一种大型摩天轮轿厢及其调平控制方法与流程

本发明涉及文旅游乐设备，具体为一种大型摩天轮轿厢及其调平控制方法。

背景技术：

1、摩天轮是常见的游乐设备，小型摩天轮由于其轿厢较小，在摩天轮旋转过程中利用自身重力可以保持水平状态。大型摩天轮的轿厢内部可同时容纳数十人，自重较重导致摩天轮轿厢和摩天轮主轮连接处一般不能采用铰接方式，即便采用铰接方式连接，也由于较大的自重导致摩擦力较大，利用轿厢的自重难以维持轿厢的整体水平，需要利用额外的平衡系统对轿厢进行驱动控制，保持轿厢在摩天轮运转时能够维持水平状态。

2、由于大型摩天轮的轿厢乘员众多，在通过调平驱动机构对轿厢进行平衡控制时，驱动机构能否及时、准确地将倾斜的轿厢调节至水平状态对于大型摩天轮的运转至关重要。并且由于轿厢的自重较大，其内部成员可达数十人，运行时的较大自重对于摩天轮轿厢的承重结构提出了较高的要求。

3、通过检索，现有技术中有涉及大型摩天轮的相关文献公开：公开号为cn109876459a的发明专利公开文件中，涉及“一种大型摩天轮回转式座舱”。该现有技术文献中提出了对摩天轮座舱主动控制回转保持水平的技术方案，但对于回转控制的机械机构部分并未具体涉及。并且该现有技术公开的方案中，座舱的整体分体设计，包括其内部的底架部分也采用分体设计，其承重受力并不合理。公开号为cn106603439a以及cn108765772a的发明专利公开文献中，涉及到大型摩天轮的通信以及控制方案，但均未对摩天轮调平驱动控制逻辑进行特别的优化设计。

4、因此，在本领域范围内提出一种摩天轮轿厢旋转调平驱动机构及控制方法具有较大的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种大型摩天轮轿厢，其特征在于：包括旋转调平驱动机构，旋转调平驱动机构两侧对称固定连接悬挂环，旋转调平驱动机构两侧对称连接左轿厢和右轿厢；在旋转调平驱动机构、左轿厢和右轿厢内部固定连接底架；旋转调平驱动机构可驱动左轿厢、右轿厢以及底架绕旋转调平驱动机构的轴心旋转。

2、进一步地，所述旋转调平驱动机构包括同轴成对设置的旋转支撑环、转盘轴承，还包括驱动系统，驱动系统固定安装在旋转支撑环之间；转盘轴承套接在旋转支撑环外部且分为内外套接并可相对转动的内圈和外圈，旋转支撑环和外圈固定连接；

3、所述驱动系统包括独立的两组驱动单元，每组驱动单元由依次传动连接的驱动齿轮、小齿轮、离合器、减速机以及伺服电机组成，每组驱动单元的驱动齿轮分别和外圈传动连接，当驱动单元工作时驱动齿轮带动外圈自转并带动旋转支撑环自转。

4、进一步地，所述内圈有内环齿轮，驱动齿轮和内环齿轮啮合，驱动齿轮通过和内环齿轮啮合在内圈内部行星滚动，通过旋转支撑环带动外圈自转。

5、进一步地，旋转支撑环具有垂直环状的左侧连接面和右侧连接面，驱动系统通过驱动系统固定支架固定安装在右侧连接面上，左侧连接面和右侧连接面之间为水平环状支撑面，转盘轴承同轴套接在水平环状支撑面外部，外圈和右侧连接面固定连接；悬挂环具有垂直挂耳和环状连接面，环状连接面和内圈固定连接，垂直挂耳和外部悬挂系统固定连接。

6、进一步地，旋转支撑环的水平环状支撑面上开设通槽，驱动齿轮置于水平环状支撑面环形空间内部并从通槽露出，驱动齿轮和套接于环状支撑面外部的内圈的内环齿轮啮合。

7、进一步地，每组驱动单元包括两组依次传动连接的小齿轮、离合器、减速机以及伺服电机，两个小齿轮对称位于驱动齿轮两侧并与之啮合。

8、一种调平控制上述大型摩天轮轿厢的方法，其特征在于：两组驱动单元根据设定参数启动并驱动轿厢旋转调平运行，在运行过程中设定一级故障、二级故障，根据预警状态发生对两组驱动单元进行逻辑控制；

9、其中当发生一级故障时，断开两组驱动单元的离合器并令伺服电机抱闸；当发生二级故障时，断开单组驱动单元的的离合器并令该组驱动单元的伺服电机抱闸。

10、进一步地，所述一级故障的预警状态采用如下方式进行判断；

11、一级故障包括当发生倾角调节故障s11或发生驱动系统过载故障s12时，判定发生一级故障；所述倾角调节异常故障s11判定是令两组驱动单元均分别获取独立的轿厢倾角值（β1，β2），当两组轿厢倾角值（β1，β2）均超过倾角调节故障阈值k11并持续时间超过t11时发生倾角调节异常故障s11；所述驱动系统过载故障s12判定是令两组驱动单元均分别检测驱动电流值（i1，i2），当两组驱动单元驱动电流值（i1，i2）均大于驱动系统过载阈值k12时发生驱动系统过载故障s12。

12、进一步地，所述二级故障的预警状态采用如下方式进行判断；

13、二级故障包括单组驱动单元发生倾角传感器故障s21或通讯故障s22或者供电故障s23时判定发生二级故障；倾角传感器故障s21是将同一时间的两组驱动单元的轿厢倾角值（β1，β2）进行比对，当β1≠β2时将此时记录为轿厢倾角历史值（β1a，β2a），经过一定间隔时间后再次获取两组驱动单元的轿厢倾角更新值（β1b，β2b），当β1a≠β1b或者β2a≠β2b时判定发生倾角传感器故障s21。

14、进一步地，所述的两组驱动单元根据设定参数启动并驱动轿厢旋转调平运行采用如下控制方式；

15、首先，在收到摩天轮启动运行信号后，根据预设参数驱动两组驱动单元运行，令两组驱动单元的离合器接合小齿轮，两组驱动单元相互独立但伺服电机驱动转速同步；

16、然后，两组驱动单元获取轿厢倾角值（β1，β2）并判断轿厢倾角是否在第一阈值范围内，如超过第一阈值则启动pid调整轿厢倾角。

17、与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

18、1. 通过驱动系统驱动转盘轴承，带动旋转支撑环旋转进而带动整个轿厢旋转，由此可对轿厢的倾角进行控制，维持轿厢的水平状态。旋转调平机构的结构简单紧凑，整个轿厢的重量由悬挂环和旋转支撑环进行支撑，受力均衡且驱动轿厢旋转的力矩平衡，轿厢控制精度高且控制过程平稳。

19、2. 轿厢的骨架中的底架采用整体式底架，有利于轿厢内部的软装铺设，轿厢内部的乘员以及附属设备均通过整体底架承重更为合理，有利于轿厢内部骨架的结构稳定性。

20、3. 本发明提出的摩天轮轿厢旋转调平驱动机构利用独立的两组驱动系统驱动轿厢旋转维持平衡，通过冗余设计能最大限度保证轿厢旋转调平驱动机构的正常运转，提高了摩天轮运转安全性。

21、4. 基于驱动系统的冗余设计，针对两组独立驱动单元的控制逻辑进行特别优化，结合两套驱动系统的运行参数比对判断，能在摩天轮轿厢以及驱动系统发生故障时及时停止故障驱动单元，保证了轿厢在摩天轮运转时能保持水平状态并确保安全性。

技术特征：

1.一种大型摩天轮轿厢，其特征在于：包括旋转调平驱动机构（1），旋转调平驱动机构（1）两侧对称固定连接悬挂环（13），旋转调平驱动机构（1）两侧对称连接左轿厢（3）和右轿厢（4）；在旋转调平驱动机构（1）、左轿厢（3）和右轿厢（4）内部固定连接底架（2）；旋转调平驱动机构（1）可驱动左轿厢（3）、右轿厢（4）以及底架（2）绕旋转调平驱动机构（1）的轴心旋转。

2.如权利要求1所述的大型摩天轮轿厢，其特征在于：所述旋转调平驱动机构（1）包括同轴成对设置的旋转支撑环（11）、转盘轴承（12），还包括驱动系统（14），驱动系统（14）固定安装在旋转支撑环（11）之间；转盘轴承（12）套接在旋转支撑环（11）外部且分为内外套接并可相对转动的内圈（1201）和外圈（1202），旋转支撑环（11）和外圈（1202）固定连接；

3.如权利要求2所述的大型摩天轮轿厢，其特征在于：所述内圈（1201）有内环齿轮，驱动齿轮（1401）和内环齿轮啮合，驱动齿轮（1401）通过和内环齿轮啮合在内圈（1201）内部行星滚动，通过旋转支撑环（11）带动外圈（1202）自转。

4.如权利要求3所述的大型摩天轮轿厢，其特征在于：旋转支撑环（11）具有垂直环状的左侧连接面（1101）和右侧连接面（1102），驱动系统（14）通过驱动系统固定支架（1406）固定安装在右侧连接面（1102）上，左侧连接面（1101）和右侧连接面（1102）之间为水平环状支撑面（1103），转盘轴承（12）同轴套接在水平环状支撑面（1103）外部，外圈（1202）和右侧连接面（1102）固定连接；悬挂环（13）具有垂直挂耳（1301）和环状连接面（1302），环状连接面（1302）和内圈（1201）固定连接，垂直挂耳（1301）和外部悬挂系统固定连接。

5.如权利要求4所述的大型摩天轮轿厢，其特征在于：旋转支撑环（11）的水平环状支撑面（1103）上开设通槽（1104），驱动齿轮（1401）置于水平环状支撑面（1103）环形空间内部并从通槽（1104）露出，驱动齿轮（1401）和套接于环状支撑面（1103）外部的内圈（1201）的内环齿轮啮合。

6.如权利要求2-5任意一项所述的大型摩天轮轿厢，其特征在于：每组驱动单元包括两组依次传动连接的小齿轮（1402）、离合器（1403）、减速机（1404）以及伺服电机（1405），两个小齿轮（1402）对称位于驱动齿轮（1401）两侧并与之啮合。

7.一种调平控制如权利要求6所述的大型摩天轮轿厢的方法，其特征在于：两组驱动单元根据设定参数启动并驱动轿厢旋转调平运行，在运行过程中设定一级故障、二级故障，根据预警状态发生对两组驱动单元进行逻辑控制；

8.如权利要求7所述的大型摩天轮轿厢调平控制方法，其特征在于：所述一级故障的预警状态采用如下方式进行判断；

9.如权利要求8所述的大型摩天轮轿厢调平控制方法，其特征在于：所述二级故障的预警状态采用如下方式进行判断；

10.如权利要求9所述的大型摩天轮轿厢调平控制方法，其特征在于：所述的两组驱动单元根据设定参数启动并驱动轿厢旋转调平运行采用如下控制方式；

技术总结
一种大型摩天轮轿厢及其调平控制方法，包括旋转调平驱动机构，旋转调平驱动机构两侧对称固定连接悬挂环，旋转调平驱动机构两侧对称连接左轿厢和右轿厢；在旋转调平驱动机构、左轿厢和右轿厢内部固定连接底架；旋转调平驱动机构可驱动左轿厢、右轿厢以及底架绕旋转调平驱动机构的轴心旋转。旋转调平机构的结构简单紧凑，整个轿厢的重量由悬挂环和旋转支撑环进行支撑，受力均衡且驱动轿厢旋转的力矩平衡，轿厢控制精度高且控制过程平稳。针对两组独立驱动单元的控制逻辑进行特别优化，结合两套驱动系统的运行参数比对判断，能在摩天轮轿厢以及驱动系统发生故障时及时停止故障驱动单元，保证了轿厢在摩天轮运转时能保持水平状态并确保安全性。

技术研发人员：季金龙,刘永波,胡鸿,李芳,薛伟峰
受保护的技术使用者：株洲中车特种装备科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14