一种用于狭窄空间的多功能拾取爪的设计

一种用于狭窄空间的多功能拾取爪的设计

赵志达,李应金,严之荣

云南电网有限责任公司临沧供电局 云南 677000

摘要：针对现场狭窄空间拆装小零件困难且带电作业中携带绝缘手套难以拾取小零件的问题，研究了一种可用于狭窄空间的多功能拾取爪。试验结果表明:新型拾取爪可实现现场狭窄空间对细小零部件的快速拾取，提高了工作效率，同时解决了带电作业携带绝缘手套难以拾取细小零件的问题，提高了作业人员和设备的安全可靠性。

关键词：狭窄空间;小零件;拾取爪;带电作业

引言

目前，在现场狭窄空间拆装小零件，如在环网柜、高压分支箱电缆终端头进行螺帽、垫片的拆装工作时，对细小零件的安装与拆卸都比较困难。特别是在电缆分支箱肘型终端头工作时，由于肘型终端头内部空间狭小，在拆装螺帽与垫片等时，一般是用起子或钢丝类的工具将其缓慢掏出或安装。这种方法很容易导致螺帽与垫片掉落到其他空间，并且难以拾取，给设备的安全运行带来一定的隐患。同时，如果小零件掉落或放置后，带绝缘手套工作时难以拾取;如果取下绝缘手套，则会带来一定的安全风险，在带电作业过程中就出现过因戴绝缘手套无法拾取掉落的螺帽部件而擅自取下绝缘手套造成触电的事故。

另外，在工作中还需要携带较多的检修工具，容易造成遗漏，给现场工作带来不便。

为解决以上问题,某供电公司研究了一种简便、快捷的多功能检修工具;将其应用到现场作业时，不仅可以在狭小空间进行操作，还极大缩短了工作时间,提高了作业效率，保障作业人员的人身安全，确保了设备的安全可靠运行。

一、背景技术

生活、工作中人们常常需要对狭窄空间内的物体进行夹取，例如管道内杂物的清理、建筑物缝隙内杂物的清理。这些位置的杂物隐藏较深，很难甚至无法通过用手直接获取，人们往往通过手工具进行夹取清理，但是目前使用的手工具主要为利用杠杆原理的钳子或夹子，只能实现在较大空间、较短距离的条件下使用，而针对狭窄空间和较长距离条件下杂物则无能为力，难以实现清理。

可知，是因为现有的钳子或夹子本身结构存在限制，导致了狭窄空间内较长距离内杂物无法及时有效被清理的现状，其所采用的夹持结构存在缺陷，因此还需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。

二、技术实现要素

本实用新型提供一种在狭窄空间内长距离取物的机械爪，通过采用连杆的结构实现夹持部的变形，使得机械爪能够进入狭窄的空间内，在夹持杂物时也更为稳定，同时机械爪通过探杆伸入狭窄空间，能够实现长距离取物。

为了实现上述效果，本实用新型采用技术方案为：

一种在狭窄空间内长距离取物的机械爪，包括探杆和设置在探杆前端的夹持爪；探杆上设置有滑块，滑块与夹持爪连接配合并驱动夹持爪张开与合拢；所述的夹持爪包括若干夹持指，夹持指的后端与滑块铰接，夹持指的中部通过连动臂组件铰接至探杆的前端。

上述机械爪，利用滑块在探杆上的往复滑动，带动夹持指相对探杆的夹角变化，从而致使整个夹持爪张开或者合拢，以实现取物。具体使用时，可将夹持爪合拢，则机械爪整体呈一个长杆状，在到达杂物所在点时，可将夹持爪开启并夹紧杂物，并将杂物从狭窄环境中取出。

通过滑块带动夹持指的结构多种多样，利用连动臂组件的结构可实现整个机械爪的快速开启和收拢，且开启角度和收拢角度都十分固定，故对联动臂组件的这种结构进行细化，举出如下可行的方案：所述的连动臂组件包括第一连动臂，所述第一连动臂的一端铰接至夹持指的中部，第一连动臂的另一端铰接至探杆的前端。

当夹持指在开合的过程中，夹持指的前端夹紧物件，为提高夹持指在开合过程中对物件的夹紧力，对夹持指的结构进行优化，具体的，举出如下可行的方案：所述的夹持指包括前指段和后指段，所述前指段与后指段活动弯折连接，后指段与滑块铰接。

所述的前指段和后指段之间为铰接关系，铰接处可设置弹性件，帮助前指段向内弯折夹紧物件。

当夹持指采用前指段和后指段这种组合结构时，前指段对物件的夹紧力需要通过专门的结构来加强，此处对连动臂组件的结构进行优化，举出如下可行的方案：所述的连动臂组件还包括第二连动臂，所述的第二连动臂的一端与前指段铰接，另一端与第一连动臂铰接。这样设置时，第一连动臂在活动的过程中，可带动第二联动臂转动，如此合理调整夹持指的弯折形态，实现整个夹持爪的开合，能够夹紧物件。

为方便夹持爪开合，对上述技术方案中的夹持指的结构进行优化，举出如下可行的方案：所述的后指段上设置有第一滑套，所述的第一连动臂与第一滑套铰接；所述的前指段上设置有第二滑套，所述的第二连动臂与第二滑套铰接。所述的第一滑套和第二滑套分别在后指段和前指段上滑动，实现第一连动臂和第二连动臂的转动。

对探杆的结构进行优化，探杆的前端用于连接固定夹持爪，具体的，举出如下可行的方案：所述的探杆的前端处设置有固定连接块，连动臂组件铰接至固定连接块。

滑块的往复运动能够带动夹持爪的开合，为方便操作，对滑块的往复滑动进行驱动，具体的，举出如下可行的方案：所述的滑块上连接有推杆，推杆用于推动滑块在探杆上滑动。

为驱动滑块，对推杆的连动结构继续优化，举出如下可行的方案：所述的探杆上设置有摆杆，摆杆与探杆相铰接，且摆杆与推杆连接并驱动推杆运动。

对上述技术方案中公开的夹持指的数量进行优化，所述的夹持指数量越多，带来的夹紧力越强，稳定性越好，而作为可行的方案，所述的夹持指的数量至少为三，且夹持指沿圆周分布在探杆的外侧。

为实现对细小物件的夹紧，所述的夹持指的前端为尖端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型利用滑块和连杆结构的配合，实现了夹持爪的开启和闭合，开启时整个机械爪变形为长杆，方便进入狭窄的空间内，且夹持爪开启时，探杆处的尺寸未增加，方便长距离的夹持操作。

三、结构设计

针对在现场狭小空间中拆装螺帽、垫片等细小零件无专用的工具，带绝缘手套难以拾取细小部件的问题，在考虑现场条件与使用的便捷性后，设计了一种简易、可靠且多功能的检修拾取爪。其简化结构示意如图1所示。

图2为活动支撑臂与拾取爪和主杆连接部位结构图。

拾取爪与滑动环连接部位结构和附杆结构如图3，4所示。

以上设计的拾取爪及各部件均达到一定的机械强度、硬度以及力矩要求,材质为不锈钢，耐锈蚀。其爪子的宽度与厚度是制造工艺的难点之处。该工具为整体结构，具有灵活、不卡涩、可靠、连接牢固且携带方便的优点。

四、拾取爪工作原理分析

由图1—3可知，滑动环1和2直径比主杆直径稍大，并通过固定杆与支撑滑块相连，卡位块通过压缩弹簧固定在支撑滑块上。拾取爪通过滑动环上的固定环与滑动环相连，并可以在滑动环上灵活转动。活动支撑臂通过固定环和与主杆和拾取爪相连，起支撑作用并可以转动。6个小钢珠分别置于滑动环1和2上，可以沿着钢珠轨道运动。

当需要在狭窄空间装拆或拾取细小零部件(如螺帽、垫片等)时，先按住压缩弹簧处的卡位块，使卡位块从卡位槽中离开，同时推动支撑滑块向拾取爪方向移动，促使拾取爪开口逐渐增大至适合位置;再将拾取爪子放在需要被装拆或拾取的细小零部件(如螺帽、垫片等)处;最后将支撑滑块向背离拾取爪方向移动，从而夹紧细小零部件，将其放置于需要的位置处。由于卡销起卡位作用，所以被拾取物不会从爪子上掉落。同时，由于小钢珠是在预定的钢珠轨道内移动的，因此移动过程中不会卡涩，拾取爪也不会在主杆上转动。

另外，当未对卡位块用力时，卡位块就会卡入到卡位槽中，使支撑滑块、滑动环1和2以及拾取爪保持在固定位置不动。

当需要松紧螺帽时，可以利用多功能接头接上不同型号的扳手套筒，再将图4的附杆插入到主杆的附杆孔内，用力紧固螺帽。使用该多功能检修拾取爪，能快速、方便地在狭小空间对细小零件进行拆装与拾取，提高作业效率，并防止细小零部件掉落在带电间隔内，保障人身与设备安全。

五、加工制造与特性分析

根据设计图纸进行该器具的加工生产时，加工的关键部位为轨道及活动支撑臂、爪子等。通过不断的改进与三维动态设计，最终完成了该新型拾取爪的制作，并在实验室中对机构的机械特性、灵活性与可操作性进行了试验验证，如表1所示。

该工具已通过该供电公司的评审，并向国家专利局申请了实用新型和发明专利，已获得受理。

该工具不仅可应用于环网柜、高压分支箱电缆终端头狭小空间，还可应用于配电带电作业中，无需取下绝缘手套即可快速拾取细小零部件。另外，该工具还可应用于其他任何需要拾取、拆装细小零部件的地方，具有灵活、可靠的优点。

由于该拾取爪较小，不能用于较大零部件及超过750g的物体，也不能用爪子用力敲击物体，并且需要对固定环进行运定期维护保养。

结语

从新型拾取爪的理论分析及试验结果可知，该器具的机械强度和其他性能均满足设计与安全要求，能在现场狭窄空间对细小零部件进行快速地拾取，提高工作效率;还能防止细小零部件的掉落，保证设备的安全可靠运行;同时解决了带电作业携带绝缘手套难以拾取细小零件的问题，提高了作业人员和设备的安全性。

参考文献

[1]刘斌. 一种用于狭窄空间的多功能拾取爪的设计[J]. 电力安全技术, 2018, 20(3):3.

[2]刘斌, 朱杰, 董苏,等. 用于狭窄空间的细小零部件拾取爪:, CN106926186A[P].