CN111675024B - 多层均匀绕线的绕线装置及其控制系统与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层均匀绕线的绕线装置及其控制系统和控制方法，包括机架和依次安装在机架上的送线轮、布线器、线缆滚筒以及分别驱动送线轮、丝杆和线缆滚筒的送线轮电机、丝杆电机和线缆滚筒电机。本发明按照设定时序启动电机，并研究出适用于绕线装置的多电机速度匹配方法，能够使线缆排布更加有规律性、可靠性、可调节性，具有较高的控制精度，且本发明能够使线缆能够多层均匀排布，且排布整齐有序，增大绕线收放卷量，绕线效果稳定高效。

Description

多层均匀绕线的绕线装置及其控制系统与控制方法

技术领域

本发明涉及电缆自动绕线设备技术领域，尤其涉及一种多层均匀绕线的绕线装置及其控制系统与控制方法。

背景技术

在对某些无尘密闭腔体进行作业时，若在腔体内使用的线缆杂乱无章的散落在外部手孔处，容易相互打结交错，沾上灰尘杂物，具有一定的危险，此时需要有相应的装置来进行收纳和传递。现有的绕线装置一般采用绕辊及电机驱动进行缠绕，缠绕装置若没有针对绕线进行规律性排布，经常会出现线缆重叠、锁线的现象，需要松线后再进行缠绕，增加了绕线的时间和不确定性。现有的具有排布功能的绕线装置通常使用设计定型的机械结构，在此基础上对电机进行直接控制使其转动。也有使用控制器，如PLC或单片机控制，通常使用上述控制器对电机进行有逻辑性的控制，例如PID调速、远程控制、电机负载预警等功能。但是现有的绕线装置及其控制系统不能对线缆排布效果进行调节，通常整个装置体积较大，控制器占用空间也较大，且缠绕效果不稳定，没有反馈装置或者针对布线装置的控制算法或流程。

发明内容

本发明旨在针对上述现有绕线装置容易导致线缆重叠、锁线的问题，提供一种多层均匀绕线的绕线装置，能够实现多层均匀排布，且排布整齐有序，以达到较好的绕线效果。

本发明的另一目的旨在提供上述绕线装置的控制系统，能够精确控制各电机速度，从而精确确定绕线位置，达到绕线多层均匀排布的目的。

本发明的第三个目的旨在提供上述绕线装置的控制方法。

本发明提供的多层均匀绕线的绕线装置，用于线缆收线或放线，其包括机架和依次安装在机架上的送线轮、布线器和线缆滚筒，所述布线器包括安装在机架上的丝杆和通过布线滑块安装在丝杆上的布线轮，所述布线轮两侧对应的机架上还安装有用于限定布线器移动位置的光电开关传感器，所述绕线装置还包括分别驱动送线轮、丝杆和线缆滚筒的送线轮电机、丝杆电机、线缆滚筒电机以及用于控制送线轮电机、丝杆电机和线缆滚筒电机运转的控制系统；

收线时，送线轮电机、丝杆电机和线缆滚筒电机启动时序为先驱动送线轮电机，再驱动丝杆电机和线缆滚筒电机；

放线时，送线轮电机、丝杆电机和线缆滚筒电机启动时序为先驱动线缆滚筒电机，再驱动送线轮电机和丝杆电机。

上述多层均匀绕线的绕线装置，包括以下两种实现方式：

收线时，需要绕线的线缆依次穿过送线轮、布线轮，到达线缆滚筒，送线轮电机和线缆滚筒电机分别驱动送线轮和线缆滚筒转动，即带动线缆运动，而丝杆电机也为布线电机带动丝杆转动，使布线滑块在丝杆上进行往复运动，进而使线缆在线缆滚筒上缠绕的同时进行往复运动；而布线轮两侧对应的机架上安装的光电开关传感器，待布线器运动到光电开关传感器限位位置时，丝杆电机反向旋转，即带动布线滑块反向运动，开始进入下一层的线缆缠绕和排布，依次层层往复缠绕线缆；

放线时，线缆滚筒的线缆依次穿过布线轮、送线轮，由送线轮送到外面，送线轮电机和线缆滚筒电机分别驱动送线轮和线缆滚筒转动，即带动线缆运动，而丝杆电机也为布线电机带动丝杆转动，使布线滑块在丝杆上进行往复运动，进而使线缆在线缆滚筒上缠绕的同时进行往复运动；而布线轮两侧对应的机架上安装的光电开关传感器，待布线器运动到光电开关传感器限位位置时，丝杆电机反向旋转，即带动布线滑块反向运动，开始进入下一层的线缆缠绕和排布，依次层层往复放线。

进一步的，所述布线器还包括安装在机架上的光杆，所述布线滑块与光杆滑动连接、与丝杆螺纹驱动连接。

进一步的，所述布线滑块上还设置有光电触板，所述光电触板与光电开关传感器相对设置。

进一步的，所述绕线装置还包括安装在机架上的导向卡，所述导向卡位于送线轮与布线轮之间，所述线缆滚筒上还设置有线缆压线器。

本发明进一步提供了上述多层均匀绕线的绕线装置的控制系统，包括电机驱动模块组、光电信号采集模块以及分别与电机驱动模块和光电信号采集模块电性连接的主控模块；

所述电机驱动模块组用于控制送线轮电机、丝杆电机和线缆滚筒电机运转，并将采集的电机信号反馈给主控模块；

所述光电信号采集模块用于采集光电开关传感器发送的光电开关电信号，并将光电信号反馈给主控模块；

所述主控模块用于向电机驱动模块组发送电机运转指令，并依据来自电机驱动模块组和光电信号采集模块反馈的信号对各电机速度进行匹配调节。

优选的，所述主控模块板载MCU处理器和外部存储芯片；所述MCU处理器用于发送指令、并实现各电机速度匹配调节；所述外部存储芯片用于上电后恢复数据继续使用；所述主控模块还连接有外部控制器，用于实现人机交互。

进一步的，所述电机驱动模块组包括分别控制送线轮电机、丝杆电机和线缆滚筒电机的送线轮电机驱动模块、丝杆电机驱动模块和线缆滚筒电机驱动模块；所述光电信号采集模块与光电开关传感器信号连接，用于采集光电开关传感器的光电信号。

进一步的，所述主控模块、送线轮电机驱动模块、丝杆电机驱动模块、线缆滚筒电机驱动模块和光电信号采集模块均挂载在CAN总线上进行通信连接。

本发明进一步提供了上述绕线装置的控制方法，使用上述控制系统按照以下步骤进行：

S1接收运动指令，主控模块接收驱动电机的运动指令；

S2按时序启动对应电机，主控模块按照设定的电机启动顺序，将各电机启动指令发送到电机驱动模块组，启动各电机；

S3速度匹配调节，主控模块依据电机驱动模块组和光电信号采集模块反馈的信号，对各电机速度进行匹配，得到满足设定要求的各电机匹配速度；

S4多电机执行运动，主控模块将步骤S3得到的各电机匹配速度发送到电机驱动模块组，驱动各电机运转；

S5判断线缆极限长度，若未达到线缆极限长度，则返回步骤S3；若达到线缆极限长度，主控模块控制电机停止运转或接受新的运动指令返回步骤S2。

所述电机驱动模块组反馈的电机信号包括用于驱动电机旋转的电流、电压信号和用于反馈布线器位置的位置反馈信号；所述光电信号采集装置反馈的光电开关电信号用于反映布线器是否到达机架上光电开关传感器限位位置；步骤S3速度匹配调节进一步包括以下分步骤：

S31电流、电压调节，主控模块将各电机驱动模块反馈的电流、电压信号与设定的电流标准值、电压标准值相比，调节超出电流、电压阈值范围的相应电机速度至满足设定要求；

S32判断布线器是否到达限位位置，主控模块根据光电信号采集装置反馈的光电开关电信号判断布线器是否到达限位位置，若布线器没有到达限位位置，进入步骤S33；若布线器到达限位位置，进入步骤S34；

S33多层速度匹配，主控模块导入布线器位于当前层时的各电机速度参数，并调节各电机速度至满足各电机速度比率，进入步骤S36；

S34布线器反向，主控模块将收线层数加1或放线层数减1，然后进入步骤S35；

S35多层速度匹配，主控模块导入布线器位于下一层线缆(收线时)或上一层线缆(放线时)的各电机速度参数，并调节各电机速度至满足各电机速度比率，进入步骤S36；

S36单层内速度匹配调节，主控模块依据反馈布线器位置的位置反馈信号，按照设定的衰减比率对丝杆电机速度进行调节，得到满足设定要求的各电机匹配速度。

本发明提供的多层均匀绕线的绕线装置及其控制系统与控制方法具有以下有益效果：

1).本发明的绕线装置结构简单，使线缆能够多层均匀排布，且排布整齐有序，线效果稳定高效；且由于通过紧密式设计，不仅使设计的绕线装置体积小、质量轻，而且能够具有较大的绕线量，尤其适用于无尘密闭腔体进行作业；

2).本发明的利用布线器与光电开关传感器相互配合能够达成多层线缆布线的要求；

3).本发明的绕线装置控制系统及控制方法，进行了多电机的速度匹配，使线缆排布更有规律性，可靠性，可调节性，控制精度高；

4).本发明的绕线装置控制系统整体电路占用空间小，采用总线式通信使得电路间信号线也较少，安装灵活可靠。

附图说明

图1为本发明绕线装置的立体结构视图；

图2为本发明绕线装置的立体结构另一视图；

图3为本发明绕线装置中线缆滚筒绕线时的结构示意图；

图4为本发明绕线装置控制系统的框架示意图；

图5为本发明绕线装置控制系统主控模块的设计框图；

图6为本发明绕线装置控制系统控制系统电源输出原理框图；

图7为本发明绕线装置控制方法流程示意图；

图8为本发明绕线装置控制方法中速度匹配调节步骤流程示意图；

图中：1、机架；2、送线轮；3、线缆滚筒；4、丝杆；5、布线滑块；6、布线轮；7、光电开关传感器；8、送线轮电机；9、丝杆电机；10、线缆滚筒电机；11、光杆；12、光电触板；13、导向卡；14、线缆压线器；15、主控模块；16、送线轮电机驱动模块；17、丝杆电机驱动模块；18、线缆滚筒电机驱动模块；19、光电信号采集模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据分析，现有的绕线布线装置的运动通常由同步轮机械结构决定，无法针对性调节；较多带布线功能的绕线装置只能均匀缠绕单层线缆，因此为了缠绕一定长度的线缆只能加长设备的横向长度；并且没有设计专用的微型控制器，使得占用空间也较大；也没有针对性研究绕线装置带布线装置的控制算法，没有合理地利用传感器信息。

实施例1

本实施例提供了一种多层均匀绕线的绕线装置，如图1-3所示，包括机架1和依次安装在机架1上的送线轮2、导线卡13、布线器、线缆滚筒3以及分别驱动送线轮2、布线器和线缆滚筒3的送线轮电机8、丝杆电机9和线缆滚筒电机10。布线器包括安装在机架1上的丝杆4和通过布线滑块5安装在丝杆4上的布线轮6。布线器还包括安装在机架1上的光杆11，布线滑块5与光杆11滑动连接、与丝杆4螺纹驱动连接。所述布线轮6两侧对应的机架1上还安装有光电开关传感器7，光电开关传感器与布线滑块5上设置的光电触板12配套使用，且两者相对设置。导向卡13位于送线轮2与布线轮6之间，且位于线缆滚筒前方。线缆滚筒3外侧面轴承上套设有用于固定线缆的固定环，固定环及线缆滚筒侧板上设置有用于穿设线缆的过孔，且侧板外侧面安装有线缆压线器14。线缆依次穿设固定环、线缆压线器14和侧板后缠绕在线缆滚筒上，这样可以避免线缆在线缆滚筒上松动。

下面以采用该多长均匀绕线的绕线装置进行收线为例，多该绕线装置的绕线方法进行详细说明。需要绕线的线缆依次穿过送线轮2、导向卡13、布线轮6，到达线缆滚筒3，通过线缆压线器14将端部压紧到线缆滚筒3上；然后送线轮电机8和线缆滚筒电机10分别驱动送线轮2和线缆滚筒3转动，即带动线缆运动，而丝杆电机9也为布线电机带动丝杆4转动，使布线滑块5在丝杆4上进行往复运动，进而使线缆在线缆滚筒3上缠绕的同时进行往复运动。而布线轮6两侧对应的机架1上安装有光电开关传感器7，待布线滑块5上的光电触板12进入到光电开关传感器7的光电门内触发到光电信号，丝杆电机9反向旋转，即带动布线滑块5反向运动，开始进入下一层的线缆缠绕和排布，依次层层往复缠绕线缆。丝杆电机9可以正转和翻转，从而使丝杆4正转和反转，带动布线滑块5往复运动。送线轮2有两个且相对设置，一个送线轮2与送线轮电机8驱动连接，为主动送线轮2，另一个直接通过轴承安装在机架1上，为被动送线轮2，线缆从两个送线轮2之间的凹槽内穿过输送。

实施例2

本实施例是在实施例1基础上，提供的上述绕线装置的控制系统，以实现对绕线装置各个电机运转的精确控制，达到绕线排布整齐有序的目的。

如图1所示，本实施例提供的多层均匀绕线的绕线装置的控制系统，包括电机驱动模块组、光电信号采集模块19以及分别与电机驱动模块和光电信号采集模块19电性连接的主控模块15。电机驱动模块组用于控制送线轮电机8、丝杆电机9和线缆滚筒电机10运转，并将采集的电机信号反馈给主控模块；光电信号采集模块用于采集光电开关传感器发送的光电开关电信号，并将其反馈给主控模块；主控模块用于向电机驱动模块组发送电机运转指令，并依据来自电机驱动模块组和光电信号采集模块19反馈的信号对各电机速度进行匹配调节。

如图5所示，该主控模块15板载STM32F4芯片作为MCU处理器。该STM32F4芯片通过与之连接的CAN总线或RS485总线与电机驱动模块组进行通信，用于依据接收的运动指令，将电机运转指令传输给电机驱动模块组，控制各电机运转，并可实现对各电机速度的匹配调节；STM32F4芯片还可以进一步通过串口与外部控制器连接，用于接收操作指令、实现人机交互，这里的外部控制器可以为计算机、液晶触摸屏或者按键输入屏；STM32F4芯片还设置有与用于指示异常状态(例如通信异常、电流超出阈值等)工作的RGB指示灯、用于指示MCU正常工作的运行灯、用于作为本地控制的开关按键、TMP芯片等连接的端口。上述主控模块15进一步板载有与STM32F4芯片连接的EEPROM存储芯片，EEPROM存储芯片用作状态数据的外部存储，上电后恢复数据继续使用。

电机驱动模块包括分别控制送线轮电机8、丝杆电机9和线缆滚筒电机10的送线轮电机驱动模块16、丝杆电机驱动模块17和线缆滚筒电机驱动模块18。如图4所示，本实施例采用的是CAN总线传输方式，主控模块15、送线轮电机驱动模块16、丝杆电机驱动模块17、线缆滚筒电机驱动模块18和光电信号采集模块19均挂载在CAN总线上进行通信连接。送线轮电机8与送线轮电机驱动模块10、丝杆电机9与丝杆电机驱动模块17、线缆滚筒电机10与线缆滚筒电机驱动模块18电连接；光电信号采集模块19与光电开关传感器7电连接，用于采集光电开关传感器7的光电开关电信号。丝杆电机驱动模块17也称为绕线器电机驱动器。送线轮电机驱动模块16、丝杆电机驱动模块17和线缆滚筒电机驱动模块18均为微型单电机驱动模块；这里可以采用本领域常规的微型单电机驱动模块，本实施例使用的微型单电机驱动模块以STM32F1芯片作为MCU处理，具有PID调速、编码器采集的电机位置和电机速度记录、CAN总线信息交互等功能。

本实施例中，上述控制系统进一步包括用于为主控模块、电机驱动模块组等供电的电源模块。如图6所示，电源模块向控制系统输入12V电源，电源模块分为两个支路：(1)一个支路经防反接二极管后进一步分为两个支路分别经DC/DC转换模块向3.3V器件(DC3V3器件，例如STM32F4芯片等)和5V器件(DC5V器件，例如RGB指示灯、按键灯等)进行供电；(2)另一个支路经MOS管电源开关后向各电机驱动模块供电。另外，本发明中，通过STM32F4芯片的5V能源使能端(5V_A_Enable)来控制RGB指示灯，同时将MOS接入STM32F4芯片的MOTOR-PWR-CRT引脚，通过STM32F4芯片的MOTOR-PWR-CRT来控制MOS管的通断，从而控制各电路驱动模块的通断。

下面对利用上述控制系统对绕线装置进行控制的方法进行详细的解释。

如图7所示，本实施例提供的绕线装置的控制方法，使用上述控制系统按照以下步骤进行：

S1接收运动指令，主控模块接收驱动电机的运动指令；

S2按时序启动对应电机，主控模块按照设定的电机启动顺序，将各电机启动指令发送到电机驱动模块组，启动各电机；

S3速度匹配调节，主控模块依据电机驱动模块组和光电信号采集模块反馈的信号，对各电机速度进行匹配，得到满足设定要求的各电机匹配速度；

S4多电机执行运动，主控模块将步骤S3得到的各电机匹配速度发送到电机驱动模块组，驱动各电机运转；

S5判断线缆极限长度，若未达到线缆极限长度，则返回步骤S3；若达到线缆极限长度，主控模块控制电机停止运转或接受新的运动指令返回步骤S2。

当主控模块15接受到运动指令后，为减小线缆紧绷的张力，在每次电机起步时各电机按一定时序分别启动，如收线时，先启动送线轮电机，由送线轮2线性运动短暂时间将线缆送至松弛，再同步启动丝杆电机和线缆滚筒电机，线缆滚筒再跟随同步运动，反之亦然。减小线缆紧绷张力，一是为了保护线缆，二是为了降低电机运动的负载。时序启动后进入速度匹配步骤，为了实现其在绕线滚筒上均匀排布，需要进行多个电机的速度管理；对于直径一定的线缆，用于绕线的各电机的速度是确定的，因此用于控制各电机运转的电流、电压也是确定的。速度匹配结束后得到满足设定要求的各电机匹配速度，然后主控模块15通过CAN总线传输各电机匹配速度到电机驱动模块组的各个电机驱动模块，由各个电机驱动模块依据实时检测得到的电机速度进行速度PID控制，驱动各电机运转。绕线过程中实时检测线缆长度，判断是否到达线缆的极限长度，如果达到线缆极限长度，主控模块15控制电机停止运转或接受新的运动指令，重复上述过程。

本实施例提供的绕线装置的控制方法中，速度匹配调节不仅考虑到了电流、电压的影响，而且考虑缠绕层数不同、缠绕半径不同，由此各电机在不同层数的速度比率不同的影响。安装在电机上的编码器将实时检测的位置信号(可以反映布线器的实时位置)和速度信号传输给电机驱动模块，电机驱动模块再将位置反馈信号以及其实时采集的驱动电机旋转的电流、电压信号等到主控模块。光电信号采集模块用于实时采集光电开关传感器的光电开关电信号，当布线滑块上设置的光电触板卡入光电开关传感器的光电门时，由于光电感应，光电开关传感器输出给光电信号采集装置的电信号发生变化，从而可以判断此时布线器到达了光电门，即机架上光电开关传感器限位位置，此时布线器需要反向，缠绕层数也要相应的变化(如收线则缠绕层数加一，如放线，则缠绕层数减一)，光电信号采集模块将采集的光电开关电信号反馈给主控模块。因此上述电机驱动模块组反馈的电机信号包括用于驱动电机旋转的电流、电压信号和用于反馈布线器位置的位置反馈信号等；光电信号采集装置反馈的光电开关电信号用于反映布线器是否到达机架上限位位置。

基于上述分析，本实施例提供的速度匹配调节步骤进一步包括以下分步骤：

S31电流、电压调节，主控模块将各电机驱动模块反馈的电流、电压信号与设定的电流标准值、电压标准值相比，调节超出电流、电压阈值范围的相应电机速度至满足设定要求。

当主控模块15接收到运动指令即控制信号后进入外环控制，电流电压速度调节。本实施例中绕线装置运动过程中带有电流、电压监控，具有电信号反馈，考虑到线缆松紧度的变化会对电机负载产生变化，使用电流电压外环调节来调节线缆过紧或过松弛的运动控制。将各电机驱动模块反馈的电流、电压信号与各自设定的电流标准值、电压标准值作差，将其差值与设定的误差阈值范围相比，若差值超出误差阈值范围，调节相应电机速度至差值在设定的误差阈值范围。例如收线过程中，线缆过紧时，线缆滚筒电机负载较大，反馈的电流、电压信号与设定的电流标准值、电压标准值作差，其差值超出设定的误差阈值范围，此时，需要调节绕线滚筒速度使其减慢至差值在误差阈值范围内。

S32判断布线器是否到达限位位置，主控模块根据光电信号采集模块反馈的光电开关电信号判断布线器是否到达限位位置，若布线器没有到达限位位置，进入步骤S33；若布线器到达限位位置，进入步骤S34。

前面已经指出，当布线器到达了光电门，即机架上光电开关传感器7限位位置，此时布线器需要反向，缠绕层数也要相应的变化。为了使布线器反向，布线器电机即丝杆4电机需要反转。缠绕层数不同，缠绕半径不同，因此各电机在不同层数的速度比率不同。因此，需要根据布线器是否到达限位位置来选择相应的电机速度参数(这里包括层数记录值、与层数对应的各电机速度比例、布线器单层衰减比率等)。绕线滚筒上不同缠绕层对应的各电机速度参数，可以根据缠绕层数、缠绕半径、线缆直径等设定，并保存至主控模块MCU内存中。

S33多层速度匹配，主控模块导入布线器位于当前层时的各电机速度参数，并调节各电机速度至满足各电机速度比率，然后进入步骤S36；

当布线器没有到达光电开关传感器限位位置时，表明布线器仍然与上次速度匹配调节中处于相同的缠绕层数(如第3层)，此时只要导入当前缠绕层数(当前收线层或当前放线层)的电机速度参数即可。这里，主要是在步骤S31电流、电压调节基础上，对超出电流、电压阈值范围的电机以外其他电机速度的调节。例如，前面给出线缆滚筒速度变慢，此时需要依据各电机速度比率，调节送线轮电机和丝杆电机速度。

S34布线器反向，主动模块将收线层数加1或放线层数减1，然后进入步骤S35。

当布线器到达光电开关传感器限位位置时，表明布线器需要反向，此时与上次速度匹配调节中缠绕层数相比，缠绕层数多了一层或少了一层，因此，需要将缠绕层数进行调整，收线层数加1或放线层数减1。例如与上次速度匹配调节中缠绕层数为第3层，那么此时的缠绕层数应调整为第4层(收线层数加1)或第2层(放线层数减1)。

S35多层速度匹配，主控模块导入布线器位于下一层线缆(收线时)或上一层线缆(放线时)的各电机速度参数，并调节各电机速度至满足各电机速度比率，进入步骤S36；

这里与步骤S33的步骤操作相同，这里不再赘述。

S36单层内速度匹配调节，主控模块依据反馈布线器位置的位置反馈信号，按照设定的衰减比率对丝杆电机速度进行调节，得到满足设定要求的各电机匹配速度。

当布线器处于不同位置时，其与送线轮2之间的距离会随之发生变化，此时两者之间的线缆就会产生过紧或过松的情况，为保证线缆在线缆滚筒3上张紧度一致，因此在单层运动中，用于控制布线器位置的丝杆电机的运转速度也需要实时调节。本实施例按照布线器在丝杆上的位置设定丝杆速度衰减比率，根据布线器所处的位置，进一步对丝杆电机速度进行微调。由此便可得到满足布线器当前位置的各电机匹配速度。然后主控模块15通过CAN总线传输各电机匹配速度到各个电机驱动模块，由各个电机驱动模块依据实时检测得到的电机速度进行速度PID控制，驱动各电机运转。

综上，本发明的绕线装置结构简单，使线缆能够多层均匀排布，且排布整齐有序，增大绕线收卷量，绕线效果稳定高效，且具有体积小，质量轻，大绕线量的特点，尤其适用于无尘密闭腔体进行作业；本发明的控制系统整体电路占用空间小，采用总线式通信使得电路间信号线也较少，安装灵活可靠，本发明进行了多电机的速度匹配，使线缆排布更有规律性，可靠性，可调节性，控制精度高。

此外，本发明利用布线器与光电开关传感器7相互配合达成多层线缆布线；专用于布线器多电机多层线缆的控制方法与程序实现；本控制系统中使用多个微型控制器分别对不同电机进行控制，能够实现对电机转速的精确控制。与现有的带布线器功能的绕线装置相比，本发明公开了一种多次均匀布线的绕线装置的控制系统和控制方法，使用光电开关传感器7等信号反馈，提高了排布精准度，具有人机交互、信息记录等功能。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种多层均匀绕线的绕线装置的控制系统，其特征在于：用于线缆收线或放线，其包括机架(1)和依次安装在机架(1)上的送线轮(2)、布线器和线缆滚筒(3)，所述布线器包括安装在机架(1)上的丝杆(4)和通过布线滑块(5)安装在丝杆(4)上的布线轮(6)，所述布线轮(6)两侧对应的机架(1)上还安装有用于限定布线器移动位置的光电开关传感器(7)，所述绕线装置还包括分别驱动送线轮(2)、丝杆(4)和线缆滚筒(3)的送线轮电机(8)、丝杆电机(9)、线缆滚筒电机(10)以及用于控制送线轮电机(8)、丝杆电机(9)和线缆滚筒电机(10)运转的控制系统；

收线时，送线轮电机(8)、丝杆电机(9)和线缆滚筒电机(10)启动时序为先驱动送线轮电机(8)，再驱动丝杆电机(9)和线缆滚筒电机(10)；

放线时，送线轮电机(8)、丝杆电机(9)和线缆滚筒电机(10)启动时序为先驱动线缆滚筒电机(10)，再驱动送线轮电机(8)和丝杆电机(9)；所述布线器还包括安装在机架(1)上的光杆(11)，所述布线滑块(5)与光杆(11)滑动连接、与丝杆(4)螺纹驱动连接；所述布线滑块(5)上还设置有光电触板(12)，所述光电触板(12)与光电开关传感器(7)相对设置；还包括安装在机架(1)上的导向卡(13)，所述导向卡(13)位于送线轮(2)与布线轮(6)之间，所述线缆滚筒(3)上还设置有线缆压线器(14)；还包括电机驱动模块组、光电信号采集模块(19)以及分别与电机驱动模块和光电信号采集模块(19)电性连接的主控模块(15)；

所述电机驱动模块组用于控制送线轮电机(8)、丝杆电机(9)和线缆滚筒电机(10)运转，并将采集的电机信号反馈给主控模块；

所述光电信号采集模块用于采集光电开关传感器发送的光电开关电信号，并将光电开关电信号反馈给主控模块；

所述主控模块用于向电机驱动模块组发送电机运转指令，并依据来自电机驱动模块组和光电信号采集模块(19)反馈的信号对各电机速度进行匹配调节。

2.根据权利要求1所述的绕线装置的控制系统，其特征在于：所述主控模块(15)板载MCU处理器和外部存储芯片；所述MCU处理器用于发送指令、并实现各电机速度匹配调节；所述外部存储芯片用于上电后恢复数据继续使用；所述主控模块(15)还连接有外部控制器，用于实现人机交互。

3.根据权利要求1所述的绕线装置的控制系统，其特征在于：所述电机驱动模块组包括分别控制送线轮电机(8)、丝杆电机(9)和线缆滚筒电机(10)的送线轮电机驱动模块(16)、丝杆电机驱动模块(17)和线缆滚筒电机驱动模块(18)；所述光电信号采集模块(19)与光电开关传感器(7)信号连接。

4.根据权利要求3所述的绕线装置的控制系统，其特征在于：所述主控模块(15)、送线轮电机驱动模块(16)、丝杆电机驱动模块(17)、线缆滚筒电机驱动模块(18)和光电信号采集模块(19)均挂载在CAN总线上进行通信连接。

5.一种多层均匀绕线的绕线装置的控制方法，其特征在于：使用权利要求1至4所述的控制系统按照以下步骤进行：

S1接收运动指令，主控模块接收驱动电机的运动指令；

S2按时序启动对应电机，主控模块按照设定的电机启动顺序，将各电机启动指令发送到电机驱动模块组，启动各电机；

S3速度匹配调节，主控模块依据电机驱动模块组和光电信号采集模块反馈的信号，对各电机速度进行匹配，得到满足设定要求的各电机匹配速度；

S4多电机执行运动，主控模块将步骤S3得到的各电机匹配速度发送到电机驱动模块组，驱动各电机运转；

S5判断线缆极限长度，若未达到线缆极限长度，则返回步骤S3；若达到线缆极限长度，主控模块控制电机停止运转或接受新的运动指令返回步骤S2。

6.根据权利要求5所述的绕线装置的控制方法，其特征在于：所述电机驱动模块组反馈的电机信号包括用于驱动电机旋转的电流、电压信号和用于反馈布线器位置的位置反馈信号；所述光电信号采集装置反馈的光电开关电信号用于反映布线器是否到达机架上光电开关传感器限位位置；步骤S3速度匹配调节进一步包括以下分步骤：

S31电流、电压调节，主控模块将各电机驱动模块反馈的电流、电压信号与设定的电流标准值、电压标准值相比，调节超出电流、电压阈值范围的相应电机速度至满足设定要求；

S32判断布线器是否到达限位位置，主控模块根据光电信号采集装置反馈的光电开关电信号判断布线器是否到达限位位置，若布线器没有到达限位位置，进入步骤S33；若布线器到达限位位置，进入步骤S34；

S33多层速度匹配，主控模块导入布线器位于当前层时的各电机速度参数，并调节各电机速度至满足各电机速度比率，进入步骤S36；

S34布线器反向，主控模块将收线层数加1或放线层数减1，然后进入步骤S35；

S35多层速度匹配，主控模块导入布线器位于下一层线缆(收线时)或上一层线缆(放线时)的各电机速度参数，并调节各电机速度至满足各电机速度比率，进入步骤S36；

S36单层内速度匹配调节，主控模块依据反馈布线器位置的位置反馈信号，按照设定的衰减比率对丝杆电机速度进行调节，得到满足设定要求的各电机匹配速度。

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