CN102387978A - 绞盘和包括该绞盘的自主移动设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绞盘和包括绞盘的自主移动设备。绞盘可以包括：驱动电机；驱动轴，配置为以从驱动电机传递来的驱动力旋转；装在驱动轴上的线鼓，使得线鼓由驱动轴旋转并能沿驱动轴移动，线鼓的长度方向的端部的外圆周面上形成有第一螺旋部；以及引导部，其配置为与驱动轴平行并具有形成在与驱动轴面对的侧部上的第二螺旋部，沿驱动轴的纵向延伸的第二螺旋部与第一螺旋部啮合。线鼓可以沿引导部移动，使得线鼓每旋转一次而盘绕或展开的缆线长度是恒定的。

Description

绞盘和包括该绞盘的自主移动设备

技术领域

本发明涉及绞盘，更具体地涉及配置为精确控制盘绕或展开的缆线长度的绞盘及包括该绞盘的自主移动设备。

背景技术

在一般情况下，自主移动设备是用于船体板内，以便自动开展如焊接、切割等任务。自主移动设备以这样一种方式运行，使得可安装自动机械的平台通过使用多根缆线在船体板内移动。

在本文中，安装在这个平台上的绞盘反复盘绕或展开与船体板的内壁连接的缆线，使该平台可以在船体板内自由移动。此外，绞盘盘绕或展开的缆线的长度需要精确控制，以使该平台移动至船体板内所需的位置。

然而，常用的绞盘通过简单地用电机使线鼓旋转来盘绕或展开缆线。换句话说，常用的绞盘通过电机的开/关控制来盘绕或展开缆线。因此，不可能精确控制绞盘盘绕或展开缆线的长度。

此外，常见的绞盘，因为没有对齐的功能，缆线盘绕时有可能是重叠的。当缆线盘绕时缆线是重叠的情况下，用于将缆线盘绕于绞盘的电机的旋转量改变。因此，就变得不可能用电机的给定旋转量来确定所盘绕缆线的长度，从而不能实现绞盘的精确控制。

此外，因为常见的绞盘在盘绕缆线时使缆线重叠，收放缆线的位置改变。因此，已无法界定缆线的收放位置以实现绞盘的精确控制。

发明内容

技术问题

为解决上述问题，本发明提供了一种绞盘和包括绞盘的自主移动设备，该绞盘可以精确控制缆线的长度。

本发明还提供了一种绞盘，其配置为维持缆线盘绕至线鼓或从线鼓展开的位置，以及一种包括该绞盘的自主移动设备。

技术方案

为解决上述问题，本发明的一个方面为绞盘，可以包括：驱动电机；驱动轴，配置为通过从驱动电机传递来的驱动力旋转；线鼓，其以这样的方式装在驱动轴上，即，使得线鼓由驱动轴旋转并可沿驱动轴移动，线鼓的长度方向的端部的外圆周面上形成有第一螺旋部；以及引导部，其设置为与驱动轴平行并具有形成在与驱动轴面对的侧部上的第二螺旋部，沿驱动轴的纵向延伸的第二螺旋部与第一螺旋部啮合。线鼓能以这样的方式沿引导部移动，即，使得线鼓旋转一次而盘绕或展开的缆线长度是恒定的。

当线鼓沿引导部移动时，缆线能够在引导部的长度方向的预定位置开始盘绕至线鼓或从线鼓展开。

绞盘中形成有缆线出口，缆线出口面向与引导部的长度方向垂直的方向，且当线鼓沿引导部移动时，缆线可在缆线出口的中间位置开始被盘绕至线鼓或从线鼓展开。

绞盘还可包括设置在线鼓和缆线出口之间的支承辊，支承辊被配置为以这样的方式支撑通过缆线出口的缆线，即，使得缆线通过缆线出口的中间位置。

绞盘还可包括辅助辊，设置成以这样的方式接触或邻近支承辊的外圆周端，即，防止由支承辊支撑的缆线脱离支承辊，且辅助辊的旋转轴线平行于支承辊的旋转轴线。

绞盘还可包括设置为邻近支承辊的测压元件，以测量由支承辊支撑的缆线的张紧状况。

驱动轴可以是滚珠花键轴，具有沿驱动轴的长度方向延伸的凹槽，并且线鼓内形成有具有嵌入在凹槽内的滚珠的滚珠花键螺母。

线鼓的第一螺旋部形成线鼓的长度方向的两个端部。

绞盘还可包括：第一编码器，安装于驱动电机，用以测量驱动电机的旋转量；

第二编码器，安装在驱动轴的端部，用以测量线鼓的旋转量；及控制器，配置为接收第一编码器测得的驱动电机的旋转量和第二编码器测得的线鼓的旋转量，如果测得的线鼓旋转量与测得的驱动电机旋转量的比值与预定值之间有差异，控制器旋转驱动电机以通过额外地旋转线鼓来补偿该差异。

线鼓可包括导槽，导槽以这样的方式螺旋状地在线鼓的外圆周面上连续形成，即，使得盘绕在线鼓上的缆线以对齐方式盘绕在线鼓上。

绞盘还可包括夹送辊，设置为与驱动轴平行，并配置为朝向线鼓的中心下压盘绕在线鼓上的缆线。

本发明的另一方面是一种在预定的工作空间内可移动的自主移动设备。自主移动设备包括：放在工作空间内的移动平台；安装于移动平台的权利要求1至8任一项的绞盘；以及缆线，缆线的一端连接于界定工作空间的支撑结构，另一端连接于绞盘。

有益效果

根据本发明的一个方面，通过使线鼓旋转并沿引导部移动，从而使缆线对齐，以有序地盘绕至线鼓或从线鼓展开，能够精确的控制线鼓每旋转1次而盘绕或展开的缆线的长度。

此外，由于绞盘的线鼓旋转且沿引导部移动，当盘绕或展开缆线时，收放缆线的位置不变。

此外，通过使用测量电机旋转量的第一编码器和测量线鼓旋转量的第二编码器来控制驱动电机，可以精确控制缆线的长度。

根据本发明另一方面，包括可以精确地控制盘绕或展开缆线长度的绞盘的自主移动设备可以在工作空间内精确地移动至所需的位置。

附图说明

图1简单地显示一个自主移动设备，包括按照本发明实施例的绞盘。

图2是从后方观看根据本发明实施例的绞盘的透视图。

图3是沿图2“I-I”线的剖视图。

图4是沿图3“II-II”线的剖视图。

图5是根据本发明实施例的绞盘俯视图。

图6是根据本发明实施例的绞盘的运行状态俯视图。

图7示出了根据本发明实施例的绞盘的第一编码器，第二编码器，控制器和驱动电机的关系。

具体实施方式

以下将参考附图对本发明实施例作详细介绍。相同或者相应的部件将用相同的附图标记表示，对它们不再赘述。

图1简单地示出了自主移动设备100，包括根据本发明实施例的绞盘。自主移动设备100在预定的工作空间107中，如船体板内，自由移动。

参见图1，自主移动设备100包括移动平台105、绞盘110和缆线92。移动平台105置于工作空间107内并在该工作空间内移动。工作设备106沿移动平台105的纵向可移动地安装在该移动平台上侧，它可以执行任务，如焊接、切割和涂布。此外，可将能执行如喷砂和回收砂粒的工作设备可移动地沿移动平台105的纵向安装在下侧。

多个绞盘110安装在移动平台105中。缆线92的一端与界定工作空间107的支撑结构108连接，绞盘110连接缆线92的另一端。在这里，界定工作空间的支撑结构是指，例如，区隔船体板的隔墙，本发明实施例可以有各种其他形式的支撑结构。

如上所述配置的自主移动设备100以这样的方式运行，随着绞盘110被用于盘绕或展开与绞盘110连接的缆线92，移动平台105可以在工作空间107的内部自由移动。

在这里，根据本发明实施例的绞盘110配置为能够精确地控制盘绕或展开的缆线92的长度。因此，自主移动设备100用于使移动平台105精确移动到工作空间107的所需位置。

以下对根据本发明实施例的绞盘作详细说明。图2是从后方观察根据本发明实施例的绞盘的透视图。图3是沿图2“I-I”线的剖视图。图4是沿图3“II-II”线的剖视图。图5是根据本发明实施例的绞盘的俯视图。

参见图2，根据本发明实施例的绞盘包括驱动电机10、驱动轴30、线鼓50和引导部70。

驱动电机10提供了用于旋转驱动轴的驱动力，这将在后面介绍。参见图2，驱动电机10与减速器12和电机制动器14联接。不过，与驱动电机10连接的减速器和电机制动器可以选择性地应用。

驱动电机10安装在支撑框架20中。在目前的实施例中，作为用于支撑如驱动电机10之类部件的支撑装置，支撑框架安装于移动平台105。通过接收驱动电机10的驱动力而旋转的驱动轴30安装于支撑框架。

电机齿轮18安装在驱动电机10的一端部，以将驱动电机10的驱动力传递至驱动轴30和安装在驱动轴30一端部的鼓齿轮38，该鼓齿轮与电机齿轮18啮合。

参见图2，线鼓50安装在驱动轴30上。线鼓50配置为盘绕缆线92，其形成为圆筒状。本实施例中，缆线鼓50这样安装在驱动轴上，使得线鼓50由驱动轴30旋转且可以沿驱动轴30方向移动。

对于本实施例，如图3和4所示，驱动轴30是滚珠花键轴，在其中凹槽34在其纵向延伸，并且线鼓50内可形成具有嵌入凹槽34内的滚珠54的滚珠花键螺母52。

在这里，如图4中可以看到，驱动轴30旋转时滚珠54陷于凹槽34。因此，包括滚珠花键螺母52的线鼓50可随驱动轴30旋转。

此外，如在图3可以看到，滚珠54在驱动轴30的长度方向沿槽34滚动。因此，包括滚珠花键螺母52的线鼓50可在驱动轴30的长度方向移动。

虽然在本实施例中，驱动轴是滚珠花键轴且滚珠花键螺母形成在线鼓内部以使线鼓由驱动轴旋转并沿驱动轴移动，这只是示例，可以有线鼓由驱动轴旋转并沿驱动轴移动的各种机构。

本实施例的线鼓50具有形成在其两个纵向端的外圆周面上的第一螺旋部56。第一螺旋部56与形成在引导部70上的第二螺旋部76啮合，这将在后面介绍。

然而，第一螺旋部56不必形成在线鼓50的两端，可以形成线鼓50的一端。

参见图3，线鼓50具有导槽58，其螺旋地连续形成在与盘绕在线鼓50上的线92接触的外圆周表面上。当线鼓50以绕线方向旋转并沿所述引导部移动时，导槽58将待盘绕于线鼓50的缆线以对齐方式引导到线鼓50上。

本实施例还包括一个夹送辊90，其设置成与驱动轴30平行。参见图5，夹送辊90安装于支撑框架20。夹送辊90朝线鼓50的中心下压盘绕至线鼓50的缆线92。

参见图2和3，平行于驱动轴30的引导部70形成在驱动轴30的对面侧。引导部70与支撑框架形成为一体，但也可以分开制作和设置。

引导部70具有位于与驱动轴30的面对的侧部(lateral side)上的第二螺旋部76，其沿驱动轴30的纵向延伸。参见图3，第二个螺旋部76与第一螺旋部56啮合。因此，线鼓50在旋转时可沿引导部70移动。

因此，线鼓50以这样的方式旋转并沿引导部70移动，即缆线92可以被整齐地缠绕在线鼓50上或从线鼓50有序地展开缆线92。因此，线鼓50每次旋转而盘绕或展开的缆线长度变为恒定。

在这种情况下，形成在第一和第二螺旋部56和76上的螺纹具有固定节距。这意味着，线鼓50每作一次完整的旋转，线鼓50沿引导部90移动的距离保持不变。

因此，当缆线鼓50沿引导部70移动时，缆线92在引导部70纵向方向的预定位置开始被盘绕至线鼓或从线鼓展开。

如图2所示，根据本实施例的绞盘110中形成有缆线出口21，其朝向与引导部70的纵向垂直的方向。缆线出口21是通过对支撑框架20的一部分进行加工形成的。

正如图3中可以看出，根据本实施例的绞盘110被操作为，当线鼓50沿引导部70移动时，使得缆线92可在所述缆线出口的中间位置(M)处开始盘绕至线鼓50或从线鼓50展开。

在这里，缆线出口的中间位置是指通过缆线出口中心且与所述引导部的纵向垂直的平面与所述引导部相遇的位置，并在图3以“M”示出。

在本实施例，绞盘110还包括支承辊96，其设置在缆线出口21和线鼓50之间。支承辊96支撑缆线92经过缆线出口21。支承辊96可旋转地安装在辊支撑部95中，并且辊支撑部95的一端部安装在支撑框架20上。

在本实施例，绞盘110还包括辅助辊97，其旋转轴线平行于支承辊96的旋转轴线。辅助辊97防止由支承辊96支撑的缆线92脱离支承辊96。辅助辊97设置成与支承辊96的外周面的端部接触或接近，并可旋转地安装在辊支撑部95上。

参见图5，本实施例的绞盘110还包括靠近支承辊95设置的测压元件91。测压元件91用于测量支承辊96支撑的缆线92张紧状况，测压元件91安装在其上安装有支承辊96的辊支撑部95的端部上。

支承辊96支持的缆线一旦紧张，支承辊96向测压元件91提供负载，在这种情况下，可以通过提供至测压元件91的负载来测量缆线的紧张状况。

图6是根据本发明实施例的绞盘的运行状态的俯视图。在下文中，根据本发明实施例的绞盘运行将参考图2、5和6来描述。

首先参见图2和5，当线鼓50由驱动电机10按展开缆线的方向旋转时，因为形成在线鼓50两端部的第一螺旋部56与形成在引导部70的侧部上的第二螺旋部76啮合，线鼓50开始向驱动轴30的右侧方向移动。

在这种情况下，缆线鼓50向驱动轴30右侧移动的同时，盘绕在线鼓50上的缆线从线鼓50有序地展开。

从线鼓50展开的缆线92由支承辊96支撑，并通过缆线出口21传输到外面。

之后，线鼓50沿驱动轴10移动到如图6所示的位置。在这里，如果缆线被不断地展开，驱动电机10在同一方向持续旋转，并使线鼓50旋转。因此，线鼓50继续向右侧移动，不断地有序展开缆线92。

但是，如果需要盘绕缆线92，驱动电机10以相反的方向旋转，并因此线鼓50向驱动轴10的左侧移动。在这种情况下，线鼓驱动轴30向左侧移动的同时，输送至绞盘外的缆线92有序地盘绕至线鼓50上。

在这里，操作本实施例的110绞盘，缆线92在缆线出口21的中间位置(M)盘绕至线鼓50或从线鼓展开，该中间位置为在引导部70长度方向的预定位置。因此，本实施例的绞盘110可以在盘绕或展开缆线时保持输送缆线的位置不变。

此外，在本实施例，绞盘110这样操作，使得线鼓50每旋转一次，盘绕至线鼓50或从线鼓50展开的缆线长度不变。因此，根据本发明实施例的绞盘可以精确控制盘绕至线鼓50或从线鼓50展开的缆线长度。

在本实施例，线鼓50作一次完整的旋转时，被盘绕或展开的缆线长度是相同的。因此，可预定线鼓50的旋转量，以盘绕或展开特定长度的缆线。

将动力传输至线鼓50的驱动电机10通过齿轮连接至旋转线鼓50的驱动轴30。在这里，通过连接驱动轴30与驱动电机10的齿轮之间的齿数比，得以预先确定驱动电机10每旋转一次的线鼓50旋转量。

考虑到上述情况，用于盘绕或展开特定长度的缆线的线鼓50旋转量与驱动电机10旋转量的比例在设计绞盘过程中预先确定。例如，如果绞盘的设计是这样，即驱动电机10旋转100次，线鼓50旋转10次以盘绕缆线5米，线鼓50旋转量与驱动电机10旋转量的比例预定为10/100(即1/10)。

然而，由于制造误差，或者是因为连接驱动电机与驱动轴的齿轮在使用绞盘过程中的磨损，在制造绞盘的过程中线鼓旋转量与驱动电机旋转量的比例可能不同于该预定值。

为了解决这个问题，根据本发明实施例的绞盘还包括两个编码器和控制器。图7示出了根据本发明实施例的绞盘的第一编码器16，第二编码器86和控制器80的关系。

更具体地，参见图2和7，驱动电机10装有第一编码器16以测量驱动电机10的旋转量，且驱动轴30的另一端安装有第二编码器86用于测量与驱动轴30一起旋转的线鼓50的旋转量。

控制器80可安装在支撑框架20，并设置为邻近第一编码器16和第二编码器86，但也可与支撑框架20分开，并与第一编码器16和第二编码器86远程设置。此外，控制器80可以有线或无线连接第一编码器16和第二编码器86。

这样，例如，驱动电机10运行使线鼓50旋转以盘绕或展开特定长度的缆线，控制器80接受来自第一编码器16的驱动电机10的旋转量数据，并从第二编码器86接收线鼓50的旋转量数据。

然后，控制器80将第二编码器86与第一编码器16的测量值的比值与所述预定值作比较。如果测量值的比值和所述预定值之间有的差值，控制器80使驱动电机10额外地旋转来旋转线鼓50，以补偿差值。

例如，假设根据本发明实施例的绞盘设计为驱动电机10旋转100次线鼓50旋转10次以盘绕5米缆线，线鼓50旋转量与驱动电机10旋转量的比值预定为10/100。

在这里，如果驱动电机10旋转100次以盘绕缆线5米，第一编码器16的测量值为100次。在这里，如果第二编码器测得的线鼓50的旋转量为9.5次，第一编码器16和第二编码器86的测量值的比值变成9.5/100。

这样，当测量值的比值和预定值之间有差异，控制器80旋转驱动电机10以使线鼓50多旋转半圈以补偿差异。

因此，根据本发明实施例的线鼓50可以通过初始旋转9.5次后额外旋转0.5次来共旋转10次，以盘绕原定的5米长度的缆线。

这样，根据本发明实施例的绞盘，由驱动电机初始旋转的线鼓旋转量不足的情况下，可额外地运行驱动电机以额外地旋转线鼓，以实现盘绕或展开特定长度缆线的目的。因此，可以盘绕或展开原定的缆线长度，使得能够精确控制缆线的长度。

此外，包括可以精确地控制盘绕或展开缆线长度的绞盘的自主移动设备可以在工作空间内精确地移动至所需的位置。

虽然已描述了本发明实施例，本发明的技术思想不限于本文介绍的实施例，在相同的技术思想的范围内通过补充、修改、删除和添加本发明元素，普通技术人员可以有另外的实施例，这样的实施例也应包括在本发明的技术思路范围内。

Claims (12)

1.一种绞盘，包括：

驱动电机；

驱动轴，配置为通过从驱动电机传递来的驱动力旋转；

线鼓，其以这样的方式装在驱动轴上，即，使得线鼓由驱动轴旋转并沿驱动轴可移动，线鼓的长度方向的端部的外圆周面上形成有第一螺旋部；以及

引导部，其设置为与驱动轴平行并具有形成在与驱动轴面对的侧部上的第二螺旋部，沿驱动轴的长度方向延伸的第二螺旋部与第一螺旋部啮合，

其中线鼓以这样的方式沿引导部移动，即，使得线鼓旋转一次而盘绕或展开的缆线长度是恒定的。

2.权利要求1所述的绞盘，其中当线鼓沿引导部移动时，缆线在引导部的长度方向的预定位置开始盘绕至线鼓或从线鼓展开。

3.权利要求2所述的绞盘，其中绞盘中形成有缆线出口，缆线出口朝向与引导部的长度方向垂直的方向，且

其中当线鼓沿引导部移动时，缆线在缆线出口的中间位置开始盘绕至线鼓或从线鼓展开。

4.权利要求3所述的绞盘，还包括设置在线鼓和缆线出口之间的支承辊，支承辊被配置为以这样的方式支撑通过缆线出口的缆线，即，使得缆线通过缆线出口的中间位置。

5.权利要求4所述的绞盘，还包括辅助辊，辅助辊设置成以这样的方式接触或邻近支承辊的外圆周端，即，防止由支承辊支撑的缆线脱离支承辊，且辅助辊的旋转轴线平行于支承辊的旋转轴线。

6.权利要求4所述的绞盘，还包括设置为邻近支承辊的测压元件，以测量由支承辊支撑的缆线的张紧状况。

7.权利要求1所述的绞盘，其中，驱动轴是滚珠花键轴，具有沿驱动轴的长度方向延伸的凹槽，并且

其中线鼓内形成有具有嵌入在凹槽内的滚珠的滚珠花键螺母。

8.权利要求1所述绞盘，其中线鼓的第一螺旋部形成在线鼓的长度方向的两个端部上。

9.权利要求1至8任一项所述的绞盘，还包括：

第一编码器，安装于驱动电机，用以测量驱动电机的旋转量；

第二编码器，安装在驱动轴的端部，用以测量线鼓的旋转量；及

控制器，配置为接收第一编码器测得的驱动电机的旋转量和第二编码器测得的线鼓的旋转量，如果测得的线鼓旋转量与测得的驱动电机旋转量的比值与预定值之间有差异，控制器旋转驱动电机以通过额外地旋转线鼓来补偿该差异。

10.权利要求9所述的绞盘，其中线鼓包括导槽，导槽以这样的方式螺旋状地在线鼓的外圆周面上连续形成，即，使得盘绕在线鼓上的缆线以对齐方式盘绕在线鼓上。

11.权利要求10所述的绞盘，还包括夹送辊，设置为与驱动轴平行，并配置为朝向线鼓的中心下压盘绕在线鼓上的缆线。

12.一种在预定的工作空间内可移动的自主移动设备，自主移动设备包括：

放在工作空间内的移动平台；

安装于移动平台的权利要求1至8任一项的绞盘；及

缆线，其一端连接于界定工作空间的支撑结构，另一端连接于绞盘。

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