新型三臂高壓線除冰機器人設計

高　露，趙　利，毛鵬梟，周海君

(1.遼寧理工學院 工程技術學院，遼寧　錦州　121000； 2.四川電子機械職業技術學院 機電工程系，四川　綿陽　621000； 3.沈陽睿星科技有限公司，遼寧　沈陽　121000)

0　引言

通過對國內外高壓線除冰機器人和巡檢機器人的研究，發現這些機器人存在著無法越障或越障能力差、運行不平穩、越障側擺等問題。針對這些問題，對除冰機器人提出了下列設計目標：機器人在高壓線上能夠平穩運行并可避越高壓線上的懸垂線夾、防震錘、壓接管等連接型障礙，能夠完成避障轉彎任務，在實現這些功能的同時盡量控制機構的自由度。基于以上目標，本文提出了一種新的機器人，很好地解決了移動、越障、除冰中存在的問題。

1　除冰機器人的組成

除冰機器人由機器人載體和除冰機構組成，采用三臂式的輪臂復合結構，實現雙臂式交替旋轉越障；四輪分別置于主體兩側，保證了機器人本體的重心在電力線下方，同時避免了側擺現象的發生。該機器人能夠通過箱體之間的相對轉動和輪在線上姿態調節的方式跨越帶有轉折線的懸垂線夾，這是機構設計中的亮點。

2　機器人載體設計

本研究提出的新型三臂高壓線除冰機器人載體如圖1所示。行走功能和越障功能是機器人的主要功能，構成了機器人的載體，主要包括輪式機構、旋轉機構、移動機構和箱體旋轉機構4個部分。

2.1　輪式機構

圖1中的輪1、輪2、輪3、輪4均為輪式機構，其結構如圖2所示。輪式機構主要包括輪子、輪軸、電機、電機支撐座和防護罩等幾部分。作為機器人的行走機構，通過電機驅動輪子轉動完成高壓線無障礙階段的行進。電機1驅動輪1向前移動，并作為前后臂行走時的主動輪；電機2驅動輪3向前移動，并作為中間臂行走時的主動輪；輪2和輪4均為從動輪。

2.2　旋轉機構

圖1中的關節1、關節2和關節4均為旋轉機構，其結構如圖3所示。關節1和關節2的作用相同，調整輪在線上的姿態；關節4的作用為使前后臂和中間臂產生相對偏轉。

1-輪1；2-輪2；3-輪3；4-輪4；5-左箱體；6-右箱體；7-關節1；8-關節2；9-關節3；10-關節4；11-關節5

2.3　移動機構

圖1中的關節5為移動機構，其作用為升降機械臂，移動機構的剖視圖如圖4所示。移動機構主要包括絲杠、絲母、左絲母滑塊、右絲母滑塊和齒輪。齒輪與絲母固聯，絲母轉動，絲杠固定不動，絲母繞著絲杠旋轉，左右絲母滑塊隨之上升下降，因絲母滑塊分別與左右兩臂相連，從而使機器人的前后臂做升降運動。

2.4　箱體旋轉機構

圖1中的關節3為箱體旋轉機構，其結構剖視圖如圖5所示。箱體旋轉機構主要包括左箱體、右箱體、絲杠、齒輪1、齒輪2和電機等。電機和小齒輪1固定在右箱體上，與絲杠相連的大齒輪2固定在左箱體上，驅動電機帶動齒輪1轉動，使左右兩箱體發生相對旋轉，調整箱體之間的角度。箱體旋轉機構是使箱體之間產生相對轉動的一個機構，其目的是在轉折線越障時可調整機器人與轉折線的角度，從而適應轉折線越障。

圖2輪式機構圖3旋轉機構圖4移動機構剖視圖

3　機器人除冰機構設計

人工除冰不僅對地理位置有一定的局限性，而且無法保證工人生命安全。鑒于冰的硬性和易碎性，本設計采用了銑削除冰和敲打除冰相融合的除冰方式。

3.1　銑削除冰機構

圖6為銑削除冰機構，主要由電機、銑削輪、銑削輪罩和齒輪等構成。該銑削裝置用來去除前面電線上的覆冰，為機器人向前移動提供了有利的保證。

3.2　敲打除冰機構

圖7為敲打除冰機構，主要由敲冰頭、敲冰板、電機、圓盤和錐齒輪等組成。電機驅動錐齒輪轉動，通過錐齒輪嚙合帶動圓盤轉動，并將運動傳遞給搖桿機構，使鑿冰頭敲擊敲冰板，去除電線上的覆冰。這樣，銑削機構和敲打機構相互配合，共同完成高壓線除冰任務。

圖5箱體旋轉機構剖視圖圖6銑削除冰機構圖7敲打除冰機構

4　結語

該機器人采用三臂式的輪臂復合機構，雙臂交替旋轉越障，巧妙地設計了箱體旋轉機構，可使機器人走直線和跨折線，并采用組合式的除冰方式，很好地解決了移動方式、越障方式和除冰方式。

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