输电线路除冰机器人关键技术综述
除冰机器人技术报告
输电线自取电热融冰机器人的研制技术报告河南省电力公司南阳供电公司2013年10月1日目录课题背景：我国是世界上输电线路冰灾事故频发国之一。
改革开放以来，我国的电力行业得到迅速发展，电网覆盖面积扩大，线路走廊穿越的地理环境更加复杂，输电线路冰灾事故更为严峻。
严重的输电线路覆冰会导致杆塔倾斜﹑倒塌﹑断线，绝缘子闪络，而且线路不均匀覆冰和不同期脱冰还会引起导线舞动现象，这些会引发线路跳闸﹑供电中断等事故，给工农业生产和人民生活造成严重影响。
2008年初，我国南方冰灾给人民生产生活造成了严重影响，电网损失严重，多个省份供电线路因覆冰而垮塌、供电中断。
据统计，2008 年南方冰灾造成107 人死亡，直接经济损失1111 亿元人民币。
在国外，如俄罗斯、加拿大、日本、美国、芬兰等国，同样存在严重的冰灾事故，线路覆冰灾害已成为世界性问题。
图1 输电线冰灾事故现场目前，国内外除冰方法有30余种，根据除冰机理可分为机械除冰法与热力融冰法两类。
机械除冰方法能耗较小，但是除冰效率低，而且一般需要人工参与；热力融冰较机械除冰速度快，安全性高，但实际应用中限制因素太多，不能广泛适用。
对于较为严重的导线覆冰一般以人工上线除冰最为有效，但人工除冰危险性很高且效率较低。
2008年，我国在抗击雪灾电力抢修中牺牲的10名电力职工全都是因为对线路进行机械除冰时出现意外。
此外，输电系统是一个具有强电场的系统，长时间工作在强电场中，人体将受到电磁辐射的侵害。
为保障电力系统可靠性，提高输电线路除冰效率，维护工人安全，减少损失，开发一种经济、安全、有效的新型除冰设备来替代或部分替代工人进行除冰作业一直是国内外相关研究的热点。
课题来源与研究意义：本课题来源于国家科技支撑计划重点项目“220kV 及以上输电线路在线除冰机器人关键技术与装备研究(2008BAF36B01 )”子课题“输电线除冰机器人设计开发”。
目前，国内还没有技术成熟的除冰机器人，在国外，加拿大已有除冰机器人产品，但该除冰机器人只能在两塔杆之间完成单线上除冰任务，不能够走分裂导线替代人工除冰。
除冰机器人应用于输电线路除冰的专利技术发展综述
除冰机器人应用于输电线路除冰的专利技术发展综述摘要：本文就机器人除冰技术用于输电线路上的应用的相关专利进行分析。
主要利用专利数据库的检索结果为分析样本，从中国、全球的专利申请量、申请人和分类号的分布等多方面进行统计分析，总结了与机器人除冰中的应用相关的国内和国外专利的申请趋势、主要申请人分布以及对重点技术的发展路线进行了梳理。
关键词：除冰机器人、专利分析、技术综述1 引言严重的输电线路覆冰会导致杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络，由此引起的线路跳闸、供电中断等事故将给工农业生产和人们生活造成严重影响。
研究有效的线路抗冰融冰技术，最大限度地避免和防止冰灾对输电线路造成的危害，已成为国内外电力工业一个有待解决的重要课题。
2 输电线路除冰技术的分类目前，国内外主要采用外力敲打法、大电流热融法实施除冰，然而，受技术、能耗、成本及安全性等因素的限制，现有除冰方法具有较大局限性。
随着机器人技术的发展，采用机器人除冰已成为可能。
机器人除冰也属于机械除冰方法的一种，它是利用安装在输电线路上行走机器人的除冰机构自动清除覆冰的方法。
其具有功耗小、效率高、人员无伤亡、无需停电和转移负载等诸多优点。
上世纪80 年代，以美国、日本、加拿大为主的少数发达国家率先采用该除冰方法。
随后我国也开始了除冰机器人的研究，经过近十年来的不懈努力，已取得较大突破[1]-[3]。
目前除冰机器人的研究主要涉及除冰机构设计、除冰机器人行走机构设计以及监控采集系统等方面。
3 除冰机器人技术专利布局分析笔者利用专利数据库系统，对中国专利申请状况的趋势以及专利重要申请人进行分析，得出如下结论：3.2 国内专利分析3.1.1 国内专利申请的年度发展趋势由图1可以看出，在2007年以前，专利申请量较小，并无明显增长趋势，除冰机器人在我国还处于刚刚起步阶段，在2007年至2014年期间，专利申请量大幅增长，进入快速发展期。
这与我国整体经济形势以及国家“十五”国家高新技术发展计划（863计划）对输变电行业的支持密切相关。
输电线路防冰除冰技术
输电线路防冰除冰技术综述一、除冰技术目前国内外除冰方法有30余种，大致可分为热力除冰法、机械除冰法、被动除冰法和其他除冰法四类。
热力除冰方法利用附加热源或导线自身发热，使冰雪在导线上无法积覆，或是使已经积覆的冰雪熔化。
目前应用较多的是低居里铁磁材料，这种材料在温度<O。
C时，磁滞损耗大，发热可阻止积覆冰雪或熔冰；当温度>0C时，不需要熔冰．损耗很小。
这种方法除冰的效果较明显，低居里热敏防冰套筒和低居里磁热线已投入工程实用。
采用人力和动力绕线机除冰能耗成本较高。
机械除冰方法最早采用有“ad hoe”法、滑轮铲刮法和强力振动法，其中滑轮铲刮法较为实用，它耗能小，价格低廉，但操作困难，安全性能亦需完善。
采用电磁力或电脉冲使导线产生强烈的而又在控制范围内振动来除冰，对雾淞有一定效果，对雨淞效果有限，除冰效果不佳。
被动除冰方法在导线上安装阻雪环、平衡锤等装置可使导线上的覆冰堆积到一定程度时，由风或其它自然力的作用自行脱落。
该法简单易行，但可能因不均匀或不同期脱冰产生的导线跳跃的线路事故。
除上述方法外，电子冻结、电晕放电和碰撞前颗粒冻结、加热等方法也正在国内外研究。
总之，目前除防冰技术普遍能耗大、安全性低，尚无安全、有效、简单的方法。
1、热力融冰（1）三相短路融冰是指将线路的一端三相短路，另一端供给融冰电源，用较低电压提供较大短电路电流加热导线的方法使导线上的覆冰融化。
根据短路电流大小来选取合适的短路电压是短路融冰的重要环节。
对融冰线路施加融冰电流有两种方法：即发电机零起升压和全电压冲击合闸。
零起升压对系统影响不是很大，但冲击合闸在系统电压较低、无功备用不足时有可能造成系统稳定破坏事故。
短路融冰时需将包括融冰线路在内的所有融冰回路中架空输电线停下来，对于大截面、双分裂导线因无法选取融冰电源而难以做到，对500 kV线路而言则几乎不可能。
（2）工程应用中针对输电线路最方便、有效、适用的除冰方法有增大线路传输负荷电流。
高压输电线路除冰技术
高压输电线路除冰技术摘要：近些年来我国高压输电线路受冰灾的次数高达数千次，由于高压输电线路物布置地理位置，很容易受天气气候的影响，尤其是在大风天气下，高压输电线路由于覆冰的影响会引发电线的舞动，从而造成断线，杆塔倒塌等恶劣事故的发生，所以高压输电线路除冰成为了每个电力工作人员工作的一大重点。
关键词：高压输电线路除冰技术要点0 前言高压输电线路的防除覆冰成为电力工作者工作的一个重点，应该加强对高压输电线路覆冰的研究工作。
电力工作者应该提高对高压输电线路除冰工作的重视，深刻理解高压输电线路覆冰的危害，掌握高压输电线路除冰的基本技术，做好高压输电线路的除冰工作，在实践的基础上总结高压输电线路除冰经验，对高压输电线路除冰技术进行合理的展望，完成对高压输电线路的保护，用技术的手段确保高压输电线路的问题，进而提升供电的稳定。
电力从产生到应用一般要经历高压输电线路的输送，随着经济和社会的发展，各界对电力需求越来越高，电力生产能力也相应提高，高压输电线路的长度正在逐步增加，以完成电力和各界的需求。
高压输电线路布设于田野、山脉和水系，容易受到天气因素的影响，据不完全统计，进50 年我国高压输电线路遭受冰灾的次数高达1000 次，高压输电线路覆冰会引发电线的舞动，在风力较大的情况下会导致断线和杆塔倒塌，成为影响我国北方高压输电网络安全的重要因素。
1.高压输电线路机械除冰法使用机械外力迫使高压输电线路导线上的覆冰脱落，分为的方法。
“ad hoc”法、滑轮铲刮法、电磁力除冰法和机器人除冰法。
1.1“ad hoc”法“ad hoc”法，被告称之为外力敲打法，就是由工作人员在现场利用工具敲击输电线路，以此来达到除冰的目地，这个方法简便易行，但只能用于以10KV为主的近距离线路除冰，效率低，工作量大，只能在紧急情况下使用，应用范围极小。
1.2滑轮铲刮法它是由在地面上的工作人员通过控制输电线路上的滑轮移动，利用力的作用，使导线弯曲，然后使覆冰破裂，这个方法效率高、操作简便、能耗小，并且价格低廉，是目前输电线路穝有效的除冰方法之一，但是此种方法受地形限制，安全性能还不太完善。
高压输电线路除冰技术
高压输电线路除冰技术摘要：近些年来我国高压输电线路受冰灾的次数高达数千次，由于高压输电线路物布置地理位置，很容易受天气气候的影响，尤其是在大风天气下，高压输电线路由于覆冰的影响会引发电线的舞动，从而造成断线，杆塔倒塌等恶劣事故的发生，所以高压输电线路除冰成为了每个电力工作人员工作的一大重点。
关键词：高压输电线路除冰技术要点0 前言高压输电线路的防除覆冰成为电力工作者工作的一个重点，应该加强对高压输电线路覆冰的研究工作。
电力工作者应该提高对高压输电线路除冰工作的重视，深刻理解高压输电线路覆冰的危害，掌握高压输电线路除冰的基本技术，做好高压输电线路的除冰工作，在实践的基础上总结高压输电线路除冰经验，对高压输电线路除冰技术进行合理的展望，完成对高压输电线路的保护，用技术的手段确保高压输电线路的问题，进而提升供电的稳定。
电力从产生到应用一般要经历高压输电线路的输送，随着经济和社会的发展，各界对电力需求越来越高，电力生产能力也相应提高，高压输电线路的长度正在逐步增加，以完成电力和各界的需求。
高压输电线路布设于田野、山脉和水系，容易受到天气因素的影响，据不完全统计，进50 年我国高压输电线路遭受冰灾的次数高达1000 次，高压输电线路覆冰会引发电线的舞动，在风力较大的情况下会导致断线和杆塔倒塌，成为影响我国北方高压输电网络安全的重要因素。
1.高压输电线路机械除冰法使用机械外力迫使高压输电线路导线上的覆冰脱落，分为的方法。
“ad hoc”法、滑轮铲刮法、电磁力除冰法和机器人除冰法。
1.1“ad hoc”法“ad hoc”法，被告称之为外力敲打法，就是由工作人员在现场利用工具敲击输电线路，以此来达到除冰的目地，这个方法简便易行，但只能用于以10KV为主的近距离线路除冰，效率低，工作量大，只能在紧急情况下使用，应用范围极小。
1.2滑轮铲刮法它是由在地面上的工作人员通过控制输电线路上的滑轮移动，利用力的作用，使导线弯曲，然后使覆冰破裂，这个方法效率高、操作简便、能耗小，并且价格低廉，是目前输电线路穝有效的除冰方法之一，但是此种方法受地形限制，安全性能还不太完善。
架空输电线路的防冰与除冰技术
运营维护技术架空输电线路的防冰与除冰技术吴子璇，米东风（国网天津城东供电公司，天津300171输电线路覆冰是影响输电线路正常运行的重要问题，增加了输电线路的不稳定性，为风险事故的发生埋下了隐患因素。
使用引证法、归纳法等多种方式分析架空输电线路防冰与除冰技术的相关信息，简单介绍了现阶段随后结合实际情况从多个方面分析了实际工作中行之有效的架空输电线路防冰和除冰技术，深化了防冰与除冰技术在架空输电线路中的渗透和应用，保障架空输电线路的平稳高效运行。
Analysis of Anti-Icing and De-Icing Technology for Overhead Transmission LinesWU Zixuan，MI Dongfeng(State Grid Tianjin Chengdong Electric Power Supply Company, TianjinAbstract: Transmission line icing is an important issue that affects the normal operation of transmission lines, exacerbates the instability of transmission lines, and lays hidden dangers for the occurrence of risk accidents. This article uses various methods such as citation and induction to analyze the relevant information of anti icing and de icing冰方法，利用微波加热的方式为架空输电线路营造良以上，防止覆冰形成。
应用微波防冰技术时，工作人员可以利用公式计算微波防冰技术在实际防冰工作中的工作信（1）条线路的极大值；为两项差值的最大值。
分析人工智能除冰技术在输电线路中的应用
分析人工智能除冰技术在输电线路中的应用摘要：在最近几年里，充分利用人工智能除冰技术慢慢成为研究重点，无论是针对无人机除冰技术来说，还是就机械振动除冰技术而言，均为输电线路中的除冰工作提供了强而有力的技术支持，这些技术均能够在线路带电运行状态下持续运作，为输电线路可以实现安全稳定运作提供了重要的保障。
关键词：输电线路；除冰；人工智能；无人机；机器人；机械震动除冰引言为了尽可能降低电线路覆冰灾害现象发生的次数，以下是现阶段使用频率比较频繁的几种方法：一种是人工除冰；另一种是直流融冰技术。
但是人工除冰的缺陷是除冰期间，很容易增加安全事故发生的概率，同时线路处于停电状态；而直流融冰的缺陷是除冰期间会导致线路处于停电状态。
为了进一步保障在线路带动运作的情况下，能够顺利开展除冰作业，已然成为现阶段电力系统研究的重点工作。
1人工智能除冰技术在输电线路中的具体应用随着人工智能技术的日益完善，以下三种技术得均到了电力系统的高度重视：一是无人机除冰技术；二是机器人除冰技术；三是机械震动除冰技术。
由此可见，这几种人工智能模式，都能够在输电线路运作期间开展除冰工作。
1.1无人机除冰技术从当前的发展趋势来看，无人机技术在最近几年里得到了前所未有的进步，并在巡线以及清除异物等方面得到了普遍的认可与推崇。
但针对无人机智能巡检技术来说，其往往处于发展时期，在实用化方面依然存在很多技术有待研究，特别是就安全技术开发方面而言，现阶段还没有出现具体的试验方式以及精确结论。
相关人员使用无人机开展除冰作业时，可以在充分借助于无人机的基础上搭载以下两种设备：一种是激光设备；另一种是喷火设备，这样做的目的是为了全面除去输电线路覆冰，通常涵盖以下几点：一是无人机；二是任务设备；三是地面控制模块；四是综合保障模块等，之所以这样说是因为激光拥有很多优势，如可以单项远距离传输、存在高能量密度等，同时激光能够将一定深度的冰块击穿，以此来加快冰块融化的角度。
高压输电线路覆冰及防冰、除冰技术综述
高压输电线路覆冰及防冰、除冰技术综述蒋 明1，赵汉棣2，马小强1(1.三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443000；2.国网湖北送变电工程有限公司，湖北 武汉 430000)Icing of HV Transmission Line and Summary of Anti-icing andDe-icing TechnologyJIANG Ming1, ZHAO Handi2, MA Xiaoqiang1(1. Mechanical and Power Engineering College of China Three Gorges University, Yichang 443000;2. State Grid Hubei Power Transmission and Transformation Engineering Co., Ltd., Wuhan 430000)〔摘 要〕 介绍了电网覆冰的形成机理、影响覆冰程度的各因素以及覆冰的危害。
列举了近年来国内外各种覆冰监测技术和防冰、除冰手段，并对这些方法和技术进行了分析与对比，总结出现有技术的不足，同时指出了覆冰监测和除冰领域今后的研究方向和发展趋势。
〔关键词〕 电网覆冰；覆冰监测；除冰；防冰Abstract: This paper introduces the formation mechanism of icing on HV transmission lines, the factors affecting the degree of icing and the harm of icing. It enumerates various icing monitoring technologies and anti-icing and de-icing methods at home and abroad in recent years, makes analysis and comparison of these methods and technologies, summarizes the shortcomings of existing technologies, and points out the future research direction and development trend in the field of icing monitoring and de-icing.Key words: icing on transmission line; icing monitoring; de-icing; anti-icing中图分类号:TM726.1 文献标识码:A 文章编号:1008-6226 (2020) 04-0026-060 引言自然环境中电力系统的安全运转与气候环境息息相关，随着天气变化，输电线路不断经受着日晒雨淋的侵害，其安全性能也会受到影响。
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需要解决如下技术问题。 ２．２．１机器人运动学和动力学建模与分析
机器人运动学和动力学特性的准确建模是实
现机器人运动控制和导航避障的前提。除冰机器人
动力学建模需要重点考虑以下问题。 （１）必须考虑机器人与柔性作业环境间的非线
性动力学耦合特性。在进行除冰机器人动力学研究 时，必须考虑柔性作业环境对除冰机器人动力学特 性的影响，即大垂度柔性输电导线与相对刚性较大 的机器人之间的刚柔耦合特性。机器人本身是一个 多刚体动力学系统，而高压输电线路相邻两塔间的 万方数据
关键技术如下所述。
２．１
实现直线越障和变向运动时，由于姿态调整引起重 心不稳定，会通过夹紧臂传给导线一个反作用力， 这样，除冰机器人与作业环境间就构成了一个强耦 合系统。 （２）考虑机械臂和关节弹性效应的机械臂刚一 柔耦合动力学特性研究。为了提高作业效率，机器 人应尽可能轻质高速，为保证在高速高效的除冰作
础，输电线路在线除冰机器人本体设计需满足如下
几项基本技术指标：①可实现在柔性输电线缆上 的平稳爬行，具有爬坡、下坡和制动能力；②具 有防滑能力；③故障自保安措施和防摔落机制； ④具有足够的空间和负载能力，可模块化搭载相 应除冰装置；⑤较小的质量和体积，便于携带和 投送；⑥具有足够灵活的越障能力，可避越高压 线路上的防震锤、线夹、绝缘子、线塔等障碍，并 在越障时保证机器人姿态平稳，并保持与导线和线
性的影响，需要结合变结构控制、鲁棒控制、自适 应控制、神经网络、模糊控制或视觉伺服控制等先 进控制方法ｌｌ引，研究不确定条件下除冰机器人的精
确运动伺服控制问题。 除冰机器人运行过程中需要跨越的主要障碍 物包括：绝缘子、防振锤和引流跳线（图７）。这通常
输电线除冰机器人跟一般工业机器人不同，它 悬挂在柔性输电导线上，在运行过程中机器人的姿 态时刻发生着变化，呈现出多体系三维空间的复杂
档距大到几百甚至上千米，弧垂可达几十米，是大 垂度柔索结构，具有柔性大且结构阻尼小的特点。 输电线路自身在风载等环境激励作用下会产生多
种形式的振动，线路的振动将通过机器人与导线之 间的边界耦合传递到机器人本体：同时，机器人在
殊的要求，现有巡线机器人技术无法满足其设计
要求。
２除冰机器人关键技术问题
输电线路在线除冰机器人是机械、电子、计算 机、通信和自动化等多学科交叉的产物，目前国内 外尚没有成熟的技术可供借鉴。由于工作环境复 杂，所以各项技术实现难度较大，需要突破的一些
ｏｆ
ｒｏｂｏｔ
０１１
ｏｖｅｒｈｅａｄ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ
ａ托ｓｕｒｖｅｙｅｄ．Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｃｏｍｐｌｅｘ
ｄｅ－ｉｃｉｎｇ ｒｏｂｏｔ
ａｒｅ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ
ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｈｉｇｈ
ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｄｅｓｉｇｎ
Ｒｅｖｉｅｗ
ｏｎ
Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｄｅ—ｉｃｉｎｇ Ｒｏｂｏｔ Ｒｕｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ ＷＥＩ
ＹＩＮ Ｆｅｎｇ ＹＡＮＧ Ｙｉｍｉｎ ＴＡＮ Ｌｅｉ
ｏｎ
Ｏｖｅｒｈｅａｄ
ＷＡＮＧ
Ｙａｏｎａｎ
Ｓｈｕｎｉｎｇ
ＣＡＯ
Ｗｅｎｍｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２）
内外对除冰机器人的研究报道较少，较早出现的输 电线路除冰机器人装置包括加拿大魁北克水电研 究院于２０００年开始研制的ＬｉｎｅＲＯＶｅｒ遥控小车”“。 该遥控小车起初用于清除电力传输线地线上的积
冰，后逐渐发展为用于线路巡检、维护等多用途移 动平台，通过安装不同的工作头可完成架空线视 觉、红外检查、压接头状态评估、导线清污和线路 除冰”叫（图１）等不同作业任务，其缺点在于无越障 能力，只能在两线塔之间作业。通过技术的不断改 进”’”Ｊ，研究组于２００６年研制出结构更为复杂、
图７输电线路结构示意图
在设计控制系统时可采用如图８所示的分层控 制系统结构，即将总系统分为地面监控层（管理层）
和机器人本体控制层（规划层和执行层），分别实现
除冰机器人运动机构和除冰执行机构的伺服控制。
２０１１年１２月
王耀南等：输电线路除冰机器人关键技术综述
３３
杆塔等障碍，行走环境介于结构化和非结构化环境
・国家“十一五”科技支撑计划资助项１１１（２００８ＢＡＦ３６８０１）．２０１１０３０８ 收到初稿，２０１１０９２７收到修改稿
作业时，还可作巡线用途，其发展前景广阔。
万方数据
２０１１年１２月
王耀南等：输电线路除冰机器人关键技术综述
输电线路除冰机器人是电力特种机器人研究
领域的最新研究课题之一，国内外对于除冰机器人 研究尚停留在起步阶段，各项技术研究还未建立统 一的标准。为此，本文在简要介绍除冰机器人研究 取得的阶段性成果基础一ｆ：，将着重分析除冰机器人 研究中的关键技术问题，以期建立一个统一的研究
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｃｅ－ｃｏａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｈａｒｍ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ
ｐｏｗｅｒ鲥ｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ
Ｃａｎ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆｄｅ－ｉｃｉｎｇ，ｄｅ—ｉｃｉｎｇ ｒｏｂｏｔｓ ｈａｖｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｃｏｓｔ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ，ｅｔ ａ１．Ａｓ ａｒｅａ，ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｒｕｎｎｉｎｇ
功能更加完备，具备越障功能的ＬｉｎｅＳｃｏｕｔ输电线
巡检机器人““（图２），但该巡检机器人不具备除冰 功能。
图６三臂除冰机器人
作为输电线路作业机器人之一，巡线机器人研
图２加拿大巡线机器人
制过程积累的技术经验为除冰机器人研究提供了
万方数据
３２
机械工程学报
第４７卷第２３期
良好的借鉴，但是，由于除冰机器人工作在恶劣环 境中，对其结构、功能、动力、通信等方面都有特
大的局限性；随着机器人技术的发展，各种巡线机
器人已成功用于替代人工完成对输电线的巡检任
网覆冰现象严重，如何加强和改善输电线路的抗覆 冰能力，加快研究有效的线路抗冰融冰技术，最大
务，因此，采用机器人进行输电线路除冰已成为可
能。与传统除冰方法相比，采用机器人除冰具有无 人员伤亡、无须停电和转移负载等优点，无需除冰
ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｗｏｒｋ；ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ
ａｎｄ
ｓｔｒｏｎｇ
ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ
ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ｓｐｅｃｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｕｎｄｅｒ ｐｏｏｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ
框架，为除冰机器人后续研究工作提供参考。
１国内外研究现状
目前输电线路机器人主要应用于线路巡检“。Ｊ，
巡线机器人的研究始于２０世纪８０年代末，日本、
加拿大、美国等发达国家先后开展了巡线机器人的 研究工作”…。９０年代末，国内的一些研究机构和 高等学校陆续开展了巡线机器人的研究工作““…，
并取得一定的研究成果。与巡线机器人相比较，国
ｔｏ
ｏｎ
ａｎ
ｔｈｅ ｄｅ—ｉｃｉｎｇ ｒｏｂｏｔ ｉＳ ｓｔｉｌｌ ｉｎ ｉｔｓ
ｉｎｆａｎｃｙ，ａｎｄ
ｎｏ
ｍａｔｕｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｕｓ ｉｔ ｉｓ
ｒｅｖｉｅｗ ｃｕｒｒｅｎｔ
ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄ
Ｏｎ
ｉｎｔｅｎｓｉｖｅｌｙ．Ｓｔａｔｅ・・ｏｆ－ｔｈｅ—・ａｒｔ ｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅ・・ｉｃｉｎｇ
第４７卷第２３期
２０１
机械工程学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ
Ｖｂｌ．４７ Ｄｅｃ．
ＮＯ．２３ ２ Ｏ ｌ １
１年１２月
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ
ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ＤｏＩ：１０．３９０１，ＪＭＥ．２０１１．２３．０３０
输电线路除冰机器人关键技术综述宰
王耀南 魏书宁 印 峰 杨易曼 谭
磊
曹文明
（湖南大学电气与信息工程学院长沙４１００８２）
ａｒｃ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｅｉｃｉｎｇ ｒｏｂｏｔ
ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ． Ｄｅ・ｉｃｉｎｇ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ
ｒｏｂｏｔ
Ｄｅ－ｉｃｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ
Ｓｕｒｍｏｕｎｔ ｏｂｓｔａｃｌｅ
限度地避免和防止冰灾对输电线路造成的危害，已
在国内，山东电力研究院与加拿大魁北克水电
研究院进行合作，对ＬｉｎｅＲＯＶｅｒ小车在能源动力、
远程通信与控制、防水性能等方面做了技术改进， 完善了机构的性能，但仍不具备越障能力…１（图３）。 湖南大学在国家科技支撑计划的资助下，联合国防 科技大学、武汉大学和山东大学等多家单位，研制 开发了单体除冰机器人（图４）和可越障除冰的两臂 除冰机器人（图５）、三臂除冰机器人（图６），积累了 一定的研发经验。
摘要：输电线路覆冰严重危害到电网的安全稳定运行，与传统除冰方法相比，采用机器人除冰在能耗、成本及安全性等方面 具有优势。作为一个新兴的研究领域，国内外对除冰机器人的研究尚处在起步阶段，并没有成熟的技术可借鉴，因此有必要 对现有研究成果进行系统分析和深入总结。回顾国内外高压输电线路除冰机器人的研究和应用现状，详细探讨了除冰机器人 复杂柔性结构输电线缆上的高可靠性运动机构设计；复杂非结构化环境下的机器人自主行为控制与导航；无损伤高效除冰机 构；野外大范围长时间工作的持续动力供给；远距离强电磁干扰条件下的机器人远程通信、监测和遥操作；恶劣工作环境中 的本体特殊保护机制等关键技术问题。给出除冰机器人下一阶段研究方向的建议。 关键词：巡线机器人除冰机器人除冰机构输电线路越障 中图分类号：ＴＭ９３２