CN114057022A - 电缆卷筒 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电缆卷筒，涉及机器人技术领域。电缆卷筒，包括：支架；卷筒；排绳器，排绳器包括往复丝杆和滑块，往复丝杆可转动地设置于支架且与卷筒传动连接，滑块连接于往复丝杆；电机单元，电机单元与支架连接，电机单元能够驱动卷筒和往复丝杆旋转；进线轮机构，进线轮机构设置于支架且能够随滑块移动，以将电缆引导至卷筒；张力测量机构，张力测量机构设置于进线轮机构与滑块之间且能够检测电缆的张力数据；以及控制器，控制器能够根据张力数据调整电机单元输出的转速，以使得电缆的张力保持在预设范围内。电缆卷筒可以将张力控制在预设范围内，有效保障了张力的恒定且不会过大，克服了现有问题。

Description

电缆卷筒

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种电缆卷筒。

背景技术

电缆卷筒是为大型移动设备提供动力电源、控制电源或控制信号的电缆卷绕装置。它广泛应用于港口门座起重机、集装箱起重机、装船机、塔式起重机等类似工况的重型机械设备。电缆卷筒主要产品有以下几种形式：配重式、力矩电机式、磁滞式、变频传动式。电缆卷筒分为：弹簧驱动式电缆卷筒和电机驱动式电缆卷筒。弹簧驱动式电缆卷筒用于控制电缆的卷起和放出，主要用于起重机，堆垛装置或废水处理技术等场合。

对于机器人用的电缆卷筒，现有的电缆卷筒无法保证收放线的张力保持恒定，不利于机器人使用。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电缆卷筒，其能够改善现有的电缆卷筒在收放线时无法保持张力恒定的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请的实施例提供了一种电缆卷筒，包括：

支架；

卷筒；

排绳器，所述排绳器包括往复丝杆和滑块，所述往复丝杆可转动地设置于所述支架且与所述卷筒传动连接，所述滑块连接于所述往复丝杆；

电机单元，所述电机单元与所述支架连接，所述电机单元能够驱动所述卷筒和所述往复丝杆旋转；

进线轮机构，所述进线轮机构设置于所述支架且能够随所述滑块移动，以将电缆引导至所述卷筒；

张力测量机构，所述张力测量机构设置于所述进线轮机构与所述滑块之间且能够检测电缆的张力数据；以及

控制器，所述控制器能够根据所述张力数据调整所述电机单元输出的转速，以使得电缆的张力保持在预设范围内。

通过在进线轮机构与滑块之间布设张力测量机构，电缆卷筒能够更加准确地获知电缆的张力情况，以便于根据张力情况改变电机单元的输出，从而保障电缆的张力保持在预设范围，满足机器人的使用需求。

另外，根据本申请的实施例提供的电缆卷筒，还可以具有如下附加的技术特征：

在本申请的可选实施例中，所述进线轮机构包括导轮单元和张紧轮单元，所述导轮单元与所述支架连接，所述张紧轮单元通过所述张力测量机构与所述滑块连接，所述滑块还与所述导轮单元连接，电缆穿过所述导轮单元、绕过所述张紧轮单元并被所述卷筒卷放。

导轮单元可以将电缆进行导向，避免进线时卡住，通过张紧轮单元将电缆张紧，以配合电机单元将电缆的张力控制在预设范围内，同时，将张力测量机构设置在张紧轮单元，可以更直接且准确地获取张力数据，以使得张力调整也更精确。

在本申请的可选实施例中，所述张紧轮单元包括张紧轮和张紧轮架，所述张紧轮可转动地设置于所述张紧轮架，所述张紧轮架通过所述张力测量机构与所述滑块连接。

张紧轮架直接通过张力测量机构与滑块连接，可以在张紧轮受到电缆的反作用力时，直接将反作用力反馈到张力测量机构，使得测量结果更准确。

在本申请的可选实施例中，所述张力测量机构为张力传感器。

张力传感器可以测量出电缆的张力，并且结构轻巧，方便在滑块与进线轮机构之间安装。

在本申请的可选实施例中，所述电缆的位于所述导轮单元与所述张紧轮之间的部分为第一部分，所述电缆的位于张紧轮与所述卷筒之间的部分为第二部分，所述电缆绕过所述张紧轮时，所述第一部分和所述第二部分之间具有夹角θ，满足θ小于180°。

当第一部分和第二部件的夹角符合时，电缆张紧的作用力可以尽可能被检测到，避免因为电缆走向问题而影响张力的检测。

在本申请的可选实施例中，所述导轮单元包括滚轮架、第一导轮、第二导轮、第三导轮和第四导轮，所述滚轮架与所述滑块连接，所述第一导轮、所述第二导轮、所述第三导轮和所述第四导轮均可转动地设置于所述滚轮架且所述第一导轮的轮面、所述第二导轮的轮面、所述第三导轮的轮面及所述第四导轮的轮面围成供电缆通过的过线通道。

多个导轮围成的过线通道可供电缆穿过，对电缆起到引导作用，并且由于电缆都是跟轮面接触，可以避免电缆在收放过程中卡死。

在本申请的可选实施例中，所述第三导轮的转动轴线与所述第一导轮的转动轴线平行，所述第二导轮的转动轴线与所述第四导轮的转动轴线平行且垂直于所述第一导轮的转动轴线，所述过线通道的轮廓呈四方孔形。

通过对多个导轮进行布设，使各个导轮围成四方形孔，使得电缆在任意方向从过线通道通过时都是与导轮产生滚动摩擦，不会导致电缆卡死。

在本申请的可选实施例中，所述支架包括导向轴，所述导向轴穿设于所述滚轮架和所述第一导轮，所述导向轴的轴向与所述往复丝杆的轴向平行。

导向轴通过与滚轮架连接，使得滑块不会被往复丝杆带着旋转，而是可以顺着导向轴滑动，而由于导向轴通过穿设于第一导轮，为第一导轮提供了转动支撑，可以节省安装空间。

在本申请的可选实施例中，所述卷筒包括筒体和转轴，所述转轴与所述筒体连接且位于所述筒体内部，所述电机单元嵌入所述筒体内部，所述电机单元的输出端与所述转轴连接。

通过将电机单元嵌入筒体内部，整个电缆卷筒的体积可以更小，更方便在机器人中进行安装使用。

在本申请的可选实施例中，所述电缆卷筒还包括滑环，所述张力测量机构通过所述滑环与所述控制器电连接，所述滑环包括内圈和外圈，所述内圈套设于所述转轴，所述外圈与所述支架固定连接，所述筒体将所述滑环罩住。

滑环可以用于传输张力数据和控制信号，并且滑环被筒体罩住，可以节省安装空间。

在本申请的可选实施例中，所述电缆卷筒还包括主动链轮、从动链轮和传动链，所述主动链轮套设于所述转轴，所述从动链轮套设于所述往复丝杆，所述传动链绕设于所述主动链轮和所述从动链轮。

主动链轮配合从动链轮和传动链，可以驱动往复丝杆旋转，以带动滑块往复移动，并使得电缆被往复排布在卷筒上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请的实施例提供的电缆卷筒的轴测图；

图2为图1的主视图；

图3为图2的后视图；

图4为图3的A-A方向的剖视图；

图5为图4的B部分的局部放大图；

图6为图2的左视图；

图7为图6的C-C方向的剖视图；

图8为图2的右视图；

图9为图3的俯视图；

图10为图3的仰视图。

图标：100-电缆卷筒；10-支架；11-第一支架板；12-第二支架板；13-导向轴；20-卷筒；21-筒体；22-转轴；23-中间板；30-排绳器；31-往复丝杆；32-滑块；40-电机单元；41-驱动电机；42-减速机；43-安装壳；50-进线轮机构；51-导轮单元；511-滚轮架；512-第一导轮；513-第二导轮；514-第三导轮；515-第四导轮；52-张紧轮单元；521-张紧轮；522-张紧轮架；60-张力测量机构；71-第一轴承；72-第二轴承；80-滑环；91-主动链轮；92-从动链轮；93-传动链；1000-电缆；1001-第一部分；1002-第二部分。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

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。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。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。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。

实施例

请参考图1，本申请的实施例提供了一种电缆卷筒100，包括：

支架10；

卷筒20；

排绳器30，排绳器30包括往复丝杆31和滑块32，往复丝杆31可转动地设置于支架10且与卷筒20传动连接，滑块32连接于往复丝杆31；

电机单元40(图4和图7示出)，电机单元40与支架10连接，电机单元40能够驱动卷筒20和往复丝杆31旋转；

进线轮机构50，进线轮机构50设置于支架10且能够随滑块32移动，以将电缆1000引导至卷筒20；

张力测量机构60(图4和图5示出)，张力测量机构60设置于进线轮机构50与滑块32之间且能够检测电缆1000的张力数据；以及

控制器，控制器能够根据张力数据调整电机单元40输出的转速，以使得电缆1000的张力保持在预设范围内。

其中，本实施例的控制器可以是集成在该电缆卷筒100所应用的机器人上的控制系统中，一个控制模块；也可以是控制机器人的控制室中的控制台，控制台与电缆卷筒100通过无线通信进行数据和信号传输，以进行控制；还可以是集成在电机单元40上的控制单元，以对电机单元40以及张力测量机构60的工作进行控制。

其中，预设范围是指一个既能够满足电缆1000的正常收卷，又不会影响使用该电缆卷筒100的机器人正常工作(比如行走)的一个张力范围，从而使得电缆1000不会在收卷到卷筒20上时发生混乱，也不会张力过大而导致电缆1000磨损或者阻碍机器人行走。具体的数值可以是一个点值，也可以是一个范围值，并可以通过试验得出一个较为优选的预设范围，并预置于控制器内，以方便控制张力大小。

简单而言，通过在进线轮机构50与滑块32之间布设张力测量机构60，电缆卷筒100能够更加准确地获知电缆1000的张力情况，以便于根据张力情况改变电机单元40的输出速度，从而保障电缆1000的张力保持在预设范围，满足机器人的使用需求。

请结合图1、图2、图3、图6、图8、图9和图10，关于支架10，各个视图分别展示了支架10的各个角度的式样，此外，这些图示也展示了电缆1000的设置位置，可以一并参考。本实施例的包括第一支架板11和第二支架板12，两个支架10板之间穿设有导向轴13，并且排绳器30的往复丝杆31穿设于两个支架10板之间，与导向轴13平行设置。

请结合图2和图4，进线轮机构50包括导轮单元51和张紧轮单元52，导轮单元51与支架10连接，张紧轮单元52通过张力测量机构60与滑块32连接，滑块32还与导轮单元51连接，电缆1000穿过导轮单元51、绕过张紧轮单元52并被卷筒20卷放。导轮单元51可以将电缆1000进行导向，避免进线时卡住，通过张紧轮单元52将电缆1000张紧，以配合电机单元40将电缆1000的张力控制在预设范围内，同时，将张力测量机构60设置在张紧轮单元52，可以更直接且准确地获取张力数据，以使得张力调整也更精确。

请结合图4和图5，张紧轮单元52包括张紧轮521和张紧轮架522，张紧轮521可转动地设置于张紧轮架522，张紧轮架522通过张力测量机构60与滑块32连接。张紧轮架522直接通过张力测量机构60与滑块32连接，可以在张紧轮521受到电缆1000的反作用力时，直接将反作用力反馈到张力测量机构60，使得测量结果更准确。

在本实施例中，张力测量机构60为张力传感器。张力传感器可以测量出电缆1000的张力，并且结构轻巧，方便在滑块32与进线轮机构50之间安装。

电缆1000的位于导轮单元51与张紧轮521之间的部分为第一部分1001，电缆1000的位于张紧轮521与卷筒20之间的部分为第二部分1002，电缆1000绕过张紧轮521时，第一部分1001和第二部分1002之间具有夹角θ，满足θ小于180°。当第一部分1001和第二部件的夹角符合时，电缆1000张紧的作用力可以尽可能如数被检测到，避免因为电缆1000走向问题而影响张力的检测。比如当夹角大于等于180°，则电缆1000不再被张紧轮521张紧，此时，张紧轮521不能依靠张紧轮架522将张力准确反馈给张力传感器，从而使得控制器无法有准确的数据来控制电机单元40的工作。

请继续结合图2，本申请的导轮单元51包括滚轮架511、第一导轮512、第二导轮513、第三导轮514和第四导轮515，滚轮架511与滑块32连接，第一导轮512、第二导轮513、第三导轮514和第四导轮515均可转动地设置于滚轮架511且第一导轮512的轮面、第二导轮513的轮面、第三导轮514的轮面及第四导轮515的轮面围成供电缆1000通过的过线通道。进一步的，本实施例的第三导轮514的转动轴线与第一导轮512的转动轴线平行，第二导轮513的转动轴线与第四导轮515的转动轴线平行且垂直于第一导轮512的转动轴线，过线通道的轮廓呈四方孔形。多个导轮围成的过线通道可供电缆1000穿过，对电缆1000起到引导作用，并且由于电缆1000都是跟轮面接触，可以避免电缆1000在收放过程中卡死。通过对多个导轮进行布设，使各个导轮围成四方形孔，使得电缆1000在任意方向从过线通道通过时都是与导轮产生滚动摩擦，不会导致电缆1000卡死。也即是说，即便电缆1000通过之前的方向不是像图1一般的沿着H方向，但无论何种方向，总能够有导轮与电缆1000滚动配合，使得电缆1000不会卡死。

可以理解的是，导轮的数量也可以不限制于四个，还可以有其他数量选择，比如三个或者五个、六个等，只要其轮面围合后能够形成电缆1000收放的通道，并且与电缆1000之间保持滚动摩擦即可。

请结合图1，本实施例的导向轴13穿设于滚轮架511和第一导轮512，导向轴13的轴向与往复丝杆31的轴向平行。导向轴13通过与滚轮架511连接，使得滑块32不会被往复丝杆31带着旋转，而是可以顺着导向轴13滑动，而由于导向轴13通过穿设于第一导轮512，为第一导轮512提供了转动支撑，可以节省安装空间。

可以选择的是，导向轴13也可以只穿过滚轮架511，或者是只穿过滑块32，这样同样可以使得滑块32可以正常滑动。本实施例选择将导向轴13穿过滚轮架511和第一导轮512，可以使得结构更为紧凑，减少不必要的空间占用。此外，导向轴13还可以分摊第一导轮512受到的电缆1000的作用力，避免第一导轮512在使用过程中一直受到径向力而发生偏移。

请结合图7，在本实施例中，卷筒20包括筒体21和转轴22，转轴22与筒体21连接且位于筒体21内部，电机单元40嵌入筒体21内部，电机单元40的输出端与转轴22连接。其中，筒体21内部设有中间板23。通过将电机单元40嵌入筒体21内部，整个电缆卷筒100的体积可以更小，更方便在机器人中进行安装使用。详细的，本实施例的电机单元40包括驱动电机41和减速机42，并可以将上文所述的控制器集成在驱动电机41上，电机单元40还包括安装壳43，安装壳43用于容置驱动电机41和减速机42。

详细的，以图7视角为例，安装壳43的左侧与第一支架板11固定连接，并与第一轴承71的内圈固定，第一轴承71的外圈则和筒体21固定。减速机42的输出轴则和转轴22连接，转轴22的右侧部分套设有第二轴承72，第二轴承72的外圈和第二支架板12固定连接，中间板23则套设于转轴22且与筒体21固定连接。

在转轴22上还设有滑环80，张力测量机构60通过滑环80与控制器电连接，滑环80包括内圈和外圈，内圈套设于转轴22，外圈与第二支架板12固定连接，筒体21将滑环80罩住。滑环80可以用于传输张力数据和控制信号，并且滑环80被筒体21罩住，可以节省安装空间。当然，可以理解的是，当应用该电缆卷筒100卷绕的对象不是电缆1000，而是管或者钢丝绳这样不需要传输能量和信号的对象时，也可以考虑不设置滑环80，节省空间和成本。

请结合图1，电缆卷筒100还包括主动链轮91、从动链轮92和传动链93，主动链轮91套设于转轴22，从动链轮92套设于往复丝杆31，传动链93绕设于主动链轮91和从动链轮92。主动链轮91配合从动链轮92和传动链93，可以驱动往复丝杆31旋转，以带动滑块32往复移动，并使得电缆1000被往复排布在卷筒20上。

本实施例的原理是：

机器人行走的速度，方向均具有不确定性，因而需要机器人上面的电缆卷筒及时收放线保证不乱绳，传统的电缆卷筒需提供很大的收线张力保证不乱绳，但对机器人有很大的行走阻力，并且张力过大容易导致电缆磨损。

此外，机器人上面空间有限，电缆卷筒的电机一般与卷筒串联，占用较大空间。机器人行走方向不确定，因而电缆可能从各个角度进入机器人，有时会出现电缆卡死的情况。

有鉴于此，本申请提供了一种电缆卷筒100。

通过张力测量机构60可以测定电缆1000张力，并且本申请是在张紧轮单元52设置张力测量机构60，能够在张紧电缆1000的同时，直接把张力大小传递至张力测量机构60，使得检测数据更为真实准确。

在得到的数据准确的情况下，可以进一步控制电机单元40工作，通过改变转速，使得电缆1000以一个较小且恒定的张力被卷筒20收放，并且本实施例采用PID(proportional-integral-derivative control，比例积分微分控制)控制器进行控制，能够更精细地控制电机单元40的转速，使得张力控制的精准度高。

进一步的，本实施例还通过设置第一导轮512、第二导轮513、第三导轮514和第四导轮515，使之围成四方孔形的过线通道，可以使得电缆1000在任意角度收放时，都不会被卡死，也就不会使得张力剧烈变化，防止机器人行走受阻，也避免电缆1000由于张力过大而损坏。

除了控制张力以外，本申请的电缆卷筒100将电机单元40和滑环80都容置于卷筒20的筒体21内，从而使得对外部的空间占用大大减少，有效优化了空间布局，对于机器人而言，也可以有更多的空间安装其它部件，或者扩大一些机构的活动范围。

综上所述，本申请的电缆卷筒100通过进线轮机构50对电缆1000进线引导，配合排绳器30可以方便电缆1000被卷筒20收放，同时通过设置张力测量机构60，并将张力测量机构60设置于进线轮机构50上，使得电缆1000张紧时的张力可以更为准确地被测量到，并通过控制器来控制电机单元40，以将张力控制在预设范围内，有效保障了张力的恒定且不会过大，克服了现有问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电缆卷筒，其特征在于，包括：

支架；

卷筒；

排绳器，所述排绳器包括往复丝杆和滑块，所述往复丝杆可转动地设置于所述支架且与所述卷筒传动连接，所述滑块连接于所述往复丝杆；

电机单元，所述电机单元与所述支架连接，所述电机单元能够驱动所述卷筒和所述往复丝杆旋转；

进线轮机构，所述进线轮机构设置于所述支架且能够随所述滑块移动，以将电缆引导至所述卷筒；

张力测量机构，所述张力测量机构设置于所述进线轮机构与所述滑块之间且能够检测电缆的张力数据；以及

控制器，所述控制器能够根据所述张力数据调整所述电机单元输出的转速，以使得电缆的张力保持在预设范围内。

2.根据权利要求1所述的电缆卷筒，其特征在于，所述进线轮机构包括导轮单元和张紧轮单元，所述导轮单元与所述支架连接，所述张紧轮单元通过所述张力测量机构与所述滑块连接，所述滑块还与所述导轮单元连接，电缆穿过所述导轮单元、绕过所述张紧轮单元并被所述卷筒卷放。

3.根据权利要求2所述的电缆卷筒，其特征在于，所述张紧轮单元包括张紧轮和张紧轮架，所述张紧轮可转动地设置于所述张紧轮架，所述张紧轮架通过所述张力测量机构与所述滑块连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电缆卷筒，其特征在于，所述张力测量机构为张力传感器。

5.根据权利要求3所述的电缆卷筒，其特征在于，所述电缆的位于所述导轮单元与所述张紧轮之间的部分为第一部分，所述电缆的位于张紧轮与所述卷筒之间的部分为第二部分，所述电缆绕过所述张紧轮时，所述第一部分和所述第二部分之间具有夹角θ，满足θ小于180°。

6.根据权利要求2所述的电缆卷筒，其特征在于，所述导轮单元包括滚轮架、第一导轮、第二导轮、第三导轮和第四导轮，所述滚轮架与所述滑块连接，所述第一导轮、所述第二导轮、所述第三导轮和所述第四导轮均可转动地设置于所述滚轮架且所述第一导轮的轮面、所述第二导轮的轮面、所述第三导轮的轮面及所述第四导轮的轮面围成供电缆通过的过线通道。

7.根据权利要求6所述的电缆卷筒，其特征在于，所述第三导轮的转动轴线与所述第一导轮的转动轴线平行，所述第二导轮的转动轴线与所述第四导轮的转动轴线平行且垂直于所述第一导轮的转动轴线，所述过线通道的轮廓呈四方孔形。

8.根据权利要求6所述的电缆卷筒，其特征在于，所述支架包括导向轴，所述导向轴穿设于所述滚轮架和所述第一导轮，所述导向轴的轴向与所述往复丝杆的轴向平行。

9.根据权利要求1所述的电缆卷筒，其特征在于，所述卷筒包括筒体和转轴，所述转轴与所述筒体连接且位于所述筒体内部，所述电机单元嵌入所述筒体内部，所述电机单元的输出端与所述转轴连接。

10.根据权利要求9所述的电缆卷筒，其特征在于，所述电缆卷筒还包括滑环，所述张力测量机构通过所述滑环与所述控制器电连接，所述滑环包括内圈和外圈，所述内圈套设于所述转轴，所述外圈与所述支架固定连接，所述筒体将所述滑环罩住。

11.根据权利要求9所述的电缆卷筒，其特征在于，所述电缆卷筒还包括主动链轮、从动链轮和传动链，所述主动链轮套设于所述转轴，所述从动链轮套设于所述往复丝杆，所述传动链绕设于所述主动链轮和所述从动链轮。

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