线缆拉力自调节绞盘及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种线缆拉力自调节绞盘及其控制方法，属于自动化控制领域。包括绕线滚筒和驱动绕线滚筒转动的驱动装置，驱动装置电连接控制装置，绕线滚筒的外侧设有与绕线滚筒轴向平行的排线装置，绕线滚筒与排线装置联动；排线装置上安装张力检测装置，张力检测装置位于排线装置与绕线滚筒之间，张力检测装置电连接控制装置；驱动装置与绕线滚筒之间连接张力保护装置，张力保护装置限制驱动装置输出的最大转矩，张力保护装置连接控制装置。通过测量线缆收放的受力状态、运动状态及张力保护装置的离合状态，对绕线滚筒的转速和转矩进行自适应控制，使线缆的收放运动与高速移动物体的主动运动相协调，避免线缆发生断裂。

Cable tension self regulating capstan and control method thereof

The invention discloses a cable tension self regulating winch and a control method thereof, belonging to the field of automatic control. Including the winding drum and the driving device to rotate around the wire roller, the driving device is electrically connected with the control device, the cylinder is provided with a lateral line around the winding device line parallel to the axial direction of the winding drum, the drum and cable linkage device; tension detection device installation device, tension detection device is located between the winding device and winding drum and the tension detection device is electrically connected with the control device; tension device protection connection between the driving device and the winding drum, tension protection device limits the maximum torque output of the drive device is connected with the control device, tension protection device. The clutch force state and movement state and tension protection device measuring cable reel, adaptive control of winding drum speed and torque, the active motion of the cable and retractable movement of high-speed moving object coordinate, avoid the cable breakage.

【技术实现步骤摘要】
线缆拉力自调节绞盘及其控制方法
本专利技术涉及一种线缆绞盘，具体是一种线缆拉力自调节绞盘及其控制方法，属于自动化控制领域。
技术介绍
固定于某一位置操作的机器人并不能完全满足各方面的需要，可移动性能使机器人自由地改变空间位置，更加有效和灵活地完成各类作业任务。然而，不能固定于某一位置对移动机器人的供电和通信带来了一系列的影响。一般的地面移动机器人可采用蓄电池供电和无线通信，但一些特殊应用的移动机器人却不适合采用，如对于飞行移动机器人，蓄电池由于能量密度低而难以同时满足长航时和小自重的要求；对于管道移动机器人，金属管道的电磁屏蔽可能导致无线通信信号受到很大干扰。因此，采用有线电缆为特殊应用的移动机器人进行供电和通信，可满足极端使用环境中对长航时、小自重和无干扰的严格要求。由于移动机器人的位置经常变化，线缆必须跟随移动机器人的运动进行收放操作，完成这一线缆收放功能的机电装置是电缆绞盘，其常用于移动电源车对外供电的场合。2014年8月27日中国明专利201410248590.X公开了一种电源车用电缆绞盘，包括机架、滚筒、传动轴、轴承，所述的滚轮分为外滚筒和内滚筒，内滚筒安装在外滚筒内部并连接有法兰盘，法兰盘上安装有电磁离合装置，该电磁离合装置包括定盘、磁轭、转动盘、衔铁和轴套，内滚筒通过法兰盘固定有直流电机，传动轴上安装有联轴器，直流电机通过联轴器与电磁离合装置上的轴套相互连接。该装置的有益效果在于使用的是直流电机及电磁离合装置来进行供电及运行，无需开启电机或者当电机发生故障的时候，都能轻松的实现电缆收放作用，同时还可以手动转动格盘回收电缆。但其只简单实现电缆的收放功能，其使用的电缆通常粗而重，抗拉强度大，电缆两端连接的对象都是静止的，电缆收放运动的速度低，对电缆运动的速度无精确控制要求，无法适用于移动机器人特别是飞行移动机器人的作业需求。此外，为了减轻飞行移动机器人牵引线缆飞行的能量损耗，必须采用重量轻的细径线缆。然而，细径线缆的抗拉强度低，如果线缆收放运动与飞行移动机器人的飞行动作不协调，极有可能拉断细径线缆，因此必须对线缆收放运动进行高动态、高精度的运动控制，以使其快速、准确地跟随飞行移动机器人运动。此外，高空风场的强烈快速变化也会对线缆收放运动产生极大影响，严重干扰线缆绞盘与飞行移动机器人的协同运动。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能实时检测线缆的内部张力，对线缆的收放运动进行精确控制，保证线缆用于高速移动物体供电和通信时承受随机动态拉力而不发生断裂的线缆拉力自调节绞盘及其控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的线缆拉力自调节绞盘，包括绕线滚筒和驱动绕线滚筒转动的驱动装置，驱动装置电连接控制装置，所述绕线滚筒的外侧设有与绕线滚筒轴向平行的排线装置，所述绕线滚筒与排线装置联动；所述排线装置上安装张力检测装置，张力检测装置位于排线装置与绕线滚筒之间，张力检测装置电连接控制装置；所述驱动装置与绕线滚筒之间连接张力保护装置，张力保护装置限制驱动装置输出的最大转矩，所述张力保护装置电连接控制装置。本专利技术中，所述张力检测装置包括张力检测轮、安装在检测轮支架一侧的张力传感器、安装在检测轮支架另一侧的排线轮和第一导向轮，所述张力检测轮、张力传感器同轴连接，张力检测轮与张力传感器之间的连接轴无接触地穿过支架；所述排线轮和第一导向轮可相对于支架转动，张力检测轮可相对于张力传感器转动，张力传感器电连接控制装置；所述排线轮和第一导向轮位于同一公垂面P1内，排线轮和第一导向轮的轴心位于同一公垂线L1上，张力检测轮位于排线轮和第一导向轮之间；张力检测轮相对于排线轮和第一导向轮具有相等的垂直距离dV，且相对于排线轮和导向轮的公垂线L1具有水平距离dL；所述排线轮的下母线与绕线滚筒的下母线位于同一水平面内。本专利技术中，所述第一导向轮的上方设有一对压线轮，压线轮安装于检测轮支架上，可相对于检测轮支架转动；所述一对压线轮中心轴与第一导向轮中心轴垂直，一对压线轮关于第一导向轮的中心面对称。本专利技术中，所述张力保护装置包括张力控制器和离合器，所述离合器包括可结合或分离的部件A和部件B，所述张力控制器连接离合器，控制部件A和部件B的分离或结合；所述张力控制器电连接控制装置。本专利技术中，所述排线装置包括排线螺母、圆形导轨和双向丝杠，所述圆形导轨和双向丝杠平行设置，排线螺母上预制有与圆形导轨和双向丝杠适配的光孔和螺纹孔，所述螺纹孔与双向丝杠之间采用螺旋传动，光孔与圆形导轨之间采用间隙配合；所述排线螺母装配在圆形导轨和双向丝杠上可沿其轴向往返运动；所述双向丝杠与绕线滚筒同时且同向转动，绕线滚筒每旋转一圈，排线螺母沿双向丝杠轴线方向移动一个螺距，所述螺距等于线缆的直径。本专利技术中，所述绕线滚筒或排线装置的一端安装第一旋转编码器，所述第一旋转编码器电连接控制装置。本专利技术中，所述驱动装置包括电机驱动器、第二旋转编码器和扭矩传感器，所述第二旋转编码器、扭矩传感器分别与控制装置的输入端电连接，电机驱动器与控制装置的输出端电连接。本专利技术中，所述排线装置的上方设有出线导向装置。本专利技术中，所述出线导向装置包括导向基座、第一导向柱组和第二导向柱组，所述第一导向柱组和第二导向柱组上下错开设置在导向基座，导向基座上开有中心孔O1；所述每个导向柱组包括两根平行设置可转动的导向柱，两根导向柱之间的间距等于或略大于线缆的直径，两根导向柱关于中心孔O1对称。本专利技术提供了一种线缆拉力自调节绞盘的控制方法，采用上述的线缆拉力自调节绞盘，包括以下步骤：(1)通过张力检测装置实时检测收放过程中线缆的张力并反馈至控制装置，所述控制装置通过驱动装置对绕线滚筒的转矩进行控制，以自适应调节线缆拉力；(2)利用张力控制器调节离合器结合或分离的临界扭矩，当线缆拉力大于临界扭矩时离合器开始分离；(3)第一旋转编码器实时检测绕线滚筒的转速、排线螺母的速度、线缆收放的速度并反馈至控制装置，所述控制装置再通过驱动装置对绕线滚筒的转速进行控制；(4)第二旋转编码器和扭矩传感器实时检测电机输出轴的转速和转矩，并反馈至控制装置，控制装置再通过电机驱动器对输出轴的转速和转矩进行控制，控制驱动装置产生收放线缆所需的绕线滚筒的转速和转矩；(5)控制装置比较分析第一旋转编码器和第二旋转编码器检测的绕线滚筒和电机输出轴的转速，估计线缆收放的运动状态和张力保护装置的离合状态，对电机驱动器和张力控制器进行协同控制，使得驱动装置经张力保护装置输出的转速和转矩既满足线缆跟随高速移动物体的运动需要，同时也保证线缆在随机动态拉力下不会发生断裂。本专利技术的有益效果在于：(1)通过在排线装置与绕线滚筒之间设置张力检测装置，实时检测收放过程中线缆的拉力并进行反馈控制，自适应调节线缆拉力，有利于克服线缆的低强度问题；(2)通过在驱动装置与绕线滚筒之间设置张力保护装置，通过机械保护方式保证线缆拉力不超过其断裂的极限值，提高线缆拉力保护的可靠性；(3)通过在绕线滚筒或排线装置的一端设置第一旋转编码器，实时检测绕线滚筒的转速并进行反馈控制，有利于提高线缆跟随高速移动物体运动的协调性；(4)通过在驱动装置中设置第二旋转编码器和扭矩传感器，实时检测电机输出轴的转速和转矩并进行反馈控制，有利于提高绕线滚筒的运动控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线缆拉力自调节绞盘，包括绕线滚筒和驱动绕线滚筒转动的驱动装置，驱动装置电连接控制装置，其特征在于：所述绕线滚筒的外侧设有与绕线滚筒轴向平行的排线装置，所述绕线滚筒与排线装置联动；所述排线装置上安装张力检测装置，张力检测装置位于排线装置与绕线滚筒之间，张力检测装置电连接控制装置；所述驱动装置与绕线滚筒之间连接张力保护装置，张力保护装置限制驱动装置输出的最大转矩，所述张力保护装置电连接控制装置。

【技术特征摘要】
1.一种线缆拉力自调节绞盘，包括绕线滚筒和驱动绕线滚筒转动的驱动装置，驱动装置电连接控制装置，其特征在于：所述绕线滚筒的外侧设有与绕线滚筒轴向平行的排线装置，所述绕线滚筒与排线装置联动；所述排线装置上安装张力检测装置，张力检测装置位于排线装置与绕线滚筒之间，张力检测装置电连接控制装置；所述驱动装置与绕线滚筒之间连接张力保护装置，张力保护装置限制驱动装置输出的最大转矩，所述张力保护装置电连接控制装置。2.根据权利要求1所述的线缆拉力自调节绞盘，其特征在于：所述张力检测装置包括张力检测轮、安装在检测轮支架一侧的张力传感器、安装在检测轮支架另一侧的排线轮和第一导向轮，所述张力检测轮、张力传感器同轴连接，张力检测轮与张力传感器之间的连接轴无接触地穿过支架；所述排线轮和第一导向轮可相对于支架转动，张力检测轮可相对于张力传感器转动，张力传感器电连接控制装置；所述排线轮和第一导向轮位于同一公垂面P1内，排线轮和第一导向轮的轴心位于同一公垂线L1上，张力检测轮位于排线轮和第一导向轮之间；张力检测轮相对于排线轮和第一导向轮具有相等的垂直距离dV，且相对于排线轮和导向轮的公垂线L1具有水平距离dL；所述排线轮的下母线与绕线滚筒的下母线位于同一水平面内。3.根据权利要求2所述的线缆拉力自调节绞盘，其特征在于：所述第一导向轮的上方设有一对压线轮，压线轮安装于检测轮支架上，可相对于检测轮支架转动；所述一对压线轮中心轴与第一导向轮中心轴垂直，一对压线轮关于第一导向轮的中心面对称。4.根据权利要求1至3任一项所述的线缆拉力自调节绞盘，其特征在于：所述张力保护装置包括张力控制器和离合器，所述离合器包括可结合或分离的部件A和部件B，所述张力控制器连接离合器，控制部件A和部件B的分离或结合；所述张力控制器电连接控制装置。5.根据权利要求1至3任一项所述的线缆拉力自调节绞盘，其特征在于：所述排线装置包括排线螺母、圆形导轨和双向丝杠，所述圆形导轨和双向丝杠平行设置，排线螺母上预制有与圆形导轨和双向丝杠适配的光孔和螺纹孔，所述螺纹孔与双向丝杠之间采用螺旋传动，光孔与圆形导轨之间采用间隙配合；所述排线螺母装配在圆形导轨和双向丝杠上可沿其轴向往返运动；所述双向丝杠与绕线滚筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：武星，楼佩煌，李林慧，刘鹏，陈华，钱晓明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32