本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置及線纜收放方法。

背景技術(shù)：

電源是保證機(jī)器人工作的動(dòng)力源，而通信系統(tǒng)是保證移動(dòng)機(jī)器人與控制臺(tái)之間信息的雙向傳輸，使得操作人員能夠獲得現(xiàn)場和機(jī)器人自身狀態(tài)和動(dòng)作信息，從而有效對(duì)機(jī)器人監(jiān)控與遙操作。機(jī)器人供電方式有外部電源供電和電池供電兩種，外部電源供電需要外接電源線，電池供電的續(xù)航能力較差；機(jī)器人通訊方式有無線通訊與有線通訊兩種，無線通訊的無線模塊體積小、使用方便，但是數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率較高，易受電磁干擾，傳輸有滯后現(xiàn)象。在礦井下、防空洞等巷道環(huán)境中，通訊距離短，在電磁干擾嚴(yán)重的場所也無法使用。而在使用外部電源供電和有線通訊時(shí)，電源線和通訊線這些線纜的穩(wěn)定可靠收放是保證機(jī)器人有線控制和完成探測任務(wù)的必要條件。有線控制機(jī)器人要越過各類障礙，線纜很有可能受到劃傷或發(fā)生纏繞而影響機(jī)器人的移動(dòng)性能，這就對(duì)有線控制機(jī)器人及其線纜收放方式提出了要求。目前，對(duì)于有線控制機(jī)器人的線纜收放，一般有拖纜和放纜兩種方式。拖纜方式是指線纜一端連接在機(jī)器人上，儲(chǔ)纜裝置如線纜絞盤放置在控制端，機(jī)器人前進(jìn)過程中拖動(dòng)線纜使其釋放達(dá)到延長供電距離和通訊距離的目的；放纜方式是指線纜的儲(chǔ)纜裝置安裝在機(jī)器人上，隨著機(jī)器人移動(dòng)主動(dòng)或被動(dòng)地釋放線纜延長供電距離和通訊距離。采用拖纜方式時(shí)，隨著機(jī)器人移動(dòng)與線纜的延長，線纜與地面的摩擦阻力逐漸增大，且在復(fù)雜的地形環(huán)境下線纜容易卡阻，造成斷纜現(xiàn)象，因此一般在地形較為光滑的短距離通訊的情況下采用。采用放纜方式能夠減少斷纜的情況發(fā)生，但是，現(xiàn)有技術(shù)中的放纜多采用被動(dòng)放纜，例如李允旺的博士學(xué)位論文《礦井救災(zāi)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)研究》一文中給出的放纜裝置，由光纖絞盤和支架構(gòu)成，采用被動(dòng)放纜的方式，僅有線纜卷曲機(jī)構(gòu)，沒有動(dòng)力源和排線機(jī)構(gòu)，放纜基本能夠較好的實(shí)現(xiàn)，但是，收攬采用手動(dòng)的方式，當(dāng)放纜較長時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)很好的收攬，這樣也就影響了下次放纜；為此，需要考慮主動(dòng)放纜的方式，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人穩(wěn)定可靠地放纜和收攬，而采用主動(dòng)放纜時(shí)，還需要考慮控制的問題，以達(dá)到最好的控制穩(wěn)定性及有效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便且成本低，使用操作簡單，線纜收放有序，松緊合適，穩(wěn)定性及有效性好，實(shí)用性強(qiáng)，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，其特征在于：包括線纜收放電機(jī)和與線纜收放電機(jī)的輸出軸連接的同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及與同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均連接的線纜卷取機(jī)構(gòu)和排線機(jī)構(gòu)；

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

所述線纜卷取機(jī)構(gòu)包括卷筒以及間隔設(shè)置的第一卷筒支架和第二卷筒支架，所述第一卷筒支架上設(shè)置有第一卷筒軸承，所述第一卷筒軸承上安裝有卷筒驅(qū)動(dòng)軸，所述卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪固定連接在卷筒驅(qū)動(dòng)軸上，所述卷筒驅(qū)動(dòng)軸上固定連接有卷筒驅(qū)動(dòng)輪，所述卷筒與卷筒驅(qū)動(dòng)輪固定連接；所述第二卷筒支架上安裝有卷筒支撐軸，所述卷筒支撐軸上安裝有第二卷筒軸承，所述第二卷筒軸承上安裝有卷筒隨動(dòng)輪，所述卷筒與卷筒隨動(dòng)輪固定連接；

所述排線機(jī)構(gòu)包括雙向絲杠以及間隔設(shè)置的第一絲杠支架和第二絲杠支架，所述第一絲杠支架上設(shè)置有第一絲杠軸承，所述第二絲杠支架上設(shè)置有第二絲杠軸承，所述雙向絲杠的一端安裝在第一絲杠軸承中，所述雙向絲杠的另一端安裝在第二絲杠軸承中，所述絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶輪固定連接在雙向絲杠上，所述雙向絲杠上螺紋連接有絲杠滑塊，所述第一絲杠支架和第二絲杠支架上架設(shè)有與雙向絲杠相平行的光軸，所述光軸穿過設(shè)置在絲杠滑塊上的導(dǎo)向孔，所述絲杠滑塊頂部設(shè)置有用于排線的導(dǎo)線塊，所述導(dǎo)線塊上設(shè)置有供有線控制機(jī)器人的線纜穿過的導(dǎo)線孔。

上述的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，其特征在于：所述第一卷筒軸承和第二卷筒軸承均為圓錐滾子軸承。

上述的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，其特征在于：所述卷筒支撐軸內(nèi)安裝有光電滑環(huán)。

上述的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，其特征在于：所述卷筒通過螺釘與卷筒驅(qū)動(dòng)輪固定連接；所述卷筒通過螺釘與卷筒隨動(dòng)輪固定連接。

上述的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，其特征在于：所述第一絲杠軸承和第二絲杠軸承均為圓錐滾子軸承。

上述的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，其特征在于：所述導(dǎo)線塊通過螺釘與絲杠滑塊固定連接。

上述的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，其特征在于：所述線纜收放電機(jī)上安裝有用于對(duì)線纜收放電機(jī)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。

本發(fā)明還公開了一種方法步驟簡單、實(shí)現(xiàn)方便、能夠使得線纜收放有序、松緊合適、減少了線纜出現(xiàn)纏繞與斷裂的問題的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置的線纜收放方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

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

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)，選擇線纜收放裝置的控制方式為手動(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)，設(shè)定線纜收放電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并選擇線纜釋放或線纜收??；控制計(jì)算機(jī)通過通信電路模塊將線纜收放電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳輸給控制器，控制器控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)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??；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)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、查看纏繞在卷筒上的有線控制機(jī)器人的線纜層數(shù)n和每層排布的排數(shù)m，輸入控制計(jì)算機(jī)；并操作控制計(jì)算機(jī)，設(shè)定有線控制機(jī)器人行走的行走電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω2，線纜釋放的長度lx與有線控制機(jī)器人行走的距離s的差值閾值x，以及線纜收取的長度lx′與有線控制機(jī)器人行走的距離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)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)的轉(zhuǎn)速ω1，其中，d為卷筒的直徑，d2為有線控制機(jī)器人的行走輪的直徑，d為線纜直徑；

步驟c、當(dāng)有線控制機(jī)器人前進(jìn)時(shí)，控制器控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)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)編碼器對(duì)線纜收放電機(jī)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進(jìn)行周期性檢測并將檢測到的信號(hào)輸出給控制器，每檢測一次，控制器就根據(jù)公式lx＝l-m·π·[nd+n(n-1)d]計(jì)算得到線纜釋放的長度lx，并根據(jù)公式s＝i·πd2·ω2·t計(jì)算得到有線控制機(jī)器人行走的距離s，再對(duì)有線控制機(jī)器人行走的距離s和線纜釋放的長度lx進(jìn)行比較，當(dāng)s>lx時(shí)，線纜上的張力會(huì)增大，此時(shí)，控制器通過線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制線纜收放電機(jī)的轉(zhuǎn)速增大，使線纜釋放速度跟上有線控制機(jī)器人的行走速度；當(dāng)s＝lx時(shí)，控制器繼續(xù)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)以轉(zhuǎn)速ω1正轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜釋放；當(dāng)s<lx時(shí)，控制器再將lx與s的差值與x進(jìn)行比較，當(dāng)lx與s的差值大于x時(shí)，說明線纜釋放的速度過快，控制器通過線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制線纜收放電機(jī)的轉(zhuǎn)速減小，當(dāng)lx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)，控制器繼續(xù)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)以轉(zhuǎn)速ω1正轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜釋放；

當(dāng)有線控制機(jī)器人后退時(shí)，控制器控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)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)編碼器對(duì)線纜收放電機(jī)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進(jìn)行周期性檢測并將檢測到的信號(hào)輸出給控制器，每檢測一次，控制器就根據(jù)公式lx′＝l-m·π·[nd+n(n-1)d]計(jì)算得到線纜收取的長度lx′，并根據(jù)公式s＝i·πd2·ω2·t計(jì)算得到有線控制機(jī)器人行走的距離s，再對(duì)有線控制機(jī)器人行走的距離s和線纜收取的長度lx′進(jìn)行比較，當(dāng)s<lx′時(shí)，線纜上的張力會(huì)增大，此時(shí)，控制器通過線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制線纜收放電機(jī)的轉(zhuǎn)速減小，使線纜釋放速度跟上有線控制機(jī)器人的行走速度；當(dāng)s＝lx′時(shí)，控制器繼續(xù)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)以轉(zhuǎn)速ω1反轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜收??；當(dāng)s>lx′時(shí)，控制器再將s與lx′的差值與x′進(jìn)行比較，當(dāng)s與lx′的差值大于x′時(shí)，說明線纜收取的速度過慢，控制器通過線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制線纜收放電機(jī)的轉(zhuǎn)速增大，當(dāng)s與lx′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)，控制器繼續(xù)控制線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)線纜收放電機(jī)以轉(zhuǎn)速ω1反轉(zhuǎn)進(jìn)行線纜收??；

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

步驟二中，線纜收放電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)主驅(qū)動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主驅(qū)動(dòng)同步帶輪通過卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶帶動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪通過絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶帶動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪作為中間傳輸輪實(shí)現(xiàn)了扭矩的傳遞，卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪帶動(dòng)所述線纜卷取機(jī)構(gòu)動(dòng)作，絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶輪帶動(dòng)所述排線機(jī)構(gòu)動(dòng)作；其中，所述線纜卷取機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過程為：卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪帶動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)線纜的釋放和收??；所述排線機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過程為：卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪帶動(dòng)雙向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過雙向絲杠和絲杠滑塊的配合把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠滑塊的左右移動(dòng)，導(dǎo)線塊隨絲杠滑塊一起運(yùn)動(dòng)，利用導(dǎo)線塊的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)有線控制機(jī)器人的線纜的排布，將有線控制機(jī)器人的線纜整齊地纏繞在卷筒上。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，由同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、線纜卷取機(jī)構(gòu)和排線機(jī)構(gòu)三個(gè)模塊構(gòu)成，利用一臺(tái)線纜收放電機(jī)來實(shí)現(xiàn)線纜的收放和排布，且能夠?qū)崿F(xiàn)線纜的主動(dòng)釋放和收取，與現(xiàn)有技術(shù)中僅能被動(dòng)釋放線纜，無法自動(dòng)收取線纜的被動(dòng)放纜方式相比，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人穩(wěn)定可靠地放纜和收攬，且線纜收放有序，松緊合適，穩(wěn)定性及有效性好。

2、本發(fā)明有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便且成本低。

3、本發(fā)明的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置使用時(shí)，安裝在有線控制機(jī)器人上，并將有線控制機(jī)器人的線纜穿過設(shè)置在導(dǎo)線塊上的導(dǎo)線孔，使用操作簡單。

4、本發(fā)明有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置的工作穩(wěn)定性和可靠性高。

5、本發(fā)明的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置，主要用于有線控制機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)線纜的主動(dòng)釋放和收取與機(jī)器人行走相配合，能夠?yàn)闄C(jī)器人的有線控制建立穩(wěn)定的通信線路，保證控制信號(hào)和相關(guān)傳感器信息及電源的穩(wěn)定傳輸，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

6、本發(fā)明的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置的線纜收放方法步驟簡單，實(shí)現(xiàn)方便，具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式，在使用自動(dòng)控制方式時(shí)，通過將線纜釋放或收取長度與機(jī)器人行走距離進(jìn)行比較，能夠使得線纜釋放或收取長度始終與機(jī)器人行走距離相配合，使得線纜收放有序，松緊合適，減少了線纜出現(xiàn)纏繞、斷裂的問題。

綜上所述，本發(fā)明的設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便且成本低，使用操作簡單，線纜收放有序，松緊合適，穩(wěn)定性及有效性好，減少了線纜出現(xiàn)纏繞、斷裂的問題，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明線纜卷取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明排線機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明在有線控制機(jī)器人上的使用狀態(tài)示意圖。

圖6為本發(fā)明控制器與其他各單元的電路連接框圖。

圖7為本發(fā)明有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置的線纜收放方法的方法流程框圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—線纜收放電機(jī)；2—同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；2-1—主驅(qū)動(dòng)同步帶輪；

2-2—卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶；2-3—卷筒驅(qū)動(dòng)同步帶輪；2-4—絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶；

2-5—絲杠驅(qū)動(dòng)同步帶輪；3—線纜卷取機(jī)構(gòu)；3-1—卷筒；

3-2—第一卷筒支架；3-3—第二卷筒支架；3-4—第一卷筒軸承；

3-5—卷筒驅(qū)動(dòng)軸；3-6—卷筒驅(qū)動(dòng)輪；3-7—卷筒支撐軸；

3-8—第二卷筒軸承；3-9—卷筒隨動(dòng)輪；3-10—光電滑環(huán)；

4—排線機(jī)構(gòu)；4-1—雙向絲杠；4-2—第一絲杠支架；

4-3—第二絲杠支架；4-4—第一絲杠軸承；4-5—第二絲杠軸承；

4-6—絲杠滑塊；4-7—光軸；4-8—導(dǎo)線塊；

4-9—導(dǎo)線孔；5—有線控制機(jī)器人；6—線纜收放電機(jī)編碼器；

7—線纜收放裝置；8—行走電機(jī)；9—行走電機(jī)編碼器；

10—控制器；11—控制計(jì)算機(jī)；12—通信電路模塊；

13—行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；14—線纜收放電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的有線控制機(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；

結(jié)合圖2，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；

結(jié)合圖3，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；

結(jié)合圖4，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。

本發(fā)明的線纜收放裝置，不僅包括線纜卷取機(jī)構(gòu)，還包括線纜收放電機(jī)、同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和排線機(jī)構(gòu)，同步帶傳送機(jī)構(gòu)用于將線纜收放電機(jī)的動(dòng)力傳遞給線纜卷取機(jī)構(gòu)和排線機(jī)構(gòu)，在機(jī)器人上使用時(shí)，與遠(yuǎn)端機(jī)器人控制箱內(nèi)的控制器相配合，能夠?qū)崿F(xiàn)線纜的主動(dòng)釋放和收取，與現(xiàn)有技術(shù)中僅能被動(dòng)釋放線纜，無法自動(dòng)收取線纜的被動(dòng)放纜方式相比，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人穩(wěn)定可靠地放纜和收攬，且線纜收放有序，松緊合適，穩(wěn)定性及有效性好。

本實(shí)施例中，所述第一卷筒軸承3-4和第二卷筒軸承3-8均為圓錐滾子軸承。通過在線纜卷取機(jī)構(gòu)3中使用成對(duì)的圓錐滾子軸承，第一個(gè)圓錐滾子軸承用來支撐安裝卷筒驅(qū)動(dòng)軸3-5，第二個(gè)圓錐滾子軸承用來支撐安裝卷筒支撐軸3-7，使得線纜卷取機(jī)構(gòu)3有了雙向承受軸向力的功能，在進(jìn)行線纜卷取時(shí)，具有了更好的穩(wěn)定性和可靠性。

如圖3所示，本實(shí)施例中，所述卷筒支撐軸3-7內(nèi)安裝有光電滑環(huán)3-10。光電滑環(huán)3-10用來實(shí)現(xiàn)信號(hào)從旋轉(zhuǎn)平臺(tái)向靜止平臺(tái)的傳輸，防止線纜因?yàn)榫硗?-1的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭曲變形，造成聯(lián)接中斷，信息傳遞和電源供應(yīng)失敗，保證了線纜釋放和收取的穩(wěn)定性和可靠性，能夠保證機(jī)器人的持續(xù)穩(wěn)定工作。

本實(shí)施例中，所述卷筒3-1通過螺釘與卷筒驅(qū)動(dòng)輪3-6固定連接；所述卷筒3-1通過螺釘與卷筒隨動(dòng)輪3-9固定連接。將卷筒3-1通過螺釘與卷筒驅(qū)動(dòng)輪3-6和卷筒隨動(dòng)輪3-9固定連接，能夠保證卷筒3-1的安裝穩(wěn)固性。

本實(shí)施例中，所述第一絲杠軸承4-4和第二絲杠軸承4-5均為圓錐滾子軸承。通過在排線機(jī)構(gòu)4中使用成對(duì)的圓錐滾子軸承，第一個(gè)圓錐滾子軸承和第二個(gè)圓錐滾子軸承相配合用來支撐安裝雙向絲杠4-1，使得排線機(jī)構(gòu)4有了雙向承受軸向力的功能，具有了更好的穩(wěn)定性和可靠性。

本實(shí)施例中，所述導(dǎo)線塊4-8通過螺釘與絲杠滑塊4-6固定連接。采用螺釘將導(dǎo)線塊4-8固定連接在絲杠滑塊4-6頂部，使得導(dǎo)線塊4-8與絲杠滑塊4-6的連接可靠，導(dǎo)線塊4-8能夠隨絲杠滑塊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。

具體實(shí)施時(shí)，所述雙向絲桿17的兩端均設(shè)置有軸肩，所述雙向絲桿17的兩端分別通過第一絲杠軸承4-4和第二絲杠軸承4-5與軸肩的配合進(jìn)行定位；所述光軸4-7的兩端均設(shè)置有軸肩，所述光軸4-7的兩端通過軸肩分別與第一絲杠支架4-2和第二絲杠支架4-3配合進(jìn)行定位。

本實(shí)施例中，所述線纜收放電機(jī)1上安裝有用于對(duì)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。通過設(shè)置線纜收放電機(jī)編碼器6，能夠?qū)€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(hào)輸出給控制器10。

如圖7所示，本發(fā)明的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置的線纜收放方法，包括以下步驟：

步驟一、安裝：如圖5所示，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；結(jié)合圖6，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(duì)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?。豢刂朴?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lx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lx′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)；

具體實(shí)施時(shí)，x和x′的取值相等且均取值為線纜收放裝置7的卷筒3-1到地面的高度；

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(duì)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(hào)輸出給控制器10，每檢測一次，控制器10就根據(jù)公式lx＝l-m·π·[nd+n(n-1)d]計(jì)算得到線纜釋放的長度lx，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(duì)有線控制機(jī)器人5行走的距離s和線纜釋放的長度lx進(jìn)行比較，當(dāng)s>lx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＝lx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<lx時(shí)，控制器10再將lx與s的差值與x進(jìn)行比較，當(dāng)lx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)lx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(duì)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(hào)輸出給控制器10，每檢測一次，控制器10就根據(jù)公式lx′＝l-m·π·[nd+n(n-1)d]計(jì)算得到線纜收取的長度lx′，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(duì)有線控制機(jī)器人5行走的距離s和線纜收取的長度lx′進(jìn)行比較，當(dāng)s<lx′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＝lx′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>lx′時(shí)，控制器10再將s與lx′的差值與x′進(jìn)行比較，當(dāng)s與lx′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lx′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?。?/p>

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；卷筒支撐軸3-7對(duì)卷筒3-1起支撐作用，光電滑環(huán)3-10用來實(shí)現(xiàn)信號(hào)從旋轉(zhuǎn)平臺(tái)向靜止平臺(tái)的傳輸，防止線纜因?yàn)榫硗?-1的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭曲變形，造成聯(lián)接中斷，信息傳遞和電源供應(yīng)失??；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。通過將光軸4-7穿過設(shè)置在絲杠滑塊4-6上的導(dǎo)向孔，能夠?qū)z杠滑塊4-6的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行限制，防止絲杠滑塊4-6的轉(zhuǎn)動(dòng)影響排線效果。

本發(fā)明的有線控制機(jī)器人用線纜收放裝置的線纜收放方法，具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式，在使用自動(dòng)控制方式時(shí)，通過將線纜釋放或收取長度與機(jī)器人行走距離進(jìn)行比較，能夠使得線纜釋放或收取長度始終與機(jī)器人行走距離相配合，使得線纜收放有序，松緊合適，減少了線纜出現(xiàn)纏繞、斷裂的問題。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。