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。

2 除冰机器人的功能分析

高压输电线路除冰机器人的总共能主要是由以下几个功能结构组成的：其一

它能够在高压输电线上平稳的爬行，并且根据实际的线路要求能够达到期望的每

秒一米的速度；其二能够有效的去除覆盖在高压输电线上的冰块；其三能够跨越

输电线路上的障碍物体例如绝缘子，线夹等；其四具有独立的爬坡能力；其五能

够在线路故障情况下实现自我安全保护。

3 除冰机器人的功能原理设计

3.1 输电线路上的行走功能

机器人的行走功能是利用轮子压着钢索前行，与实际中的地面行走类似，它

的原理主要是在线上行走时需要一对轮子同一个地方沿着相反的方向同时压住钢

索前行。在设计时，往往为了保证机器人行走的平稳性，都会讲机器人的重心设

计在钢索下方，以此实现圆周定向的功能。这种观点有点类似于实际中的人在钢

丝行走的方式，将机器人的主题悬挂在钢丝上，用手来交替握住钢索前行。

3.2 高压输电线路除冰功能

高压输电线路的覆冰去除方法，在实际中有点类似于人们在其他场合除冰的

方式，例如：模仿路面的铲雪机用车将冰压碎然后用铲斗铲除，或者使用融冰剂

使冰雪融化；冰枪击碎；模仿人工使用绝缘体将线路上的冰敲碎去除等各种实际

情况中的除冰方法。

3.3 高压输电线路越障功能

机器人在高压输电电路上的越障功能类似于人们现实中的空中攀援动作，而

除冰机器人能够安全的攀越障碍物也是借鉴了这一动作。在实际情况中，人体一

般遇见线路障碍物需采取从下路下方穿越的方式越障，这个工程较为复杂，在操

作上需首先进行身体姿态调整，将整体的重心放到能起到支撑作用的左手上，然

后将右手松开，并立即伸出手抓住障碍物的另一端线路，再调整整个身体重心，

使重心前移然后用左手抓住障碍物的另一端线路，从而实现线路障碍物穿越，这

种人工模式除冰，以及穿越方面有一定的复杂性，并且存在一定的安全隐患。而

机器人的越障功能很大程度上就是借鉴现实中的人工越障方式，按照人类的身体

结构使机器人的设计具有类似人体手臂的结构，实现穿越支撑，保障机器人能完

成越障工作。另一方面，机器人在设计时应根据人体结构来进行设计，例如两臂

的组成，因为从人工穿越的方式可以看出，在穿越中需使用到双臂来解决整体的

重心调整问题，才能实现身体的穿越工作，因此机器人设计中可以采取这种基础

实现多只自由度臂膀，为障碍物穿越提供更好的条件。

4 高压输电线路除冰机器人的工作过程

科研人员可以根据机器人在高压输电线路的除冰工作内容上拟定出以下几点

完成功能的方案。

第一种方案：其一利用机器人的两对齿轮将线路上面的冰块咬碎，一个齿轮

用来去除冰块能一个齿轮咬合电线控制前行；其二需为四个齿轮安装四个电动机

并将机器电瓶挂在下方；其三在机器人前行过程中不能调节齿轮之间的距离；其

四进行齿轮碎冰时如果有大量的冰渣残留在齿轮上，齿轮则会自动后退直至将冰

块彻底咬碎到锥形圆筒能直接通过时再前行。

这种方案不能完全的实现线路障碍物穿越，在一定情况下还需人工参与。

第二种方案：可以将身躯挂在绳索上前行，在行走的同时将电线上冰块进行击打

敲碎。

第三种方案：可以利用六对具有凹圆槽的齿轮，通过规律性的分布式行走翻越障碍，使机器人的电机带动除冰工具进行除冰工作。

5 对比各种方案的优点及缺点

第一种方案分析:机器人利用两对齿轮前进原理是通过将两对齿轮与除冰的齿

轮分开运行，两种齿轮的结构有着很大的不同，前进的齿轮界面在设计上类似与

涡轮形状类似，以此适应高压输电线路的圆柱形状，而除冰的齿轮则是采用齿宽

较大的齿轮。在工作时利用齿轮将冰块压碎，然后用一个锥形的圆筒将压碎的冰

块排除。

第二种方案分析：第二种方案它是基于类似人体悬挂方式行走并与双臂攀越

进行综合设计，以此完成机器人的攀越功能。在设计机器人结构时，采用双只或

者多只类似人体手臂关节的机械臂结构，在接卸臂的上部分安装驱动行走结构，

当机器人在进行除冰工作时，利用机械手臂的连接作用，在遇到障碍物时可以模

仿人们在攀越时的身体姿态进行障碍物穿越。此外，机械手臂具有很大的自由度

特征，因此在进行障碍物穿越时，机器人能够很好的调整身体姿态完成穿越工作。但是这种方案存在着一定的弊端，当高压输电线路的角度过大时，机器人不能实