自动导航除雪机器人系统技术领域
本发明型属于机器人领域，特别涉及一种可自动导航除雪的机器人系统。
背景技术
随着自动化技术的飞速发展，近年来电力企业不断提高变电站的智能化水平，无
人值守变电站的概念被提出，在这种类型的变电站日常运行过程中，几乎无需人工干预；但
是，对场区内运行设备的带电巡视工作却仍需要巡检员人工完成，这种巡检工作会根据设
备的不同特性定期执行，由于变电站一般都选址在城市远郊或远离人群的地方，因此，巡检
人员如若从驻地往来变电站执行巡检任务，不但极其耗时而且待巡设备种类、数量众多，工
作量十分繁重；尤其地处东北、内蒙古东部地区的变电站，每年冬季都是寒冷多雪，自然环
境十分恶劣，更加重了巡检人员工作负担。因此，一种能够代替人工完成设备巡检的智能机
器人是亟需开发的产品，这种自动导航除雪机器人以满足我国东北及内蒙古东部地区冬季
严寒和多雪的气候特点而研发，将彻底改变长久以来困扰电力系统的冬季变电站场区除雪
难的问题，并真正意义上实现了全天候、无人值守变电站智能巡检。
机器人管理系统是一套针对变电站现场实际巡检流程而开发的软件程序，该程序
安装并运行在变电站内的机器人控制主机中，操作人员利用该软件程序，通过无线网络与
场内的机器人实时通讯，下达机器人控制指令并接受机器人发回的各种检测数据和状态数
据。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种能够在全天候条件下代替人工完成对变电站设
备的巡视，同时具有自动导航、自动判断积雪厚度并自动除雪的能力自动导航除雪机器人
系统。
本发明采取的技术方案是：自动导航除雪机器人系统，包括机器人部分和除雪铲
部分；
所述除雪铲部分包括抛雪筒、接驳装置、抛洒叶轮、除雪铲、蜗杆传动轴、搅笼、支撑雪
橇、二级减速装置、主减速机以及驱动电机；除雪铲靠接驳装置的一侧由下至上分别为驱动
电机和主减速机，抛洒叶轮与其平行设置；抛雪筒伸出除雪铲垂直设置；蜗杆传动轴穿过抛
洒叶轮一端与主减速机连接，另一端连接至二级减速装置；二级减速装置另一端接于搅笼；
二级减速装置正下方两侧为支撑雪橇；
所述机器人部分包括自动导航机器人、无线通讯天线、云台、履带、导向轮、承重轮、驱
动轮、拖带轮以及液压弹簧减震器；自动导航机器人上方装有配备雪量传感器和超声波探
测器的云台，后侧设有无线通讯天线；自动导航机器人下部伸出四根液压弹簧减震器均连
接有承重轮；履带承重轮相互咬合；自动导航机器人下沿在液压弹簧减震器之间设有两个
托带轮，托带轮的最前端和最后端分别设有导向轮和驱动轮与履带配合。
自动导航除雪机器人控制系统，自动导航除雪机器人系统受机器人管理系统软件
控制执行巡检及除雪任务，步骤如下
步骤一：机器人管理系统软件会根据每天的巡检任务计划时间，定时唤醒在充电库中
处于待机状态的机器人；
步骤二：机器人执行自检程序即系统初始化配置；
步骤三：机器人管理系统软件启动执行当天巡检任务
机器人管理系统软件调用安装在机器人云台上端的雪量探测传感器采集到的数据，分
析户外的积雪深度，当积雪深度小于5cm时，机器人可正常运行执行巡检任务；当积雪深度
超过5cm且小于60cm时，管理系统向机器人发出除雪指令，控制机器人自动挂载除雪装置，
按既定的除雪路线对整个变电站场区实施除雪作业；
步骤四：机器人在前往检测点过程中，不断进行障碍物检测，如发现在巡检路线上障碍
物，机器人将上报告警信息；机器人在执行任务过程中若未发现障碍物的前提下还会实时
进行自身电池电量检测和自身故障检测，当发现电池电量低于预定阈值时自动回库充电；
电量充足的前提下如果发现自身器件有故障则发送告警信息，并自动返回充电库；若无自
身故障机器人则会到达检测点后进行相关数据采集；如果数据采集成功，机器人将执行下
一个检测任务，如果数据采集失败，则重新采集；
步骤五：当机器人执行完当天所有巡检任务后，自动回到充电库充电，并进入待机状
态。
作为一种优选的技术方案：接驳装置包括机器人侧本体和除雪铲侧本体两部分；
机器人侧本体外侧两端个各设有两个安装固定孔，机器人侧本体中部靠近安装固定孔的左
右两侧分别为防水式信号电缆插座和防水式电源插头；机器人侧本体内侧正中间设有凸出
其表面的对接头，对接头左右两侧均为电磁铁，最外侧两端均设有定位销；除雪铲侧本体内
侧正中间设有凹于表面的对接座，对接座左右两侧均为磁吸板，最外侧两端均为定位孔；除
雪铲外侧两端各设有两个安装固定孔，除雪铲侧本体中部靠近安装固定孔的左右两侧分别
为有防水式信号电缆插座及防水式电源插头；电磁铁可产生200Kg的磁力。
作为一种优选的技术方案：对接头内部包括凸轮、供电电缆、信号电缆和非接触传
感器；对接座内包括锁销、电缆插座和点位孔。
作为一种优选的技术方案：搅笼对称安装于二级减速装置两侧，旋转方向相反，通
过传动轴与二级减速装置相互啮合。
作为一种优选的技术方案：二级减速装置通过轴连器与蜗杆传动轴相连接，带动
锥形减速齿轮，经过二级减速将动力传递至传动轴，传动轴与搅笼连接，从而带动搅笼旋
转。
作为一种优选的技术方案：抛雪筒的开口采用角度可变设计，可在水平和竖直两
个方向上进行调整，从而调整积雪抛洒的远近位置，抛洒高度为100-180cm，抛洒距离为
100-300cm。
作为一种优选的技术方案：支撑雪橇撬面宽大，前部翘起，以起到支撑除雪铲侧本
体、减小压强、顺利通过积雪路面的作用。
作为一种优选的技术方案：自导航除雪机器人控制系统可以控制铲除积雪深度最
大为60cm，最大除雪宽度为100cm，最高工作速度为0.3米/秒；自动导航机器人自身携带
150Ah磷酸铁锂电池，最多可连续工作2小时。
本发明的有益效果是：自动导航除雪机器人系统不但能够像人类一样，靠自身动
力和自主导航到达场区的各个位置，完成对各类设备的检测工作，而且还不受天气情况影
响，可以每天按时的完成巡检工作，特别是能够自动挂载除雪装置，在无需人工干预的情况
下自动判断积雪厚度并自动除雪；真正意义上实现了全天候、无人值守变电站智能巡检；本
发明提供一种能很好的适用于冰雪路面的履带式底盘结构的除雪机器人，该机器人越障能
力更强、路面适应性更高、行走更平稳；极大的减轻了站内值班人员的工作压力。本发明整
个系统具有自动化程度高、可自动挂载除雪装置、积雪深度自动检测、故障自动告警、行驶
稳定、巡视范围广的特点。
附图说明
图1为自动导航除雪机器人系统的结构图；
图2为自动导航除雪机器人系统中搅笼的结构图；
图3为自动导航除雪机器人系统中二级减速装置的结构图；
图4为自动导航除雪机器人系统中接驳装置的结构图；
图5为接驳装置的连接状态；
图6为接驳装置的分离状态；
图7为自动导航除雪机器人系统的机器人管理系统控制程序执行流程图；
图中：1自动导航机器人、2抛雪筒、3接驳装置、4抛洒叶轮、5除雪铲、6蜗杆传动轴、7搅
笼、8支撑雪橇、9二级减速装置、10主减速机、11驱动电机、12云台、13无线通讯天线、14履
带、15导向轮、16承重轮、17驱动轮、18托带轮、19液压弹簧减震器、31机器人侧本体、32除雪
铲侧本体、33安装固定孔、34防水式信号电缆插座、35防水式电源插头、36定位销、37定位
孔、38电磁铁、39磁吸板、310对接头、311对接座、312非接触传感器、313凸轮、314锁销、91减
速齿轮箱、92传动轴、93锥形减速齿轮、94轴连器。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结
合具体图示进一步阐述本发明。
自动导航除雪机器人系统，包括机器人部分和除雪铲部分；
所述除雪铲部分包括抛雪筒2、接驳装置3、抛洒叶轮4、除雪铲5、蜗杆传动轴6、搅笼7、
支撑雪橇8、二级减速装置9、主减速机10以及驱动电机11；除雪铲5靠接驳装置3的一侧由下
至上分别为驱动电机11和主减速机10，抛洒叶轮4与其平行设置；抛雪筒2伸出除雪铲5垂直
设置；蜗杆传动轴6穿过抛洒叶轮4一端与主减速机10连接，另一端连接至二级减速装置9；
二级减速装置9另一端接于搅笼7；二级减速装置9正下方两侧为支撑雪橇8；
所述机器人部分包括自动导航机器人1、无线通讯天线13、云台12、履带14、导向轮15、
承重轮16、驱动轮17、拖带轮18以及液压弹簧减震器19；自动导航机器人1上方装有配备雪
量传感器和超声波探测器的云台12，后侧设有无线通讯天线13；自动导航机器人1下部伸出
四根液压弹簧减震器19均连接有承重轮16；履带14承重轮16相互咬合；自动导航机器人1下
沿在液压弹簧减震器19之间设有两个托带轮18，托带轮18的最前端和最后端分别设有导向
轮15和驱动轮17与履带14配合。
所述的自动导航除雪机器人系统，自动导航除雪机器人受机器人管理系统软件控
制执行巡检及除雪任务，流程如下
步骤一：机器人管理系统软件会根据每天的巡检任务计划时间，定时唤醒在充电库中
处于待机状态的机器人即系统初始化配置；
步骤二：机器人执行自检程序；
步骤三：机器人管理系统软件启动执行当天巡检任务
机器人管理系统软件调用安装在机器人云台上端的雪量探测传感器采集到的数据，分
析户外的积雪深度，当积雪深度小于5cm时，机器人可正常运行执行巡检任务；当积雪深度
超过5cm且小于60cm时，管理系统向机器人发出除雪指令，控制机器人自动挂载除雪装置，
按既定的除雪路线对整个变电站场区实施除雪作业；
步骤四：机器人在前往检测点过程中，不断进行障碍物检测，如发现在巡检路线上障碍
物，机器人将上报告警信息；机器人在执行任务过程中若未发现障碍物的前提下还会实时
进行自身电池电量检测和自身故障检测，当发现电池电量低于预定阈值时自动回库充电；
电量充足的前提下如果发现自身器件有故障则发送告警信息，并自动返回充电库；若无自
身故障机器人则会到达检测点后进行相关数据采集；如果数据采集成功，机器人将执行下
一个检测任务，如果数据采集失败，则重新采集；
步骤五：当机器人执行完当天所有巡检任务后，自动回到充电库充电，并进入待机状
态。
所述的接驳装置3包括机器人侧本体31和除雪铲侧本体32两部分；机器人侧本体
31外侧两端个各设有两个安装固定孔33，机器人侧本体31中部靠近安装固定孔33的左右两
侧分别为防水式信号电缆插座34和防水式电源插头35；机器人侧本体31内侧正中间设有凸
出其表面的对接头310，对接头310左右两侧均为电磁铁38，最外侧两端均设有定位销36；除
雪铲侧本体32内侧正中间设有凹于表面的对接座311，对接座311左右两侧均为磁吸板39，
最外侧两端均为定位孔37；除雪铲32外侧两端各设有两个安装固定孔33，除雪铲侧本体32
中部靠近安装固定孔33的左右两侧分别为有防水式信号电缆插座34及防水式电源插头35；
电磁铁38可产生200Kg的磁力。
所述的对接头310内部包括凸轮313、供电电缆、信号电缆和非接触传感器312；对
接座311内包括锁销314、电缆插座和点位孔。
所述的搅笼7对称安装于二级减速装置9两侧，旋转方向相反，通过传动轴71与二
级减速装置9相互啮合。
所述的二级减速装置9通过轴连器94与蜗杆传动轴6相连接，带动锥形减速齿轮
91，经过二级减速将动力传递至传动轴71，传动轴71与搅笼7连接，从而带动搅笼7旋转。
所述的抛雪筒2的开口采用角度可变设计，可在水平和竖直两个方向上进行调整，
从而调整积雪抛洒的远近位置，抛洒高度为100-180cm，抛洒距离为100-300cm。
所述的支撑雪橇8撬面宽大，前部翘起，以起到支撑除雪铲侧本体、减小压强、顺利
通过积雪路面的作用。
所述的自导航除雪机器人控制系统，可以控制铲除积雪深度最大为60cm，最大除
雪宽度为100cm，最高工作速度为0.3米/秒；自动导航机器人1自身携带150Ah磷酸铁锂电
池，最多可连续工作2小时。
如图4和图5所示：当接驳装置3的机器人侧本体31与除雪铲侧本体32互相缓慢靠
近时，依靠定位销36进行精确定位，当对接头310精准插入对接座311后，凸轮313将自动与
锁销314咬合，确保对接头31与对接座311稳固连接，并由对接头中310的非接触传感器312
发出确认信号，机器人管理系统收到该信号后，证明对接成功，并给安装于机器人侧本体31
上的电磁铁38供电，此时电磁铁38将产生200kg的磁力牢牢吸住安装于除雪铲侧本体32的
磁吸板39，通过该装置机器人和除雪装置将稳固连接。同时，对接头310内的供电电缆、信号
电缆也将导通，并由该电缆向除雪装置提供动力及控制信号。
接下来如图1所示：机器人利用自身电源向除雪机的驱动电机11供电，驱动电机功
率通过主减速机10传递给抛洒叶轮4，同时由蜗杆传动轴6将功率传送给二级减速装置9，带
动啮合于其上的传动轴92，如图2和图3所示，从而使搅笼7沿传动轴92垂直截面匀速旋转。
搅笼7旋转时将推动两侧的积雪向积雪铲中心移动，从而进入积雪铲后部的开口中，进入开
口的积雪被安装于开口后的抛洒叶轮4在高速旋转时所产生的离心力沿抛雪筒2的开口方
向抛出；整个除雪装置的重量由除雪铲5底部两侧的支撑雪橇8分担，支撑雪橇8撬面宽大，
前部翘起，因此，具有压强小、摩擦系数低、通过能力强等特点，非常有利于在冰雪路面条件
下移动，使得机器人能够在接驳除雪装置的情况下仍能灵活、稳定的行进。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术
人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本
发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变
化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其
等同物界定。