高压线除冰机器人本体结构设计

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一种新型输电线路除冰机器人的本体结构设计

候，的启动和转动过程都很平稳。电机
参考文献
ｌＶｓＰＤＰ，ｃＣｎ，ｔ１ｌｃｒａａｈｎｓａｄｄｖｓｒｓｎａｄＪａｈＤＳ，ｅｇｅａ．ｅｔｃｌｍｃｉｅｎｒｅ：ｅｅｔｎ１Ｅｉｉｐ
ｆｕｅ］ａＪＥｅｔ】ｃｎａｃｎｒｃ０ｄｓｉｐｉｔｎｕｒｃ．ｒｔｙ１ｒｅｈｉｌｏｆｅｅｎｎｕｔａＡｌａｏｓｔ［Ｂｉａ：ｃＩＩｔｃｅｎＩｒｌｐｃｉ
集聚起来布满物体表面冻结成覆冰。输电线路覆冰严重时会导致效的除冰机器人以替代人工进行导线除冰具有很好的应用前景
规定的转速下，转够设定的圈数，而停下来。在检测的过程中，到后级电路的影响。由于驱动电路采用Ｉ２０由Ｒ１１驱动Ｉ采用ｃ，于是对正交编码盘某一相输出脉冲进行的双边沿检测，以每转ＩＦ２０ＭＳＥＴ构成三相全控桥，所ＲＲ２ＯＦＦ运用二二导通方式，使本设
一
圈有１２０４个边沿触发，即每转Ｏ５５２．１６５角度就产生一个触计的驱动能力＞２，２增大了电机的转矩。３１Ｖ＞Ａ，实验结果表明：本系统方案可行，安全可靠，简单实用。
发信号，能比较精确的确定电机位置。同样在实现这一功能的时
Байду номын сангаас
６周立功．ＭＣｒｘ－３ＡＲｏｔ－Ｍ开发指南．广州致远电子有限公司，０．ｅ中国２２０驱动电路与微控制电路也是隔离开来，微控制电路不会受［］
第５期

架空高压输电线除冰机器人设计

１．除冰器的整体方案
目前国内和国外的除冰技术可归纳有３０余种，总体可分为：热力融冰法、机械破冰法、自然被动法、其他方法。
热力融冰法：利用电流电阻焦耳效应发热融化线上的覆冰，这种方法把冰融化，消耗同样的能量，所能除的覆冰较少，效率较低。
自然被动法：依靠风、地球引力、随机散射和温度变化等脱冰的被动方法。该方法无需附加能量，但随机性较大，不能保证可靠除冰。
引言
输电线路冬季因受冰雪危害引起的供电中断事故通常都是较严重的，其修复难度大、周期长、停电面积广、影响铁路交通。因此，一直是全世界范围内需要解决的难点问题。２００８年初，我国南方大面积连续降雪，使输电线路附冰，导致杆塔倾斜倒塌、断线及绝缘子闪落，以及因不均匀覆冰和不同期脱冰引起输电线舞动现象，造成输电线塔架倒塌。目前已研制的一些机器人，用以高压线除冰，但大多功率太低、续航时间短。因此现在主要依靠人力除冰，通过电力工人爬上高压线塔用铁锤、拉杆、竹棒沿线敲打使覆冰脱落，这种方法不仅效率低而且对电力工人的生命安全造成了极大的威胁。因此，研制新型高效的除冰器来代替人工变得十分迫切。利用架空高压线除冰器代替人工除冰是目前发展趋势，而且机械除冰法具有效率高、成本低、保障人身安全等优点。研制新的机械除冰机器代替人工进行输电线除冰具有较好的应用前景和实用意义。
本文介绍的除冰器采用单缸二冲程发动机，正常工作转速为３０００ｒ／ｍｉｎ，则气缸中活塞的振动频率为５０Ｈｚ，把输电线缆简化成两端固定的弦，计算其固有频率为２０Ｈｚ，气缸中活塞振动频率与之相差较大，引起振动幅值小。为了更彻底减小振幅，将发动机的活塞振动方向放置成与输电线轴线平行的方向，并且在机架与发动机连接部位加减震缓冲材料。这种方法可以大幅度降低发动机震动引起输电线舞动的可能性，确保机器人工作稳定可靠。

输电线路除冰机器人除冰机构设计

第一章绪言1.1引言2008年1月，郴州市出现了连续近一个月的低温雨雪冰冻天气，遭受了历史罕见的冰雪灾害。

国家减灾委员会专家已定性为：“郴州发生的这次冰雪灾害，是世界上一次大面积、极端性气候事件，是江南地区持续时间最长的一次雨雪冰冻过程，影响地区的人口之多是世界罕见的”。

这次郴州冰灾造成中心城区正值春节期间停电、停水10多天，个别地方达到20多天，交通、通讯、电视均出现不同程度的中断，成为了一座与外界隔绝的“孤城”。

郴州成为我国南方冰雪灾害最严重的地区之一。

特别是电力系统遭受毁灭性重创，冰灾引起了倒塔,现场调查了2008年湖南冰灾期间≥220kV输电线路的受损情况,发现倒塔线路覆冰厚度主要集中在20～60mm,同时微地形和微气象造成覆冰加重和覆冰的不均匀性,档距、塔形等对线路倒塔也存在影响。

分析倒杆断线的形式认为覆冰太厚超过设计值、垂直荷载压垮和不平衡张力拉垮是造成线路倒塔。

专家解说，高压线高高的钢塔在下雪天时，可以承受2-3倍的重量。

但如果下雨凇，可能会承受10-20倍的电线重量。

电线结冰，遇冷收缩，风吹引起震荡，就使电线不胜重荷而断裂。

随着我国经济的高速发展，超高压大容量输电线路越建越多，线路走廊穿越的地理环境更加复杂，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭，给线路维护带来很多困难．而且在严冬及初春季节，我国云贵高原、川陕一带及两湖地区常出现雾凇和雨凇现象，造成架空输电线路覆冰，使线路舞动、闪络、烧伤，甚至断线倒杆，使电网结构遭到破坏，安全运行受到严重威胁．在紧急情况下，寻道员用带电操作杆或其它类似的绝缘棒只能为很少的一部分覆冰线路除冰，人工除冰有很高的危险性。

在国外，一些国家的地理与气候情况与我国相似，甚至一些国家的情况更加恶劣，为了保证电力系统的可靠性，提高高压输电线除冰的效率，减少损失，维护工人的安全，开发一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设备一直是国内外相关研究的热点．因此，研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。

高压输电线主动防冰除冰机器人控制系统设计

㊀２０２１年３月第２４卷第３期电力大数据大数据专题㊀Ｆｅｂ.２０２１ꎬＶｏｌ.２４ꎬＮｏ.３ＰＯＷＥＲＳＹＳＴＥＭＳＡＮＤＢＩＧＤＡＴＡＢｉｇＤａｔａＳｐｅｃｉａｌＲｅｐｏｒｔｓ高压输电线主动防冰/除冰机器人控制系统设计庄红军１ꎬ彭赤２ꎬ陈友坤１ꎬ莫刚１ꎬ华强３ꎬ鲁彩江３(１.贵州电网有限责任公司毕节供电局ꎬ贵州毕节３３０００６ꎻ２.贵州电网有限责任公司ꎬ贵州贵阳５５０００２ꎻ３.西南交通大学机械工程学院机电测控系ꎬ四川成都６１００３６)摘㊀要:针对现有除冰机器人防冰功能不足和远程操控困难的问题ꎬ本文介绍了一种１１０ＫＶ高压输电线主动防冰/除冰机器人ꎬ提出了一种基于马氏距离的覆冰判断模型ꎮ设计了以地面监控端和机器人本体控制系统相结合的系统总体框架ꎮ地面监控端实现了对输电线路现场复杂环境的实时监测以及对机器人本体的远程控制ꎬ机器人本体控制系统实现了关节电机的联动控制ꎮ地面监控端简洁的可视化操作界面搭配机器人本体控制系统程序逻辑ꎬ不仅提高了机器人线上自主作业的能力ꎬ也增强了地面人员对机器人的远程调控能力ꎮ试验表明ꎬ系统响应速度快ꎬ具有较高的实时性㊁可靠性以及良好的人机交互性ꎬ提出的马氏距离覆冰判断模型预测覆冰准确性较高ꎬ机器人能较好地实现防冰除冰功能ꎮ关键词:输电线路ꎻ控制ꎻ机器人ꎻ防冰ꎻ除冰ꎻ覆冰预测文章编号:２０９６－４６３３(２０２１)０３－００３４－０８㊀㊀中图分类号:ＴＭ７５㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀由于输电线上的覆冰和积雪ꎬ常引起线路舞动㊁烧伤㊁跳闸㊁断线㊁倒杆[１－２]㊁绝缘子闪络和通信中断等事故ꎬ给工农业生产和人民生活造成严重影响ꎮ而我国是输电线路覆冰最为严重的国家之一ꎬ线路冰害事故发生的概率也居世界前列ꎬ同时我国传统的除冰方式效率低㊁成本高ꎮ目前除冰机器人已经成为机器人研究领域的一大热点[３]ꎮ除冰机器人代替工人在高压线上作业ꎬ通过高效的方法除去线路的冰雪ꎬ对于保护我国电网的安全运行和电力工人的生命安全具有极其重要的现实意义ꎮ近年来除冰方法和技术发展很快ꎬ防冰方法和技术对监测系统和预警精度也要求很高ꎮ在输电线路覆冰之前做出预警ꎬ及时采取防冰措施ꎬ将覆冰扼杀于萌芽状态ꎬ不仅能减少输电线路大面积覆冰的可能ꎬ也将大大降低覆冰对输电线路的损害ꎬ为除冰工作争取更多的时间并且降低除冰的难度ꎮ要实现准确的覆冰预警ꎬ使机器人做出快速响应ꎬ离不开一个可靠的控制系统ꎮ因此ꎬ本文针对自主研制的１１０ＫＶ轻量化输电线路主动防冰/除冰机器人ꎬ设计了一种实时可靠ꎬ扩展性良好的控制系统ꎮ１㊀机器人本体结构本文设计的主动防冰/除冰机器人兼具防冰和除冰的双重功能ꎬ主要由传感器㊁防冰/除冰㊁行走㊁取电和控制等模块组成ꎬ其整体实物图如图１所示ꎮ主动防冰/除冰机器人的线上移动采用轮式结构ꎬ行走轮置于输电线上ꎬ下端设置有夹紧轮ꎬ主要起夹持作用ꎬ避免机器人在起大风时被吹翻而坠落ꎬ可以保证机器人在线上稳定地行走ꎮ机器人两端有弧形开口ꎬ方便机器人上下线ꎮ开口到靠近顶端位置ꎬ以降低重心ꎬ使机器人具有更好的稳定性ꎮ自取电装置置于两轮之间ꎬ底端设计有电气仓ꎬ用于放置微控制器以及各电气元件ꎮ机器人实时监测输电线路以及周边环境状态ꎬ在输电线覆冰前ꎬ闭合两端的除水刷ꎬ包裹输电线ꎬ通过机器人在线上的来回移动即可有效除去输电线上的雨凇㊁雾凇和湿雪等ꎬ从而达到防冰的目的ꎮ在导线进入覆冰状态后ꎬ启动除冰电机ꎬ下方的冰刀开始旋转破冰ꎮ冰刀架嵌入机器人本体ꎬ可以在一定范围内上下移动ꎬ便于调整机器人在上下坡时冰刀与输电线之间的距离ꎬ防止因自重引起的线路倾斜使除冰刀距离输电线太近而损４３㊀第３期庄红军ꎬ等:高压输电线主动防冰/除冰机器人控制系统设计坏输电线或距离太远而不能有效除冰ꎮ图１㊀机器人整体实物图Ｆｉｇ.１㊀Ｏｖｅｒａｌｌｐｈｙｓｉｃａｌｐｉｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔ２㊀系统总体结构由于高压输电线路环境复杂[４]ꎬ为了保证机器人工作的安全性和稳定性ꎬ设计了机器人的地面监控端和机器人本体控制系统ꎬ它们之间采用４Ｇ通信ꎬ通信速度快且信息传递可靠ꎮ地面监控端属于管理决策层控制ꎬ监控端ＰＣ上装有组态软件ꎬ可以接收和储存传感器传回的各种气象参数以及图像信息ꎬ并通过算法处理后反馈给机器人本体控制系统ꎮ机器人本体控制系统是直接对电机的底层控制ꎬ以ＳＴＭ３２Ｆ４２７ＩＩＨ单片机为核心ꎬ根据传感器反馈信号控制各电机的联动ꎬ执行防冰㊁除冰作业ꎮ控制系统总体结构图如图２所示ꎮ图２㊀控制系统总体结构图Ｆｉｇ.２㊀Ｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ３㊀控制系统硬件设计３.１㊀主控制板选择除冰机器人活动关节众多ꎬ需要多路ＰＷＭ输出和Ｉ/Ｏ口控制输出ꎮ选用ＲｏｂｏＭａｓｔｅｒＡ型开发板ꎬ一款面向机器人ＤＩＹ的开源主控ꎮ主控芯片为ＳＴＭ３２Ｆ４２７１ＩＨ６ꎬ主频可高达１８０ＭＨｚꎬ静态功耗低ꎬ是一款高性能㊁高集成的工业与消费级芯片ꎮ同时拥有１４个定时器ꎬ１６路用户自定义ＰＷＭ输出接口以及２０个用户自定义Ｉ/Ｏ口ꎬ具有防反接和缓启动等多重保护ꎬ安全可靠ꎬ满足除冰机器人的功能需求ꎮ３.２㊀本体控制系统硬件结构本体控制系统由主控制板㊁供电系统㊁传感器㊁４Ｇ－ＲＴＵ以及各执行元件组成ꎬ执行元件包括继电器㊁驱动器以及所有关节电机ꎮ除冰机器人设备复杂ꎬ其驱动元件数量众多ꎬ包括２个行走电机(直流无刷电机ꎬ自带刹车功能)㊁２个除冰电机(轮毂电机)㊁２个除水电机(舵机)和５个关节电机(步进电机)在内的共１１个关节电机ꎬ电机在驱动器的驱动下完成关节规划动作ꎮ单片机控制相应的Ｉ/Ｏ端口控制电机的启停和正反转ꎬ电机转速由ＰＷＭ波输出不同大小的占空比调节ꎮ供电系统包括２４Ｖ直流电源和自取电装置ꎮ为保证机器人的持续作业ꎬ采用自取电装置对电源进行补充ꎮ自取电装置利用电磁感应原理ꎬ机器人在线上行走时切割高压线磁场生电ꎮ输电线路情况复杂ꎬ天气多变ꎬ采用此方法取电较太阳能取电更稳定ꎬ使机器人拥有了较强的续航能力ꎮ３.３㊀传感反馈部分设计自然状态下的导线覆冰形成与增长主要与气象条件及气象要素及其作用的时间累积长度有关[５]ꎮ因此ꎬ为了连续有效的监测各种气象要素以及周边导线实时画面[６]ꎬ除冰机器人上搭载了光栅ꎬ温度传感器ꎬ内外置摄像头ꎬ超声波微气象站以及电池监测装置ꎮ光栅置于机器人前ꎬ可精确测量导线覆冰厚度ꎬ以此为反馈调整机器人的行走速度和冰刀的转速ꎮ温度传感器位于机器人内部ꎬ用于测量导线温度ꎮ外置摄像头将图像信息传回监控端ꎬ地面监５３电力大数据第２４卷控人员可根据反馈的图像信息更加准确的控制机器人的线上作业ꎮ一般情况下通过控制继电器通断关闭它ꎬ以节约电量ꎮ内置摄像头备用ꎬ通常情况下处于休眠状态ꎮ在遇到覆冰严重ꎬ外置摄像头被冻住的情况下ꎬ控制丝杠电机转动ꎬ推开正前方小窗ꎬ下达指令唤醒即可代替外置摄像头传达图像信息ꎮ机载超声微波气象站相当于一个移动的小型气象观测站ꎬ可实时监测输电线周围的温湿度㊁风速风向㊁大气压力以及光照强度等气象参数ꎮ各传感器的相互配合ꎬ将气象参数ꎬ图片等重要环境信息通过４Ｇ－ＲＴＵ传回地面监端ꎬ经过算法处理后ꎬ根据反馈信息生成指令并传达给机器人ꎬ最好的发挥机器人的线上功能ꎮ４㊀控制系统软件设计４.１㊀覆冰预测模型防冰技术需结合气象监测预警系统使用ꎬ是在导线未覆冰前采取的一种措施[７]ꎮ目前提出的防冰技术有基于电容感应式厚度传感器等监测防冰[８]㊁基于灰度图像的边缘特征提取[９]以及预防性调度传输除冰[１０]等理论ꎬ但存在高耗能和可靠性等问题ꎮ为了很好地实现机器人的防冰功能ꎬ提出了基于马氏距离的覆冰预测判断模型[１１]ꎮ马氏距离不受量纲的影响ꎬ两点之间的马氏距离与原始数据的测量单位无关ꎮ它考虑到了各种特性之间的联系ꎬ并且是尺度无关的ꎬ排除了变量之间的相关性干扰ꎮ其数学定义如下:Ｘ和Ｙ是来自均值向量为μꎬ协方差矩阵为ð的总体Ｇ中的ｐ维样本ꎬ则总体内两点间的马氏距离定义为:ｄ２ＸꎬＹ()＝Ｘ－Ｙ()ᶄð－１Ｘ－Ｙ()(１)定义点Ｘ到总体Ｇ的马氏距离定义为ｄ２ＸꎬＧ()＝Ｘ－μ()ᶄð－１Ｘ－μ()(２)我国南方地区多以雨㊁雾凇覆冰为主[１２]ꎮ影响导线覆冰的气象因素主要有:空气温度㊁风速以及相对湿度等ꎮ根据架空输电线路的历史覆冰数据[１３]和覆冰机理分析ꎬ输电线路覆冰需要同时满足如下条件:(１)气温及输电线表面温度低于０ħꎬ一般－２０ħ~０ħꎻ(２)空气中相对湿度大于８５％ꎻ(３)导线附近风速在１~１０ｍ/ｓ之间ꎮ根据以上条件ꎬ可以建立输电线路覆冰定性判断的基本约束:㊀㊀㊀㊀－２０ɤｔａｉｒɤ０－２０ɤｔｗｉｒｅɤ０ＲＨȡ８５％１ɤｖɤ１０ìîíïïïïïï(３)式中ꎬｔａｉｒ表示大气温度ꎬ单位为摄氏度ꎬｔｗｉｒｅ表示导线表面温度ꎬ单位是摄氏度ꎬＲＨ是相对湿度ꎬｖ表示导线附近风速ꎬ单位为ｍ/ｓꎮ首先ꎬ我们将已有的２ｎ个输电线路历史覆冰数据随机均分为２组ꎮ一组数据用作对输电线路覆冰数据总体Ｇ的近似估计ꎬ另一组数据用作覆冰数据样本对总体Ｇ中心马氏距离的计算ꎬ用以覆冰数据与总体中心马氏距离的统计分析ꎮ设输电线路历史覆冰数据样本数据为Ｘｉ＝ＴｉꎬＨｉꎬＶｉ()ᶄꎬｉ＝１ꎬ２ꎬ ꎬ２ｎ(４)式中ꎬＸｉ为输电线路第ｉ个历史覆冰数据样本ꎻＴｉ为第ｉ个历史覆冰数据样本的温度值ħ()ꎻＨｉ为第ｉ个历史覆冰数据样本的相对湿度值ꎻＶｉ为第ｉ个历史覆冰数据样本的风速值ｍ/ｓ()ꎮ不妨取输电线路历史覆冰数据近似总体Ｇ为Ｇ＝Ｘ１ꎬＸ２ꎬ ꎬＸｎ{}(５)令μＴ＝１ｎðｎｉ＝１Ｔｉ(６)μＨ＝１ｎðｎｉ＝１Ｈｉ(７)μＶ＝１ｎðｎｉ＝１Ｖｉ(８)则近似总体Ｇ的均值向量μ为μ＝μＴꎬμＨꎬμＶ()ᶄ(９)协方差矩阵ð为６３㊀第３期庄红军ꎬ等:高压输电线主动防冰/除冰机器人控制系统设计ð＝１ｎ－１ðｎｉ＝１Ｔｉ－μＴ()２ðｎｉ＝１Ｔｉ－μＴ()Ｈｉ－μＨ()ðｎｉ＝１Ｔｉ－μＴ()Ｖｉ－μＶ()ðｎｉ＝１Ｈｉ－μＨ()Ｔｉ－μＴ()ðｎｉ＝１Ｈｉ－μＨ()２ðｎｉ＝１Ｈｉ－μＨ()Ｖｉ－μＶ()ðｎｉ＝１Ｖｉ－μＶ()Ｔｉ－μＴ()ðｎｉ＝１Ｖｉ－μＶ()Ｈｉ－μＨ()ðｎｉ＝１Ｖｉ－μＶ()２éëêêêêêêùûúúúúúú(１０)㊀㊀则对于任一样本点Ｘｉ＝ＴｉꎬＨｉꎬＶｉ()ᶄꎬｎ<ｉɤ２ｎꎬ与近似总体Ｇ的中心的马氏距离ｄＸꎬＧ()为ｄＸꎬＧ()＝㊀Ｘｉ－μ()ᶄð－１Ｘｉ－μ()(１１)４.２㊀确定覆冰预测判断阈值统计由气象参数组成的输电线历史覆冰数据样本点与总体间的马氏距离ꎬ确定防冰除冰机器人覆冰判断模型的判断阈值ꎬ即当样本点与总体马氏距离小于设定值时ꎬ则认为极可能发生覆冰ꎮ因此ꎬ选取贵州电网８条输电线路的一些具有明显覆冰特征的数据作为样本ꎬ用以确定马氏距离的判断阈值ꎮ其详细参数和模型计算马氏距离如表１所示ꎮ表１㊀样本马氏距离统计表Ｔａｂ.１㊀ＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌｔａｂｌｅｏｆｓａｍｐｌｅＭａｈａｌａｎｏｂｉｓｄｉｓｔａｎｃｅ样本编号环境温度/ħ环境湿度/％环境风速/ｍ/ｓ覆冰厚度/ｍｍ马氏距离平方ｄ２ＸꎬＧ()２９００.７６.９１.３８－２７９１５.９３.３８－３８６０.３４.４０.８６－３８６１.９４.４０.８３－４９３０.６８.９１.６３－３９７０.３７.１３.０３－２９７６.８１３.５５.７８５９３２３.５４.１１－６９４１.７９.４３.０４－３８７１９.３０.５３－１９６０.３６.７２.１００９３０.５４.５０.９８１８０１.５５.５３.８２－２８４０.８５.７１.００－４９６０.５９.４２.８５－１９５０.３７.１１.６７由此次样本的马氏距离平方统计表得出ꎬ覆冰数据样本与覆冰数据总体的马氏距离平方都小于６ꎮ即㊀㊀ｆｄＸꎬＧ()()＝１ꎬｄ２ＸꎬＧ()<Ｄ０ꎬｄ２ＸꎬＧ()⩾Ｄ{式中ꎬｆｄＸꎬＧ()()为覆冰定性判断函数ꎬ１为覆冰ꎬ０为不覆冰ꎻｄ２ＸꎬＧ()为马氏距离平方ꎮＤ为马氏距离的覆冰判断阈值ꎬ这里取为６ꎮ为了使除冰机器人对覆冰判断更加灵敏ꎬ以适应更为恶劣的情况ꎬ将马氏距离平方的阈值在合理范围内进行扩大ꎬ取为６.５作为覆冰预测的判断阈值ꎮ为了验证覆冰判断阈值选取的合理性ꎬ选取了一些边界数据样本进行判断测试ꎮ如表２所示ꎮ表２㊀马氏距离阈值验证表Ｔａｂ.２㊀ＴｈｒｅｓｈｏｌｄｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔａｂｌｅｏｆＭａｈａｌａｎｏｂｉｓｄｉｓｔａｎｃｅ样本编号环境温度/ħ环境湿度/％环境风速/ｍ/ｓ实际是否覆冰马氏距离平方ｄ２ＸꎬＧ()覆冰定性判断ｆ(ｄ(ＸꎬＧ))１７０５否２０.６３００８０１是３.１２１２９０１.５是１.１３１５９０１否４.２６１－５９０１是１.５７１－２７２０.７否９.０７０－２８０９.７否２４.６２０－１９０１.３是０.０５１从上表可以看出ꎬ覆冰判断模型能够判断准确大部分样本的覆冰情况ꎬ具有较高的准确性ꎮ基于上述覆冰预测模型ꎬ根据覆冰判断阈值设定输电线路覆冰预警区间ꎬ监控端根据传感器反馈气象参数ꎬ设定除冰任务等级ꎬ并下达相应的防冰除冰指令ꎮ７３电力大数据第２４卷图３㊀主程序运行流程图Ｆｉｇ.３㊀Ｒｕｎｎｉｎｇｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｍａｉｎｐｒｏｇｒａｍ４.３㊀程序流程整个机器人的主程序由ｋｅｉｌ５编写ꎬ时钟数㊁引脚使用以及底层驱动由ＳＴＭ３２ＣｕｂｅＭＸ进行图形化配置ꎮ主程序运行流程图如３ꎬ机器人挂于线上ꎬ始终保持更新事件轮询状态ꎬ机器人本体控制系统在接收到监控端发送来的指令后ꎬ首先判断设备地址ꎬ在地址和校验码都正确的情况下开始解析报文ꎬ然后执行相关子程序ꎮ如图４所示ꎬ机器人实时监测输电线路覆冰状态ꎬ覆冰预测算法在地面监控端运行ꎮ根据传感器所传回的温度㊁湿度㊁风速等气象参数值ꎬ运用已建立的覆冰等级模型[１４]ꎬ按此模型算出马氏距离后与预设阈值相比较ꎬ当传感器反馈数值的马氏距离达到防冰判断阈值时ꎬ系统会发出防冰预警[１５]ꎬ并给除冰机器人发送防冰指令ꎻ当反馈值处于除冰区间时则会给机器人发送除冰指令ꎻ否则机器人继续保持轮询状态ꎮ图４㊀防冰/除冰程序触发流程图Ｆｉｇ.４㊀Ｔｒｉｇｇｅｒｆｌｏｗｃｈａｒｔｆｏｒａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇ/ｄｅｉｃｉｎｇｐｒｏｇｒａｍ如图５所示为机器人底层控制流程ꎮ在解码监控端指令信息后ꎬ调用防冰/除冰子程序ꎬ启动防冰/除冰电机和行走电机ꎬ往指定方向移动进行防冰作业ꎬ机器人除冰初始行走速度和冰刀旋转速度根据除冰等级而定ꎬ采用模糊ＰＩＤ[１６－１７]控制调节ＰＷＭ输出占空比调节ꎮ当监测到电池需要充电的情况ꎬ则启动推杆电机ꎬ推动取电装置的左右两块半磁体闭合ꎬ进入充电模式ꎮ监测计监测到电池充满后ꎬ系统会发送指令ꎬ反向启动推杆ꎬ半磁体分开ꎬ充电完毕ꎮ８３㊀第３期庄红军ꎬ等:高压输电线主动防冰/除冰机器人控制系统设计图５㊀任务级指令运行流程图Ｆｉｇ.５㊀Ｒｕｎｎｉｎｇｆｌｏｗｃｈａｒｔｓｏｆｔａｓｋｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ４.４㊀监控界面设计地面监控端监控任务由组态王实现ꎬ由监测界面和控制界面组成ꎮ监测界面如图６所示ꎬ传感器传回的温湿度ꎬ大气压力等参数被直观地反映出来ꎬ以折线图的形式可以很容易看出气压㊁风向㊁雨量㊁温湿度㊁雨量等参数一段时间内的动态变化ꎬ实现了对现场环境的远程实时监控ꎮ图６㊀地面监控端监测界面Ｆｉｇ.６㊀Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｇｒｏｕｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｒｍｉｎａｌ图７所示为控制界面ꎬ界面正中为机器人模型图ꎬ点击图上对应位置按钮即可控制相应的关节电机ꎬ即可实现电机的单线程控制ꎬ通过点击下方的任务级指令栏按钮可实现电机的多机联动ꎮ电机的单线程和多机联动协调控制设计ꎬ使机器人可以同时完成多种动作而不相互冲突ꎬ提高了机器人的作业效率[１８－２１]ꎮ用户可以通过监控界面与机器人本体控制系统进行信息交换ꎬ随时向机器人本体发送控制指令ꎬ组态王与本体主控制板之间采用基于ＲＳ４８５的ｍｏｄｂｕｓ通信协议ꎬ该协议应用于电控领域ꎬ通信可靠ꎮ用户还可通过左上角的界面菜单在监测界面和控制界面之间任意切换ꎬ操作界面简单易懂的设计体现了良好的人机交互性ꎮ图７㊀地面监控端控制界面Ｆｉｇ.７㊀Ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｇｒｏｕｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｒｍｉｎａｌ结论本文设计的防冰/除冰机器人控制系统实现了对机器人的远程实时控制ꎮ地面监控端的设计减小了机器人本体系统的数据处理压力ꎬ增加了系统的可靠性ꎬ使机器人更好地适应复杂的输电线路作业环境ꎮ构建的覆冰预测模型ꎬ合理可靠ꎮ接下来将完善防冰/除冰预测模型ꎬ优化设定阈值ꎬ增强覆冰预测的准确性和提高机器人的智能程度ꎮ参考文献:[１]㊀殷蔚翎ꎬ黄良.基于倾角传感器及不同杆塔类型的输电线路覆冰监测研究[Ｊ].电力大数据ꎬ２０２０ꎬ２３(０１):１４－２０.ＹＩＮＷｅｉｌｉｎｇꎬＨＵＡＮＧＬｉａｎｇ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｉｃｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｍｏｔｉｏｎａｎｇｌｅｓｅｎｓｏｒｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓ９３电力大数据第２４卷ｏｆｐｏｗｅｒｔｏｗｅｒ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＢｉｇＤａｔａꎬ２０２０ꎬ２３(０１):１４－２０.[２]㊀史天如ꎬ胡丹晖ꎬ周学明ꎬ等.冰风组合下输电线路塔线结构可靠度分析[Ｊ].南方电网技术ꎬ２０１９ꎬ１３(１０):８１－８６.ＳＨＩＴｉａｎｒｕꎬＨＵＤａｎｈｕｉꎬＺＨＯＵＸｕｅｍｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｏｗｅｒ￣ｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｕｎｄｅｒｃｏｍｂｉｎｅｄｉｃｅ￣ｗｉｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ.[Ｊ].ＳｏｕｔｈｅｒｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ１３(１０):８１－８６.[３]㊀崔彦彬ꎬ邹文珏.基于模糊小波网络的除冰机器人外观设计综合评价[Ｊ].包装工程ꎬ２０１８ꎬ３９(２０):１４６－１５１.ＣＵＩＹａｎｂｉｎꎬＺＯＵＷｅｎｊｕｅ.Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｄｅｉｃｉｎｇｒｏｂｏｔａｐｐｅａｒａｎｃｅｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚｙｗａｖｅｌｅｔｎｅｔｗｏｒｋ[Ｊ].ＰａｃｋａｇｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１８ꎬ３９(２０):１４６－１５１. [４]㊀ＡＧＡＲＷＡＬＳꎬＳＷＥＴＡＰＡＤＭＡＡꎬＰＡＮＩＧＲＡＨＩＣꎬｅｔａｌ.Ｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓｆｏｒｏｎｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｄｅｒｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＣｌｅａｎＥｎｅｒｇｙꎬ２０１９ꎬ７(０３):６２１－６３２. [５]㊀庄文兵ꎬ祁创ꎬ王建ꎬ等.基于微气象监测的输电线路覆冰动态过程估计模型[Ｊ].电力系统保护与控制ꎬ２０１９ꎬ４７(１４):８７－９４.ＺＨＵＡＮＧＷｅｎｂｉｎｇꎬＱＩＣｈｕａｎｇꎬＷＡＮＧＪｉａｎꎬｅｔａｌ.Ｄｙｎａｍｉｃｉｃｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｂａｓｅｄｏｎｍｉｃｒｏｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０１９ꎬ４７(１４):８７－９４.[６]㊀ＪＩＡＮＧＪＡꎬＷＡＮＧＪＣꎬＷＵＨＳꎬｅｔａｌ.ＡｎｏｖｅｌｓｅｎｓｏｒｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒａｎＩｏＴ－ｂａｓｅｄｐｏｗｅｒｇｒｉｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓＪｏｕｒｎａｌꎬ２０２０ꎬ７(０８):７７７３－７７８２.[７]㊀庄文兵ꎬ祁创ꎬ熊小伏ꎬ等.计及气象因素时间累积效应的输电线路覆冰预测[Ｊ].电力系统保护与控制ꎬ２０１９ꎬ４７(１７):６－１３.ＺＨＵＡＮＧＷｅｎｂｉｎｇꎬＱＩＣｈｕａｎｇꎬＸＩＯＮＧＸｉａｏｆｕꎬｅｔａｌ.Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｉｃｉｎｇｆｏｒｅｃａｓｔｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｔｉｍｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０１９ꎬ４７(１７):６－１３.[８]㊀王勇ꎬ苗虹ꎬ莫思特ꎬ等.高压架空输电线路防冰㊁融冰㊁除冰技术研究综述[Ｊ].电力系统保护与控制ꎬ２０２０ꎬ４８(１８):１７８－１８７.ＷＡＮＦＹｏｎｇꎬＭＩＡＯＨｏｎｇꎬＭＯＳｉｔｅꎬｅｔａｌ.Ｓｕｍｍａｒｙｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎａｎｔｉ￣ｉｃｅꎬｉｃｅｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｄｅ￣ｉｃｉｎｇｏｆｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｏｖｅｒｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０２０ꎬ４８(１８):１７８－１８７.[９]㊀唐宏伟ꎬ孙炜ꎬ张文洋ꎬ等.电力线除冰机器人基于粒子群优化的小波神经网络障碍物识别方法[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１７ꎬ５３(１３):５５－６３.ＴＡＮＧＨｏｎｇｗｅｉꎬＳＵＮＷｅｉꎬＺＨＡＮＧＷｅｎｙａｎｇꎬｅｔａｌ.Ｗａｖｅｌｅｔｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｏｂｓｔａｃｌｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｌｉｎｅｄｅｉｃｉｎｇｒｏｂｏｔ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７ꎬ５３(１３):５５－６３.[１０]ＪＡＦＡＲＩＳＨＩＡＤＥＨＦꎬＭＯＨＡＭＭＡＤＩＦꎬＳＡＨＲＡＥＩ－ＡＲＤＡＫＡＮＩＭ.Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｄｉｓｐａｔｃｈｆｏｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｅ￣ｉｃｉｎｇ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓꎬ２０２０ꎬ３５(０５):４１０４－４１０７. [１１]ＮＥＺＨＡＤＳＨＯＫＯＵＨＩＭＭꎬＭＡＪＩＤＩＭＡꎬＲＡＳＯＯＬＺＡＤＥＧＡＮＡ.Ｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｆｅｃｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｏｖｅｒ￣ｓａｍｐｌｉｎｇａｎｄｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＭａｈａｌａｎｏｂｉｓｄｉｓｔａｎｃｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｕｐｅｒｃｏｍｐｕｔｉｎｇꎬ２０２０ꎬ７６(０１):６０２－６３５.[１２]陈百炼ꎬ曹双和ꎬ李昊.雨雾淞导线覆冰理论模型数值模拟研究[Ｊ].电力大数据ꎬ２０１８ꎬ２１(０８):７３－８１.ＣＨＥＮＢａｉｌｉａｎꎬＣＡＯＳｈｕａｎｇｈｅꎬＬＩＨａｏ.Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｃｏｎｄｕｃｔｏｒｉｃｉｎｇｕｎｄｅｒｒｉｍｅａｎｄｇｌａｚｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ.[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＢｉｇＤａｔａꎬ２０１８ꎬ２１(０８):７３－８１.[１３]ＬＵＪＺꎬＬＩＬꎬＸＵＸＪꎬｅｔａｌ.ＡｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆａｎｅｗｄａｔａｓｅｔｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｉｃｉｎｇｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｎｓｏｕｔｈｅｒｎＣｈｉｎａ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙａｎｄＣｌｉｍａｔｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ５８(０２):４１３－４２６.[１４]陈勇ꎬ李鹏ꎬ张忠军ꎬ等.基于ＰＣＡ－ＧＡ－ＬＳＳＶＭ的输电线路覆冰负荷在线预测模型[Ｊ].电力系统保护与控制ꎬ２０１９ꎬ４７(１０):１１０－１１９.ＣＨＥＮＹｏｎｇꎬＬＩＰｅｎｇꎬＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇｊｕｎꎬｅｔａｌ.ＯｎｌｉｎｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｉｃｉｎｇｌｏａｄｂａｓｅｄｏｎＰＣＡ－ＧＡ－ＬＳＳＶＭ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０１９ꎬ４７(１０):１１０－１１９.[１５]李伟ꎬ马佳ꎬ王世蓉ꎬ等.精细化气象要素下输电线路覆冰预测预警研究[Ｊ].电力大数据ꎬ２０１８ꎬ２１(０２):１－７.ＬＩＷｅｉꎬＭＡＪｉａꎬＷＡＮＧＳｈｉｒｏｎｇꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄｗａｒｎｉｎｇｏｆｏｖｅｒｈｅａｄｌｉｎｅｉｃｉｎｇｕｎｄｅｒｒｅｆｉｎｅｄｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｓ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＢｉｇＤａｔａꎬ２０１８ꎬ２１(０２):１－７. [１６]ＡＲＹＡＹ.ＡＧＣｏｆｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｍｕｌｔｉ－ａｒｅａｍｕｌｔｉ￣ｓｏｕｒｃｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｕｎｉｔｓｖｉａｏｐｔｉｍａｌｆｒａｃｔｉｏｎａｌ￣ｏｒｄｅｒｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ[Ｊ].ＮｅｕｒａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１９ꎬ３１(０３):８５１－８７２.[１７]ＶＡＮＭ.ＡｎｅｎｈａｎｃｅｄｒｏｂｕｓｔｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎａｎａｄａｐｔｉｖｅｆｕｚｚｙＰＩＤ－ｎｏｎｓｉｎｇｕｌａｒｆａｓｔｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｕｎｃｅｒｔａｉｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍｓ[Ｊ].ＩＥＥＥ－ＡＳＭＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１８ꎬ２３(０３):１３６２－１３７１.[１８]ＡＲＹＡＹ.ＡＧＣｏｆｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｍｕｌｔｉ－ａｒｅａｍｕｌｔｉ－ｓｏｕｒｃｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｕｎｉｔｓｖｉａｏｐｔｉｍａｌｆｒａｃｔｉｏｎａｌ￣ｏｒｄｅｒｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ[Ｊ].ＮｅｕｒａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ０４㊀第３期庄红军ꎬ等:高压输电线主动防冰/除冰机器人控制系统设计２０１９ꎬ３１(０３):８５１－８７２.[１９]吴俊俊ꎬ宋刚ꎬ卢彬芳.基于粒子群优化算法的特高压输电线路覆冰不平衡张力计算[Ｊ].浙江电力ꎬ２０１９ꎬ３８(０３):５９－６４.ＷＵＪｕｎｊｕｎꎬＳＯＮＧＧａｎｇꎬＬＵＢｉｎｆａｎｇ.ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｕｎｂａｌａｎｃｅｄｔｅｎｓｉｏｎｏｆｉｃｅｄＵＨＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｂａｓｅｄｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ[Ｊ].ＺｈｅｊｉａｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒꎬ２０１９ꎬ３８(０３):５９－６４. [２０]王覃梅.用于融化输电线路初期覆冰的方法[Ｊ].云南电力技术ꎬ２０１８ꎬ４６(０２):８４－８８.ＷＵＨｏｎｇｆｅｉꎬＨＡＮＬｉｎｇｙｕｎꎬＬＩＧｕｏｂｉｎꎬｅｔａｌ.ＡＤｅｉｃｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｐｐｌｉｅｄｉｎｅａｒｌｙｓｔａｇｅｏｆｉｃｉｎｇｏｎｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ[Ｊ].ＹｕｎｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒꎬ２０１８ꎬ４６(０２):８４－８８.[２１]陈波ꎬ赵建坤ꎬ赵建利ꎬ等.架空输电线路覆冰在线监测系统的开发与应用[Ｊ].内蒙古电力技术ꎬ２０１８ꎬ３６(０４):１０－１４.ＣＨＥＮＢｏꎬＺＨＡＯＪｉａｎｋｕｎꎬＺＨＡＯＪｉａｎｌｉꎬｅｔａｌ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｃｉｎｇｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｏｖｅｒｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒꎬ２０１８ꎬ３６(０４):１０－１４.作者简介:㊀㊀庄红军(１９８８)ꎬ男ꎬ本科ꎬ工程师ꎬ主要从事输电技术㊁电力机器人等方面的工作ꎮ(本文责任编辑:范㊀斌)Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｃｔｉｖｅａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇ/ｄｅｉｃｉｎｇｒｏｂｏｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅＺＨＵＡＮＧＨｏｎｇｊｕｎ１ꎬＰＥＮＧＣｈｉ２ꎬＣＨＥＮＹｏｕｋｕｎ１ꎬＭＯＧａｎｇ１ꎬＨＵＡＱｉａｎｇ３ꎬＬＵＣａｉｊｉａｎｇ３(１.ＢｉｊｉｅＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＧｕｉｚｈｏｕＰｏｗｅｒＧｒｉｄＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＢｉｊｉｅ３３０００６ＧｕｉｚｈｏｕꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｕｉｚｈｏｕＰｏｗｅｒＧｒｉｄＣｏ.ꎬＬｔｄ.Ｇｕｉｙａｎｇ５５０００２ＧｕｉｚｈｏｕꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１００３６ＳｉｃｈｕａｎꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｄｅｉｃｉｎｇｒｏｂｏｔｓꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎａｃｔｉｖｅａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇ/ｄｅｉｃｉｎｇｒｏｂｏｔｆｏｒ１１０ｋＶｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅꎬａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄａｎｉｃｉｎｇｊｕｄｇｍｅｎｔｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＭａｈａｌａｎｏｂｉｓｄｉｓｔａｎｃｅ.Ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄꎬｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅｇｒｏｕｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｒｍｉｎａｌｗｉｔｈｔｈｅｒｏｂｏｔｂｏｄｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ.Ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｒｍｉｎａｌｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅａｎｄｔｈｅｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｂｏｄｙ.Ｔｈｅｒｏｂｏｔｂｏｄｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｌｉｎｋａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｍｏｔｏｒ.Ｔｈｅｓｉｍｐｌｅｖｉｓｕａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｇｒｏｕｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｒｍｉｎａｌａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｌｏｇｉｃｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｂｏｄｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｏｎｌｉｎｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔꎬｂｕｔａｌｓｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｇｒｏｕｎｄｐｅｒｓｏｎｎｅｌｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｒｏｂｏｔｒｅｍｏｔｅｌｙ.Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄꎬｈｉｇｈｒｅａｌ－ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｇｏｏｄｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ.ＴｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄＭａ̓ｓｄｉｓｔａｎｃｅｉｃｅ－ｃｏｖｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｈａｓａｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｉｎｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｉｃｅ－ｃｏｖｅｒꎬａｎｄｔｈｅｒｏｂｏｔｃａｎｂｅｔｔｅｒａｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇａｎｄｄｅ－ｉｃｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅꎻｃｏｎｔｒｏｌꎻｒｏｂｏｔꎻｄｅｉｃｉｎｇꎻａｎｔｉ－ｉｃｉｎｇꎻｉｃｅｆｏｒｅｃａｓｔ１４。

悬挂行走式高压线除冰越障机器人的设计

冰，冰越结越厚，导致电线不堪重负．最后被压断，或者高压电塔被压垮。尤其是因雪灾导致电力设施损毁，给工农业生产和交通运输带来了巨大损失。因此，开发高压线除冰设备具有重大意义。国内外对高压线除冰装
ｏｓＩｏｄｒＯｆｄａａｐｏｒｔｗａｆｅｉｄｏｅｆｚｎｉｎｏｎｔｅｈ — ｏｇ，ｏｏｉａｔｅｑａｔｓｆｄ．ｎｒｅｔｎｐｒｉｅｖｏｔｎｒｆｈｏｅｅａｄｓｗｏｉｖｌｅａｒｂｔｃｈｓｈｕｉｉｐａｇｔｇｉｔｒｃｎｈｇｈ￣ｗｈｈｌｉｏｅｈｇｄｗｌｎｄｂｒｅ— ｒａｉｇｓｒｐｓｄｉｔｉｔｔＴｉｅｅｔｅｈ — ｏａｅｎｅｉｎｃａｉａａａｌｏｒｎｔｅ－ｎａｅ— ａｉｇａａｉｂｅｋｏｏｅｓｅ．ｈｆｃｖｉｖｌｇｅｄ—ｃｇｍｅｈｎｓｒｃｂｆｔｇｎｋｎｒｒｎｉｐｎｈｓｓｉｈｇｔｆｉｉｍｅｐｅｓｅｈ
Ｔｈｓｇｆｎｅ－ｌｉｇＢａｒｅ－ｒａｎｎｓａｌ－ｕｍｏｎｉｇＲｏｏｉｔｅＨｉｈＶｌｇｎｅＤｅｉｎｏＨａｇｄｗａｋｎｒｉｒｂｅｋｇａｄＯｂｔｃｅｓｒｕｔｂｔｌｈｇ．ｏｔｅＬｉｅａｉｎＯａ
Ｎｏ．ｖ，２０１１
文章编号：１０ — ６３（０）０ — ２ — ３０２６７２１１６０２０
悬挂行走式高压线除冰越障机器人的设计
朱健林，原所先，陈陆淼，李建军

高压输电线除冰机越障机构机械设计

（１）履带式履带式行走机构广泛应用于拖拉机等野外作业机械，具有足够的强度和刚度；具有良好的转向和行走功能。但是这种行走方式很笨重，不适用于输电线除冰机构。（２）轮式轮式行走机构广泛应用于火车、汽车、航空等交通具，能在大多数的路况下二ｒ作，应用范围很广。由于这种传动机构的轻质性，所以便于装配和携带使用。（３）液压缸式相同的功率下，液压执行机构结构紧凑、体积小、重量轻。液压传动各元件可以灵活布置。液压装置工作稳定，由于体积小、重量轻、反应快，所以能够快速启动、制动和频繁的变向。液压元件通用化、标准化、系列化，方便制造和使用。
ＩＮＴＥＬＬＧＥＮＴＲＯＢＯＴｒｑ／／）
《智能机器人》Ａｐｒｉｌ．２０１８
输Ｉ线除冰机越障机构机械没汁
山东科技大学机械电子工程学院王飞孙超王文林张元坤
摘要：高压输电线除冰机是利用传统的工具通过机构运动方式达到输电线除冰的目的。由于机械式除冰技术效率高，操作简单，因此在国内引起极高的重视。输电线路覆冰会出现倒杆、线路跳闸、断线、通信中断等线路事故，这密切关系到电网系统的安全运行和国家经济。因此设计出一台高性能的除冰机器人尤为重要。最终保证除冰机器人能在输电线上匀速平稳的运动，顺利地越过锤线夹和防震锤等障碍物，达到快速、有效、全方位无死角的除冰效果。关键字：除冰机；障碍；传动；高效
行走
电机
减速
＞电机

高压输电线路除冰机器人机械本体结构的研究

用的锁紧机构和防倾倒机构，为机器人提供了足够的稳定支撑，有效防止了机器人激烈碰撞时向后倾斜。该机器人体较小、除冰效率高，可清除厚度２０ｍｍ的覆冰。关键词：高压输电线路；除冰机器人；覆冰
中图分类号：ＴＨ１６；ＴＭ８３５；ＴＰ２４２．６文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１３）０４ — ０１４７ — ０３
摘
要：北方输电线路冬季因受冰雪危害引起的供电中断事故严重，修复工作难度大、周期长、停电面积广，是全世界范
围内需解决的难点问题。针对高压输电线路覆冰情况，提出了一种线路除冰机器人，由移动机构、除冰刀具、电源系统和控制系统组成，机器人利用固定在前端的三角形刀具的撞击力清除覆冰；驱动轮采用ｖ型结构．适应一定范围的线径，采
ＣＡＯＬｅｉ，ＧＵＯＲｕｉ，ＺＨＡＮＧＦｅｎｇ（１．ＰｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｈａｎｄｏｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＧｒｏｕｐＣｏｍｐａｎｙ，ＳｈａｎｄｏｎｇＪｎａｉｌ２５０００２，Ｃｈｉｎａ；
第４期
２０１３年４月
机械设计与制造
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ１４７

高压线除冰机器人本体结构设计

高压线除冰机器人本体结构设计作者：林坚磊刘文华陈雪侯智强宋赫来源：《宁波职业技术学院学报》2015年第02期摘要：针对高压输电线路的覆冰情况，提出了一种线路除冰机器人，该机器人由行走机构、越障机构、除冰工具、传动系统和摄像系统组成。

机器人利用固定在前端的除冰砂轮对覆冰切割，而后除冰锤实现180°半圆形往复运动对剩余覆冰进行反复敲打清除；驱动轮采用半圆型结构，适应一定范围的线径，为机器人提供了稳定性。

该机器人体积小，除冰效率高，可清除厚度为10～25 mm的覆冰。

关键词：高压线；机器人；除冰；结构设计中图分类号： TP 242 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2015）02-0063-040 引言随着机器人技术的发展，采用除冰机器人除冰已成为现实。

国外的除冰机器人研发技术较为成熟，但除冰机器人体积较为笨重，成本较高[1-3]，而国内的机器人研发处于实验室阶段。

针对高压输电线的覆冰情况，本文提出了一种高效彻底、便捷式除冰机器人，主要由传动机构、越障机构、除冰机构、行走机构和摄像机构组成，具有线上“行走”功能，能够在一条高压电线上自动越障完成各线塔间的除冰工作，还能检测线路破损状况。

1 除冰机器人的总体设计机器人是一个复杂的机电一体化系统，涉及到机械结构、自动控制、通信技术等多个领域，但机械结构是整个系统的基础，也是制约机器人实用化的最大障碍。

除冰机器人在输电线路上的高压线有一定坡度，能否平稳越过障碍物、彻底高效的除冰？本文设计了一种新型实用的高压输电线路除冰机器人，该机器人具有以下功能：（1）能在输电线上以预想速度平稳爬行；（2）具有上下坡越障功能；（3）具有防打滑功能；（4）行进速度与除冰速度保持相协调；（5）能够高效、彻底地除去输电线上的覆冰。

图1为除冰机器人的本体结构。

2 除冰机器人的机构设计2.1 传动机构的设计传动系统可以分为三条传动路线，如图2所示。

第一条：电机—花键轴—滑移齿轮—螺旋齿轮—皮带轮—除冰砂轮。

高压线除冰机器人设计

福州大学本科毕业设计（论文）开题报告题目轻量化高速过障超高压巡线除冰机器人设计院、系机械工程及自动化专业机械设计制造及其自动化学生姓名杨祥学号*********指导教师聂晓根2013年10 月28 日国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献通过这个课题的研究，能通过一种机械设备，较高效率的替代工作人员预防和除去因雨雪冰冻引起的线缆冰冻灾害，减轻工作人员的负担，保障电力设施的正常运行，降低电力公司的损失，保障人民生活的正常进行。

如今一些国家也在研究线缆除冰问题，不少国家在此领域也有不少成就，线缆除冰技术关系到人们生活中的各个方面，除了电力公司设备设施，工作人员的安全外，还关系到交通运输，生活用电等。

各种除冰技术及除冰方案也有所不同，目前国内外的除冰技术有30余种，常见的就有热力融冰法、机械除冰法、自然被动法和其他方法。

热力融冰法[1]就是利用电阻焦耳效应发热来融化线缆上的覆冰，具体操作方法为当供电线缆上的冰层达到一定厚度时，先停止供电，断开供电导线与两端设备的联接，在线路的一段用临时导线将结冰的供电导线联通，而在另一端接上除冰用的临时电源和滑动变阻器调节电流的大小，使供电导线的温度保持在一定的范围内。

已有的机械除冰法也有各种各样的机构形式：文献[架空高压输电线除冰机器人设计] [2]给出了一种由曲柄滑块机构组成，滑块沿轴线方向高速往复滑动，冲击头与滑块固接，带动冲击头敲打覆冰。

其冲击头构件零件图如图1所示：图1 敲打式除冰冲击头这种机构除冰方式可以用于不同厚度形状的覆冰，但由于覆冰在低温下具有粘性，冲击头破冰后，可能在电线上粘有一层薄冰层，可能会使得破冰不够彻底，且影响除冰效率。

文献[高压输电线上除冰机器人的系统设计] [3]提出了一种压轮推进方式除冰机构，该机器人除冰刀具如图2所示：图2 压轮推进式机器人刀具示意图该设计机体上的两个固定压轮骑挂在输电线上保持机体的平衡，机体的重心位于输电线下方，另两个动力压轮分别与两个固定压轮配合，当推动动压轮时, 动压轮向上抬升, 与固定压轮配合从上下夹紧输电线, 依靠压轮与输电线的摩擦获得前进的动力，机体前部的除冰机构呈圆柱形, 分为上下两个。

架空输电线路除冰机器人的结构设计

第3期··架空输电线路除冰机器人的结构设计杨暘，高虹亮，孟遂民，罗成，马小强（三峡大学机械与材料学院，湖南省宜昌市，443002）［摘要］利用机械除冰方法代替人工除冰具有较好的实用意义。

应用模块化结构设计及仿生学原理设计了除冰机器人。

机器人采用轮式行走装置、双手臂结构，除冰装置采用双旋转刀具组合碾压轮气动伸缩式除冰方式。

采用的平衡装置提高了越障时姿态稳定性，加上设计的夹紧保险装置，确保了机器人运动时整个机构的运动平衡。

该机器人能够实现对导线一般覆冰情况下的除冰和越障需求，并且可以通过更换机器人的结构模块，可以将除冰机器人转变为巡线机器人达到一机两用的目的，同时通过更改结构模块实现多分裂导线的除冰功能。

［关键词］架空输电线路；覆冰；除冰机器人；越障；除冰；平衡中图分类号：TM72文献标志码：A文章编号：1000-7229（2009）03-0093-04收稿日期：2008-08-01作者简介：杨暘（1987—），男，硕士研究生，主要从事输电线路力学方向的研究。

0引言严重的输电线路覆冰会导致杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络，以及因不均匀覆冰和不同期脱冰所引起的导线舞动等现象，并由此引起线路跳闸、供电中断等事故[1,2]。

由于发生冰害时往往天气恶劣，交通受阻，通讯中断，抢修十分困难，因而造成系统长时间的停电，给工农业生产和人们生活造成严重影响。

因此，寻找一种方便有效的除冰方法显得十分重要。

目前国内外采用的导线除冰方法主要有热力除冰和机械除冰2类[3]，而对于较为严重的导线覆冰一般以人工上线除冰最为有效，而人工除冰效率较低且具有一定的危险性。

因此，研制安全有效的除冰机械以代替人工进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。

1除冰机器人整体方案目前国内没有技术成熟的除冰机器人，而国外技术相对比较成熟的代表产品是加拿大魁北克水电研究院的Serge Montambault 等人2000年开始研制的HQ LineROVer 遥控小车，它主要用于清除电力传输线地线上的覆冰，但是该机器人质量过大，结构复杂，并且只能清除两杆塔之间的覆冰，不具备越障的功能，因此不能完全代替人工上线除冰[4，5]。

输电线路除冰机器人机械部分设计

输电线路除冰机器人机械部分设计随着冬季的到来，气温的逐渐降低，大型输电线路的安全运转也面临较大的挑战。

冰雪天气容易造成输电线路结冰，导致电力设施出现故障，给正常的生产生活带来诸多不便。

为了解决这一问题，研究人员提出了输电线路除冰机器人。

本文重点介绍输电线路除冰机器人的机械部分设计。

一、输电线路除冰机器人的作用传统的输电线路除冰工作主要是通过人工爬上塔杆，使用除冰器具进行除冰。

这种方式存在较高的危险性，不仅造成人手资源浪费，而且也无法保证工作效率和安全性。

输电线路除冰机器人的出现，则解决了这一问题。

除冰机器人采用自动化控制方式，能够直接上升塔杆，通过旋转刷子等方法完成除冰工作。

这不仅提高了工作效率，而且也能够保证工作人员的安全。

因此，输电线路除冰机器人成为了解决输电线路结冰问题的重要装置。

二、输电线路除冰机器人的机械部分设计输电线路除冰机器人机械部分设计的关键在于实现机器人的上升和旋转等动作。

机器人主要包括基座、动臂、机械手爪、除冰刷等部分。

接下来，将分别介绍这些部分的设计。

1. 基座基座是输电线路除冰机器人的重要组成部分，其不仅负责支撑整个机器人，同时也需要实现整个机器人的上升和下降动作。

基座设计应尽量轻巧，同时也能承受机器人自身重量。

通常采用金属制造，基座上设有马达和外壳，以便连接动臂和下一部分装置。

2. 动臂动臂是输电线路除冰机器人的另一重要组成部分，其主要任务是将机器人送到需要进行除冰的导线附近，动臂长度一般为2.5~3.5米之间。

机器人的上升和下降动作是动臂实现的，同时，动臂上也需要设定一些辅助装置，例如，温度和车速传感器，视觉设备等。

在动臂的设计中，应该考虑到动作执行精度和旋转等特殊要求。

3. 机械手爪机械手爪是输电线路除冰机器人的关键装置，其主要任务是用于搭载除冰刷和完成除冰工作。

手爪是由机器人动臂末端延伸的部分，应该能够灵活伸缩。

机械手爪设计需要注意的一个重要问题在于重量，应尽量减轻重量以提高机器人的运动性能。

高压输电线路除冰防冻机器人设计

收稿日期：2019-09-27基金项目：昆明理工大学科学研究基金项目（KKSY201220155）作者简介：谢晓全（1990-），男，昆明理工大学机电工程学院硕士研究生，研究方向为复杂机电系统设计；张晓龙（1976-），男，博士，昆明理工大学机电工程学院副教授、硕士生导师，研究方向为可靠性工程以及生产过程物流优化。

本文通讯作者：张晓龙。

0引言包括我国在内的世界上很多国家都经常发生高压输电线路冰灾事故［1-4］。

2008年初，冰冻事故给中国西南方人民生产生活带来了深重影响，其中南方电网损失极其严重，中国西南地区高原山区高压输电线遭受到大量覆冰侵害而造成高压线塔倒塌、线路短路，供电工作受到了前所未有的挑战。

与此同时，国外包括美国、日本等发达国家在内的很多国家都受到了冰灾事故的严重侵害，线路覆冰已成为亟待解决的问题［5］。

高压线路除冰技术包括热力法融冰、机械法破冰、被动除冰等3类［6-7］，其中机械除冰法具有安全性高、无伤亡、不需转移负荷和停电的特点而被广泛采用。

日本东京技术大学Debenest ［8］等设计了一款输电线路自动巡线机器人Expliner ，该机器人可实现远程无线操控，在执行巡检任务时可通过调节平衡位置以调节重心，保证机器人行走平稳，但该机器无法完成防冻喷涂工作；中科院沈阳自动化研究所（SIACAS ）肖时雨等［9］设计了四臂巡检机器人，该机器人采用尺蠖爬行的行进方式，可以实现越障功能，但该机器人过于笨重，行走不够灵活；加拿大魁北克Quebec 研究院的Toth ［10］等研制了输电线路巡线装置Line Scout Mo⁃高压输电线路除冰防冻机器人设计谢晓全，张晓龙，梁文凯，杨磊青，高鹏（昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650500）摘要：为了解决我国西南山区高压输电线路覆冰问题，在总结和分析国内外现有除冰技术基础上，以强力除冰、有效防冰为目标，提出“除冰为主，除防结合”的新型除冰、防冰理念。

高压电线除冰机器人机构设计(全套图纸)

毕业设计-高压电线除冰机器人机构设计（全套图纸）精品文档摘要机械式输电线除冰技术是利用传统的工具通过机构运动方式达到输电线除冰的目的。

由于机械式输电线除冰技术除冰效率高，操作简单，因此受到很多国家的重视，在国内也引起了极高的重视，尤其是各大院校和科研院所。

本文从输电线覆冰原理及其危害综合说明了输电线覆冰对人们生产生活的影响，提出了一种新的输电线除冰解决方案。

研发一款新式输电线除冰机。

本输电线除冰机主要由4部分组成，行走部分和除冰部分。

行走部分主要通过齿轮传动机构实现，除冰部分通过对滚刀具实现除冰。

关键词:输电线除冰机械式覆冰Mechanical transmission line de-icing technology is used tools by body movements in traditional means to achieve the purpose of transmission line icing. The mechanical transmission line de-icing deicing technology, high efficiency, easy operation. Therefore, the attention by many countries, high in the country also attractedattention, especially in the major universities and research institutes. The ice on the transmission line theory and the consolidated statement of the transmission line against ice impact on people's production and life, to provide new transmission line de-icing solutions. Developing a new transmission line de-icing machine.The transmission line de-icing machine mainly consists of 4 parts, Chassis parts and de-icing. Walking through the gear transmission part, achieved by de-icing rolling tool to achieve some de-icing.Key words: Transmission line de-icing; Mechanical; Ice on the line 值得下载精品文档目录摘要 ..................................................................... . (I)Abstract ........................................................... . (II)第1章绪论...................................................................... .. (1)1.1输电线覆冰概况 ..................................................................... . (1)1.2输电线覆冰危害及机理 ..................................................................... . (3)1.3国内外相关除冰设备及技术的特点、发展趋势 (4)1.4除冰机研究的内容和意义 ..................................................................... ........................... 4 第2章方案设计 ..................................................................... . (6)2.1 工作原理 ..................................................................... (6)2.2 机构的设计方案 ..................................................................... (6)2.3 主体结构设计 ..................................................................... ............................................ 10 第3章结构设计 ..................................................................... .. (12)3.1 传动零件的设计 ..................................................................... .. (12)3.1.1 齿轮机构设计 ..................................................................... .. (12)3.1.2 轴的设计 ..................................................................... . (17)3.1.3 轴承校核 ..................................................................... . (20)3.2 除冰机构的设计 ..................................................................... .. (23)3.2.1 除冰方式选择 ..................................................................... .. (23)3.2.2刀架设计 ..................................................................... . (25)3.2.3 除冰机构电机选择 ..................................................................... .. (25)3.3 整机三维装配图 ..................................................................... ........................................ 26 第4章功能及创新点 ..................................................................... (29)总结 ..................................................................... . (30)参考文献 ..................................................................... .. (31)致谢 ..................................................................... . (33)值得下载精品文档第1章绪论1.1输电线覆冰概况输电线路因受结冰危害通常容易引起严重的断线、杆塔倒塌、大面积停电、限电等事故。

高压线除冰器

高压线除冰器高压线自动除冰器设计方案除冰器主要有三部分组成：驱动机构、除冰机构、无线遥控模块。

（1）整体机构机架的设计机构采用悬挂方式设计，平面采用门框式结构，中间有向下用挂载电源的挂载机构，这样的设计由于电源的重量，可以让整个机构更好的获得平衡效果，而且美观有效。

在机构设计时，不仅要考虑材料的性能能够适应机构的工作条件，使机构经久难用，而且还要求材料有较好的加工工艺性和经济性。

只有满足这三方面的要求时所选择的材料才为合理的材料。

（2）驱动机构的设计驱动滑轮为两个塑料凹槽滑轮，内部嵌有一个轴承，这样的滑轮组合有利于减轻重量和提高滚动效率。

传统的滑轮多采用铸铁或铸钢件，它们虽然承载能力大，但耐磨性差，而且损伤高压线，加之铸钢类滑轮工序复杂，实际成本价格高于塑料滑轮，使用塑料制作的滑轮强度高，加工容易。

只要配方合适，还可制成不同性能要求的滑轮，采用塑料滑轮后，滑轮寿命提高4-5倍，高压线寿命提高10倍，拿“金属滑轮”和“塑料滑轮”相比较，塑料滑轮可减轻重量70%，有助于提高传动效率，增强了机械的整机性能，方便维修、拆装，无油润滑。

（3）驱动电机的选型电机作为后轮驱动的唯一动力来源，首先力矩需要满足整个机构的动力需求，其次体积和重量不能过大，所需电压不能太高，因此选择12V涡轮永磁直流减速电机。

该马达系微型带涡轮蜗杆减速直流马达，是由一块或多块永磁体建立磁场的直流电动机，其性能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似，可以由改变电枢电压来方便地调速。

与他励式直流电动机相比，具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点，是小功率直流电动机的主要类型。

（4）除冰机构设计除冰头采用旋转方式，依靠整个机构的向前驱动力，除去高压线上的冰块。

机构采用一个直线轴承与机架固定，中间用一根铁管为传动力，前段可安装卸载除冰刀具，这样的设计易于修理维护，后端安装一个齿轮，为除冰头提供动力。

（5）电源的选型采用一个12伏蓄电池对两个电机进行供电。

高压电线除冰机器人

高压电线除冰机器人
作者：暂无
来源：《发明与创新·中学生》 2016年第2期
文长沙市雅礼中学1303班刘哲成
高压电线结冰后需要抢修与维护时，由于工作条件恶劣，人工作业存在难度大、危险性高、费用高的弊端。

本文在机械手工作原理的基础上，提出了一种高压电线除冰机器人的设计构想。

一、机械手的组成及工作原理
机械手是一种能模仿人手某些动作的器械，主要用来代替人抓取、搬运物体。

作为一种早
期的机器人，它被用来代替人类做一些繁重的劳动，并能在恶劣环境下工作，因而被广泛应用。

其结构如图1所示。

当右边的拉杆I顺时针旋转时，拉杆II带动滑块I向右运动，此时，上、下夹具体分别随滑块II、III向中间靠拢，这样机械手就可将物体夹起，如图2。

二、除冰机器人设计构想
以机械手工作原理为基础，我提出一种高压电线除冰机器人，其结构如图3所示。

为提高
除冰效率，需在机械手的夹具体上添加细齿。

高压电线除冰机器人在线轮的转动下沿电线前进，当拉杆I顺时针转动时，通过拉杆II、滑块I、II、III的传递，机械手的夹具体将高压电线夹住，从而将高压电线上的冰块除掉，如图4。

一种高空作业电缆除冰无人机结构设计

一种高空作业电缆除冰无人机结构设计每年只要进入冬季，特别是在一些降雪比较频繁的地区，电缆上积雪的清除就成一个让所有工作人员头疼的问题，因为覆冰覆雪严重的电缆可能会不堪重负被直接压断，导致地区的所有通讯中断；目前国家对于无人机的除冰方式，一般是通过将无人机作为载体，携带除冰工具进行电缆除冰，方式单一，很容易导致除冰工作刚完成接着就会有覆冰，这样导致除冰不彻底。

技术介绍：本设计采用板块设计型无人机造型，让机身本体更加灵活，调整角度更巧妙，同时采用齿形挤压破冰棒设计，可以让除冰更加彻底最后设计采用全自由度热熔化融冰设计，可以再次对冰雪进行干净清理，防止电缆表面会有落水再次成冰。

本设计主要由六大部分组成：机架部分、齿形棒破冰部分、热熔破冰部分，气缸模块和智能控制部分，冰块融化回收部分。

机架模块主要通过多自由度的板块设计让整体无人机更加灵活，可以适应更多严酷的环境条件；齿形棒破冰模块主要负责前期对线缆上的冰块进行挤压破裂，达到碎冰的效果；热熔破冰模块主要通过对齿形棒初步碎冰后的依然附着在缆线表面的冰层进行再次融冰处理，同时防止高空气温低，水蒸气立马附着在缆线表层的问题发生；气缸模块主要负责通过气缸的伸缩对机架上各个活动机构的角度调节；智能控制模块主负责整机的飞行，和用电器的智能控制，冰块融化回收模块主要负责对下落的碎冰能够进行融化处理。

1、机架模块包括螺旋桨电机，螺旋叶片，机身，左、右活动板，角度调节板，化冰板，螺旋叶片安装在螺旋桨电机上，螺旋桨电机为其提供动力，螺旋桨电机安装在机身上的机翼尾端，左、右活动板铰接同时和机身的中心底部铰接，左、右活动板的底端和角度调整板铰接，化冰板和左、右活动板底部铰接。

2、齿形棒破冰模块主要包括轴承，破冰棒，槽轮电机，槽轮，皮带，在左、右活动板上安装的不同位置的两个破冰棒安装在槽轮电机上，同时电机上安装槽轮，两个破冰棒的槽轮通过皮带连接，破冰棒的顶部连接轴承同时连接左、右活动板的下底面。

浅析高压输电线路除冰防冻机器人设计

浅析高压输电线路除冰防冻机器人设计摘要 :高压输电线路除冰防冻机器人它是通过分析高压输电线路巡检工作的特点与高压输电线路巡检机器人的发展现状及趋势相结合的一种新型高压线路除冰技术，本文主要介绍除冰防冻机器人的功能结构以及设计方法，实现机器人完成高压输电线路覆冰去除，解决电力发展中的障碍性问题，为我国的电力发展提供更好的保障。

关键词:高压输电线路；除冰机器人引言随着我国的科学技术飞速进步，各项各业的先进科技为我国的经济发展提供了很大帮助。

经济的快速发展，电力工程的大力发展，超高容量的输电线路建设越来越多，而电线线路的路径也越来越复杂，大多为地形复杂，环境恶劣的地域，这为输电线路后期的维护工作带了很多的困难，并且我国的南北地域差异较大，南方大部分多为山区，这也导致在严冬时期我国的这些地区出现架空输电线路覆冰，给架空输电运输带来一定的损坏，更严重的造成电网结构破坏，安全运行严重受到威胁。

也正是由于环境恶劣导致线路维修人员不能顺利的工作，通常情况下维护人员只能通过使用绝缘棒去清除电线上的覆冰，并且这样的方式还有很大的危险性。

根据国外数据表明，一些国家的地理情况与我国的情况类似，为了保证电力系统运行的可靠性，提高高压输电线路的除冰效率，开发出一种可以替代人工作业的除冰设备，而这套设备也是我国着重研究的热点。

因此，加强研制安全有效的除冰机械设备对我国的电力发展有着重要意义。

1 浅析高压输电线路除冰机器人的基本概念机器人它是一个较为复杂的机电一体化系统，通过应用先进的计算机技术，将机械结构，通信，自动控制，捕捉等多项技术领域进行融合，但机械结构是整个设备的系统基础，也是目前机器人制造的最大障碍。

基于这种情况，科技人员研发出了一种新型实用的高压输电线路除冰机器人，并且具有以下几点功能；其一能够在高压输电线路上以预想的速度进行稳定攀爬；其二整个机械结构具有一定的爬坡能力；其三能够很好的跨越高压输电线路上的线夹，绝缘子等相关障碍物体；其四能够有效的去除高压输电线上覆盖的冰雪。

机械高压线除冰机器人设计

摘要：随着我国改革开放的不断开展，我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展，机器人已成为制造加工行业必不可少的关键设备，机器人可以分为工业机器人和特种机器人两大类，工业机器人通常应用于制造加工行业，实现工业自动化，多为关节机器人和多自由度机器手；而特种机器人则被广泛应用于各行各业，几乎遍布除工业外的其他领域，包括服务机器人、军用机器人、农业机器人等等，除冰机器人作为特种机器人的一种，它的出现不但代替了电力工人的现场实际作业，提高高压线除冰的工作效率，而且利用除冰机器人可以大量节省人力成本，这就使得除冰机器人的研究工作更加有现实意义。

除冰机器人相比其他特种机器人，结构更加简单，使用起来更加方便。

其整体结构分为行走机构和除冰机构两大块，行走机构的方式多种多样，有腿式行走机构，轮式行走机构，选择何种行走方式决定了除冰机器人的工作效率和质量。

本篇论文中提出了一种结构巧妙、机动性好、稳定性能高的机械除冰机器人设计方案，本方案对除冰机器人技术进行深入分析研究，其工作原理是：利用行走电动机驱动行走轮转动从而带动整个除冰机器人向前行走，利用除冰电动机带动除冰刀转动实现除冰机器人在高压电线上自动巡线除冰的目的。

除冰机器人作为一种新型的特种机器人，对此进一步的研究也是不能忽视的。

关键词：机器人；除冰机器人；除冰刀AbstractWith the continuous development of China's reform and opening up, China's economic construction and technology applications have been high-speed and stable development, the robot has become a manufacturing and processing industry essential essential equipment, robots can be divided into industrial robots and special robots two categories, Robots are often used in the manufacturing and processing industry, to achieve industrial automation, mostly joint robots and multi-degree of freedom of the robot; and special robots are widely used in all walks of life, almost all over the industrial areas, including service robots, military robots , Agricultural robots, etc., deicing robot as a special kind of robot, it does not only replace the appearance of the actual work of electric workers to improve the efficiency of high-pressure line de-icing, and the use of de-icing robots can save a lot of human costs, Making the de-icing robot research work more practical significance.De-icing robot compared to other special robots, the structure is more simple, more convenient to use. Its overall structure is divided into walking and deicing mechanism two blocks, walking a variety of ways, there are leg-like walking institutions, wheeled walking agencies, choose what way to walk the decision of the de-icing robot's work efficiency and quality. In this paper, we propose a deodorant robot design scheme with good structure, good maneuverability and high stability. The scheme is based on the deep analysis of deering robot technology. The working principle is that the traveling motor is used to drive the running wheel Driving the entire de-icing robot to move forward, the use of de-icing motor to promote the removal of the ice knife to achieve de-icing robot in the high-voltage wire automatically patrol line deicing purposes. De-icing robot as a new type of special robot, this further study can not be ignored. Keywords: robot，Deicing robot, In addition to skateboarding目录Abstract (II)目录 (III)第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2除冰机器人的发展概况 (1)1.3 Solidwork软件的介绍 (2)1.4 有限元分析的介绍 (3)1.5 课题研究的意义及目的 (4)第二章机械除冰机器人的设计 (5)2.1 机械除冰机器人的设计要求 (5)2.2机械除冰机器人的设计概述 (6)机械除冰机器人与其他类型除冰机器人原理的对比 (6)2.2.2机械除冰机器人与其他类型除冰机器人特点的对比 (8)机械除冰机器人的设计参数 (8)2.3机械除冰机器人的具体设计 (8)机器人底座结构设计 (9)行走电动机的设计与选型 (9)减速器齿轮的设计 (11)2.3.1.3齿轮齿数的选择....................................................................................... 错误!未定义书签。

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