[发明专利]有线控制机器人用线缆收放装置及线缆收放方法

权利要求书

1.一种有线控制机器人用线缆收放装置，包括线缆收放电机(1)和与线缆收放电机(1)的输出轴连接的同步带传动机构(2)，以及与同步带传动机构(2)均连接的线缆卷取机构(3)和排线机构(4)；

所述同步带传动机构(2)包括主驱动同步带轮(2-1)、卷筒驱动同步带轮(2-3)和丝杠驱动同步带轮(2-5)，所述主驱动同步带轮(2-1)和卷筒驱动同步带轮(2-3)上跨接有卷筒驱动同步带(2-2)，所述卷筒驱动同步带轮(2-3)和丝杠驱动同步带轮(2-5)上跨接有丝杠驱动同步带(2-4)，所述主驱动同步带轮(2-1)固定连接在线缆收放电机(1)的输出轴上；

所述线缆卷取机构(3)包括卷筒(3-1)以及间隔设置的第一卷筒支架(3-2)和第二卷筒支架(3-3)，所述第一卷筒支架(3-2)上设置有第一卷筒轴承(3-4)，所述第一卷筒轴承(3-4)上安装有卷筒驱动轴(3-5)，所述卷筒驱动同步带轮(2-3)固定连接在卷筒驱动轴(3-5)上，所述卷筒驱动轴(3-5)上固定连接有卷筒驱动轮(3-6)，所述卷筒(3-1)与卷筒驱动轮(3-6)固定连接；所述第二卷筒支架(3-3)上安装有卷筒支撑轴(3-7)，所述卷筒支撑轴(3-7)上安装有第二卷筒轴承(3-8)，所述第二卷筒轴承(3-8)上安装有卷筒随动轮(3-9)，所述卷筒(3-1)与卷筒随动轮(3-9)固定连接；

所述排线机构(4)包括双向丝杠(4-1)以及间隔设置的第一丝杠支架(4-2)和第二丝杠支架(4-3)，所述第一丝杠支架(4-2)上设置有第一丝杠轴承(4-4)，所述第二丝杠支架(4-3)上设置有第二丝杠轴承(4-5)，所述双向丝杠(4-1)的一端安装在第一丝杠轴承(4-4)中，所述双向丝杠(4-1)的另一端安装在第二丝杠轴承(4-5)中，所述丝杠驱动同步带轮(2-5)固定连接在双向丝杠(4-1)上，所述双向丝杠(4-1)上螺纹连接有丝杠滑块(4-6)，所述第一丝杠支架(4-2)和第二丝杠支架(4-3)上架设有与双向丝杠(4-1)相平行的光轴(4-7)，所述光轴(4-7)穿过设置在丝杠滑块(4-6)上的导向孔，所述丝杠滑块(4-6)顶部设置有用于排线的导线块(4-8)，所述导线块(4-8)上设置有供有线控制机器人(5)的线缆穿过的导线孔(4-9)；

所述线缆收放电机(1)上安装有用于对线缆收放电机(1)转过的圈数进行实时检测的线缆收放电机编码器(6)；

其特征在于：采用该线缆收放装置进行线缆收放的方法包括以下步骤：

步骤一、安装：将所述线缆收放装置(7)安装在有线控制机器人(5)上，并将有线控制机器人(5)的线缆缠绕在卷筒(3-1)上后先穿过光电滑环(3-10)，再穿过设置在导线块(4-8)上的导线孔(4-9)与远端机器人控制箱连接；所述有线控制机器人(5)上设置有用于驱动有线控制机器人(5)的行走轮的行走电机(8)，所述行走电机(8)上安装有用于对行走电机(8)的转速进行实时检测的行走电机编码器(9)，所述远端机器人控制箱内设置有控制器(10)，所述远端机器人控制箱上设置有控制计算机(11)，所述控制器(10)上接有用于连接控制器(10)与控制计算机(11)的通信电路模块(12)，所述线缆收放电机编码器(6)和行走电机编码器(9)均与控制器(10)的输入端连接，所述控制器(10)的输出端接有行走电机驱动器(13)和线缆收放电机驱动器(14)，所述行走电机(8)与行走电机驱动器(13)的输出端连接，所述线缆收放电机(1)与线缆收放电机驱动器(14)的输出端连接；

步骤二、收放线缆：机器人开始行走前，操作控制计算机(11)，选择线缆收放装置(7)的控制方式为手动控制方式或自动控制方式；

当选择手动控制方式时，收放线缆过程为：操作控制计算机(11)，设定线缆收放电机(1)的转速，并选择线缆释放或线缆收取；控制计算机(11)通过通信电路模块(12)将线缆收放电机(1)的转速传输给控制器(10)，控制器(10)控制线缆收放电机驱动器(14)驱动线缆收放电机(1)以设定的转速正转进行线缆释放或反转进行线缆收取；当线缆释放结束或线缆收取完毕时，操作控制计算机(11)进行停机；

当选择自动控制方式时，收放线缆过程为：

步骤A、查看缠绕在卷筒(3-1)上的有线控制机器人(5)的线缆层数n和每层排布的排数m，输入控制计算机(11)；并操作控制计算机(11)，设定有线控制机器人(5)行走的行走电机(8)的转速ω₂，线缆释放的长度L_x与有线控制机器人(5)行走的距离S的差值阈值X，以及线缆收取的长度L_x′与有线控制机器人(5)行走的距离S的差值阈值X′；其中，n的取值为1～6的整数，m的取值为1～20的整数；

步骤B、控制计算机(11)根据公式ω₁＝(D₂·ω₂)/(D+2(n-1)d)计算得到线缆收放装置的线缆收放电机(1)的转速ω₁，其中，D为卷筒(3-1)的直径，D₂为有线控制机器人(5)的行走轮的直径，d为线缆直径；

步骤C、当有线控制机器人(5)前进时，控制器(10)控制线缆收放电机驱动器(14)驱动线缆收放电机(1)以转速ω₁正转进行线缆释放，同时，线缆收放电机编码器(6)对线缆收放电机(1)转过的圈数进行周期性检测并将检测到的信号输出给控制器(10)，每检测一次，控制器(10)就根据公式L_x＝L-m·π·[nD+n(n-1)d]计算得到线缆释放的长度L_x，并根据公式S＝i·πD₂·ω₂·t计算得到有线控制机器人(5)行走的距离S，再对有线控制机器人(5)行走的距离S和线缆释放的长度L_x进行比较，当S>L_x时，线缆上的张力会增大，此时，控制器(10)通过线缆收放电机驱动器(14)控制线缆收放电机(1)的转速增大，使线缆释放速度跟上有线控制机器人(5)的行走速度；当S＝L_x时，控制器(10)继续控制线缆收放电机驱动器(14)驱动线缆收放电机(1)以转速ω₁正转进行线缆释放；当S<L_x时，控制器(10)再将L_x与S的差值与X进行比较，当L_x与S的差值大于X时，说明线缆释放的速度过快，控制器(10)通过线缆收放电机驱动器(14)控制线缆收放电机(1)的转速减小，当L_x与S的差值小于X时，说明线缆的释放速度还在合理的范围内，控制器(10)继续控制线缆收放电机驱动器(14)驱动线缆收放电机(1)以转速ω₁正转进行线缆释放；

当有线控制机器人(5)后退时，控制器(10)控制线缆收放电机驱动器(14)驱动线缆收放电机(1)以转速ω₁反转进行线缆收取，同时，线缆收放电机编码器(6)对线缆收放电机(1)转过的圈数进行周期性检测并将检测到的信号输出给控制器(10)，每检测一次，控制器(10)就根据公式L′_x＝L-m·π·[nD+n(n-1)d]计算得到线缆收取的长度L′_x，并根据公式S＝i·πD₂·ω₂·t计算得到有线控制机器人(5)行走的距离S，再对有线控制机器人(5)行走的距离S和线缆收取的长度L′_x进行比较，当S<L′_x时，线缆上的张力会增大，此时，控制器(10)通过线缆收放电机驱动器(14)控制线缆收放电机(1)的转速减小，使线缆释放速度跟上有线控制机器人(5)的行走速度；当S＝L′_x时，控制器(10)继续控制线缆收放电机驱动器(14)驱动线缆收放电机(1)以转速ω₁反转进行线缆收取；当S>L′_x时，控制器(10)再将S与L′_x的差值与X′进行比较，当S与L′_x的差值大于X′时，说明线缆收取的速度过慢，控制器(10)通过线缆收放电机驱动器(14)控制线缆收放电机(1)的转速增大，当S与L′_x的差值小于X′时，说明线缆的释放速度还在合理的范围内，控制器(10)继续控制线缆收放电机驱动器(14)驱动线缆收放电机(1)以转速ω₁反转进行线缆收取；

其中，L为线缆总长度，i为有线控制机器人(5)行走传动比，t为有线控制机器人(5)行走的时间；

步骤二中，线缆收放电机(1)转动时，带动主驱动同步带轮(2-1)转动，主驱动同步带轮(2-1)通过卷筒驱动同步带(2-2)带动卷筒驱动同步带轮(2-3)转动，卷筒驱动同步带轮(2-3)通过丝杠驱动同步带(2-4)带动丝杠驱动同步带轮(2-5)转动，卷筒驱动同步带轮(2-3)作为中间传输轮实现了扭矩的传递，卷筒驱动同步带轮(2-3)带动所述线缆卷取机构(3)动作，丝杠驱动同步带轮(2-5)带动所述排线机构(4)动作；其中，所述线缆卷取机构(3)的动作过程为：卷筒驱动同步带轮(2-3)带动卷筒驱动轴(3-5)转动，卷筒驱动轴(3-5)带动卷筒驱动轮(3-6)转动，进而带动卷筒(3-1)转动，实现线缆的释放和收取；所述排线机构(4)的动作过程为：卷筒驱动同步带轮(2-3)带动双向丝杠(4-1)转动，通过双向丝杠(4-1)和丝杠滑块(4-6)的配合把转动转变为丝杠滑块(4-6)的左右移动，导线块(4-8)随丝杠滑块(4-6)一起运动，利用导线块(4-8)的移动实现有线控制机器人(5)的线缆的排布，将有线控制机器人(5)的线缆整齐地缠绕在卷筒(3-1)上。