移动式电力智能联动操作平台之间采用rs485接口通讯，通讯协议采用自定义方式。局放检测模块由移动式电力智能联动操作平台机身供电(与rs485通讯共用同一个接口，供电为12v/1a)。
67.本实施例中，局放检测仪17在第一方向(即图3的上下方向)上导向浮动装配在架体15上。具体地，架体15和局放检测仪17之间设有导向结构，导向结构包括固定在架体15上的滑轨28和与滑轨28滑动配合的滑块29，滑轨28的上下两端分别设有用于对滑块29限位的第一限位块(即图3中的上限位块)和第二限位块(即图3中的下限位块)。滑块29上固定连接有连接板24，连接板24上固定有第一安装板31，局放检测仪17固定在第一安装板31上。
68.本实施例中，架体15上于连接板24的上方还设有固定板26，连接板24为l型板，连接板24包括竖直板段和水平板段，第一安装板31固定在竖直板段上，水平板段上固定有导向柱25，固定板26上设有与导向柱25导向配合的导向孔，导向柱25上套设有处于固定板26和连接板24的水平板段之间的压簧27，压簧27的一端顶压在固定板26上，压簧27的另一端顶压在连接板24的水平板段上，利用压簧27的压缩实现局放检测仪的浮动。其中，导向柱25的上端设有限位环，以避免导向柱25从固定板26上脱出。
69.如图1和图4所示，架体15上还设有线夹16，线夹16用于固定线束，以便于机械臂上的线束与架体15上的各部件连接。
70.本发明的开关柜操作装置具有旋转模式、按压模式以及旋转按压模式。
71.旋转模式时用于操作旋钮开关，如远近控转换旋钮开关、机构储能手自动转换旋钮开关、分合闸旋钮开关等：利用电动夹爪驱动两个夹块19做夹紧动作，来完成对旋钮开关的夹紧操作，之后保持该操作，并通过机械臂的转动关节来完成旋转操作。此时，电动推杆23不工作。
72.按压模式时用于操作按钮开关，如开关柜测控装置的按钮：利用电动推杆23驱动顶推杆20完成按压操作。此时，电动夹爪不工作。
73.旋转按压模式时用于操作先旋转、再按压的开关，如紧急分闸开关：第一步，利用电动夹爪驱动两个夹块19做夹紧动作，来完成对旋钮的夹紧操作，之后保持该操作，并通过机械臂的转动关节来完成旋转操作；第二步，利用电动推杆23驱动顶推杆20完成按压操作。
74.本发明开关柜操作装置的结构灵活紧凑，可根据用户需求灵活搭配，与移动式电力智能联动操作平台配合使用，满足10kv-35kv开关柜远程倒闸操作。该产品能够替代或辅助人工应急操作，大大减少工作人员的工作负担，缩短故障处理时间，规范化流程操作，防止误操作，保证作业人员人身安全及电网安全，提升配电操作智能化水平，在开关柜配电室巨大存量的情况下，具有相当庞大的市场。
75.本发明开关柜操作装置的实施例2：
76.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，顶推杆和两个夹杆呈品字形布置。本实施例中，顶推杆处于两个夹杆之间，且顶推杆和两个夹杆呈一字形布置，此时，两个夹杆具有一定的长度，电动推杆处于两个夹杆之间。
77.本发明开关柜操作装置的实施例3：
78.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，两个避让凹槽均为半圆形槽。本实施例中，两个避让凹槽为梯形槽，但要保证能够避让按钮。
79.本发明开关柜操作装置的实施例4：
80.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，联轴器为波纹管联轴器。本实施例中，波纹管联轴器由常规的联轴器(即没有波纹管)来代替。
81.本发明操作机器人的实施例：该操作机器人包括机械臂和固定在机械臂上的开关柜操作装置，本实施例中的开关柜操作装置与上述开关柜操作装置的实施例1至4中任一个所述的结构相同，在此不再赘述。其中，开关柜操作装置通过机械臂带动移动，以实现各工位的转换。
82.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均
应包含在本发明的保护范围内。