一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置及除冰方法

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一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置及除冰方法
申请号	CN202211453580.0	申请日	2022-11-21	公开(公告)号	CN115800164A	公开(公告)日	2023-03-14
申请人	国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司; 江南大学;			发明人	倪宏宇; 黄武浩; 姚建立; 赵峰; 颜文旭; 金立东; 汪磊; 储杰; 石浩; 王鹏; 金宇辰;
摘要	本发明公开了一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置及除冰方法，其中除冰装置包括机架以及设于机架的行进机构、敲击清扫除冰机构，行进机构包括对应设置的行进轮和夹紧轮、对应驱动行进轮和夹紧轮的行进轮驱动电机和夹紧轮驱动电机；敲击清扫除冰机构包括除冰锤以及带动除冰锤进行敲击和清扫除冰的动力机构，除冰锤设有锤头，除冰锤锤头含侧面尖端部分和顶部刷毛部分，侧面尖端部分用于对输电线路地线覆冰层进行侧面敲击，刷毛部分用于对输电线路地线残余碎冰进行清扫。本发明除冰装置的除冰方式以敲击为主、碾压清扫为辅，同时清扫输电线路地线上残留的冰渣，能通过较为简单的结构设计有效实现除冰，同时降低了除冰机器人的能耗。
权利要求	1.一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，其特征在于，包括机架以及设于机架的行进机构、敲击清扫除冰机构，所述行进机构包括对应设置的行进轮和夹紧轮、对应驱动行进轮和夹紧轮的行进轮驱动电机和夹紧轮驱动电机，在敲击清扫除冰机构进行敲击和清扫除冰后，所述行进轮和夹紧轮夹紧输电线路地线实现碾压除冰；所述敲击清扫除冰机构包括除冰锤以及带动除冰锤进行敲击和清扫除冰的动力机构，所述除冰锤设有锤头，所述除冰锤锤头含侧面尖端部分和顶部刷毛部分，所述侧面尖端部分用于对输电线路地线覆冰层进行侧面敲击，所述刷毛部分用于对输电线路地线残余碎冰进行清扫；所述机架的上方设有摄像头组件，所述摄像头组件包括摄像头，所述摄像头用于监测输电线路地线的覆冰情况和除冰机构的除冰情况，以控制电机来改变除冰锤的高度及其敲击的速度。 2.根据权利要求1所述的一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，其特征在于，所述敲击清扫除冰机构包括对应设于行进机构运行方向两侧的第一除冰锤和第二除冰锤，在除冰机器人的行进方向上，输电线路地线覆冰层遇到的第一个除冰锤设置为敲击除冰模式，另一个除冰锤设置为清扫除冰模式。 3.根据权利要求2所述的一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，其特征在于，所述动力机构包括对应第一除冰锤设置的第一旋转轴、对应第二除冰锤设置的第二旋转轴，以及用于驱动第一旋转轴转动的第三电机、用于驱动第二旋转轴转动的第四电机，所述第一旋转轴用于带动第一除冰锤反复正反向旋转以执行反复敲击动作，所述第二旋转轴用于带动第二除冰锤反复正反向旋转以执行反复敲击动作。 4.根据权利要求3所述的一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，其特征在于，所述动力机构还包括对应第一除冰锤设置的第一传动轴、对应第二除冰锤设置的第二传动轴，以及用于驱动第一传动轴转动的第一电机、用于驱动第二传动轴转动的第二电机，所述第一传动轴与第一升降杆连接、用于驱动第一升降杆的伸缩，从而控制第一除冰锤的升降；所述第二传动轴与第二升降杆连接、用于驱动第二升降杆的伸缩，从而控制第二除冰锤的升降。 5.根据权利要求1所述的一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，其特征在于，所述行进轮包括第一行进轮和第二行进轮，所述夹紧轮包括第一夹紧轮和第二夹紧轮，所述行进轮驱动电机包括用于驱动第一行进轮的第一行进轮驱动电机和用于驱动第二行进轮的第二行进轮驱动电机，所述夹紧轮驱动电机包括用于驱动第一夹紧轮的第一夹紧轮驱动电机和用于驱动第二行进轮的第二夹紧轮驱动电机。 6.根据权利要求1所述的一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，其特征在于，所述摄像头组件还包括包裹摄像头的半球型透明防护组件，所述半球型透明防护组件内外两侧均覆有防水防雾涂层。 7.一种输电线路地线除冰机器人的除冰方法，其特征在于，通过权利要求1‑6任意一项所述的一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置进行除冰工作，包括以下步骤：步骤一：在除冰机器人上线时，第一除冰锤和第二除冰锤在动力机构的驱动下，通过上下升降或绕轴旋转的形式，避开输电线路地线；步骤二：除冰机器人进入覆冰输电线路地线，敲击清扫除冰机构根据摄像头拍摄到的输电线路地线覆冰情况，将第二除冰锤旋转升降至输电线路地线正下方；步骤三：第一除冰锤侧面敲击冰层；步骤四：第一行进轮和第二行进轮接连对输电线路地线冰层施加从上到下的碾压力；步骤五：第二除冰锤的刷毛部分对输电线路地线上残留的冰渣进行清扫，最终完成覆冰输电线路地线的除冰工作。 8.根据权利要求7所述的一种输电线路地线除冰机器人的除冰方法，其特征在于，根据输电线路地线覆冰情况，设置第一除冰锤和第二除冰锤的敲击速度，使覆冰层产生共振，以强化除冰效果。
说明书全文	一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置及除冰方法【技术领域】 [0001] 本发明属于电力线路故障检修技术领域，尤其是涉及一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置。【背景技术】 [0002] 我国幅员辽阔，地貌特征千差万别，因此大部分输电线路需要穿过高原、山地、盆地等气候复杂恶劣的区域。在冰雪、冻雨等极端的气象条件下，输电线路覆冰成为不可避免的问题。对于覆冰较为严重的输电线路，通常采用最有效的人工上线除冰的方式，但这种方式危险性较高且除冰的速度很慢。随着科技的发展，目前在人力之外，主要采用两种方式进行除冰：靠加大输电线路电流，使输电线路发热升温来融化覆冰的热力融冰技术；借助机械外力的机械除冰技术。其中，输电线路地线由于无法输入电流而缺乏热力融冰的条件。因此，从适用性更广的角度，许多学者开始研究输电线路地线除冰机器人。不同的除冰机器人采用不同的除冰机构，通过施加机械力的方式去除输电线路地线覆冰。 [0003] 目前国内外已有一些不同的除冰机构设计方案，包括双圆弧刀旋转除冰、切削敲击除冰、开合式圆筒除冰等，它们能对输电线路地线覆冰层造成一定的冲击，但除冰机构的结构较复杂，在实际低温高湿度的环境中，零部件间的耦合处容易结冰，并且没有充分考虑到所覆冰层低密度、弱附着、易连带的特质，施加了不必要的力，降低了除冰机构所在除冰机器人的续航能力。【发明内容】 [0004] 针对现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，有效实现除冰，同时降低了除冰机器人的能耗，提高除冰机器人的续航能力。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： [0006] 一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，包括机架以及设于机架的行进机构、敲击清扫除冰机构， [0007] 所述行进机构包括对应设置的行进轮和夹紧轮、对应驱动行进轮和夹紧轮的行进轮驱动电机和夹紧轮驱动电机，在敲击清扫除冰机构进行敲击和清扫除冰后，所述行进轮和夹紧轮夹紧输电线路地线实现碾压除冰； [0008] 所述敲击清扫除冰机构包括除冰锤以及带动除冰锤进行敲击和清扫除冰的动力机构，所述除冰锤设有锤头，所述除冰锤锤头含侧面尖端部分和顶部刷毛部分，所述侧面尖端部分用于对输电线路地线覆冰层进行侧面敲击，所述刷毛部分用于对输电线路地线残余碎冰进行清扫； [0009] 所述机架的上方设有摄像头组件，所述摄像头组件包括摄像头，所述摄像头用于监测输电线路地线的覆冰情况和除冰机构的除冰情况，以控制电机来改变除冰锤的高度及其敲击的速度。 [0010] 作为优选，所述敲击清扫除冰机构包括对应设于行进机构运行方向两侧的第一除冰锤和第二除冰锤，在除冰机器人的行进方向上，输电线路地线覆冰层遇到的第一个除冰锤设置为敲击除冰模式，另一个除冰锤设置为清扫除冰模式。 [0011] 作为优选，所述动力机构包括对应第一除冰锤设置的第一旋转轴、对应第二除冰锤设置的第二旋转轴，以及用于驱动第一旋转轴转动的第三电机、用于驱动第二旋转轴转动的第四电机，所述第一旋转轴用于带动第一除冰锤反复正反向旋转以执行反复敲击动作，所述第二旋转轴用于带动第二除冰锤反复正反向旋转以执行反复敲击动作。 [0012] 作为优选，所述动力机构还包括对应第一除冰锤设置的第一传动轴、对应第二除冰锤设置的第二传动轴，以及用于驱动第一传动轴转动的第一电机、用于驱动第二传动轴转动的第二电机，所述第一传动轴与第一升降杆连接、用于驱动第一升降杆的伸缩，从而控制第一除冰锤的升降；所述第二传动轴与第二升降杆连接、用于驱动第二升降杆的伸缩，从而控制第二除冰锤的升降。 [0013] 作为优选，所述行进轮包括第一行进轮和第二行进轮，所述夹紧轮包括第一夹紧轮和第二夹紧轮，所述行进轮驱动电机包括用于驱动第一行进轮的第一行进轮驱动电机和用于驱动第二行进轮的第二行进轮驱动电机，所述夹紧轮驱动电机包括用于驱动第一夹紧轮的第一夹紧轮驱动电机和用于驱动第二行进轮的第二夹紧轮驱动电机。 [0014] 作为优选，所述摄像头组件还包括包裹摄像头的半球型透明防护组件，所述半球型透明防护组件内外两侧均覆有防水防雾涂层。 [0015] 本发明还提供了一种输电线路地线除冰机器人的除冰方法，通过所述的一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置进行除冰工作，包括以下步骤： [0016] 步骤一：在除冰机器人上线时，第一除冰锤和第二除冰锤在动力机构的驱动下，通过上下升降或绕轴旋转的形式，避开输电线路地线； [0017] 步骤二：除冰机器人进入覆冰输电线路地线，敲击清扫除冰机构根据摄像头拍摄到的输电线路地线覆冰情况，将第二除冰锤旋转升降至输电线路地线正下方； [0018] 步骤三：第一除冰锤侧面敲击冰层； [0019] 步骤四：第一行进轮和第二行进轮接连对输电线路地线冰层施加从上到下的碾压力； [0020] 步骤五：第二除冰锤的刷毛部分对输电线路地线上残留的冰渣进行清扫，最终完成覆冰输电线路地线的除冰工作。 [0021] 进一步的，根据输电线路地线覆冰情况，设置第一除冰锤和第二除冰锤的敲击速度，使覆冰层产生共振，以强化除冰效果。 [0022] 本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果： [0023] 1、本发明的除冰装置可以实现输电线路地线上的双向作业，除冰锤在上线前可以由动力机构升降或旋转到不妨碍除冰机器人上线的高度或角度。 [0024] 2、针对输电线路地线覆冰层低密度、弱附着、易连带的特点，本发明的除冰装置的除冰方式以敲击为主、碾压清扫为辅，同时清扫输电线路地线上残留的冰渣，能通过较为简单的结构设计有效实现除冰，同时降低了除冰机器人的能耗，降低了零部件间耦合处被冰冻住的可能。 [0025] 3、以附图中的作业方向为例，在第一行进轮压过覆冰导线前，由第一除冰锤先将冰层敲松、脱落，降低了行进轮滑落覆冰输电线路地线或被冰层卡死的可能，增加了除冰机器人在覆冰输电线路地线行走的稳定性。 [0026] 4、摄像头用于监测输电线路地线的覆冰情况和除冰装置的除冰情况，以控制电机来改变除冰锤的高度及其敲击的速度。半球型透明防护罩内外两侧涂有防水防雾层，使得摄像头在低温、高湿度的作业环境下能清晰得拍摄输电线路地线的覆冰情况和除冰情况，进而使得第一除冰锤的敲击速度和第二除冰锤的清扫位置得以合理控制。 [0027] 本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。【附图说明】 [0028] 下面结合附图对发明做进一步的说明： [0029] 图1为本发明一种输电线路地线除冰机器人的除冰机构的结构示意图； [0030] 附图标记：1‑机架，2‑敲击清扫除冰机构，201‑第一除冰锤，202‑第二除冰锤，203‑第一升降杆，204‑第二升降杆，2011‑第一刷毛，2021‑第二刷毛，3‑摄像头组件，4‑动力机构，401‑第一电机，402‑第二电机，403‑第三电机，404‑第四电机，5‑行走机构，501‑第一行进轮，502‑第二行进轮，503‑第一夹紧轮，504‑第二夹紧轮，505‑第一行进轮驱动电机，506‑第二行进轮驱动电机，507‑第一夹紧轮驱动电机，508‑第二夹紧轮驱动电机，6‑输电线路地线，7‑覆冰层。【具体实施方式】 [0031] 下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。 [0032] 本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。 [0033] 在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。例如下述的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0034] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0035] 如图1所示，一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，其包括机架1、敲击清扫除冰机构 2、摄像头组件 3、动力机构4和行走机构5。 [0036] 其中，两个敲击清扫除冰机构2对称设于除冰机器人的机架1前后两侧，即沿输电线路地线6的延伸方向前后设置。敲击清扫除冰机构2包括第一除冰锤 201、第二除冰锤 202、第一升降杆203和第二升降杆204，第一刷毛2011位于第一除冰锤201上，第二刷毛2021位于第二除冰锤202上。所述动力机构4包括对应第一除冰锤设置的第一旋转轴、对应第二除冰锤设置的第二旋转轴，以及用于驱动第一旋转轴转动的第三电机403、用于驱动第二旋转轴转动的第四电机404，所述第一旋转轴用于带动第一除冰锤反复正反向旋转以执行反复敲击动作，所述第二旋转轴用于带动第二除冰锤反复正反向旋转以执行反复敲击动作。所述动力机构4还包括对应第一除冰锤设置的第一传动轴、对应第二除冰锤设置的第二传动轴，以及用于驱动第一传动轴转动的第一电机401、用于驱动第二传动轴转动的第二电机 402，所述第一传动轴与第一升降杆203连接、用于驱动第一升降杆的伸缩，从而控制第一除冰锤的升降；所述第二传动轴与第二升降杆204连接、用于驱动第二升降杆的伸缩，从而控制第二除冰锤的升降。第一升降杆203和第二升降杆204的具体升降结构参考常规丝杠螺母升降器。作为一种实施方式，第一旋转轴带动第一电机401、第一传动轴、第一升降杆203以及第一除冰锤201整体进行旋转，第二旋转轴带动第二电机402、第二传动轴、第二升降杆 204以及第二除冰锤202整体进行旋转。 [0037] 沿输电线路地线延伸方向前后两侧设置均设有除冰锤，除冰锤锤头含侧面尖端部分和顶部刷毛部分，尖端部分用于对输电线路地线覆冰层7进行侧面敲击，刷毛部分用于对输电线路地线残余碎冰进行自下而上的清扫。沿输电线路地线延伸方向前后两侧设置均设有除冰锤，这样设置是为了便于输电线路地线除冰机器人的双向作业，双向作业是指在除冰机器人行进方向上，输电线路地线覆冰层遇到的第一个除冰锤设置为敲击除冰模式，而另一个除冰锤设置为清扫除冰模式。 [0038] 行走机构5包括第一行进轮 501、第二行进轮 502、第一夹紧轮 503、第二夹紧轮 504、驱动第一行进轮501行进的第一行进轮驱动电机 505、驱动第二行进轮502行进的第二行进轮驱动电机506、驱动第一夹紧轮503升降的第一夹紧轮驱动电机507和驱动第二夹紧轮504升降的第二夹紧轮驱动电机508。第一行进轮501和第一夹紧轮503对应设置，第二行进轮502和第二夹紧轮504对应设置，两者沿输电线路地线延伸方向前后设置，第一行进轮和第一夹紧轮夹紧输电线路地线实现碾压除冰。第二行进轮和第二夹紧轮夹紧输电线路地线实现碾压除冰。 [0039] 在除冰机器人前进方向上，即图1中从左下到右上的方向，第一除冰锤201首先对输电线路地线覆冰层7进行敲击，将大部分冰层敲松、小部分冰层敲脱落；接着，第一行进轮501和第二行进轮502接连对松散的冰层进行碾压，使大部分的冰层脱落，脱落的冰层顺着倾斜的机架1的顶部滑落，防止碎冰卡在除冰机器人零部件耦合处，影响除冰机器人的运行，最后，第二除冰锤202运作以清扫输电线路地线6上的残余冰渣。 [0040] 摄像头组件3设于机架1上方，摄像头组件3包括摄像头和半球型透明防护罩。摄像头用于监测输电线路地线的覆冰情况和除冰装置的除冰情况，以控制电机来改变除冰锤的高度及其敲击的速度。半球型透明防护罩内外两侧涂有防水防雾层，使得摄像头在低温、高湿度的作业环境下能清晰得拍摄输电线路地线6的覆冰情况和除冰情况，进而使得第一除冰锤201的敲击速度和第二除冰锤202的清扫位置得以合理控制。 [0041] 对应上述的一种输电线路地线除冰机器人的除冰装置，还提供了一种除冰方法，包括以下步骤： [0042] 步骤一：在除冰机器人上线时，第一除冰锤201和第二除冰锤202在动力机构4的驱动下，通过上下升降或绕轴旋转的形式，避开输电线路地线6； [0043] 步骤二：除冰机器人进入覆冰输电线路地线6，敲击清扫除冰机构2根据摄像头组件3拍摄到的输电线路地线6覆冰情况，设置第一除冰锤201敲击的速度，将第二除冰锤202旋转升降至输电线路地线6正下方； [0044] 步骤三：第一除冰锤201侧面敲击覆冰层7； [0045] 步骤四：第一行进轮501和第二行进轮502接连对输电线路地线覆冰层7施加从上到下的碾压力； [0046] 步骤五：第二除冰锤202的刷毛部分对输电线路地线6上残留的冰渣进行清扫，最终完成覆冰输电线路地线的除冰工作。 [0047] 在上述除冰方法中，第一除冰锤201提供侧面破冰的冲击力，针对输电线路地线覆冰层低密度、弱附着、易连带的力学特性，可以将冰层敲松散并去除大部分冰层，而第一行进轮501和第二行进轮502对输电线路地线6上方剩余松散冰层施加向下的碾压力，第二除冰锤202在敲击、碾压后通过刷毛清扫输电线路地线6上残留的冰渣，实现敲击除冰、碾压除冰和清扫除冰三种模式相配合的除冰方式，有效去除输电线路地线覆冰，且在本技术方案中，摄像头组件3能持续跟进输电线路地线6覆冰情况和除冰情况，第一行进轮501和第二行进轮502碾压的是松散的冰层，以此防止除冰机器人卡死或滑出输电线，实现除冰机器人除冰作业时的稳定性。 [0048] 在步骤一中，第一除冰锤201和第二除冰锤202对输电线路地线6及其覆冰层7的避让，通过动力机构4来实现，具体是指，由第一电机401和第二电机402分别控制第一升降杆203和第二升降杆204的伸缩，进而分别控制第一除冰锤201和第二除冰锤202的升降，由第三电机403和第四电机404分别控制第一除冰锤201和第二除冰锤202的旋转。 [0049] 在步骤三中，第一除冰锤201的敲击由电机驱动，电机反复正反向运行以带动除冰锤对输电线路地线覆冰层7进行反复敲击，同时可以控制除冰锤的敲击速度。 [0050] 本发明的除冰装置适用于输电线路地线除冰机器人的双向作业，上述除冰方法仅对图1中自左下到右上的除冰方向上的除冰作业进行举例说明，而自右上到左下除冰方向上的除冰作业可以类同得知，同样应属于本发明权利要求的保护范围之内。 [0051] 以上所述，仅为发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。