本发明涉及的是一种高压线的除冰机器人，具体地说是一种用于四分裂高压线的除冰机器人。
背景技术
随着目前生产生活对电力的依靠越来越大，高压输电系统凭借其超高的传输效率成为了输电网的重要组成部分，同时，多分裂高压线更加进一步提升了电力的传输效率。其中，以四分裂高压线与二分裂高压线的应用最为广泛。在我国南方的冬季，经常由于气候问题造成高压线被冰雪覆盖，甚至压断电线，压塌输电塔，造成电力系统的整体瘫痪，影响到人们的正常生产生活。随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，机器人技术日新月异，采用机器人代替人工完成恶劣环境下的繁重作业成为可能。目前输电高压导线路除冰措施主要依靠人工用拉杆、竹棒等沿线敲打，使覆冰脱落，甚至悬挂在高压线上，用绝缘锤敲打，不仅效率低下，而且对电力工人的生命安全造成了极大的威胁。因此，迫切要求研究一种新型除冰方法来取代人工除冰。利用除冰机器人实现输电线路在线除冰是目前输电线路除冰技术的发展趋势，此方法使除冰工作降低了成本，提高了效率，同时保障了人身安全。研制安全有效的除冰机械以代替人工进行沿线除冰具有较好的应用前景和实用意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种效率高，对电线损伤小，模块化设计的用于四分裂高压线的除冰机器人。
本发明的目的是这样实现的：包括三层甲板，第一甲板ⅰ、第二甲板ⅱ、第三甲板ⅲ依次从上到下排列，第一甲板ⅰ与第二甲板ⅱ之间由18根立柱4支撑，第二甲板ⅱ与第三甲板ⅲ之间通过两根导杆3连接，导杆3穿过第三甲板主板ⅲ-7上的水平导轨ⅲ-3，通过导杆上夹子ⅱ-23和导杆下夹子ⅱ-24连接第二甲板主板ⅱ-22；
第一甲板ⅰ上布置有小皮带轮aⅰ-1、驱动轮回转支架ⅰ-2、驱动轮ⅰ-3、皮带aⅰ-4、大皮带轮ⅰ-5、直流伺服电机aⅰ-6、联轴器aⅰ-7、丝杠aⅰ-8、轴承支座ⅰ-9、丝杠螺母aⅰ-10、水平导轨aⅰ-11、滑块aⅰ-12、驱动电机aⅰ-13、行星轮减速器aⅰ-14、锥齿轮箱ⅰ-15、小皮带轮bⅰ-16、皮带bⅰ-17、夹紧轴ⅰ-18、第一甲板主板ⅰ-19；
第二甲板ⅱ上布置有除冰电机ⅱ-1、行星轮减速器bⅱ-2、小齿条ⅱ-3、小齿轮ⅱ-4、除冰棒ⅱ-5、水平导杆ⅱ-6、丝杠bⅱ-7、直流伺服电机bⅱ-8、丝杠螺母bⅱ-9、滑块bⅱ-10、连杆aⅱ-11、大齿轮ⅱ-12、减速器ⅱ-13、驱动电机bⅱ-14、悬挂轮ⅱ-15、连杆bⅱ-16、抬升杆ⅱ-17、抬升舵机ⅱ-18、凸轮ⅱ-19、外包弹簧的安装柱ⅱ-20、弹簧ⅱ-21、第二甲板主板ⅱ-22、导杆上夹子ⅱ-23、导杆下夹子ⅱ-24、除冰支架ⅱ-25、辅助旋转座ⅱ-26、辅助支架ⅱ-27、皮带cⅱ-28、皮带dⅱ-29；
第三甲板ⅲ上布置有机械手ⅲ-1、大齿条ⅲ-2、水平导轨ⅲ-3、夹紧舵机ⅲ-4、齿轮ⅲ-5、线性推杆ⅲ-6、第三甲板主板ⅲ-7。
本发明还可以包括：
1.驱动电机aⅰ-13与行星轮减速器aⅰ-14通过联轴器连接，再通过联轴器接锥齿轮箱ⅰ-15，小皮带轮aⅰ-1通过卡箍固定在锥齿轮输出轴上，小皮带轮aⅰ-1与后方的两个安装在从动皮带轮轴箱两侧的小皮带轮bⅰ-16通过皮带bⅰ-17连接，四个小皮带轮与所有大皮带轮ⅰ-5通过皮带连接，大皮带轮ⅰ-5和驱动轮ⅰ-3安装在同一根轴上，构成驱动轮驱动机构。
2.直流伺服电机aⅰ-6通过联轴器aⅰ-7连接丝杠aⅰ-8，丝杠aⅰ-8与丝杠螺母aⅰ-10配合，丝杠螺母aⅰ-10用螺栓固定在滑块aⅰ-12上，丝杠aⅰ-8通过轴承安装在轴承支座ⅰ-9上，两个支座中间连接两个水平导轨aⅰ-11与丝杠aⅰ-8平行，穿过滑块aⅰ-12上的配合孔，滑块aⅰ-12两侧各用销连接一个夹紧轴ⅰ-18，夹紧轴ⅰ-18插入驱动轮回转支架ⅰ-2的镂空槽并与其上表面贴合，构成驱动轮夹紧机构。
3.抬升舵机ⅱ-18和凸轮ⅱ-19用连接，凸轮ⅱ-19与抬升杆ⅱ-17接触，连杆bⅱ-16通过销轴两端分别连接抬升杆ⅱ-17和悬挂轮的支架，四个外包弹簧的安装柱ⅱ-20穿过抬升杆与第一甲板主板间外包弹簧ⅱ-21连接，构成悬挂轮翻转机构。
4.除冰电机ⅱ-1通过平行方向皮带连接两侧的带轮，两个带轮各有垂直方向的皮带连接另外的终端带轮，终端带轮和除冰棒组合都通过螺栓连接在同一根传动轴上，构成除冰机构。
5.直流伺服电机bⅱ-8通过联轴器连接丝杠bⅱ-7，丝杠bⅱ-7与丝杠螺母bⅱ-9配合，丝杠螺母bⅱ-9用螺栓固定在滑块bⅱ-10上，丝杠bⅱ-7通过轴承安装在轴承支座上，两个支座中间连接两个水平导轨ⅱ-6与丝杠bⅱ-9平行，穿过滑块bⅱ-10上的配合孔，滑块bⅱ-10两侧分别和连杆aⅱ-11通过销轴连接，再通过销轴连接小齿条ⅱ-3，小齿条ⅱ-3和小齿轮ⅱ-4啮合，小齿轮ⅱ-4和除冰支架ⅱ-25通过键安装在同一根轴上，构成冰架翻转机构。
6.夹紧舵机ⅲ-4的输出轴连接齿轮ⅲ-5和另一个齿轮啮合，两个齿轮上通过螺钉连接各一个机械手ⅲ-1，四个机械手组件通过螺钉安装在线性推杆ⅲ-6上，分布在第三甲板主板ⅲ-7的四角。第二甲板ⅱ和第三甲板ⅲ通过两根导杆3连接。导杆3穿过第三甲板主板ⅲ-7上的水平导轨ⅲ-3，通过导杆上夹子ⅱ-23和导杆下夹子ⅱ-24连接第二甲板主板ⅱ-22，此时大齿轮ⅱ-12和机械臂中的大齿条ⅲ-2啮合，驱动电机bⅱ-14和大齿轮ⅱ-12通过减速器ⅱ-13连接，构成机械臂结构。
本发明的工作原理为：
1)驱动轮驱动机构由驱动电机aⅰ-13通过行星轮减速器aⅰ-14减速，然后接锥齿轮箱ⅰ-15，锥齿轮将动力传动给齿轮轴两侧的小皮带轮aⅰ-1，这两个小皮带轮aⅰ-1通过皮带与后方的两个安装在从动皮带轮轴箱两侧的小皮带轮bⅰ-16通过皮带bⅰ-17连接，四个小皮带轮将动力通过皮带aⅰ-4传递给大皮带轮ⅰ-5，大皮带轮带动同轴的驱动轮ⅰ-3旋转，达到驱动机器人前进的目的。其中，驱动轮回转支架ⅰ-2的回转中心与四个小皮带轮ⅰ-4处于同轴线的位置，保证了在驱动轮位置发生变化时，动力装置可以不进行移动，精简了动力机构。
2)驱动轮夹紧机构采用直流伺服电机aⅰ-6通过联轴器aⅰ-7带动丝杠aⅰ-8旋转，丝杠推动丝杠螺母aⅰ-10前后运动，丝杠螺母aⅰ-10带动滑块aⅰ-12与夹紧轴ⅰ-18前后运动，驱动轮回转支架ⅰ-2在重力作用下与夹紧轴贴合，在旋转架的斜面作用下，实现驱动轮的夹紧与张开。
3)悬挂轮翻转机构主要由抬升舵机ⅱ-18转动凸轮ⅱ-19带动抬升杆ⅱ-17向上运动，通过连杆bⅱ-16机构使悬挂轮ⅱ-15向两侧张开，此时抬升杆压缩位于抬升杆和一层甲板之间的穿过安装柱(外包弹簧)ⅱ-20的弹簧ⅱ-21，使弹簧ⅱ-21蓄力。在凸轮ⅱ-19从远休止点向近休止点运动时，抬升杆ⅱ-17在弹簧ⅱ-21的作用下向下运动，使悬挂轮ⅱ-15翻转回高压线的上方。
4)除冰机构采用左右两个除冰机构，最终动力由机器人主体中的除冰电机ⅱ-1提供，通过皮带传递给除冰机构。每个除冰机构由四个除冰棒ⅱ-5组成，在惯性作用下进行敲击，在遇到电线时可自动越过。
5)除冰架翻转机构采用直流伺服电机bⅱ-8输出为丝杠bⅱ-7旋转，丝杠bⅱ-7推动丝杠螺母bⅱ-9前后运动，丝杠螺母bⅱ-9带动滑块bⅱ-10前后运动，通过连杆aⅱ-11推动小齿条ⅱ-3使得小齿轮ⅱ-3转动，实现两侧除冰架同时翻转。在小齿条滑槽中安装有弹簧，在旋转架向两侧张开时弹簧压缩，抵抗重力；在旋转架闭合时弹簧恢复到原长，作为辅助动力协助丝杠工作。
6)机械臂结构机械手ⅲ-1由夹紧舵机ⅲ-4驱动，能够将电线上半部分全部包围。机械臂与机器人主体之间的往复运动的实现是由固定在机器人内部的驱动电机bⅱ-14通过减速器ⅱ-13后，带动大齿轮ⅱ-12旋转，大齿轮ⅱ-12带动机械臂中的齿条前后运动，完成机械臂的伸出与缩回。
本发明提供了一种用于四分裂高压线的除冰机器人，是一种高效率除冰机器人，在极端条件下能提供高效率的除冰任务。除冰机器人在四分裂高压线上行走，并且翻越障碍，除去高压线上由于极端气候形成的冰层。
本发明以轮式驱动为主，采用两侧四组八个轮进行夹紧，在四分裂高压线下方两根电线上运动。其中越障采用机械臂与双轮夹紧同时工作的机构，在越障时驱动轮与悬挂轮相当于一组机械手，机械臂与机械臂上的机械手向前延伸，抓住电线前端，车轮松开电线，机器人主体与机械手发生相对运动，越过障碍后再次夹紧，收起机械手，进行下一阶段的除冰工作。除冰方式选用敲击法，与电流法相比效率更高，与铣削法相比对电线损伤更小。整体机器人采用模块化设计，除冰机构可拆除，机器人上留有安装其余的组件的空间，作为后期模块化的主体。
附图说明
图1为本发明的用于四分裂高压线的除冰机器人的示意图。
图2为第一甲板的示意图。
图3为第二甲板的示意图。
图4为第三甲板的示意图。
图5为驱动轮夹紧机构的示意图。
图6为悬挂轮翻转机构的示意图。
图7为除冰架翻转机构的示意图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
一层甲板部分，安装有机器人的轮式行走机构以及轮式行走机构的夹紧装置，能够实现的主要功能是沿电线行走。由两组丝杠的安装基座、驱动轮架总成、驱动电机减速器总成等部件组成。由于采用了双轮夹紧的驱动方式，为了保证运动时不发生因为外力而使驱动轮ⅰ-3发生停转，使驱动电机aⅰ-13抱死，同时考虑到整体结构上要将位于甲板中心的驱动电机aⅰ-13的动力传递给位于机器人四个角落的驱动轮ⅰ-3来带动机器人运动，因此选用锥齿轮箱ⅰ-15来将动力由沿对称中心旋转变为沿垂直于电线方向与甲板方向旋转。驱动电机aⅰ-13通过行星轮减速器aⅰ-14将动力输入给锥齿轮，经过在锥齿轮箱ⅰ-15中变换方向，将动力传递给两侧的两个小皮带轮bⅰ-16。小皮带轮bⅰ-16中共有三个皮带槽，其中一个用于与从动小皮带轮aⅰ-1连接，另外两个用于驱动大皮带轮ⅰ-5转动，由大皮带轮ⅰ-5通过安装有轴承的轴带动驱动轮ⅰ-3转动。夹紧机构能够保证机器人在恶劣环境下依旧能够正常的工作。其轴承支座ⅰ-9及滑块aⅰ-12均为pp共聚物制成，具有低温强度高及重量轻的优势。考虑到塑料中螺纹孔的强度不足，因此丝杠螺母aⅰ-10与滑块aⅰ-12安装采用了螺钉与螺母的组合，在滑块aⅰ-12远离丝杠螺母aⅰ-10的一侧设置有六角形的螺母开槽，丝杠螺母aⅰ-10采用沉头螺钉孔，保证了即便安装螺母aⅰ-10也不会影响滑块aⅰ-12的整体的宽度。滑块两侧的夹紧轴ⅰ-18采用间隙配合插进滑块aⅰ-12内部，之后采用螺钉螺母进行固定。
二层甲板部分，考虑到除冰机构重量大，需要稳定性高，因此采用直流伺服电机bⅱ-8输出为丝杠bⅱ-7旋转，丝杠bⅱ-7推动丝杠螺母bⅱ-9前后运动，丝杠螺母bⅱ-9带动滑块bⅱ-10前后运动，通过连杆aⅱ-11推动小齿条ⅱ-3使得小齿轮ⅱ-3，实现两侧除冰架同时翻转。在小齿条ⅱ-3滑槽中安装有弹簧，在旋转架向两侧张开时弹簧压缩，抵抗重力；在旋转架闭合时弹簧恢复到原长，作为辅助动力协助丝杠bⅱ-7工作。在丝杠螺母bⅱ-9行进到离电机最远的时候，小齿条ⅱ-3、丝杠螺母bⅱ-9和连杆aⅱ-11三杆共线，形成沿齿条方向的自锁，保证了其在工作时的稳定性。考虑到转架的长度以及动力的布置问题，设置后部辅助旋转轴箱以及旋转轴，旋转轴箱同时承担着安装皮带轮的功能，保证了旋转中心与下部皮带轮的同轴心。悬挂轮的翻转主要由抬升舵机ⅱ-18转动凸轮ⅱ-19带动抬升杆ⅱ-17向上运动，通过连杆bⅱ-16机构使悬挂轮ⅱ-15向两侧张开，此时抬升杆压缩位于抬升杆和一层甲板之间的穿过安装柱(外包弹簧)ⅱ-20的弹簧ⅱ-21，使弹簧ⅱ-21蓄力。在凸轮ⅱ-19从远休止点向近休止点运动时，抬升杆ⅱ-17在弹簧ⅱ-21的作用下向下运动，使悬挂轮ⅱ-15翻转回高压线的上方。
三层甲板部分，机械臂的结构设计较为简单，由机械臂甲板和四个线性推杆ⅲ-6作为机械手的伸缩臂，夹紧舵机ⅲ-4驱动齿轮ⅲ-5闭合机械手ⅲ-1，能够将电线上半部分全部包围。机械臂与机器人主体之间的往复运动的实现是由固定在机器人内部的驱动电机bⅱ-14通过减速器ⅱ-13后，带动大齿轮ⅱ-12旋转，大齿轮ⅱ-12带动机械臂中的齿条前后运动，完成机械臂的伸出与缩回。
四分裂高压线除冰机器人的工作过程为：首先，工作人员把机器人送到四分裂高压线上，悬挂轮ⅱ-15与驱动轮ⅰ-3夹紧电线2，驱动电机aⅰ-13将前进的动力传递给驱动轮ⅰ-3，使机器人沿电线2向前运动，除冰电机ⅱ-1带动除冰棒ⅱ-5旋转，实现除冰。越障时，机械臂向前进方向伸展，并向电线2伸出机械手ⅲ-1，机械手ⅲ-1夹紧电线2，除冰支架ⅱ-25向两侧翻转，驱动轮ⅰ-3与电线2分离，悬挂轮ⅱ-15在凸轮ⅱ-19作用下向两侧翻转，完成上述操作之后连接机械手线性推杆ⅲ-6伸长，使整个机器人向高压线下方移动，为越障做好准备；机械臂向回收缩，由于此时机械手及机械臂与电线2固定，根据相对运动，机器人主体向前运动，第一对驱动轮ⅰ-3从障碍下方越过障碍；机械手将整体向上拉动，悬挂轮ⅱ-15挂回高压线上方，驱动轮ⅰ-3与悬挂轮ⅱ-15将电线2夹紧，除冰支架ⅱ-25恢复到工作状态；反复以上操作，使第二对驱动轮ⅰ-3越过障碍。
此四分裂高压线除冰机器人在除冰机器人领域有明显的优势。四分裂高压线由于其输电损耗较小，普及率日渐变高，如使用传统除冰机器人，只能进行单根线的除冰工作。本装置应用于高压线除冰，在极端天气越发多发的当今有着广泛的应用。内部主要零件除使用金属外，使用了大量可降解可重复利用的有机材料，在保证了整体强度的同时，减轻了整体结构的重量，同时减少了金属的使用率，有利于环境的维护。同时金属相对塑料在冬季携带上有更多的不便，大量使用工程塑料也体现了更好的人机功效。整体设计尺寸与一人相当，中部有足够的空间，方便进行背负作业。加工方面，塑料制品的零件主体均为注塑，不能注塑的细节采用机加工，节约了加工工时，方便自动化生产。结构过于复杂的零件考虑分件处理，减少毛坯到零件过程中的废料的产生。由于机构中有大量的镜像结构，尽量保证了不产生手性零件，增加通用零件数量。对于外观相似零件，如销轴，不同长度的采用不同口径进行区分，避免由于二次装配错误引起事故。
整体采用模块化设计，两侧的转向架上如不安装除冰机构，可选装其余机构。如机械手等，进行除了除冰外的其他高压线上工作，实现了一机多用。
机器整体除冰效率高，越障速度快，采用自背电源进行供电，无线控制与图像传输，控住人员可以在较为舒适的环境进行操控。电源采用可重复充电的方式，相比于有线控制，无线控制自由度更高。