CN102332694B - 输电线路自动除冰机器人 - Google Patents

Abstract

一种输电线路自动除冰机器人，第一行走箱和第二行走箱通过第二螺杆螺母机构连接，第二螺杆螺母机构中的螺杆安装在第一行走箱上，夹紧装置下端通过螺纹与第一螺杆螺母机构连接；第一行走箱通过可使安装在其上的装置旋转一定角度的旋转装置与第一升降臂装置连接，第二行走箱通过可使安装在其上的装置旋转一定角度的旋转装置与第二升降臂装置连接；第一升降臂装置和第二升降臂装置上均设有除冰装置和用于驱动整个装置行走的行走装置；第一升降臂装置和第二升降臂装置位于整个行走箱两端的位置，夹紧装置位于中间。本发明所提供的一种输电线路自动除冰机器人，可以可靠的实现高压输电线上的除冰，且可以方便可靠的越障。

Description

输电线路自动除冰机器人

技术领域

本发明涉及一种高压输电线路的除冰装置，特别是一种用于高压输电线路的输电线路自动除冰机器人。

背景技术

随着我国经济的高速发展，超高压大容量输电线路越建越多，线路走廊穿越的地理环境更加复杂，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭，给线路维护带来很多困难。我国现有500Vk超高压输电线路约计27万公里，为保证其安全可靠的运行，定期检测与维护十分必要。

在严冬及初春季节，我国云贵高原、川陕一带及两湖地区，常出现雾凇和雨凇现象，造成架空输电线路覆冰，使线路舞动、闪络、烧伤，甚至断线倒杆，使电网结构遭到破坏，安全运行受到严重威胁。2003～2005年发生的覆冰就已威胁到电网的稳定运行及可靠供电，2008年又遭受了近50多年来最严重的覆冰灾害，受灾范围有湖北、四川、贵州、广西、安徽、江西、湖南和浙江等省份，直接经济损失数百亿元，因电网瓦解造成的损失更是不可估量。在紧急情况下寻线员用带电操作杆或其它类似的绝缘棒只能为很少的一部分覆冰线路除冰，人工除冰有很高的危险性。因此，对覆冰及防覆冰技术的研究，对提高电力线路的安全运行具有积极意义和应用价值。

为了保证电力系统的可靠性，提高除冰的效率，减少损失，维护工人的安全，开发一种高压输电线路除冰机器人进行高压输电线路覆冰治理作业，已经成为目前国内外相关研究的热点。

现有的除冰装置存在难以解决的技术问题在于越障，即如何使装置跨越高压输电线上的防震锤，线夹，绝缘子等障碍物，并具有一定的爬坡能力。

ZL201010128239.9公开了一种“沿架空高压输电线路自动除冰的机器人” ，可以实现在高压输电线上除冰的任务，存在的问题是越障时存在重心偏移的问题，越障不够可靠。

ZL200910301757.3公开了一种“架空输电线除冰装置”，采用了伸缩臂配合夹紧装置的结构实现越障，存在的问题是，由于夹紧装置位于两端，结构冗余增加了重量，且有一端的高压输电线上冰雪还未清除，夹紧装置的夹紧动作困难，从而可能造成越障失败；采用单机座的结构，则本体长度为确保足够的行程，需要长度较长，增大了装置的体积；夹紧装置采用电磁夹紧方式，夹紧力存在不足，越障不可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种输电线路自动除冰机器人，可以实现在高压输电线上实现除冰和可靠越障。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种输电线路自动除冰机器人，第一行走箱和第二行走箱通过第二螺杆螺母机构连接，夹紧装置下端通过螺纹与第一螺杆螺母机构连接；

第一行走箱通过可使安装在其上的装置旋转一定角度的旋转装置与第一升降臂装置连接，第二行走箱通过可使安装在其上的装置旋转一定角度的旋转装置与第二升降臂装置连接；

第一升降臂装置和/或第二升降臂装置上设有除冰装置,第一升降臂装置和第二升降臂装置上设有用于驱动整个装置行走的行走装置；

第一升降臂装置和第二升降臂装置位于整个行走箱两端的位置，夹紧装置位于中间。

所述的夹紧装置中，立柱上端设有第一夹紧爪和第二夹紧爪，第一夹紧爪和第二夹紧爪之间通过夹紧螺杆连接，夹紧装置电机通过夹紧装置齿轮组与夹紧螺杆连接。

所述的夹紧装置中，立柱下端设有与第一螺杆螺母机构中的螺杆配合的螺纹孔，以驱动夹紧装置沿第一螺杆螺母机构的螺杆运行。

所述的夹紧装置与第一行走箱之间还通过导轨机构滑动连接。

所述的第一升降臂装置和第二升降臂装置中，上箱和下箱之间通过升降丝杆螺母机构连接。

所述的行走装置和除冰装置安装在上箱上。

所述的上箱上设有上箱销，所述的下箱上设有下箱销，下箱销穿过上箱滑槽与辅助压杆的中部铰接，上箱销与压杆滑槽滑动配合。

所述的旋转装置中，旋转装置电机通过旋转装置齿轮组与旋转轴连接。

所述的行走装置中行走电机与行走轮连接。

所述的除冰装置中，除冰电机与除冰刀连接，除冰刀后侧设有成楔形的刮冰板和防止铣刀损坏导线的导轮。

本发明所提供的一种输电线路自动除冰机器人，可以可靠的实现高压输电线上的除冰，且碰到障碍物，例如防震锤、线夹、绝缘子等后可以方便可靠的越障，也便于实现远程控制。本发明的各种机构及其结合的具体有益效果，在下面进一步描述。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明的俯视图。

图4为本发明中旋转机构的立体图。

图5为本发明中行走箱的俯视图。

图6为本发明中行走箱的立体图。

图7为本发明中行走机构的立体图。

图8为本发明中升降臂装置的立体图。

图9为本发明中升降臂装置的下箱的立体图。

图10为本发明中升降臂装置的上箱的立体图。

图11为本发明中夹紧装置的立体图。

图12为本发明中除冰装置的立体图。

具体实施方式

如图1—3中，一种输电线路自动除冰机器人，第一行走箱71和第二行走箱72通过第二螺杆螺母机构74连接，第二螺杆螺母机构74中的螺杆安装在第一行走箱71上，在第二螺杆螺母机构74上方还设有第一螺杆螺母机构73，夹紧装置3下端通过螺纹与第一螺杆螺母机构73连接；在本例中为降低摩擦力，部分螺杆螺母机构采用了滚珠丝杆螺母机构。

第一行走箱71通过可使安装在其上的装置旋转一定角度的旋转装置1与第一升降臂装置2连接，第二行走箱72通过可使安装在其上的装置旋转一定角度的旋转装置1'与第二升降臂装置2'连接；

第一升降臂装置2和/或第二升降臂装置2'上设有除冰装置5,第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'上设有用于驱动整个装置行走的行走装置4；

第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'位于整个行走箱7两端的位置，夹紧装置3位于中间。

所述的夹紧装置3中，立柱31上端设有第一夹紧爪34和第二夹紧爪36，第一夹紧爪34和第二夹紧爪36之间通过夹紧螺杆35连接，夹紧装置电机32通过夹紧装置齿轮组33与夹紧螺杆35连接。第一夹紧爪34和第二夹紧爪36的设置有两种方案，之一是第一夹紧爪34为固定，而第二夹紧爪36为活动。另一种方案是第一夹紧爪34和第二夹紧爪36都通过滑槽与立柱31上端配合，即第一夹紧爪34和第二夹紧爪36都只能沿立柱31上端面相向运行，而连接它们的夹紧螺杆35采用双头双螺纹丝杠，即夹紧螺杆35两端的螺纹旋向相反，这样当夹紧螺杆35单向旋转时，第一夹紧爪34和第二夹紧爪36为相向或相背离运动。

如图11中，所述的夹紧装置3中，立柱31下端设有与第一螺杆螺母机构73中的螺杆配合的螺纹孔。通过该结构，第一行走箱71、第二行走箱72和夹紧装置3之间都可以形成沿直线的相对运动，特别是在当第一螺杆螺母机构73的电机旋转时，可以驱动夹紧装置3沿第一螺杆螺母机构73的螺杆运行，这样增加了整体装置的越障能力，在某些特别打滑的场合，可以采用夹紧装置3辅助行走，例如夹紧装置3夹紧高压输电线后，第一螺杆螺母机构73的电机旋转，行走箱7整体向前，到位后松开夹紧装置3，第一螺杆螺母机构73的电机反向旋转，将夹紧装置3运行到另一端，依此循环，从而克服高压输电线上一些特别打滑的位置。第一夹紧爪34和第二夹紧爪36的内侧都设有避免打滑的柔性材料，例如橡胶。

所述的夹紧装置3与第一行走箱71之间还通过导轨机构76滑动连接。第一行走箱71与第二行走箱72之间也通过导轨机构滑动连接。

如图1、图2、图8—图10中，所述的第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'中，上箱21和下箱22之间通过升降丝杆螺母机构23连接。通过升降电机24的旋转带动丝杠旋转，从而带动与升降丝杆螺母机构23中的螺母连接的上箱21实现升降动作，为确保升降运动的平滑可靠，优选的在上箱21和下箱22之间设置导轨滑块机构。

所述的行走装置4和除冰装置5安装在上箱21上。

如图2中，所述的上箱21上设有上箱销29，所述的下箱22上设有下箱销26，下箱销26穿过上箱滑槽27与辅助压杆25的中部铰接，上箱销29与压杆滑槽28滑动配合。采用该结构，在上箱21下降时，辅助压杆25会向行走轮41的方向旋转，直到辅助压杆25接触到高压输电线，并对其施压一定的压力，使高压输电线与行走轮41之间的摩擦可靠，避免了打滑，辅助压杆25的作用还在于可以在一个升降臂抬升越障时，防止机器人另一升降臂行走轮向上抬高离开导线。在行走轮41的轮槽内都设置有增加摩擦力的橡胶材料。在辅助压杆25与高压输电线接触的位置设有较少摩擦的尼龙材质，即可以避免损伤高压输电线，也减少了辅助压杆25对高压输电线的摩擦力。优化的方案是在辅助压杆25与高压输电线接触的位置设置滚轮。

如图4中，所述的旋转装置1中，旋转装置电机12通过旋转装置齿轮组13与旋转轴11连接。旋转装置电机12根据控制信号驱动旋转轴11旋转一定角度，从而带动安装在其上的第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'旋转一定角度，从而使第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'上的行走装置4和除冰装置5离开高压输电线的上方，在本例中是旋转180°，从而使行走装置4和除冰装置5与障碍物之间不形成干涉。

如图7中，所述的行走装置4中行走电机42通过减速机构与行走轮41连接。行走电机42旋转带动行走轮41旋转，从而实现在高压输电线上行走。在此处减速机构都是置于电机内部的。

如图12中，所述的除冰装置5中，除冰电机51与除冰刀52连接，除冰刀52后侧设有成楔形的刮冰板53和起限位作用防止铣刀损坏导线的导轮6。也有采用“U”形的刮冰板，在除冰刀52将冰层破开后，由“U”形的刮冰板将两侧的冰刮掉，但是存在的问题是较为费力，容易使行走轮41出现打滑。本例中根据冰层较脆的特性采用了优化的除冰方式，首先由除冰刀52在冰层的上方开一条槽沟，然后由俯视成楔形的刮冰板53进入到槽沟内，以楔形的刮冰板53将冰层撑裂，从而以较小的力破开冰层。

设置的导轮6具有防止除冰装置5的除冰刀52损伤高压输电线的作用，这是因为在高压输电线承重后，可能弯曲幅度较大，这也是为什么本发明需要尽量的缩短自身长度的原因，较大的弯曲幅度可能导致除冰刀52损伤高压输电线，为避免这种情况出现，在行走装置4和除冰装置5之间，靠近除冰刀52的位置设置了导轮6，该导轮6的下缘略低于除冰刀52的下端，从而使除冰刀52的下端与高压输电线始终保持一定的距离，避免损伤高压输电线。

本发明的除冰过程

当机器人在没有遇到防震锤、绝缘子等障碍物时，不需要启动越障功能，直接除冰即可。具体除冰过程如下：

初始状态：第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'处于伸长状态；夹紧装置3的第一夹紧爪34和第二夹紧爪36之间处于张开状态；

本例中以第一螺杆螺母机构73的驱动电机所在的位置为后方，第一升降臂装置2安装在第一行走箱71上。

启动第二升降臂装置2'上的除冰电机51，除冰刀52快速旋转开始除冰，启动第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'上行走电机42，行走轮41旋转，前进过程中，除冰刀52切割覆冰，使冰块脆裂一条裂缝，楔形的刮冰板53沿裂缝使冰层裂开，从而除掉覆冰。

有障碍物下的越障过程

当本发明在前进过程中遇到防震锤、绝缘子等障碍物时，需要启动越障功能。具体越障过程如下：

初始状态：第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'处于伸长状态；夹紧装置3的第一夹紧爪34和第二夹紧爪36之间处于张开状态；此时前行至第二升降臂装置2'距离障碍物约10mm，第一螺杆螺母机构73的夹紧装置位移电机77旋转，夹紧装置3向第二升降臂装置2'的方向运行，直至靠近第二升降臂装置2'，第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'收缩至夹紧装置能够夹到导线时停止，夹紧装置3的夹紧装置电机32运行，第一夹紧爪34和第二夹紧爪36夹紧高压输电线。

第二升降臂装置2'的升降电机24运行，升降丝杆螺母机构23带动上箱21升起，上箱21上的行走装置4和除冰装置5均随之升起离开高压输电线，同时辅助压杆25也松开。

第二升降臂装置2'下方的旋转装置1中的旋转装置电机12运行，旋转轴11旋转，带动第二升降臂装置2'整体旋转180°，离开高压输电线上方。

第二螺杆螺母机构74的行走箱电机75运行，驱动第二行走箱72向前伸出绕过障碍物，第二升降臂装置2'下方的旋转装置1中的旋转装置电机12运行，旋转轴11旋转，带动第二升降臂装置2'整体旋转180°回到高压输电线上方。

第二升降臂装置2'的升降电机24反向运行，升降丝杆螺母机构23带动上箱21下降，上箱21上的行走装置4和除冰装置5均随之落在高压输电线上，同时辅助压杆25也压紧高压输电线。

夹紧装置3的夹紧装置电机32反向运行，第一夹紧爪34和第二夹紧爪36松开高压输电线。

第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'的升降电机24同时运行，使第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'的上箱21同时升起，即夹紧装置3随之下落，避免第一夹紧爪34和第二夹紧爪36对越障形成干涉。

第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'上的行走装置4同时运行，行走箱7整体前进，直至第一升降臂装置2距离障碍物约10mm。此时夹紧装置3已经越过障碍物。

第一螺杆螺母机构73的夹紧装置位移电机77运行，驱动夹紧装置3向靠近第二升降臂装置2'的方向移动。前一次靠近第二升降臂装置2'时由于第二升降臂装置2'还没有伸出，现在第二升降臂装置2'伸出后，原来的第二升降臂装置2'的空间就空了出来，所以夹紧装置3可以继续靠近。

第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'的升降电机24同时运行，使第一升降臂装置2和第二升降臂装置2'的上箱21同时下降，即夹紧装置3随之上升。

夹紧装置3的夹紧装置电机32运行，第一夹紧爪34和第二夹紧爪36相向运动，直至夹紧装置3夹紧高压输电线。

第一升降臂装置2的上箱21升起，旋转180°，使第一升降臂装置2上的行走装置4和除冰装置5离开高压输电线上方。

第二螺杆螺母机构74的行走箱电机75和第一螺杆螺母机构73的驱动电机同时旋转，第一行走箱71向第二行走箱72的方向运行，直至第一行走箱71上的第一升降臂装置2越过障碍，第一升降臂装置2下方的旋转装置1旋转180°，带动第一升降臂装置2回到高压输电线上方。

第一升降臂装置2的升降电机24反向运行，升降丝杆螺母机构23带动上箱21下降，上箱21上的行走装置4和除冰装置5均随之落在高压输电线上，同时辅助压杆25也压紧高压输电线。

通过上述步骤实现本发明的整体越障。在实际工作过程中，本发明通过除冰动作和越障动作的配合完成高压输电线的除冰任务。

经实践测试，本发明可以清除高压输电线上的覆冰，越障能力可靠，对外界恶劣环境的耐受能力更强，可实现自行越障而不需人工将其从障碍物的一侧搬运到另一侧，安全可靠，极大地降低了劳动强度，可不受外界环境限制地在高压输电线上工作，应用范围广，工作效率高。

Claims (8)

1.一种输电线路自动除冰机器人，其特征在于：第一行走箱（71）和第二行走箱（72）通过第二螺杆螺母机构（74）连接，夹紧装置（3）下端通过螺纹与第一螺杆螺母机构（73）连接；

所述的夹紧装置（3）中，立柱（31）上端设有第一夹紧爪（34）和第二夹紧爪（36），第一夹紧爪（34）和第二夹紧爪（36）之间通过夹紧螺杆（35）连接，夹紧装置电机（32）通过夹紧装置齿轮组（33）与夹紧螺杆（35）连接；

所述的夹紧装置（3）中，立柱（31）下端设有与第一螺杆螺母机构（73）中的螺杆配合的螺纹孔，以驱动夹紧装置（3）沿第一螺杆螺母机构（73）的螺杆运行；

第一行走箱（71）通过可使安装在其上的装置旋转一定角度的旋转装置（1）与第一升降臂装置（2）连接，第二行走箱（72）通过可使安装在其上的装置旋转一定角度的旋转装置（1'）与第二升降臂装置（2'）连接；第一升降臂装置（2）和/或第二升降臂装置（2'）上设有除冰装置（5）,第一升降臂装置（2）和第二升降臂装置（2'）上设有用于驱动整个装置行走的行走装置（4）；

第一升降臂装置（2）和第二升降臂装置（2'）位于整个行走箱（7）两端的位置，夹紧装置（3）位于中间。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路自动除冰机器人，其特征在于：所述的夹紧装置（3）与第一行走箱（71）之间还通过导轨机构（76）滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路自动除冰机器人，其特征在于：所述的第一升降臂装置（2）和第二升降臂装置（2'）中，上箱（21）和下箱（22）之间通过升降丝杆螺母机构（23）连接。

4.根据权利要求3所述的一种输电线路自动除冰机器人，其特征在于：所述的行走装置（4）和除冰装置（5）安装在上箱（21）上。

5.根据权利要求3所述的一种输电线路自动除冰机器人，其特征在于：所述的上箱（21）上设有上箱销（29），所述的下箱（22）上设有下箱销（26），下箱销（26）穿过上箱滑槽（27）与辅助压杆（25）的中部铰接，上箱销（29）与压杆滑槽（28）滑动配合。

6.根据权利要求1所述的一种输电线路自动除冰机器人，其特征在于：所述的旋转装置（1）中，旋转装置电机（12）通过旋转装置齿轮组（13）与旋转轴（11）连接。

7.根据权利要求1所述的一种输电线路自动除冰机器人，其特征在于：所述的行走装置（4）中行走电机（42）与行走轮（41）连接。

8.根据权利要求1所述的一种输电线路自动除冰机器人，其特征在于：所述的除冰装置（5）中，除冰电机（51）与除冰刀（52）连接，除冰刀（52）后侧设有成楔形的刮冰板（53）和防止铣刀损坏导线的导轮（6）。

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