CN112051654A - 无人环境下特种光缆自动铺设装置及铺设方法 - Google Patents

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CN112051654A CN202011013165.4A CN202011013165A CN112051654A CN 112051654 A CN112051654 A CN 112051654A CN 202011013165 A CN202011013165 A CN 202011013165A CN 112051654 A CN112051654 A CN 112051654A
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Abstract

本发明公开了一种无人环境下特种光缆自动铺设装置及铺设方法，其特征在于固定支架上固定设置执行机构和控制机构，所述执行机构包括放线机总成和光缆载体总成，所述控制机构包括传感单元和控制单元，本发明的有益效果是:实现无人环境下轻型特种光缆自动铺设，通过实时采集车速、智能控制铺设系统完成速度同步；设置特殊的光缆敷绕方式及放线机总成，实现在光缆铺设过程中，同步进行光信号传输真正做到了移动铺设，动中铺、铺中通的效果，规避了恶劣环境中信号阻碍，导致无线信号差，导致实时采集车速、铺设速度难以完成完美速度同步。

Description

无人环境下特种光缆自动铺设装置及铺设方法
技术领域：
本发明属于通讯设备技术领域，更具体地涉及无人环境下特种光缆自动铺设装置及铺设方法。
背景技术：
近年来光通信技术的迅速发展，使光链路基础设施得以快速发展，而在一些应急通信领域，无人车、特种轻型光缆、自动铺设系统等能够满足一些特殊环境下的机动通信保障，是无人值守固定台站、车载机动通信的重要补充手段。光纤通信具有容量大，稳定性高、可靠性好等明显优势，从而对特种光缆自动铺设的安全机动、自动高效、操控灵活的铺设具有较高的要求。无人车特种光缆自动铺设系统，主要完成从出发地到任务执行地点的之间特种通信光缆的铺设。
但是实际铺设过程中，轻型特种光缆铺设与车速同步是技术的核心，但是该核心技术易受到外界因素和自身因素的干扰，难以实现光缆铺设与车速同步。
发明内容：
为解决上述问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种无人环境下特种光缆自动铺设装置及铺设方法，能够有效的解决难以实现光缆铺设与车速同步的问题。
本发明解决上述技术问题的具体技术方案为：无人环境下特种光缆自动铺设装置，包括固定支架，其特征在于固定支架上固定设置执行机构和控制机构，所述执行机构包括放线机总成和光缆载体总成，所述控制机构包括传感单元和控制单元，
所述光缆载体总成包括光缆桶座、光缆桶和光缆桶盖，光缆桶设置成两端敞开中空结构，光缆桶的下端与光缆桶座可拆卸相连，光缆桶的上端与光缆桶盖可拆卸相连；所述光缆桶盖的轴心开设有抽拉光缆的光缆出线口，光缆桶座开设有光缆进线口，光缆桶内通过环形敷绕设置有光缆；
所述光缆的一端通过光缆桶座的光缆进线口穿出并设置连接器接口，连接器接口通过以太网交换机与控制单元相连；光缆的另一端通过陶瓷导环穿插而出并连接远离光缆载体结构的以太网交换机，以太网交换机与电脑终端的系统控制器相连；
所述放线机总成包括放线机，放线机设置在位于光缆载体总成上方的固定支架上，位于放线机的光缆入口和出口设置有防止光缆卷曲的左右限位装置，所述左右限位装置由两个沿竖直方向并排设置的滚轴组成；
光缆载体总成与放线机之间，还设置有固定在固定支架上的光缆断线总成，所述光缆断线总成包括断线器支架，断线器支架的一侧固定设置有电动伸缩杆，电动伸缩杆的端部连接有沿直线位移的导轨滑块，导轨滑块上固定设置有切断电机，切断电机的输出轴连接合金切割片；
所述控制单元设置在放线机一侧的固定支架上，包括伺服电机控制器、PLC控制器、电源控制器、电阻模块、继电器及接线端子，
所述PLC控制器用于计算伺服控制器的信号及车速脉冲的信号来驱动控制伺服电机转动，实现放线速度与车速之间的严格同步；
所述PLC控制器通过以太网交换机经光缆传输至终端系统控制器，所述终端系统控制器显示系统工作状态、控制单元工作或停止和显示报警信息；所述系统工作状态包括运行电压，车速，放线速度和电缆剩余长度；所述显示报警信息包括电机过载、过速、余线长度预警和通信链接状态；
所述传感单元采集传动轮信号并转化成模拟量及开关信号，将采集到的数字及模拟量传递到PLC控制器。
所述放线机为同步带传动三点式张紧结构，包括一个主动轮和三个从动轮，主动轮通过同步带连接伺服电机，由伺服电机进行驱动，从动轮呈三角形位置分部于主动轮周围，通过平皮带实现与主动轮之间的联动，光缆从放线机下方进入平皮带，经90度转向后方放出车外，在放线机的光缆入口和出口设计有左右限位装置。
主动轮表面设置有增大光缆与传动带摩擦力防止光缆从平皮带中脱出的注聚氨酯层，所述聚氨酯层硬度70-80A。
所述的光缆从最底层由内而外盘成螺旋状再依次向上逐层盘绕，表层敷油膏，光缆出线口边缘安装减小光缆外抽时的摩擦力的陶瓷导环。
一种无人环境下特种光缆自动铺设方法，其特征在于所述的无人环境下特种光缆自动铺设装置，包括如下步骤：
Ⅰ.调试阶段：
预开启放线机，光缆载体结构内环形敷绕的光缆通过光缆桶盖的轴心的导环抽拉而出，并通过太网交换机与电脑终端的系统控制器相连，将光信号转换成电信号，传输给电脑终端的系统控制器；
Ⅱ.铺设阶段：
开启放线机，放线机为一同步带传动三点式张紧结构，具备一个主动轮和三个从动轮，主动轮通过同步带连接伺服电机，由伺服电机进行驱动，从动轮呈三角形位置分部于主动轮周围，通过平皮带实现与主动轮之间的联动，光缆从放线机下方进入平皮带，经90度转向后方放出车外，在放线机的光缆入口和出口设计有左右限位装置，防止光缆从平皮带中脱出，为增大光缆与传动带摩擦力，主动轮表面注聚氨酯，硬度70-80A，实现了电缆的平稳放线；
光缆从最底层由内而外盘成螺旋状再依次向上逐层盘绕，表层敷油膏，放线时光缆自储放桶顶部抽出，顶层为桶盖，桶盖中心为光缆出线口，出线口边缘安装减小光缆外抽时的摩擦力的陶瓷导环，保护光缆外护套桶盖整体为凹型结构，方便存储放线过程中流下的油膏，便于后期卫生清理，桶盖四周设计有绕线夹层，用于光缆连接器缠绕；
Ⅲ.传感单元采集传动轮信号，转化成模拟量及开关信号，将采集到的数字及模拟量传递到PLC控制器，PLC控制器计算伺服控制器的信号及车速脉冲的信号来驱动控制伺服电机转动，实现放线速度与车速之间的严格同步，经换算得出当前桶内剩余光缆长度，并采集系统工作电压电流信号，
Ⅳ.PLC控制器将步骤Ⅲ的数据通过电信号转换成光信号，经光缆传输至后方，再转换成电信号，并传输给后方操控的系统控制器，并显示系统工作状态电压，车速，放线速度和剩余长度、控制控制单元工作或停止、显示报警信息电机过载、过速、余线长度预警和通信链接状态，实现了在光缆铺设过程中，利用铺设电缆同步进行光信号传输；
Ⅴ.终止阶段：
在放线停止时或紧急情况下，PLC控制器指令发出，电动伸缩杆收缩，经滑块带动切线电机直线位移，同时电机旋转，带动合金切割片高速旋转，将光缆切断；指令结束，电机经伸缩杆带动复位，稳定快速断线。
本发明的有益效果是：
实现无人环境下轻型特种光缆自动铺设，通过实时采集车速、智能控制铺设系统完成速度同步；
设置特殊的光缆敷绕方式及放线机总成，实现在光缆铺设过程中，同步进行光信号传输真正做到了移动铺设，动中铺、铺中通的效果，规避了恶劣环境中信号阻碍，导致无线信号差，导致实时采集车速、铺设速度难以完成完美速度同步；
通过无人车行进过程中通过正在铺设的电缆作为信号传输手段，实时采集车速、控制铺设速度，实现无人操控情况下特种光缆与车速同步的目的，使铺设速度不受光缆盘始末径大小变化的影响，保证铺设速度与车速一致，出现异常时系统可自动报警；在特种光缆铺设过程中，同步进行特种光缆两端的信息交互，可对无人自动行驶、特种光缆铺设、通信设备互通、周边环境监控等信息进行监视控制。
附图说明：
附图1是本发明整体结构示意图；
附图2是本发明放线机总成结构示意图；
附图3是本发明光缆载体总成结构示意图；
附图4是本发明控制单元结构示意图；
附图5是本发明光缆断线总成结构示意图；
附图6是本发明外围电路附图结构示意图；附图中：
1.光缆载体总成、2.放线机总成、3.控制单元、4.光缆断线总成、5.固定支架、6.传感单元、7.系统控制器、11.光缆桶盖、12.光缆桶、13.光缆桶座、14.连接器接口、15.陶瓷导环、21.伺服电机、22.主动轮、23.放线机机架、24.从动轮、25.左右限位装置、31.伺服电机控制器、32.电源控制器、33.电阻模块、34.PLC控制器、35.继电器、36.接线端子、41.断线器支架、42.电动伸缩杆、43.导轨滑块、44.切断电机、45.合金切割片。
具体实施方式：
在本发明的描述中具体细节仅仅是为了能够充分理解本发明的实施例，但是作为本领域的技术人员应该知道本发明的实施并不限于这些细节。另外，公知的结构和功能没有被详细的描述或者展示，以避免模糊了本发明实施例的要点。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。
本发明的具体实施方式：
无人环境下特种光缆自动铺设装置，包括固定支架5，其特征在于固定支架5上固定设置执行机构和控制机构，所述执行机构包括放线机总成2和光缆载体总成1，所述控制机构包括传感单元6和控制单元3，
所述光缆载体总成1包括光缆桶座13、光缆桶12和光缆桶盖11，光缆桶12设置成两端敞开中空结构，光缆桶12的下端与光缆桶座13可拆卸相连，光缆桶12的上端与光缆桶盖11可拆卸相连；所述光缆桶盖11的轴心开设有抽拉光缆的光缆出线口，光缆桶座13开设有光缆进线口，光缆桶12内通过环形敷绕设置有光缆；
所述光缆的一端通过光缆桶座13的光缆进线口穿出并设置连接器接口14，连接器接口14通过以太网交换机与控制单元3相连；光缆的另一端通过陶瓷导环15穿插而出并连接远离光缆载体结构的以太网交换机，以太网交换机与电脑终端的系统控制器7相连；
所述放线机总成2包括放线机，放线机设置在位于光缆载体总成1上方的固定支架5上，位于放线机的光缆入口和出口设置有防止光缆卷曲的左右限位装置25，所述左右限位装置25由两个沿竖直方向并排设置的滚轴组成；
所述控制单元3设置在放线机一侧的固定支架5上，包括伺服电机控制器31、PLC控制器34、电源控制器32、电阻模块33、继电器35及接线端子36，
所述PLC控制器34用于计算伺服控制器的信号及车速脉冲的信号来驱动控制伺服电机21转动，实现放线速度与车速之间的严格同步；
所述PLC控制器34通过以太网交换机经光缆传输至终端系统控制器7，所述终端系统控制器7显示系统工作状态、控制单元3工作或停止和显示报警信息；所述系统工作状态包括运行电压，车速，放线速度和电缆剩余长度；所述显示报警信息包括电机过载、过速、余线长度预警和通信链接状态；
所述传感单元6采集传动轮信号并转化成模拟量及开关信号，将采集到的数字及模拟量传递到PLC控制器34。
所述放线机为同步带传动三点式张紧结构，包括一个主动轮22和三个从动轮24，主动轮22通过同步带连接伺服电机21，由伺服电机21进行驱动，从动轮24呈三角形位置分部于主动轮22周围，通过平皮带实现与主动轮22之间的联动，光缆从放线机下方进入平皮带，经90度转向后方放出车外，在放线机的光缆入口和出口设计有左右限位装置25。
主动轮22表面设置有增大光缆与传动带摩擦力防止光缆从平皮带中脱出的注聚氨酯层，所述聚氨酯层硬度70-80A。
所述的光缆从最底层由内而外盘成螺旋状再依次向上逐层盘绕，表层敷油膏，光缆出线口边缘安装减小光缆外抽时的摩擦力的陶瓷导环15。
所述的光缆载体总成1与放线机之间，还设置有固定在固定支架5上的光缆断线总成4，所述光缆断线总成4包括断线器支架41，断线器支架41的一侧固定设置有电动伸缩杆42，电动伸缩杆42的端部连接有沿直线位移的导轨滑块43，导轨滑块43上固定设置有切断电机44，切断电机44的输出轴连接合金切割片45；
一种无人环境下特种光缆自动铺设方法，其特征在于采用所述的无人环境下特种光缆自动铺设装置，包括如下步骤：
Ⅰ.调试阶段：
预开启放线机，光缆载体结构内环形敷绕的光缆通过光缆桶盖11的轴心的导环抽拉而出，并通过太网交换机与电脑终端的系统控制器7相连，将光信号转换成电信号，传输给电脑终端的系统控制器7；
Ⅱ.铺设阶段：
开启放线机，放线机为一同步带传动三点式张紧结构，具备一个主动轮22和三个从动轮24，主动轮22通过同步带连接伺服电机21，由伺服电机21进行驱动，从动轮24呈三角形位置分部于主动轮22周围，通过平皮带实现与主动轮22之间的联动，光缆从放线机下方进入平皮带，经90度转向后方放出车外，在放线机的光缆入口和出口设计有左右限位装置25，防止光缆从平皮带中脱出，为增大光缆与传动带摩擦力，主动轮22表面注聚氨酯，硬度70-80A，实现了电缆的平稳放线；
光缆从最底层由内而外盘成螺旋状再依次向上逐层盘绕，表层敷油膏，放线时光缆自储放桶顶部抽出，顶层为桶盖，桶盖中心为光缆出线口，出线口边缘安装减小光缆外抽时的摩擦力的陶瓷导环15，保护光缆外护套桶盖整体为凹型结构，方便存储放线过程中流下的油膏，便于后期卫生清理，桶盖四周设计有绕线夹层，用于光缆连接器缠绕；
Ⅲ.传感单元6采集传动轮信号，转化成模拟量及开关信号，将采集到的数字及模拟量传递到PLC控制器34，PLC控制器34计算伺服控制器的信号及车速脉冲的信号来驱动控制伺服电机21转动，实现放线速度与车速之间的严格同步，经换算得出当前桶内剩余光缆长度，并采集系统工作电压电流信号，
Ⅳ.PLC控制器34将步骤Ⅲ的数据通过电信号转换成光信号，经光缆传输至后方，再转换成电信号，并传输给后方操控的系统控制器7，并显示系统工作状态电压，车速，放线速度和剩余长度、控制控制单元3工作或停止、显示报警信息电机过载、过速、余线长度预警和通信链接状态，实现了在光缆铺设过程中，利用铺设电缆同步进行光信号传输；
Ⅴ.终止阶段：
在放线停止时或紧急情况下，PLC控制器34指令发出，电动伸缩杆42收缩，经滑块带动切线电机直线位移，同时电机旋转，带动合金切割片45高速旋转，将光缆切断；指令结束，电机经伸缩杆带动复位，稳定快速断线。
使用时，具体操作如下：
放线机总成2采用交流伺服电机21及同步带减速后,主动轮22和三个从动轮24三点挤紧履带式结构，从动轮24上设计了可调节的压缆锁紧螺母，可以手动调节压缆锁紧螺母，限定压紧位置，使光缆均匀受力，匀速放线；
光缆载体总成1设置特殊的光缆敷绕方式及具有连接器接口14的光缆桶座13，实现在光缆铺设过程中，利用铺设光缆进行光信号传输，真正做到了移动铺设，左右限位装置25在放线时，保证将光缆从光缆载体装置中抽出时及时释放光缆敷绕时产生的扭力，确保光缆铺设过程中光缆不会出现折弯，打卷现象；完成了动中铺、铺中通的效果，规避了恶劣环境中信号阻碍，导致无线信号差，导致实时采集车速、铺设速度难以完成完美速度同步；
光缆断线总成4在放线停止时或紧急情况下，保证将光缆顺利切断，不影响车辆载具正常行驶。
控制单元3主要用于处理操作命令，由PLC控制器34计算伺服控制器的信号及车速脉冲的信号来驱动控制伺服电机21转动，实现放线速度与车速之间的严格同步；
传感装置采集传动轮信号，转化成模拟量及开关信号，将采集到的数字及模拟量传递到总控单元；
最终实现了在无人车行进过程中通过正在铺设的电缆作为信号传输工具，实时采集车速、控制铺设速度，实现无人操控情况下特种光缆与车速同步的目的，使铺设速度不受光缆盘始末径大小变化的影响，不受外界环境对于无线信号的影响，保证铺设速度与车速一致，出现异常时系统可自动报警；在特种光缆铺设过程中，同步进行特种光缆两端的信息交互，可对无人自动行驶、特种光缆铺设、通信设备互通、周边环境监控等信息进行监视控制。

Claims (6)

1.无人环境下特种光缆自动铺设装置，包括固定支架(5)，其特征在于固定支架(5)上固定设置执行机构和控制机构，所述执行机构包括放线机总成(2)和光缆载体总成(1)，所述控制机构包括传感单元(6)和控制单元(3)，
所述光缆载体总成(1)包括光缆桶座(13)、光缆桶(12)和光缆桶盖(11)，光缆桶(12)设置成两端敞开中空结构，光缆桶(12)的下端与光缆桶座(13)可拆卸相连，光缆桶(12)的上端与光缆桶盖(11)可拆卸相连；所述光缆桶盖(11)的轴心开设有抽拉光缆的光缆出线口，光缆桶座(13)开设有光缆进线口，光缆桶(12)内通过环形敷绕设置有光缆；
所述光缆的一端通过光缆桶座(13)的光缆进线口穿出并设置连接器接口(14)，连接器接口(14)通过以太网交换机与控制单元(3)相连；光缆的另一端通过陶瓷导环(15)穿插而出并连接远离光缆载体结构的以太网交换机，以太网交换机与电脑终端的系统控制器(7)相连；
所述放线机总成(2)包括放线机，放线机设置在位于光缆载体总成(1)上方的固定支架(5)上，位于放线机的光缆入口和出口设置有防止光缆卷曲的左右限位装置(25)，所述左右限位装置(25)由两个沿竖直方向并排设置的滚轴组成；
所述控制单元(3)设置在放线机一侧的固定支架(5)上，包括伺服电机控制器(31)、PLC控制器(34)、电源控制器(32)、电阻模块(33)、继电器(35)及接线端子(36)，
所述PLC控制器(34)用于计算伺服控制器的信号及车速脉冲的信号来驱动控制伺服电机(21)转动，实现放线速度与车速之间的严格同步；
所述PLC控制器(34)通过以太网交换机经光缆传输至终端系统控制器(7)，所述终端系统控制器(7)显示系统工作状态、控制单元(3)工作或停止和显示报警信息；所述系统工作状态包括运行电压，车速，放线速度和电缆剩余长度；所述显示报警信息包括电机过载、过速、余线长度预警和通信链接状态；
所述传感单元(6)采集传动轮信号并转化成模拟量及开关信号，将采集到的数字及模拟量传递到PLC控制器(34)。
2.根据权利要求1所述的无人环境下特种光缆自动铺设装置，其特征在于所述放线机为同步带传动三点式张紧结构，包括一个主动轮(22)和三个从动轮(24)，主动轮(22)通过同步带连接伺服电机(21)，由伺服电机(21)进行驱动，从动轮(24)呈三角形位置分部于主动轮(22)周围，通过平皮带实现与主动轮(22)之间的联动，光缆从放线机下方进入平皮带，经90度转向后方放出车外，在放线机的光缆入口和出口设计有左右限位装置(25)。
3.根据权利要求2所述的无人环境下特种光缆自动铺设装置，其特征在于主动轮(22)表面设置有增大光缆与传动带摩擦力防止光缆从平皮带中脱出的注聚氨酯层，所述聚氨酯层硬度70-80A。
4.根据权利要求1所述的无人环境下特种光缆自动铺设装置，其特征在于所述的光缆从最底层由内而外盘成螺旋状再依次向上逐层盘绕，表层敷油膏，光缆出线口边缘安装减小光缆外抽时的摩擦力的陶瓷导环(15)。
5.根据权利要求1所述的无人环境下特种光缆自动铺设装置，其特征在于所述的光缆载体总成(1)与放线机之间，还设置有固定在固定支架(5)上的光缆断线总成(4)，所述光缆断线总成(4)包括断线器支架(41)，断线器支架(41)的一侧固定设置有电动伸缩杆(42)，电动伸缩杆(42)的端部连接有沿直线位移的导轨滑块(43)，导轨滑块(43)上固定设置有切断电机(44)，切断电机(44)的输出轴连接合金切割片(45)。
6.一种无人环境下特种光缆自动铺设方法，其特征在于采用权利要求1-5任意一项权利要求所述的无人环境下特种光缆自动铺设装置，包括如下步骤：
Ⅰ.调试阶段：
预开启放线机，光缆载体结构内环形敷绕的光缆通过光缆桶盖(11)的轴心的导环抽拉而出，并通过太网交换机与电脑终端的系统控制器(7)相连，将光信号转换成电信号，传输给电脑终端的系统控制器(7)；
Ⅱ.铺设阶段：
开启放线机，放线机为一同步带传动三点式张紧结构，具备一个主动轮(22)和三个从动轮(24)，主动轮(22)通过同步带连接伺服电机(21)，由伺服电机(21)进行驱动，从动轮(24)呈三角形位置分部于主动轮(22)周围，通过平皮带实现与主动轮(22)之间的联动，光缆从放线机下方进入平皮带，经90度转向后方放出车外，在放线机的光缆入口和出口设计有左右限位装置(25)，防止光缆从平皮带中脱出，为增大光缆与传动带摩擦力，主动轮(22)表面注聚氨酯，硬度70-80A，实现了电缆的平稳放线；
光缆从最底层由内而外盘成螺旋状再依次向上逐层盘绕，表层敷油膏，放线时光缆自储放桶顶部抽出，顶层为桶盖，桶盖中心为光缆出线口，出线口边缘安装减小光缆外抽时的摩擦力的陶瓷导环(15)，保护光缆外护套桶盖整体为凹型结构，方便存储放线过程中流下的油膏，便于后期卫生清理，桶盖四周设计有绕线夹层，用于光缆连接器缠绕；
Ⅲ.传感单元(6)采集传动轮信号，转化成模拟量及开关信号，将采集到的数字及模拟量传递到PLC控制器(34)，PLC控制器(34)计算伺服控制器的信号及车速脉冲的信号来驱动控制伺服电机(21)转动，实现放线速度与车速之间的严格同步，经换算得出当前桶内剩余光缆长度，并采集系统工作电压电流信号，
Ⅳ.PLC控制器(34)将步骤Ⅲ的数据通过电信号转换成光信号，经光缆传输至后方，再转换成电信号，并传输给后方操控的系统控制器(7)，并显示系统工作状态(电压，车速，放线速度和剩余长度)、控制控制单元(3)工作或停止、显示报警信息(电机过载、过速、余线长度预警和通信链接状态)，实现了在光缆铺设过程中，利用铺设电缆同步进行光信号传输；
Ⅴ.终止阶段：
在放线停止时或紧急情况下，PLC控制器(34)指令发出，电动伸缩杆(42)收缩，经滑块带动切线电机直线位移，同时电机旋转，带动合金切割片(45)高速旋转，将光缆切断；指令结束，电机经伸缩杆带动复位，稳定快速断线。
CN202011013165.4A 2020-08-17 2020-09-24 无人环境下特种光缆自动铺设装置及铺设方法 Active CN112051654B (zh)

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