[发明专利]输电线路动态除冰机器人

说明书

本发明是申请号为201510955625.8、申请日为2015年12月17日、 发明名称为“输电线路动态除冰机器人”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及电网维护领域，尤其涉及一种输电线路动态除冰机器人。

背景技术

输电线路覆冰会造成输电设备、输电线路损坏，同时容易因为断电给 用电单位或个人造成较大的经济损失，极端情况下，甚至对输电线路下方 的车辆和行人也会形成一定的隐患。

现有技术中，输电线路除冰的技术方案仍主要依赖现场人工操作进 行，即安排当地供电管理部门的员工携带除冰工具对管辖区内的输电线路 进行现场除冰，这种方式效率低下、耗时耗力，也出现了一些机器人除冰 的远程控制方案，但由于机器人本身结构设计无法满足复杂的输电电网设 所在环境的需求。

同时，现有技术中，对现场冰层的测量仍需要依赖现场人员肉眼观测， 无法进行准确的电子测量，而且，对输电线路的除冰主要依赖人工式除冰 刀具或机械式除冰刀具，除冰效果不佳，除冰的自动化程度较低。

因此，需要一种新的输电线路冰层削减方案，能够在除冰过程中尽可 能地减少人工参与，以机械除冰方式替换人工除冰方式，更关键的是，能 够将现场冰层检测和现场冰层消除电子化，提高整个除冰方案的智能化水 平。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种动态除冰机器人，通过包括螺 线管、旋转式弹药存储筒、无线通信接口、燃烧室和活塞连杆的汽缸活塞 机构和扳机协同操作，实现现场冲击式电子除冰，引入电容感应式冰层传 感器，实现现场冰层厚度的电子测量，尤其是改造了机器人平台，使其满 足各种复杂环境的需求。

根据本发明的一方面，提供了一种动态除冰机器人，所述机器人包括 冰层厚度检测系统、机器人行走驱动系统和除冰系统，冰层厚度检测系统 用于检测输电线路上的实时冰层厚度，机器人行走驱动系统用于搭载除冰 系统，并根据实时冰层厚度控制除冰系统的除冰次数。

更具体地，在所述动态除冰机器人中，包括：汽缸活塞机构，搭载在 机器人主体结构上，包括螺线管、旋转式弹药存储筒、无线通信接口、燃 烧室和活塞连杆；活塞连杆顶部配有开端夹钳，用于夹住输电线路的地线， 活塞连杆底部与燃烧室连接；燃烧室底部连接旋转式弹药存储筒；旋转式 弹药存储筒底部连接螺线管和扳机；扳机，用于将旋转式弹药存储筒内弹 药推送到燃烧室内并触发弹药在燃烧室内爆炸，以对输电线路的地线产生 瞬间的冲击载荷，实现除冰效果；螺线管用于推动扳机，能够多次执行对 扳机的推动以实现多次触发弹药在燃烧室内爆炸；模拟导线，安装在输电 线路所在铁塔的位置上；电容感应式冰层传感器，设置在模拟导线上，包 括13个与模拟导线平行的电极，13个电极宽为2毫米且13个电极均匀设 置在同一平面上，编号为偶数的电极即6个电极同时接地；AC电源，安 装在输电线路所在铁塔的位置上，一端接地；电阻，一端与AC电源的另 一端连接；多路选通开关，一端与13个电极连接，另一端与电阻的另一 端连接，用于同时将编号为奇数的电极即7个电极同时与电阻的另一端连 通，以接收AC电源的激励；检波滤波器，一端与电阻的另一端连接，对 电容感应式冰层传感器通过多路选通开关传送的电容信号进行检波滤波 操作；电容数字转换器，与检波滤波器和微控制器分别连接，将检波滤波 后的电容信号进行数字转换后并发送给微控制器；微控制器，安装在输电 线路所在铁塔的位置上，与电容数字转换器通过串口连接，基于检波滤波 后的电容信号确定模拟导线的冰层厚度并作为实时冰层厚度输出；第一频 分双工通信接口，安装在输电线路所在铁塔的位置上，与微控制器电性连 接，用于无线发送实时冰层厚度，还用于通过第二频分双工通信接口无线 接收除冰指令，除冰指令中包括扳机推动次数；第三频分双工通信接口， 位于燃烧室上，与螺线管电性连接，与第一频分双工通信接口无线连接， 用于无线接收除冰指令，并将除冰指令电性发送给螺线管；伸缩限位开关 组合，包括六个伸缩限位开关，用于分别限制前方垂直伸缩臂、前方水平 伸缩臂、中部垂直伸缩臂、中部水平伸缩臂、后方垂直伸缩臂和后方水平 伸缩臂的伸缩距离；刹车限位开关，用于限制刹车块的刹车距离；控制箱 移动限位开关，用于限制控制箱的移动距离；机器人主体结构，包括前轮 子结构、中轮子结构、后轮子结构、刹车子结构、前方气动伸缩子结构、 后方气动伸缩子结构、中部气动伸缩子结构、底板、重心控制子结构和控 制箱；前轮子结构处于底板上方，包括前方驱动电机和前方行走轮，前方 行走轮采用塑料材料，具有与输电线路相适应的圆槽，前方驱动电机与前 方切削刀片和前方行走轮分别连接，用于为前方切削刀片提供切削动力的 同时，为前方行走轮提供行走动力；中轮子结构位于前轮子结构和中轮子 结构中间，处于底板上方，包括中部驱动电机和中部行走轮组成，中部行 走轮采用塑料材料，具有与输电线路相适应的圆槽，中部驱动电机与中部 行走轮连接，用于为中部行走轮提供行走动力；后轮子结构处于底板上方， 包括后方驱动电机和后方行走轮，后方行走轮采用塑料材料，具有与输电 线路相适应的圆槽，后方驱动电机与后方切削刀片和后方行走轮分别连 接，用于为后方切削刀片提供切削动力的同时，为后方行走轮提供行走动 力；前方气动伸缩子结构位于前轮子结构和底板之间，用于将前轮子结构 连接到底板上，包括前方腕关节、前方垂直伸缩臂、前方肘关节、前方水 平伸缩臂和前方肩关节，前方腕关节将前轮子结构和前方垂直伸缩臂连 接，前方垂直伸缩臂与前方肘关节连接，前方水平伸缩臂将前方肘关节与 前方肩关节连接，前方肩关节与底板连接，前方垂直伸缩臂还与AVR32 芯片电性连接以接收前方垂直伸缩控制信号，前方水平伸缩臂还与AVR32 芯片电性连接以接收前方水平伸缩控制信号；中部气动伸缩子结构位于中 轮子结构和底板之间，用于将中轮子结构连接到底板上，包括中部腕关节、 中部垂直伸缩臂、中部肘关节、中部水平伸缩臂和中部肩关节，中部腕关 节将中轮子结构和中部垂直伸缩臂连接，中部垂直伸缩臂与中部肘关节连 接，中部水平伸缩臂将中部肘关节与中部肩关节连接，中部肩关节与底板 连接，中部垂直伸缩臂还与AVR32芯片电性连接以接收中部垂直伸缩控制 信号，中部水平伸缩臂还与AVR32芯片电性连接以接收中部水平伸缩控制 信号；后方气动伸缩子结构位于后轮子结构和底板之间，用于将后轮子结 构连接到底板上，包括后方腕关节、后方垂直伸缩臂、后方肘关节、后方 水平伸缩臂和后方肩关节，后方腕关节将后轮子结构和后方垂直伸缩臂连 接，后方垂直伸缩臂与后方肘关节连接，后方水平伸缩臂将后方肘关节与 后方肩关节连接，后方肩关节与底板连接，后方垂直伸缩臂还与AVR32 芯片电性连接以接收后方垂直伸缩控制信号，后方水平伸缩臂还与AVR32 芯片电性连接以接收后方水平伸缩控制信号；刹车子结构包括刹车块、刹 车导向结构和刹车气缸，刹车块位于后方输电线路位置，刹车导向结构与 刹车块和刹车气缸分别连接，用于为刹车块的刹车制动操作提供动力；重 心控制子结构位于底板下方，采用控制箱为重心调节的配重设备，包括重 心调节气缸和三位电磁阀，重心调节气缸为重心调节提供动力，三位电磁 阀通过调节控制箱和底板之间的相对距离来控制机器人主体结构的重心 位置；控制箱位于底板下方，包括外壳和控制板，所述控制板集成了AVR32 芯片和第二频分双工通信接口，第二频分双工通信接口与远端的供电管理 服务器连接，用于接收供电管理服务器无线发送的无线控制指令，AVR32 芯片还与第二频分双工通信接口、前方驱动电机、中部驱动电机和后方驱 动电机分别连接，用于解析无线控制指令以确定并输出前方垂直伸缩控制 信号、前方水平伸缩控制信号、中部垂直伸缩控制信号、中部水平伸缩控 制信号、后方垂直伸缩控制信号或后方水平伸缩控制信号，还用于解析无 线控制指令以确定前方驱动电机、中部驱动电机或后方驱动电机的驱动控 制信号；其中，AVR32芯片还通过第二频分双工通信接口与第一频分双工 通信接口连接，以接收实时冰层厚度，根据实时冰层厚度确定扳机推动次 数，将扳机推动次数打包在除冰指令中并通过第二频分双工通信接口发送 给第一频分双工通信接口；其中，第一频分双工通信接口将除冰指令通过 第三频分双工通信接口发送给螺线管，以控制螺线管解析除冰指令，获得 扳机推动次数，并按照解析到的扳机推动次数多次执行对扳机的推动。