[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

摘要

本发明公开了一种有线控制机器人用线缆收放装置，包括同步带传动机构、线缆卷取机构、排线机构和线缆收放电机，同步带传动机构包括主驱动同步带轮、卷筒驱动同步带轮、丝杠驱动同步带轮、卷筒驱动同步带和丝杠驱动同步带；线缆卷取机构包括卷筒、第一卷筒支架和第二卷筒支架、第一卷筒轴承、卷筒驱动轴、卷筒驱动轮、第二卷筒轴承、卷筒支撑轴和卷筒随动轮；排线机构包括双向丝杠、第一丝杠支架、第二丝杠支架、第一丝杠轴承、第二丝杠轴承、丝杠滑块、光轴和导线块；本发明还公开了一种有线控制机器人用线缆收放装置的线缆收放方法。本发明线缆收放有序，松紧合适，稳定性及有效性好，减少了线缆出现缠绕、断裂的问题，实用性强，便于推广使用。

主权项

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Lx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Lx′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Lx＝L‑m·π·[nD+n(n‑1)d]计算得到线缆释放的长度Lx，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Lx进行比较，当S>Lx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＝Lx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SL′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。