專利名稱：高壓輸電線路智能除冰機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機器人技術領域，涉及一種高壓輸電線路智能除冰機器人。
背景技術：
我國是輸電線路覆冰較為嚴重的國家之一，最近30年來，大面積冰災事故在全國 各地時有發(fā)生，特別是2008年初，我國南方和西北多省遭遇了 50年來罕見的災害性天氣， 這場突如其來的低溫雨雪冰凍災害范圍廣、持續(xù)時間長，電力設施遭到前所未有的破壞，供 電線路大范圍中斷，給人民的生產(chǎn)生活成了巨大的影響和損失，直接經(jīng)濟損失超過千億元。
冰災對電網(wǎng)及電力設備危害在于，隨著積雪、冰凌載荷增加，會引發(fā)冰凌閃絡、大 風舞動、霧閃等現(xiàn)象，特別是覆冰大大超過標準規(guī)定的設計水平，可能導致輸配電線路桿塔 橫擔或塔頭變形折斷、甚至傾覆，導、地線斷股斷線和絕緣子、金具損壞；這其中以輸電線路 的損壞搶修難度最大，其影響也最為嚴重。 目前，國外主要采用"ad hoc"法、過電流融冰法、直流電流融冰法、電磁力除冰法、 電動鏟冰法等方法實施線路除冰，而國內(nèi)主要采用"ad hoc"法、過電流融冰法、短路電流融 冰法等方法實施除冰。 隨著計算機技術和人工智能技術的飛速發(fā)展，機器人在功能和技術層次上有了很 大的提高，使得機器人可替代人工完成高危環(huán)境下的繁重作業(yè)成為可能。和傳統(tǒng)除冰方法 相比，采用機器人除冰具有功耗小、成本低、效率高、人員無傷亡、無需停電和轉移負載、可 連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點，無需除冰作業(yè)時，又可作為巡線用途，利用機器人實現(xiàn)輸電線路在線除冰 是目前輸電線路除冰技術的發(fā)展趨勢之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種高壓輸電線路智能除冰機器人，該機器 人具有良好的綜合性能，包括穩(wěn)定性、驅(qū)動能力、可控性能和制動性能。
本發(fā)明是通過以下技術手段實現(xiàn)的 —種高壓輸電線路智能除冰機器人，其特征在于，包括機體與安裝在機體上的掛 線機構、行走驅(qū)動機構、制動機構和除冰機構； 所述的掛線機構包括輪架、安裝在輪架上的3個共面的同時起到掛線作用的行走 輪、L形進線槽、托線機構和安裝于托線機構頂端的4個共面的托線輪、用于調(diào)節(jié)托線機構 上下位置的杠桿機構；輸電導線沿L形進線槽進線后與行走輪相接觸；托線機構與機體通 過2根張緊彈簧連接，所述的2根張緊彈簧分別套裝在2根導向立柱上；導向立柱安裝于機 體的底板上；杠桿機構包括短桿、支軸和作為長桿的杠桿臂；支軸設置在機體上；短桿的一 端固定在支軸上，另一端固定在托線機構上；杠桿臂的一端固定在支軸上；杠桿臂上安裝 有一個由拉手、壓簧和止動銷組成的止動裝置，在機體的側面面板設有一個與止動銷相配 合的限位孔； 所述的行走驅(qū)動機構包括驅(qū)動電機、與驅(qū)動電機相連的主動鏈輪、從動鏈輪、傳動齒輪和過橋齒輪；驅(qū)動電機設置在機體底部；主動鏈輪與從動鏈輪通過傳動鏈條連接；傳 動齒輪為3個，分別為第一傳動齒輪、第二傳動齒輪和第三傳動齒輪；從動鏈輪同軸驅(qū)動第 二傳動齒輪；第二傳動齒輪通過過橋齒輪與第一傳動齒輪和第三傳動齒輪連接；傳動齒輪 與行走輪同軸相連，并由傳動齒輪驅(qū)動行走輪同軸轉動； 所述的制動機構由抱剎夾爪、用于夾爪復位的回位彈簧以及用于驅(qū)動夾爪開合的
電動推桿組成；電動推桿由制動電機驅(qū)動；所述抱剎夾爪由左右兩片夾片組合而成，兩片
夾片按X形方式套裝在夾爪芯軸上，夾片的頂端裝有拉簧銷軸，回位彈簧的兩端分別安裝
在兩片夾片的拉簧銷軸上，夾片的下端為夾持端；抱剎夾爪的上端形成的V形槽的底端與
推桿的下端接觸；夾持端的內(nèi)表面為與輸電導線外弧面相配合的弧形； 所述的除冰機構包括除冰電機、凸輪、破冰鋼刀、滑塊、拉緊彈簧、用于固定破冰鋼
刀的支撐圓盤；支撐圓盤與滑塊相連，滑塊末端裝有拉簧掛板，一對水平安裝的所述拉緊彈
簧對稱安裝于滑塊的兩側位置，其中拉緊彈簧的前端固定在機體上，后端與拉簧掛板相連；
滑塊上有一個與凸輪相配合的凸起；鋼刀刀刃為鋸齒狀；鋼刀刀面上設有多個孔。 鋼刀為5片。 有益效果 1.本發(fā)明結構簡單可靠、輕型便攜、自動化程度高、能耗低、能夠自動完成對輸電 線路進行高效無損傷除冰。該系統(tǒng)可長時間穩(wěn)定地工作在惡劣的野外環(huán)境中替代人工完成 繁重危險的除冰作業(yè)工作。 2.本發(fā)明采用從機體側面的掛線方式，獨特設計的L形進線槽結構使得工人的 掛線操作非常方便，并且提高了掛線操作的安全性和可靠性。設計的托線機構在張緊彈簧 的作用下將輸電導線限定在行走輪與托線輪之間，進一步提高了機構運行的平穩(wěn)性和安全 性。 3.用于掛線的操作機構包括一個杠桿機構和托線機構。上抬杠桿臂時，托線機構 位置下降，此時在托線輪與行走輪之間留出掛線空間用于掛線操作；當杠桿臂復位時，托線 機構恢復對輸電導線的擠壓狀態(tài)。為便于工人操作，在杠桿臂上安裝有由壓簧和止動梢組 成的限位機構，在機體上設計有與限位機構相配合的限位孔。止動梢在壓簧的作用下可自 動插入限位孔中，當通過拉手將止動梢從限位孔中拉出時，杠桿臂在張緊彈簧的作用下自 動復位。在執(zhí)行掛線操作時，工人在地面即可通過限位機構事先預留出掛線位置，掛線完 畢后，拉動拉手，托線機構自動將輸電導線卡在托線輪與行走輪之間。在執(zhí)行機器下線操作 時，工人只需要上抬杠桿臂，當止動梢轉動到限位孔位置時，在壓簧的作用下止動梢自動插 入限位孔中，此時便可方便的進行下線操作。并且，抬動杠桿和拔動拉手所需的力非常小。 本發(fā)明的掛線操作非常方便，并且與直接掛線方式相比較，本發(fā)明的掛線操作可靠性和安 全性得到了很大的提高。 4.本發(fā)明提出一種新穎的分級、組合式除冰方法當冰層厚度不大，硬度不高時， 借助機器人自身的重力通過碾壓等低耗能方式除冰；必要時在牽引力作用下，借助于安裝 在除冰機器人前端的破冰鋼刀以推進的方式破壞前方冰層的物理結構，極端情況下(冰層 厚度大，硬度高，靠前述兩種方式難以清除線路覆冰時)，啟動除冰電機，帶動破冰鋼刀以往 復沖擊的方式除冰。通過視頻實時監(jiān)控除冰線路的現(xiàn)場狀況并靈活的選擇除冰方式，可以 最大限度的降低除冰作業(yè)的能量消耗，并有效的解決除冰能耗與除冰效率之間的矛盾。
5.本發(fā)明采用便攜式汽油發(fā)電機和高性能鋰電池組相互配合的混聯(lián)型混合動力 系統(tǒng)，該混合供電系統(tǒng)供電方式非常靈活，可以單獨采用電池組供電，當功率要求高時啟動 汽油發(fā)電機，發(fā)電機發(fā)出的電能將根據(jù)控制器的指令來決定是給電池組充電或者是直接供 給用電裝置。該混聯(lián)型能源供電系統(tǒng)可靈活有效的組織和利用能源，在機器人負荷有限的 情況下，最大限度的提高機器人單次作業(yè)的續(xù)航能力。


圖1是除冰機器人前視圖； 圖2是除冰機器人F向視圖(不帶蓋板)； 圖3是除冰機器人A-A面剖視圖； 圖4是除冰機器人E(l)向視圖； 圖5是除冰機器人E (2)向視圖； 圖6是除冰機器人B-B面剖視圖； 圖7是除冰機器人F向視圖(帶蓋板)； 圖8是除冰機器人C-C面剖視圖。
標號說明 1、L形進線槽 2、輸電導線 3、行走輪 4、托線輪 5、托線機構6、導向立柱 7、張緊彈簧8、垂直吊桿9、調(diào)節(jié)螺母10、杠桿機構 11、杠桿臂 12、拉手 13、壓簧 14、止動銷 15、限位孔16、驅(qū)動電機 17、主動 鏈輪 18、傳動鏈條19、扶手20、從動鏈輪21、第一傳動齒輪22、第二傳動齒輪23、 第三傳動齒輪24、過橋齒輪25、破冰刀 26、支撐圓盤27、滑塊28、拉簧掛板29、拉 簧30、除冰電機31、凸輪32、抱剎夾爪33、回位彈簧34、電動推桿35、芯軸36、拉 簧銷軸37、推塊38、電源箱39、控制箱40、蓋板41、鏈輪罩42、夾持電機。
具體實施方式

實施例1 : —種高壓輸電線路智能除冰機器人，包括掛線機構、行走驅(qū)動機構、除冰機構、制 動機構及配套的控制系統(tǒng)；整機電源采用便攜式汽油發(fā)電機和高性能可充電鋰電池組構成 的混合動力源供電，同時配備有動態(tài)電源管理系統(tǒng)。
1.掛線機構設計需解決易操作性、可靠性問題。 受現(xiàn)有技術水平的限制，目前只能采用人工掛線的方式。針對上述問題，本發(fā)明采 取的具體技術方案是除冰機器人采取從機體側面的L形進線槽1進線的掛線方式，這樣設 計的好處是進線方便，并且當導線進入L形的豎槽時，在機器人自身重力作用下，將輸電導 線2緊卡在槽內(nèi)，防止機器脫線摔落，保證了掛線機構的可靠性；所述的進線槽口采用一個 蓋板40遮蓋，該蓋板40安裝在機體上，可方便的開合；設計蓋板40的目的是保證裝置的密 閉性，以保護裝置內(nèi)部電子元器件。當輸電導線經(jīng)L形進線槽1進線后，三個共面的行走輪 3起到掛線的作用，其輪面設計成與輸電導線2表面相配合的內(nèi)凹槽面。在輸電導線2所在 豎直平面的下方安裝有托線機構5，托線機構5通過導向立柱6和張緊彈簧7連接在底座 上，其中張緊彈簧7套裝在導向立柱6上。托線機構5的頂端安裝有四個共面托線輪4，張
5緊彈簧7處于自然狀態(tài)時，托線機構5在彈簧力作用下上行，四個托線輪4將給輸電導線2 向上的托力以維持行走輪3與托線輪4之間對導線2的擠壓力。托線輪4對輸電導線2的 托力大小可通過安裝在垂直吊桿8下方的調(diào)節(jié)螺母9進行調(diào)節(jié)。杠桿機構10通過垂直吊 桿8與托線機構5相連，當用手上抬杠桿臂11時，張緊彈簧7將向下壓縮，托線輪4位置隨 之下降，此時在托線輪4與輸電導線2之間留出一定的空間，以便于機器上線或下線操作。 根據(jù)杠桿原理，這里所需的力是非常小的。 2.行走驅(qū)動機構需要解決如何提供機器人在濕滑環(huán)境下正常工作所需足夠的牽 引力等技術問題。 針對上述問題，本發(fā)明采用一種直接有效的解決方式是行走輪采用聚酯復合材料 以增加行走輪3輪面與輸電導線2之間的摩擦力；另外，本發(fā)明設計了一套可靠有效的牽 引傳動機構保證機器人正常工作所需足夠大的牽引力，具體技術設計方案是機器人行走 驅(qū)動機構由行走輪3、主動鏈輪17、從動鏈輪20、第一傳動齒輪21、第二傳動齒輪22、第三 傳動齒輪23以及過橋齒輪25組成。所述的主動鏈輪17通過一個傳動鏈條18與從動鏈輪 20相連接，主動鏈輪17帶動從動鏈輪20沿輸電導線2除冰方向轉動；三個共面的行走輪 3安裝在一個輪架上，行走輪3的輪槽內(nèi)表面與輸電導線2相配合，這樣設計目地是增大行 走輪3輪面與輸電導線2之間的接觸面，以增加行走輪3與導線2之間的有效摩擦力；所述 的三個行走輪3的轉軸與對應的第一傳動齒輪21、第二傳動齒輪22、第三傳動齒輪23相連 接，傳動齒輪在傳動力作用下帶動行走輪3同軸、同向轉動，進而牽引機器人沿導線2除冰 方向運動；其中，中間傳動齒輪與第二傳動齒輪22轉軸相連接，由從動鏈輪20帶動第二傳 動齒輪22轉動。第二傳動齒輪22的轉動進一步帶動第一傳動齒輪21和第三傳動齒輪23 轉動，為了確保三個行走輪3同步并且同方向的沿輸電線2除冰方向轉動，第二傳動齒輪22 與第一傳動齒輪21、第三傳動齒輪23之間的傳動力通過過橋齒輪24來傳遞。設計三個行 走輪3的目地是為獲得更大的摩擦力，并且可以提高機器人運行的平穩(wěn)性。
另外，設計了一個托線機構5以進一步提高行走輪3與輸電導線2之間有效摩擦 力，該托線機構頂端均勻排列有四個共面的托線輪4，通過一對張緊壓簧7維持行走輪3與 托線輪4之間對輸電導線2的擠壓力以確保行走所需的足夠大的摩擦力。該擠壓力的大小 可以通過安裝在垂直吊桿8下的調(diào)節(jié)螺母9進行調(diào)節(jié)； 驅(qū)動電機16與主動鏈輪17相連并提供除冰機器人行走和除冰所需的牽引力和推 力，由于機器人經(jīng)常運行在濕滑的輸電導線上，并且采用推進的除冰方式所需推力較大，因 此，所選用的驅(qū)動電機16功率和輸出力矩較大，可采用國產(chǎn)的ZYT系列直流伺服電機外加 行星減速器以滿足牽引和除冰的要求，由于該系列電機較重(約10Kg)，因此，將驅(qū)動電機 (16)安裝在機體底座，該安裝位置的優(yōu)點是可以取得較低的重心位置，避免機器在沿導線 運動時發(fā)生側翻。 3.無損傷、高效率、低能耗除冰機構技術方案 機器人在線進行除冰作業(yè)時，不能損傷電力線路以及絕緣子，不能影響電力線路 的安全運行；另外，受自身體積和重量的限制，除冰機器人可攜帶的動力源(電池組或燃料 發(fā)電機)是有限地，由于除冰作業(yè)環(huán)境的特殊性，通常難以對其進行在線能源補濟，因此， 受能量供濟的限制，要求除冰機構在保證高效除冰的同時，應盡可能降低除冰能耗。
針對上述問題，本發(fā)明提出一種分級、組合式除冰策略當冰層厚度不大，硬度不
6高時，借助機器人自身的重力通過碾壓等低耗能方式除冰；必要時在牽引力作用下，借助 于安裝在除冰機器人前端的破冰鋼刀以推進的方式破壞前方冰層的物理結構，極端情況下 (冰層厚度大，硬度高，靠前述兩種方式難以清除線路覆冰時)，啟動除冰電機，帶動破冰鋼 刀以往復沖擊的方式除冰。 安裝于除冰機器人前端的除冰機構由五片均勻固定在支撐圓盤26上的破冰刀25 組成，破冰刀刀片端口呈尖錐形，開口沿輸電導線2指向機器人前進方向。破冰刀支撐圓盤 26下端留有開口槽用于掛線。所述的冰刀支撐圓盤26與一個滑塊27相連，滑塊27末端裝 有拉簧掛板28，一對水平安裝的拉簧29對稱安裝于滑塊27兩側位置，其中拉簧29的前端 固定在機體上，后端與拉簧掛板28相連。在彈簧力作用下帶動破冰刀沿輸電導線方向往復 沖擊除冰。 除冰電機30帶動凸輪31轉動，凸輪31拉動拉簧29拉伸進行儲能，當凸輪31處 在圓周的末端而拉簧29釋放時，拉簧29帶動滑塊27和破冰刀25沿輸電導線2方向高速 高頻率的沖擊前方的積冰。前述的拉簧29應盡可能的安裝在靠近輸電導線2的位置，其優(yōu) 點是可以取得更大的沖擊力。為了降低整個裝置的重量，在不影響機械強度的前提下，對破 冰刀25刀面打有若干孔用以減輕機體的重量。 4.除冰機器人在輸電導線上運行時，必須設置可靠、有效的制動機構
由于輸電導線2表面濕滑，摩擦系數(shù)較小，一般的制動方式難以奏效，考慮到輸電 導線結構的特點，采用爪式抱線制動的方式較為可行。本發(fā)明具體設計的制動機構包括用 于夾持輸電導線的抱剎夾爪32、一對用于夾爪復位的回位彈簧33以及用于驅(qū)動夾爪開合 的電動推桿34 ;所述抱剎夾爪32由左右兩片夾片組合而成，兩片夾片按類似"X"型套裝在 抱剎夾爪芯軸35上，夾片的上端裝有拉簧銷軸36，一對回位彈簧33的兩端分別安裝在兩 片夾片的拉簧銷軸36上，夾片的下端為夾持端，彈簧33處于自然狀態(tài)時，夾片在回位彈簧 33的拉力作用下，下端夾持端是打開的；夾片的夾持端內(nèi)表面設計成與輸電導線外弧面相 配合的弧形，這樣設計的好處是可以增大抱剎夾爪32與輸電導線2的有效接觸面積，從而 取得更好的制動效果；所述電動推桿34的下端裝有一個推塊37，推塊37安放在抱剎夾爪 32上端"V"型槽內(nèi)，當電動推桿34帶動推塊37下行時，抱剎夾爪32上端開口增大，回位拉 簧33拉伸，抱剎夾爪32的夾持端抱線并夾緊；當電動推桿34帶動推塊37上行時，抱剎夾 爪32上端開口減小，回位拉簧33復位，抱剎夾爪32的夾持端在回位拉簧33的作用下將打 開；機器人在正常行駛過程中，抱剎夾爪32夾執(zhí)端是打開的，以保證抱剎夾爪32不與輸電 導線2接觸，從而減小不必要的摩擦阻力。 設計制動機構的另一個作用是在采用沖擊除冰方式時，通過夾持器固定機器人 本體，可以防止本體在除冰沖擊力的反作用下向后緩沖，從而獲得更大的破冰沖擊力。
5.野外大范圍長時間工作的持續(xù)動力供給技術方案 要保證在線除冰機器人在野外大范圍內(nèi)長時間工作，必須提供持續(xù)可靠的動力。 因此除冰機器人的動力系統(tǒng)必須解決大容量、快速自補充、優(yōu)化能量管理的難題。針對該問 題，本發(fā)明采用便攜式汽油發(fā)電機和高性能鋰電池組相互配合混聯(lián)型混合動力系統(tǒng)，該混 合供電系統(tǒng)供電方式非常靈活，可以單獨采用電池組供電，或者當功率要求高時啟動汽油 發(fā)電機，發(fā)電機發(fā)出的電能將根據(jù)控制器的指令來決定是給電池組充電或者是直接供給用 電裝置。
本裝置同時配備有一個動態(tài)電源管理系統(tǒng)，控制器根據(jù)采集到的電池電壓、電流、 溫度信號，進行電量估計，根據(jù)電池電量、功率需求狀態(tài)、發(fā)電機狀態(tài)等，進行模糊決策來控 制發(fā)電機的啟停，以及能量的切換。 如圖1所示，除冰機器人采取從機體側面的L形進線槽1進線的掛線方式，操作方 便，并且當輸電導線2進入L形進線槽1的豎槽時，在機器人自身重力作用下，除非輸電導 線2斷線或人為脫線，否則輸電導線2將被緊卡在槽內(nèi)，保證了掛線過程的安全性和可靠 性。 如圖2所示，三個共面的行走輪3安裝在輪架上，行走輪3表面設計成與輸電導線 2表面相配合的弧形，輸電導線2沿L形進線槽1進線后將最終與三個行走輪3相接觸，此 時三個行走輪3將同時起到掛線的作用。 行走輪3和輸電導線2所在豎直平面的下方分布有四個共面托線輪4，托線輪4安 裝在托線機構5頂端。 托線機構5通過兩根活動的導向立柱6和兩根張緊彈簧7連接在機座上，其中張 緊彈簧7套裝在導向立柱6上。通過壓縮和釋放彈簧力改變托線機構5在豎直方向的行程， 從而帶動托線輪4上行或下行； 在進行除冰機器人上線或脫線操作之前，首先需要撤消托線輪4對輸電導線2的 托力以留出一定的操作空間，這一過程可以通過杠桿機構10實現(xiàn)。該杠桿機構通過垂直吊 桿8與托線機構5相連接，當用手上抬杠桿桿臂11時，張緊彈簧7將向下壓縮，托線機構5 下行，托線輪4位置隨之下降，此時在托線輪4與輸電導線2之間便留出了用于掛線或脫線 的操作空間。 設計扶手19是為了便于操作人員攜帶以及掛線。 如圖3所示，杠桿臂11上安裝有一個由拉手12，壓簧13和止動銷14組成的止動 裝置，如圖4所示，在杠桿限定位置對應的面板處開有一個限位孔15，通過杠桿臂11轉動 杠桿機構向下壓縮張緊彈簧7，當止動銷14轉動到限位孔15時，在壓簧13的作用下，止動 銷14插入限位孔15內(nèi)，松開杠桿臂11，張緊輪4將保持在限定的位置，此時可方便地進行 掛線操作，根據(jù)杠桿原理，這里所需的力是非常小地。完成掛線操作后，通過拉手12撥出止 動銷14，張緊彈簧7復位帶動杠桿機構回到原來初始位置，此時托線機構5將上行，托線輪 4與行走輪3又恢復了對輸電導線2的擠壓力。 如圖4所示，驅(qū)動電機16與主動鏈輪17相連接并帶動主動鏈輪17沿輸電導線2 除冰方向轉動；主動鏈輪17通過一個傳動鏈條18與從動鏈輪20相連接，并帶動從動鏈輪 20同方向轉動；三個共面的行走輪3安裝在輪架上，其轉軸與傳動齒輪相連接，第一傳動齒 輪21、第二傳動齒輪22和第三傳動齒輪23在傳動力作用下帶動行走輪3同軸、同向轉動， 進而牽引機器人沿輸電導線2除冰方向運動；其中，第二傳動齒輪22與從動鏈輪20轉軸相 連接，由從動鏈輪20帶動第二傳動齒輪22同向轉動。第二傳動齒輪22的轉動進一步帶動 第一傳動齒輪21、第三傳動齒輪23轉動，為了確保三個行走輪3同步并且同方向的沿輸電 導線2除冰方向轉動，第二傳動齒輪22與前第一傳動齒輪21、第三傳動齒輪23之間的傳動 力通過一對過橋齒輪24來傳遞。 行走輪3采用聚酯復合材料以增加輪面與輸電導線2之間的摩擦力；行走輪3的 輪槽內(nèi)表面設計成與輸電導線2相配合內(nèi)的內(nèi)凹弧面，這樣可以增大輪面與導線2之間的接觸面，進一步增加行走輪3與導線2之間的有效摩擦力； 設計三個行走輪3可以獲得更大的有效摩擦力，并且可以提高機器運行的平穩(wěn) 性。當然，輪子的數(shù)量構成可以有別的方案，比如二兩或四個，但本實施例具有較好的實驗 結果。 由于機器人經(jīng)常運行在濕滑的輸電導線2上，并且采用推進的除冰方式所需推力 較大，因此，所選用的驅(qū)動電機16功率和輸出力矩較大，可采用國產(chǎn)的ZYT系列直流伺服電 機外加行星減速器以滿足牽引和除冰的要求，由于該系列電機較重(約10Kg)，因此，將驅(qū) 動電機16安裝在機體底座，該安裝位置的優(yōu)點是可以取得較低的重心位置，避免機器在沿 輸電導線2運動時發(fā)生側翻。 除冰作業(yè)實施過程采取分級組合式的策略當冰層厚度不大，硬度不高時，借助機 體自身的重力通過碾壓等低耗能方式除冰；必要時在牽引力作用下，借助于安裝在除冰機 器人前端的破冰鋼刀以推進的方式破壞前方冰層的物理結構，極端情況下(冰層厚度大， 硬度高，靠前述兩種方式難以清除線路覆冰時)，啟動除冰電機，帶動破冰刀以往復沖擊的 方式除冰。 如圖3所示，沖擊除冰機構安裝于機器人前端，由五片均勻固定在支撐圓盤上的 破冰刀25以及與之相連的出力機構組成。破冰刀25端口呈尖錐形，開口沿輸電導線2指 向機器人前進方向。 在不影響機械強度的前提下，對破冰刀25刀面打有若干孔用以減輕機體的重量。 破冰刀25的數(shù)目也可以取別的方案，比如采用三片破冰鋼刀。 為了取得更好的除冰效果，可以將刀刃做成鋸齒型以增大刀面與冰層之間的擠壓 壓強。 破冰刀25的支撐圓盤26下端留有開口槽用于掛線，輸電導線2剛好從圓盤中心 穿過。所述的支撐圓盤26與一個方形的滑塊27相連，滑塊27末端裝有拉簧掛板28， 一對 水平安裝的橫向拉簧29對稱安裝于滑塊27兩側位置，其中拉簧29的前端固定在機體上， 后端與拉簧掛板28相連。在彈簧力作用下帶動破冰刀架沿輸電導線2方向往復沖擊除冰。
除冰電機30帶動凸輪31轉動，凸輪31拉動拉簧29拉伸進行儲能，當凸輪31處 在圓周的末端而使拉簧29釋放時，拉簧29帶動滑塊27和破冰刀25沿輸電導線2方向高 速高頻沖擊前方的積冰，從而達到除冰的目地。 拉簧29的安裝位置應盡可能地靠近輸電導線2，這樣可以取得最佳的出力結果。
當線路覆冰因為硬度高難以清除時，采取這種反復沖擊除冰方式是非常有效；另 外，除冰機器人在進行沖擊除冰時，在反作用下機體會有一個向后緩沖的過程，這一過程會 降低除冰的沖擊力，因此，在需要反復沖擊除冰時，可以借助制動機構固定住本體，從而可 以獲得更大的除冰沖擊力。 制動機構由用于夾持輸電導線的抱剎夾爪32、一對用于夾爪復位的回位彈簧33 以及用于驅(qū)動夾爪開合的電動推桿34組成；所述抱剎夾爪32由左右兩片夾片組合而成，兩 片夾片按類似X形套裝在夾爪芯軸35上，夾片的頂端裝有拉簧銷軸36， 一對回位彈簧33的 兩端分別安裝在兩片夾片的拉簧銷軸36上，夾片的下端為夾持端，回位彈簧33處于自然狀 態(tài)時，在彈簧拉力作用下，下端夾持端是打開的，在機器人正常行駛時，可以保證夾爪不與 輸電導線2接觸，從而減少不必要的摩擦阻力。
當遇到緊急情況需要制動時，啟動夾持電機42，電動推桿34使與之相連的推塊37 下行；推塊37安放在夾爪上端"V"型槽內(nèi)，當推塊37下行時，在推力作用下夾爪上端開口 增大，連接在夾爪32上端的回位彈簧33拉伸，夾爪的夾持端抱線并夾緊，從而達到制動的 目地。 制動力的大小通過推塊37下行的行程來控制，推塊37下行行程越大，夾持力越 大；反之，夾持力越小。 抱剎夾爪32的夾持端內(nèi)表面最好能設計成與輸電導線2外弧面相配合的弧形，這 樣設計的好處是可以增大抱剎夾爪32與輸電導線2的有效接觸面積，從而取得更好的制動 效果； 當需要反復沖擊除冰時，可以借助夾持器固定機體，從而獲得更大的除冰沖擊力。
機器人下部的電源箱38用安于放電源，是整個機器的能量源。雖然本實施實例已 對除冰作業(yè)方式作了優(yōu)化處理，但除冰機器人在野外大范圍內(nèi)長時間進行除冰作業(yè)所耗能 量仍非?？捎^，受體積和重量的限制，單獨采用蓄電池供電難以滿足要求，本發(fā)明采用便攜 式汽油發(fā)電機和鋰電池組相互配合混聯(lián)型混合動力系統(tǒng)供電。 該混合供電系統(tǒng)供電方式非常靈活，可以單獨采用電池組供電，或者當功率要求 高時啟動汽油發(fā)電機，發(fā)電機發(fā)出的電能將根據(jù)控制器的指令來決定是給電池組充電或者 是直接供給用電裝置。 控制箱39配備有動態(tài)電源管理系統(tǒng)，控制器根據(jù)采集到的電池電壓、電流、溫度 信號，進行電量估計，根據(jù)電池電量、功率需求狀態(tài)、發(fā)電機狀態(tài)等，進行模糊決策來控制發(fā) 電機的啟停，以及能量的切換。 實驗表明，該混聯(lián)供電系統(tǒng)總功率輸出可達到1000W以上，續(xù)航時間可達5小時， 完全可以滿足一個除冰作業(yè)周期的需要。 控制箱39用于安放與機器人控制相關的電子元器件，主要用于控制電機，進一步
控制如機器人運行速度，沖擊除冰的頻率以及電動推桿行程等物理量。 在本發(fā)明實施過程中，控制箱39和電源箱38的安放位置不能置換，這主要是由于
驅(qū)動電機16較重，采用電源箱38可起到配重的作用，通?？刂葡?9是比較輕地。 由于輸電線路現(xiàn)場環(huán)境復雜，除冰機器人控制核心控制元件可采用西門子S7-200
系列PLC控制器，其特點是可靠性和抗外部干擾能力極強，易于開發(fā)，并且有豐富的擴展模
塊，可以滿足除冰機器人作為除冰，線路檢測等多種功能開發(fā)的需要。 除冰機器人可以采用自主運行的方式，即根據(jù)現(xiàn)場的工作狀況按程序自主的切換 工作方式。另外，控制箱內(nèi)安裝有遙控制系統(tǒng)，以對機器人運行進行必要的人工干預。
所有的控制元器件都是安裝在控制箱內(nèi)，根據(jù)"法拉第籠"原理，這個金屬密閉箱 對于外部的電磁干擾信號起到屏蔽作用，因此，該機器人系統(tǒng)能穩(wěn)定的運行在高壓輸電線 產(chǎn)生的電磁場環(huán)境中。
權利要求
一種高壓輸電線路智能除冰機器人，其特征在于，包括機體與安裝在機體上的掛線機構、行走驅(qū)動機構、制動機構和除冰機構；所述的掛線機構包括輪架、安裝在輪架上的3個共面的同時起到掛線作用的行走輪、L形進線槽、托線機構和安裝于托線機構頂端的4個共面的托線輪、用于調(diào)節(jié)托線機構上下位置的杠桿機構；輸電導線沿L形進線槽進線后與行走輪相接觸；托線機構與機體通過2根張緊彈簧連接，所述的2根張緊彈簧分別套裝在2根導向立柱上；導向立柱安裝于機體的底板上；杠桿機構包括短桿、支軸和作為長桿的杠桿臂；支軸設置在機體上；短桿的一端固定在支軸上，另一端固定在托線機構上；杠桿臂的一端固定在支軸上；杠桿臂上安裝有一個由拉手、壓簧和止動銷組成的止動裝置，在機體的側面面板設有一個與止動銷相配合的限位孔；所述的行走驅(qū)動機構包括驅(qū)動電機、與驅(qū)動電機相連的主動鏈輪、從動鏈輪、傳動齒輪和過橋齒輪；驅(qū)動電機設置在機體底部；主動鏈輪與從動鏈輪通過傳動鏈條連接；傳動齒輪為3個，分別為第一傳動齒輪、第二傳動齒輪和第三傳動齒輪；傳動齒輪與行走輪同軸相連，并由傳動齒輪驅(qū)動行走輪同軸轉動從動鏈輪同軸驅(qū)動第二傳動齒輪；第二傳動齒輪通過過橋齒輪與第一傳動齒輪和第三傳動齒輪連接；所述的制動機構由抱剎夾爪、用于夾爪復位的回位彈簧以及用于驅(qū)動夾爪開合的電動推桿組成；電動推桿由制動電機驅(qū)動；所述抱剎夾爪由左右兩片夾片組合而成，兩片夾片按X形方式套裝在夾爪芯軸上，夾片的頂端裝有拉簧銷軸，回位彈簧的兩端分別安裝在兩片夾片的拉簧銷軸上，夾片的下端為夾持端；抱剎夾爪的上端形成的V形槽的底端與推桿的下端接觸；夾持端的內(nèi)表面為與輸電導線外弧面相配合的弧形；所述的除冰機構包括除冰電機、凸輪、破冰鋼刀、滑塊、拉緊彈簧、用于固定破冰鋼刀的支撐圓盤；支撐圓盤與滑塊相連，滑塊末端裝有拉簧掛板，一對水平安裝的所述拉緊彈簧對稱安裝于滑塊的兩側位置，其中拉緊彈簧的前端固定在機體上，后端與拉簧掛板相連；滑塊上有一個與凸輪相配合的凸起；鋼刀刀刃為鋸齒狀；鋼刀刀面上設有多個孔。
2. 根據(jù)權利要求1所述的高壓輸電線路智能除冰機器人，其特征在于，鋼刀為5片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高壓輸電線路智能除冰機器人，其特征在于，包括機體與安裝在機體上的掛線機構、行走驅(qū)動機構、制動機構和除冰機構；所述的掛線機構包括輪架、安裝在輪架上的3個共面的同時起到掛線作用的行走輪、L形進線槽、托線機構和安裝于托線機構頂端的4個共面的托線輪、用于調(diào)節(jié)托線機構上下位置的杠桿機構；所述的制動機構由抱剎夾爪、用于夾爪復位的回位彈簧以及用于驅(qū)動夾爪開合的電動推桿組成；所述的除冰機構包括除冰電機、凸輪、破冰鋼刀、滑塊、拉緊彈簧、用于固定破冰鋼刀的支撐圓盤；本發(fā)明的高壓輸電線路智能除冰機器人結構簡單可靠、輕型便攜、自動化程度高、低能耗、能夠自動完成對輸電線路進行高效無損傷除冰。
文檔編號H02G7/16GK101777743SQ201010135359
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權日2010年3月30日
發(fā)明者印峰, 曹文明, 楊易旻, 沈春生, 王耀南, 王聰, 譚磊, 魏書寧 申請人:湖南大學