CN102135651B - 一种光纤微缆收放绞车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤微缆收放绞车，包括直流力矩电机、卷筒、张紧机构和排线机构，卷筒与直流力矩电机的输出轴相连接，所述的张紧机构包括一个动滑轮、定滑轮A和定滑轮B，动滑轮安装在带有弹簧装置的支架上，光纤微缆通过定滑轮A、动滑轮、定滑轮B卷绕连接在卷筒上。本发明有益的效果是：1)本发明的绞车采用直流力矩电机驱动卷筒，改善张力控制特性。通过控制电机电流的方式直接控制缆绳张力，避免现有速度闭环控制系统带来的不足；2)本发明的绞车中设置了具有长度补偿作用的张紧机构，防止了瞬间的速度变化引起缆绳过紧或过松的情况。

Description

一种光纤微缆收放绞车

技术领域

本发明涉及用于水下机器人用光纤微缆收放的绞车，主要是一种光纤微缆收放绞车。

背景技术

一般来说，光纤微缆是指直径小于0.1英寸的光缆，与普通的导线相比，光纤微缆具有密度小、直径细、抗干扰性好、传输频带宽、传输速率高、成本低等优点。通过光纤微缆实现水下机器人与母船的通信，可以大大减小收放系统的尺寸和重量，减小缆对载体运动范围、运动速度和机动性能的影响。

但是，光纤微缆由于直径较小，其断裂强度较低。光纤微缆在收放过程中，如果过于张紧会造成损坏，过于松弛则容易缠绕。因此，对光纤微缆收放系统提出了很高的要求。普遍的采用的技术途径是通过恒张力收放实现微缆张力的基本恒定。

在《机器人》2006年第1期上，介绍了中科院沈阳自动化所研制的SARV光纤微缆收放系统，该系统由绞车、张力检测机构、控制系统等组成，绞车的卷筒由步进电机驱动，张力检测机构测量光纤微缆上的张力，判断光纤微缆是否处于过度张紧或松弛状态，控制系统根据张力设定值与张力检测值，控制步进电机的速度，来保持光纤微缆张力的基本恒定。

上述现有方案存在以下缺点：第一，步进电机的速度变化范围有限，当速度变化很大时难以适应；第二，上述用速度控制的方法实现张力控制，存在滞缓和超调问题，光纤微缆容易在瞬间发生过松或过紧的问题，从而损坏光纤或影响排缆。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种光纤微缆收放绞车，该绞车能迅速及时地适应水下机器人的运动，保证光纤微缆的安全，使缆张力的控制更容易实现，使光纤微缆在收放过程中得到更好的保护。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种光纤微缆收放绞车，包括直流力矩电机、卷筒、张紧机构和排线机构，卷筒与直流力矩电机的输出轴相连接，所述的张紧机构包括一个动滑轮、定滑轮A和定滑轮B，动滑轮安装在带有弹簧装置的支架上，光纤微缆通过定滑轮A、动滑轮、定滑轮B卷绕连接在卷筒上。

所述的支架为一端固定在基座上、另一固定连接在动滑轮上的摆臂，弹簧装置为设置在摆臂上扭簧，定滑轮A上配合连接有压轮，光纤微缆穿插在定滑轮A和压轮之间。

本发明有益的效果是：

1)、本发明的绞车采用直流力矩电机驱动卷筒，改善张力控制特性。通过控制电机电流的方式直接控制缆绳张力，避免现有速度闭环控制系统带来的不足；

2)、本发明的绞车中设置了具有长度补偿作用的张紧机构，防止了瞬间的速度变化引起缆绳过紧或过松的情况。

附图说明

图1是本发明组成结构示意图；

图2是本发明的一个实施实例结构示意图。

附图标记说明：卷筒1、直流力矩电机2、定滑轮A3，动滑轮4，弹簧装置5，光纤微缆6，排线机构7，定滑轮B8，压轮9，支架10，基座11。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，这种光纤微缆收放绞车，包括直流力矩电机2、卷筒1、张紧机构和排线机构，卷筒1与直流力矩电机2的输出轴相连接，卷筒1由直流力矩电机2驱动。为了更好地实现张力的稳定控制，本光纤微缆绞车还带有一套张紧机构。所述的张紧机构包括一个动滑轮4、定滑轮A3和定滑轮B8，动滑轮4安装在带有弹簧装置5的支架10上，光纤微缆6通过定滑轮A3、动滑轮4、定滑轮B8卷绕连接在卷筒1上。动滑轮4的移动改变弹簧装置5的作用力，同时也改变了经过张紧机构的缆绳的长度。张紧机构会根据缆绳张力的变化，吸收或放出部分缆绳，以平缓这种张力的变化。通过控制电流大小来控制所述的直流力矩电机2的扭矩。

卷筒由直流力矩电机驱动，直流力矩电机是一种机械特性较“软”的电机，可长时间工作于“堵转”状态。理想状态下，电机的输出扭矩与电流成正比，只要控制电流大小，即可控制电机的输出扭矩，而与速度无关。利用直流力矩电机的这种特性，只需控制电流大小，即可使卷筒上的缆绳能够始终保持一定的张力，而不必直接控制收放的速度和方向，卷筒会“被动地”根据缆绳上张力的变化收回或放出缆绳。

在实际应用中，当设定好控制电流后，电机处于堵转状态。当水下机器人离开时，拉动光纤微缆，使缆上张力变大，卷筒被拉动而放出缆绳；当水下机器人返回时，光纤微缆张力变小，卷筒自动在力矩电机的作用下回收，使缆绳保持张紧。可以根据放缆长度、海流情况、水下机器人运动情况的参数，适时调节力矩电机的电流，使放出的光纤微缆处于合适的受力状态，防止缠绕和断裂的发生。

如图2所示，在本实例中，光纤微缆直径1mm、长6000m，设计工作张力25N。卷筒纵向布置，卷筒一端的轴直流力矩电机驱动，轴端装有旋转编码器。排线机构由滑轮、溜板、光杆、丝杆、滑轨等组成，滑轮沿卷筒轴向移动，溜板到达一端时触发行程开关，作为端点定位。丝杆的一端伸入动力箱，由动力箱内的步进电机驱动。所述的支架10为一端固定在基座11上、另一固定连接在动滑轮4上的摆臂，弹簧装置5为设置在摆臂上扭簧，定滑轮A3上配合连接有压轮9，光纤微缆6穿插在定滑轮A3和压轮9之间。

光纤微缆6从下方进入，先经过张紧机构，再绕过排线结构的滑轮，最后绕在卷筒上。动滑轮为轻质材料，摆臂受扭簧的作用，拉紧光纤微缆6，当光纤微缆6上的外张力突然变化时，起到缓冲的作用。角位移传感器测量摆臂的位置，来反映缆绳的实际张力。以此作为一个控制参量，参与卷筒扭矩的控制，实际张力增加时，减小力矩电机电流，实际张力减小时，增加力矩电机电流。控制系统根据缆线张力、缆速、缆长、水下机器人的距离等参数通过一定的控制策略来实时调整卷筒扭矩，以避免光纤打折、过量放缆、张力超值等问题。

除上述实施例外，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 (1)

1.一种光纤微缆收放绞车，其特征是：包括直流力矩电机(2)、卷筒(1)、张紧机构和排线机构，卷筒(1)与直流力矩电机(2)的输出轴相连接，卷筒(1)由直流力矩电机(2)驱动，所述的张紧机构包括一个动滑轮(4)、定滑轮A(3)和定滑轮B(8)，动滑轮(4)安装在带有弹簧装置(5)的支架(10)上，光纤微缆(6)通过定滑轮A(3)、动滑轮(4)、定滑轮B(8)卷绕连接在卷筒(1)上；所述的支架(10)为一端固定在基座(11)上、另一端固定连接在动滑轮(4)上的摆臂，弹簧装置(5)为设置在摆臂上的扭簧，定滑轮A(3)上配合连接有压轮(9)，光纤微缆(6)穿插在定滑轮A(3)和压轮(9)之间；排线机构由滑轮、溜板、光杆、丝杆和滑轨组成，滑轮沿卷筒(1)轴向移动，溜板到达一端时触发行程开关，作为端点定位；丝杆的一端伸入动力箱，由动力箱内的步进电机驱动。

Images