CN114069535A - 一种高压线除冰机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压线除冰机器人，包括剪切机构、扭搓机构、驱动机构、夹紧机构、视觉系统、平衡机构、警示系统、无人机，剪切机构可将高压线上连续的冰层分段切割，扭搓机构可将切割分段后的冰层扭搓破裂，驱动机构可驱动除冰机器人的移动，夹紧机构可将两个驱动轮紧紧压附于高压线上，视觉系统可为操作者提供高压线上的实时视觉工况，平衡机构可使除冰机器人在高压线上工作时不会翻转倾覆，警示系统用于为下方人员警示两个红色平行线之间为危险区域，动力及控制模块用于控制和驱动所述除冰机器人的运动，并实现与操作者的人机交互，无人机可将除冰机器人从地面吊离后安装到高压线上或将除冰机器人从高压线上吊离后放置于地面。

Description

一种高压线除冰机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种高压线除冰机器人。

背景技术

电力系统最重要的任务是提供高质量和高可靠性的电力。而电力传输必须依靠高压输电线路，它的安全稳定运行直接影响电力系统的可靠性。因此，高压输电线路可以说是现代社会的生命线。

我国北方地区在冬季会出现大范围雨雪冰冻天气，部分地区的气温甚至达到零下几十度，尤其在冻雨过后持续的严寒天气会让电线处于冰雪覆盖状态，输电线表面长时间覆冰严重时会导致输电线塔倾斜、倒塌等，这些问题所带来的交通阻塞、通讯中断等问题给我国的国民经济带来了极大的损失，传统的除冰方式主要是人工除冰，人工除冰危险性高、工作效率低、劳动强度大，所以，目前急需研制出一种结构可靠，使用方便的除冰机器人，解决上述问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种稳定性高、结构可靠、操作方便的高压线除冰机器人。

本发明采取的技术方案为：一种高压线除冰机器人，包括机架、剪切机构、扭搓机构、驱动机构、夹紧机构、视觉系统、平衡机构、警示系统、动力及控制模块、无人机。

作为优选，剪切机构，包括摆动板、固定板、第二连杆、刀片、压盖、电推杆，其中，压盖固定安装于机架前端，固定板紧固安装于压盖后侧，摆动板转动安装于压盖与机架之间，刀片与固定板转动连接，第二连杆安装于摆动板与刀片之间，电推杆安装于摆动板与压盖之间，电推杆伸长可使四个刀片合拢，实现对高压线外围冰层的剪切，电推杆收缩可使四个刀片张开。

作为优选，扭搓机构，包括第七电机、第三齿轮、摆转环、搓板、第一连杆，其中，摆转环转动安装于机架前端，搓板上端与摆转环转动连接，第一连杆安装于机架与搓板之间，第七电机可通过第三齿轮驱动摆转环的转动，从而实现搓板的开合。

作为优选，驱动机构，包括第一驱动轮、第二驱动轮、第五电机、第六电机，其中，第一驱动轮转动安装于机架内部前端，第五电机可驱动第一驱动轮的转动，第二驱动轮安装于机架内部后端，第六电机可驱动第二驱动轮的转动。

作为优选，夹紧机构，包括第一转动架、第二转动架、第一压紧轮、第二压紧轮、第三压紧轮、第四压紧轮、第三电机、第四电机、第一齿轮、第二齿轮，其中，第一转动架转动安装于机架内部前侧，第四电机通过第二齿轮驱动第一转动架的转动，第一压紧轮和第三压紧轮转动安装于第一转动架上，第二转动架转动安装于机架内部后侧，第三电机通过第一齿轮驱动第二转动架的转动，第二压紧轮和第四压紧轮转动安装于第二转动架上。

作为优选，视觉系统，包括前摄像头、后摄像头，其中，前摄像头安装于机架前端，用于观测除冰机器人前端的线路情况，后摄像头安装于机架后端，用于监测被处理后的线路情况。

作为优选，平衡机构，包括第一配重块、第二配重块、第一电机、第二电机，其中，第一电机可驱动第一配重块的翻转，第二电机可驱动第二配重块的翻转，第一配重块和第二配重块向上翻转后，可使所述除冰机器人结构紧凑，便于存储和转运，第一配重块和第二配重块向下翻转后，可使所述除冰机器人在高压线上工作时始终保持初始姿态，不会翻转倾覆。

作为优选，警示系统，包括第一激光支架、第一激光器、第二激光支架、第二激光器，其中，第一激光器安装于机架右侧，第二激光器安装于机架左侧，第一激光器和第二激光器在地面投射出红色激光线，用于为下方人员警示两个红色平行线之间为危险区域。

作为优选，刀片下侧的三个弧边均设置有锯齿刃口，便于切割冰层。

作为优选，搓板下端设有带钉齿的圆弧面，便于夹紧冰层。

作为优选，第五电机和第六电机前端均集成有蜗轮蜗杆减速器，具有降低转速、增大扭矩和反向自锁的作用。

作为优选，前摄像头数量至少为三个，并且周向均布安装于机架前端，后摄像头数量至少为一个。

作为优选，动力及控制模块固定安装于机架上侧，其内部集成有智能处理器、电池模块、通信模块，用于控制和驱动所述除冰机器人的运动，并实现与操作者的人机交互。

作为优选，机架上侧设置有两个吊环，无人机下侧设置有两个挂钩，两个挂钩之间的间距与两个吊环之间的间距相等，且两个挂钩方向相同，无人机可通过挂吊两个吊环将所述除冰机器人从地面吊离后安装到高压线上或将除冰机器人从高压线上吊离后放置于地面。

本发明的有益效果：

①剪切机构可将高压线上连续的冰层分段切割，达到分而化之的效果，便于扭搓机构进行破碎处理。

②扭搓机构可将切割分段后的冰层扭搓破裂，第七电机可使搓板实现对冰层的夹紧和扭搓，结构简单可靠，原理新颖。

③采用无人机实现除冰机器人在高压线上的吊装和卸载，无人机和除冰机器人可通过挂钩吊环实现连接和分离，结构简单，操作方便。

④除冰机器人前端设置三个摄像头，对前方工况可实现无死角观测，后端设置有至少一个摄像头，可实时监测除冰效果，良好的视野效果可使操作人员更高效地完成工作。

⑤将除冰机器人吊装至高压线时，四个压紧轮和两个驱动轮处于同一个竖直面内，高压线可通过机架下侧的开空直接进入压紧轮和驱动轮的轮槽中，安装非常方便。

⑥第一夹紧轮和第三夹紧轮顺时针转动120°，第二夹紧轮和第四夹紧轮逆时针转动120°，不仅可使两个驱动轮紧紧压附于高压线上，还能防止高压线从轮槽中脱离导致设备坠落，即实现了第一重防坠落的技术效果。

⑦第一转动架顺时针转动120°后，第一转动架可封住机架下侧开空的前端，第二转动架逆时针转动120°后，第二转动架可封住机架下侧开空的后端，从而可进一步防止高压线从机架内部脱离，实现第二重防坠落效果，具有极高的安全性。

⑧两个配重块向上摆动后处于收纳状态，向下摆动后可使除冰机器人在高压线上始终保持初始姿态，从而使除冰机器人具有很强的平衡性。

⑨两个激光器可向地面发射扇形激光面，从而在地面投射出两个平行的红色激光线，为下方人员警示两个红色平行线之间为危险区域，可减少坠物伤害。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为本发明纵向剖视图。

图4为初始状态时本发明前端整体结构示意图。

图5为工作状态时本发明前端整体结构示意图。

图6为扭搓机构的局部结构示意图。

图7为机架局部剖视图。

图8为第一转动架的结构示意图。

图9为摆转环的结构示意图。

附图标号：1机架、2电推杆、3前摄像头、4剪切机构、5压盖、6无人机、7第七电机、8动力及控制模块、9后摄像头、10第二配重块、11第二电机、12第二激光器、13第四电机、14第二齿轮、15吊环、16第三齿轮、17高压线、18第一配重块、19第五电机、20第一转动架、21第二驱动轮、22第四压紧轮、23第二转动架、24第三压紧轮、25第二压紧轮、26第一压紧轮、27第一驱动轮、28扭搓机构、29第一激光器、30第一齿轮、31第三电机、32搓板、33摆转环、34第一连杆、1.1转座、1.2前电机安装架、1.3第一导轨、1.4第二导轨、1.5第三导轨、1.6后电机安装架、1.7后导板、1.8前导板、4.1摆动板、4.2固定板、4.3第二连杆、4.4刀片、20.1前轮轴、20.2前滑槽、20.3弧齿条、20.4后滑槽、20.5后轮轴、33.1圆齿条、33.2斜槽孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图7所示，为使高压线能够进入机架1内部，机架1为下侧开空的圆筒结构，机架1内部靠前下侧和后端下侧分别设置有前导板1.8和后导板1.7，机架1内部靠近前端上侧和后端上侧分别设置有前电机安装架1.2和后电机安装架1.6，机架1前端内侧周向均布设置有三组转座1.1，机架1内部设有弧形的第一导轨1.3、第二导轨1.4和第三导轨1.5，第一导轨1.3位于第二导轨1.4左侧，第三导轨1.5位于第二导轨1.4右侧。

如图4、图5所示，所述的压盖5下侧设有开空，右侧设有推杆座，压盖5通过螺钉紧固安装于机架1前端，并且压盖5下侧的开空与机架1下侧的开空对应，固定板4.2下侧设有开空，并通过螺钉紧固安装于压盖5后侧，并且固定板4.2下侧的开空与压盖5下侧的开空相对应，摆动板4.1下侧设有开空，上侧设有转动柄，摆动板4.1安装于压盖5与机架1之间，并构成转动副，电推杆2上端与摆动板4.1上侧的转动柄连接，电推杆2下端与压盖5右侧的推杆座连接，从而电推杆2可驱动摆动板4.1的转动，刀片4.4下侧的三个弧边均设置有锯齿刃口，刀片4.4右侧与固定板4.2转动连接，刀片4.4左侧与第二连杆4.3下端转动连接，第二连杆4.3上端与摆动板4.1转动连接，从而摆动板4.1转动后可通过第二连杆4.3驱动刀片4.4的转动，四组刀片4.4和第二连杆4.3的连接结构均相同，从而电推杆2伸长可使摆动板4.1逆时针转动，四个刀片4.4合拢，实现对高压线17外侧冰层的剪切，电推杆2收缩可使四个刀片4.4张开。

如图6所示，所述的摆转环33为开口圆环结构，其上端设有圆齿条33.1，摆转环33上周向均布设有三个横轴，摆转环33安装于机架1前端并构成转动副，第七电机7固定安装于机架1上侧，第三齿轮16与第七电机7同轴紧固连接，第三齿轮16与摆转环33上侧的圆齿条33.1配合构成齿轮传动，从而第七电机7可驱动摆转环33的转动，所述的搓板32下端设有带钉齿的圆弧面，搓板32上端与摆转环33上的横轴转动连接，第一连杆34上端与机架1前端的转座1.1转动连接，下端与搓板32上侧转动连接，三个搓板32周向均布安装于机架1内部前端，摆转环33顺时针转动可使三个搓板32向外侧张开，摆转环33逆时针转动可使三个搓板32向内合拢。

如图8所示，第一转动架20为弧形结构，其下侧横向设置有前轮轴20.1和后轮轴20.5，第一转动架20左端外侧周向设置有前滑槽20.2和弧齿条20.3，其右端外侧周向设置有后滑槽20.4。

第一驱动轮27为内凹槽轮结构，并且内凹面上均布设置有防滑棱以加大与高压线缆之间的摩擦力，第一驱动轮27安装于前电机安装架1.2上，并构成转动副，第五电机19前端集成有蜗轮蜗杆减速器，具有降低转速、增大扭矩和反向自锁的作用，第五电机19紧固安装于前电机安装架1.2上并可驱动第一驱动轮27的转动；第二驱动轮21为内凹槽轮结构，并且内凹面上均布设置有防滑棱以加大与高压线缆之间的摩擦力，第二驱动轮21安装于后电机安装架1.6上，并构成转动副，第六电机前端集成有蜗轮蜗杆减速器，具有降低转速、增大扭矩和反向自锁的作用，第六电机紧固安装于后电机安装架1.6上并可驱动第二驱动轮21的转动。

第一转动架20安装于机架1内部前侧，并且第一转动架20的前滑槽20.2与第一导轨1.3配合安装，后滑槽20.4与第二导轨1.4配合安装，从而使第一转动架20可在机架1内部转动，第一压紧轮26为内凹槽轮结构，第一压紧轮26转动安装于第一转动架20的前轮轴20.1上，第三压紧轮24与第一压紧轮26结构相同，第三压紧轮24转动安装于第一转动架20的后轮轴20.5上，第四电机13固定安装于机架1外部左侧，第二齿轮14与第四电机13同轴紧固连接，第二齿轮14穿过机架1侧壁设置的开窗与第一转动架20上的弧齿条20.3啮合，从而第四电机13可驱动第一转动架20在机架1内部的转动；第二转动架23与第一转动架20结构相同，第二转动架23安装于机架1内部后侧，并且第二转动架23的前滑槽与第三导轨1.5配合安装，第二转动架23的后滑槽与第二导轨1.4配合安装，从而使第二转动架23的可在机架1内部转动，第四压紧轮22与第一压紧轮26结构相同，第四压紧轮22转动安装于第二转动架23的前轮轴上，第二压紧轮25与第一压紧轮26结构相同，第二压紧轮25转动安装于第二转动架23的后轮轴上，第三电机31固定安装于机架1外部右侧，第一齿轮30与第三电机31同轴紧固连接，第一齿轮30穿过机架1侧壁设置的开窗与第二转动架23上的弧齿条啮合，从而第三电机31可驱动第二转动架23在机架1内部的转动。

为使操作者能够观测到除冰装置的全方位实时工况，机架1前端外侧周向均布设置有三个前摄像头3，为能够实时监测除冰效果，机架1后端设置有至少一个后摄像头9。

机架1右侧固定安装有第一激光器29，机架1左侧固定安装有第二激光器12，第一激光器29和第二激光器12结构相同，在所述除冰机器人工作时，第一激光器29和第二激光器12向下发射扇形激光面，从而在地面投射出两个平行的红色激光线，用于为下方人员警示两个红色平行线之间为危险区域。

第一电机固定安装于机架1后端右侧，第一配重块18与第一电机输出轴紧固连接，从而第一电机可驱动第一配重块18的翻转；第二电机11固定安装于机架1后端左侧，第二配重块10与第二电机11输出轴紧固连接，从而第二电机11可驱动第二配重块10的翻转；第一配重块18和第二配重块10向上翻转后，可使所述除冰机器人结构紧凑，便于存储和转运，第一配重块18和第二配重块10向下翻转后，可使所述除冰机器人在高压线上工作时始终保持初始姿态，不会翻转倾覆。

动力及控制模块8固定安装于机架1上侧，其内部集成有智能处理器、电池模块、通信模块，用于控制和驱动所述除冰机器人的运动，并实现与操作者的人机交互。

实施例一：初始状态时，如图3、图4所示，电推杆2收缩，四个刀片4.4张开，摆转环33顺时针转动，使三个搓板32向外张开，第一转动架20和第二转动架23均在上位，第一驱动轮27、第一压紧轮26、第二压紧轮25、第三压紧轮24、第四压紧轮22、第二驱动轮21处于同一竖直平面内，第一驱动轮27与第二驱动轮21处于同一高度，四个压紧轮处于同一高度，四个压紧轮下侧槽面比两个驱动轮下侧槽面低0.5-1mm，第一配重块18、第二配重块10均翻转至上位，第一激光器29、第二激光器12均处于关闭状态。

实施例二：安装时，如图1、图2、图4、图5所示，首先使所述除冰机器人处于初始状态，接着使无人机下侧的两个挂钩分别钩挂两个吊环15，之后打开第一激光器29和第二激光器12，并操纵无人机使其悬停于高压线17正上方，接着下降无人机高度，使高压线17在前导板1.8和后导板1.7的导向作用下进入机架1内部并使第一驱动轮27、第一压紧轮26、第二压紧轮25、第三压紧轮24、第四压紧轮22、第二驱动轮21的内凹轮面压紧于高压线17上，之后第一电机和第二电机11转动，使第一配重块18和第二配重块10向下摆动至下位，从而使所述除冰机器人可在高压线17上保持初始姿态，接着无人机下侧的两个挂钩脱离两个吊环15，之后第四电机13驱动第一转动架20顺时针转动120°，则第一压紧轮26和第三压紧轮24围绕高压线17顺时针转动120°，第三电机31驱动第二转动架23逆时针转动120°，则第二压紧轮25和第四压紧轮22围绕高压线17逆时针转动120°，从而四个夹紧轮将高压线紧紧压附于第一驱动轮27和第二驱动轮21下侧，第五电机19和第六电机同时各自驱动第一驱动轮27和第二驱动轮21的转动，可实现所述除冰机器人的前进和后退。

实施例三：除冰时，如图2、图5、图6所示，所述除冰机器人安装至高压线上后，首先电推杆2伸长，使四个刀片4.4合拢并将高压线上的冰层切断，之后第七电机7通过第三齿轮16驱动摆转环33逆时针转动，使三个搓板32向内合拢，从而三个搓板32下方的三个带钉齿的圆弧面夹紧冰层并逆时针旋转挤压，由于冰块为脆性物质，高压线外围的冰层在三个搓板32的旋转挤压作用下，从高压线上剥离并碎裂，最终从机架1下方的开空处坠落于地面，之后电推杆2收缩，使四个刀片4.4向外张开，摆转环33顺时针转动，使三个搓板32向外张开，接着所述除冰机器人向前移动适当距离，使冰层进入三个搓板32中心位置，重复上述除冰过程，直至完成高压线除冰。

实施例四：卸载时，如图1、图2、图4、图5所示，首先电推杆2收缩，四个刀片4.4张开，摆转环33顺时针转动，使三个搓板32向外张开，第四电机13驱动第一转动架20逆时针转动120°，第三电机31驱动第二转动架23顺时针转动120°，从而四个夹紧轮和两个驱动轮均处于同一竖直面内，接着无人机下侧的两个挂钩分别钩挂两个吊环15，之后第一配重块18和第二配重块10向上摆动至上位，从而所述除冰机器人恢复至初始状态，接着无人机升高使高压线17脱离机架1后再将所述除冰机器人放置于地面，完成卸载。

Claims (7)

1.一种高压线除冰机器人，包括机架、剪切机构、扭搓机构、驱动机构、夹紧机构、视觉系统、平衡机构、警示系统、动力及控制模块、无人机；

剪切机构，包括摆动板、固定板、第二连杆、刀片、压盖、电推杆，其中，压盖固定安装于机架前端，固定板紧固安装于压盖后侧，摆动板转动安装于压盖与机架之间，刀片与固定板转动连接，第二连杆安装于摆动板与刀片之间，电推杆安装于摆动板与压盖之间，电推杆伸长可使四个刀片合拢，实现对高压线外围冰层的剪切，电推杆收缩可使四个刀片张开；

扭搓机构，包括第七电机、第三齿轮、摆转环、搓板、第一连杆，其中，摆转环转动安装于机架前端，搓板上端与摆转环转动连接，第一连杆安装于机架与搓板之间，第七电机可通过第三齿轮驱动摆转环的转动，从而实现搓板的开合；

驱动机构，包括第一驱动轮、第二驱动轮、第五电机、第六电机，其中，第一驱动轮转动安装于机架内部前端，第五电机可驱动第一驱动轮的转动，第二驱动轮安装于机架内部后端，第六电机可驱动第二驱动轮的转动；

夹紧机构，包括第一转动架、第二转动架、第一压紧轮、第二压紧轮、第三压紧轮、第四压紧轮、第三电机、第四电机、第一齿轮、第二齿轮，其中，第一转动架转动安装于机架内部前侧，第四电机通过第二齿轮驱动第一转动架的转动，第一压紧轮和第三压紧轮转动安装于第一转动架上，第二转动架转动安装于机架内部后侧，第三电机通过第一齿轮驱动第二转动架的转动，第二压紧轮和第四压紧轮转动安装于第二转动架上；

视觉系统，包括前摄像头、后摄像头，其中，前摄像头安装于机架前端，用于观测除冰机器人前端的线路情况，后摄像头安装于机架后端，用于监测被处理后的线路情况；

平衡机构，包括第一配重块、第二配重块、第一电机、第二电机，其中，第一电机可驱动第一配重块的翻转，第二电机可驱动第二配重块的翻转，第一配重块和第二配重块向上翻转后，可使所述除冰机器人结构紧凑，便于存储和转运，第一配重块和第二配重块向下翻转后，可使所述除冰机器人在高压线上工作时始终保持初始姿态，不会翻转倾覆；

警示系统，包括第一激光支架、第一激光器、第二激光支架、第二激光器，其中，第一激光器安装于机架右侧，第二激光器安装于机架左侧，第一激光器和第二激光器在地面投射出红色激光线，用于为下方人员警示两个红色平行线之间为危险区域。

2.根据权利要求1所述的一种高压线除冰机器人，其中，所述的刀片下侧的三个弧边均设置有锯齿刃口，便于切割冰层。

3.根据权利要求1所述的一种高压线除冰机器人，其中，所述的搓板下端设有带钉齿的圆弧面，便于夹紧冰层。

4.根据权利要求1所述的一种高压线除冰机器人，其中，所述的第五电机和第六电机前端均集成有蜗轮蜗杆减速器，具有降低转速、增大扭矩和反向自锁的作用。

5.根据权利要求1所述的一种高压线除冰机器人，其中，所述的前摄像头数量至少为三个，并且周向均布安装于机架前端，后摄像头数量至少为一个。

6.根据权利要求1所述的一种高压线除冰机器人，其中，所述的动力及控制模块固定安装于机架上侧，其内部集成有智能处理器、电池模块、通信模块，用于控制和驱动所述除冰机器人的运动，并实现与操作者的人机交互。

7.根据权利要求1所述的一种高压线除冰机器人，其中，所述的无人机可通过挂吊两个吊环将所述除冰机器人从地面吊离后安装到高压线上或将除冰机器人从高压线上吊离后放置于地面。

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