CN102691427B

CN102691427B - 一种防护与检测漂浮电缆缠绕的方法

Info

Publication number: CN102691427B
Application number: CN201210192190.2A
Authority: CN
Inventors: 万长明; 傅丹; 徐肇松
Original assignee: HANGZHOU GAOYUE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU GAOYUE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: CN102691427A

Abstract

本发明公开了一种防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其包括如下步骤：1）预防漂浮电缆缠绕打结步骤；其包括如下：当自动清洗机器人向所述自动清洗机器人上设置的电缆卷筒装置的电机控制器发送前进或后退信号时，自动清洗机器人上设置的电缆卷筒装置收到相应的信号后控制电缆卷筒装置的直流电机转动，以保持和自动清洗机器人端对漂浮电缆的收放一致；2）检测漂浮电缆缠绕打结步骤。本发明采用岸边电源盒供电，自动清洗机器人工作时间和电源容量不受限制，既省去了采用漂浮电源需多次人工反复充放电的麻烦，又预防与检测了漂浮电缆缠绕打结。

Description

一种防护与检测漂浮电缆缠绕的方法

技术领域

本发明涉及一种游泳池自动清洗机器人，特别涉及一种防护与检测游泳池用的自动清洗机器人中的漂浮电缆缠绕的方法。

背景技术

一般希望泳池自动清洗机器人（以下简称自动清洗机）在清理游泳池底部和侧壁脏污的过程中自动工作，人工干预尽可能少。由于自动清洗机不间断的移动，一般采用的电源供电方案是在泳池岸边配置电源控制盒，由漂浮电缆连接电源控制盒和自动清洗机，为自动清洗机提供电源，示意图如图1所示。但是，采用漂浮电缆供电带来的一个问题是自动清洗机在工作过程中容易导致漂浮电缆缠绕打结，而如何防护与检测此问题，是决定自动清洗机能否高效的自动清洗游泳池的重要内容。

公开号是CN 101481957A的发明专利采用的就是漂浮电缆供电方案。但是，该发明并没有涉及如何确保漂浮电缆尽可能不缠绕打结，其弊端是漂浮电缆很容易被缠绕，导致常常需要依靠人工检查漂浮电缆是否被缠绕。一旦发现漂浮电缆被缠绕，则手动停止当前的作业流程，人工解开漂浮电缆缠绕打结后，重新启动自动清洗机继续工作。这种泳池清洗方法严重降低了工作效率，大幅度降低了自动清洗机自动工作而不需要人工干预的设计目标。

为解决漂浮电缆缠绕打结问题，公开号是CN 101725263 A的发明专利提出了一种采用可充电漂浮电源而不采用漂浮电缆连接岸边电源控制盒的解决方案。但是，该方法存在以下弊端：一是可充电漂浮电源仍然需要采用脐带电缆和自动清洗机连接，该发明没有涉及如何避免脐带电缆缠绕打结的方法，所以并没有从根本上解决脐带电缆缠绕打结问题；二是可充电漂浮电源的充电容量一般比较低，充电时间一般不少于4小时，充满后的工作时间一般在1~4个小时，清洗面积较大的泳池需要反复充电多次，但自动清洗机又不能在泳池水中自动充电，导致一方面清洗泳池的时间很长，另一方面还需要人工多次反复充电，使用者对自动清洗机的自动工作能力的体验大幅度下降；三是目前可充电漂浮电源的成本比较高，提高了自动清洗机的单机成本，不利于用户接受；四是可充电漂浮电源需要完全密封防水，对漂浮电源的密封防水结构提出了更高的要求；五是可充电漂浮电源中的电池在机器报废时不利于环保。

发明内容

基于现有技术的缺陷，本发明使用漂浮电缆连接岸边电源控制盒为自动清洗机供电的方案，提出一种预防漂浮电缆缠绕打结的方法，一种检测漂浮电缆缠绕打结的方法和一种发现漂浮电缆缠绕打结的报警方法。

为解决上述问题，本发明提出的预防漂浮电缆缠绕打结的方法如下：

一种防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其包括如下步骤：

1）预防漂浮电缆缠绕打结；其包括如下：

当自动清洗机器人向所述自动清洗机器人上设置的电缆卷筒装置的电机控制器发送前进或后退信号时，自动清洗机器人上设置的电缆卷筒装置收到相应的信号后控制电缆卷筒装置的直流电机转动，以保持和自动清洗机器人端对漂浮电缆的收放一致；

2）检测漂浮电缆缠绕打结步骤，其包括如下：

同时检测自动清洗机器人行走转矩和电缆卷筒装置端的转矩，由于直流电机的转矩和工作电流成正比，采用检测工作电流来代替检测转矩，直流电机平均电流的计算公式为：

，

其中，

(t)为直流电机在t时刻的电流采样值，P是检测电流平均值的时间长度；

对于当前时刻检测到的自动清洗机器人端的滤波电流值

和平均电流值IM，如果，则置条件1为真，否则置条件1为假；对于当前时刻检测到的电缆卷筒装置端的滤波电流值

和平均电流值IM，如果

，则置条件2为真，否则置条件2为假；其中的范围为1.2~1.8；

如果条件1或条件2任何一个值为真时，通过漂浮电缆中设置的通信线，同时向自动清洗机器人和卷筒装置的直流电机控制器发出漂浮电缆缠绕打结的报警信息，并立即关闭自动清洗机器人的行走电机和电缆卷筒装置端的直流电机，延时切断电源盒电源；

如果条件1和条件2不为真，检测行走直流电机的电流和电缆卷筒装置直流电机的电流，直到自动清洗机器人碰到池壁，改变行走电机和电缆卷筒装置电机的转动方向。

本发明的另一方面，所述飘浮电缆的比重为0.98~1.005。

本发明的另一方面，所述自动清洗机器人是无钩状物体，呈圆弧形。

本发明的另一方面，所述自动清洗机器人的重心高度低于自动清洗机器人高度的四分之一。

本发明的另一方面，所述自动清洗机器人出线口在自动清洗机器人的最高点且位于俯视自动清洗机器人平面图形的中心位置处。

本发明的另一方面，在所述电源控制盒处安装一能卷起漂浮电缆的电缆卷筒装置，其中所述电缆卷筒装置由电机控制器、24VDC直流电机、卷轴、支架组成，所述直流电机和卷轴同轴连接，由电机控制器控制直流电机带动卷轴正向或反向转动，所述直流电机控制卷轴卷所述漂浮电缆的力矩和转动方向，当自动清洗机器人工作时，如果离电源盒的位置越来越远，卷轴缓慢的释放漂浮电缆，以此使漂浮电缆不发生弯曲松弛。

本发明的另一方面，所述预防漂浮电缆缠绕打结还包括如下：当自动清洗机器人离电源盒越来越远时，采用正向向前行走模式；当自动清洗机器人离电源盒越来越近时，采用反向倒退行走模式；所述漂浮电缆始终位于水下端和岸上端之间以防止漂浮电缆缠绕打结。

本发明的另一方面，其中所述判断条件中的

是当前时刻和之前的N次电流采样值的滤波值，N的范围为4~16，采用权重乘积累加和的滤波方法，计算公式为

=

Figure 2012101921902100002DEST_PATH_IMAGE006

，且，公式中的w(i)为滤波权重，w(i)的值范围为0.0~1.0。

优选地，所述

取1.6。

优选地，所述延时的时间为10S

为避免漂浮电缆尽可能不缠绕打结，本发明从自动清洗机的结构设计和电子控制两个方面提出了一种综合解决方法，具体如下：

（1）在结构设计上，采用了以下方法：

在自动清洗机本体和漂浮电缆出线设计上，遵循两个原则：一是自动清洗机不会钩住漂浮电缆，二是漂浮电缆尽可能远离自动清洗机本体。自动清洗机钩住或缠住漂浮电缆是造成漂浮电缆缠绕打结的第一个重要原因。在此原则基础上，自动清洗机设计成没有能缠住漂浮电缆的构状结构，将漂浮电缆的出线孔设计在自动清洗机的最高点且位于俯视自动清洗机平面的中心位置处，这样可以最大限度的保证漂浮电缆不和自动清洗机的其它部位接触，有效地避免了漂浮电缆和自动清洗机本体缠绕在一起。为了防止自动清洗机在池底倾倒而导致漂浮电缆缠绕打结，在结构设计时应尽可能将自动清洗机的重心高度放低，一般要求自动清洗机的重心高度低于自动清洗机高度的四分之一。

漂浮电缆能正常漂浮在水面上，又不应对自动清洗机本体产生额外的浮力干扰。否则，此因素是造成漂浮电缆缠绕打结的第二个重要原因。选择飘浮电缆时，漂浮电缆的比重和水的比重接近且稍微小一些，将飘浮电缆的比重定在0.98~1.005，有利于飘浮电缆能浮在水面上，漂浮电缆产生的额外浮力对自动清洗机的干扰又很小。

自动清洗机在行走过程中，漂浮电缆过度松弛是造成漂浮电缆缠绕打结的第三个重要原因。为避免漂浮电缆松弛散落在泳池水面上，在岸边的电源盒处装有一个能卷起漂浮电缆的电缆卷筒装置。

（2）在电子控制上，采用了以下控制方法：

本发明所述的电子控制方法包括两部分：一部分是在水下端自动清洗机上进行电子控制，另一部分是在岸上端的电机控制器上进行电子控制。

本发明的有益效果为：

（1）本发明采用岸边电源盒供电，自动清洗机工作时间和电源容量不受限制，省去了采用漂浮电源需多次人工反复充放电的麻烦。

（2）本发明避免了漂浮电缆缠绕打结，保障了自动清洗机完全在自动状态下工作，需要人工干预的几率大幅度下降了，将工作人员从长时间监视设备工作的疲劳中解放出来，真正实现无人值守的全自动工作的目标。

（3）一旦检测到漂浮电缆缠绕打结，立即发出报警信息，方便使用者手动干预。

（4）未使用对环境污染程度高的可充电电池，设备更环保。

附图说明

下面结合附图和较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术的采用漂浮电缆连接自动清洗机和电源控制盒。

图2是本发明漂浮电缆出线口示意图。

图3是本发明电缆卷筒装置示意图。

图4是本发明自动清洗机往返重复行走路径示意图。

图5是本发明漂浮电缆应该出现的位置示意图。

图5-1 是本发明漂浮电缆不应该出现的位置示意图。

图6是本发明漂浮电缆缠绕打结检测方法工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图2所示，本发明装置包括自动清洗机1、漂浮电缆2和电源控制器3，以及电缆卷筒装置4。

自动清洗机1由圆弧状的主体结构和出线把手两部分组成。

其中电缆卷筒装置4由电机控制器5、24VDC直流电机6、卷轴7、支架8组成，所述直流电机6和卷轴7同轴连接，由电机控制器5控制直流电机6带动卷轴7正向或反向转动，所述直流电机6控制卷轴7卷所述漂浮电缆2的力矩和转动方向，当自动清洗机1工作时，如果离电源盒的位置越来越远，卷轴缓慢的释放漂浮电缆2，以此使漂浮电缆2不发生弯曲松弛。

其中漂浮电缆2连接自动清洗机1和电源控制器3，通过岸上的电源控制器3为自动清洗机1提供24VDC/6A左右的安全工作电源，同时还为自动清洗机1和电机控制器5传输控制信号。漂浮电缆2从把手的正中间的预留孔处穿出。

这种自动清洗机1结构符合本发明所述的结构设计原则，可以确保自动清洗机1本体不会在工作过程中钩住漂浮电缆2，也能确保漂浮电缆2在任何时候都尽可能远离自动清洗机1本体结构。

本发明自动清洗机1设计成没有能缠住漂浮电缆2的构状结构，将漂浮电缆的出线孔9设计在自动清洗机1的最高点且位于俯视自动清洗机平面的中心位置处，如图2所示。这样可以最大限度的保证漂浮电缆不和自动清洗机其它部位接触，有效地避免了漂浮电缆和自动清洗机本体缠绕在一起。为了防止自动清洗机在池底倾倒而导致漂浮电缆缠绕打结，在结构设计时应尽可能将自动清洗机的重心高度放低，一般要求自动清洗机的重心高度低于自动清洗机高度的四分之一。

为了使自动清洗机1机的重心高度尽可能低，将电机控制盒、吸污盒、行走电机和吸污电机等重量较大的结构尽可能放置在自动清洗机1本体结构内部偏低的位置。

选用的漂浮电缆2，除了符合传输24VDC/6A以上的电源、传输控制信号、连接强度高、柔软易卷绕在电缆卷筒上这四项要求外，还需要严格计算漂浮电缆2的密度。本发明选择漂浮电缆2的密度范围为0.985~1.000。

自动清洗机1行走路径不当，是造成漂浮电缆缠绕打结的第四个重要原因。为避免此问题，在自动清洗机1端上进行电子控制来控制自动清洗机的行走路径，本发明采用的是一种自动清洗机1重复往返行走路径的方法，示意图如图4所示。当自动清洗机1离电源盒越来越远时，采用正向向前行走模式，相反，采用反向倒退行走模式。这种自动清洗机1的行走路径控制方法，可以保证自动清洗机1不掉头转向，漂浮电缆始终位于水下端和岸上端之间，从而防止漂浮电缆缠绕打结。这种行走路径控制方法保证漂浮电缆的位置如示意图5所示，而不会出现如示意图5-1所示的情况。

结构设计和电子控制两者结合在一起，消除造成漂浮电缆2缠绕打结的四个重要因素后，能大幅度降低漂浮电缆在工作过程中发生的缠绕打结现象。偶尔出现漂浮电缆缠绕打结，可通过本发明提出的漂浮电缆2缠绕检测方法进行检测并报警。

本发明提出的漂浮电缆缠绕打结检测方法如下：

在漂浮电缆中配置一根信号传输线，供自动清洗机1和电缆卷筒装置4的控制电路进行通信。当自动清洗机1由其它状态转为开始前进时，向电缆卷筒装置4的电机控制器发送前进信号，当自动清洗机1由其它状态转为开始后退时，向电缆卷筒装置端电机控制器发送后退信号。电缆卷筒装置端电机控制器收到相应的信号后控制卷筒装置的直流电机的转动方向，以保持和自动清洗机1端对漂浮电缆的收放需要一致，即自动清洗机1需要漂浮电缆变长时，则电缆卷筒装置端同步释放漂浮电缆，否则回收漂浮电缆。

首先检测自动清洗机1在池底行走时的平均转矩。由于直流电机的转矩和工作电流成正比，所以采用检测平均工作电流来代替检测平均转矩。平均电流的计算公式为：

，

其中，

(t)为自动清洗机1在t时刻的电流采样值，P是检测电流平均值的时间场合，可以根据实验取合理的固定值，比如10min，也可以根据自动清洗机1的工作周期取变化的值，比如可以取P为往返行走若干次所消耗的时间。电流采样周期设置为T。

对于当前时刻检测到的滤波电流值

和IM，如果

，则置条件1为真，否则置条件1为假。判断条件中的是一个事先设置的阈值，可以根据实验反复测试选择，确保条件1应该为真而判断为假和应该为假而判断为真的可能性尽可能小，

的范围一般在1.2~1.8。判断条件中的

是当前时刻和之前的N次电流采样值的滤波值，N一般在4~16之间，采用权重乘积累加和的滤波方法，计算公式为

=

，且

，公式中的w(i)为滤波权重，值范围为0.0~1.0，可以根据情况需要调整w(i)，以反映不同时刻的采样电流值的重要程度。

其次，检测电缆卷筒装置4的直流电机端的旋转力矩。同样可按以上相同的原理获得电缆卷筒装置端的判断条件2。

如果条件1或条件2任何一个值为真，则通过漂浮电缆中设置的通信线，同时向自动清洗机1和卷筒装置的直流电机控制器发出漂浮电缆缠绕打结的报警信息，并立即关闭自动清洗机1的行走电机和电缆卷筒装置端的直流电机，以确保水下和岸上两端不拉拽漂浮电缆。延时10秒后切断电源盒电源，通知使用者解决此问题。

本发明所述的漂浮电缆缠绕打结检测方法工作流程图如图6所示。可以将漂浮电缆缠绕打结分为两种类型：一种类型是漂浮电缆和自动清洗机1本体缠绕在一起，另外一种类型是漂浮电缆自身像一团乱线一样打结。

本发明按如下描述的工作步骤工作：

第一步：将自动清洗机1放入水下，打开所有设备的电源启动机器。

第二步：自动清洗机1向电缆卷筒装置4的电机控制器发送向前行走信号，自动清洗机1在向前行走的同时，电缆卷筒装置4的电机控制器控制电缆卷筒装置的直流电机释放漂浮电缆。

第三步：检测行走直流电机的当前滤波电流和平均工作电流和电缆卷筒装置4的直流电机的当前滤波电流和平均工作电流。直到自动清洗机1碰到池壁。

第四步：自动清洗机1向电缆卷筒装置4置的电机控制器发送后退信号，自动清洗机1在后退行走的同时，电缆卷筒装置4的电机控制器控制电缆卷筒装置的直流电机回收卷起漂浮电缆。

第五步：检测行走直流电机的当前滤波电流和平均工作电流和电缆卷筒装置4的直流电机的当前滤波电流和平均工作电流。直到自动清洗机1碰到池壁，再次改变行走电机和电缆卷筒装置4的直流电机的转动方向。

第六步：重复第二至第五步，直到检测到漂浮电缆2缠绕打结，立即关闭水下端的行走电机和岸上端的直流电机并发出10S的报警信号。

第七步：延时10秒后，关闭岸上端的电源控制器，水下和岸上端设备均被断电，等待人工解决该问题后，返回第一步。

在本发明实施例中，

取1.6，N取4，5个权重的取值如下：w(0)=0.125,w(1)=0.25,w(2)=0.25,w(3)=0.25,w(4)=0.125。

在本发明实施例中，自动清洗机1在游泳池中往返重复行走，有效地降低了出现类似图5-1所示现象的概率，对避免漂浮电缆缠绕打结起到重要作用。

在本发明实施例中，自动清洗机1和电缆卷筒装置的直流电机6是同步收放电缆的，保证漂浮在泳池水面上的漂浮电缆一般不发生卷曲现象，对防护漂浮电缆缠绕打结起到重要预防作用。

需要说明的是，本实施例只是本发明精神实质的一种，岸上设备也可以不使用电缆卷筒装置，而仅在自动清洗机1的结构设计和电子控制上采用本发明提出的解决方案，也能较好的预防漂浮电缆缠绕打结并能检测漂浮电缆是否发生了缆缠绕打结的现象，只是实施的效果不如采用本发明完整方案的效果好。所以利用本发明实质精神所做出的其它变种组合也应视为本发明的所涵盖的内容。

以上已对发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：其包括如下步骤：

1）预防漂浮电缆缠绕打结步骤，其包括如下：

2）检测漂浮电缆缠绕打结步骤，其包括如下：

Figure 2012101921902100001DEST_PATH_IMAGE002

，

其中，

对于当前时刻检测到的自动清洗机器人端的滤波电流值和平均电流值IM，如果

Figure 2012101921902100001DEST_PATH_IMAGE008

，则置条件1为真，否则置条件1为假；对于当前时刻检测到的电缆卷筒装置端的滤波电流值

和平均电流值IM，如果，则置条件2为真，否则置条件2为假；其中

的范围为1.2~1.8；

2.根据权利要求1所述的防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：所述飘浮电缆的比重为0.98~1.005。

3. 根据权利要求1所述的防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：所述自动清洗机器人是无钩状物体，呈圆弧形。

4. 根据权利要求1所述的防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：所述自动清洗机器人的重心高度低于自动清洗机器人高度的四分之一。

5. 根据权利要求1所述的防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：所述自动清洗机器人出线口在自动清洗机器人的最高点且位于俯视自动清洗机器人平面图形的中心位置处。

6. 根据权利要求1所述的防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：

在所述电源控制盒处安装一能卷起漂浮电缆的电缆卷筒装置，其中所述电缆卷筒装置由电机控制器、24VDC直流电机、卷轴、支架组成，所述直流电机和卷轴同轴连接，由电机控制器控制直流电机带动卷轴正向或反向转动，所述直流电机控制卷轴卷所述漂浮电缆的力矩和转动方向，当自动清洗机器人工作时，如果离电源盒的位置越来越远，卷轴缓慢的释放漂浮电缆，以此使漂浮电缆不发生弯曲松弛。

7. 根据权利要求1所述的防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：所述预防漂浮电缆缠绕打结还包括如下：当自动清洗机器人离电源盒越来越远时，采用正向向前行走模式；当自动清洗机器人离电源盒越来越近时，采用反向倒退行走模式；所述漂浮电缆始终位于水下端和岸上端之间以防止漂浮电缆缠绕打结。

8. 根据权利要求1所述的防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：其中所述判断条件中的

=

，且，公式中的w(i)为滤波权重，w(i)的值范围为0.0~1.0。

9. 根据权利要求1所述的防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：所述

取1.6。

10．根据权利要求1所述的防护与检测漂浮电缆缠绕的方法，其特征在于：所述延时的时间为10S。