CN112723207B - 盘式卷扬机输出位置的定位系统、方法及盘式卷扬机 - Google Patents

盘式卷扬机输出位置的定位系统、方法及盘式卷扬机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种盘式卷扬机输出位置的定位系统、方法及盘式卷扬机。所述系统包括测距装置和牵引输出装置；牵引输出装置包括牵引转盘和卷绕在牵引转盘上的牵引绳缆，牵引绳缆远离牵引转盘的一端与负载连接，用于驱动牵引转盘转动来带动牵引绳缆以调整负载的输出距离；测距装置用于测量测距装置距离牵引转盘上最外层牵引绳缆的测量距离，以基于测量距离计算出输出距离。本发明解决了现有技术中需要借助自动复位检测或者手动矫正等手段，才能实现盘式卷扬机输出位置定位的问题，使得盘式卷扬机在牵引负载工作过程中，操作流程更加简单，从而节省时间，且能够保证对负载的精准牵引功能。

Description

盘式卷扬机输出位置的定位系统、方法及盘式卷扬机
技术领域
本发明属于舞台机械设备技术领域，特别是涉及一种盘式卷扬机输出位置的定位系统、方法及盘式卷扬机。
背景技术
在舞台设备系统中，(单面)盘式卷扬机通过绳缆来负载舞台道具/灯具等物体，可实现空间动态艺术效果。目前的盘式卷扬机产品，每次通电启动后需要借助自动复位检测或者手动矫正等手段，进行输出位置的绝对定位，耗时且不便。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种盘式卷扬机输出位置的定位系统、方法及盘式卷扬机，通过利用输出距离随卷绕半径的变化而变化的原理，采用测距装置测量出卷绕半径，以获得输出距离，从而实现对输出位置的绝对定位，在盘式卷扬机通电后即可测得当前输出位置，解决了现有技术中需借助自动复位检测或者手动矫正进行输出位置绝对定位的麻烦，使盘式卷扬机的开机流程、操作更加简便。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种盘式卷扬机输出位置的定位系统，包括：测距装置和牵引输出装置；所述牵引输出装置包括牵引转盘和卷绕在所述牵引转盘上的牵引绳缆，所述牵引绳缆远离所述牵引转盘的一端与负载连接，用于驱动所述牵引转盘转动来带动所述牵引绳缆以调整所述负载的输出距离；所述测距装置用于测量所述测距装置距离所述牵引转盘上最外层牵引绳缆的测量距离，以基于所述测量距离计算出所述输出距离。
于本发明的一实施例中，所述测距装置采用红外传感器。
于本发明的一实施例中，所述牵引绳缆与所述牵引转盘接触的一端表面包裹有锡箔层。
于本发明的一实施例中，基于所述测量距离计算所述输出距离的计算公式为：
L＝Z-(PI*R2/H-O)；
R＝M-D；
O＝PI*P2/H；
PI＝π＝3.14；
其中，L表示输出距离；Z表示牵引绳缆的总长；O表示牵引转盘修正值；M表示测距装置距离牵引转盘中心的固定距离；D表示测量距离；H表示牵引绳缆的厚度；P表示牵引转盘的半径。
于本发明的一实施例中，所述牵引转盘的轴心处设置有角度传感器，所述角度传感器用于测量所述牵引转盘上最外层未卷绕牵引转盘一整圈的牵引绳缆所绕圈的角度，以基于所述角度计算修正距离，并基于所述修正距离对所述输出距离进行修正，获得修正后的输出距离。
于本发明的一实施例中，基于所述角度计算所述修正距离的计算公式为：
Figure BDA0002233023910000021
I＝S*G；
其中，Y表示修正距离；T表示角度；I表示牵引转盘每旋转一周角度传感器的增量；S表示角度传感器的分辨率；G表示角度传感器与牵引转盘的传动比率。
于本发明的一实施例中，所述修正后的输出距离的计算公式为：
Figure BDA0002233023910000022
N＝[(R-P)/H]；
其中，
Figure BDA0002233023910000023
表示修正后的输出距离；N为对(R-P)/H取整的结果，表示牵引绳缆在牵引转盘上的卷绕圈数。
本发明提供一种盘式卷扬机输出位置的定位方法，包括以下步骤：基于设置在指定位置的测距装置测量所述指定位置与盘式卷扬机的牵引转盘上最外层牵引绳缆之间的测量距离；基于所述测量距离计算所述牵引绳缆的输出距离，以基于所述输出距离实现对所述盘式卷扬机输出位置的定位。
于本发明的一实施例中，还包括对所述输出距离进行修正，以获得修正后的输出距离。
本发明提供一种盘式卷扬机，包括上述的盘式卷扬机输出位置的定位系统。
如上所述，本发明所述的盘式卷扬机输出位置的定位系统、方法及盘式卷扬机，具有以下有益效果：
利用盘式卷扬机输出距离会随牵引绳缆在牵引转盘上的卷绕半径变化而变化的工作原理，采用测距装置实时测量出卷绕半径，以获得盘式卷扬机的输出距离，从而根据输出距离实现对盘式卷扬机输出位置的绝对定位，使得盘式卷扬机在通电后即可测得当前输出位置，解决了现有技术中需要借助自动复位检测或者手动矫正等手段，才能实现盘式卷扬机输出位置定位的问题，使得盘式卷扬机在牵引负载工作过程中，操作流程更加简单，从而节省时间，且能够保证对负载的精准牵引功能。
附图说明
图1显示为本发明的盘式卷扬机输出位置的定位系统于一实施例中的结构示意图。
图2显示为本发明的盘式卷扬机输出位置的定位方法于一实施例中的流程图。
元件标号说明
1 牵引转盘
2 牵引绳缆
3 负载
S1～S2 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的盘式卷扬机输出位置的定位系统、方法及盘式卷扬机，利用盘式卷扬机输出距离会随牵引绳缆在牵引转盘上的卷绕半径变化而变化的工作原理，采用测距装置实时测量出卷绕半径，以获得盘式卷扬机的输出距离，从而根据输出距离实现对盘式卷扬机输出位置的绝对定位，使得盘式卷扬机在通电后即可测得当前输出位置，解决了现有技术中需要借助自动复位检测或者手动矫正等手段，才能实现盘式卷扬机输出位置定位的问题，使得盘式卷扬机在牵引负载工作过程中，操作流程更加简单，从而节省时间，且能够保证对负载的精准牵引功能。
如图1所示，于一实施例中，本发明的盘式卷扬机输出位置的定位系统，包括：测距装置和牵引输出装置。
需要说明的是，卷扬机是用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称绞车，卷扬机可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物；钢丝绳或链条由内而外依次卷绕在卷筒外围，形成了一个盘式结构，所以称之为盘式卷扬机；在现有舞台设备系统中，通常采用盘式卷扬机来负载舞台道具或灯具等，通过对舞台道具或灯具输出位置的控制，来达到空间动态艺术的效果，所以，对于盘式卷扬机的输出位置需要准确定位；在本发明中，以垂直提升负载为例对该盘式卷扬机输出位置的定位系统的工作原理进行详细说明。
进一步地，本发明提供的定位系统不仅适用于盘式卷扬机，同样适用于其它的工作原理与该盘式卷扬机相同或相似的负载牵引设备。
所述牵引输出装置用于实现对负载的牵引功能；具体地，所述牵引输出装置包括牵引转盘1和卷绕在所述牵引转盘1上的牵引绳缆2，所述牵引绳缆2远离所述牵引转盘1的一端与负载3连接，用于驱动所述牵引转盘1转动来带动所述牵引绳缆2以调整所述负载3的输出距离。
所述测距装置3用于测量所述测距装置距离所述牵引转盘1上最外层牵引绳缆的测量距离，以基于所述测量距离计算出所述输出距离。
于本发明一实施例中，所述测距装置采用红外传感器。
具体地，通过红外传感器检测发射的红外光经牵引转盘1上最外层牵引绳缆表面反射后收到的光线的强度，测量出红外传感器距离牵引转盘1上最外层牵引绳缆的测量距离。
于本发明一实施例中，所述牵引绳缆2与所述牵引转盘1接触的一端表面包裹有锡箔层。
具体地，在牵引绳缆2与牵引转盘1接触的一端(末端)表面包裹上锡箔层，改变了牵引绳缆2末端表面的红外反射系数，在牵引转盘1输出牵引绳缆2的过程中，若牵引绳缆2完全从牵引转盘1上输出(牵引绳缆脱离牵引转盘)，即牵引绳缆2的末端暴露出来，此时，红外传感器发射的红外光直接照射到牵引绳缆2的末端表面，由于牵引绳缆2末端表面包裹有锡箔层，所以红外光照射到锡箔层上后再反射回来的光线强度会发生突变，因此，当检测到突变信号时，则表明牵引绳缆2已完全从牵引转盘1上脱离；将该突变信号作为零位的信号，用来修正测量距离受环境的影响。
需要说明的是，为检测到突变信号，除采取上述在牵引绳缆2的末端表面包裹上锡箔层外，还可采取其它方法，只要保证牵引绳缆2与牵引转盘1脱离时，有突变信号产生即可；诸如，可通过印刷颜色来实现，将牵引绳缆2的主体部分印刷成黑色，而其末端印刷成白色；由于牵引绳缆2与牵引转盘1的材质不同，当牵引绳缆2完全从牵引转盘1上脱离时，红外传感器接收到牵引转盘1反射回来的红外光的光线强度自然会发生突变。
进一步地，将突变信号作为零位信号，红外传感器根据光线强度X计算测量距离D，D＝f(X)，D为关于X的多项式，根据零位处已知的结构、距离得到多项式方程，用来修正多项式方程的多项式系数，实现修正测量距离D。
于本发明一实施例中，基于所述测量距离计算所述输出距离的计算公式为：
L＝Z-(PI*R2/H-O)；
R＝M-D；
O＝PI*P2/H；
PI＝π＝3.14；
其中，L表示输出距离；Z表示牵引绳缆2的总长；O表示牵引转盘修正值；M表示测距装置距离牵引转盘1中心的固定距离；D表示测量距离；R表示牵引绳缆2在牵引转盘1上卷绕后的卷绕半径；H表示牵引绳缆2的厚度；P表示牵引转盘1的半径。
于本发明一实施例中，所述牵引转盘1的轴心处设置有角度传感器，所述角度传感器用于测量所述牵引转盘1上最外层未卷绕牵引转盘一整圈的牵引绳缆所绕圈的角度，以基于所述角度计算修正距离，并基于所述修正距离对所述输出距离进行修正，获得修正后的输出距离。
具体地，在牵引转盘1上预先设定好卷绕的起点，以便明确牵引绳缆2在牵引转盘1上卷绕一圈后的位置；由于在计算输出距离时，是以牵引绳缆2在牵引转盘1上卷绕整圈为前提进行计算的，但实际应用中，会存在牵引绳缆在牵引转盘上卷绕几个整圈之后，部分牵引绳缆仍卷绕在牵引转盘上，但不是卷绕一整圈，此时，仅以卷绕整圈的牵引绳缆来进行计算的话，会导致输出距离的结果存在误差，因此，需要对其进行修正。
需要说明的是，角度传感器，顾名思义，是用来检测角度的，根据角度传感器检测出来的角度值，可用来计算行进距离。
于本发明一实施例中，基于所述角度计算所述修正距离的计算公式为：
Figure BDA0002233023910000051
I＝S*G；
其中，Y表示修正距离；T表示角度；I表示牵引转盘1每旋转一周角度传感器的增量；S表示角度传感器的分辨率；G表示角度传感器与牵引转盘1的传动比率。
需要说明的是，将角度传感器安装在牵引转盘1的轴心处，所以该角度传感器是以G＝1:1的传动比率与牵引转盘1连接，即牵引转盘1转动一周，该角度传感器也会转一周。
于本发明一实施例中，所述修正后的输出距离的计算公式为：
Figure BDA0002233023910000061
N＝[(R-P)/H]；
其中，
Figure BDA0002233023910000062
表示修正后的输出距离；N为对(R-P)/H取整的结果，表示牵引绳缆2在牵引转盘1上的卷绕圈数。
具体地，如果不考虑修正距离，会导致输出距离的结果偏大，偏大的那部分就体现在未卷绕整圈的牵引绳缆上，所以，需要将未卷绕整圈的那部分牵引绳缆减去，实现修正输出距离，提高输出位置定位的准确性。
需要说明的是，由于红外传感器的测量结果会受到外界环境等因素的影响，所以导致其测量结果存在误差，具体表现在R的值上，通过对(R-P)/H进行取整处理，可消除误差，保证测量结果的准确可靠。
如图1所示，于一实施例中，本发明的盘式卷扬机输出位置的定位方法包括以下步骤：
步骤S1、基于设置在指定位置的测距装置测量所述指定位置与盘式卷扬机的牵引转盘上最外层牵引绳缆之间的测量距离。
具体地，在指定位置设置好测距装置后，可以确定测距装置与牵引转盘中心的固定距离；通过测距装置能够测量出所述指定位置与牵引转盘上最外层牵引绳缆之间的测量距离。
步骤S2、基于所述测量距离计算所述牵引绳缆的输出距离，以基于所述输出距离实现对所述盘式卷扬机输出位置的定位。
具体地，基于步骤S1获得的固定距离和测量距离，在已知牵引绳缆总长、牵引绳缆厚度及牵引转盘半径的条件下，可计算出所述输出距离，基于所述输出距离即能对牵引绳缆的输出位置进行准确定位。
于本发明一实施例中，还包括对所述输出距离进行修正，以获得修正后的输出距离。
具体地，牵引绳缆在牵引转盘上卷绕的最外圈存在不完整圈的情况，而通过上述步骤S1和步骤S2计算获取的输出距离是以完整圈进行计算的，所以会存在误差，通过对经步骤S1和步骤S2计算所得的输出距离进行修正，以获得准确的输出距离，从而提高了输出位置定位的精准度。
需要说明的是，本发明所述的盘式卷扬机输出位置的定位方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
需要说明的是，本发明的盘式卷扬机输出位置的定位系统可以实现本发明的盘式卷扬机输出位置的定位方法，但本发明的盘式卷扬机输出位置的定位方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的盘式卷扬机输出位置的定位系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
本发明的盘式卷扬机包括上述的盘式卷扬机输出位置的定位系统。
具体地，通过采用上述的盘式卷扬机输出位置的定位系统在盘式卷扬机工作过程中，对其输出位置进行定位，保证定位精度的同时，相比现有定位技术，更加方便、省时。
综上所述，本发明的盘式卷扬机输出位置的定位系统、方法及盘式卷扬机，利用盘式卷扬机输出距离会随牵引绳缆在牵引转盘上的卷绕半径变化而变化的工作原理，采用测距装置实时测量出卷绕半径，以获得盘式卷扬机的输出距离，从而根据输出距离实现对盘式卷扬机输出位置的绝对定位，使得盘式卷扬机在通电后即可测得当前输出位置，解决了现有技术中需要借助自动复位检测或者手动矫正等手段，才能实现盘式卷扬机输出位置定位的问题，使得盘式卷扬机在牵引负载工作过程中，操作流程更加简单，从而节省时间，且能够保证对负载的精准牵引功能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种盘式卷扬机输出位置的定位系统，其特征在于，包括：测距装置和牵引输出装置；
所述牵引输出装置包括牵引转盘和卷绕在所述牵引转盘上的牵引绳缆，所述牵引绳缆远离所述牵引转盘的一端与负载连接，用于驱动所述牵引转盘转动来带动所述牵引绳缆以调整所述负载的输出距离；
所述测距装置用于测量所述测距装置距离所述牵引转盘上最外层牵引绳缆的测量距离，以基于所述测量距离计算出所述输出距离；基于所述测量距离计算所述输出距离的计算公式为：
L＝Z-(PI*R2/H-O)；
R＝M-D；
O＝PI*P2/H；
PI＝π＝3.14；
其中，L表示输出距离；Z表示牵引绳缆的总长；O表示牵引转盘修正值；M表示测距装置距离牵引转盘中心的固定距离；D表示测量距离；R表示牵引绳缆在牵引转盘上卷绕后的卷绕半径；H表示牵引绳缆的厚度；P表示牵引转盘的半径。
2.根据权利要求1所述的盘式卷扬机输出位置的定位系统，其特征在于，所述测距装置采用红外传感器。
3.根据权利要求1所述的盘式卷扬机输出位置的定位系统，其特征在于，所述牵引绳缆与所述牵引转盘接触的一端表面包裹有锡箔层。
4.根据权利要求1所述的盘式卷扬机输出位置的定位系统，其特征在于，所述牵引转盘的轴心处设置有角度传感器，所述角度传感器用于测量所述牵引转盘上最外层未卷绕牵引转盘一整圈的牵引绳缆所绕圈的角度，以基于所述角度计算修正距离，并基于所述修正距离对所述输出距离进行修正，获得修正后的输出距离。
5.根据权利要求4所述的盘式卷扬机输出位置的定位系统，其特征在于，基于所述角度计算所述修正距离的计算公式为：
Figure FDA0003610381650000011
I＝S*G；
其中，Y表示修正距离；T表示角度；I表示牵引转盘每旋转一周角度传感器的增量；S表示角度传感器的分辨率；G表示角度传感器与牵引转盘的传动比率。
6.根据权利要求5所述的盘式卷扬机输出位置的定位系统，其特征在于，所述修正后的输出距离的计算公式为：
Figure FDA0003610381650000021
N＝[(R-P)/H]；
其中，
Figure FDA0003610381650000022
表示修正后的输出距离；N为对(R-P)/H取整的结果，表示牵引绳缆在牵引转盘上的卷绕圈数。
7.一种盘式卷扬机输出位置的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于设置在指定位置的测距装置测量所述指定位置与盘式卷扬机的牵引转盘上最外层牵引绳缆之间的测量距离；
基于所述测量距离计算所述牵引绳缆的输出距离，以基于所述输出距离实现对所述盘式卷扬机输出位置的定位；基于所述测量距离计算所述输出距离的计算公式为：
L＝Z-(PI*R2/H-O)；
R＝M-D；
O＝PI*P2/H；
PI＝π＝3.14；
其中，L表示输出距离；Z表示牵引绳缆的总长；O表示牵引转盘修正值；M表示测距装置距离牵引转盘中心的固定距离；D表示测量距离；R表示牵引绳缆在牵引转盘上卷绕后的卷绕半径；H表示牵引绳缆的厚度；P表示牵引转盘的半径。
8.根据权利要求7所述的盘式卷扬机输出位置的定位方法，其特征在于，还包括对所述输出距离进行修正，以获得修正后的输出距离。
9.一种盘式卷扬机，其特征在于，包括权利要求1至6中任一所述的盘式卷扬机输出位置的定位系统。
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