移动设备自带电缆的无张力收放方法及收放系统

技术领域

本发明涉及移动设备供电系统中电缆收放领域，特别提供了一种移动设备自带电缆的无张力收放方法及收放系统。

背景技术

随着我国科技的发展，工业、服务业等领域正从自动化逐步升级至智能化，智能制造和智能服务必然成为生产生活的一个新发展阶段。在此发展阶段中，工业机器人、服务机器人等移动设备是重要实现端之一，它们利用物联网、人工智能、控制理论等交叉学科技术实现智能化生产及生活服务，对推动工业技术的发展和人们生活水平的提高具有重大的意义和作用。

工业机器人、服务机器人等移动设备，如清洗车机器人，随着应用现场作业的需求，机器人工作需要大功率的电源支撑且无充足的电池携带空间，且机器人不断移动，相关的供电系统的电缆也需要根据设备的移动进行收放。现有的电缆收放方法有两种：一是在工作区域顶部设置滑道从而将电缆吊于滑道跟随机器人移动进行拖拽或者使用绞盘等设备进行拖拽，这种方法只适用于直线往复移动的装置使用，不适合移动路径复杂且非直线行走，二是采用人工拖拽，这些方法存在效率低、供电不安全、劳动强度大、电缆易损坏等问题。

因此，提出一种新的可在复杂工况(非直线往复移动)下使用的，高效的、安全的、解放劳动力的、电缆不易损坏的自动电缆收放系统及方法，成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种移动设备自带电缆的无张力收放方法及收放系统，以解决现有电缆收放方法存在的问题。

本发明一方面提供了一种移动设备自带电缆的无张力收放系统，安装于移动设备上，包括：电缆收放机构、电缆卷筒机构、计米器、导向轮、弹簧管、位移传感器、控制器和电缆，其中，所述计米器和导向轮均设置于所述电缆卷筒机构和电缆收放机构之间，所述电缆卷设于所述电缆卷筒机构上并经所述计米器和导向轮后由所述电缆收放机构伸出，所述计米器用于计量经过其的电缆长度，所述弹簧管的一端固定，另一端与所述导向轮连接，初始状态时，所述电缆压紧所述导向轮使所述弹簧管处于压缩状态，所述位移传感器设置于所述弹簧管的一侧，用于检测所述弹簧管的长度变化，所述控制器与所述电缆收放机构、电缆卷筒机构、计米器和位移传感器连接，用于根据所述计米器的计量数据实时调整所述电缆收放机构的收放电缆速度，还用于根据所述位移传感器的检测数据实时调整所述电缆卷筒机构的收放电缆速度，进而实现电缆收放机构收放电缆的长度、电缆卷筒机构收放电缆的长度及移动设备的进退距离保持一致。

优选，所述电缆收放机构包括第一驱动装置、胶轮、导线轮和压紧弹簧，其中，所述胶轮固定设置，且通过所述第一驱动装置驱动其转动，所述导线轮与所述胶轮对应设置，所述压紧弹簧一端固定，另一端与所述导线轮连接，用于将电缆压紧于所述胶轮和导线轮之间。

进一步优选，所述胶轮和导线轮对应设置有多组。

进一步优选，所述电缆卷筒机构包括第二驱动装置和卷筒，所述第二驱动装置与所述卷筒连接，用于驱动所述卷筒旋转。

本发明还提供了一种移动设备自带电缆的无张力收放方法，利用上述的移动设备自带电缆的无张力收放系统，包括如下步骤：

获取移动设备的行进状态信息，其中，所述行进状态信息包括移动设备当前处于前进或后退状态的信息；

根据所述移动设备的行进状态信息控制所述电缆收放机构和电缆卷筒机构进行收揽或放缆，其中，当所述移动设备处于前进状态时，控制所述电缆收放机构和电缆卷筒机构处于放缆状态，当所述移动设备处于后退状态时，控制所述电缆收放机构和电缆卷筒机构处于收缆状态；

获取计米器计量到的经过其的电缆长度数据及所述位移传感器检测到的所述弹簧管的长度变化数据；

根据所述计米器计量到的经过其的电缆长度数据实时调整所述电缆收放机构的收放电缆速度，并根据所述位移传感器检测到的弹簧管的长度变化数据实时调整所述电缆卷筒机构的收放电缆速度，使电缆收放机构收放电缆的长度、电缆卷筒机构收放电缆的长度及移动设备的进退距离保持一致。

优选，所述电缆收放机构和电缆卷筒机构的初始收放缆速度根据所述移动设备的启动速度确定。

进一步优选，所述根据所述计米器计量到的经过其的电缆长度数据实时调整所述电缆收放机构的收放电缆速度的方法如下：

比较所述计米器计量到的经过其的电缆长度a与移动设备的行进距离b；

若a>b，则降低所述电缆收放机构的收缆速度或放缆速度，若a

进一步优选，所述根据所述位移传感器检测到的弹簧管的长度变化数据实时调整所述电缆卷筒机构的收放电缆速度的过程如下：

获取位移传感器检测到的弹簧管的位移变化；

若所述弹簧管的长度相比初始状态时的长度伸长，则控制所述电缆卷筒机构增加收缆速度或降低放缆速度，若所述弹簧管的长度相比初始状态时的长度缩短，则控制所述电缆卷筒机构降低收缆速度或增加放缆速度，若所述弹簧管的长度等于初始状态时的长度，则保持所述电缆卷筒机构的收缆速度或放缆速度。

本发明提供的移动设备自带电缆的无张力收放方法及收放系统，通过计米器可以计量经过其的电缆长度，计米器计量的数据可反映出移动设备自带电缆的无张力收放系统收放电缆的长度，通过位移传感器可以检测弹簧管的长度变化，弹簧管的长度变化可反映出电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度变化，利用计米器计量的数据实时调整电缆收放机构的收放电缆速度，可对电缆收放长度进行校正，使其与移动设备的行进距离趋于一致，利用位移传感器检测的弹簧管的长度变化数据实时调整电缆卷筒机构的收放电缆速度，可使电缆收放机构收放电缆的长度、电缆卷筒机构收放电缆的长度趋于一致，最终实现电缆收放机构收放电缆的长度、电缆卷筒机构收放电缆的长度及移动设备的进退距离保持动态一致，即：无张力收放。

本发明提供的移动设备自带电缆的无张力收放方法及收放系统，通过实时检测与修正，可实现准确的无张力电缆收放控制，提高了电缆收放的自由度和自动化程度，提高了电缆的使用寿命。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明提供的移动设备自带电缆的无张力收放系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。

为了解决现有移动设备自带电缆收放方法存在的效率低、供电不安全、劳动强度大、电缆易损坏等问题，如图1所示，本发明提供了一种移动设备自带电缆的无张力收放系统，安装于移动设备上，包括：电缆收放机构1、电缆卷筒机构2、计米器3、导向轮4、弹簧管5、位移传感器6、控制器和电缆7，其中，所述计米器3和导向轮4均设置于所述电缆卷筒机构2和电缆收放机构1之间，所述电缆7卷设于所述电缆卷筒机构2上并经所述计米器3和导向轮4后由所述电缆收放机构1伸出，所述计米器3用于计量经过其的电缆长度，所述弹簧管5的一端固定，另一端与所述导向轮4连接，初始状态时，所述电缆7压紧所述导向轮4使所述弹簧管5处于压缩状态，所述位移传感器6设置于所述弹簧管5的一侧，用于检测所述弹簧管5的长度变化，所述控制器与所述电缆收放机构1、电缆卷筒机构2、计米器3和位移传感器6连接，用于根据所述计米器3的计量数据实时调整所述电缆收放机构1的收放电缆速度，还用于根据所述位移传感器6的检测数据实时调整所述电缆卷筒机构2的收放电缆速度，进而实现电缆收放机构1收放电缆的长度、电缆卷筒机构2收放电缆的长度及移动设备的进退距离保持一致，其中，计米器3可设置在导向轮与电缆卷筒机构之间(如图1所示)，也可以设置在导向轮与电缆收放机构1之间。

该移动设备自带电缆的无张力收放系统，通过计米器可以计量经过其的电缆长度，计米器计量的数据可反映出移动设备自带电缆的无张力收放系统收放电缆的长度，通过位移传感器可以检测弹簧管的长度变化，弹簧管的长度变化可反映出电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度变化，利用计米器计量的数据实时调整电缆收放机构的收放电缆速度，可对电缆收放长度进行校正，使其与移动设备的行进距离趋于一致，利用位移传感器检测的弹簧管的长度变化数据实时调整电缆卷筒机构的收放电缆速度，可使电缆收放机构收放电缆的长度、电缆卷筒机构收放电缆的长度趋于一致，最终实现电缆收放机构收放电缆的长度、电缆卷筒机构收放电缆的长度及移动设备的进退距离保持动态一致，即：无张力收放。

作为技术方案的改进，如图1所示，所述电缆收放机构1包括第一驱动装置(图中未标注)、胶轮11、导线轮12和压紧弹簧13，其中，所述胶轮11固定设置，且通过所述第一驱动装置驱动其转动，所述导线轮12与所述胶轮11对应设置，所述压紧弹簧13一端固定，另一端与所述导线轮12连接，用于将电缆7压紧于所述胶轮11和导线轮12之间，电缆可在转动的胶轮的摩擦力的带动下实现收放，其中，第一驱动装置只要能驱动胶轮旋转即可，可以为如图1所示的电机、齿轮与链条/皮带的联动结构，但不限于上述结构。

为了保证胶轮与导线轮对电缆的夹持效果及提高收放电缆的长度与胶轮运动距离的一致性，作为技术方案的改进，如图1所示，所述胶轮11和导线轮12对应设置有多组。

作为技术方案的改进，如图1所示，所述电缆卷筒机构2包括第二驱动装置(图中未示出)和卷筒21，所述第二驱动装置与所述卷筒21连接，用于驱动所述卷筒21旋转，所述第二驱动装置只要能驱动卷筒旋转即可，可以为图1中所示的电机、齿轮与链条/皮带的联动结构，但不限于上述结构。

本发明还提供了一种移动设备自带电缆的无张力收放方法，利用上述的移动设备自带电缆的无张力收放系统，包括如下步骤：

获取移动设备的行进状态信息，其中，所述行进状态信息包括移动设备当前处于前进或后退状态的信息；

根据所述移动设备的行进状态信息控制所述电缆收放机构1和电缆卷筒机构2进行收揽或放缆，其中，当所述移动设备处于前进状态时，控制所述电缆收放机构1和电缆卷筒机构2处于放缆状态，当所述移动设备处于后退状态时，控制所述电缆收放机构1和电缆卷筒机构2处于收缆状态，优选，所述电缆收放机构1和电缆卷筒机构2进入收揽状态或放缆状态的初始收放缆速度根据所述移动设备的启动速度确定，使电缆收放机构1和电缆卷筒机构2的收放缆的线速度与移动设备的运动线速度趋于一致或一致；

获取计米器3计量到的经过其的电缆长度数据及所述位移传感器6检测到的所述弹簧管5的长度变化数据；

根据所述计米器3计量到的经过其的电缆长度数据实时调整所述电缆收放机构1的收放电缆速度，并根据所述位移传感器6检测到的弹簧管5的长度变化数据实时调整所述电缆卷筒机构2的收放电缆速度，使电缆收放机构1收放电缆的长度、电缆卷筒机构2收放电缆的长度及移动设备的进退距离保持一致。

该移动设备自带电缆的无张力收放方法，通过计米器可以计量经过其的电缆长度，计米器计量的数据可反映出移动设备自带电缆的无张力收放系统收放电缆的长度，通过位移传感器可以检测弹簧管的长度变化，弹簧管的长度变化可反映出电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度变化，利用计米器计量的数据实时调整电缆收放机构的收放电缆速度，可对电缆收放长度进行校正，使其与移动设备的行进距离趋于一致，利用位移传感器检测的弹簧管的长度变化数据实时调整电缆卷筒机构的收放电缆速度，可使电缆收放机构收放电缆的长度、电缆卷筒机构收放电缆的长度趋于一致，最终实现电缆收放机构收放电缆的长度、电缆卷筒机构收放电缆的长度及移动设备的进退距离保持动态一致，即：无张力收放。

作为技术方案的改进，所述根据所述计米器3计量到的经过其的电缆长度数据实时调整所述电缆收放机构的收放电缆速度的方法如下：

比较所述计米器3计量到的经过其的电缆长度a与移动设备的行进距离b；

若a>b，则降低所述电缆收放机构1的收缆速度或放缆速度，若a

上述过程中，通过计米器可以计量收放电缆的长度，通过将计米器计量的长度与移动设备的行进距离进行比较，可判断两者是否保持一致，若不一致，通过调整电缆收放机构的速度，可动态消除收放电缆长度与移动设备行进距离之间的误差。

具体地：收揽时，若a>b，说明收揽长度大于移动设备的行进距离，此时，地面上的电缆出现拉紧情况，应降低所述电缆收放机构的收缆速度，若a

放缆时，若a>b，说明放缆长度大于移动设备的行进距离，此时，地面上的电缆出现弯曲情况，应降低所述电缆收放机构的放缆速度，若a

作为技术方案的改进，所述根据所述位移传感器6检测的所述弹簧管5的长度变化数据实时调整所述电缆卷筒机构2的收放电缆速度的过程如下：

获取位移传感器6检测到的弹簧管5的位移变化；

若所述弹簧管5的长度相比初始状态时的长度伸长，则控制所述电缆卷筒机构2增加收缆速度或降低放缆速度，若所述弹簧管5的长度相比初始状态时的长度缩短，则控制所述电缆卷筒机构2降低收缆速度或增加放缆速度，若所述弹簧管5的长度等于初始状态时的长度，则保持所述电缆卷筒机构2的收缆速度或放缆速度。

上述过程中，通过位移传感器可以获知电缆卷筒机构的收放电缆长度与经所述电缆收放机构的收放电缆长度是否对应保持一致，若一致，通过位移传感器获得的弹簧管的位移量没有变化，否则，会产生变化，根据位移传感器的变化，通过调整电缆卷筒机构的速度，可动态消除电缆卷筒机构的收放电缆长度与经所述电缆收放机构的收放电缆长度之间的误差。

具体地：收揽时，若所述弹簧管5的长度相比初始状态时的长度伸长，说明电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度变长，此时，控制所述电缆卷筒机构2增加收缆速度，缩短电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度，使其与初始状态时的长度趋于一致，若所述弹簧管5的长度相比初始状态时的长度缩短，说明电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度变短，此时，控制所述电缆卷筒机构2降低收缆速度，增加电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度，使其与初始状态时的长度趋于一致，若所述弹簧管5的长度等于初始状态时的长度，则保持所述电缆卷筒机构2的收缆速度；

放缆时，若所述弹簧管5的长度相比初始状态时的长度伸长，说明电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度变长，此时，控制所述电缆卷筒机构2增加降低放缆速度，缩短电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度，使其与初始状态时的长度趋于一致，若所述弹簧管5的长度相比初始状态时的长度缩短，说明电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度变短，此时，控制所述电缆卷筒机构2增加放缆速度，增加电缆收放机构与电缆卷筒机构之间的电缆的长度，使其与初始状态时的长度趋于一致，若所述弹簧管5的长度等于初始状态时的长度，则保持所述电缆卷筒机构2的放缆速度。

本发明的具体实施方式是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。