架空高压输电线除冰机器人设计
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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 ２ ０ Ｈ ｚ，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。
回敲击覆冰，使覆冰以块状的形式脱落，该
除冰方式具有以下优点：（１）可以用于不同
厚度形状的覆冰（２）只要冲击头通过的输 电线缆就能保证除冰的彻底性（３）覆冰块 状形式脱落，大大降ｆ氐了能耗（４）能在除冰
时保护输电线缆不被破坏。由于覆冰在低温
下具有粘性，冲击头破冰后，可能在输电线 上牯有一层薄冰层，可通过主动轮和从动
中国科技信息 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION 2010(19)
参考文献(4条)
1.朱兴龙;王洪光;房立金 一种自主越障巡检机器人行走夹持机构[期刊论文]-机械设计 2003(08) 2.山霞舒;乃秋 关于架空输电线除冰措施的研究[期刊论文]-高电压技术 2006(04) 3.杨暘;高虹亮;孟遂民;罗成 马小强 架空输电线除冰机器人的结构设计[期刊论文]-电力建设 2009(03) 4.吴功平;戴锦春;郭应龙 具有自动越障功能的高压线巡线小车[期刊论文]-水利电力机械 1999(02)
本文介绍来的高压线缆除冰机器人是 一个机电系统，在满足机械动作和机械强 度前提下，采取多种措施使系统的结构紧 凑；针对不同厚度的覆冰的除冰要求，且 有高效节能的特点。本除冰机器人还可以 将除冰模块拆下，变为寻仙机器人，获得 一机两用的效果。同时更换所携带的检测 装备，以达到不同的检测目的。值得高兴 的是本文介绍的机器人已获得全国大学生机 械设计大赛四川省二等奖。
图２ １．链轮２．主动轮１
５．链条 ４．机
架 ５．主动轮２ ６．高压线７．重劝轮８．
丝杆 ｇ．重动轮支座
３．除冰模块的设计 ’
结合已有的除冰方法，本文提出一种 更加节能的机械除冰方式，其最大的创新
点在于使覆冰以较大体积的块状方式脱落，
较热力除冰节约大量的能量，是真正的高
效节能除冰。 充分利用冰硬而脆的物理特性，本文
走速度ｚ能保证行走的平《性。行走摸块的
具体装置如幽２所示。诖行走模城包括鞋轮
万方数据
制造
中国科技信息２０１ ｏ年第１ ９期
ＩＮＴＩＯＮ ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ｌｔｃＨＮＯＬＯＧＹ
ｏｃｔ．２０１０
链条、带槽主动轮、轴、丝杆夹紧装置。 主动轮和从动轮通过轴与机架相连，位于 输电线缆的上方；从动轮与丝杆夹紧装置 相连，丝杆与机架相固接，位于输电线下 方，调整丝杆就可以调整从动轮与主动轮 夹紧输电线缆的力的大小。整个机器采用 外挂式靠轮子挂在输电线上面．装拆方 便。发动机经减速之后通过链轮链条传动 带动主动轮旋转前行。为了增加除冰器在 输电线缆上工作的稳定性，设计将机器的 大部分重量放置在高压线的下方，因为低 重心可避免机器侧翻。设计在行走的带槽 轮子内侧附着相对摩擦系数较大的橡胶材料 以防止轮子与输电线缆之间的打滑。
目前国内和国外的除冰技术可归纳有 ３ ０杂种，总体可分为：热力融冰洼机 械融冰珐 自撩被动洼其他方法。
热力融冰挂利用电流电阻焦耳娃应 啦热融化缱上的覆潍．这种方皓把泳融 化．消耗同样的能量．所能除的覆冰轻 ’．效率鞍低。
自髂被动珐：依靠风、地球引力随 机散射和温度变化等脱冰的被动方拄。诖 方法无需附加稚置．但陡机性较大．不能 保证日靠除冰。
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架空高压输电线除冰机器人设计
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除冰机器＾链体设¨参数：
机＃＾自雨小｝等干３０Ｋｇ｝牲动㈣｝
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２机器人行走撰块
资科疆示．目内外高压线越线凯器人 的行垃幕本采用两种方如步ｉ＆蟮动式和轮 式滚行式。步进蠕动式行走速度辜空１曼，线绳 与央鞯块比陵．直径较小，步行方式的稳定 性鞍高．且具有跨越障碍的功能；轮式浓行 方式速鹰快．怛币平稳。奉文设“的机器＾ 行走装鞋将陌者的优点结台。ｊ个带精的耗 ｝鬟甏吐将输电线蟪兜紧．％能达到所需行
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgkjxx201019046.aspx
本文读者也读过(10条) 1. 杨暘.高虹亮.孟遂民.罗成.马小强.YANG Yang.GAO Hong-liang.MENG Sui-min.LUO Cheng.MA Xiao-qiang 架空 输电线路除冰机器人的结构设计[期刊论文]-电力建设2009,30(3) 2. 张屹.邵威.高虹亮.罗成.杨晻.Zhang Yi.Shao Wei.Gao Hongliang.Luo Cheng.Yang Yang 高压输电线路除冰机 器人的机构设计[期刊论文]-三峡大学学报（自然科学版）2008,30(6) 3. 王超.魏世民.廖启征.WANG Chao.WEI Shi-min.LIAO Qi-zheng 高压输电线上除冰机器人的系统设计[期刊论文 ]-机械工程与自动化2010(1) 4. 甘辰予.陈劲生 LEGO智能除冰机器人的设计[期刊论文]-大众科技2009(10) 5. 输电线路除冰机器人机构设计与动力学仿真[期刊论文]-机械与电子2009(10) 6. 谭磊.王耀南.沈春生.印峰.杨易曼 高压输电线在线除冰机器人的设计与研究[会议论文]-2009 7. 张海霞.孙炜.缪思怡 高压输电线除冰机器人的建模及运动控制[期刊论文]-计算机工程与应用2010,46(10) 8. 侯文琦 输电线路除冰机器人本体设计与越障动力学分析[学位论文]2009 9. 吴俊飞.王新智.姜生元.吴爽.WU Jun-fei.WANG Xin-zhi.JIANG Sheng-yuan.WU Shuang 高压线检测机器人吊臂 式越障机构的研制[期刊论文]-机械工程师2006(11) 10. 山霞.舒乃秋.SHAN Xia.SHU Naiqiu 关于架空输电线除冰措施的研究[期刊论文]-高电压技术2006,32(4)
５．机器人控制模块和检测模块
考虑到输电线的地域特点，除冰机器 人采用■通道无线电遥控控制。其中一个通 道控制舵机来控制油门的大小，另外一个通 道控制发动机的启动电机。油门的大小根据 线上覆冰的情况来调节，若冰厚实，则可加 大油门。若在除冰过程中，遇到突发事故一 一发动机熄火，则町通过遥控控制启动电 机，进行远程启动，继续除冰。本文介绍特 殊的控制方式使除冰机器人轻便灵活，适应 性强。
按照上述的各个结构模块，应用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件绘制除冰器的三维模型图。 对其进行ｍｏｔｉｏｎ分析，分析结果与计算结 果有较小误差。最后时段设计的机器人在 实验室按ｌ：ｌ制作，进行试验。
实验结果表明，轮式行走往复敲击式 高压线除冰机器人较好地实现设计需求， 同时在消除输电线舞动方面效果更佳。
随着输电线路电压等级越来越高，杆 塔设计高度也越来越高，线路导线覆冰现 象也越来越严重，因此对输电线路的防冰 和除冰方法的研究也显得格外重要。
设计的机器人采用特制冲击头固接于曲柄滑
块机构的滑块上，以１５Ｈｚ的频率反复敲击
覆冰。冲击头３６０。环形包围着输电线缆且 留有间隙保证了除冰干净彻底，同时又避
免在除冰过程中损坏电缆。此外，冲击头
设计为剖分式，安装方便。冲击头与覆冰之
间的撞击产生的后坐力通过主动轮与从动轮 之间的夹紧产生的摩擦力来平衡。冲击头来
《ｔ高压输ｔ蠛自＃前行的机５人．自№．
ｏ＾采目机械聩求方式，利用冲女央§Ｈ
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１＊鍪国内外的除冰机器＾方案，奉丈 设计了一种除沫＆率较高的除冰机日＾。 奉机器＾已制作出实物．通过实验Ⅵ“清 除不同厚度肚彤状的覆冰。机％凡束月虮 缸一冲张赞动机经—圾减速后带动曲柄滑 块凯构，滑块沿轴线方向高速往复滑动． 冲击头与滑扶同接，带动冲击头ｆｆ｝轴线方
２００６。３２（４Ｘ ２５—２７．
【５】杨赐，高虹亮，孟遂民，罗成，
Hale Waihona Puke Baidu
马小强．架空输电线除冰机器人的结构设
计０】．电力建设．２００９，５０（５）：９３－９６
１４】吴功平，戴锦春，郭应龙。等．具有自动＊ 越障功能的高压线巡线小车［Ｊ】．水利电力
机械．１ ９９９（２）４６－５０．
黪者介绍
３。？’。。
灞
李海．男．１ ９ ８８—０ ９—２ ５．单位：西南
同时在机器人上载有ＣＣＤ摄像头，用 以采集工作情况时输电线的状态，远程发回
控制者的接收装置，为下一步的数据分析 提供必要保证，也方便于控制者对除冰机 器人的准确控制。本机器人还可以携带特 定检测模块，目前，设计载有探伤仪探测 钢芯铝绞导线或钢绞地线的内外损伤。同 时有红外热感像仪等。
６．除冰机器人的三维模型与实物制 作
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高、成奉低、保障＾身安垒等优点。阱制新 的机破除水机警陀替＾丁进行翰电线嚎沫具 有轻好的应用前景和实用意女。 １除冰器的整体方案
轮的碾压破除，从而除冰更加彻底。
冲击头通过刚性杆与滑块相连，如图３
和图４所示，滑块又称为连接头。
图３
图４
４．发动机引起输电线舞动的解决方 法
自然条件下，输电线可能会由于风、 雨等因素引起舞动，若舞动的幅度大，会 造成输电线塔的破坏，甚至倒塌。若有一 振动源位于输电线上，其共振的频率和输 电线的固有频率相近，则会引起输电线的 共振，对输电线塔造成破坏。
交通大学机械工程学院．专业方向：机
槭设计制造及其自动化．研究方向机电一体 化．三维软件的建模仿真应用。
万方数据
一１１２一
架空高压输电线除冰机器人设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
李海， 张吉， 杨汝舟， 唐磊， Li Hai， Zhang Ji， Yang Ruzhou， Tang Lei 西南交通大学机械工程学院,611756
相信随着人们对导线覆冰现象研究的 逐渐深入和机器人运用技术的逐渐成熟， 高压线缆除冰机器人将有更好的发展及应用 前景。
渗筹文献ｏ”辎！？’１净”４”＋？婴矿登瀚
【１］朱兴龙，王洪光，房立金，等．一
种自主越障巡检机器人行走夹持机构［Ｊ】－
机械设计．２００３，２３（８）：１ １—１４． ［２１０ｗ霞舒，乃秋．关于架空输电线除冰措施 的研究【Ｊ】．高电压技术．
回敲击覆冰，使覆冰以块状的形式脱落，该
除冰方式具有以下优点：（１）可以用于不同
厚度形状的覆冰（２）只要冲击头通过的输 电线缆就能保证除冰的彻底性（３）覆冰块 状形式脱落，大大降ｆ氐了能耗（４）能在除冰
时保护输电线缆不被破坏。由于覆冰在低温
下具有粘性，冲击头破冰后，可能在输电线 上牯有一层薄冰层，可通过主动轮和从动
中国科技信息 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION 2010(19)
参考文献(4条)
1.朱兴龙;王洪光;房立金 一种自主越障巡检机器人行走夹持机构[期刊论文]-机械设计 2003(08) 2.山霞舒;乃秋 关于架空输电线除冰措施的研究[期刊论文]-高电压技术 2006(04) 3.杨暘;高虹亮;孟遂民;罗成 马小强 架空输电线除冰机器人的结构设计[期刊论文]-电力建设 2009(03) 4.吴功平;戴锦春;郭应龙 具有自动越障功能的高压线巡线小车[期刊论文]-水利电力机械 1999(02)
本文介绍来的高压线缆除冰机器人是 一个机电系统，在满足机械动作和机械强 度前提下，采取多种措施使系统的结构紧 凑；针对不同厚度的覆冰的除冰要求，且 有高效节能的特点。本除冰机器人还可以 将除冰模块拆下，变为寻仙机器人，获得 一机两用的效果。同时更换所携带的检测 装备，以达到不同的检测目的。值得高兴 的是本文介绍的机器人已获得全国大学生机 械设计大赛四川省二等奖。
图２ １．链轮２．主动轮１
５．链条 ４．机
架 ５．主动轮２ ６．高压线７．重劝轮８．
丝杆 ｇ．重动轮支座
３．除冰模块的设计 ’
结合已有的除冰方法，本文提出一种 更加节能的机械除冰方式，其最大的创新
点在于使覆冰以较大体积的块状方式脱落，
较热力除冰节约大量的能量，是真正的高
效节能除冰。 充分利用冰硬而脆的物理特性，本文
走速度ｚ能保证行走的平《性。行走摸块的
具体装置如幽２所示。诖行走模城包括鞋轮
万方数据
制造
中国科技信息２０１ ｏ年第１ ９期
ＩＮＴＩＯＮ ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ｌｔｃＨＮＯＬＯＧＹ
ｏｃｔ．２０１０
链条、带槽主动轮、轴、丝杆夹紧装置。 主动轮和从动轮通过轴与机架相连，位于 输电线缆的上方；从动轮与丝杆夹紧装置 相连，丝杆与机架相固接，位于输电线下 方，调整丝杆就可以调整从动轮与主动轮 夹紧输电线缆的力的大小。整个机器采用 外挂式靠轮子挂在输电线上面．装拆方 便。发动机经减速之后通过链轮链条传动 带动主动轮旋转前行。为了增加除冰器在 输电线缆上工作的稳定性，设计将机器的 大部分重量放置在高压线的下方，因为低 重心可避免机器侧翻。设计在行走的带槽 轮子内侧附着相对摩擦系数较大的橡胶材料 以防止轮子与输电线缆之间的打滑。
目前国内和国外的除冰技术可归纳有 ３ ０杂种，总体可分为：热力融冰洼机 械融冰珐 自撩被动洼其他方法。
热力融冰挂利用电流电阻焦耳娃应 啦热融化缱上的覆潍．这种方皓把泳融 化．消耗同样的能量．所能除的覆冰轻 ’．效率鞍低。
自髂被动珐：依靠风、地球引力随 机散射和温度变化等脱冰的被动方拄。诖 方法无需附加稚置．但陡机性较大．不能 保证日靠除冰。
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ｄｉａ＿Ⅲ”ａ‘ｍ ｑｍ№“ｍ ０＊ｒ“
Ｄ。Ｌ １０ ３＊９／Ｊ％ｎ Ｉ∞１—８９７２ ２０１０ １９ ０４７
架空高压输电线除冰机器人设计
李海张吉杨浊舟唐磊’“‘ｌ‘学｛：坂ｊ《ｊＥ ６ ７驰
蔫鞠酵醅罐懑疆疆盈霹疆西蹦
ｍ方输ｔ鞋路｝事目黄率ｔ忘ｔ引起竹＊ ｔ十＊事＊Ｆ童修复１作雌且太．一期 繁．母ｔ自自广．是仝世羊范目内需井女 ＂４＾目怠。计对此问题本ｉ近计一§☆
除冰机器＾链体设¨参数：
机＃＾自雨小｝等干３０Ｋｇ｝牲动㈣｝
最３％ｃ－机器＾前行速度ｔｏｃ＝｜ｎ／ｓ，导线直 ｎｌｈ瑚。
２机器人行走撰块
资科疆示．目内外高压线越线凯器人 的行垃幕本采用两种方如步ｉ＆蟮动式和轮 式滚行式。步进蠕动式行走速度辜空１曼，线绳 与央鞯块比陵．直径较小，步行方式的稳定 性鞍高．且具有跨越障碍的功能；轮式浓行 方式速鹰快．怛币平稳。奉文设“的机器＾ 行走装鞋将陌者的优点结台。ｊ个带精的耗 ｝鬟甏吐将输电线蟪兜紧．％能达到所需行
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgkjxx201019046.aspx
本文读者也读过(10条) 1. 杨暘.高虹亮.孟遂民.罗成.马小强.YANG Yang.GAO Hong-liang.MENG Sui-min.LUO Cheng.MA Xiao-qiang 架空 输电线路除冰机器人的结构设计[期刊论文]-电力建设2009,30(3) 2. 张屹.邵威.高虹亮.罗成.杨晻.Zhang Yi.Shao Wei.Gao Hongliang.Luo Cheng.Yang Yang 高压输电线路除冰机 器人的机构设计[期刊论文]-三峡大学学报（自然科学版）2008,30(6) 3. 王超.魏世民.廖启征.WANG Chao.WEI Shi-min.LIAO Qi-zheng 高压输电线上除冰机器人的系统设计[期刊论文 ]-机械工程与自动化2010(1) 4. 甘辰予.陈劲生 LEGO智能除冰机器人的设计[期刊论文]-大众科技2009(10) 5. 输电线路除冰机器人机构设计与动力学仿真[期刊论文]-机械与电子2009(10) 6. 谭磊.王耀南.沈春生.印峰.杨易曼 高压输电线在线除冰机器人的设计与研究[会议论文]-2009 7. 张海霞.孙炜.缪思怡 高压输电线除冰机器人的建模及运动控制[期刊论文]-计算机工程与应用2010,46(10) 8. 侯文琦 输电线路除冰机器人本体设计与越障动力学分析[学位论文]2009 9. 吴俊飞.王新智.姜生元.吴爽.WU Jun-fei.WANG Xin-zhi.JIANG Sheng-yuan.WU Shuang 高压线检测机器人吊臂 式越障机构的研制[期刊论文]-机械工程师2006(11) 10. 山霞.舒乃秋.SHAN Xia.SHU Naiqiu 关于架空输电线除冰措施的研究[期刊论文]-高电压技术2006,32(4)
５．机器人控制模块和检测模块
考虑到输电线的地域特点，除冰机器 人采用■通道无线电遥控控制。其中一个通 道控制舵机来控制油门的大小，另外一个通 道控制发动机的启动电机。油门的大小根据 线上覆冰的情况来调节，若冰厚实，则可加 大油门。若在除冰过程中，遇到突发事故一 一发动机熄火，则町通过遥控控制启动电 机，进行远程启动，继续除冰。本文介绍特 殊的控制方式使除冰机器人轻便灵活，适应 性强。
按照上述的各个结构模块，应用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件绘制除冰器的三维模型图。 对其进行ｍｏｔｉｏｎ分析，分析结果与计算结 果有较小误差。最后时段设计的机器人在 实验室按ｌ：ｌ制作，进行试验。
实验结果表明，轮式行走往复敲击式 高压线除冰机器人较好地实现设计需求， 同时在消除输电线舞动方面效果更佳。
随着输电线路电压等级越来越高，杆 塔设计高度也越来越高，线路导线覆冰现 象也越来越严重，因此对输电线路的防冰 和除冰方法的研究也显得格外重要。
设计的机器人采用特制冲击头固接于曲柄滑
块机构的滑块上，以１５Ｈｚ的频率反复敲击
覆冰。冲击头３６０。环形包围着输电线缆且 留有间隙保证了除冰干净彻底，同时又避
免在除冰过程中损坏电缆。此外，冲击头
设计为剖分式，安装方便。冲击头与覆冰之
间的撞击产生的后坐力通过主动轮与从动轮 之间的夹紧产生的摩擦力来平衡。冲击头来
《ｔ高压输ｔ蠛自＃前行的机５人．自№．
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１＊鍪国内外的除冰机器＾方案，奉丈 设计了一种除沫＆率较高的除冰机日＾。 奉机器＾已制作出实物．通过实验Ⅵ“清 除不同厚度肚彤状的覆冰。机％凡束月虮 缸一冲张赞动机经—圾减速后带动曲柄滑 块凯构，滑块沿轴线方向高速往复滑动． 冲击头与滑扶同接，带动冲击头ｆｆ｝轴线方
２００６。３２（４Ｘ ２５—２７．
【５】杨赐，高虹亮，孟遂民，罗成，
Hale Waihona Puke Baidu
马小强．架空输电线除冰机器人的结构设
计０】．电力建设．２００９，５０（５）：９３－９６
１４】吴功平，戴锦春，郭应龙。等．具有自动＊ 越障功能的高压线巡线小车［Ｊ】．水利电力
机械．１ ９９９（２）４６－５０．
黪者介绍
３。？’。。
灞
李海．男．１ ９ ８８—０ ９—２ ５．单位：西南
同时在机器人上载有ＣＣＤ摄像头，用 以采集工作情况时输电线的状态，远程发回
控制者的接收装置，为下一步的数据分析 提供必要保证，也方便于控制者对除冰机 器人的准确控制。本机器人还可以携带特 定检测模块，目前，设计载有探伤仪探测 钢芯铝绞导线或钢绞地线的内外损伤。同 时有红外热感像仪等。
６．除冰机器人的三维模型与实物制 作
№Ｐ．№ｌｆ№帅∞目＿“咄蝴由帅
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腑抵Ｔ№山ｔ ａｌｓｏｔ蛔“％ｍａｏ¨ａ
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高、成奉低、保障＾身安垒等优点。阱制新 的机破除水机警陀替＾丁进行翰电线嚎沫具 有轻好的应用前景和实用意女。 １除冰器的整体方案
轮的碾压破除，从而除冰更加彻底。
冲击头通过刚性杆与滑块相连，如图３
和图４所示，滑块又称为连接头。
图３
图４
４．发动机引起输电线舞动的解决方 法
自然条件下，输电线可能会由于风、 雨等因素引起舞动，若舞动的幅度大，会 造成输电线塔的破坏，甚至倒塌。若有一 振动源位于输电线上，其共振的频率和输 电线的固有频率相近，则会引起输电线的 共振，对输电线塔造成破坏。
交通大学机械工程学院．专业方向：机
槭设计制造及其自动化．研究方向机电一体 化．三维软件的建模仿真应用。
万方数据
一１１２一
架空高压输电线除冰机器人设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
李海， 张吉， 杨汝舟， 唐磊， Li Hai， Zhang Ji， Yang Ruzhou， Tang Lei 西南交通大学机械工程学院,611756
相信随着人们对导线覆冰现象研究的 逐渐深入和机器人运用技术的逐渐成熟， 高压线缆除冰机器人将有更好的发展及应用 前景。
渗筹文献ｏ”辎！？’１净”４”＋？婴矿登瀚
【１］朱兴龙，王洪光，房立金，等．一
种自主越障巡检机器人行走夹持机构［Ｊ】－
机械设计．２００３，２３（８）：１ １—１４． ［２１０ｗ霞舒，乃秋．关于架空输电线除冰措施 的研究【Ｊ】．高电压技术．