绝缘垫全自动抓取系统研究

杨秀彬，陈刚国，孙伟，夏宁，骆斌

摘  要：绝缘垫投入使用前和原有试验有效期满后都需要进行预防性检测试验。原有检测流程全为人工逐步操作，时间长、效率慢。为有效降低工作人员工作强度，减少绝缘垫检测时长，提高检测效率，文中提出研制一种绝缘垫全自动抓取系统，它由吸盘、抱紧结构、驱动电机、支撑横梁、存储小车五大模块组成，通过各模块试验测试以及整体效果检查，最终实现全自动耐压试验检测，从而达到提高检测效率的目的。

关键词：码垛机器人；绝缘垫；自动抓取；耐压检测；

0  引言

绝缘垫投入使用前和原有试验有效期满后都需要进行预防性试验，以确保使用环境人身安全。当前市面上的绝缘垫检测方法主要靠人工操作，上料、下料等环节都是人为搬运，不存在全自动检测装置，工作人员工作强度高，整体检测时间长、检测效率低下、客户交付需求又越来越高。因此如何优化绝缘垫检测流程和检测方式是一个值得研究的问题。

1 现状分析

1.1 原有检测流程

传统绝缘垫耐压试验检测涉及5个环节，包括前一块绝缘垫上料、耐压试验、放电、下料、下一块准备，并对上述5个环节的总耗时进行了统计：

T∑总时间=T上料+ T耐压试验+ T放电+ T下料+ T下一块准备

统计各环节耗时如图1所示：

图1绝缘垫耐压试验各环节耗时统计

根据实际工作情况，以100块绝缘检测作为案例，通过计算100块绝缘垫检测时间T∑总时间=（1+3+1+1+1)*100=700 min=11.67 h，根据工作实际情况，加上中途休息累计时间（按2 h算），则100块绝缘垫检测时间最终为：13.67 h。

1.2 改进方向

设计一种绝缘垫全自动抓取装置，优化绝缘垫检测流程，全自动大批量抓取，过程中无需人工逐步操作优化后的流程如下图2所示：

 

图2 绝缘垫全自动抓取系统流程图

通过全自动抓取系统进行上料、耐压检测、下料、下一块绝缘垫抓取上料......实现一次性连续不间断运行后，原有的“上料、下一块准备、下料”三个环节合并为一个环节，只需1分钟。另外原有的“放电”环节通过利用本装置后已在最后检测结束阶段。因此绝缘垫检测时间实现大幅缩短。

2 制定方案

2.1预期功能

绝缘垫全自动抓取应有以下几个功能：1、批量抓取，即一次性可连续不间断抓取至少50块绝缘垫，且能够实现对不同规格不同尺寸的绝缘垫进行抓取；2、自动抓取，即可实现从自动抓取上料、耐压试验、抓取下料等环节全部自动实现；3、抓取牢固，即绝缘垫抓取过程中不能松脱掉落，且得一次性实现抓取成功。4、实现每100块绝缘垫检测时间≤8小时。

2.2方案制定

基于以上功能，通过广泛借鉴绝缘垫全自动抓取系统应具备以下几个模块：吸盘、抱紧结构、驱动电机、支撑横梁、存储小车5大模块。本文根据各模块的功能需求，确定各模块的模块目标，对每个模块做了多种备选方案，并将各模块方案进行优化组合，整体规划方案设计。

3 方案实施

3.1气动吸盘设计实施

依据气动吸盘模块目标：1）耐酸性：体积变化率小于3%；2）耐碱性：体积变化率小于3%，共设计了硅胶吸盘和丁腈橡胶吸盘两种材质方案。通过两个目标性能参数模拟测试比较，选择耐酸性和耐碱性更好的丁腈橡胶作为吸盘材质。并绘制相关设计图和进行相关材料选购，完成吸盘的成品制作，再次对成品进行多组人员实地测试，得出吸盘的吸力强度平均值为24.21kg，完成预期模块目标。

3.2抱紧结构设计实施

依据抱紧结构模块目标：1）螺栓紧固扭矩达到80N.m；2）防松性能（紧固力保持率≥90%），共设计了“双夹持标准六角螺母+垫圈”、“双夹持六角法兰防松螺母”两种方案。通过两个目标性能参数模拟测试比较，确定采用双夹持六角法兰防松螺母方案。并绘制相关设计图和进行相关材料选购，完成抱紧结构的成品制作，再次对成品进行多组人员实地测试，得出抱紧结构的紧固力保持率平均值为93.5%，完成预期模块目标。

3.3驱动电机设计实施

依据驱动电机模块目标：1）驱动电机过载能力达到额定值的120％时，运行时间大于100s；2）驱动电机动态响应时间≤100ms，共设计了步进电机和伺服电机两种方案。通过两个目标性能参数模拟测试比较，伺服电机测得的性能更优，确定采用伺服电机方案。并进行相关材料选购，完成驱动电机的成品制作，再次对成品进行多组人员实地测试，得出驱动电机的动态响应时间平均值为14.4ms，完成预期模块目标。

3.4支撑横梁设计实施

依据支撑横梁块模块目标：承载200kg时：1）抗弯强度（正应力值小于96.67Mpa）；2）刚度（挠跨比小于0.004），共设计了4080铝型材支撑横梁和60120A铝型材支撑横梁两种方案。通过两个目标性能参数模拟测试比较，只有60120A铝型材的性能最优，确定采用60120A铝型材方案。并绘制相关设计图和进行相关材料选购，完成支撑横梁的成品制作，再次对成品进行多组人员实地测试，得出支撑横梁载重200kg时的变形量平均值为0.624mm，完成预期模块目标。

3.5存储小车设计实施

依据存储小车模块目标：1）100块绝缘垫叠放位置偏离率≤5%；2）100块绝缘垫放置时间≤180s，设计了固定封闭式档板和移动敞开式挡杆两种方案。通过两个目标性能参数模拟测试比较，移动敞开式挡杆为最优方案。并绘制相关设计图和进行相关材料选购，完成存储小车的成品制作，再次对成品进行多组人员实地测试，得出100块绝缘垫叠放位置偏离率为0%；放置时间≤141s，完成预期目标。

4 效果检查

完成实施后，选取检测中心12名员工（二人一组，共6组）分2轮使用绝缘垫全自动抓取系统分别完成100张绝缘垫检测试验，并统计各组成员完成100张绝缘垫检测试验的平均时间，统计结果如表1和图6所示。由表1和图6可知绝缘垫全自动抓取系统使用后效果显著，每100张绝缘垫平均检测试验时间由13.67小时降至5.93小时，目标实现。

5 结论

本文通过对传统绝缘垫检测流程的分析，研究其中可改进创新的环节，创新性提出设计制作一套绝缘垫全自动抓取系统，可以实现智能化、自动化、机械化、标准化地完成批量绝缘垫的检测，圆满完成预期设定的功能目标。该成果使用范围广，可以大大提高绝缘垫检测的效率，降低工作人员的工作强度，避免了以往人工操作带来的身体损伤，在提升批量绝缘垫检测速度的前提下，还节省了人工成本，消除了人工试验对检测员带来的安全隐患，真正意义上实现了“机器换人”。

参考文献

[1]胡佳乐,王冠钧,严海东．带电作业用绝缘垫电气性能的检测装置[J]．上海计量测试．2015

[2]陈子辉,仇智诚,林伟雄,冯国骥,李显荣．一种辅助型绝缘胶垫试验平台的研制[J]．机电信息．2018

作者简介：

杨秀彬（1988~），男，浙江嘉兴，大学本科，电气工程师，主要从事配电网工程、客户服务及物资管理方面的工程。

陈刚国（1980.1~），男，浙江嘉兴，大学本科，高级工程师，主要从事电网运检及物资管理方面的研究。