CN106025983B - 一种架空电线电缆除冰无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种架空电线电缆除冰无人机，包括无人机主体、冗余并联机构和除冰装置；所述的冗余并联机构位于无人机主体和除冰装置之间，且冗余并联机构上端与无人机主体相连接，冗余并联机构下端与除冰装置相连接。本发明可对架空电线电缆进行自动化除冰作业，且除冰效果明显、安全性高和稳定性强，解决了架空电线电缆低温环境下结冰后人工除冰困难的问题，保证了恶劣环境中电力输送的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电力维护技术领域，具体的说是一种架空电线电缆除冰无人机。
背景技术
近几年，随着信息化的发展，全国各地的架空电线电缆的铺设随处可见，通过电线电缆为人民群众进行输电以及传送信息，其对人们的日常生活起到了至关重要的作用，但是每年一到冬天时节，尤其是我国北方地区，由于室外环境温度低，而且雨雪天气偏多，造成了很多架空的电线电缆容易结冰，结冰后的架空电线电缆重量明显增重，使得各处架空电线电缆出现下陷或者断裂的现象，给输电造成了严重影响，给人们群众的生活带来了极大的不便，也给国家带来了极大的经济损失，目前我国对于架空电线电缆除冰作业多为人工使用攀爬器械爬上铁塔或者乘坐起升器械进行人工除冰，人工除冰不仅除冰速度慢，除冰效果不明显，占用了大量的人力，而且在人工除冰过程存在极大的安全隐患，容易造成触电或者坠落等安全事故。鉴于此，本发明提供了一种架空电线电缆除冰无人机。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种架空电线电缆除冰无人机。
本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。
一种架空电线电缆除冰无人机，包括无人机主体、冗余并联机构和除冰装置；所述的冗余并联机构位于无人机主体和除冰装置之间，且冗余并联机构上端与无人机主体相连接，冗余并联机构下端与除冰装置相连接。
进一步，所述的无人机主体包括机架、伺服电机、电机支座、螺旋桨和锁紧扣，且伺服电机、电机支座、螺旋桨和锁紧扣的数量均为二；所述的机架外侧沿其中心轴线均匀对称设置有支架，机架中部位置处均匀开设有减料孔，机架中心位置处下端开设有上安装螺纹孔，伺服电机通过电机支座固定在机架的支架前端，螺旋桨安装在伺服电机主轴上，且螺旋桨与伺服电机主轴之间通过锁紧扣进行锁紧固定；通过伺服电机的旋转带动螺旋桨的旋转，从而产生升力，进而为本发明空中作业提供了动力支持。
进一步，所述的冗余并联机构包括定平台、动平台、第一支链和第二支链；所述的定平台和动平台均为圆盘状结构，且动平台位于定平台正下方，定平台上端部分和动平台下端部分均分别设置有安装螺纹；所述的第一支链和第二支链的数量均为二，第一支链和第二支链均位于定平台和动平台之间，第一支链和第二支链的两端均分别与定平台和动平台相连接；所述的第一支链包括第一耳座、虎克铰、第一电动推杆、第一球铰链、第一连接柱和第一减震弹簧；所述的第一耳座固定在定平台下端面上，第一耳座与第一电动推杆上端之间采用虎克铰进行连接，第一电动推杆下端与第一球铰链相连接，第一球铰链通过第一连接柱固定在动平台的上端面上，第一减震弹簧绕套在第一电动推杆上；通过虎克铰可进行两个方向的转动，通过第一球铰链可进行三个方向的转动，通过第一电动推杆可进行上下移动，第一支链采用2-UPS并联机构的形式，且通过第一减震弹簧增加了第一支链运动时的平稳性，提高了本发明的运动性能；所述的第二支链包括第二耳座、转动销、第二电动推杆、第二球铰链、第二连接柱和第二减震弹簧；所述的第二耳座固定在定平台下端面上，第二耳座与第二电动推杆上端之间采用转动销进行连接，第二电动推杆下端与第二球铰链相连接，第二球铰链通过第二连接柱固定在动平台的上端面上，第二减震弹簧绕套在第二电动推杆上；通过转动销可进行一个方向的转动，通过第二球铰链可进行三个方向的转动，通过第二电动推杆可进行上下移动，第二支链采用2-RPS并联机构的形式，且通过第二减震弹簧增加了第二支链运动时的平稳性，提高了本发明的运动性能；所述的冗余并联机构通过定平台、动平台、第一支链和第二支链组成了四自由度对称并联机构，且其采用2-UPS-2-RPS的并联机构形式，其能实现沿X轴和Z轴移动以及绕X轴和绕Y轴的转动共四个自由度方向的运动，且四个自由度均独立，通过四个自由度也可以协调工作，使的动平台轨迹沿预定空间的曲线运动，运动平稳，运动灵活，在本发明中，通过冗余并联机构带动整个除冰装置在空间内可进行两平移两转动共四个自由度方向的运动，便于除冰装置在对架空电线电缆除冰作业时精准微尺寸和方位的调节，便于本发明在对电线电缆除冰时的移动作业和柔性作业，降低了本发明在除冰作业过程中对电线电缆本身造成的破损。
进一步，所述的除冰装置包括连接平台和除冰机构，且除冰机构数量为六，连接平台下端为方形板状结构，连接平台上端为圆柱状结构，且连接平台上端面上开设有与动平台下端安装螺纹部分相配合连接的下安装螺纹孔，通过螺纹连接的方式便于本发明的拆卸和安装，除冰机构位于连接平台下方，且除冰机构沿连接平台的横向中心轴线分别两两相向对称布置；所述的除冰机构包括调节导轨、调节导块、第一耳座、第一转轴、第一连杆、第二耳座、第二转轴、除冰卡爪、第三耳座、第三转轴、上支撑杆、拉簧、下支撑杆、第四耳座和第四转轴；所述的调节导轨左右两端分别设置有挡板，调节导块安装在调节导轨上，第一耳座固定在调节导块上，第一连杆上端通过第一转轴安装在第一耳座上，第一连杆下端通过第二转轴安装在第二耳座上，第二耳座固定在除冰卡爪右上端外侧面上，上支撑杆上端通过第三转轴安装在第三耳座上，拉簧位于上支撑杆和下支撑杆之间，且拉簧一端与上支撑杆下端相连接，拉簧另一端与下支撑杆上端相连接，下支撑杆下端通过第四转轴安装在第四耳座上，第四耳座固定在除冰卡爪右下端外侧面上；所述的除冰卡爪包括固定架、定位块、除冰爪和振动棒；所述的固定架呈半圆环形结构，且固定架内侧设置有安装腔，定位块数量为二，定位块分别固定在固定架上下两端，除冰爪和振动棒数量不少于十，除冰爪位于固定架内侧，且除冰爪沿固定架的中心轴线呈周向均匀布置，除冰爪后端开设有“Ω”型槽，且除冰爪后端安装在固定架内侧的安装腔内部，除冰爪前端为锥形状，除冰爪材质为不锈钢材料，振动棒安装在除冰爪后端的“Ω”型槽内；具体作业时，首先将两两相向安装的除冰机构调节成张开状态，然后启动伺服电机，通过伺服电机的旋转带动螺旋桨的旋转，从而带动本发明的飞行，当除冰装置接近待除冰电线电缆时，将除冰机构卡套在电线电缆外侧，然后启动调节导轨和调节导块，使得两两相向安装的除冰机构同步向内侧运动，当除冰爪接触到冰块表面时，启动振动棒，通过振动棒的振动带动除冰爪的振动，且除冰爪前端为锥形结构，更加有利于冰块的破除，且除冰机构采用振动破碎的方式对架空电线电缆上的冰块进行破碎，除冰效果好，且除冰机构位置可调，可适应于不同结冰厚度和不同粗细的架空电线电缆的除冰作业，同时通过定位块可防止除冰爪对电线电缆本身的外表面的损伤和破坏，使得除冰装置除冰作业时安全性高、除冰效果明显且作业稳定性强。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明可对架空电线电缆进行自动化除冰作业，且除冰效果明显、安全性高和稳定性强，解决了架空电线电缆低温环境下结冰后人工除冰困难的问题，保证了恶劣环境中电力输送的稳定性。
(2)本发明的冗余并联机构采用2-UPS-2-RPS的并联机构形式，其能实现沿X轴和Z轴移动以及绕X轴和绕Y轴的转动共四个自由度方向的运动，运动平稳且灵活，其可带动整个除冰装置在空间内可进行两平移两转动共四个自由度方向的运动，便于除冰装置在对架空电线电缆除冰作业时精准微尺寸和方位的调节，便于本发明在对电线电缆除冰时的移动作业和柔性作业，降低了本发明在除冰作业过程中对电线电缆本身造成的破损。
(3)本发明的除冰装置采用振动破碎的方式对架空电线电缆上的冰块进行破碎，除冰效果好，且除冰机构位置可调，可适应于不同结冰厚度和不同粗细的架空电线电缆的除冰作业，同时通过定位块可防止除冰爪对电线电缆本身的外表面的损伤和破坏，使得除冰装置除冰作业时安全性高、除冰效果明显且作业稳定性强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明冗余并联机构和除冰装置相配合时的立体结构示意图；
图3是本发明冗余并联机构的立体结构示意图；
图4是本发明除冰装置的立体结构示意图；
图5是本发明两个除冰机构配合时的立体结构示意图；
图6是本发明除冰机构的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1至图6所示，一种架空电线电缆除冰无人机，包括无人机主体1、冗余并联机构2和除冰装置3；所述的冗余并联机构2位于无人机主体1和除冰装置3之间，且冗余并联机构2上端与无人机主体1相连接，冗余并联机构2下端与除冰装置3相连接。
如图1所示，所述的无人机主体1包括机架11、伺服电机12、电机支座13、螺旋桨14和锁紧扣15，且伺服电机12、电机支座13、螺旋桨14和锁紧扣15的数量均为二；所述的机架11外侧沿其中心轴线均匀对称设置有支架，机架11中部位置处均匀开设有减料孔，机架11中心位置处下端开设有上安装螺纹孔，伺服电机12通过电机支座13固定在机架11的支架前端，螺旋桨14安装在伺服电机12主轴上，且螺旋桨14与伺服电机12主轴之间通过锁紧扣15进行锁紧固定；通过伺服电机12的旋转带动螺旋桨14的旋转，从而产生升力，进而为本发明空中作业提供了动力支持。
如图2和图3所示，所述的冗余并联机构2包括定平台21、动平台22、第一支链23和第二支链24；所述的定平台21和动平台22均为圆盘状结构，且动平台22位于定平台21正下方，定平台21上端部分和动平台22下端部分均分别设置有安装螺纹；所述的第一支链23和第二支链24的数量均为二，第一支链23和第二支链24均位于定平台21和动平台22之间，第一支链23和第二支链24的两端均分别与定平台21和动平台22相连接；所述的第一支链23包括第一耳座231、虎克铰232、第一电动推杆233、第一球铰链234、第一连接柱235和第一减震弹簧236；所述的第一耳座231固定在定平台21下端面上，第一耳座231与第一电动推杆233上端之间采用虎克铰232进行连接，第一电动推杆233下端与第一球铰链234相连接，第一球铰链234通过第一连接柱235固定在动平台22的上端面上，第一减震弹簧236绕套在第一电动推杆233上；通过虎克铰232可进行两个方向的转动，通过第一球铰链234可进行三个方向的转动，通过第一电动推杆233可进行上下移动，第一支链23采用2-UPS并联机构的形式，且通过第一减震弹簧236增加了第一支链23运动时的平稳性，提高了本发明的运动性能；所述的第二支链24包括第二耳座241、转动销242、第二电动推杆243、第二球铰链244、第二连接柱245和第二减震弹簧246；所述的第二耳座241固定在定平台21下端面上，第二耳座241与第二电动推杆243上端之间采用转动销242进行连接，第二电动推杆243下端与第二球铰链244相连接，第二球铰链244通过第二连接柱245固定在动平台22的上端面上，第二减震弹簧246绕套在第二电动推杆243上；通过转动销242可进行一个方向的转动，通过第二球铰链244可进行三个方向的转动，通过第二电动推杆243可进行上下移动，第二支链24采用2-RPS并联机构的形式，且通过第二减震弹簧246增加了第二支链24运动时的平稳性，提高了本发明的运动性能；所述的冗余并联机构2通过定平台21、动平台22、第一支链23和第二支链24组成了四自由度对称并联机构，且其采用2-UPS-2-RPS的并联机构形式，其能实现沿X轴和Z轴移动以及绕X轴和绕Y轴的转动共四个自由度方向的运动，且四个自由度均独立，通过四个自由度也可以协调工作，使的动平台22轨迹沿预定空间的曲线运动，运动平稳，运动灵活，在本发明中，通过冗余并联机构2带动整个除冰装置3在空间内可进行两平移两转动共四个自由度方向的运动，便于除冰装置3在对架空电线电缆除冰作业时精准微尺寸和方位的调节，便于本发明在对电线电缆除冰时的移动作业和柔性作业，降低了本发明在除冰作业过程中对电线电缆本身造成的破损。
如图2、图4、图5和图6所示，所述的除冰装置3包括连接平台31和除冰机构32，且除冰机构32数量为六，连接平台31下端为方形板状结构，连接平台31上端为圆柱状结构，且连接平台31上端面上开设有与动平台22下端安装螺纹部分相配合连接的下安装螺纹孔，通过螺纹连接的方式便于本发明的拆卸和安装，除冰机构32位于连接平台下方，且除冰机构32沿连接平台31的横向中心轴线分别两两相向对称布置；所述的除冰机构32包括调节导轨321、调节导块322、第一耳座323、第一转轴324、第一连杆325、第二耳座326、第二转轴327、除冰卡爪328、第三耳座329、第三转轴3210、上支撑杆3211、拉簧3212、下支撑杆3213、第四耳座3214和第四转轴3215；所述的调节导轨321左右两端分别设置有挡板，调节导块322安装在调节导轨321上，第一耳323座固定在调节导块322上，第一连杆325上端通过第一转轴324安装在第一耳座323上，第一连杆325下端通过第二转轴327安装在第二耳座326上，第二耳座326固定在除冰卡爪328右上端外侧面上，上支撑杆3211上端通过第三转轴3210安装在第三耳座329上，拉簧3212位于上支撑杆3211和下支撑杆3213之间，且拉簧3212一端与上支撑杆3211下端相连接，拉簧3212另一端与下支撑杆3213上端相连接，下支撑杆3213下端通过第四转轴3215安装在第四耳座3214上，第四耳座3214固定在除冰卡爪328右下端外侧面上；所述的除冰卡爪328包括固定架3281、定位块3282、除冰爪3283和振动棒3284；所述的固定架3281呈半圆环形结构，且固定架3281内侧设置有安装腔，定位块3282数量为二，定位块3282分别固定在固定架3281上下两端，除冰爪3283和振动棒3284数量不少于十，除冰爪3283位于固定架3281内侧，且除冰爪3283沿固定架3281的中心轴线呈周向均匀布置，除冰爪3283后端开设有“Ω”型槽，且除冰爪3283后端安装在固定架3281内侧的安装腔内部，除冰爪3283前端为锥形状，除冰爪3283材质为不锈钢材料，振动棒3284安装在除冰爪3283后端的“Ω”型槽内；具体作业时，首先将两两相向安装的除冰机构32调节成张开状态，然后启动伺服电机12，通过伺服电机12的旋转带动螺旋桨14的旋转，从而带动本发明的飞行，当除冰装置3接近待除冰电线电缆时，将除冰机构32卡套在电线电缆外侧，然后启动调节导轨321和调节导块322，使得两两相向安装的除冰机构32同步向内侧运动，当除冰爪3283接触到冰块表面时，启动振动棒3284，通过振动棒3284的振动带动除冰爪3283的振动，且除冰爪3283前端为锥形结构，更加有利于冰块的破除，且除冰机构32采用振动破碎的方式对架空电线电缆上的冰块进行破碎，除冰效果好，且除冰机构32位置可调，可适应于不同结冰厚度和不同粗细的架空电线电缆的除冰作业，同时通过定位块3282可防止除冰爪3283对电线电缆本身的外表面的损伤和破坏，使得除冰装置3除冰作业时安全性高、除冰效果明显且作业稳定性强。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种架空电线电缆除冰无人机，其特征在于：包括无人机主体、冗余并联机构和除冰装置；所述的冗余并联机构位于无人机主体和除冰装置之间，且冗余并联机构上端与无人机主体相连接，冗余并联机构下端与除冰装置相连接；其中：
所述的无人机主体包括机架、伺服电机、电机支座、螺旋桨和锁紧扣，且伺服电机、电机支座、螺旋桨和锁紧扣的数量均为二；所述的机架外侧沿其中心轴线均匀对称设置有支架，机架中部位置处均匀开设有减料孔，机架中心位置处下端开设有上安装螺纹孔，伺服电机通过电机支座固定在机架的支架前端，螺旋桨安装在伺服电机主轴上，且螺旋桨与伺服电机主轴之间通过锁紧扣进行锁紧固定；
所述的冗余并联机构包括定平台、动平台、第一支链和第二支链；所述的定平台和动平台均为圆盘状结构，且动平台位于定平台正下方，定平台上端部分和动平台下端部分均分别设置有安装螺纹；所述的第一支链和第二支链的数量均为二，第一支链和第二支链均位于定平台和动平台之间，第一支链和第二支链的两端均分别与定平台和动平台相连接；
所述的除冰装置包括连接平台和除冰机构，且除冰机构数量为六，连接平台下端为方形板状结构，连接平台上端为圆柱状结构，且连接平台上端面上开设有与动平台下端安装螺纹部分相配合连接的下安装螺纹孔，除冰机构位于连接平台下方，且除冰机构沿连接平台的横向中心轴线分别两两相向对称布置；
所述的除冰机构包括调节导轨、调节导块、第一耳座、第一转轴、第一连杆、第二耳座、第二转轴、除冰卡爪、第三耳座、第三转轴、上支撑杆、拉簧、下支撑杆、第四耳座和第四转轴；所述的调节导轨左右两端分别设置有挡板，调节导块安装在调节导轨上，第一耳座固定在调节导块上，第一连杆上端通过第一转轴安装在第一耳座上，第一连杆下端通过第二转轴安装在第二耳座上，第二耳座固定在除冰卡爪右上端外侧面上，上支撑杆上端通过第三转轴安装在第三耳座上，拉簧位于上支撑杆和下支撑杆之间，且拉簧一端与上支撑杆下端相连接，拉簧另一端与下支撑杆上端相连接，下支撑杆下端通过第四转轴安装在第四耳座上，第四耳座固定在除冰卡爪右下端外侧面上。
2.根据权利要求1所述的一种架空电线电缆除冰无人机，其特征在于：所述的第一支链包括第一耳座、虎克铰、第一电动推杆、第一球铰链、第一连接柱和第一减震弹簧；所述的第一耳座固定在定平台下端面上，第一耳座与第一电动推杆上端之间采用虎克铰进行连接，第一电动推杆下端与第一球铰链相连接，第一球铰链通过第一连接柱固定在动平台的上端面上，第一减震弹簧绕套在第一电动推杆上。
3.根据权利要求1所述的一种架空电线电缆除冰无人机，其特征在于：所述的第二支链包括第二耳座、转动销、第二电动推杆、第二球铰链、第二连接柱和第二减震弹簧；所述的第二耳座固定在定平台下端面上，第二耳座与第二电动推杆上端之间采用转动销进行连接，第二电动推杆下端与第二球铰链相连接，第二球铰链通过第二连接柱固定在动平台的上端面上，第二减震弹簧绕套在第二电动推杆上。
4.根据权利要求1所述的一种架空电线电缆除冰无人机，其特征在于：所述的除冰卡爪包括固定架、定位块、除冰爪和振动棒；所述的固定架呈半圆环形结构，且固定架内侧设置有安装腔，定位块数量为二，定位块分别固定在固定架上下两端，除冰爪和振动棒数量不少于十，除冰爪位于固定架内侧，且除冰爪沿固定架的中心轴线呈周向均匀布置，除冰爪后端开设有“Ω”型槽，且除冰爪后端安装在固定架内侧的安装腔内部，除冰爪前端为锥形状，除冰爪材质为不锈钢材料，振动棒安装在除冰爪后端的“Ω”型槽内。
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