一种充电枪电缆自动收放装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及传动机构技术领域，尤其是一种充电枪电缆自动收放装置及其控制方法。


背景技术：

2.现有的收放线装置大多都采用机械传动机构，利用机械传动机构将线缆运动的方式、方向或速度加以改变，在日常产品安装、调试和货物转运过程中使线缆起到受力平衡作用，但是这些收放线装置没有实现精确施力控制，出现施力不均匀，收、放线速度不均衡等缺陷。在生活中一些常见的充电设备、生产线中若使用这些收放线装置进行施力平衡，其使用效果差，操作不方便，效率低下。


技术实现要素：

3.为解决上述现有技术中的缺点，本发明提供一种充电枪电缆自动收放装置及其控制方法，通过设置在收放装置中的力传感器采集实时受力数据，控制收线刹车电机旋转速度的变化来实现受力平衡功能，且具有受力平衡控制和受力状态保持功能，具有快速施力平衡的功能，使操作人员零阻力拖拽或收纳与充电枪连接的钢丝绳。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种充电枪电缆自动收放装置，其特征在于，包括：收放线刹车电机、收线轮、钢丝绳、支撑滑轮、压力传感器、旋转支架、压力传感器变送模块和收放线刹车电机驱动控制器；所述收放线刹车电机带动收线轮旋转，收线轮通过正反向旋转收放绕在其上的钢丝绳；钢丝绳从收线轮延伸出，经过支撑滑轮、第三定滑轮和限位器；所述支撑滑轮安装在压力传感器上，所述第三定滑轮和限位器安装在旋转支架上，旋转支架上还安装有位置传感器用于记录限位器位置；所述压力传感器感应到钢丝绳拉力变化后，将信号传送至压力传感器变送模块来判断是否收放线，压力传感器变送模块将收放线信号传送至收放线刹车电机驱动控制器，收放线刹车电机驱动控制器通过控制收放线刹车电机正反向旋转或者刹车来控制收线轮的收放线或停止；位置传感器通过对限位器的位置检测将信号传送至收放线刹车电机驱动控制器，收放线刹车电机驱动控制器通过对限位器的位置来判断钢丝绳是否收到位，从而在钢丝绳收线到位后，控制收放线刹车电机的刹车。
5.进一步地，所述减速机通过电机固定板固定在第一轴承固定板上，第一轴承固定板安装在底座上，底座上还安装有第二轴承固定板，第二轴承固定板与第一轴承固定板规格相同，且相互平行，第一轴承固定板和第二轴承固定板上均开有通孔，第一轴承固定板通孔安装有第一支撑轴承，第二轴承固定板通孔安装有第二支撑轴承，第一支撑轴承与第二支撑轴承圆心所在轴线在同一直线上。
6.进一步地，所述第一支撑轴承与第二支撑轴承共同支撑收线转轴，收线转轴在第一支撑轴承与第二支撑轴承之间的部分安装有收线轮，收线轮与第一支撑轴承之间还安装有钢丝绳防卷条；收线转轴从第一支撑轴承伸出部分连接减速机和收放线刹车电机。
7.进一步地，所述压力传感器安装在底座上，底座上还安装有压力传感器变送模块、收放线刹车电机驱动控制器、第一定滑轮和支架，支架为槽状结构，包围第一定滑轮。
8.进一步地，所述支架通过转轴和轴承箱与旋转支架连接，支架上安装有第一水平定滑轮、第二水平定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮和传感器固定板，传感器固定板上安装有位置传感器，位置传感器用于检测限位器的位置。
9.进一步地，所述第一水平定滑轮和第二水平定滑轮规格相同，均水平安装，且高度相同。
10.进一步地，所述钢丝绳从收线轮伸出，依次经过支撑滑轮、第一定滑轮、第一水平定滑轮、第二水平定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮和限位器。
11.进一步地，支撑滑轮的高度可调，安装时要调节高度使支撑滑轮两侧的钢丝绳分别与支撑滑轮接触点竖直向下方向的夹角为60
°
。
12.应用于上述的充电枪电缆自动收放装置的控制方法，包括如下步骤：
13.步骤1：上电初始化，位置传感器检测限位器的初始位置作为零位开关，压力传感器检测受到的压力值作为初始力值qg，系统记录下该值，等待拉充电枪信号；
14.步骤2：充电箱检测到拉充电枪信号后，系统开始检测压力传感器受到的压力值fy；
15.若fy-qg≤0,则压力传感器变送模块将信号发送给收放线刹车电机驱动控制器，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机抱闸不打开，收放线刹车电机速度为0，不放钢丝绳；
16.若fy-qg》0,则压力传感器变送模块将信号发送给收放线刹车电机驱动控制器，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机抱闸打开放钢丝绳，放钢丝绳速度v＝k
×
(fy-qg)，其中k为放钢丝绳速度增益,单位为：m/(s
·
n)；
17.步骤3：充电箱发出正在充电指令时，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机抱闸合上，收放线刹车电机去使能，不工作；
18.步骤4：充电箱发出充电完成指令后，延时1秒钟，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机收钢丝绳，在收充电枪过程中如果：fy-qg》fz，则停止收枪，延时5秒后再次尝试收枪，其中：fz为外部阻力；
19.步骤5：收充电枪的过程中，钢丝绳上的限位器，采用低速接近零位开关，并检测零位开关；
20.步骤6：位置传感器检测到零位开关后，给收放线刹车电机驱动控制器发送信号，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机停止运动，抱闸合上，收放线刹车电机去使能，等待下一次放钢丝绳的指令。
21.本发明技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
22.1、本发明的充电枪电缆自动收放装置及其控制算法的压力传感器安装在收线轮和第一定滑轮中间，能够直接检测钢丝绳拖拽时受到的压力，结构设计上让传感器上的支撑滑轮支撑点两侧钢丝绳角度都成60
°
，保证了压力传感器受到的压力等于钢丝绳的拉力，不需要在电机旋转轴上安装高成本的扭矩传感器，只装有低成本的单向压力传感器，降低了成本。
23.2、采用垂直滑轮和水平滑轮的组合，实现了钢丝绳
±
90
°
范围任意方向的拖拽。
24.3、节能，电机在充电枪充电和复位时都不工作，抱闸合上，只有在收放钢丝绳时，抱闸打开，电机才使能工作，电机处于短时工作状态，省电节能。
25.4、安全，本发明中的方法对收钢丝绳力有限定范围，收钢丝绳力大于该限定范围后，系统停止收枪，充分保证充电枪使用者的人身安全。
附图说明
26.图1是本发明的充电枪电缆自动收放装置及其控制算法的整体结构示意图。
27.图2是本发明的充电枪电缆自动收放装置及其控制算法的局部剖面图。
28.图3是本发明的充电枪电缆自动收放装置及其控制算法的整体结构示意图。
29.图4是本发明的充电枪电缆自动收放装置及其控制算法的力控平衡原理图。
30.图5是本发明的充电枪电缆自动收放装置的其控制算法的流程示意图。
31.其中附图标记含义：1-收放线刹车电机、2-减速机、3-电机固定板、4-第一轴承固定板、5-钢丝绳防卷条、6-收线轮、7-第二支撑轴承、8-收线转轴、9-钢丝绳、10-底座、11-支撑滑轮、12-压力传感器、13-支架、14-转轴、15-轴承箱、16-传感器固定板、17-旋转支架、18-压力传感器变送模块、19-收放线刹车电机驱动控制器、20-第一定滑轮、21-第一水平定滑轮、22-第三定滑轮、23-限位器、24-位置传感器、25-第二轴承固定板、26-第二定滑轮、27-第二水平定滑轮、28-第一支撑轴承。
具体实施方式
32.以下结合附图对本发明的方案进详细说明：
33.如图1、图2所示，底座10右端安装有第一轴承固定板4和第二轴承固定板25，第一轴承固定板4和第二轴承固定板25规格相同，分别沿底座10的两条长边安装，且所述第一轴承固定板4和第二轴承固定板25互相平行，均固定在底座10右端，所述第一轴承固定板4和第二轴承固定板25上均开有通孔且通孔的轴心在同一直线上；所述第一轴承固定板4的通孔内安装有第一支撑轴承28，第一支撑轴承28选用型号为ucfl204的外球面球轴承，第二轴承固定板25的通孔内安装有第二支撑轴承7，第二支撑轴承7也选用型号为ucfl204的外球面球轴承，第一支承轴承28和第二支撑轴承7内贯穿安装有收线转轴8，收线转轴8的轴线与第一轴承固定板4和第二轴承固定板25上通孔的轴线在同一直线上，收线转轴8贯穿第一轴承固定板4与第二轴承固定板25；收线转轴8在第一轴承固定板4与第二轴承固定板25之间的部分安装有收线轮，收线轮6上缠绕着钢丝绳9；收线转轴8从第一轴承固定板4伸出向外的部分与减速机2连接，减速机2与收放线刹车电机1相连接，减速机2通过电机固定板3安装在第一轴承固定板4上；收放线刹车电机1驱动减速机2，减速机2带动收线转轴8从而带动收线轮6正反转或者刹车来实现钢丝绳9的收放。
34.考虑到滚轮转动、钢丝绳摩擦等机械效率损失、电机功率损失、安全系数和驱动裕度，并综合考虑电机输出指标和尺寸、重量，结合实际产品型号，选择收放线刹车电机输出扭矩为1.27nm，减速机减速比为1:25，考虑到实际使用过程中的,收、放线速度，所述收放线刹车电机1选择输出转速为3000转每分钟同时带刹车控制器的伺服电机，其型号为imh60-0133060a6cc6e，
35.所述底座10中部安装有压力传感器12，压力传感器12上安装有支撑滑轮11，考虑
钢丝绳9在拖拽过程中会产生偏心力矩，本发明选用带侧向力保护功能的压力传感器12，其型号为：sbt753z。
36.所述底座10左端安装有第一定滑轮20，第一定滑轮被支架13罩住，支架13也固定安装在底座10左端。
37.所述支架顶部远离底座10的一端安装有转轴14和轴承箱15，旋转支架17通过转轴14与支架13连接，并且旋转支架17可以水平转动。
38.所述旋转支架17靠近转轴14一侧安装有第一水平定滑轮21和第二水平定滑轮27，第一水平定滑轮21和第二水平定滑轮27规格相同，同高度平行安装。
39.所述旋转支架17远离转轴14一侧安装有第二定滑轮26和第三定滑轮22。
40.所述旋转支架17上还安装有位置传感器24，位置传感器24安装在传感器固定板16上，位置传感器24位于第二定滑轮下方。
41.支撑滑轮11的高度可调，安装时要调节高度使支撑滑轮11两侧的钢丝绳分别与支撑滑轮11接触点的竖直向下方向的夹角为60度，所述钢丝绳9缠绕在收线轮6上，且钢丝绳9从收线轮拉出，依次穿过支撑滑轮11、第一定滑轮20、第一水平定滑轮21、第二水平定滑轮27、第二定滑轮26、第三定滑轮22和限位器23，为了防止钢丝绳9滑出收线轮6，收线轮6与第一轴承固定板4之间还安装有钢丝绳防卷条5。
42.所述底座10上还设有压力传感器变送模块18和收放线刹车电机驱动控制器19，压力传感器12通过压力传感器变送模块18与收放线刹车电机驱动控制器19的模拟量采集接口连接，收放线刹车电机驱动控制器19通过驱动放大电路与收放线刹车电机1连接；收放线刹车电机驱动控制器19模块小体积，容易内嵌，支持位置、速度和电流三闭环控制，能够满足对收线电机的驱动和控制要求，同时该电机驱动控制器还支持两通道模拟量输入，压力传感器变送模块18的力模拟量信号可以接入到该端口，通过收放线刹车电机驱动控制器19读入压力传感器12的受力值信号；压力传感器变送模块18其工作电压12-24v可选，输出信号为0-10v模拟信号
43.本发明还提供一种充电枪电缆自动收放装置的控制方法，包括以下步骤：
44.步骤1：上电初始化，位置传感器检测限位器的位置作为零位开关，压力传感器检测受到的压力值，系统记录下该值，压力传感器检测到的压力值作为初始力值qg，等待拉充电枪信号；
45.步骤2：充电箱检测到拉充电枪信号后，压力传感器开始检测受到的压力值fy；
46.若fy-qg≤0,则压力传感器变送模块将信号发送给收放线刹车电机驱动控制器，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机抱闸不打开，收放线刹车电机速度为0，不放钢丝绳；
47.若fy-qg》0,则压力传感器变送模块将信号发送给收放线刹车电机驱动控制器，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机抱闸打开放钢丝绳，放钢丝绳速v＝k
×
(fy-qg)，其中k为放钢丝绳速度增益,单位为：m/(s
·
n)；
48.步骤3：充电箱发出正在充电指令时，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机抱闸合上，收放线刹车电机去使能，不工作；
49.步骤4：充电箱发出充电完成指令后，延时1秒钟，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机收钢丝绳，在收充电枪过程中如果：fy-qg》fz，则停止收枪，延时5秒后再次
尝试收枪，其中：fz为外部阻力；
50.步骤5：收充电枪的过程中，钢丝绳上的限位器，采用低速接近零位开关，并检测零位开关；
51.步骤6：位置传感器检测到零位开关后，给收放线刹车电机驱动控制器发送信号，收放线刹车电机驱动控制器控制收放线刹车电机停止运动，抱闸合上后，收放线刹车电机去使能，等待下一次放钢丝绳的指令。
52.实施例1：
53.本方案中的技术指标：钢丝绳拖拽及收线速度范围为0～550mm/s；钢丝绳拖拽时的受力平衡范围为0～250n；单点力控精度为1.0％。
54.步骤1：上电初始化，上电初始化设定放钢丝绳的额定速度为0.5m/s,额定拉力50n,则放钢丝绳速度增益k＝0.5m/s
÷
50n＝0.01m/(s
·
n),放钢丝绳速度增益k的值为放钢丝绳的额定速度与额定拉力的比值，设定外部阻力fz＝50n，位置传感器记录限位器零位。压力传感器检测受到的压力值，压力传感器此时受到的压力值大小与钢丝绳拉力值大小相同，因为此时钢丝绳拉力源于充电枪和电缆的重力，而支撑滑轮两边的钢丝绳均与支撑滑轮接触点竖直向下方向成60
°
角，所以压力传感器检测到的压力值就是此时钢丝绳拉力值即充电枪和电缆的重力之和，将此时压力传感器的值作为重力值qg记录下，初始重力值qg＝150n(充电枪+电缆初始重力)，等待拉充电枪信号。
55.步骤2：充电箱检测到拉电信号后，通过rs485发送拉充电枪信号给收放线刹车电机驱动控制器，系统检测压力传感器受到的压力值fy＝180n，因fy-qg＝180-150＝30n》0,则收放线刹车电机驱动控制器发送信号使收放线刹车电机抱闸打开，放钢丝速绳速度v＝k
×
(fy-qg)＝0.01
×
30＝0.3m/s。
56.步骤3：充电箱发出正在充电指令，收放线刹车电机驱动控制器发送信号控制收放线刹车电机抱闸合上，收放线刹车电机去使能，不工作。
57.步骤4：充电箱发出充电完成指令后，延时1秒钟，自动收充电枪；在收充电枪过程中再次大力拖拽充电枪，使得压力传感器测得拉力值fy为220n,fy-qg＝70》fz＝50，则停止收枪，延时5秒后再次尝试收枪。
58.步骤5：收充电枪的过程中，钢丝绳上的限位器，采用低速0.1m/s接近零位开关，并且位置传感器检测零位开关。
59.步骤6：位置传感器检测到零位开关后，发送信号给收放线刹车电机驱动控制器，收放线刹车电机驱动控制器发送信号使收放线刹车电机停止运动，抱闸合上，电机去使能，等待下一次放绳的指令。
60.以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或等同替换，这些改进或等同替换应视为本发明的保护范围。