CN100587408C - 滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，检测轮支架截面为“U”形，检测轮通过轴承安装在检测轮支架上；旋转编码器通过支架固定安装在检测轮支架上，其旋转轴与检测轮轴同轴固定连接；在检测装置底部开有直槽，检测轮与旋转编码器安装在检测装置框体内；调节螺杆上端与检测装置框体上方的螺纹孔配合，下端与弹簧压板活动连接，在弹簧压板上至少垂直地套装2根滑杆，在检测装置框体内固定水平隔板，滑杆和调节螺杆与隔板上的导向孔套接，滑杆的下端与检测轮支架的上端连接，在弹簧压板与检测装置支架之间的滑杆上套装弹簧。本发明定位检测精度高，性能稳定可靠，抗干扰能力强，结构简单，适应恶劣环境，不干涉移动机械的行走作业。

Description

滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置

技术领域

本发明涉及一种位置检测装置，具体讲是涉及一种滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置。

背景技术

现有的轨道移动机械行走定位检测和操作主要还是由操作手凭借目测和经验完成，定位精度低。由于走行定位的不准，常引发移动机械频繁启停，不仅缩短设备的使用寿命，还大大降低设备的安全性，增加工人的劳动强度。

为了提高移动机械的走行定位精度，广大技术人员经过努力，先后尝试了“γ射线式”、“干簧管式”、“条形码式”、“继电接触式”、“红外编码技术”、“RFID技术”、“感应无线技术”等多种检测技术。但由于有的技术检测精度低、有的技术使用维护困难、有的技术不能适用于多种恶劣环境、有的技术实施成本高昂等多方面原因，得不到用户的广泛认可，无法进一步推广使用。

经对现有技术文献的检索发现，谢志江等人发明的“轨道车往返行走编码轮定位装置及其控制机构”(申请专利号：200610054590.1)中提出：一种编码轮定位装置。该装置包括有支座、机架、旋转编码轮、增量式编码器及车箱上的CPU处理器。其中支座固定在车箱下底面并与机架的上端铰接，旋转编码轮通过主轴安装在机架的下端并与轨道滚动接触，主轴的端头上安装有增量式编码器，由车箱拖着或推着机架移动。增量式编码器内部安装有光电码盘，光电码盘输出A、B两路时序不同的光电脉冲信号给CPU处理器处理。CPU处理器通过计数光电脉冲个数实现行走距离检测，通过A、B两路信号的时序差判别走行方向。例：当旋转编码轮前进时，CPU处理器将接收到的脉冲个数加入脉冲计数值；当后退时，CPU处理器将接收到的脉冲个数从脉冲计数值中扣除。该装置通过增减机架上的配重，调节旋转编码轮与轨道之间的摩擦力。该装置的检测精度为0.4mm，重复精度为0.8mm。

该申请采用机架上端与轨道车箱下底面铰接，由车箱拖着或推着机架运动，运动过程中容易使装置机架在铰接处的水平方向产生窜动间隙。又由于该申请采用机架配重(20公斤到100公斤)方式提高轮与轨道间的摩擦力，在轨道车启动或制动时，沉重的机架易使其机架上端的铰连部件经常受到强冲击，不断扩大水平窜动间隙，造成该发明装置固有的水平方向检测误差不断扩大，使装置在启动或制动时存在一段空走距离，影响检测精度。

该申请由于采用增加机架上配重的方式提高旋转编码轮与轨道间的摩擦力，而非提高接触面间的摩擦系数，必然要求主轴有相当高的支撑强度，这使主轴的灵活度大大降低，旋转编码轮与轨道间最大静摩擦力变大。因钢材间的摩擦系数小，易造成编码轮打滑；而为了加大摩擦力，只有加大配重，配重大了后，装卸很不方便。

另外，该申请采用的编码器为增量式编码器。配合CPU处理器实时记录增量式编码器输出的每一个脉冲，并根据两路脉冲时序差判别编码器旋转方向，达到增或减CPU处理器中保存的脉冲计数值。在检测过程中，CPU处理器不能丢失任何一个脉冲，否则，将造成定位误差。但CPU处理器相当易受内、外部干扰的影响，不能保证不丢失脉冲，进一步影响检测精度。

由于该申请的定位功能是依赖于CPU处理器实现的，因此，当CPU处理器因某种原因(如：断电等)不能工作时，轨道移动机械就不能移动，否则在CPU处理器不能工作期间的行走距离就无法检测。轨道移动机械的作业一般不可能满足这样的要求。如果在CPU处理器不工作期间轨道移动机械发生了位置改变，当CPU处理器重新工作后，必然要对编码轮重新进行标定。由于轨道移动机械行走速度低，轨道长度长，进行一次标定一般需要几十分钟，这严重影响其作业效率。

因此，综上所述，其结构存在固有的不可克服的误差，在实际使用中也存在较大的局限性。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其具有浮动结构的检测轮，配备多圈绝对型旋转编码器，固定连接在轨道移动机械上，实现检测装置不依赖外部设备，能够独立完成轨道移动机械行走位置的检测，保证检测装置具有长期稳定的检测精度。

为达到上述发明目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于包括：检测装置框体、浮动检测轮机构、弹簧施力机构和旋转编码器；所述的浮动检测轮机构包括检测轮、检测轮支架、滑杆，检测轮支架的截面为“U”字形，检测轮通过轴承安装在检测轮支架的两个侧边上；在检测轮支架的一侧固定有支架，所述的旋转编码器安装在支架上，其旋转轴与检测轮同轴，并固定连接；在所述的检测装置底部开有直槽，上述检测轮与旋转编码器安装在检测装置框体内；所述的弹簧施力机构包括弹簧、弹簧压板和调节螺杆，调节螺杆上端与检测装置框体上方的螺纹孔配合，其下端与弹簧压板活动连接，在弹簧压板上至少垂直地套装2根滑杆，在检测装置框体内水平地固定有隔板，滑杆和调节螺杆与隔板上的导向孔套接，滑杆的下端与检测轮支架的上端连接，在滑杆上套装有弹簧，弹簧位于弹簧压板与检测轮支架之间。

前述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于还包括连接板，所述的连接板固定在检测装置框体外表面的一侧，检测装置框体通过连接板与移动机械固定连接。

前述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的滑杆为3根。

前述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的旋转编码器为多圈绝对型旋转编码器。

前述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的检测轮由非金属材料制成。

前述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的检测轮由高强度的工程塑料或热可塑性弹性聚氨酯制成。

前述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的检测轮由金属材料制成，且其圆周外表面附有尼龙材料。

本发明的有益效果是：本发明通过采用检测装置与移动机械固定连接、检测轮全浮动结构、检测轮采用非金属材料或金属材料表面经非金属化处理、机械码盘记忆检测位置及高分辨率检测精度等技术手段，消除了检测装置与移动机械间的水平窜动误差，无须增加外部装置就能够自由调节对轨道压力，解决了检测轮摩擦力与检测轮转动灵活性之间的矛盾。机械码盘记忆行走位置，使检测装置不受停电、外部干扰的影响。定位精度达到±0.18mm。

附图说明

图1为本发明的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置的外观示意图；

图2为图1的A-A剖面图。

具体实施方式

图1为本发明的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置的外观示意图；图2为图1的A-A剖面图。

如图1、图2所示，本发明的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置包括：检测装置框体9、浮动检测轮机构、弹簧施力机构和旋转编码器2。

浮动检测轮机构包括检测轮1、检测轮支架7和滑杆5，检测轮支架7的截面为“U”字形，检测轮1通过轴承安装在检测轮支架7的两个侧边上。

在检测轮支架7的一侧固定有支架10，旋转编码器2安装在支架10上，其旋转轴与检测轮1同轴，并与检测轮1的旋转轴固定连接。

在检测装置9底部开有直槽，上述检测轮1与旋转编码器2安装在检测装置框体9内。

弹簧施力机构包括弹簧3、弹簧压板4和调节螺杆6，在检测装置框体9的上方设有螺纹孔，调节螺杆6上端与检测装置框体9上方的螺纹孔配合，其下端与弹簧压板4活动连接，在弹簧压板4上至少垂直地套装2根滑杆5。为了更好地对检测轮1上下活动导向，滑杆5可以设置成三根，当然也可以更多。在检测装置框体9内水平地固定有隔板，隔板上设有多个孔，滑杆5和调节螺杆6与隔板上的孔套接。在检测轮支架7的上端设有多个孔，滑杆5的下端分别穿过检测轮支架7上的孔，在检测轮支架7的与螺母配合。在滑杆5上分别套装有弹簧3，弹簧3位于弹簧压板4与检测轮支架7之间。

为了将检测装置框体9与移动机械固定连接，在检测装置框体9上焊接有连接板8，检测装置框架9通过连接板8与移动机械紧固连接。检测轮1、检测轮支架7与滑杆5组成浮动机构，在检测装置框体9内只能上下移动。

旋转编码器2采用多圈绝对型旋转编码器，与检测轮1同轴安装，同步旋转。多圈绝对型旋转编码器采用EltraEAM58C，每圈8192线分辨率，多圈连续4096圈工作量程。检测轮1的直径D＝230mm，其检测精度为3.14×D/8192＝0.09mm，重复精度为0.18mm。

本发明的工作原理是：

检测装置框体9通过连接板8与移动机械紧固连接，使整个装置与移动机械固定连接为一体。通过旋转调节螺杆6，改变弹簧压板4的上下位置，从而改变检测轮1对轨道的正压力，使检测轮1压紧在轨道上。移动机械行走时带动检测轮1滚动，与检测轮1同轴安装的多圈绝对型旋转编码器2的轴同步随动。读取旋转编码器2的输出值，就可得到移动机械的当前位置。

整个检测装置的检测装置框体通过连接板固定在移动机械的机架上。浮动检测轮机构由检测轮1、滑杆5、检测轮支架7连接构成。滑杆5穿过检测装置框体的导向孔，限制浮动检测轮机构只能沿垂直方向移动，使得检测轮1与移动机械之间不存在水平方向的相对移动，因此也防止了产生水平方向的间隙。弹簧施力机构由弹簧3、弹簧压板4、调节螺杆6组成。通过调节螺杆6提升或降低弹簧压板4的位置，使弹簧3释放或压缩，达到改变检测轮1对轨道正压力的目的，调节检测轮1与轨道之间的摩擦力。

对采用金属检测轮的圆周外表面进行非金属化处理，即附着尼龙材料，增加检测轮与轨道之间的摩擦系数。

本发明中的多圈绝对型旋转编码器包含绝对值光电码盘和齿轮磁性多圈码盘。绝对值光电码盘上由许多圈光通道刻线，每圈刻线依次为2线、4线、8线、16线……。这样，在旋转编码器单圈的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码。在编码器的每一个位置，通过读取齿轮磁性多圈码盘的每道刻线的通、暗，也获得一组关于圈数的唯一2进制编码。将两组2进制编码组合在一起，就得出编码器每一个位置对应的唯一编码。因此，多圈绝对型旋转编码器的位置编码由码盘的机械位置决定，它不受停电、外部干扰的影响。由于编码器的每个位置是唯一的，无须记忆，无须找参考点，而且不用连续计数，因此，只要编码器与移动机械始终连接，即使检测装置掉电，一旦恢复，编码器输出的编码就是移动机械当前的行走位置。当然，此处并不限定此种编码器。

旋转编码器2采用每圈8192线分辨率，多圈连续4096圈工作量程的多圈绝对型旋转编码器。检测轮1的直径D＝230mm，其检测精度为3.14×D/8192＝0.09mm，重复精度为0.18mm。

为了防止检测轮1打滑，本发明采用了增加检测轮1与轨道之间的摩擦力、减轻浮动机构自重、设置弹簧施力机构、提高摩擦系数的方法。增加检测轮1与轨道之间摩擦力可以用两种方法实现：一是增大检测轮1对轨道的正压力，二是增大两者的摩擦系数。如果只增加正压力(例如：增加自重)，在增大检测轮1与轨道之间的摩擦力的同时，也增加了检测轮1两侧滚动轴承自身的摩擦阻力。当正压力过大时，检测轮1甚至在轨道上无法滚动，并且增大磨损。因此，增大检测轮1对轨道的正压力是有限度的。钢-钢的摩擦系数一般为0.10～0.20，本发明的检测轮1用金属材料制成，在检测轮1的圆周外表面进行非金属处理，在检测轮1的圆周外表面附加尼龙材料后，其与轨道的摩擦系数可以达到0.50～0.70。同时，整个检测轮1也可以使用非金属材料制成，比如高强度的工程塑料、热可塑性弹性聚氨酯(TPE、TPR、SBS、SEBS、TPV、TPU、TPEE等)制成。相同自重的检测轮，与轨道的摩擦系数越大，其摩擦力也越大，但检测轮两侧滚动轴承自身的摩擦阻力却相同。因此，提高检测轮1与轨道之间摩擦系数，既可以提高摩擦力，又保持了检测轮1滚动的灵活性。

由于检测轮1通过弹簧施力机构的弹簧3的伸缩，施加对轨道的正压力，此正压力的方向是垂直向下，没有水平分力，检测轮1是垂直上下移动的，不增加滑杆5与导向孔之间走行方向的撞击力；又由于减轻了检测轮1的自重，在移动机械起停瞬间，滑杆5与导向孔之间的撞击力就能控制在有限的范围内，不会扩大检测装置与移动机械之间行走方向的水平间隙，保证了检测精度长期稳定。

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1、一种滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于包括：检测装置框体、浮动检测轮机构、弹簧施力机构和旋转编码器；所述的浮动检测轮机构包括检测轮、检测轮支架和滑杆，检测轮支架的截面为“U”字形，检测轮通过轴承安装在检测轮支架的两个侧边上；在检测轮支架的一侧固定有支架，所述的旋转编码器安装在支架上，其旋转轴与检测轮同轴，并固定连接；在所述的检测装置底部开有直槽，上述检测轮与旋转编码器安装在检测装置框体内；所述的弹簧施力机构包括弹簧、弹簧压板和调节螺杆，调节螺杆上端与检测装置框体上方的螺纹孔配合，其下端与弹簧压板活动连接，在弹簧压板上至少垂直地套装2根滑杆，在检测装置框体内水平地固定有隔板，滑杆和调节螺杆与隔板上的导向孔套接，滑杆的下端分别与检测轮支架的上端连接，在滑杆上分别套装有弹簧，弹簧位于弹簧压板与检测轮支架之间，通过旋转调节螺杆，改变弹簧压板的上下位置，从而改变检测轮对轨道的正压力，使检测轮压紧在轨道上。

2、根据权利要求1所述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于还包括连接板，所述的连接板固定在检测装置框体外表面的一侧，检测装置框体通过连接板与移动机械固定连接。

3、根据权利要求1所述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的滑杆为3根。

4、根据权利要求1所述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的旋转编码器为多圈绝对型旋转编码器。

5、根据权利要求1所述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的检测轮由非金属材料制成。

6、根据权利要求5所述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的检测轮由高强度的工程塑料或热可塑性弹性聚氨酯制成。

7、根据权利要求1所述的滚轮式轨道移动机械行走位置检测装置，其特征在于所述的检测轮由金属材料制成，在其圆周外表面附有尼龙材料。

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