一种高铁接触网飞行除冰机器人

本发明涉及本发明涉及铁路电气，特别涉及一种高铁接触网飞行除冰机器人。

背景技术：

1、高铁动车组的动力来源是电力，它依赖于复杂的供电系统将电能传输到列车上。变电所输出的高电压电力通过接触网导线传送。接触网悬挂在轨道上方，为高铁提供高压电。高铁上的受电弓装置用来从接触网引导高压电到动车组上。受电弓能够上升接触到接触网线，从而接通电路并接收电力。一旦接触网导线结冰，就会影响受电弓接受电力，从而导致动车组失去动力，铁路运输发生瘫痪。

2、高铁接触网结冰问题的背景是复杂的，有很多影响因素。其中，冻雨是导致接触网结冰的直接原因。这种降水模式使得雨水在落下时会迅速凝结成冰，尤其在铁路输电线路上，会导致接触网迅速被冰层包裹。由于冻雨凝结速度快，人力清除往往难以跟上其结冰速度。而接触网覆冰会导致导电性能下降，受电弓与接触网的接触性能变差，可能引发断电、短路、火花等现象，严重影响高铁的运行效率和安全性。

3、当前，为了确保电力传输的可靠性和铁路列车的顺畅运行，国内外提供了众多铁路输电线路结冰的解决方案。这些方法包括但不限于机械除冰、热力融化以及人力除冰等方式。在国内，架空输电线和接触网广泛采用的除冰方式，仍是传统的人工除冰，工作人员直接敲打积冰。这种方式最为简单，也是最早的除冰方法，但它耗费大量的人力物力，耗时较长，效率低下，且成果并不尽如人意。此外，人工除冰后线路可能再度积冰，存在一定的安全风险。而且，出现覆冰现象时，往往环境条件恶劣，人工除冰就变得更加困难。

4、传统除冰设备通常设计为沿单根电缆移动以去除积冰。然而，高速铁路的接触网结构较为复杂，由承力索54、接触网和吊弦组成，形成了一种双层线路配置。这种结构给传统除冰设备的使用带来了若干挑战：首先，由于吊弦将线路分隔，它们在承力索和接触网间创造了多个间隔，使得设备无法实现长距离连续除冰。其次，吊弦连接点的不平整性可能在设备移动过程中导致卡顿。此外，承力索与接触网之间的空隙大小不一，这影响了除冰设备的稳定移动。最后，高速铁路接触网的除冰主要针对接触线(41)的接触面进行，而传统除冰设备的整体性除冰方式效率较低。鉴于以上问题，本项发明旨在专门解决高速铁路接触网使用的除冰问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种高铁接触网飞行除冰机器人，包括飞行承载基台、支撑锁紧单元、破冰单元及越障行走单元，其中：

2、飞行承载基台，包括底部起落架1、放置舱2及固定底板3；所述放置舱2，成组设置，每个放置舱2外侧分别设置一组飞行器支架4，每个飞行器支架4的末端设置一无刷电机5，该电机上连接螺旋桨叶6；一组放置舱2设置在固定底板3上，固定底板3固定在起落架1上；该飞行承载基台设置摄像机48；

3、支撑锁紧单元，包括支撑轮7、固定内板ⅰ8、固定内板ⅱ9、伸缩杆10、螺杆ⅰ11、固定杆12、驱动电机ⅰ13、电机齿轮ⅰ14及从动齿轮ⅰ15。

4、其中，固定内板ⅰ8、固定内板ⅱ9相对安装在放置舱2内的固定底板3上，二者之间设置有螺杆ⅰ11，螺杆ⅰ11上螺纹连接有伸缩杆10，伸缩杆10穿过固定内板ⅰ8，且头端通过轴承16连接有支撑轮7；在伸缩杆10两侧分别固定有一根导向用的固定杆12，防止伸缩杆10转动；固定内板ⅱ9上安装有驱动电机ⅰ13、电机齿轮ⅰ14及从动齿轮ⅰ15；螺杆ⅰ11与从动齿轮ⅰ15固定连接，驱动电机ⅰ13驱动电机齿轮ⅰ14，所述电机齿轮ⅰ14驱动从动齿轮ⅰ15，进而驱动螺杆ⅰ11转动，带动伸缩杆10前后伸缩运动；

5、破冰单元，设置在放置舱2内，包括两个破冰击锤机构17及击锤传动机构；其中，破冰击锤机构17头端设置击锤18；击锤传动机构与两个破冰击锤机构17连接，驱动两个破冰击锤机构17往复运动实现头端对覆冰柱19进行锤击破冰；

6、越障行走单元，设置在两个放置舱2端部之间，包括一组越障轮20，二者转动式接触悬挂在接触线21上，当该除冰机器人在接触线21上行走时，通过越障轮20旋转或者张开来避开障碍物，且两个越障轮20保持接触连接。

7、进一步的，破冰击锤机构17，通过在固定底板3上设置立板进行支撑固定，破冰击锤机构17包括套筒22，套筒22上设置有导轨槽23；所述套筒22内部固定有拉紧弹簧24，拉紧弹簧24头端连接击锤18，尾端连接套筒的底部，承力弹簧25套接在拉紧弹簧24外侧，头端与击锤18相连，所述击锤18上设置有限位短轴26，该限位短轴26在导轨槽23内滑动，通过止挡块27对其进行限位，改变击锤18在套筒22内位置；击锤18下部设置齿条28。

8、进一步的，所述击锤传动机构，包括，驱动电机ⅱ29、电机齿轮ⅱ30、蜗杆31、从动齿轮ⅱ32、锥齿轮ⅰ33、锥齿轮ⅱ34、从动涡轮35、连接轴36及从动半齿轮37；

9、所述驱动电机ⅱ29驱动电机齿轮ⅱ30，电机齿轮ⅱ30驱动从动齿轮ⅱ32，所述从动齿轮ⅱ32通过传动轴38与锥齿轮ⅰ33相连接，所述锥齿轮ⅰ33驱动锥齿轮ⅱ34，所述锥齿轮ⅱ34为蜗杆31的一端，所述蜗杆31驱动从动涡轮35，所述从动涡轮35通过连接轴36与两个对称排列的从动半齿轮37相连，所述从动半齿轮37驱动击锤18下方的齿条28，半齿轮37上具有齿轮部与光滑部，所述的齿轮部与齿条28相适配，齿轮部逆时针旋转带动齿条28运动将击锤18的拉紧弹簧24进行压缩，半齿轮37继续旋转，转到光滑部时候则对被压缩的拉紧弹簧24进行释放，如此控制实现击锤18的往复运动对覆冰柱19进行击打。

10、进一步的，所述的越障轮20固定在一立柱39上端，并且可以绕立柱39旋转运动，该立柱39的底端通过一弯部铰接在底板3上；所述越障轮20为齿状结构，每个齿下方附有防滑橡胶垫40；

11、在固定底板3上设置有驱动电机ⅲ41，该驱动电机ⅲ41上连接一螺杆ⅱ42，螺杆ⅱ42上设置有螺纹滑块43，螺纹滑块43两侧分别可转动连接一活动连杆44，每个活动连杆44的另一端可转动固定在对应立柱39上；所述越障轮20由活动连杆44带动立柱39进行运动，所述活动连杆44由设置在螺杆ⅱ42上的螺纹滑块43进行驱动，所述螺纹滑块43由驱动电机ⅲ41进行驱动，当两个越障轮20接触悬挂在接触线21上时，两个活动连杆44呈v形变成竖直状态将两个立柱39彼此拉近。

12、进一步的，还包括二次除冰单元，包括除冰刷45，所述除冰刷45的轮与传动皮带相连46，所述传动皮带46由锥齿轮ⅱ34一体成型的轴提供驱动力。

13、进一步的，放置舱上设置有快卸舱门47。

14、进一步的，固定底板3上设置有控制电路板49及动力电池组50。

15、进一步的，飞行承载基台底部设置镂空区域。

16、本发明具有如下特点：通过飞行承载基台，能够直接到达覆冰接触线下方，再由摄像机ai智能识别覆冰接触线，完成自动对准，上升夹紧等步骤，因此，不再需要额外的工具或者人力到空中安装，同时能够避免与承力索、吊弦和支撑柱子等结构相互接触的风险；

17、通过飞行承载基台到达相应位置且对准后，前部支撑锁紧机构通过驱动电机ⅰ向前运动，与下方的固定板一起形成锁紧状态，且支撑轮为曲面，伸缩杆的运动量可以调节支撑轮的接触点，从而能够适应覆冰柱的不同直径，使之都能够达到锁紧的目的，同时，支撑轮通过轴承与伸缩杆相连接，使得支撑轮能够有很好的旋转效果，从而减少运动阻力；

18、通过飞行承载基台到达相应位置且对准后，后部越障行走机构通过驱动电机ⅲ向前运动，与除完冰的接触线相接触，通过接触线对越障轮的支撑力，从而支撑飞行承载基台，通过飞行承载基台向前运动时，越障轮通过防滑橡胶垫增大的摩擦力，实现在除去冰的接触线上行走，防止在破冰运动时，整个机构脱落，使得飞行除冰机器人能够牢固的安装在接触线上进行破冰工作；

19、通过使用不同的驱动电机，可以分别调节支撑锁紧机构和越障行走机构的运动，确保在通过接触线连接器处能够单独工作，从而顺利通过接触线与吊弦的连接器。因此，更适合高铁接触网、以及有吊弦或障碍的输送电线路的破冰使用；

20、通过使用两组对称排列的破冰击锤系统，每组击锤都可以通过止挡块的安装位置，实现不同行程的运动，从而适应不同直径的覆冰柱，同时，调节前后组的止挡块安装位置，还可以实现前组击锤运动行程小，后组击锤运动行程大，从而实现前组击锤第一次破冰，后组击锤在覆冰柱直径减小后的第二次破冰，因此，更适合针对电线、管路类的破冰需求；

21、通过设置在飞行承载基台外表面的快卸舱门，可以快速、高效的调节止挡块的安装位置，从而可以迅速适应覆冰柱不同直径、不同线路的复杂情况，因此，对高压输送电线路等也有很好的适用性；

22、通过设置在破冰击锤系统后部的除冰刷，针对击锤除冰后，接触线上还残留的薄冰，尤其是对接触线的底部及高铁受电弓接触点处，进行二次清除，从而确保对接触线的完全除冰，去除细小的冰渣，因此，更适合对除冰效果要求高的特殊线路使用；

23、通过在飞行承载基台底部设置镂空区域，使接触线上破除的冰块直接掉落，从而避免飞行承载基台的负载加大；

24、通过采用飞行承载基台，以及起落架、摄像机等机构的集成体，能够很方便的使用，同时，避免了繁琐的安装、拆卸等步骤，在具体实际使用时，只需降落时更换电池就可以继续进行除冰作业，大大减少了人力成本，在面对恶劣天气时，通过摄像机、定位系统等ai智能识别技术，更能够采用无人除冰，自动返航等模式，从而确保铁路运维人员的安全，大幅减轻工作强度，提高除冰效率，从而保障高铁出勤率。