[發(fā)明專利]有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置及線纜收放方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710548014.0
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107187960B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬宏偉;馬琨;王川偉;薛旭升;尚萬峰;夏晶;劉鵬;楊林;王巖
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: B65H75/42
• 分類號: B65H75/42;B65H75/44
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

1.一種有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，包括線纜收放電機(jī)(1)和與線纜收放電機(jī)(1)的輸出軸連接的同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)，以及與同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)均連接的線纜卷取機(jī)構(gòu)(3)和排線機(jī)構(gòu)(4)；

所述同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)包括主驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-1)、卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)和絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-5)，所述主驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-1)和卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)上跨接有卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶(2-2)，所述卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)和絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-5)上跨接有絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶(2-4)，所述主驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-1)固定連接在線纜收放電機(jī)(1)的輸出軸上；

所述線纜卷取機(jī)構(gòu)(3)包括卷筒(3-1)以及間隔設(shè)置的第一卷筒支架(3-2)和第二卷筒支架(3-3)，所述第一卷筒支架(3-2)上設(shè)置有第一卷筒軸承(3-4)，所述第一卷筒軸承(3-4)上安裝有卷筒驅(qū)動(dòng)軸(3-5)，所述卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)固定連接在卷筒驅(qū)動(dòng)軸(3-5)上，所述卷筒驅(qū)動(dòng)軸(3-5)上固定連接有卷筒驅(qū)動(dòng)輪(3-6)，所述卷筒(3-1)與卷筒驅(qū)動(dòng)輪(3-6)固定連接；所述第二卷筒支架(3-3)上安裝有卷筒支撐軸(3-7)，所述卷筒支撐軸(3-7)上安裝有第二卷筒軸承(3-8)，所述第二卷筒軸承(3-8)上安裝有卷筒隨動(dòng)輪(3-9)，所述卷筒(3-1)與卷筒隨動(dòng)輪(3-9)固定連接；

所述排線機(jī)構(gòu)(4)包括雙向絲杠(4-1)以及間隔設(shè)置的第一絲杠支架(4-2)和第二絲杠支架(4-3)，所述第一絲杠支架(4-2)上設(shè)置有第一絲杠軸承(4-4)，所述第二絲杠支架(4-3)上設(shè)置有第二絲杠軸承(4-5)，所述雙向絲杠(4-1)的一端安裝在第一絲杠軸承(4-4)中，所述雙向絲杠(4-1)的另一端安裝在第二絲杠軸承(4-5)中，所述絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-5)固定連接在雙向絲杠(4-1)上，所述雙向絲杠(4-1)上螺紋連接有絲杠滑塊(4-6)，所述第一絲杠支架(4-2)和第二絲杠支架(4-3)上架設(shè)有與雙向絲杠(4-1)相平行的光軸(4-7)，所述光軸(4-7)穿過設(shè)置在絲杠滑塊(4-6)上的導(dǎo)向孔，所述絲杠滑塊(4-6)頂部設(shè)置有用于排線的導(dǎo)線塊(4-8)，所述導(dǎo)線塊(4-8)上設(shè)置有供有線控制機(jī)器人(5)的線纜穿過的導(dǎo)線孔(4-9)；

所述線纜收放電機(jī)(1)上安裝有用于對線纜收放電機(jī)(1)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的線纜收放電機(jī)編碼器(6)；

其特征在于：采用該線纜收放裝置進(jìn)行線纜收放的方法包括以下步驟：

步驟一、安裝：將所述線纜收放裝置(7)安裝在有線控制機(jī)器人(5)上，并將有線控制機(jī)器人(5)的線纜纏繞在卷筒(3-1)上后先穿過光電滑環(huán)(3-10)，再穿過設(shè)置在導(dǎo)線塊(4-8)上的導(dǎo)線孔(4-9)與遠(yuǎn)端機(jī)器人控制箱連接；所述有線控制機(jī)器人(5)上設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)有線控制機(jī)器人(5)的行走輪的行走電機(jī)(8)，所述行走電機(jī)(8)上安裝有用于對行走電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的行走電機(jī)編碼器(9)，所述遠(yuǎn)端機(jī)器人控制箱內(nèi)設(shè)置有控制器(10)，所述遠(yuǎn)端機(jī)器人控制箱上設(shè)置有控制計(jì)算機(jī)(11)，所述控制器(10)上接有用于連接控制器(10)與控制計(jì)算機(jī)(11)的通信電路模塊(12)，所述線纜收放電機(jī)編碼器(6)和行走電機(jī)編碼器(9)均與控制器(10)的輸入端連接，所述控制器(10)的輸出端接有行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(13)和線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)，所述行走電機(jī)(8)與行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(13)的輸出端連接，所述線纜收放電機(jī)(1)與線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)的輸出端連接；

步驟二、收放線纜：機(jī)器人開始行走前，操作控制計(jì)算機(jī)(11)，選擇線纜收放裝置(7)的控制方式為手動(dòng)控制方式或自動(dòng)控制方式；

當(dāng)選擇手動(dòng)控制方式時(shí)，收放線纜過程為：操作控制計(jì)算機(jī)(11)，設(shè)定線纜收放電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速，并選擇線纜釋放或線纜收取；控制計(jì)算機(jī)(11)通過通信電路模塊(12)將線纜收放電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速傳輸給控制器(10)，控制器(10)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)(1)以設(shè)定的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜釋放或反轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜收取；當(dāng)線纜釋放結(jié)束或線纜收取完畢時(shí)，操作控制計(jì)算機(jī)(11)進(jìn)行停機(jī)；

當(dāng)選擇自動(dòng)控制方式時(shí)，收放線纜過程為：

步驟A、查看纏繞在卷筒(3-1)上的有線控制機(jī)器人(5)的線纜層數(shù)n和每層排布的排數(shù)m，輸入控制計(jì)算機(jī)(11)；并操作控制計(jì)算機(jī)(11)，設(shè)定有線控制機(jī)器人(5)行走的行走電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)速ω₂，線纜釋放的長度L_x與有線控制機(jī)器人(5)行走的距離S的差值閾值X，以及線纜收取的長度L_x′與有線控制機(jī)器人(5)行走的距離S的差值閾值X′；其中，n的取值為1～6的整數(shù)，m的取值為1～20的整數(shù)；

步驟B、控制計(jì)算機(jī)(11)根據(jù)公式ω₁＝(D₂·ω₂)/(D+2(n-1)d)計(jì)算得到線纜收放裝置的線纜收放電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速ω₁，其中，D為卷筒(3-1)的直徑，D₂為有線控制機(jī)器人(5)的行走輪的直徑，d為線纜直徑；

步驟C、當(dāng)有線控制機(jī)器人(5)前進(jìn)時(shí)，控制器(10)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)(1)以轉(zhuǎn)速ω₁正轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜釋放，同時(shí)，線纜收放電機(jī)編碼器(6)對線纜收放電機(jī)(1)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進(jìn)行周期性檢測并將檢測到的信號輸出給控制器(10)，每檢測一次，控制器(10)就根據(jù)公式L_x＝L-m·π·[nD+n(n-1)d]計(jì)算得到線纜釋放的長度L_x，并根據(jù)公式S＝i·πD₂·ω₂·t計(jì)算得到有線控制機(jī)器人(5)行走的距離S，再對有線控制機(jī)器人(5)行走的距離S和線纜釋放的長度L_x進(jìn)行比較，當(dāng)S>L_x時(shí)，線纜上的張力會(huì)增大，此時(shí)，控制器(10)通過線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)控制線纜收放電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速增大，使線纜釋放速度跟上有線控制機(jī)器人(5)的行走速度；當(dāng)S＝L_x時(shí)，控制器(10)繼續(xù)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)(1)以轉(zhuǎn)速ω₁正轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜釋放；當(dāng)S<L_x時(shí)，控制器(10)再將L_x與S的差值與X進(jìn)行比較，當(dāng)L_x與S的差值大于X時(shí)，說明線纜釋放的速度過快，控制器(10)通過線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)控制線纜收放電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速減小，當(dāng)L_x與S的差值小于X時(shí)，說明線纜的釋放速度還在合理的范圍內(nèi)，控制器(10)繼續(xù)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)(1)以轉(zhuǎn)速ω₁正轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜釋放；

當(dāng)有線控制機(jī)器人(5)后退時(shí)，控制器(10)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)(1)以轉(zhuǎn)速ω₁反轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜收取，同時(shí)，線纜收放電機(jī)編碼器(6)對線纜收放電機(jī)(1)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進(jìn)行周期性檢測并將檢測到的信號輸出給控制器(10)，每檢測一次，控制器(10)就根據(jù)公式L′_x＝L-m·π·[nD+n(n-1)d]計(jì)算得到線纜收取的長度L′_x，并根據(jù)公式S＝i·πD₂·ω₂·t計(jì)算得到有線控制機(jī)器人(5)行走的距離S，再對有線控制機(jī)器人(5)行走的距離S和線纜收取的長度L′_x進(jìn)行比較，當(dāng)S<L′_x時(shí)，線纜上的張力會(huì)增大，此時(shí)，控制器(10)通過線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)控制線纜收放電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速減小，使線纜釋放速度跟上有線控制機(jī)器人(5)的行走速度；當(dāng)S＝L′_x時(shí)，控制器(10)繼續(xù)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)(1)以轉(zhuǎn)速ω₁反轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜收取；當(dāng)S>L′_x時(shí)，控制器(10)再將S與L′_x的差值與X′進(jìn)行比較，當(dāng)S與L′_x的差值大于X′時(shí)，說明線纜收取的速度過慢，控制器(10)通過線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)控制線纜收放電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速增大，當(dāng)S與L′_x的差值小于X′時(shí)，說明線纜的釋放速度還在合理的范圍內(nèi)，控制器(10)繼續(xù)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(14)驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)(1)以轉(zhuǎn)速ω₁反轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜收取；

其中，L為線纜總長度，i為有線控制機(jī)器人(5)行走傳動(dòng)比，t為有線控制機(jī)器人(5)行走的時(shí)間；

步驟二中，線纜收放電機(jī)(1)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)主驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-1)轉(zhuǎn)動(dòng)，主驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-1)通過卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶(2-2)帶動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)通過絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶(2-4)帶動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-5)轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)作為中間傳輸輪實(shí)現(xiàn)了扭矩的傳遞，卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)帶動(dòng)所述線纜卷取機(jī)構(gòu)(3)動(dòng)作，絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-5)帶動(dòng)所述排線機(jī)構(gòu)(4)動(dòng)作；其中，所述線纜卷取機(jī)構(gòu)(3)的動(dòng)作過程為：卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)帶動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)軸(3-5)轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒驅(qū)動(dòng)軸(3-5)帶動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)輪(3-6)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)卷筒(3-1)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)線纜的釋放和收取；所述排線機(jī)構(gòu)(4)的動(dòng)作過程為：卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪(2-3)帶動(dòng)雙向絲杠(4-1)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過雙向絲杠(4-1)和絲杠滑塊(4-6)的配合把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠滑塊(4-6)的左右移動(dòng)，導(dǎo)線塊(4-8)隨絲杠滑塊(4-6)一起運(yùn)動(dòng)，利用導(dǎo)線塊(4-8)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)有線控制機(jī)器人(5)的線纜的排布，將有線控制機(jī)器人(5)的線纜整齊地纏繞在卷筒(3-1)上。