CN102709834A - 输电线路线缆除冰机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供输电线路线缆除冰机器人，包括主体越障装置、除冰小车、伸缩臂，除冰小车和伸缩臂均有两个，两个伸缩臂分别安装在主体越障装置的两端，两个除冰小车分别安装在两个伸缩臂上。本发明采用主体越障装置和两伸缩臂以及伸缩臂上除冰小车相互配合实现3根线缆同时除冰，可应用于35kV、66kV、110kV等高压线路上3跟线缆水平布置的线路上进行自动除冰作业，实现了一个机器人一次可以同时对3根线缆进行除冰，不仅可以跨越线缆上的障碍，而且可以越过杆塔，实现多档线路上的连续作业，避免了线路工人每到一个杆塔就需要反复登杆/塔安装和卸载机器人。

Description

输电线路线缆除冰机器人

技术领域

本发明涉及的是一种机器人，具体地说是用于除冰的机器人。

背景技术

由于输电线路上的覆冰和积雪，常引起线路跳闸、断线、倒杆、绝缘子闪络和通信中断等事故。近几年我国因输电线路覆冰引发大量的安全事故，给国家带来巨大的经济损失。

目前的除冰方式主要分为热力除冰方式和机械除冰方式。具体特点分别为：①热力除冰主要利用导线自身发热或者附加热源，使其在导线上的冰雪无法积覆，或是使其已经积覆的冰雪融化，然而此方式消耗大量的能量，操作复杂；②机械除冰方式多采用电力工作人员现场利用棍棒敲打方式除冰，此方式不能保证工作人员的安全而且效率低下，甚至在一些复杂环境下无法进行作业。

利用自动除冰机器人成本低，操作简单，提高效率，保障员工安全。但目前的输电线除冰机器人一次只能对一根高压输电线路进行除冰和巡检，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供可以在三根高压水平线缆上同时进行除冰作业的输电线路线缆除冰机器人。

本发明的目的是这样实现的：

本发明输电线路线缆除冰机器人，其特征是：包括主体越障装置、除冰小车、伸缩臂，除冰小车和伸缩臂均有两个，两个伸缩臂分别安装在主体越障装置的两端，两个除冰小车分别安装在两个伸缩臂上；所述的主体越障装置包括除冰机构、驱动机构、夹紧机构、支撑机构、越障机构，驱动机构包括驱动电机和电机座，除冰机构和夹紧机构与电机座固定，支撑机构的上端连接电机座，支撑机构固定在越障机构上；所述的除冰机构、驱动机构、夹紧机构、支撑机构有两组且对称相向布置；所述的越障机构包括电机、小齿轮、大齿轮、左齿轮、右齿轮、转向齿轮、左端齿条、右端齿条、传动轴、左导轨、右导轨、左伸缩臂、右伸缩臂，电机连接小齿轮，小齿轮连接大齿轮，大齿轮、左齿轮、右齿轮均安装在传动轴上，右齿轮与转向齿轮啮合，左伸缩臂与左导轨和左端齿条相连，右伸缩臂与右导轨和右端齿条相连，左齿轮与左端齿条啮合带动左伸缩臂移动，转向齿轮与右端齿条啮合带动右伸缩臂移动。

本发明还可以包括：

1、所述的越障机构还包括控制箱体、旋转电机、旋转蜗杆、旋转涡轮、转动传动轴、右导轨架、旋转支架，右导轨架安装在右导轨外面，旋转电机、旋转支架安装在控制箱体里，旋转电机、旋转蜗杆、旋转涡轮依次相连，旋转涡轮与右导轨架固连，右导轨架与旋转支架通过轴承相连；所述的两个支撑机构分别安装在越障机构的左伸缩臂上和右伸缩臂上；所述的支撑机构包括上支撑臂、下支撑臂、支撑臂摆动电机、小锥齿轮、大锥齿轮、转动轴，上支撑臂和下支撑臂通过深沟球轴承相连，支撑臂摆动电机连接小锥齿轮，小锥齿轮与大锥齿轮啮合，转动轴与大锥齿轮周向联接，转动轴穿过下支撑臂固定在上支撑臂里并带动上支撑臂摆动；所述的上支撑臂上安装定位销，下支撑臂上设置限位沟槽，定位销沿限位沟槽移动。

2、所述的夹紧机构包括夹紧机构电机、夹紧机构小齿轮、夹紧机构大齿轮、轴、转动蜗轮、转动蜗杆、线缆夹紧手、夹手小臂，转动蜗杆安装在轴上，转动蜗轮连接转动蜗杆，线缆夹紧手连接转动蜗杆，所述的线缆夹紧手、转动蜗轮、转动蜗杆有两组，两个线缆夹紧手配合完成夹持、松开动作，夹紧机构大齿轮安装在轴上并与夹紧机构小齿轮啮合，夹紧机构小齿轮连接夹紧机构电机，夹手小臂安装在转动蜗轮和线缆夹紧手之间；所述的除冰机构包括敲打头、底座、转轴，所述的敲打头有四个、均匀的安装在底座上，转轴与驱动机构相连、并与底座固定。

3、所述的伸缩臂包括第一节臂、第二节臂、第三节臂、摩擦轮、摩擦驱动电机、防滑电机、防滑棘爪、加持电机、卡爪，第一节臂套在第二节臂外，第二节臂套在第三节臂外，第一节臂和第二节臂之间可滑动，第二节臂和第三节臂之间可滑动，第一节臂外设置有导轨，摩擦轮与第三节臂内壁相连接，摩擦驱动电机连接并驱动摩擦轮使摩擦轮驱动三个节臂滑动，加持电机连接并控制两个卡爪的张合，防滑电机连接防滑棘爪并驱动防滑棘爪控制三个节臂的滑动。

4、包括臂上行走轮、臂上行走电机、除冰棒、除冰转盘、除冰电机、线上行走电机、线上行走轮、翻转电机、翻转蜗杆，臂上行走轮安装在伸缩臂上沿伸缩臂上的导轨移动，臂上行走电机连接并驱动臂上行走轮，除冰棒安装在除冰转盘上，除冰电机通过除冰转盘驱动除冰棒，线上行走电机连接并驱动线上行走轮，翻转电机连接翻转蜗杆从而使线上行走轮实现跨线。

本发明的优势在于：

1、本发明显著的提高了除冰机器人的工作效率：采用主体越障装置和两伸缩臂以及伸缩臂上除冰小车相互配合实现3根线缆同时除冰，可应用于35kV、66kV、110kV等高压线路上3跟线缆水平布置的线路上进行自动除冰作业，实现了一个机器人一次可以同时对3根线缆进行除冰。

2、本发明自动化程度高：机器人不仅可以跨越线缆上的障碍，而且可以越过杆塔，实现多档线路上的连续作业，避免了线路工人每到一个杆塔就需要反复登杆/塔安装和卸载机器人。

3、本发明设计结构独特：主体越障装置中支撑机构中的上支撑臂在电机的控制下可以相对下支撑臂左右摆动，使得两驱动机构脱离或者回落到线缆上；越障机构中电机通过齿轮齿条传动控制左右两伸出臂的前后相对移动，使得驱动机构越过杆塔；越障结构中左伸出臂可以相对右伸出臂上下俯仰，使得机器人可以行走在杆塔上具有一定角度的两根线缆上。

4、独特的伸缩臂设计，采用摩擦原理实现伸缩臂的伸缩，可以省去复杂而且沉重的液压系统，使整个装置变得紧凑、轻巧，为高空协调作业的实现提供了可能，同时也极大的提高了工作的效率，省去了由于机器人在高压线之间转换带来的麻烦。

5、本发明中用于在两侧线缆除冰的除冰小车，能够在伸缩臂上移动，当到达伸缩臂末端时可以翻越到线缆上，拖动伸缩臂末端，实现同时在三个线上移动并除冰作业。在线上行走时，由于动力源的对称布置可以使机器人平稳运行。

附图说明

图1为本发明轴测图；

图2为主体越障装置主视图；

图3为伸缩臂主视图；

图4为除冰小车机构轴测图1；

图5为除冰小车机构俯视图；

图6为除冰小车机构轴测图2；

图7主体越障装置的除冰机构图；

图8主体越障装置的驱动机构图；

图9主体越障装置的夹紧机构图；

图10主体越障装置的支撑机构图；

图11主体越障装置的越障控制机构图B；

图12主体越障装置的越障控制机构图A。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～12，所述的高压线多线缆同时除冰机器人主要由主体越障装置Ⅰ、伸缩臂Ⅱ、除冰小车Ⅲ组成。

其特征是：首先，左右伸缩臂展开并钩挂在两侧线缆上，然后除冰小车分别移动到伸缩臂末端并翻越到两侧线缆上，主体和小车同时除冰实现三根线缆同时除冰；其次，当遇到障碍时两伸缩臂及小车收回，主体越障装置通过其上的两伸出臂前后相对移动、上下转动、支撑臂左右摆动的方式，实现整个机器人跨越障碍和跨越杆塔动作；最后，越障后两伸缩臂再次展开，小车上线，继续除冰。

所述的主体越障装置Ⅰ具有跨越障碍越过杆塔同时除冰的功能。它由除冰机构1、驱动机构2、夹紧机构3、支撑机构4、越障机构5、伸缩臂支撑架6组成。除冰机构1、驱动机构2、夹紧机构3通过驱动机构2上的电机座固定在一起，除冰机构1在前用来除掉前方的履冰，加紧机构3在后，当机器人越障时抓紧线缆。驱动机构2上的电机座下方与支撑机构4的上端固定连接，两个支撑机构4分别固定在越障控制机构5的两个伸出臂上，用来支撑伸缩臂的伸缩臂支撑架6固定在越障控制机构的下方。

所述的伸缩臂Ⅱ，采用摩擦原理实现伸缩功能。它由第一节臂、第二节臂、第三节臂、支撑板、防滑棘爪、防滑电机、支撑板用弹簧、摩擦驱动电机、摩擦轮用弹簧、加持电机、上卡爪、下卡爪、轮子等组成。其中，第一节臂套在第二节臂的内壁上且可以自由滑动，第二节臂套在第三节臂的内壁上且也可以自由滑动。节臂与节臂之间的滑动是由固定在支撑板上的电机驱动摩擦轮再由摩擦轮和节臂内壁的摩擦力驱动的。为了保证摩擦轮和各节臂的内壁之间存在一定的正压力，特别地在支撑板和内壁之间增加了拉力弹簧。而防滑棘爪的设计则是为了保证各节臂在伸出的动作中依次有序的进行。当伸缩臂到达指定位置时为了使伸缩臂和高压线进行固定使用了带有上下卡爪的夹紧机构。

所述的除冰小车Ⅲ，它由臂上行走机构、线缆行走机构、翻转机构、除冰机构、平衡从动轮机构组成。具体由：臂上行走电机、臂上行走轮、臂上传动机构、线上行走电机、线上行走轮、线上行走传动机构，翻转电机、翻转齿轮、除冰电机、除冰盘、除冰棒等组成。臂上行走机构可以使除冰小车沿伸缩臂来回的行走；翻转机构的作用主要是使小车的线缆行走机构实现跨线；线缆行走机构可以为小车在线上行走提供动力源，这样就可以同主机器人一起带动伸缩臂协调运动；除冰机构就是通过高速旋转的除冰棒敲击高压线来实现除冰的目的。平衡从动轮可以保证小车在臂上行走的时候夹紧伸缩臂不至于在有意外舞动时导致小车掉落。

如图2所示，主体越障装置由2个除冰机构1、2个驱动机构2、2个夹紧机构3、2个支撑机构4、1个越障机构5、2个伸缩臂支撑架6等组成。2个伸缩臂支撑架在越障机构的左右两端固定连接，用来支撑两个伸缩臂。越障机构中的两个前后伸出臂上分别与两个具有侧摆功能的支撑机构固定联结，同时支撑机构上端固定连接着驱动机构的电机座，此电机座前端固定除冰机构后端固定加紧机构。

由图3所示，此设计的实施例中的多线缆同时除冰机器人伸缩臂机构Ⅱ主要由：第一节臂Ⅱ-1、第二节臂Ⅱ-2、第三节臂Ⅱ-3、支撑板Ⅱ-4、防滑棘爪Ⅱ-5、防滑电机Ⅱ-6、支撑板用弹簧Ⅱ-7、摩擦驱动电机Ⅱ-8、摩擦轮用弹簧Ⅱ-9、加持电机Ⅱ-10、上卡爪Ⅱ-11、下卡爪Ⅱ-12、摩擦轮Ⅱ-13等构成。其中第一节臂上同主体支架连接的部分使用了六棱柱和六棱盘以及螺钉的固定方式来连接这样解决了由于材料焊接性能差和臂太薄不易焊接的问题。三个摩擦轮对称布置可以保证摩擦驱动时受力均匀。

由图4、5、6所示，此设计的实施例中的多线缆同时除冰机器人除冰小车Ⅲ主要由：臂上行走机构、除冰机构、翻转机构、线缆行走机构、平衡从动轮机构组成。具体包括：臂上行走轮Ⅲ-1、臂上行走轮用传动齿轮Ⅲ-2、臂上行走电机Ⅲ-3、回收绞轮用传动齿轮Ⅲ-4、回收绞轮Ⅲ-5、连接板Ⅲ-6、除冰棒Ⅲ-7、除冰转盘Ⅲ-8、除冰支架Ⅲ-9、除冰电机Ⅲ-10、翻转电机Ⅲ-11、翻转蜗杆Ⅲ-12、翻转支架Ⅲ-13、线上行走电机Ⅲ-14、线上行走轮Ⅲ-15、线上行走传动齿轮Ⅲ-16、平衡轮调整筒Ⅲ-17、平衡轮支架Ⅲ-18、平衡轮Ⅲ-19等组成。

由图7所示，此设计的实施例中的除冰机构1通过旋转敲打的方式清除输电线上的履冰，其由旋转盘1-1、紧定螺钉1-2、六角螺栓1-3、圆柱销1-4、除冰电机1-5、敲打头1-6等组成。旋转盘上均匀安装4个敲打头，电机固定在驱动机构中的电机座上。

由图8所示，此设计的实施例中的驱动机构2由制动垫片2-1、制动圆螺母2-2、转动轴2-3、转动轴上的平键2-4、转轮2-5、深沟球轴承2-6、电机轴上的平键2-7、轴承座2-8、轴用弹性挡圈2-9、电机座2-10、连接螺栓2-11、电机减速器2-12、驱动电机2-13组成。电机带动转轮旋转从而驱动整个装置。

由图9所示，此设计的实施例中的夹紧机构3具有夹紧线缆和制动作用，其由线缆夹紧手3-1、夹手小臂3-2、橡胶垫3-3、转动涡轮3-4、轴承端盖3-5、深沟球轴承3-6、蜗杆3-7、夹紧机构外壳3-8、夹紧机构电机3-9、电机减速器3-10、电机座3-11、电机输出轴固定销3-12、小齿轮3-13、电机输出转动轴3-14、大齿轮3-15、轴套3-16等组成。

由图10所示，此设计的实施例中的支撑机构4由上支撑臂4-1、深沟球轴承4-2、用来限位的沟槽4-3、大锥齿轮4-4、转动轴4-5、电机输出转动轴4-6、小锥齿轮4-7、输出轴固定销4-8、电机减速器4-9、电机座4-10、支撑臂摆动电机4-11、下支撑臂4-12等构成。

由图11和图12所示，此设计的实施例中的越障控制机构5由越障控制电机5-1、电机减速器5-2、越障控制电机座5-3、轴承座5-4、深沟球轴承5-5、越障控制电机旋转轴5-6、电机输出小齿轮5-7、控制箱体5-8、轴承端盖5-9、大齿轮5-10、左齿轮5-11、传动轴5-12、左端齿条5-13、左伸出臂5-14、左导轨5-15、左导轨架5-16、右伸出臂5-17、右导轨5-18、右导轨架5-19、右齿条5-20、右齿轮5-21、转向齿轮5-22、轴套5-23、右端盖5-24、深沟球轴承5-25、转动传动轴5-26、深沟球轴承5-27、旋转支架5-28、旋转涡轮5-29、传动齿轮5-30、旋转蜗杆5-31、轴承座5-32、传动齿轮5-33、旋转电机5-34等组成。

所述的输电线路多线缆同时除冰机器人的除冰过程具体实例如下。其主要动作有：伸缩臂展开动作、小车移动到两侧线缆上动作、3根线缆同时除冰动作、小车和伸缩臂收回动作、主体越障装置越障动作，具体如下：

1、两伸缩臂展开  摩擦驱动电机带动3个摩擦轮滚动，利用摩擦原理使各节臂由里到外依次伸出，在第一节臂伸出时防滑棘爪压紧在第二节臂上，保证每次只有一节臂在动作。当伸缩臂末端的卡爪到达两侧线缆时，臂端夹持电机控制上下两个卡爪夹住线缆。在整个伸缩臂伸出的过程中，小车通过向伸缩的反方向移动来调整伸缩臂的平衡。

2、小车移动到线上  除冰小车的臂上行走电机带动臂上行走轮转动，使小车沿着伸缩臂移动到臂的末端，此时，翻转电机使线缆行走轮翻起来，小车继续先前移动到指定位置时，翻转电机反转使线缆行走轮正好扣在线缆上，实现小车上线动作。

3、三根线缆同时除冰  主体越障装置和两小车上的驱动装置带动整个机器人沿着三根线缆同步向前行走，同时，主体装置和两小车上的除冰机构工作，将三根线缆上的冰同时除掉。

4、小车和伸缩臂收回  当线缆上有障碍物需要越过时或者在一档线路上除冰完成需要跨越杆塔继续除冰时，需要除冰小车和伸缩臂收回。时此，两小车上地除冰机构停止工作，并重复动作1和动作2的逆动作，小车和伸缩臂收回。

5、主体越障装置越障  小车和伸缩臂收回之后，由主体越障装置实现正机器人的越障跨杆功能。首先，支撑机构中的上支撑臂在电机的控制下可以相对下支撑臂左右摆动，使得前驱动结构脱离或者回落到线缆上，实现躲避线缆上障碍的功能。其次，越障控制机构中电机通过齿轮齿条传动控制左右两伸出臂的前后相对移动，实现整个装置的越障动作。最后，越障结构中左伸出臂可以相对右伸出臂上下俯仰，结合躲避障碍动作和越障动作可以跨越杆塔，从而实现越障、跨越杆塔连续除冰作业。

Claims (5)

1.输电线路线缆除冰机器人，其特征是：包括主体越障装置、除冰小车、伸缩臂，除冰小车和伸缩臂均有两个，两个伸缩臂分别安装在主体越障装置的两端，两个除冰小车分别安装在两个伸缩臂上；所述的主体越障装置包括除冰机构、驱动机构、夹紧机构、支撑机构、越障机构，驱动机构包括驱动电机和电机座，除冰机构和夹紧机构与电机座固定，支撑机构的上端连接电机座，支撑机构固定在越障机构上；所述的除冰机构、驱动机构、夹紧机构、支撑机构有两组且对称相向布置；所述的越障机构包括电机、小齿轮、大齿轮、左齿轮、右齿轮、转向齿轮、左端齿条、右端齿条、传动轴、左导轨、右导轨、左伸缩臂、右伸缩臂，电机连接小齿轮，小齿轮连接大齿轮，大齿轮、左齿轮、右齿轮均安装在传动轴上，右齿轮与转向齿轮啮合，左伸缩臂与左导轨和左端齿条相连，右伸缩臂与右导轨和右端齿条相连，左齿轮与左端齿条啮合带动左伸缩臂移动，转向齿轮与右端齿条啮合带动右伸缩臂移动。

2.根据权利要求1所述的输电线路线缆除冰机器人，其特征是：所述的越障机构还包括控制箱体、旋转电机、旋转蜗杆、旋转涡轮、转动传动轴、右导轨架、旋转支架，右导轨架安装在右导轨外面，旋转电机、旋转支架安装在控制箱体里，旋转电机、旋转蜗杆、旋转涡轮依次相连，旋转涡轮与右导轨架固连，右导轨架与旋转支架通过轴承相连；所述的两个支撑机构分别安装在越障机构的左伸缩臂上和右伸缩臂上；所述的支撑机构包括上支撑臂、下支撑臂、支撑臂摆动电机、小锥齿轮、大锥齿轮、转动轴，上支撑臂和下支撑臂通过深沟球轴承相连，支撑臂摆动电机连接小锥齿轮，小锥齿轮与大锥齿轮啮合，转动轴与大锥齿轮周向联接，转动轴穿过下支撑臂固定在上支撑臂里并带动上支撑臂摆动；所述的上支撑臂上安装定位销，下支撑臂上设置限位沟槽，定位销沿限位沟槽移动。

3.根据权利要求2所述的输电线路线缆除冰机器人，其特征是：所述的夹紧机构包括夹紧机构电机、夹紧机构小齿轮、夹紧机构大齿轮、轴、转动蜗轮、转动蜗杆、线缆夹紧手、夹手小臂，转动蜗杆安装在轴上，转动蜗轮连接转动蜗杆，线缆夹紧手连接转动蜗杆，所述的线缆夹紧手、转动蜗轮、转动蜗杆有两组，两个线缆夹紧手配合完成夹持、松开动作，夹紧机构大齿轮安装在轴上并与夹紧机构小齿轮啮合，夹紧机构小齿轮连接夹紧机构电机，夹手小臂安装在转动蜗轮和线缆夹紧手之间；所述的除冰机构包括敲打头、底座、转轴，所述的敲打头有四个、均匀的安装在底座上，转轴与驱动机构相连、并与底座固定。

4.根据权利要求3所述的输电线路线缆除冰机器人，其特征是：所述的伸缩臂包括第一节臂、第二节臂、第三节臂、摩擦轮、摩擦驱动电机、防滑电机、防滑棘爪、加持电机、卡爪，第一节臂套在第二节臂外，第二节臂套在第三节臂外，第一节臂和第二节臂之间可滑动，第二节臂和第三节臂之间可滑动，第一节臂外设置有导轨，摩擦轮与第三节臂内壁相连接，摩擦驱动电机连接并驱动摩擦轮使摩擦轮驱动三个节臂滑动，加持电机连接并控制两个卡爪的张合，防滑电机连接防滑棘爪并驱动防滑棘爪控制三个节臂的滑动。

5.根据权利要求4所述的输电线路线缆除冰机器人，其特征是：包括臂上行走轮、臂上行走电机、除冰棒、除冰转盘、除冰电机、线上行走电机、线上行走轮、翻转电机、翻转蜗杆，臂上行走轮安装在伸缩臂上沿伸缩臂上的导轨移动，臂上行走电机连接并驱动臂上行走轮，除冰棒安装在除冰转盘上，除冰电机通过除冰转盘驱动除冰棒，线上行走电机连接并驱动线上行走轮，翻转电机连接翻转蜗杆从而使线上行走轮实现跨线。

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