申请/专利权人：华南理工大学

申请日：2018-12-15

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN109659891B

主分类号：H02G7/16

分类号：H02G7/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.05.14#实质审查的生效;2019.04.19#公开

摘要：本发明公开了具有位置自适应调整功能的除冰机构及其自适应调节方法，包括主体机架、红外测距模块、控制调节模块、丝杆滑块模块以及除冰模块，红外测距模块、控制调节模块、丝杆滑块模块以及除冰模块均安装在主体机架上，主体机架为T字型结构，红外测距模块包括第一传感器和第二传感器，第一传感器安装在主体机架的顶板前端，第二传感器安装在除冰模块敲击电机轴心的同一水平面上；控制调节模块安装在主体机架的顶板中端；通过本发明的技术方案使得敲击除冰模块自适应调整位置，可对不同直径的架空线路除冰，解决了当除冰结构在架空线路爬坡下坡过程无法敲击到冰层和T型旋转杆被架空线路或厚冰层堵转的问题，并能有效提高除冰效率。

主权项：1.具有位置自适应调整功能的除冰机构的自适应调节方法，其特征在于，所述具有位置自适应调整功能的除冰机构包括主体机架、红外测距模块、控制调节模块（B）、丝杆滑块模块以及除冰模块，所述红外测距模块、控制调节模块、丝杆滑块模块以及除冰模块均安装在主体机架上，并通过导线相连，进行信息传递；其特征在于：所述红外测距模块包括第一传感器（A1）和第二传感器（A2），所述第一传感器（A1）安装在主体机架的顶板前端，所述第二传感器（A2）安装在丝杆滑块模块的滑块（C1）上，与除冰模块的敲击电机（D1）轴心在同一水平面；所述控制调节模块（B）安装在主体机架的顶板中端，包括模拟-数字信号转换器、PLC控制器和步进电机驱动器；所述丝杆滑块模块包括滑块（C1）、步进电机（C2）和丝杆（C3），所述丝杆（C3）穿过滑块（C1）与步进电机（C2）连接，所述滑块（C1）由步进电机（C2）控制丝杆（C3）左右转动而上下移动；所述除冰模块包括敲击电机（D1）和T型旋转杆（D2），所述敲击电机（D1）安装在滑块（C1）上，与T型旋转杆（D2）连接并带动T型旋转杆（D2）转动；所述T型旋转杆（D2）的旋转臂半径为R；所述自适应调节方法包括以下步骤：步骤1、所述第一传感器（A1）测出其垂直水平面方向与架空线路的距离为X1，所述第二传感器（A2）测出其垂直水平面方向与架空线路的距离为X2；当架空线路水平时，X1=H，H为主体机架上端板到水平架空线路的垂直距离，当T型旋转杆（D2）的锤头刚好能够敲击架空线路进行除冰时，X2=R；步骤2、将第一传感器（A1）与第二传感器（A2）测出的模拟信号传输到控制调节模块（B）中进行模拟-数字信号转换，经过PLC控制器计算得到滑块（C1）和除冰模块移动的方向和距离，具体计算方法如下： （1）式中，为架空线路上翘时与其水平时在第一传感器（A1）所在直线的垂直距离，为当前T型旋转杆的锤头与架空线路的距离，即除冰模块和滑块应该移动的距离；当=0时，步进电机驱动器控制步进电机不工作；当＞0时，步进电机正向旋转，滑块带动除冰模块上移；当＜0时，步进电机反向旋转，滑块带动除冰模块下移；步骤3、通过步骤2得出的距离数据，结合步进电机的参数，得出PLC控制器输出到步进电机驱动器的脉冲个数，即步进电机应该运行的步数；步骤3中得出所述脉冲个数的计算方法如下： （2）式中，N为步进电机应该运行的步数，d为丝杆的导程，θ为步进电机的步距角，n为步进电机的细分数。

全文数据：具有位置自适应调整功能的除冰机构及其自适应调节方法技术领域本发明涉及除冰机器人领域，具体涉及具有位置自适应调整功能的除冰机构及其自适应调节方法。背景技术高压架空输电线和架空避雷线的冬季覆冰严重威胁着电力系统的安全稳定运行。自2008年南方电网冰灾以来，各种大型融冰装置和除冰机器人层出不穷。目前的除冰方法主要为热力除冰和机械除冰，经过大量论证，机械除冰方法相对于热力除冰方法具有更低成本、更高的效率等优势。目前机械除冰装置普遍存在吊装进线复杂，且无法自动调整除冰机构刀头的位置以适应不同直径的架空线路等问题，只能在机器工作前进行拆装和调整，操作较为复杂。另一方面，目前对机械除冰装置发生堵转的处理方式的研究较少。发明内容有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了具有位置自适应调整功能的除冰机构及其自适应调节方法，可对不同直径的架空线路除冰，解决当除冰结构在架空线路爬坡、下坡过程无法敲击到冰层、以及T型旋转杆被架空线路或厚冰堵转的问题，能有效提高除冰效率。为实现上述目的，本发明的技术方案如下。具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构，包括主体机架、红外测距模块、控制调节模块、丝杆滑块模块以及除冰模块，所述红外测距模块、控制调节模块、丝杆滑块模块以及除冰模块均安装在主体机架上，并通过导线相连，进行信息传递；所述主体机架为T字型结构，所述红外测距模块包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器安装在主体机架的顶板前端，所述第二传感器安装在丝杆滑块模块的滑块上，与除冰模块的敲击电机轴心在同一水平面；所述控制调节模块安装在主体机架的顶板中端，包括模拟-数字信号转换器、PLC控制器和步进电机驱动器。进一步地，所述丝杆滑块模块包括滑块、步进电机和丝杆，所述丝杆穿过滑块与步进电机连接，所述滑块由步进电机控制丝杆左右转动而上下移动。进一步地，所述除冰模块包括敲击电机和T型旋转杆，所述敲击电机安装在滑块上，与T型旋转杆连接并带动其转动，所述T型旋转杆的旋转臂半径R为15cm；具有位置自适应调整功能的除冰机构的自适应调节方法，包括以下步骤：步骤1、所述第一传感器测出其垂直水平面方向与架空线路的距离为X1，所述第二传感器测出其垂直水平面方向与架空线路的距离为X2；当架空线路水平时，X1＝H，H为主体机架上端板到水平架空线路的垂直距离，当T型旋转杆D2的锤头刚好能够敲击架空线路进行除冰时，X2＝R；步骤2、将第一传感器与第二传感器测出的模拟信号传输到控制调节模块中进行模拟-数字信号转换，经过PLC控制器计算得到滑块和除冰模块移动的方向和距离；步骤3、通过步骤2得出的数据，结合步进电机的参数，得出PLC控制器输出到步进电机驱动器的脉冲个数，即步进电机应该运行的步数。进一步地，所述步骤2中的计算方法如下：式中，ΔX1为架空线路上翘时与其水平时在第一传感器所在直线的垂直距离，ΔX2为当前T型旋转杆的锤头与架空线路的距离，即除冰模块和滑块应该移动的距离；当ΔX2＝0时，步进电机驱动器控制步进电机不工作；当ΔX2＞0时，步进电机正向旋转，滑块带动除冰机构上移；当ΔX2＜0时，步进电机反向旋转，滑块带动除冰机构下移。进一步地，所述步骤3中的计算方法如下：式中，N为步进电机应该运行的步数，d为丝杆的导程，θ为步进电机的步距角，n为步进电机的细分数。进一步地，所述自适应调节方法包括两个阶段：阶段1：在除冰机投放到架空线路前，固定除冰机构的滑块位于最下端，称为复位状态；开始工作时，除冰机构执行自适应调节方法，控制调节模块生成控制信号驱动丝杆滑块模块移动，从而使除冰模块移动，直到T型旋转杆的锤头敲击到架空线路的冰层；阶段2：除冰机构在架空线路运行过程中，位置自适应调整方法每间隔0.5s执行一次；当ΔX2出现不为零时，PLC控制器用得到的脉冲数目使步进电机旋转进而调整除冰模块的位置，在即除冰模块移动完成前，第一传感器和第二传感器不再工作，PLC控制器也不再产生其余的控制信号。进一步地，所述敲击电机具有过流继电保护开关，当T型旋转杆被架空线路或厚冰卡住导致敲击电机发生堵转时，其电流将会突然上升触发过流继电保护开关，所述敲击电机停止工作，此时自适应调整方法进行复位操作，即步进电机带动滑块下移到丝杆最低端，重新执行自适应调节方法中的阶段1。与现有技术比较，本发明的具有位置自适应调整功能的除冰机构及其自适应调节方法具有以下优点和有益效果：提供了一种具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构及其控制方法，解决了当除冰结构在架空线路爬坡下坡过程无法敲击到冰层和T型旋转杆被架空线路堵转的问题，并能有效提高除冰效率。附图说明图1为本发明的一种具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构的结构示意图。图2为本发明的一种具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构的工作流程图。图3为本发明的自适应调节方法的原理示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体的实施例对本发明的具体实施作进一步说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例中阐述了具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构上线后的工作过程，包括在水平架空线路和有一定角度的架空线路的工作过程；除冰模块的T型旋转杆的旋转半径R为150mm，丝杆滑块位于丝杆的最下方时，X2为250mm，丝杆滑块模型的丝杆的导程为4mm，步进电机的步距角为1.8°，步进电机的细分数为32。如图1所示，为本发明的一种具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构的结构示意图，包括主体机架、红外测距模块、控制调节模块B、丝杆滑块模块以及除冰模块，所述红外测距模块、控制调节模块、丝杆滑块模块以及除冰模块均安装在主体机架上，并通过导线相连，进行信息传递；所述主体机架为T字型结构，所述红外测距模块包括第一传感器A1和第二传感器A2，所述第一传感器A1安装在主体机架的顶板前端，所述第二传感器A2安装在丝杆滑块模块的滑块C1上，与除冰模块的敲击电机D1轴心在同一水平面；所述控制调节模块B安装在主体机架的顶板中端，包括模拟-数字信号转换器、PLC控制器和步进电机驱动器。优选的，所述丝杆滑块模块包括滑块C1、步进电机C2和丝杆C3，所述丝杆C3穿过滑块C1与步进电机C2连接，所述滑块C1由步进电机C2控制丝杆C3左右转动而上下移动。进一步地，所述除冰模块包括敲击电机D1和T型旋转杆D2，所述敲击电机D1安装在滑块C1上，与T型旋转杆D2连接并带动其转动，所述T型旋转杆D2的旋转臂半径R为15cm。如图2所示，本发明的一种具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构的工作流程图，包括以下步骤：步骤1、所述第一传感器A1测出其垂直水平面方向与架空线路的距离为X1，所述第二传感器A2测出其垂直水平面方向与架空线路的距离为X2；当架空线路水平时，X1＝H，H为主体机架上端板到水平架空线路的垂直距离，当T型旋转杆D2的锤头刚好能够敲击架空线路进行除冰时，X2＝R；步骤2、所述第一传感器A1与所述第二传感器A2测出的模拟信号传输到控制调节模块B中进行模拟-数字信号转换，经过PLC控制器计算得到滑块C1和除冰模块移动的方向和距离；步骤3、通过步骤2得出的数据，结合步进电机的参数，得出PLC控制器输出到步进电机驱动器的脉冲个数，即步进电机应该运行的步数。进一步地，所述步骤2中的计算方法如下：式中，ΔX1为架空线路上翘时与其水平时在第一传感器A1所在直线的垂直距离，ΔX2为当前T型旋转杆的锤头与架空线路的距离，即除冰模块和滑块应该移动的距离；当ΔX2＝0时，步进电机驱动器控制步进电机不工作；当ΔX2＞0时，步进电机正向旋转，滑块带动除冰机构上移；当ΔX2＜0时，步进电机反向旋转，滑块带动除冰机构下移。进一步地，所述步骤3中的计算方法如下：式中，N为步进电机应该运行的步数，d为丝杆的导程，θ为步进电机的步距角，n为步进电机的细分数。除冰机构吊装上水平架空线路，此时丝杆滑块C1位于丝杆C3的最下方，除冰模块的敲击电机D1开始工作，位置自适应调整方法也开始工作，此时第一传感器A1和第二传感器A2测出X1和X2，并通过控制器计算ΔX1＝H-X1＝0，ΔX2＝X2-R＝100mm，因为ΔX20，即步进电机控制的滑块应该上移100mm，进一步计算得到控制输出到步进电机驱动器的脉冲数：步进电机驱动器接收到控制器发出的160000个脉冲，驱动步进电机正向转动带动滑块向上移动，移动过程中除冰模块的敲击电机带动T型旋转杆D2旋转，T型旋转杆D2的锤头敲击冰层进行除冰；当ΔX2＝0，步进电机不再工作，然后自适应调整方法每间隔0.5s执行一次。当除冰机构在架空线路进行爬坡时，由于机器的重力作用，架空线路出现上翘，T型旋转杆D2的锤头不能敲击到架空线路的覆冰层，此时ΔX20，PLC控制器将产生一定数目的脉冲使步进电机正向旋转进而使除冰模块上移，使得锤头能继续敲击到冰层；如果ΔX20，PLC控制器将会发出相应的信号使得步进电机反向旋转进而使得除冰模块下移。如图3所示，为本发明的自适应调节方法的原理示意图，若除冰模块被架空线路或者冰层堵转时，敲击电机D1突然上升的电流将会触发过流继电保护开关，敲击电机D1马上停止工作，自适应调整方法将进行复位操作，即步进电机C2带动滑块C1下移到丝杆C3最低端，从新开始执行自适应调整方法。当除冰完成后，敲击电机D2停止工作、丝杆滑块C1进行复位操作。综上所述，本发明的具有位置自适应调整功能的除冰机构及其自适应调节方法解决了当除冰结构在架空线路爬坡下坡过程无法敲击到冰层和T型旋转杆被架空线路堵转的问题，并能有效提高除冰效率。

权利要求：1.具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构，包括主体机架、红外测距模块、控制调节模块B、丝杆滑块模块以及除冰模块，所述红外测距模块、控制调节模块、丝杆滑块模块以及除冰模块均安装在主体机架上，并通过导线相连，进行信息传递；其特征在于：所述红外测距模块包括第一传感器A1和第二传感器A2，所述第一传感器A1安装在主体机架的顶板前端，所述第二传感器A2安装在丝杆滑块模块的滑块C1上，与除冰模块的敲击电机D1轴心在同一水平面；所述控制调节模块B安装在主体机架的顶板中端，包括模拟-数字信号转换器、PLC控制器和步进电机驱动器。2.根据权利要求1所述的具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构，其特征在于：所述丝杆滑块模块包括滑块C1、步进电机C2和丝杆C3，所述丝杆C3穿过滑块C1与步进电机C2连接，所述滑块C1由步进电机C2控制丝杆C3左右转动而上下移动。3.根据权利要求1所述的具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构，其特征在于：所述除冰模块包括敲击电机D1和T型旋转杆D2，所述敲击电机D1安装在滑块C1上，与T型旋转杆D2连接并带动其转动。4.根据权利要求3所述的具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构，其特征在于：所述T型旋转杆D2的旋转臂半径R为15cm。5.根据权利要求1所述的具有位置自适应调整功能的架空线路除冰机构，其特征在于：所述主体机架为T字型结构。6.用于权利要求1所述具有位置自适应调整功能的除冰机构的自适应调节方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、所述第一传感器A1测出其垂直水平面方向与架空线路的距离为X1，所述第二传感器A2测出其垂直水平面方向与架空线路的距离为X2；当架空线路水平时，X1＝H，H为主体机架上端板到水平架空线路的垂直距离，当T型旋转杆D2的锤头刚好能够敲击架空线路进行除冰时，X2＝R；步骤2、将第一传感器A1与第二传感器A2测出的模拟信号传输到控制调节模块B中进行模拟-数字信号转换，经过PLC控制器计算得到滑块C1和除冰模块移动的方向和距离；步骤3、通过步骤2得出的数据，结合步进电机的参数，得出PLC控制器输出到步进电机驱动器的脉冲个数，即步进电机应该运行的步数。7.根据权利要求6所述的自适应调节方法，其特征在于，所述步骤2中的计算方法如下：ΔX1＝H-X1式中，ΔX1为架空线路上翘时与其水平时在第一传感器A1所在直线的垂直距离，ΔX2为当前T型旋转杆的锤头与架空线路的距离，即除冰模块和滑块应该移动的距离；当ΔX2＝0时，步进电机驱动器控制步进电机不工作；当ΔX2＞0时，步进电机正向旋转，滑块带动除冰机构上移；当ΔX2＜0时，步进电机反向旋转，滑块带动除冰机构下移。8.根据权利要求6所述的自适应调节方法，其特征在于，所述步骤3中的计算方法如下：式中，N为步进电机应该运行的步数，d为丝杆的导程，θ为步进电机的步距角，n为步进电机的细分数。9.根据权利要6-8任一项所述的自适应调节方法，其特征在于，所述自适应调节方法包括两个阶段：阶段1：在除冰机投放到架空线路前，固定除冰机构的滑块位于最下端，称为复位状态；开始工作时，除冰机构执行自适应调节方法，控制调节模块生成控制信号驱动丝杆滑块模块移动，从而使除冰模块移动，直到T型旋转杆的锤头敲击到架空线路的冰层；阶段2：除冰机构在架空线路运行过程中，位置自适应调整方法每间隔0.5s执行一次；当ΔX2出现不为零时，PLC控制器用得到的脉冲数目使步进电机旋转进而调整除冰模块的位置，在即除冰模块移动完成前，第一传感器A1和第二传感器A2不再工作，PLC控制器也不再产生其余的控制信号。10.根据权利要9所述的自适应调节方法，其特征在于：所述敲击电机D1具有过流继电保护开关，当T型旋转杆D2被架空线路或厚冰卡住导致敲击电机D1发生堵转时，其电流将会突然上升触发过流继电保护开关，所述敲击电机D1停止工作，此时自适应调整方法进行复位操作，即步进电机带动滑块下移到丝杆最低端，重新执行自适应调节方法中的阶段1。

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