CN107732845B - 一种用于电力线路除冰的柔性六旋翼电力除冰无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电力线路除冰的柔性六旋翼电力除冰无人机，包括无人机主体、混联机构和除冰装置；所述的混联机构位于无人机主体和除冰装置之间，且混联机构上端与无人机主体相连接，混联机构下端与除冰装置相连接。本发明可对电力高压线路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，解决了电力高压线路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

一种用于电力线路除冰的柔性六旋翼电力除冰无人机

技术领域

本发明涉及电力维护技术领域，具体的说是一种用于电力线路除冰的柔性六旋翼电力除冰无人机。

背景技术

近几年，随着信息化的发展，全国各地的电力高压线路的铺设随处可见，通过电力高压线路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力高压线路容易结冰，结冰后的电力高压线路重量明显增重，使得各处电力高压线路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，目前我国对于电力高压线路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，其中，由于复杂地形区和山区的地势地貌人工渗入作业难度大，因此对于复杂地形区和山区的高压线路除冰工作更加困难。鉴于此，本发明提供了一种柔性六旋翼电力除冰无人机。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种用于电力线路除冰的柔性六旋翼电力除冰无人机。

本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。

一种柔性六旋翼电力除冰无人机，包括无人机主体、混联机构和除冰装置；所述的混联机构位于无人机主体和除冰装置之间，且混联机构上端与无人机主体相连接，混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。

所述的混联机构包括移动底架和四自由度并联机构，移动底架位于四自由度并联机构下方，且移动底架与四自由度并联机构固连；所述的移动底架包括底板、移动滑轨、滑块、限位弹簧和锁紧柱，且移动滑轨和滑块的数量均为四，限位弹簧数量为十六，锁紧柱的数量为三十二；所述的底板固定在四自由度并联机构上，移动滑轨沿底板的纵向中心轴线分别对称布置，移动滑轨两端分别设置有挡板，滑块安装在移动滑轨上，限位弹簧位于滑块与移动滑轨的挡板之间，且限位弹簧一端通过锁紧柱与移动滑轨的挡板相连接，限位弹簧另一端通过锁紧柱与滑块相连接；所述的移动滑轨的挡板内侧面和滑块的前后端面上均开设有安装螺纹孔，锁紧柱一端设置有用于固定限位弹簧的锁紧扣，锁紧柱另一端设置有与安装螺纹孔相配合的外螺纹；移动底架采用一平移的串联结构，移动底架可进行前后移动，通过移动底架可带动四自由度并联机构的上下移动；所述的四自由度并联机构包括定平台、虎克铰、伸缩杆、球铰链和动平台，且虎克铰、伸缩杆和球铰链的数量均为四；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，伸缩杆底端通过虎克铰与滑块相连接，伸缩杆顶端通过球铰链与动平台相连接；四自由度并联机构采用4-UPS形式的并联机构，可实现一平移三转动共四个自由度方向的运动，运动效果好，运动自由度多，结构紧凑且承载能力强；在本发明中，通过混联机构带动整个除冰装置在空间内可进行两平移三转动共五个自由度方向的运动，便于除冰装置在对电力高压线路除冰作业时精准微尺寸和方位的调节，便于本发明在对电力高压线路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力高压线路本身造成的破损。

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力高压线路时，将除冰机构卡套在电力高压线路外侧，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电力高压线路上的冰块进行破碎，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电力高压线路的除冰作业，同时通过定位块可防止除冰爪对电力高压线路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)本发明可对电力高压线路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，解决了电力高压线路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)本发明的混联机构可带动整个除冰装置在空间内可进行两平移三转动共五个自由度方向的运动，便于除冰装置在对电力高压线路除冰作业时精准微尺寸和方位的调节，便于本发明在对电力高压线路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力高压线路本身造成的破损。

(3)本发明的除冰装置采用振动破碎的方式对电力高压线路上的冰块进行破碎，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电力高压线路的除冰作业，同时通过定位块可防止除冰爪对电力高压线路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是本发明混联机构和除冰装置相配合时的立体结构示意图；

图3是本发明混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，一种柔性六旋翼电力除冰无人机，包括无人机主体1、混联机构2和除冰装置3；所述的混联机构2位于无人机主体1和除冰装置3之间，且混联机构2上端与无人机主体1相连接，混联机构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，所述的混联机构2包括移动底架21和四自由度并联机构22，移动底架21位于四自由度并联机构22下方，且移动底架21与四自由度并联机构22固连；所述的移动底架21包括底板211、移动滑轨212、滑块213、限位弹簧214和锁紧柱215，且移动滑轨212和滑块213的数量均为四，限位弹簧214数量为十六，锁紧柱215的数量为三十二；所述的底板211固定在四自由度并联机构22上，移动滑轨212沿底板211的纵向中心轴线分别对称布置，移动滑轨212两端分别设置有挡板，滑块213安装在移动滑轨212上，限位弹簧214位于滑块213与移动滑轨212的挡板之间，且限位弹簧214一端通过锁紧柱215与移动滑轨212的挡板相连接，限位弹簧214另一端通过锁紧柱215与滑块213相连接；所述的移动滑轨212的挡板内侧面和滑块213的前后端面上均开设有安装螺纹孔，锁紧柱215一端设置有用于固定限位弹簧214的锁紧扣，锁紧柱215另一端设置有与安装螺纹孔相配合的外螺纹；移动底架21采用一平移的串联结构，移动底架21可进行前后移动，通过移动底架21可带动四自由度并联机构22的上下移动；所述的四自由度并联机构22包括定平台221、虎克铰222、伸缩杆223、球铰链224和动平台225，且虎克铰222、伸缩杆223和球铰链224的数量均为四；所述的定平台221和动平台225均为圆盘状结构，且动平台225位于定平台221正下方，定平台221上端部分和动平台225下端部分均分别设置有安装螺纹，伸缩杆223底端通过虎克铰222与滑块213相连接，伸缩杆223顶端通过球铰链224与动平台225相连接；四自由度并联机构22采用4-UPS形式的并联机构，可实现一平移三转动共四个自由度方向的运动，运动效果好，运动自由度多，结构紧凑且承载能力强；在本发明中，通过混联机构2带动整个除冰装置3在空间内可进行两平移三转动共五个自由度方向的运动，便于除冰装置3在对电力高压线路除冰作业时精准微尺寸和方位的调节，便于本发明在对电力高压线路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力高压线路本身造成的破损。

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接近待除冰电力高压线路时，将除冰机构32卡套在电力高压线路外侧，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电力高压线路上的冰块进行破碎，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电力高压线路的除冰作业，同时通过定位块3282可防止除冰爪3283对电力高压线路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 (3)

1.一种用于电力线路除冰的柔性六旋翼电力除冰无人机，包括无人机主体、除冰装置；除冰装置包括除冰机构，除冰机构包括除冰卡爪，其特征在于：所述柔性六旋翼电力除冰无人机还包括混联机构，所述的混联机构位于无人机主体和除冰装置之间，且混联机构上端与无人机主体相连接，混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六；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；

所述的混联机构包括移动底架和四自由度并联机构，移动底架位于四自由度并联机构下方，且移动底架与四自由度并联机构固连；所述的移动底架包括底板、移动滑轨、滑块、限位弹簧和锁紧柱，且移动滑轨和滑块的数量均为四，限位弹簧数量为十六，锁紧柱的数量为三十二；所述的底板固定在四自由度并联机构上，移动滑轨沿底板的纵向中心轴线分别对称布置，移动滑轨两端分别设置有挡板，滑块安装在移动滑轨上，限位弹簧位于滑块与移动滑轨的挡板之间，且限位弹簧一端通过锁紧柱与移动滑轨的挡板相连接，限位弹簧另一端通过锁紧柱与滑块相连接；

所述的四自由度并联机构包括定平台、虎克铰、伸缩杆、球铰链和动平台，且虎克铰、伸缩杆和球铰链的数量均为四；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，伸缩杆底端通过虎克铰与滑块相连接，伸缩杆顶端通过球铰链与动平台相连接；

所述的除冰装置还包括连接平台，所述除冰机构数量为六，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；

所述的除冰机构还包括调节导轨、调节导块、第一耳座、第一转轴、第一连杆、第二耳座、第二转轴、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；

该除冰无人机作业方法如下：

作业时，首先将两两相向安装的除冰机构调节成张开状态，然后启动伺服电机带动螺旋桨旋转实现飞行，当除冰装置接近待除冰电力高压线路时，将除冰机构卡套在电力高压线路外侧，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振动进行除冰。

2.根据权利要求1所述的一种用于电力线路除冰的柔性六旋翼电力除冰无人机，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。

3.根据权利要求1所述的一种用于电力线路除冰的柔性六旋翼电力除冰无人机，其特征在于：所述的移动滑轨的挡板内侧面和滑块的前后端面上均开设有安装螺纹孔，锁紧柱一端设置有用于固定限位弹簧的锁紧扣，锁紧柱另一端设置有与安装螺纹孔相配合的外螺纹。