CN113373790A - 一种舟桥动力系统控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种舟桥动力系统控制装置，包括：两套控制组件，两套控制组件分别安装在单个舟桥单元的两侧；每套控制组件均包括：船外机转向控制机构及伺服控制单元；船外机转向控制机构包括：上基板、下基板、回转支承、齿轮及伺服电机A；下基板固定在舟桥单元上；回转支承的外圈端面凸出于内圈端面；外圈的上部加工有内齿圈；外圈的下部固定在下基板上；上基板固定在回转支承的内圈上部；舟桥单元上的船外机和伺服电机A均固定在上基板上；伺服电机A的输出轴同轴安装有齿轮，且齿轮与回转支承的内齿圈内啮合；本发明能够在不破坏原有的操纵机构的基础上，增加控制组件，实现对舟桥的航行方向的自动控制和遥控控制。

Description

一种舟桥动力系统控制装置
技术领域
本发明属于舟桥自动控制装置技术领域，具体涉及一种舟桥动力系统控制装置。
背景技术
某现役舟桥航行时需操作人员手动操纵动力系统控制舟桥的航行方向，舟桥单元(即河中舟)越多操作人员越多，漕渡作业繁琐，增加了人工成本，降低了作业效率。因此要实现舟桥的自动转向控制，即航行方向控制，必须对舟桥的动力系统进行改造。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种舟桥动力系统控制装置，能够在不破坏原有的操纵机构的基础上，增加控制组件，实现对舟桥的航行方向的自动控制和遥控控制。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种舟桥动力系统控制装置，所述控制装置包括：两套控制组件，所述两套控制组件分别安装在舟桥的单个舟桥单元的两侧；每套控制组件均包括：船外机转向控制机构及伺服控制单元；
所述船外机转向控制机构包括：上基板、下基板、回转支承、齿轮及伺服电机A；
所述下基板固定在舟桥单元上；
所述回转支承的外圈端面凸出于内圈端面；所述外圈的上部加工有内齿圈；所述外圈的下部固定在下基板上；
所述上基板固定在回转支承的内圈上部；
舟桥单元上的船外机和伺服电机A均固定在所述上基板上；所述伺服电机A的输出轴同轴安装有齿轮，且所述齿轮与所述回转支承的内齿圈内啮合；
所述伺服控制单元安装在所述上基板上，用于控制伺服电机A工作。
进一步的，所述控制组件还包括油门手柄控制机构；
所述油门手柄控制机构包括：固定杆、L形杆、支撑块、伺服电机B及伺服电机C；
所述支撑块通过固定杆安装在所述上基板上；
所述伺服电机C安装在所述支撑块的一侧上；所述支撑块的另一侧设有限位通孔；
所述L形杆的一端与伺服电机C的输出轴连接，另一端加工有安装孔；
所述伺服电机B安装在所述L形杆的安装孔内，且伺服电机B的输出轴轴线与所述伺服电机C的输出轴轴线平行；所述伺服电机B的输出轴通过丝杠螺母副安装有楔形块，所述丝杠螺母副用于将所述伺服电机B输出轴的转动转化为所述楔形块的直线运动；
所述油门手柄为倒置L形杆，所述油门手柄上设有与其形状一致的滑杆，所述滑杆可沿油门手柄的竖直部分上下滑动；所述油门手柄的水平部分安装在L形杆的安装孔内，并与所述位于所述楔形块的上方，同时能够与所述楔形块接触；所述油门手柄的竖直部分通过销轴安装在支撑块的限位通孔所在侧；所述滑杆的竖直部分与所述支撑块的限位通孔进行孔轴配合时，所述油门手柄处于锁定状态；当楔形块推动所述滑杆向上移动，使得滑杆的竖直部分从所述支撑块的限位通孔脱出时，所述油门手柄处于解锁状态；
所述伺服控制单元还用于控制伺服电机B及伺服电机C工作。
进一步的，所述控制装置还包括：遥控器；
所述遥控器采用无线遥控器，所述遥控器上设有两个手柄，两个手柄分别用于一一对应控制单个舟桥单元上的两套控制组件；每个手柄具有两个自由度，手柄的前后运动用于通过伺服控制单元给伺服电机B和伺服电机C发送控制指令，进而控制油门手柄的解锁及转动，手柄的自转用于通过伺服控制单元给伺服电机A发送控制指令，进而控制船外机的转动。
进一步的，所述遥控器上还设有急停按钮，所述急停按钮用于停止伺服电机A、伺服电机B及伺服电机C的工作。
进一步的，所述伺服电机A的输出轴尾端设有旋转编码器，用于检测船外机的位置信号，并将所述位置信号反馈给伺服控制单元；所述伺服控制单元根据所述位置信号，对伺服电机A进行位置闭环控制。
进一步的，所述伺服电机C的输出轴尾端设有旋转编码器，用于检测油门手柄的位置信号，并将所述位置信号反馈给伺服控制单元；所述伺服控制单元根据所述位置信号，对伺服电机C进行位置闭环控制。
进一步的，所述伺服电机B的输出轴尾端设有旋转编码器，用于检测楔形块的位置信号，并将所述位置信号反馈给伺服控制单元；所述伺服控制单元根据所述位置信号，对伺服电机B进行位置闭环控制。
进一步的，所述控制组件还包括动力电池；
所述动力电池安装在所述上基板上，通过储能模块和稳压模块输出稳定的直流电压电流给伺服控制单元、伺服电机A、伺服电机B及伺服电机C。
进一步的，需要进行手动操纵船外机的转向时，所述固定杆作为操作杆，推动操作杆带动所述带动上基板进行相对于下基板的旋转运动，进而控制船外机的转向。
进一步的，需要进行手动控制油门时，解除L形杆与伺服电机C的连接，进而使得油门手柄与所述L形杆脱离，手动推动油门手柄，使其绕所述销轴转动，进而控制油门的加减。
有益效果：
(1)本发明在不破坏原有的操纵机构的基础上，增加回转支承、齿轮和伺服电机A，实现遥控控制舟桥的航行方向，结构简单、性能可靠；可以有效地解决现役舟桥智能化程度低、舟体单元操控人数较多、漕渡作业繁琐、人工成本高、作业效率低的问题。
(2)本发明利用伺服电机B解锁油门手柄，驱动油门手柄旋转运动，控制油门位置，实现油门加减的自动控制。
(3)本发明的伺服电机A、伺服电机B及伺服电机C的输出轴末端均设有旋转编码器，形成位置闭环控制，精确控制了舟桥的航行方向。
(4)本发明的遥控器采用无线遥控控制，方便操作，且减少了人工成本。
(5)当本发明的自动控制舟桥的航行方向出现故障时，可以在人工控制和自动控制转向之间迅速切换。
附图说明
图1为本发明的轴测视图；
图2为本发明的回转支承和齿轮的配合关系图；
其中，1-遥控器，2-左手柄，3-右手柄，4-固定杆，5-伺服控制单元，6-动力电池，7-伺服电机B，8-油门手柄，9-伺服电机C，10-船外机，11-油箱，12-上基板，13-下基板，14-回转支承，15-齿轮，16-伺服电机A，17-支撑块，18-L形杆。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种舟桥动力系统控制装置，所述舟桥由两个以上舟桥单元(即河中舟)顺序对接组成，每个舟桥单元的动力系统均包括：船外机10、油门手柄8及油箱11；所述船外机10、油门手柄8及油箱11为一组动力组件，两组动力组件分别位于单个舟桥单元的两侧；所述船外机10用于控制单个舟桥单元的转向，进而控制舟桥的航行方向；所述油门手柄8用于控制单个舟桥单元的油门加减；
所述控制装置包括：两套控制组件和一个遥控器；所述两套控制组件分别安装在单个舟桥单元的两侧；每套控制组件均包括：船外机转向控制机构、油门手柄控制机构、伺服控制单元5及动力电池6；
参见附图1-2，所述船外机转向控制机构包括：上基板12、下基板13、回转支承14、齿轮15及伺服电机A16；
所述下基板13通过螺栓固定在舟桥单元上；
所述回转支承14的外圈端面凸出于内圈端面；所述外圈的上部(即凸出于内圈端面的部分)加工有内齿圈；所述外圈的下部通过螺栓固定在下基板13上；
所述上基板12通过螺栓固定在回转支承14的内圈上部；
所述船外机10和伺服电机A16均固定在所述上基板12上；所述伺服电机A16的输出轴同轴安装有齿轮15，且所述齿轮15与所述回转支承14的内齿圈内啮合；当所述伺服控制单元5控制伺服电机A16工作时，所述伺服电机A16的输出轴带动所述齿轮15转动，所述齿轮15转动时，进而带动上基板12进行相对于下基板13的旋转运动，即实现船外机10的全回转运动；
所述伺服电机A16的输出轴尾端设有旋转编码器，用于检测船外机10的位置信号(即船外机10的已转向的角度)，并将所述位置信号反馈给伺服控制单元5；所述伺服控制单元5根据所述位置信号，对伺服电机A16进行位置闭环控制，实现舟桥航行方向的自动控制；
所述油门手柄控制机构包括：固定杆4、L形杆18、支撑块17、伺服电机B7及伺服电机C9；
所述固定杆4固定在所述上基板12上；所述支撑块17安装在固定杆4上；
所述伺服电机C9安装在所述支撑块17的一侧上；所述支撑块17的另一侧设有限位通孔；
所述L形杆18的一端与伺服电机C9的输出轴连接，另一端加工有安装孔；
所述伺服电机B7安装在所述L形杆18的安装孔内，且伺服电机B7的输出轴轴线与所述伺服电机C9的输出轴轴线平行；所述伺服电机B7的输出轴通过丝杠螺母副安装有楔形块，所述丝杠螺母副用于将所述伺服电机B7输出轴的转动转化为所述楔形块的直线运动；所述楔形块的大端与所述丝杠螺母副连接；
所述油门手柄8为倒置L形杆，所述油门手柄8上设有与其形状一致的滑杆，所述滑杆可沿油门手柄8的竖直部分上下滑动；所述油门手柄8的水平部分安装在L形杆18的安装孔内，并与所述位于所述楔形块的上方，所述滑杆的水平部分与所述楔形块接触；所述油门手柄8的竖直部分通过销轴安装在支撑块17的限位通孔所在侧，所述滑杆的竖直部分能够与所述支撑块17的限位通孔进行孔轴配合；
当伺服电机B7正转时，通过丝杠螺母副推动楔形块前进(即向油门手柄8所在方向移动)，逐渐使得楔形块的大端抵触在滑杆上，进而推动所述滑杆向上移动，使得滑杆的竖直部分从所述支撑块17的限位通孔脱出，即二者不接触，此时，所述油门手柄8处于解锁状态，所述油门手柄8可绕所述销轴转动；具体为：当所述伺服控制单元5控制伺服电机C9工作时，所述伺服电机C9的输出轴带动所述L形杆18绕所述伺服电机C9输出轴的轴线转动，进而驱动所述油门手柄8绕所述销轴转动；
其中，所述伺服控制单元5根据输入的脉冲数控制伺服电机C9输出轴的旋转角度，根据输入的脉冲频率控制伺服电机C9输出轴的旋转速度，从而控制油门手柄8的转向位置和速度；所述伺服电机C9的输出轴尾端设有旋转编码器，用于检测油门手柄8的位置信号，并将所述位置信号反馈给伺服控制单元5；所述伺服控制单元5根据所述位置信号，对伺服电机C9进行位置闭环控制，实现油门手柄8的加减油门的自动控制；
当伺服电机B7反转时，通过丝杠螺母副推动楔形块后退，逐渐使得楔形块的小端抵触在滑杆上，进而使得所述滑杆向下移动复位，所述滑杆的竖直部分伸入到所述支撑块17的限位通孔中，此时，所述油门手柄8处于锁定状态，所述油门手柄8不可转动；
所述伺服电机B7的输出轴尾端设有旋转编码器，用于检测楔形块的位置信号，并将所述位置信号反馈给伺服控制单元5；所述伺服控制单元5根据所述位置信号，对伺服电机B7进行位置闭环控制，实现楔形块移动位置的自动控制；
所述伺服控制单元5固定在所述固定杆4上，进而固定在所述上基板12上；所述伺服控制单元5通过无线模块、数据网关及协议转换的通讯接口与遥控器1、伺服电机A16、伺服电机B7及伺服电机C9进行通信，通过CANopen工业总线与伺服电机A16、伺服电机B7及伺服电机C9末端的旋转编码器之间进行数据传输交换；所述伺服控制单元5用于接收遥控器1发送的控制指令，并根据所述控制指令分别控制伺服电机A16、伺服电机B7及伺服电机C9的转动，同时，通过伺服电机A16、伺服电机B7及伺服电机C9上的旋转编码器反馈的位置信号实现对伺服电机A16、伺服电机B7及伺服电机C9的闭环控制；其中，所述伺服控制单元5可运用PLC控制技术或单片机控制技术实现动力舟桥动力系统自动控制；
所述动力电池6安装在所述上基板12上，通过储能模块和稳压模块输出稳定的直流电压电流给伺服控制单元5、伺服电机A16、伺服电机B7及伺服电机C9。
所述遥控器1采用无线遥控器，所述遥控器1上设有两个手柄，分别为左手柄2和右手柄3，两个手柄分别用于一一对应控制单个舟桥单元上的两套控制组件，进而控制舟桥的航行方向和油门加减；每个手柄具有两个自由度，手柄的前后运动用于给伺服电机B7和伺服电机C9发送控制指令，进而控制油门手柄8的解锁及转动，手柄的自转用于给伺服电机A16发送控制指令，进而控制船外机10的转动；
所述遥控器1上还设有急停按钮，当发生特殊情况导致通信中断时，通过按下所述急停按钮可立即停止伺服电机A16、伺服电机B7及伺服电机C9的工作，避免船外机10和油门手柄8在不受控制的情况下继续运动，提升舟桥及所述控制装置的安全性。
需要进行手动操纵船外机10进行舟桥的转向时，所述固定杆4作为操作杆，所述固定杆4的顶部弯折，作为操作杆手柄，手动推动操作杆4带动所述带动上基板12进行相对于下基板13的旋转运动，进而控制船外机8的转向，实现手动控制舟桥的航向方向；需要手动加减油门时，解除L形杆18与伺服电机C9的连接，进而使得油门手柄8与所述L形杆18脱离，手动前后推动油门手柄8，使其绕所述销轴转动，实现油门的加减。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种舟桥动力系统控制装置，所述控制装置包括：两套控制组件，所述两套控制组件分别安装在舟桥的单个舟桥单元的两侧；其特征在于，每套控制组件均包括：船外机转向控制机构及伺服控制单元(5)；
所述船外机转向控制机构包括：上基板(12)、下基板(13)、回转支承(14)、齿轮(15)及伺服电机A(16)；
所述下基板(13)固定在舟桥单元上；
所述回转支承(14)的外圈端面凸出于内圈端面；所述外圈的上部加工有内齿圈；所述外圈的下部固定在下基板(13)上；
所述上基板(12)固定在回转支承(14)的内圈上部；
舟桥单元上的船外机(10)和伺服电机A(16)均固定在所述上基板(12)上；所述伺服电机A(16)的输出轴同轴安装有齿轮(15)，且所述齿轮(15)与所述回转支承(14)的内齿圈内啮合；
所述伺服控制单元(5)安装在所述上基板(12)上，用于控制伺服电机A(16)工作。
2.如权利要求1所述的一种舟桥动力系统控制装置，其特征在于，所述控制组件还包括油门手柄控制机构；
所述油门手柄控制机构包括：固定杆(4)、L形杆(18)、支撑块(17)、伺服电机B(7)及伺服电机C(9)；
所述支撑块(17)通过固定杆(4)安装在所述上基板(12)上；
所述伺服电机C(9)安装在所述支撑块(17)的一侧上；所述支撑块(17)的另一侧设有限位通孔；
所述L形杆(18)的一端与伺服电机C(9)的输出轴连接，另一端加工有安装孔；
所述伺服电机B(7)安装在所述L形杆(18)的安装孔内，且伺服电机B(7)的输出轴轴线与所述伺服电机C(9)的输出轴轴线平行；所述伺服电机B(7)的输出轴通过丝杠螺母副安装有楔形块，所述丝杠螺母副用于将所述伺服电机B(7)输出轴的转动转化为所述楔形块的直线运动；
所述油门手柄(8)为倒置L形杆，所述油门手柄(8)上设有与其形状一致的滑杆，所述滑杆可沿油门手柄(8)的竖直部分上下滑动；所述油门手柄(8)的水平部分安装在L形杆(18)的安装孔内，并与所述位于所述楔形块的上方，同时能够与所述楔形块接触；所述油门手柄(8)的竖直部分通过销轴安装在支撑块(17)的限位通孔所在侧；所述滑杆的竖直部分与所述支撑块(17)的限位通孔进行孔轴配合时，所述油门手柄(8)处于锁定状态；当楔形块推动所述滑杆向上移动，使得滑杆的竖直部分从所述支撑块(17)的限位通孔脱出时，所述油门手柄(8)处于解锁状态；
所述伺服控制单元(5)还用于控制伺服电机B(7)及伺服电机C(9)工作。
3.如权利要求2所述的一种舟桥动力系统控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：遥控器(1)；
所述遥控器(1)采用无线遥控器，所述遥控器(1)上设有两个手柄，两个手柄分别用于一一对应控制单个舟桥单元上的两套控制组件；每个手柄具有两个自由度，手柄的前后运动用于通过伺服控制单元(5)给伺服电机B(7)和伺服电机C(9)发送控制指令，进而控制油门手柄(8)的解锁及转动，手柄的自转用于通过伺服控制单元(5)给伺服电机A(16)发送控制指令，进而控制船外机(10)的转动。
4.如权利要求3所述的一种舟桥动力系统控制装置，其特征在于，所述遥控器(1)上还设有急停按钮，所述急停按钮用于停止伺服电机A(16)、伺服电机B(7)及伺服电机C(9)的工作。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种舟桥动力系统控制装置，其特征在于，所述伺服电机A(16)的输出轴尾端设有旋转编码器，用于检测船外机(10)的位置信号，并将所述位置信号反馈给伺服控制单元(5)；所述伺服控制单元(5)根据所述位置信号，对伺服电机A(16)进行位置闭环控制。
6.如权利要求2-4任一项所述的一种舟桥动力系统控制装置，其特征在于，所述伺服电机C(9)的输出轴尾端设有旋转编码器，用于检测油门手柄(8)的位置信号，并将所述位置信号反馈给伺服控制单元(5)；所述伺服控制单元(5)根据所述位置信号，对伺服电机C(9)进行位置闭环控制。
7.如权利要求2-4任一项所述的一种舟桥动力系统控制装置，其特征在于，所述伺服电机B(7)的输出轴尾端设有旋转编码器，用于检测楔形块的位置信号，并将所述位置信号反馈给伺服控制单元(5)；所述伺服控制单元(5)根据所述位置信号，对伺服电机B(7)进行位置闭环控制。
8.如权利要求2-4任一项所述的一种舟桥动力系统控制装置，其特征在于，所述控制组件还包括动力电池(6)；
所述动力电池(6)安装在所述上基板(12)上，通过储能模块和稳压模块输出稳定的直流电压电流给伺服控制单元(5)、伺服电机A(16)、伺服电机B(7)及伺服电机C(9)。
9.如权利要求1-4任一项所述的一种舟桥动力系统控制装置，其特征在于，需要进行手动操纵船外机(10)的转向时，所述固定杆(4)作为操作杆，推动操作杆(4)带动所述带动上基板(12)进行相对于下基板(13)的旋转运动，进而控制船外机(8)的转向。
10.如权利要求2-4任一项所述的一种舟桥动力系统控制装置，其特征在于，需要进行手动控制油门时，解除L形杆(18)与伺服电机C(9)的连接，进而使得油门手柄(8)与所述L形杆(18)脱离，手动推动油门手柄(8)，使其绕所述销轴转动，进而控制油门的加减。
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