专利名称：一种可越障式多分裂导线除冰机器人的制作方法
技术领域：
本发明关于高压输电线的保护领域，特别关于一种可越障式多分裂导线 除冰机器人。
背景技术：
在冬季，当温度在(TC以下时，由于降水或降雪会导致输电线路或杆塔产 生覆冰。输电线路的覆冰严重威胁着电网的安全运行，因覆冰导致的电网事 故后果非常严重，轻则绝缘子串冰闪重复跳闸，脱冰跳跃引起导线舞动导致 相间短路；重则导致金具严重损坏和导线脆断接地，杆塔f顷斜甚至倒塌等。
我国是世界上输电线路覆冰最为严重的国家之一。严重覆冰会导致输电 线路机械和电气性能急剧下降，从而导致覆冰事故的发生。我国湖南、湖北、 贵州、江西、云南、四川、河南及陕西等省份都曾发生过十分严重的输电线 路覆冰事故。
覆冰事故严重烕胁了我国电力系统的安全运行，并造成了巨大的经济损 失。据不完全统计，自上世纪50年代以来，我国输电线路发生大大小小的覆 冰事故上千次。仅2003年，由于覆冰引起的U0 500kV输电线路跳闸79次，占 总事故的3.27%，其中500kV线路跳闸13次；由于覆冰引起的110 500kV线路 非计划停运47次，占总事故的4.24%。 2004年12月 2005年2月，我国华中电网 出现大面积冰灾事故，仅湖南省就有700多万人受灾，直接经济损失超过10亿 元。2008年初中国南方地区遭受了一场50年来最严重的的雪灾，给电力输电 网络造成的直接经济损失达105亿元人民币，而恢复雪灾受损电网至少需要390 亿元人民币。
使用机械外力手工或自动强制使覆冰脱落的除冰方法，称为机械除冰方 法。研制机械除冰方法的历史远早于其他类型的除冰、防冰方法。机械法中有3种是针对输电线路的除冰方法，主要包括"ad hoc"法、强力振动法和 滑轮辗压铲刮法。
一种机械除冰方法是采用导线机器人进行除冰，导线机器人采用蓄电池 驱动，能够在导线上进行前后移动以对导线的当前状态进行巡査。现有技术 一般是在导线机器人上增加一个刮铲除冰装置，通过在导线机器人前进的方 向上挤压覆冰来去除导线上的覆冰。由于该除冰装置需要采用蓄电池供电， 而蓄电池的重量问题以及持续工作时间使该方案得不到广泛应用。并且，该 装置在覆冰很厚的时候将会遇到很大的阻力，需要提供很大的驱动力才能在 导线上移动，因此除冰效率低、除冰速度慢。
并且，现有技术中的导线除冰装置只适用于对单导线进行除冰，由于机 械结构的限制也无法有效地检测障碍并跨越障碍，从而影响了实际的除冰效 果。申请号为200510018836.5，公开号为CN 1695908A,发明名称为"高压线 路悬垂绝缘子清扫机器人爬行机构"作为本发明的现有技术合并与此。
发明内容
本发明的目的是提供一种可越障式多分裂导线除冰机器人，该机器人通 过爬行的方式在导线上行走，并通过旋转除冰组件敲击导线上的覆冰。
为了实现以上发明目的，本发明实施例提供一种可越障式多分裂导线除 冰机器人，所述机器人包括导线爬行装置，用于沿所述高压输电线路爬行； 旋转除冰装置，安装于所述导线爬行装置，用于采用旋转敲击力去除导线上 的覆冰；动力装置，用于为所述导线爬行装置以及所述旋转除冰装置提供驱 动力；控制装置，用于对所述导线爬行装置的爬行以及对所述旋转除冰装置 的旋转进行控制。
本发明的除冰机器人模拟动物四肢在导线上运动，同时采用旋转除冰组 件进行除冰，能应用于单导线以及多分裂导线的除冰，并能有效检测并跨越 障碍物，提高了除冰效率。本实施例的除冰机器人尤其适合在有诸多障碍的 多分裂导线上作长距离自主爬行。
图l为本发明实施例导线除冰机器人的一种系统原理图； 图2a为本发明实施例导线除冰机器人的主视图； 图2b为本发明实施例导线除冰机器人的侧视图； 图2C为本发明实施例导线除冰机器人的立体图3a为本发明实施例导线除冰机器人的爬行臂的侧视图3b为本发明实施例导线除冰机器人的爬行臂的机械结构图4为本发明实施例导线除冰机器人的爬行臂的剖视图5为本发明实施例导线除冰机器人的爬行臂机械手的机械结构图6为本发明实施例导线除冰机器人的爬行臂机械手的一种工作示意图7为本发明实施例导线除冰机器人的爬行臂机械手的另一工作示意图8a为本发明实施例导线除冰机器人的爬行臂机械手的内部结构图； 图8b为图8a中的传动部件的局部剖视图9为本发明实施例导线除冰机器人的爬行臂机械手遇到障碍的示意图10为本发明本实施例旋转除冰装置敲击组件的一种结构图ll为本发明本实施例除冰机器人应用于单导线的一种工作示意图12为本发明本实施例除冰机器人应用于单导线的另一种工作示意图13为本发明本实施例除冰机器人应用于多分裂导线的工作示意图14为本发明实施例除冰机器人爬行动作的控制流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式 和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其 说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图l为本发明实施例的导线除冰机器人的一种系统原理图。如图所示，该 除冰机器人10包括导线爬行装置101，用于沿高压输电线路爬行；旋转除冰 装置102，安装于导线爬行装置101，用于釆用旋转敲击力去除导线上的覆冰;电动机103，与导线爬行装置101以及旋转除冰装置102相耦合，用于为导线爬 行装置101以及旋转除冰装置102提供驱动力；控制装置104，用于对导线爬行 装置101的爬行以及对旋转除冰装置102的旋转进行控制。
该除冰机器人10的动力来源于燃油发电机105，由燃油发电机105带动电 动机103运转，并将电能储存于蓄电池106。蓄电池106也可以带动电动机103 运转并为控制装置104提供电力，同时还为燃油发动机105的再次点火提供电 能。本实施例中由燃油发电机105、电动机103以及蓄电池106共同构成本实施 例的动力装置。
控制装置104进一步包括燃油发电机控制装置和电动机控制装置。燃油发 电机控制装置，用于控制所述燃油发电机的启动与停止；电动机控制装置， 用于控制所述电动机的运转速度和方向，由电动机带动外部的执行机构(旋 转除冰装置以及导线爬行装置)进行运动。
图2a为本实施例导线除冰机器人10的主视图，图2b为除冰机器人10的侧 视图，图2c为除冰机器人10的的立体图。如图2a-图2c所示，其中导线爬行装 置101包括支撑架201以及在支撑架201两侧相对安装的4条爬行臂202，这四条 爬行臂可以模仿动物的四肢在导线上进行爬行。爬行臂的数目还可以更多， 以使该除冰机器人10更稳定地在导线上爬行。旋转除冰装置102包括支撑臂203 以及敲击组件204，该支撑臂203的一端安装在支撑架201的一个端部，该支撑 臂203的另一端装有电机，在该电机的输出轴上安装敲击组件204以通过电机 带动该敲击组件204的旋转来除冰。
图3a为爬行臂202的侧视图，图3b为爬行臂202的机械结构图。如图3a和 图3b所示，该爬行臂202包括爬行臂肢体301，在爬行臂肢体301靠近支撑架 201的一侧设置与支撑架201连接的爬行臂肩关节302，该爬行臂肩关节302与 支撑架201内的电机输出轴固定连接，使该爬行臂可以围绕该肩关节转动。在 爬行臂肢体301靠近高压输电线的一端设置可以转动的爬行臂腕关节303，爬 行臂腕关节303与内置电机307的输出轴固定连接，使爬行臂可以围绕该腕关节转动。该爬行臂202还包括与爬行臂腕关节303连接的机械手304，用于抓握 和松开高压输电线。此外，在爬行臂肢体301的空间内还包含一爬行臂升降机 构305，可以使该爬行臂沿爬行臂肩关节302上下运动，该升降机构305由内置 电机306驱动。因此，该爬行臂202可以实现绕肩关节转动、绕腕关节转动以 及上下运动这三种运动方式。通过这三种运动方式模拟动物在导线上的爬行 动作。
图4为爬行臂202的剖视图。为了实现以上所述的三种方式的运动，该爬 行臂的升降机构305为滚珠丝杠，爬行臂肩关节302为滚珠丝杠中用于承载滚 珠的滚珠承载装置。支撑架201内的电机401通过其减速器401，的输出轴与爬行 臂肩关节302固定连接，以带动爬行臂围绕肩关节旋转；内置电机306通过减 速器306，带动同步带308传动，由该同步带308带动滚珠丝杠305的旋转，从而 实现爬行臂沿肩关节302上下运动；内置电机307通过其减速器307'的输出轴与 爬行臂腕关节303固定连接，以带动爬行臂围绕腕关节旋转。
图5为机械手304的机械结构图。本实施例的机械手304能够有效的抓紧和 松开导线，还可以感知障碍物的存在以重新调整爬行臂的动作来越障并再次 抓握导线。该机械手304包括导线定位装置，用于定位所述高压输电线；导 线压紧装置，与所述导线定位装置相对设置，用于固定并压紧所述高压输电 线。本实施例中，机械手304的导线定位装置为V形凹槽501;导线压紧装置包 括与旋转轴504固定连接的压板502，通过旋转轴504的带动旋转至与V形凹 槽501平行的方向并向下运动以压紧所述高压输电线；或向上运动并旋转至与 所述凹槽垂直的方向以松开所述高压输电线。为了实现自动控制，该机械手 304还包括在V型凹槽凹陷中央设置的开关装置503,当放入的导线按压该开关 装置503之后，由控制装置104控制压板502压紧输电线。
本实施例中与压板502连接的旋转轴504嵌于凹槽501内部，该压板502可 以绕旋转轴504旋转以及沿该旋转轴504进行上下运动。图6为压板方向垂直凹 槽的情况，图7为压板旋转90度后平行凹槽的情况。如图6-图7所示，导线进入凹槽501，并按压开关装置503，此时控制装置104接收到该按压信号并控制旋 转轴504旋转卯度与凹槽平行，然后控制旋转轴504向下运动，使压板502压紧 导线。当机械手需要收回的时候，同样由控制装置104控制旋转轴504带动压 板向上运动，并旋转回与凹槽垂直的位置，使导线能够脱离该凹槽501。
图8a为机械手304的内部结构图，如图8a所示，旋转轴504与一扇形齿轮 固定连接；该机械手由两套传动机构来控制，左边的电机以及齿轮用于驱动 该扇形齿轮水平旋转，从而带动旋转轴504水平旋转；右边的电机以及齿轮用 于驱动该扇形齿轮垂直运动，从而带动旋转轴504上下运动，两个电机的旋转 轴垂直。图8b为图8a传动机构的局部剖视图。如图8a和图8b所示，通过采用扇 形齿轮与该旋转轴固定连接以及采用旋转轴互相垂直的两个电机来驱动该机 械手，能够实现旋转轴504水平旋转和垂直运动互不干涉。
图9为机械手遇到障碍物的示意图。本实施例在机械手的压板上还设置有 力传感器(图中未示)，导线按压开关装置503之后，触发压板502向与凹槽 平行的方向旋转90度。如果在旋转的过程中遇到障碍物901，则力传感器将该 遇障信息反馈给控制装置104，控制装置104重新调整爬行臂的动作(如重新 调整步距，使爬行臂向前或向后抓握)来越过障碍物901。
重新参照图2a-图2c，本实施例中旋转除冰装置102的支撑臂203可以采用 类似于爬行臂202的机械结构。该支撑臂203同样包含支撑臂肢体、支撑臂肩 关节、支撑臂升降机构以及支撑臂腕关节。其中支撑臂肩关节，位于支撑 臂肢体靠近支撑架的一侧，与支撑架连接，使所述支撑臂围绕所述支撑臂肩 关节转动；支撑臂升降机构，位于支撑臂肢体内，使支撑臂肢体沿支撑臂肩 关节上下运动；支撑臂腕关节，与敲击组件连接，使敲击组件围绕支撑臂腕 关节转动。.
因此，该支撑臂203也可以实现绕肩关节转动、上下运动以及绕腕关节转 动。所不同的是，与支撑臂腕关节连接的部件为敲击组件。该敲击组件在腕 关节内置的电机带动下进行旋转以敲击导线上的覆冰。该敲击组件可以有不同的形状和结构，只要能够进行旋转敲击即可。
本实施例的一种敲击组件204包括敲击棒，通过模拟棍棒敲击的动作沿
垂直于导线的方向进行敲击除冰。敲击棒的一端固定连接于电动机的轴上，
敲击棒以电动机的轴为中心进行旋转；或敲击棒纵向的中间位置固定连接于 电动机的轴上，敲击棒以电动机的轴为中心进行旋转。考虑到导线空间位置 及覆冰的复杂性，还可以在敲击棒的端部柔性连接多节短棒。
本实施例中为了使除冰效果更佳，该敲击组件204包括至少两组旋转方向 相反的敲击棒，其旋转直径大于其旋转中心与导线的距离。敲击棒敲击覆冰 导线后可有效避让，随后再次敲击导线，敲击棒材料的硬度可选择低于导线 材料硬度，以有效防止敲击时损伤导线。图10为本实施例的另一种敲击组件 的结构，包括旋转盘以及和该旋转盘的边缘柔性连接的多节短棒，其中， 旋转盘的中心与电机输出轴连接。
图11-图13为本实施例的除冰机器人在导线上爬行并除冰的工作示意图。 图ll为该除冰机器人应用于单导线的工作示意图，此时该支撑臂沿竖直方向 支撑该敲击组件；图12同样为应用于单导线的工作示意图，所不同的是，该 支撑臂旋转了一个角度，这样可以敲击到其他导线上的覆冰。图13为除冰机 器人应用于多分裂导线的工作示意图，该支撑臂可以上下调整高度，如，将 敲击组件的旋转中心调整到分裂圆心以更有效地敲击多根导线上的覆冰。
图14为本实施例的除冰机器人爬行动作的控制流程。该流程由控制装置 104对每个爬行臂的驱动电机进行控制，由驱动电机控制爬行臂的具体动作从 而实现本实施例可越障的除冰机器人。如图所示，本实施例的除冰机器人模 拟动物的爬行姿势，爬行臂分为斜对角方向的l、 3臂及2、 4臂。在l、 3臂抓 握导线的同时松开2、 4臂，2、 4臂縮回、前摆、伸展并抓握导线；待2、 4臂 抓握导线后再次松开l、 3臂，然后l、 3臂縮回、前摆、伸展并抓握导线，依 次重复完成爬行动作，直到到达目标。
在爬行臂抓握导线时，如果压板不能就位表示遇到障碍物，则控制装置将压板复位并调整爬行臂的爬行步距以重新抓握导线。本实施例的控制装置
可以采用电机控制专用芯片TMS320LF2407 。
以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而 已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于，所述机器人包括导线爬行装置，用于沿所述高压输电线路爬行；旋转除冰装置，安装于所述导线爬行装置，用于采用旋转敲击力去除导线上的覆冰；动力装置，用于为所述导线爬行装置以及所述旋转除冰装置提供驱动力；控制装置，用于对所述导线爬行装置的爬行以及对所述旋转除冰装置的旋转进行控制。
2、 根据权利要求l所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于， 所述导线爬行装置包括支撑架以及在所述支撑架两侧相对安装的至少四条爬 行臂；所述爬行臂包括爬行臂肢体，爬行臂肩关节，爬行臂升降机构和机 械手；所述爬行臂肩关节，位于所述爬行臂肢体靠近所述支撑架的一侧，与所 述支撑架连接，使所述爬行臂围绕所述爬行臂肩关节转动；所述爬行臂升降机构，位于所述爬行臂肢体内，使所述爬行臂肢体沿所 述爬行臂肩关节上下运动；所述机械手，位于所述爬行臂肢体靠近所述高压输电线的一侧，用于抓 握或松开所述高压输电线。
3、 根据权利要求2所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于，所述爬行臂还包括爬行臂腕关节；所述爬行臂腕关节，位于所述爬行臂肢体靠近所述高压输电线的一侧， 与所述机械手连接，使所述机械手围绕所述爬行臂腕关节转动。
4、 根据权利要求2所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于， 所述爬行臂升降机构为滚珠丝杠；所述爬行臂肩关节为所述滚珠丝杠中的滚珠承载机构。
5、 根据权利要求2所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于，所述机械手包括导线定位装置，用于定位所述高压输电线；导线压紧装置，与所述导线定位装置相对设置，用于固定并压紧所述高 压输电线。
6、 根据权利要求5所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于， 所述导线定位装置为V形凹槽；所述导线压紧装置包括与旋转轴固定连接的压板，通过旋转轴的带动 旋转至与所述V形凹槽平行的方向并向下运动以压紧所述高压输电线；或向上运动并旋转至与所述凹槽垂直的方向以松开所述高压输电线。
7、 根据权利要求6所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于， 所述V形凹槽的凹陷中央设置有开关装置，用于实时感测导线的压力并传给所述控制装置；所述控制装置根据所述压力值判断所述V形凹槽内是否放入导线，当判断 所述凹槽中放入导线时则控制所述压板压紧所述导线。
8、 根据权利要求l所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于， 所述动力装置包括电动机；所述旋转除冰装置包括敲击组件；所述敲击组 件的中心与所述电机的输出轴连接。
9、 根据权利要求8所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于，所述敲击组件包括-与所述电动机输出轴固定连接的旋转盘以及与所述旋转盘边缘柔性连接 的多节短棒；或与所述电动机输出轴固定连接的旋转杆以及与所述旋转杆的端部柔性连 接的多节短棒。
10、 根据权利要求8所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于， 所述旋转除冰装置还包括支撑臂，连接所述支撑架与所述敲击组件；所述 支撑臂包括支撑臂肢体，支撑臂肩关节，支撑臂升降机构以及支撑臂腕关节;所述支撑臂肩关节，位于所述支撑臂肢体靠近所述支撑架的一侧，与所 述支撑架连接，使所述支撑臂围绕所述支撑臂肩关节转动；所述支撑臂升降机构，位于所述支撑臂肢体内，使所述支撑臂肢体沿所 述支撑臂肩关节上下运动；所述支撑臂腕关节，与所述敲击组件连接，使所述敲击组件围绕所述支 撑臂腕关节转动。
11、根据权利要求l所述的可越障式多分裂导线除冰机器人，其特征在于， 所述动力装置包括电动机、燃油发电机和蓄电池；所述的燃油发电机为所述的蓄电池充电并为所述电动机提供电能； 所述的蓄电池为所述的电动机、控制装置及燃油发电机提供电能。
全文摘要
本发明提供一种可越障式多分裂导线除冰机器人，所述机器人包括导线爬行装置，用于沿所述高压输电线路爬行；旋转除冰装置，安装于所述导线爬行装置，用于采用旋转敲击力去除导线上的覆冰；动力装置，用于为所述导线爬行装置以及所述旋转除冰装置提供驱动力；控制装置，用于对所述导线爬行装置的爬行以及对所述旋转除冰装置的旋转进行控制。本发明的除冰机器人不仅适用于单导线除冰更适用于多分裂导线的除冰，该机器人通过传感器感测障碍物并实施有效避让措施，尤其适合在有诸多障碍的多分裂导线上作长距离自主爬行。
文档编号B25J19/00GK101567538SQ20081010450
公开日2009年10月28日 申请日期2008年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者翔 李, 李红旗, 詹涵菁, 陈志高, 陈懿夫, 陈明达 申请人:国网北京电力建设研究院