CN101777743A - 高压输电线路智能除冰机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压输电线路智能除冰机器人，其特征在于，包括机体与安装在机体上的挂线机构、行走驱动机构、制动机构和除冰机构；所述的挂线机构包括轮架、安装在轮架上的3个共面的同时起到挂线作用的行走轮、L形进线槽、托线机构和安装于托线机构顶端的4个共面的托线轮、用于调节托线机构上下位置的杠杆机构；所述的制动机构由抱刹夹爪、用于夹爪复位的回位弹簧以及用于驱动夹爪开合的电动推杆组成；所述的除冰机构包括除冰电机、凸轮、破冰钢刀、滑块、拉紧弹簧、用于固定破冰钢刀的支撑圆盘；本发明的高压输电线路智能除冰机器人结构简单可靠、轻型便携、自动化程度高、低能耗、能够自动完成对输电线路进行高效无损伤除冰。

Description

高压输电线路智能除冰机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种高压输电线路智能除冰机器人。

背景技术

我国是输电线路覆冰较为严重的国家之一，最近30年来，大面积冰灾事故在全国各地时有发生，特别是2008年初，我国南方和西北多省遭遇了50年来罕见的灾害性天气，这场突如其来的低温雨雪冰冻灾害范围广、持续时间长，电力设施遭到前所未有的破坏，供电线路大范围中断，给人民的生产生活成了巨大的影响和损失，直接经济损失超过千亿元。

冰灾对电网及电力设备危害在于，随着积雪、冰凌载荷增加，会引发冰凌闪络、大风舞动、雾闪等现象，特别是覆冰大大超过标准规定的设计水平，可能导致输配电线路杆塔横担或塔头变形折断、甚至倾覆，导、地线断股断线和绝缘子、金具损坏；这其中以输电线路的损坏抢修难度最大，其影响也最为严重。

目前，国外主要采用“ad hoc”法、过电流融冰法、直流电流融冰法、电磁力除冰法、电动铲冰法等方法实施线路除冰，而国内主要采用“ad hoc”法、过电流融冰法、短路电流融冰法等方法实施除冰。

随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，使得机器人可替代人工完成高危环境下的繁重作业成为可能。和传统除冰方法相比，采用机器人除冰具有功耗小、成本低、效率高、人员无伤亡、无需停电和转移负载、可连续作业等优点，无需除冰作业时，又可作为巡线用途，利用机器人实现输电线路在线除冰是目前输电线路除冰技术的发展趋势之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高压输电线路智能除冰机器人，该机器人具有良好的综合性能，包括稳定性、驱动能力、可控性能和制动性能。

本发明是通过以下技术手段实现的：

一种高压输电线路智能除冰机器人，其特征在于，包括机体与安装在机体上的挂线机构、行走驱动机构、制动机构和除冰机构；

所述的挂线机构包括轮架、安装在轮架上的3个共面的同时起到挂线作用的行走轮、L形进线槽、托线机构和安装于托线机构顶端的4个共面的托线轮、用于调节托线机构上下位置的杠杆机构；输电导线沿L形进线槽进线后与行走轮相接触；托线机构与机体通过2根张紧弹簧连接，所述的2根张紧弹簧分别套装在2根导向立柱上；导向立柱安装于机体的底板上；杠杆机构包括短杆、支轴和作为长杆的杠杆臂；支轴设置在机体上；短杆的一端固定在支轴上，另一端固定在托线机构上；杠杆臂的一端固定在支轴上；杠杆臂上安装有一个由拉手、压簧和止动销组成的止动装置，在机体的侧面面板设有一个与止动销相配合的限位孔；

所述的行走驱动机构包括驱动电机、与驱动电机相连的主动链轮、从动链轮、传动齿轮和过桥齿轮；驱动电机设置在机体底部；主动链轮与从动链轮通过传动链条连接；传动齿轮为3个，分别为第一传动齿轮、第二传动齿轮和第三传动齿轮；从动链轮同轴驱动第二传动齿轮；第二传动齿轮通过过桥齿轮与第一传动齿轮和第三传动齿轮连接；传动齿轮与行走轮同轴相连，并由传动齿轮驱动行走轮同轴转动；

所述的制动机构由抱刹夹爪、用于夹爪复位的回位弹簧以及用于驱动夹爪开合的电动推杆组成；电动推杆由制动电机驱动；所述抱刹夹爪由左右两片夹片组合而成，两片夹片按X形方式套装在夹爪芯轴上，夹片的顶端装有拉簧销轴，回位弹簧的两端分别安装在两片夹片的拉簧销轴上，夹片的下端为夹持端；抱刹夹爪的上端形成的V形槽的底端与推杆的下端接触；夹持端的内表面为与输电导线外弧面相配合的弧形；

所述的除冰机构包括除冰电机、凸轮、破冰钢刀、滑块、拉紧弹簧、用于固定破冰钢刀的支撑圆盘；支撑圆盘与滑块相连，滑块末端装有拉簧挂板，一对水平安装的所述拉紧弹簧对称安装于滑块的两侧位置，其中拉紧弹簧的前端固定在机体上，后端与拉簧挂板相连；滑块上有一个与凸轮相配合的凸起；钢刀刀刃为锯齿状；钢刀刀面上设有多个孔。

钢刀为5片。

有益效果

1.本发明结构简单可靠、轻型便携、自动化程度高、能耗低、能够自动完成对输电线路进行高效无损伤除冰。该系统可长时间稳定地工作在恶劣的野外环境中替代人工完成繁重危险的除冰作业工作。

2.本发明采用从机体侧面的挂线方式，独特设计的L形进线槽结构使得工人的挂线操作非常方便，并且提高了挂线操作的安全性和可靠性。设计的托线机构在张紧弹簧的作用下将输电导线限定在行走轮与托线轮之间，进一步提高了机构运行的平稳性和安全性。

3.用于挂线的操作机构包括一个杠杆机构和托线机构。上抬杠杆臂时，托线机构位置下降，此时在托线轮与行走轮之间留出挂线空间用于挂线操作；当杠杆臂复位时，托线机构恢复对输电导线的挤压状态。为便于工人操作，在杠杆臂上安装有由压簧和止动梢组成的限位机构，在机体上设计有与限位机构相配合的限位孔。止动梢在压簧的作用下可自动插入限位孔中，当通过拉手将止动梢从限位孔中拉出时，杠杆臂在张紧弹簧的作用下自动复位。在执行挂线操作时，工人在地面即可通过限位机构事先预留出挂线位置，挂线完毕后，拉动拉手，托线机构自动将输电导线卡在托线轮与行走轮之间。在执行机器下线操作时，工人只需要上抬杠杆臂，当止动梢转动到限位孔位置时，在压簧的作用下止动梢自动插入限位孔中，此时便可方便的进行下线操作。并且，抬动杠杆和拔动拉手所需的力非常小。本发明的挂线操作非常方便，并且与直接挂线方式相比较，本发明的挂线操作可靠性和安全性得到了很大的提高。

4.本发明提出一种新颖的分级、组合式除冰方法：当冰层厚度不大，硬度不高时，借助机器人自身的重力通过碾压等低耗能方式除冰；必要时在牵引力作用下，借助于安装在除冰机器人前端的破冰钢刀以推进的方式破坏前方冰层的物理结构，极端情况下(冰层厚度大，硬度高，靠前述两种方式难以清除线路覆冰时)，启动除冰电机，带动破冰钢刀以往复冲击的方式除冰。通过视频实时监控除冰线路的现场状况并灵活的选择除冰方式，可以最大限度的降低除冰作业的能量消耗，并有效的解决除冰能耗与除冰效率之间的矛盾。

5.本发明采用便携式汽油发电机和高性能锂电池组相互配合的混联型混合动力系统，该混合供电系统供电方式非常灵活，可以单独采用电池组供电，当功率要求高时启动汽油发电机，发电机发出的电能将根据控制器的指令来决定是给电池组充电或者是直接供给用电装置。该混联型能源供电系统可灵活有效的组织和利用能源，在机器人负荷有限的情况下，最大限度的提高机器人单次作业的续航能力。

附图说明：

图1是除冰机器人前视图；

图2是除冰机器人F向视图(不带盖板)；

图3是除冰机器人A-A面剖视图；

图4是除冰机器人E(1)向视图；

图5是除冰机器人E(2)向视图；

图6是除冰机器人B-B面剖视图；

图7是除冰机器人F向视图(带盖板)；

图8是除冰机器人C-C面剖视图。

标号说明：

1、L形进线槽  2、输电导线  3、行走轮  4、托线轮  5、托线机构6、导向立柱  7、张紧弹簧  8、垂直吊杆  9、调节螺母  10、杠杆机构

11、杠杆臂  12、拉手  13、压簧  14、止动销  15、限位孔16、驱动电机  17、主动链轮  18、传动链条  19、扶手  20、从动链轮21、第一传动齿轮  22、第二传动齿轮  23、第三传动齿轮  24、过桥齿轮25、破冰刀  26、支撑圆盘  27、滑块  28、拉簧挂板  29、拉簧  30、除冰电机  31、凸轮  32、抱刹夹爪  33、回位弹簧34、电动推杆  35、芯轴  36、拉簧销轴  37、推块  38、电源箱  39、控制箱  40、盖板  41、链轮罩  42、夹持电机。

具体实施方式

实施例1：

一种高压输电线路智能除冰机器人，包括挂线机构、行走驱动机构、除冰机构、制动机构及配套的控制系统；整机电源采用便携式汽油发电机和高性能可充电锂电池组构成的混合动力源供电，同时配备有动态电源管理系统。

1.挂线机构设计需解决易操作性、可靠性问题。

受现有技术水平的限制，目前只能采用人工挂线的方式。针对上述问题，本发明采取的具体技术方案是：除冰机器人采取从机体侧面的L形进线槽1进线的挂线方式，这样设计的好处是进线方便，并且当导线进入L形的竖槽时，在机器人自身重力作用下，将输电导线2紧卡在槽内，防止机器脱线摔落，保证了挂线机构的可靠性；所述的进线槽口采用一个盖板40遮盖，该盖板40安装在机体上，可方便的开合；设计盖板40的目的是保证装置的密闭性，以保护装置内部电子元器件。当输电导线经L形进线槽1进线后，三个共面的行走轮3起到挂线的作用，其轮面设计成与输电导线2表面相配合的内凹槽面。在输电导线2所在竖直平面的下方安装有托线机构5，托线机构5通过导向立柱6和张紧弹簧7连接在底座上，其中张紧弹簧7套装在导向立柱6上。托线机构5的顶端安装有四个共面托线轮4，张紧弹簧7处于自然状态时，托线机构5在弹簧力作用下上行，四个托线轮4将给输电导线2向上的托力以维持行走轮3与托线轮4之间对导线2的挤压力。托线轮4对输电导线2的托力大小可通过安装在垂直吊杆8下方的调节螺母9进行调节。杠杆机构10通过垂直吊杆8与托线机构5相连，当用手上抬杠杆臂11时，张紧弹簧7将向下压缩，托线轮4位置随之下降，此时在托线轮4与输电导线2之间留出一定的空间，以便于机器上线或下线操作。根据杠杆原理，这里所需的力是非常小的。

2.行走驱动机构需要解决如何提供机器人在湿滑环境下正常工作所需足够的牵引力等技术问题。

针对上述问题，本发明采用一种直接有效的解决方式是行走轮采用聚酯复合材料以增加行走轮3轮面与输电导线2之间的摩擦力；另外，本发明设计了一套可靠有效的牵引传动机构保证机器人正常工作所需足够大的牵引力，具体技术设计方案是：机器人行走驱动机构由行走轮3、主动链轮17、从动链轮20、第一传动齿轮21、第二传动齿轮22、第三传动齿轮23以及过桥齿轮25组成。所述的主动链轮17通过一个传动链条18与从动链轮20相连接，主动链轮17带动从动链轮20沿输电导线2除冰方向转动；三个共面的行走轮3安装在一个轮架上，行走轮3的轮槽内表面与输电导线2相配合，这样设计目地是增大行走轮3轮面与输电导线2之间的接触面，以增加行走轮3与导线2之间的有效摩擦力；所述的三个行走轮3的转轴与对应的第一传动齿轮21、第二传动齿轮22、第三传动齿轮23相连接，传动齿轮在传动力作用下带动行走轮3同轴、同向转动，进而牵引机器人沿导线2除冰方向运动；其中，中间传动齿轮与第二传动齿轮22转轴相连接，由从动链轮20带动第二传动齿轮22转动。第二传动齿轮22的转动进一步带动第一传动齿轮21和第三传动齿轮23转动，为了确保三个行走轮3同步并且同方向的沿输电线2除冰方向转动，第二传动齿轮22与第一传动齿轮21、第三传动齿轮23之间的传动力通过过桥齿轮24来传递。设计三个行走轮3的目地是为获得更大的摩擦力，并且可以提高机器人运行的平稳性。

另外，设计了一个托线机构5以进一步提高行走轮3与输电导线2之间有效摩擦力，该托线机构顶端均匀排列有四个共面的托线轮4，通过一对张紧压簧7维持行走轮3与托线轮4之间对输电导线2的挤压力以确保行走所需的足够大的摩擦力。该挤压力的大小可以通过安装在垂直吊杆8下的调节螺母9进行调节；

驱动电机16与主动链轮17相连并提供除冰机器人行走和除冰所需的牵引力和推力，由于机器人经常运行在湿滑的输电导线上，并且采用推进的除冰方式所需推力较大，因此，所选用的驱动电机16功率和输出力矩较大，可采用国产的ZYT系列直流伺服电机外加行星减速器以满足牵引和除冰的要求，由于该系列电机较重(约10Kg)，因此，将驱动电机(16)安装在机体底座，该安装位置的优点是可以取得较低的重心位置，避免机器在沿导线运动时发生侧翻。

3.无损伤、高效率、低能耗除冰机构技术方案

机器人在线进行除冰作业时，不能损伤电力线路以及绝缘子，不能影响电力线路的安全运行；另外，受自身体积和重量的限制，除冰机器人可携带的动力源(电池组或燃料发电机)是有限地，由于除冰作业环境的特殊性，通常难以对其进行在线能源补济，因此，受能量供济的限制，要求除冰机构在保证高效除冰的同时，应尽可能降低除冰能耗。

针对上述问题，本发明提出一种分级、组合式除冰策略：当冰层厚度不大，硬度不高时，借助机器人自身的重力通过碾压等低耗能方式除冰；必要时在牵引力作用下，借助于安装在除冰机器人前端的破冰钢刀以推进的方式破坏前方冰层的物理结构，极端情况下(冰层厚度大，硬度高，靠前述两种方式难以清除线路覆冰时)，启动除冰电机，带动破冰钢刀以往复冲击的方式除冰。

安装于除冰机器人前端的除冰机构由五片均匀固定在支撑圆盘26上的破冰刀25组成，破冰刀刀片端口呈尖锥形，开口沿输电导线2指向机器人前进方向。破冰刀支撑圆盘26下端留有开口槽用于挂线。所述的冰刀支撑圆盘26与一个滑块27相连，滑块27末端装有拉簧挂板28，一对水平安装的拉簧29对称安装于滑块27两侧位置，其中拉簧29的前端固定在机体上，后端与拉簧挂板28相连。在弹簧力作用下带动破冰刀沿输电导线方向往复冲击除冰。

除冰电机30带动凸轮31转动，凸轮31拉动拉簧29拉伸进行储能，当凸轮31处在圆周的末端而拉簧29释放时，拉簧29带动滑块27和破冰刀25沿输电导线2方向高速高频率的冲击前方的积冰。前述的拉簧29应尽可能的安装在靠近输电导线2的位置，其优点是可以取得更大的冲击力。为了降低整个装置的重量，在不影响机械强度的前提下，对破冰刀25刀面打有若干孔用以减轻机体的重量。

4.除冰机器人在输电导线上运行时，必须设置可靠、有效的制动机构

由于输电导线2表面湿滑，摩擦系数较小，一般的制动方式难以奏效，考虑到输电导线结构的特点，采用爪式抱线制动的方式较为可行。本发明具体设计的制动机构包括用于夹持输电导线的抱刹夹爪32、一对用于夹爪复位的回位弹簧33以及用于驱动夹爪开合的电动推杆34；所述抱刹夹爪32由左右两片夹片组合而成，两片夹片按类似“X”型套装在抱刹夹爪芯轴35上，夹片的上端装有拉簧销轴36，一对回位弹簧33的两端分别安装在两片夹片的拉簧销轴36上，夹片的下端为夹持端，弹簧33处于自然状态时，夹片在回位弹簧33的拉力作用下，下端夹持端是打开的；夹片的夹持端内表面设计成与输电导线外弧面相配合的弧形，这样设计的好处是可以增大抱刹夹爪32与输电导线2的有效接触面积，从而取得更好的制动效果；所述电动推杆34的下端装有一个推块37，推块37安放在抱刹夹爪32上端“V”型槽内，当电动推杆34带动推块37下行时，抱刹夹爪32上端开口增大，回位拉簧33拉伸，抱刹夹爪32的夹持端抱线并夹紧；当电动推杆34带动推块37上行时，抱刹夹爪32上端开口减小，回位拉簧33复位，抱刹夹爪32的夹持端在回位拉簧33的作用下将打开；机器人在正常行驶过程中，抱刹夹爪32夹执端是打开的，以保证抱刹夹爪32不与输电导线2接触，从而减小不必要的摩擦阻力。

设计制动机构的另一个作用是：在采用冲击除冰方式时，通过夹持器固定机器人本体，可以防止本体在除冰冲击力的反作用下向后缓冲，从而获得更大的破冰冲击力。

5.野外大范围长时间工作的持续动力供给技术方案

要保证在线除冰机器人在野外大范围内长时间工作，必须提供持续可靠的动力。因此除冰机器人的动力系统必须解决大容量、快速自补充、优化能量管理的难题。针对该问题，本发明采用便携式汽油发电机和高性能锂电池组相互配合混联型混合动力系统，该混合供电系统供电方式非常灵活，可以单独采用电池组供电，或者当功率要求高时启动汽油发电机，发电机发出的电能将根据控制器的指令来决定是给电池组充电或者是直接供给用电装置。

本装置同时配备有一个动态电源管理系统，控制器根据采集到的电池电压、电流、温度信号，进行电量估计，根据电池电量、功率需求状态、发电机状态等，进行模糊决策来控制发电机的启停，以及能量的切换。

如图1所示，除冰机器人采取从机体侧面的L形进线槽1进线的挂线方式，操作方便，并且当输电导线2进入L形进线槽1的竖槽时，在机器人自身重力作用下，除非输电导线2断线或人为脱线，否则输电导线2将被紧卡在槽内，保证了挂线过程的安全性和可靠性。

如图2所示，三个共面的行走轮3安装在轮架上，行走轮3表面设计成与输电导线2表面相配合的弧形，输电导线2沿L形进线槽1进线后将最终与三个行走轮3相接触，此时三个行走轮3将同时起到挂线的作用。

行走轮3和输电导线2所在竖直平面的下方分布有四个共面托线轮4，托线轮4安装在托线机构5顶端。

托线机构5通过两根活动的导向立柱6和两根张紧弹簧7连接在机座上，其中张紧弹簧7套装在导向立柱6上。通过压缩和释放弹簧力改变托线机构5在竖直方向的行程，从而带动托线轮4上行或下行；

在进行除冰机器人上线或脱线操作之前，首先需要撤消托线轮4对输电导线2的托力以留出一定的操作空间，这一过程可以通过杠杆机构10实现。该杠杆机构通过垂直吊杆8与托线机构5相连接，当用手上抬杠杆杆臂11时，张紧弹簧7将向下压缩，托线机构5下行，托线轮4位置随之下降，此时在托线轮4与输电导线2之间便留出了用于挂线或脱线的操作空间。

设计扶手19是为了便于操作人员携带以及挂线。

如图3所示，杠杆臂11上安装有一个由拉手12，压簧13和止动销14组成的止动装置，如图4所示，在杠杆限定位置对应的面板处开有一个限位孔15，通过杠杆臂11转动杠杆机构向下压缩张紧弹簧7，当止动销14转动到限位孔15时，在压簧13的作用下，止动销14插入限位孔15内，松开杠杆臂11，张紧轮4将保持在限定的位置，此时可方便地进行挂线操作，根据杠杆原理，这里所需的力是非常小地。完成挂线操作后，通过拉手12拨出止动销14，张紧弹簧7复位带动杠杆机构回到原来初始位置，此时托线机构5将上行，托线轮4与行走轮3又恢复了对输电导线2的挤压力。

如图4所示，驱动电机16与主动链轮17相连接并带动主动链轮17沿输电导线2除冰方向转动；主动链轮17通过一个传动链条18与从动链轮20相连接，并带动从动链轮20同方向转动；三个共面的行走轮3安装在轮架上，其转轴与传动齿轮相连接，第一传动齿轮21、第二传动齿轮22和第三传动齿轮23在传动力作用下带动行走轮3同轴、同向转动，进而牵引机器人沿输电导线2除冰方向运动；其中，第二传动齿轮22与从动链轮20转轴相连接，由从动链轮20带动第二传动齿轮22同向转动。第二传动齿轮22的转动进一步带动第一传动齿轮21、第三传动齿轮23转动，为了确保三个行走轮3同步并且同方向的沿输电导线2除冰方向转动，第二传动齿轮22与前第一传动齿轮21、第三传动齿轮23之间的传动力通过一对过桥齿轮24来传递。

行走轮3采用聚酯复合材料以增加轮面与输电导线2之间的摩擦力；行走轮3的轮槽内表面设计成与输电导线2相配合内的内凹弧面，这样可以增大轮面与导线2之间的接触面，进一步增加行走轮3与导线2之间的有效摩擦力；

设计三个行走轮3可以获得更大的有效摩擦力，并且可以提高机器运行的平稳性。当然，轮子的数量构成可以有别的方案，比如二两或四个，但本实施例具有较好的实验结果。

由于机器人经常运行在湿滑的输电导线2上，并且采用推进的除冰方式所需推力较大，因此，所选用的驱动电机16功率和输出力矩较大，可采用国产的ZYT系列直流伺服电机外加行星减速器以满足牵引和除冰的要求，由于该系列电机较重(约10Kg)，因此，将驱动电机16安装在机体底座，该安装位置的优点是可以取得较低的重心位置，避免机器在沿输电导线2运动时发生侧翻。

除冰作业实施过程采取分级组合式的策略：当冰层厚度不大，硬度不高时，借助机体自身的重力通过碾压等低耗能方式除冰；必要时在牵引力作用下，借助于安装在除冰机器人前端的破冰钢刀以推进的方式破坏前方冰层的物理结构，极端情况下(冰层厚度大，硬度高，靠前述两种方式难以清除线路覆冰时)，启动除冰电机，带动破冰刀以往复冲击的方式除冰。

如图3所示，冲击除冰机构安装于机器人前端，由五片均匀固定在支撑圆盘上的破冰刀25以及与之相连的出力机构组成。破冰刀25端口呈尖锥形，开口沿输电导线2指向机器人前进方向。

在不影响机械强度的前提下，对破冰刀25刀面打有若干孔用以减轻机体的重量。破冰刀25的数目也可以取别的方案，比如采用三片破冰钢刀。

为了取得更好的除冰效果，可以将刀刃做成锯齿型以增大刀面与冰层之间的挤压压强。

破冰刀25的支撑圆盘26下端留有开口槽用于挂线，输电导线2刚好从圆盘中心穿过。所述的支撑圆盘26与一个方形的滑块27相连，滑块27末端装有拉簧挂板28，一对水平安装的横向拉簧29对称安装于滑块27两侧位置，其中拉簧29的前端固定在机体上，后端与拉簧挂板28相连。在弹簧力作用下带动破冰刀架沿输电导线2方向往复冲击除冰。

除冰电机30带动凸轮31转动，凸轮31拉动拉簧29拉伸进行储能，当凸轮31处在圆周的末端而使拉簧29释放时，拉簧29带动滑块27和破冰刀25沿输电导线2方向高速高频冲击前方的积冰，从而达到除冰的目地。

拉簧29的安装位置应尽可能地靠近输电导线2，这样可以取得最佳的出力结果。

当线路覆冰因为硬度高难以清除时，采取这种反复冲击除冰方式是非常有效；另外，除冰机器人在进行冲击除冰时，在反作用下机体会有一个向后缓冲的过程，这一过程会降低除冰的冲击力，因此，在需要反复冲击除冰时，可以借助制动机构固定住本体，从而可以获得更大的除冰冲击力。

制动机构由用于夹持输电导线的抱刹夹爪32、一对用于夹爪复位的回位弹簧33以及用于驱动夹爪开合的电动推杆34组成；所述抱刹夹爪32由左右两片夹片组合而成，两片夹片按类似X形套装在夹爪芯轴35上，夹片的顶端装有拉簧销轴36，一对回位弹簧33的两端分别安装在两片夹片的拉簧销轴36上，夹片的下端为夹持端，回位弹簧33处于自然状态时，在弹簧拉力作用下，下端夹持端是打开的，在机器人正常行驶时，可以保证夹爪不与输电导线2接触，从而减少不必要的摩擦阻力。

当遇到紧急情况需要制动时，启动夹持电机42，电动推杆34使与之相连的推块37下行；推块37安放在夹爪上端“V”型槽内，当推块37下行时，在推力作用下夹爪上端开口增大，连接在夹爪32上端的回位弹簧33拉伸，夹爪的夹持端抱线并夹紧，从而达到制动的目地。

制动力的大小通过推块37下行的行程来控制，推块37下行行程越大，夹持力越大；反之，夹持力越小。

抱刹夹爪32的夹持端内表面最好能设计成与输电导线2外弧面相配合的弧形，这样设计的好处是可以增大抱刹夹爪32与输电导线2的有效接触面积，从而取得更好的制动效果；

当需要反复冲击除冰时，可以借助夹持器固定机体，从而获得更大的除冰冲击力。

机器人下部的电源箱38用安于放电源，是整个机器的能量源。虽然本实施实例已对除冰作业方式作了优化处理，但除冰机器人在野外大范围内长时间进行除冰作业所耗能量仍非常可观，受体积和重量的限制，单独采用蓄电池供电难以满足要求，本发明采用便携式汽油发电机和锂电池组相互配合混联型混合动力系统供电。

该混合供电系统供电方式非常灵活，可以单独采用电池组供电，或者当功率要求高时启动汽油发电机，发电机发出的电能将根据控制器的指令来决定是给电池组充电或者是直接供给用电装置。

控制箱39配备有动态电源管理系统，控制器根据采集到的电池电压、电流、温度信号，进行电量估计，根据电池电量、功率需求状态、发电机状态等，进行模糊决策来控制发电机的启停，以及能量的切换。

实验表明，该混联供电系统总功率输出可达到1000W以上，续航时间可达5小时，完全可以满足一个除冰作业周期的需要。

控制箱39用于安放与机器人控制相关的电子元器件，主要用于控制电机，进一步控制如机器人运行速度，冲击除冰的频率以及电动推杆行程等物理量。

在本发明实施过程中，控制箱39和电源箱38的安放位置不能置换，这主要是由于驱动电机16较重，采用电源箱38可起到配重的作用，通常控制箱39是比较轻地。

由于输电线路现场环境复杂，除冰机器人控制核心控制元件可采用西门子S7-200系列PLC控制器，其特点是可靠性和抗外部干扰能力极强，易于开发，并且有丰富的扩展模块，可以满足除冰机器人作为除冰，线路检测等多种功能开发的需要。

除冰机器人可以采用自主运行的方式，即根据现场的工作状况按程序自主的切换工作方式。另外，控制箱内安装有遥控制系统，以对机器人运行进行必要的人工干预。

所有的控制元器件都是安装在控制箱内，根据“法拉第笼”原理，这个金属密闭箱对于外部的电磁干扰信号起到屏蔽作用，因此，该机器人系统能稳定的运行在高压输电线产生的电磁场环境中。

Claims (2)

1.一种高压输电线路智能除冰机器人，其特征在于，包括机体与安装在机体上的挂线机构、行走驱动机构、制动机构和除冰机构；

所述的挂线机构包括轮架、安装在轮架上的3个共面的同时起到挂线作用的行走轮、L形进线槽、托线机构和安装于托线机构顶端的4个共面的托线轮、用于调节托线机构上下位置的杠杆机构；输电导线沿L形进线槽进线后与行走轮相接触；托线机构与机体通过2根张紧弹簧连接，所述的2根张紧弹簧分别套装在2根导向立柱上；导向立柱安装于机体的底板上；杠杆机构包括短杆、支轴和作为长杆的杠杆臂；支轴设置在机体上；短杆的一端固定在支轴上，另一端固定在托线机构上；杠杆臂的一端固定在支轴上；杠杆臂上安装有一个由拉手、压簧和止动销组成的止动装置，在机体的侧面面板设有一个与止动销相配合的限位孔；

所述的行走驱动机构包括驱动电机、与驱动电机相连的主动链轮、从动链轮、传动齿轮和过桥齿轮；驱动电机设置在机体底部；主动链轮与从动链轮通过传动链条连接；传动齿轮为3个，分别为第一传动齿轮、第二传动齿轮和第三传动齿轮；传动齿轮与行走轮同轴相连，并由传动齿轮驱动行走轮同轴转动从动链轮同轴驱动第二传动齿轮；第二传动齿轮通过过桥齿轮与第一传动齿轮和第三传动齿轮连接；

所述的制动机构由抱刹夹爪、用于夹爪复位的回位弹簧以及用于驱动夹爪开合的电动推杆组成；电动推杆由制动电机驱动；所述抱刹夹爪由左右两片夹片组合而成，两片夹片按X形方式套装在夹爪芯轴上，夹片的顶端装有拉簧销轴，回位弹簧的两端分别安装在两片夹片的拉簧销轴上，夹片的下端为夹持端；抱刹夹爪的上端形成的V形槽的底端与推杆的下端接触；夹持端的内表面为与输电导线外弧面相配合的弧形；

所述的除冰机构包括除冰电机、凸轮、破冰钢刀、滑块、拉紧弹簧、用于固定破冰钢刀的支撑圆盘；支撑圆盘与滑块相连，滑块末端装有拉簧挂板，一对水平安装的所述拉紧弹簧对称安装于滑块的两侧位置，其中拉紧弹簧的前端固定在机体上，后端与拉簧挂板相连；滑块上有一个与凸轮相配合的凸起；钢刀刀刃为锯齿状；钢刀刀面上设有多个孔。

2.根据权利要求1所述的高压输电线路智能除冰机器人，其特征在于，钢刀为5片。

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