专利名称：一种张力控制及计数装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机器人技术，特别是一种适用于为电缆提供适当张力而保障水下机器人脐带电缆(简称电缆)收放绞车能够可靠作业的张力控制及计数装置。
背景技术：
实践证明，电缆绞车只有在具有一定张力的条件下才能顺利地完成收放电缆的使命。
水下机器人是一种在水下环境中作业的特种机器人，在水下机器人作业时，为保证水下机器人尽量减少受其电缆的限制，放出的电缆较长，因此，电缆经常处于松弛状态，即使在水下机器人的收放过程中，其电缆也时常处于松弛状态；为了保持适当的电缆放出长度，电缆绞车必须随时随地行收放电缆，并根据需要实时给出用于计算电缆的在外长度的计数信号。
在电缆绞车回收电缆时，如果电缆处于松弛状态(经常存在)，缠绕在绞车上的电缆呈蓬松状态，一旦有张力出现，势必使电缆由外层勒入内层，即破坏了缠绕的层次，影响电缆的放出，又极易造成电缆的损坏，同时还影响自动排缆的实现；在电缆绞车放出电缆时，如果电缆也处于松弛状态，则放出的电缆时常堆积在绞车内或电缆通道内。目前，对于水下机器人电缆绞车来说，其张力控制多为弹簧补偿式，主要缺点是结构也比较大，调节范围小，没有电液一体化的控制优势。
实用新型内容为了解决水下机器人电缆收放的可靠性问题，根据水下机器人在海上作业的特点，本实用新型提供一种在电缆绞车收放电缆时能使电缆始终处于某一张力状态、并为控制系统实时提供电缆的在外长度的张力控制及计数装置。
本实用新型的技术方案由张力控制和计数两部分组成，其中所述张力控制部分由液压驱动，具有两个轴系，一个是驱动轮轴系，另一个是从动轮轴系，驱动轮轴系安装在由固定支座与底盘联结构成的支撑框架上，从动轮轴系安装在由摇臂与固定在底盘上的摇臂支座铰接在一起而构成的摆动支撑框架上；电缆始终被夹紧在驱动轮和从动轮之间，并且通过导向筒进入电缆绞车；液压缸的活塞杆伸出端与摇臂铰接，液压缸尾端与固定在底盘上的液压缸尾座铰接；所述计数部分以磁接近开关、永久磁铁为核心，所述磁接近开关端部为螺纹结构，安装在摇臂上；两个永久磁铁粘接固定在从动轮轴系靠近安装磁接近开关的一侧上的同一直径上，并且相隔180度；永久磁铁粘接在从动轮上，利用从动轮与电缆极少打滑的特点而保证计数精度；所述磁接近开关在摇臂上的安装位置与从动轴的轴线距离等于永久磁铁的安装半径，磁接近开关轴向安装位置可调，可与永久磁铁保持适当的距离；所述张力控制由驱动轮、固定支座、底盘、导向筒、驱动轴、平键、低速液压马达、滑动轴承、止推限位环、从动轴、液压缸、液压缸尾座、液压缸销轴、摇臂支座、摇臂销轴、摇臂、从动轮和电缆组成，具体为所述驱动轮轴系以驱动轮、驱动轴及低速液压马达为核心，所述驱动轮与驱动轴通过平键静配合联结，两个止推限位环分别位于驱动轮两侧并套装在驱动轴上；驱动轴通过平键与低速液压马达联结；驱动轴与两个滑动轴承动配合联结，滑动轴承静配合安装在固定支座的轴承孔内；低速液压马达通过螺栓安装在固定支座的外侧面，固定支座通过螺栓固定在底盘上；所述从动轮轴系以从动轮、从动轴为核心，所述从动轮与从动轴通过平键静配合联结，两个止推限位环分别位于从动轮两侧并套装在从动轴上；从动轴与两个滑动轴承动配合联结，滑动轴承静配合安装在摇臂的轴承孔内；摇臂通过摇臂销轴与摇臂支座铰接在一起；所述液压缸的活塞杆伸出端通过液压缸销轴与摇臂铰接在一起，液压缸的尾端通过另一液压缸销轴与液压缸尾座铰接在一起；所述摇臂支座和液压缸尾座均用螺栓固定在底盘上；所述导向筒用螺栓安装在底盘上；所述电缆被夹紧在驱动轮和动轮之间，并且通过导向筒进入绞车(绞车非本专利范围)；所述驱动轮和从动轮外缘镶有聚氨脂橡胶，可保护电缆和增大摩擦系数；所述装置张力调节是通过控制低速液压马达和液压缸的压力实现的。
本实用新型具有如下优点1.本实用新型自成体系，与其它结构组合布置方便；在水下机器人的电缆绞车收放电缆时，采用本实用新型装置始终能够对电缆施加适当张力，以保证收放电缆作业的顺利实现，同时可根据需要实时给出用于计算电缆在外长度的计数信号。
2.本实用新型工艺性好，整体支撑结构采用分立零件(如固定支座、底盘、液压缸尾座和摇臂支座)组装而成，便于调整和保证精度。
3.本实用新型采用液压驱动，实现了电缆张力控制自动化；张力调节是通过控制低速液压马达和液压缸的压力实现，而且可调范围较大。
4.本实用新型采用磁接近开关和永久磁铁组合给出计数信号，磁接近开关在摇臂上的安装位置与从动轴的轴线距离等于永久磁铁的安装半径，而且磁接近开关轴向安装位置可调，可与永久磁铁保持适当的距离。
5.本实用新型所述永久磁铁粘接在从动轮上，利用从动轮与电缆极少打滑的特点而保证计数精度。
6.本实用新型所述驱动轮和从动轮外缘镶有聚氨脂橡胶，即保护电缆免受损坏，又增大了摩擦系数，保证张力控制的实施和电缆长度计数的精度。
7.本实用新型的可靠性高、使用寿命长、而且维护非常方便。
图1为本实用新型张力控制及计数装置的结构主视图。
图2为本实用新型张力控制及计数装置的结构俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详述本实用新型。
本实用新型由张力控制和计数两部分组成，其中所述张力控制部分由液压驱动，具有两个轴系，一个是驱动轮轴系，另一个是从动轮轴系，驱动轮轴系安装在由固定支座与底盘联结构成的支撑框架上，从动轮轴系安装在由摇臂与固定在底盘上的摇臂支座铰接在一起而构成的摆动支撑框架上；电缆始终被夹紧在驱动轮和从动轮之间，并且通过导向筒进入电缆绞车；液压缸的活塞杆伸出端与摇臂铰接，液压缸尾端与固定在底盘上的液压缸尾座铰接；如图1、2所示，所述张力控制及计数装置作为单元部件布置在电缆绞车(电缆绞车非本实用新型内容)的电缆进出口外，根据具体情况距离可远可近；所述张力控制及计数装置主要由驱动轮1、固定支座2、底盘3、导向筒4、驱动轴5、平键6、低速液压马达7、滑动轴承8、止推限位环9、从动轴10、液压缸13、液压缸尾座14、液压缸销轴15、摇臂支座16、摇臂销轴17、摇臂18、从动轮19和电缆20组成；其中所述驱动轮轴系以驱动轮1、驱动轴5及低速液压马达7为核心，安装在由固定支座2与底盘3形成的支撑框架上。所述驱动轮1与驱动轴5通过平键6静配合联结，两个止推限位环9分别位于驱动轮1两侧并套装在驱动轴5上，限制驱动轮1沿轴向移动；驱动轴5通过平键6与低速液压马达7联结；驱动轴5与两个滑动轴承8动配合联结，滑动轴承8静配合安装在固定支座2的轴承孔内；低速液压马达安装在固定支座2的外侧面，并与驱动轴5同心；所述固定支座2共有两件，通过螺栓固定安装在底盘3上形成彼此平行、稳定的支撑框架。
所述从动轮轴系以从动轮19、从动轴10为核心，安装在由摇臂18与固定在底盘3上的摇臂支座16铰接在一起而形成的摆动支撑框架上。所述从动轮19通过平键6与从动轴10静配合联结，两个止推限位环9分别位于从动轮19两侧并套装在从动轴10上；从动轴10与两个滑动轴承8动配合联结，滑动轴承8静配合安装在摇臂18的轴承孔内；所述摇臂18共有两件，通过摇臂销轴17与摇臂支座16铰接在一起，形成沿摇臂销轴17轴线摆动的支撑框架。
所述液压缸13的活塞杆伸出端通过液压缸销轴15与摇臂18铰接在一起，液压缸13的尾端通过另一液压缸销轴15与安装在底盘3上的液压缸尾座14铰接在一起。
所述液压缸13驱动摇臂18连同从动轮19作摇摆运动，在液压缸13的作用下，从动轮19施以适当的正压力，将电缆20夹紧在驱动轮1和从动轮19之间；所述低速液压马达7通过平键6、驱动轴5将动力传递给驱动轮1，驱动轮1通过摩擦力驱动电缆20运动，电缆20同样通过摩擦力带动从动轮19回转。
所述摇臂支座16和液压缸尾座14均用螺栓固定在底盘3上。
所述计数部分以磁接近开关、永久磁铁为核心，所述磁接近开关11的端部为螺纹结构，固定在摇臂18上；两个永久磁铁12粘接固定在从动轮19靠近安装磁接近开关的一侧上的同一直径上，并且相隔180度；磁接近开关11在摇臂18上的安装位置与从动轴10的轴线距离等于永久磁铁12的安装半径，磁接近开关11轴向安装位置可调，可与永久磁铁12保持适当的距离。
所述导向筒4用螺栓固定安装在底盘3上；所述电缆20始终被夹紧在驱动轮1和动轮19之间，并且通过导向筒4进入电缆绞车。
本实用新型的一个功能是控制所收放的电缆保持某一适当的张力，由液压驱动，具有两个轴系(即驱动轮轴系和从动轮轴系)，可通过控制低速液压马达和液压缸的压力调节电缆的张力。本实用新型的另一个功能是对收放的电缆提供计数信号，当从动轮在电缆的驱动下回转时，粘接在从动轮上的永久磁铁与从动轮一起回转，每块久磁铁与磁接近开关接近一次就发出一个信号，将信号输入控制计算机，根据磁接近开关和永久磁铁所在的直径、信号的多少，就可给出电缆的进出长度。
本实用新型的工作原理说明张力控制及计数装置在电缆绞车收放电缆的过程中，始终使电缆具有一个设定的张力，以保证电缆绞车的正常运转，并根据需要实时给出用于计算电缆的在外长度的信号。
在电缆绞车收放电缆时，液压缸13驱动摇臂18连同从动轮19作摇摆运动，在液压缸13的作用下，从动轮19施以适当的正压力，将电缆20夹紧在驱动轮1和从动轮19之间，低速液压马达7通过平键6、驱动轴5将动力传递给驱动轮1，驱动轮1通过其聚氨脂橡胶外缘将驱动力和运动传递给电缆20，电缆20同样通过摩擦力带动从动轮19与驱动轮1作啮合方向转动。
在收放缆过程中，由于安装在摇臂18上的从动轮19、磁接近开关11和两块永久磁铁12一体摆动，磁接近开关11和永久磁铁12始终处在安装时的同一直径上。当从动轮19在电缆20的驱动下绕从动轴10回转时，粘接在从动轮19上的永久磁铁12也与从动轮19一起回转，每块久磁铁12与磁接近开关11接近一次就发出一个信号，将信号输入控制计算机，根据磁接近开关11和永久磁铁12所在的直径、信号的多少，就可给出电缆的进出长度。由于从动轮19轴系的阻力小，与电缆20间基本不打滑，所以计数精度高。
现将其作业过程分为收缆和放缆两个过程。
收缆过程如下当电缆绞车回收电缆时，电缆绞车的驱动马达呈马达工况，驱动电缆绞车牵引电缆20并进行缠绕，此时，所述张力控制及计数装置的低速液压马达7呈泵工况，根据所要求控制张力值，设定某一适当的低速液压马达7的液压驱动压力；为保证驱动轮1、从动轮19和电缆20具有足够的摩擦力，根据所要求的正压力设定液压缸13的液压驱动压力。
放缆过程如下当电缆绞车放出电缆时，由所述张力控制及计数装置施以牵引力，将电缆20从电缆绞车内拉出，此时电缆绞车的驱动马达呈泵工况，而所述张力控制及计数装置的低速液压马达7呈马达工况。根据所要求控制张力值，除了设定电缆绞车的驱动马达和所述张力控制及计数装置的低速液压马达7的液压驱动压力外，为保证驱动轮1和从动轮19对电缆20具有足够的正压力，根据要求设定液压缸13的液压驱动压力。
权利要求1.一种张力控制及计数装置，其特征在于由张力控制和计数两部分组成，其中所述张力控制部分由液压驱动，具有两个轴系，一个是驱动轮轴系，另一个是从动轮轴系，驱动轮轴系安装在由固定支座与底盘联结构成的支撑框架上，从动轮轴系安装在由摇臂与固定在底盘上的摇臂支座铰接在一起而构成的摆动支撑框架上；电缆始终被夹紧在驱动轮和从动轮之间，并且通过导向筒进入电缆绞车；液压缸的活塞杆伸出端与摇臂铰接，液压缸尾端与固定在底盘上的液压缸尾座铰接；所述计数部分以磁接近开关、永久磁铁为核心，所述磁接近开关端部为螺纹结构，安装在摇臂上；两个永久磁铁粘接固定在从动轮轴系靠近安装磁接近开关的一侧上的同一直径上，并且相隔180度。
2.按权利要求1所述张力控制及计数装置，其特征在于所述张力控制部分具体结构由驱动轮(1)、固定支座(2)、底盘(3)、导向筒(4)、驱动轴(5)、平键(6)、低速液压马达(7)、滑动轴承(8)、止推限位环(9)、从动轴(10)、液压缸(13)、液压缸尾座(14)、摇臂支座(16)、摇臂(18)、从动轮(19)和电缆(20)组成，具体为所述驱动轮轴系以驱动轮(1)、驱动轴(5)及低速液压马达(7)为核心，其中所述驱动轮(1)与驱动轴(5)通过平键(6)静配合联结，两个止推限位环(9)分别位于驱动轮(1)两侧并套装在驱动轴(5)上；驱动轴(5)通过平键(6)与低速液压马达(7)联结；驱动轴(5)与两个滑动轴承(8)动配合联结，滑动轴承(8)静配合安装在固定支座(2)的轴承孔内；低速液压马达安装在固定支座(2)的外侧面，固定支座(2)安装在底盘(3)上；所述从动轮轴系以从动轮(19)、从动轴(10)为核心，所述从动轮(19)与从动轴(10)通过平键(6)静配合联结，两个止推限位环(9)分别位于从动轮(19)两侧并套装在从动轴(10)上；从动轴(10)与两个滑动轴承(8)动配合联结，滑动轴承(8)静配合安装在摇臂(18)的轴承孔内；摇臂(18)与摇臂支座(16)铰接在一起；所述液压缸(13)的活塞杆伸出端与摇臂(18)铰接在一起，液压缸(13)的尾端与液压缸尾座(14)铰接在一起；所述摇臂支座(16)和液压缸尾座(14)均固定在底盘(3)上；所述导向筒(4)固定安装在底盘(3)上；所述电缆(20)被夹紧在驱动轮(1)和动轮(19)之间，并且通过导向筒(4)进入绞车。
3.按照权利要求2所述一种张力控制及计数装置，其特征在于所述驱动轮(1)和从动轮(19)外缘镶有聚氨脂橡胶。
4.按照权利要求1所述一种张力控制及计数装置，其特征在于所述磁接近开关(11)的端部为螺纹结构，固定在摇臂(18)上；两个永久磁铁(12)固定在从动轮(19)靠近固定磁接近开关的一侧上的同一直径上，并且相隔180度。
5.按照权利要求4所述一种张力控制及计数装置，其特征在于所述磁接近开关(11)在摇臂(18)上的安装位置与从动轴(10)的轴线距离等于永久磁铁(12)的安装半径。
专利摘要一种张力控制及计数装置，具有驱动轮轴系和从动轮轴系两个轴系，驱动轮轴系安装在由固定支座与底盘形成的支撑框架上，从动轮轴系安装在由摇臂与固定在底盘上的摇臂支座铰接在一起而形成的摆动支撑框架上；电缆始终被夹紧在驱动轮和从动轮之间，且通过导向筒进入电缆绞车；液压缸的活塞杆伸出端与摇臂铰接，液压缸尾端与固定在底盘上的液压缸尾座铰接；磁接近开关安装在摇臂上，永久磁铁粘接在从动轮上。水下机器人的电缆绞车收放电缆时，本实用新型能够对电缆施加适当张力，以保证收放电缆作业的顺利实现，同时可根据需要实时给出用于计算电缆的在外长度的计数信号。
文档编号B25J19/00GK2801423SQ20052009102
公开日2006年8月2日 申请日期2005年5月27日 优先权日2005年5月27日
发明者康守权, 张艾群 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所