CN206099252U - 高压输电线除冰机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压输电线路除冰机器人，包括前箱体和后箱体，所述前箱体和后箱体之间连接有行进机构，所述前箱体和后箱体的底部后端分别连接有抓绳机构，所述前箱体的两侧连接有第一越障机械臂和第二越障机械臂；所述前箱体的前端对称设有第三电机和第四电机，所述第三电机和第四电机分别连接有除冰机构；所述前箱体内设有控制器、IMU惯性导航模块和GPS模块，所述前箱体上连接有红外定位传感器和超声波传感器。本实用新型具有线上“行走”功能并且能自动越障，提高了除冰的效率，安全性高，成本低，通过自动过障完成各线塔间的除冰工作。

Description

高压输电线除冰机器人

技术领域

本实用新型主要涉及一种高压输电线除冰机器人。

背景技术

目前，我国地域广阔，随之有一个巨大的输电网，然而冬天雨雪自然灾害时有发生常常导致电网故障。现有输电线路除冰方法包括人工除冰法、过电流融冰法、高频激励融冰法和除冰机器人法，其中，人工除冰法需要大量人力一般仅适用于作业环境好、一百公里左右的输电线路覆冰的除冰。人工除冰需要耗费大量人力，且比较危险，效率也不高；过电流融冰法是通过改变潮流分布增大线路的负荷电流而使得导线发热达到防冰融冰目的，这种方法对截面较小的110kV及以下线路可行对更高电压等级线路由于截面大并受***容量和运行方式限制无明显作用；高频激励融冰法是在覆冰导线上加高频激励,能使冰成为有损的电介质而直接发热,也能引起导线的集肤效应,使电流只在导体表面流通,造成更大的等效电阻损耗发热，利用二者共同产生的热量除冰，但是在高频激励下会产生高频电磁波干扰通讯和谐波，覆冰较薄的导线会产生电晕放电现象，削弱高频波的传播，阻止功率到达覆冰较厚区；除冰机器人法是现在研究的一个热门方向，其利用悬挂于输电线上的机器人进行除冰，目前可采用的机械除冰方式有击打、冲击、铣削、粉碎、旋转敲击、铲刮、振动等。

目前现有的除冰机器人存在以下问题：

(1)自动除冰***体积较大重量较重，安装时间长，不易大规模应用；

(2)在线路覆冰的恶劣天气安装较为困难，时间较长，从现场安装到结束时间大约是15min.并且除冰线路高度差较大的时候，会出现爬坡速慢，除冰困难的现象；

(3)驱动滑轮存在打滑的现象；

(4)导线在长期使用中损伤严重；

(5)除冰的时候只能在一个档距除冰，要进行另一档除冰的时候必须进行人工的变相或者换档；

(6)在越障功能的实现上，明显欠缺。

输电线除冰机器人跟一般工业机器人不同，它悬挂在柔性输电导线上，在运行过程中机器人的姿态时刻发生着变化，呈现出多体系三维空间的复杂运动状态；考虑到运动过程中受到的摩擦力以及在越障、爬坡、下坡、除冰时受到的阻力等其他不确定因素的影响，要实现除冰机器人自主行为控制与导航难度较大，仍需要解决如何实现机器人在柔性输电线缆上的平稳爬行，有足够灵活的越障能力，避越高压线路上的防震锤、线夹、绝缘子、线塔等障碍，并在越障时保证机器人姿态平稳，并保持与导线和线塔金属部件的安全间距的问题。

实用新型内容

为了提高机器人的智能化和自动化水平，实现机器人的在线自主行走、避障和除冰，本实用新型提供了一种高压输电线除冰机器人。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种高压输电线路除冰机器人，包括前箱体和后箱体，所述前箱体和后箱体之间连接有行进机构，所述前箱体和后箱体的底部后端分别连接有抓绳机构，所述抓绳机构与前箱体和后箱体内的转动机构相连，前后箱体的两个抓绳机构相配合完成松开、抓紧等动作；所述前箱体的两侧连接有第一越障机械臂和第二越障机械臂，所述第一越障机械臂与前箱体内的第一电机相连，所述第二越障机械臂与前箱体内的第二电机相连，越障时，采用“三点式越障”方式，即采用越障机械臂与前后箱体的两个抓绳机构相配合的方式；所述第一越障机械臂和第二越障机械臂的前端分别设有越障机械臂前肢；所述越障机械臂前肢的下表面为锯齿状；所述前箱体的前端对称设有第三电机和第四电机，所述第三电机和第四电机分别连接有除冰机构；所述前箱体内设有控制器，所述第一电机、第二电机、第三电机和第四电机分别与控制器相连。

进一步的，所述转动机构包括转动电机、蜗杆、涡轮和齿轮，所述转动电机带动蜗杆转动，所述蜗杆与涡轮啮合，所述齿轮同心固定于所述涡轮上；

所述抓绳机构包括导杆机架、第一连杆机构、第二连杆机构、第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮，所述第一连杆机构的一端与导轨机架左侧相连，另一端与第一滑轮相连，所述第二连杆机构的一端与导轨机架右侧相连，另一端与第二滑轮相连，所述导轨机架的中间铰接连接有第三滑轮；所述三个滑轮表面分别安装有滑觉传感器；所述导杆机架的下部偏心连接齿轮。

进一步的，所述行进机构包括上下对称的两组曲柄连杆，所述前、后箱体分别设有驱动电机，所述驱动电机连接有齿轮减速器；所述曲柄连杆的两端分别与前、后箱体内的齿轮减速器相连；所述两组曲柄连杆的转动方向相反，带动前、后箱体按照“伸—缩—伸”的方式循环往复前进。

进一步的，所述除冰机构包括第一盘状铣刀和第二盘状铣刀，所述第一盘状铣刀的顶部连接有第五电机，所述第五电机和第三电机之间连接有两个上下平行的连杆；所述第二盘状铣刀的顶部连接有第六电机，所述第六电机和第四电机之间连接有两个上下平行的连杆；所述第一盘状铣刀和第二盘状铣刀分别由六片切削刀片、四片垫片与两个防切削板组合而成，所述第一盘铣刀和第二盘状铣刀的中间部位分别安装有压力传感器。

进一步的，所述前箱体上连接有红外定位传感器和超声波传感器，所述红外定位传感器和超声波传感器分别与控制器相连。

进一步的，所述控制器采用飞思卡尔公司的Kenitis6系列基于ARM Cortex-M4内核的32位单片机。

进一步的，所述前箱体内部设有IMU惯性导航模块和GPS模块，所述IMU惯性导航模块和GPS模块分别与控制器相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型具有线上“行走”功能并且能自动越障，大大提高了除冰的效率，全过程省去了人的参与，提高了安全性，并节约了成本，通过自动过障完成各线塔间的除冰工作；

（2）采用三点接触电线方式，保证机器人在空中是能牢固抓紧电线，稳定性好；

（3）采用平行四边形连杆机构，降低机构自由度，减小所需电机数量，通过机构的创新降低电路控制难度；

（4）采用盘状铣刀，结合铣削和压碎，能够更有效的清除覆盖的积冰，除冰效率高。

（5）本实用新型具有高效、节能、安全、自动化程度高、成本低的特点，能够彻底除冰并能自动检测、跨越障碍物，适用于多种输电线，对外界环境具有良好的适应性，能够在气候多变的环境下，拥有广阔的市场价值。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构图；

图2是本实用新型的仰视图；

图3是本实用新型的俯视图；

图4是抓绳机构的结构图；

其中，1.前箱体，2.后箱体，3.行进机构，4.抓绳机构，5.第一越障机械臂，6.除冰机构，7.第一盘状铣刀，8.第二越障机械臂，9.压力传感器，10.控制器，11.红外定位传感器，12.连杆，13.越障机械臂前肢，14.第三电机，15.第五电机，16.曲柄连杆，17.导杆机架，18.第一滑轮，19.蜗杆，20.蜗轮，21.第一电机，22.第二电机，23.第二盘状铣刀，24.第四电机，25.第六电机，26.第二滑轮，27.第一连杆机构，28.第二连杆机构，29.第三滑轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1-4所示，一种高压输电线路除冰机器人，包括前箱体1和后箱体2，所述前箱体1和后箱体2之间连接有行进机构3，所述前箱体1和后箱体2的底部后端分别连接有抓绳机构4，所述抓绳机构4与前箱体和后箱体内的转动机构相连，前后箱体的两个抓绳机构4相配合完成松开、抓紧等动作；所述转动机构包括转动电机、蜗杆19、涡轮20和齿轮，所述转动电机带动蜗杆19转动，所述蜗杆19与涡轮20啮合，所述齿轮同心固定于所述涡轮上。所述前箱体1的两侧连接有第一越障机械臂5和第二越障机械臂8，所述第一越障机械臂5与前箱体1内的第一电机21，所述第二越障机械臂8与前箱体1内的第二电机22相连；所述越障机械臂前肢13的下表面为锯齿状；所述前箱体1的前端对称设有第三电机14和第四电机24，所述第三电机14和第四电机24与除冰机构6连接；所述前箱体1内设有控制器10，所述第一电机21、第二电机22、第三电机14和第四电机24分别与控制器10相连，通过控制器驱动多路电机完成行进，越障和除冰动作。该除冰机器人上采用汽油发电机和蓄电池的混合动力电源供给***，汽油发动机通过机械装置直接驱动除冰机构工作，不仅可以减轻蓄电池组的负担，还可以对蓄电池组进行在线充电以保证其电能输出的持久性，同时发动机工作时发出的热量还可以有效地防止机器人自身结冰。所述控制器10采用飞思卡尔公司的Kenitis6系列基于ARM Cortex-M4内核的32位单片机。所述前箱体内部设有IMU惯性导航模块和GPS模块，所述IMU惯性导航模块和GPS模块分别与控制器10相连，机器人可以时刻感知和调整姿态，还可以在跌落等紧急情况下做出反应。

抓绳机构4包括导杆机架17、第一连杆机构27、第二连杆机构28、第一滑轮18、第二滑轮26和第三滑轮29，所述第一连杆机构27的一端与导轨机架17左侧相连，另一端与第一滑轮18相连，所述第二连杆机构28的一端与导轨机架17右侧相连，另一端与第二滑轮26相连，所述导轨机架17的中间铰接连接有第三滑轮29；所述第一滑轮18、第二滑轮26和第三滑轮29的表面分别安装有滑觉传感器。前、后箱体中的驱动机构中的驱动电机带动蜗杆19转动，蜗杆19再带动涡轮20转动，涡轮20将转动传递到齿轮，导杆机架17的下部偏心连接在齿轮上，通过齿轮转动带动导杆机架17向上、向下运动，分别可通过第一连杆机构27和第二连杆机构28带动侧翼第一滑轮18和第二滑轮26张开、闭合。从而实现三个滑轮的抓紧，松开。在正常行驶状态下，三个滑轮处于抓紧状态，遇到障碍时前后两组抓绳机构依次松开，通过障碍物。

行进机构3包括上下对称的两组曲柄连杆16，所述前、后箱体分别设有驱动电机，所述驱动电机连接有齿轮减速器；所述曲柄连杆16的两端分别与前、后箱体内的齿轮减速器相连；所述两组曲柄连杆的转动方向相反，带动前、后箱体按照“伸—缩—伸”的方式循环往复前进。运动时，前箱体1的抓绳机构4先抓紧，即固定前箱体1，随后后箱体2的抓绳机构4松开，驱动电机带动齿轮减速器转动，从而带动曲柄连杆16折叠，之后后箱体2的抓绳机构4抓紧电线，即固定后箱体2，然后前箱体1松开，驱动电机带动曲柄连杆16往内旋转，从而使得曲柄连杆16展开，机器人即完成一次向前运动。

除冰机器人遇到的障碍主要是高压线上的防震锤，越障时，采用“三点式越障”方式，即采用第一越障机械臂5和第二越障机械臂8与前后箱体的两个抓绳机构4相配合的方式，越障机械臂前肢13先跨过障碍抓住电线，然后前箱体1上的抓绳机构4松开，此时后箱体2抓绳机构4抓紧，行驶机构中的曲柄连杆16张开，前箱体1往前运动，逐渐越过障碍；最后，当前箱体1越过障碍，抓绳机构4抓紧电线时，后箱体2开始越障。在前箱体1前侧还安装有红外定位传感器11，用于检测选择机器爪应该抓取的位置点。前后箱体的两个抓绳机构4及机械臂前肢13总共是三点，在越障的过程中始终保持有两点接触电线，这样就能保证机器人平衡，不脱离电线。

除冰机构6包括第一盘状铣刀7和第二盘状铣刀23，所述第一盘状铣刀7的顶部连接有第五电机15，所述第五电机15和第三电机14之间连接有两个上下平行的连杆12；所述第二盘状铣刀23的顶部连接有第六电机25，所述第六电机25和第四电机24之间连接有两个上下平行的连杆12；所述第一盘状铣刀7和第二盘状铣刀23分别由六片切削刀片、四片垫片与两个防切削板组合而成。除冰过程中，通过第一电机21和第二电机22控制第一越障机械臂和第二越障机械臂上下准确定位，保证除冰装置可实现相对于机器人的整体升降以及两个盘状铣刀之间的开合运动。通过第五电机15和第六电机25带动第一盘状铣刀7和第二盘状铣刀23做旋转运动切除冰块。为保护电缆，在第一盘状铣刀7和第二盘状铣刀23中间部位分别安装压力传感器9，用于感知铣刀盘对于电线的压力值大小的传感器。当受到某一压力作用时，纤维片阻抗发生变化，从而达到测量压力的目的。

该除冰机器人在机械结构上有多处创新，巧妙组合平行四边形连杆机构、涡轮蜗杆机构、齿轮机构等，在尽可能小的空间布局内实现机合理排布，同时辅助以合理可行的控制***、运动***和检测***，使得除冰机器人的可行性达到很大提升。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种高压输电线路除冰机器人，其特征在于，包括前箱体和后箱体，所述前箱体和后箱体之间连接有行进机构，所述前箱体和后箱体的底部后端分别连接有抓绳机构，所述抓绳机构与前箱体和后箱体内的转动机构相连；所述前箱体的两侧连接有第一越障机械臂和第二越障机械臂，所述前箱体内的两侧设有第一电机和第二电机，所述第一越障机械臂与第一电机，所述第二越障机械臂与第二电机相连；所述第一越障机械臂和第二越障机械臂的前端设有越障机械臂前肢，所述越障机械臂前肢的下表面为锯齿状；所述前箱体的前端对称设有第三电机和第四电机，所述第三电机和第四电机分别连接有除冰机构；所述前箱体内设有控制器；所述第一电机、第二电机、第三电机和第四电机分别与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路除冰机器人，其特征在于，所述转动机构包括转动电机、蜗杆、涡轮和齿轮，所述转动电机带动蜗杆转动，所述蜗杆与涡轮啮合，所述齿轮同心固定于所述涡轮上；

所述抓绳机构包括导杆机架、第一连杆机构、第二连杆机构、第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮，所述第一连杆机构的一端与导轨机架的左侧相连，另一端与第一滑轮相连，所述第二连杆机构的一端与导轨机架的右侧相连，另一端与第二滑轮相连，所述导轨机架的中间铰接连接有第三滑轮；所述第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮的表面分别安装有滑觉传感器；所述导杆机架的下部偏心连接齿轮。

3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路除冰机器人，其特征在于，所述行进机构包括上下对称的两组曲柄连杆，所述前、后箱体分别设有驱动电机，所述驱动电机连接有齿轮减速器；所述曲柄连杆的两端分别与齿轮减速器相连。

4.根据权利要求1所述的一种高压输电线路除冰机器人，其特征在于，所述除冰机构包括第一盘状铣刀和第二盘状铣刀，所述第一盘状铣刀的顶部连接有第五电机，所述第五电机和第三电机之间连接有两个上下平行的连杆；所述第二盘状铣刀的顶部连接有第六电机，所述第六电机和第四电机之间连接有两个上下平行的连杆；所述第一盘状铣刀和第二盘状铣刀分别由六片切削刀片、四片垫片与两个防切削板组合而成，所述第一盘铣刀和第二盘状铣刀的中间部位分别安装有压力传感器。

5.根据权利要求1所述的一种高压输电线路除冰机器人，其特征在于，所述前箱体上连接有红外定位传感器和超声波传感器，所述红外定位传感器和超声波传感器分别与控制器相连。

6.根据权利要求1所述的一种高压输电线路除冰机器人，其特征在于，所述控制器采用飞思卡尔公司的Kenitis6系列基于ARM Cortex-M4内核的32位单片机。

7.根据权利要求1所述的一种高压输电线路除冰机器人，其特征在于，所述前箱体内部设有IMU惯性导航模块和GPS模块，所述IMU惯性导航模块和GPS模块分别与控制器相连。