[发明专利]一种基于冗余备份的绳驱动系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种基于冗余备份的绳驱动系统及其控制方法，属于自动控制和空间机器人领域。所述的绳驱动系统包括展开线辊、收拢线辊、线辊减速箱A、线辊减速箱B、电机减速箱A、电机减速箱B、备份电机齿轮箱A、备份电机齿轮箱B、展开电机、展开备份电机、收拢电机、收拢备份电机、展开绳A、展开绳B和收拢绳。本发明在正常工作电机基础上增加了备份电机，不仅在主电机无法正常工作时替代主电机工作，还能在碰到意外情况，如系统遇到不可预料的未知负载，主动电机驱动力不足时，备份电机可与主电机相互协调，一起工作，大幅提高作业驱动力。

主权项

一种基于冗余备份的绳驱动系统，其特征在于：包括展开线辊、收拢线辊、线辊减速箱A、线辊减速箱B、电机减速箱A、电机减速箱B、备份电机齿轮箱A、备份电机齿轮箱B、展开电机、展开备份电机、收拢电机、收拢备份电机、展开绳A、展开绳B和收拢绳；所述的展开绳A、展开绳B和收拢绳称为驱动绳，每个驱动绳上分别安装有张力传感器A、张力传感器B和张力传感器C；所述展开绳A的一端连接展开线辊的左侧卷线轮，另一端接入作业系统；展开绳B的一端连接展开线辊的右侧卷线轮，另一端接入作业系统；收拢绳的一端连接收拢线辊的卷线轮，另一端接入作业系统；展开线辊的左侧卷线轮、右侧卷线轮均固定在展开线辊上，左侧卷线轮、右侧卷线轮始终保持同步转动；收拢线辊的卷线轮固定在收拢线辊上；展开线辊的线辊轴和展开电机的电机轴之间通过线辊减速箱A和电机减速箱A连接，收拢线辊的线辊轴和收拢电机的电机轴之间通过线辊减速箱B和电机减速箱B连接；展开备份电机和展开电机通过备份电机齿轮箱A一起连接到电机减速箱A的输入轴上，收拢备份电机和收拢电机通过备份电机齿轮箱B一起连接到电机减速箱B的输入轴上；所述的绳驱动系统具有四种运行模式，分别为单电机单动、单电机联动、双电机单动和双电机联动；其中单电机单动、双电机单动为调试模式，此模式下只有一侧线辊主动收拢驱动绳，另一侧线辊并不主动放线，与该线辊相连接的两个电机均断开电源；单电机联动、双电机联动属于工作模式，其中单电机联动分为主电机模式、备份电机模式，所述的主电机是指展开电机和收拢电机，所述的备份电机是指展开备份电机和收拢备份电机；主电机模式：接通主电机电源，断开备份电机电源，控制系统只为主电机提供运动信号；此时主电机工作，带动备份电机的输出轴以及备份电机齿轮箱的输出轴一起运动，备份电机看作主电机的负载；所述的备份电机齿轮箱包括备份电机齿轮箱A和备份电机齿轮箱B；备份电机模式：与主电机模式相反，断开主电机电源，接通备份电机电源，控制系统只为备份电机提供运动信号；这种情况为主电机或主电机驱动器发生故障而主电机机械部分未发生故障情况下使用；双电机联动模式又称之为同步工作模式，此模式下，同时接通主电机和备份电机的电源，控制系统发出同步运动信号，控制主电机和备份电机以相同的转速运动，共同带动备份电机齿轮箱的输出轴转动；所述的控制系统由控制柜、PC上位机和反馈系统组成；所述控制柜包括一个主控芯片、四个继电器、四个驱动器、一个操作面板和一个LCD显示屏，其中LCD显示屏、操作面板和四个驱动器均通过串口方式与主控芯片通讯，四个继电器通过I/O口控制继电器，进而控制电机电源和驱动器、电机间通讯；每个电机均配备有驱动器；主控芯片控制四个继电器为机械驱动的四个电机上电后，四个驱动器控制相应的四个电机运行；机械驱动主要包含四个电机，其中四个继电器分别控制四个电机的上电与断电，四个驱动器发送控制指令并接受电机编码器数据；反馈系统由到位开关和张力传感器组成；作业过程中，作业起始位置和作业终点位置均安装有到位开关，执行器行进到该到位开关的位置时到位开关发出到位信息，通知主控芯片；三个张力传感器实时监测三个驱动绳中的张力，便于判断系统状态和张力控制；PC上位机负责数据采集；作业过程中，PC上位机中的数据采集软件获得驱动系统实时信息，包括运行状态、驱动绳拉力、电机电流、到位信息。