專利名稱：一種正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于裝卸吊運(yùn)裝置領(lǐng)域，涉及裝卸吊運(yùn)裝置的正交 式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具及方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)或國(guó)防建設(shè)中，常常需要進(jìn)行載荷的裝卸。由 于載荷昂貴及高精密性等原因，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裝卸過(guò)程的水平度要求 很高，并且需要進(jìn)行精確定位，以避免點(diǎn)點(diǎn)接觸、碰撞導(dǎo)致所 裝配的產(chǎn)品發(fā)生變形而遭到破壞。例如，在衛(wèi)星裝卸時(shí)為保證 密封性和安全性，衛(wèi)星下表面(即對(duì)接面)與底座之間應(yīng)保證 面面接觸，同時(shí)避免碰撞；飛機(jī)、直升機(jī)的裝配、吊運(yùn)也應(yīng)保 證機(jī)體結(jié)構(gòu)安全，不受損壞。通常情況下這些載荷的重心往往 不居中，而是偏心于某一側(cè)，因此在裝卸時(shí)如果不進(jìn)行重心補(bǔ) 償，使其保持水平，將很容易造成傾斜，勢(shì)必影響裝卸效率， 甚至損壞該產(chǎn)品。另外，由于這些載荷體積和重量通常較大， 傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式不但費(fèi)時(shí)、精度不高，而且又由于吊索的柔性、 自由度過(guò)大等原因會(huì)造成重物擺動(dòng)不停，難以定位，危險(xiǎn)性大， 生產(chǎn)效率低。這些問(wèn)題已引起相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的高度重視，對(duì)新 型、高效、安全的裝卸吊運(yùn)裝置的需求十分迫切。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式有很多種。比如通過(guò)目測(cè)并調(diào)節(jié)四根吊繩 的長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行水平調(diào)節(jié)的方式，這種人工操作的方式精度不 高，而且完全憑著工作人員的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度進(jìn)行試探和摸 索，費(fèi)時(shí)且不容易成功，同時(shí)由于有人員的現(xiàn)場(chǎng)參與，又存在 著安全隱患；又如通過(guò)移動(dòng)天車在吊梁上的吊點(diǎn)位置來(lái)進(jìn)行水 平調(diào)節(jié)的方式，雖然采用的是重心補(bǔ)償?shù)姆椒?，但是由于整個(gè) 載荷的重量都作用在吊點(diǎn)上，通過(guò)電機(jī)來(lái)移動(dòng)吊點(diǎn)位置，必須 要克服大摩擦力，這對(duì)電機(jī)的功率提出了很高的要求，相應(yīng)地 電機(jī)成本也會(huì)變得很高，尤其當(dāng)載荷比較重時(shí)更是如此。而同 等情況下采用移動(dòng)配重塊來(lái)進(jìn)行重心補(bǔ)償?shù)姆椒?，?duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 的要求和成本相比之下都較低。而且前者移動(dòng)的是天車的吊點(diǎn) 位置，這種方法既改變了載荷的力臂長(zhǎng)度，同時(shí)又改變了配重 塊的力臂長(zhǎng)度，它所引起的彎矩變化大，因而角度變化也劇烈。 調(diào)節(jié)幅度雖然大，但是容易造成擺動(dòng)。而移動(dòng)配重塊的方案則 僅僅通過(guò)改變配重塊的力臂長(zhǎng)度以改變配重力矩，所引起的水 平傾角變化平穩(wěn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，改進(jìn)傳統(tǒng)方法在調(diào)節(jié)載荷水平時(shí)的費(fèi) 時(shí)、危險(xiǎn)以及精度不高等缺點(diǎn)，為了解決所述的問(wèn)題，本發(fā)明 提出一種與傳統(tǒng)方法不同的水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具的方法，并相應(yīng) 地設(shè)計(jì)出一種新型正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具。為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的一方面，提出正交式水平自 動(dòng)調(diào)節(jié)吊具的方法，其技術(shù)方案的步驟如下步驟1:驅(qū)動(dòng)兩伺服電機(jī)，將兩配重塊分別移動(dòng)到上吊梁、 下吊梁的零點(diǎn)位置處，此狀態(tài)為系統(tǒng)初始狀態(tài)，以初始時(shí)刻的 伺服電機(jī)的編碼器角度為參考零度角；步驟2:驅(qū)動(dòng)上吊梁的伺服電機(jī)，將上吊梁的配重塊移動(dòng) 到指定位置，而保持下吊梁的配重塊的位置不變，仍然在零點(diǎn) 位置上；步驟3:系統(tǒng)穩(wěn)定后，將二維傾角傳感器所測(cè)得的上吊梁、 下吊梁的水平傾角傳遞給控制器，并建立關(guān)于配重位置和吊梁 水平傾角的兩個(gè)數(shù)學(xué)方程；步驟4:驅(qū)動(dòng)下吊梁的伺服電機(jī)，將下吊梁的配重塊移動(dòng) 到另一指定位置，同時(shí)保持上吊梁的配重塊位置不變；步驟5:穩(wěn)定后，再次將二維傾角傳感器測(cè)得吊梁水平傾 角《A傳遞給控制器，從而又建立起關(guān)于配重位置和吊梁水平
傾角《A的兩個(gè)數(shù)學(xué)方程；步驟6:聯(lián)立這四個(gè)方程中的任意三個(gè)，便可以計(jì)算出載 荷質(zhì)心的偏心位置參數(shù)V, ，從而建立起配重位置與吊梁水平傾角的數(shù)學(xué)模型；步驟7:由該數(shù)學(xué)模型及求得的載荷質(zhì)心的偏心位置參數(shù)， 可以直接計(jì)算出使吊梁水平傾角為零時(shí)的配重的目標(biāo)位置；步驟8:根據(jù)目標(biāo)位置進(jìn)行分步調(diào)節(jié)，從而保證調(diào)節(jié)過(guò)程 的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)結(jié)果的精度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述重心補(bǔ)償是上吊梁和下吊梁由兩根E型鋼材通過(guò)聯(lián)接件連接，在兩根E型吊梁中安裝有絲杠和定位用復(fù)位開(kāi)關(guān)，每根吊梁中有一個(gè)配重塊，配重塊中間有 螺紋孔和絲杠為螺紋連接，通過(guò)伺服電機(jī)和減速器驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn) 動(dòng)，帶動(dòng)配重塊在滑軌上滑動(dòng)，改變配重塊相對(duì)于零點(diǎn)位置的 力矩，實(shí)現(xiàn)載荷的水平調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述配重塊位置和吊梁水平傾角滿足的關(guān)系，如下所述Mz sin《+ [ X +臉cos a ]Vcos2《_ sin2 S2 = 0她sin 6>2 ++臉sin a]^cos2《—sin2 (92 =0其中，M為載荷的質(zhì)量；z,r,a表示載荷質(zhì)心的偏心位置的 三個(gè)參數(shù)；^,^,ZJ分別為兩配重塊的質(zhì)量及在上吊梁和下吊 梁上的位置；《A分別為兩吊梁的水平傾角。為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的另一方面，提出正交式水平 自動(dòng)調(diào)節(jié)的吊具，其技術(shù)方案如下所述具有一上吊梁與一下吊梁相互正交放置，且上吊梁的底面 與下吊梁的頂面固定連接，每根吊梁均由兩根E型鋼材通過(guò)聯(lián) 接件連接而成；具有一吊耳，安裝在上吊梁頂面的中部，用來(lái)與天車吊鉤 或吊索相連；
具有兩根水平翼梁，其頂面分別固接在下吊梁的底面的兩 端部并與下吊梁水平正交；具有四個(gè)吊鉤分別位于兩根水平翼梁底面的端部，可與吊繩連接，用來(lái)吊掛載荷；具有兩個(gè)配重塊，上吊梁和下吊梁中各有一個(gè)配重塊，每個(gè)配重塊兩側(cè)有凹槽，中心有螺紋孔，與絲桿為螺紋連接；具有兩根絲杠，上吊梁和下吊梁中各有一根絲杠，絲杠穿過(guò)配重塊的中心螺紋孔， 一端通過(guò)軸承與吊梁相連接，另一端 連接到減速箱的輸出軸上；具有兩組滑軌，分別位于上吊梁與下吊梁本體的內(nèi)部，由 兩根E型鋼材的中間突出部構(gòu)成；每組滑軌與相應(yīng)吊梁中的配 重塊的兩凹槽為滑動(dòng)連接，滑軌用于承受配重塊的重量，同時(shí) 將配重塊的重量傳遞到上吊梁和下吊梁上；絲杠與滑軌平行并 帶動(dòng)配重塊沿滑軌移動(dòng)；具有兩定位用復(fù)位開(kāi)關(guān)分別固接于上吊梁及下吊梁的內(nèi) 部中心位置；具有兩個(gè)伺服電機(jī)和兩個(gè)減速箱，兩個(gè)減速箱分別安裝在 上吊梁和下吊梁的一端部；每個(gè)伺服電機(jī)分別通過(guò)一個(gè)減速箱 與絲杠相連；具有兩個(gè)平衡塊分別安裝在上吊梁和下吊梁的另一端部， 用來(lái)抵消伺服電機(jī)及減速箱的質(zhì)量引起的自身不平衡；具有一控制器，安裝在上吊梁上，用于接收二維傾角傳感 器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并控制伺服電機(jī)；具有兩個(gè)二維傾角傳感器，對(duì)稱安裝在上吊梁上，用來(lái)測(cè) 量上吊梁的水平傾角和下吊梁的水平傾角。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每根上吊梁和下吊梁都由兩根E型 鋼材連接而成中空梁。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其特征在于每根E型鋼材中間具 有一突出部，兩根E型鋼材的中間突出部構(gòu)成一組滑軌，并與 配重塊的兩凹槽滑動(dòng)連接。
綜上所述，本發(fā)明采用了重心補(bǔ)償?shù)姆椒?，提出正交式?平自動(dòng)調(diào)節(jié)的吊具，通過(guò)移動(dòng)配重塊位置來(lái)實(shí)現(xiàn)載荷水平的自 動(dòng)調(diào)節(jié)，具有快速、安全和高效的特性，解決了傳統(tǒng)方法在調(diào) 節(jié)載荷水平時(shí)的費(fèi)時(shí)、危險(xiǎn)等問(wèn)題；而且通過(guò)絲桿可以精確控 制配重塊的位置，水平調(diào)節(jié)精度可達(dá)0.2度。


圖l是本發(fā)明正交式自動(dòng)水平調(diào)節(jié)吊具系統(tǒng)的整體示意2是本發(fā)明中空吊梁的結(jié)構(gòu)及與配重塊配合的示意圖 圖3是本發(fā)明控制器、傾角傳感器的裝配位置示意圖(去 除了吊耳)圖4是本發(fā)明翼梁和伺服電機(jī)、減速箱的空間位置示意圖 圖5是載荷的重心位置示意6是本發(fā)明絲桿和吊梁以及配重塊的空間位置示意圖 附圖標(biāo)記說(shuō)明上吊梁10;滑軌11;聯(lián)接件12;定位用復(fù)位開(kāi)關(guān)-13下吊梁20翼梁30;翼梁吊鉤31 吊耳40伺服電機(jī)51;減速箱52;平衡塊53 控制器60 傾角傳感器70 配重80 絲杠90
具體實(shí)施方式
以下介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該部分僅僅是對(duì)本發(fā)明的 舉例說(shuō)明，而非對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或用途的限制。根據(jù)本發(fā)明
得出的其它實(shí)施方式，也同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。方 案中有關(guān)參數(shù)的設(shè)定也并不表明只有舉例值可以使用。為了采用重心補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)補(bǔ)償偏心載荷引起的偏心力 矩，本發(fā)明采用了如圖1所示的正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具。整 個(gè)系統(tǒng)的主要部分即上吊梁IO和下吊梁20是分別采用兩組正 交的中空吊梁，每組中空吊梁由兩根E型鋼材通過(guò)聯(lián)接件12聯(lián)接而成，在上吊梁10和下吊梁20的中間位置各設(shè)置定位用 復(fù)位開(kāi)關(guān)13，上吊梁IO的底面和下吊梁20的頂面用螺栓固定； 如圖2所示，在上吊梁IO及下吊梁20中，均有一個(gè)可移動(dòng)的 配重塊80，每個(gè)配重塊80兩側(cè)均有凹槽，中心有螺紋孔；而 作為上吊梁IO及下吊梁20的主要組成部件的每根E型鋼材中 間具有一突出部；兩根E型鋼材的突出部構(gòu)成一組滑軌11并 與配重塊80的兩凹槽滑動(dòng)連接。吊梁中間均裝有與滑軌11平 行的絲杠90，絲杠90 —端通過(guò)軸承與吊梁相聯(lián)接，絲杠90 另一端則通過(guò)減速箱52連接到伺服電機(jī)51上，由伺服電機(jī)51 來(lái)驅(qū)動(dòng)絲杠90轉(zhuǎn)動(dòng)；每個(gè)配重塊80的中心螺紋孔，與絲杠90 為螺紋連接，并由絲桿90驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)，由滑軌ll限定其運(yùn)動(dòng) 軌道，使其只能沿滑軌移動(dòng)，配重塊80的重量由滑軌11承受， 并傳遞到相應(yīng)的吊梁上；兩套由伺服電機(jī)51及減速箱.52組成 的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，分別安裝在上吊梁10和下吊梁20的一側(cè)，驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)與絲杠90相連，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠90來(lái)帶動(dòng)配重塊80的滑 動(dòng)；上吊梁10和下吊梁20上與伺服電機(jī)51相對(duì)的一側(cè)各安 裝有一個(gè)平衡塊53，平衡塊53質(zhì)量與對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)51及減 速箱52的質(zhì)量相當(dāng)，用來(lái)抵消該伺服電機(jī)51及減速箱52的 質(zhì)量引起的自身不平衡。如圖4所示，系統(tǒng)的另一個(gè)重要部分 是吊掛部分，主要是由兩根水平翼梁30組成，可以是工字梁、 或者其他截面形狀的梁，它們分別安裝在下吊梁20的兩端部， 并與下吊梁20水平正交，每根翼梁30兩端均裝有吊鉤31，可 與吊繩連接，用來(lái)吊掛載荷； 一只吊耳40，安裝在上吊梁10 中央上，用來(lái)與天車吊鉤相連?？刂撇糠忠彩堑蹙呦到y(tǒng)的重要
組成部分，除了伺服電機(jī)51之外，如圖3所示，還包括傾角傳感器70和控制器60。傾角傳感器70采用一維傾角傳感器或 二維傾角傳感器；如果采用一維傾角傳感器，則可以在上吊梁 10上對(duì)稱安裝兩個(gè)一維傾角傳感器，在下吊梁20上對(duì)稱安裝 兩個(gè)一維傾角傳感器70，分別檢測(cè)一個(gè)方向的水平傾角即為吊 梁頂面長(zhǎng)度方向與水平面的傾角；如果采用二維傾角傳感器， 則采用兩個(gè)二維傾角傳感器70，可以分別對(duì)稱地安裝在上吊梁 IO上，在吊耳40附近，用來(lái)測(cè)量上吊梁10頂面及下吊梁20 頂面的水平傾角； 一只控制器60，安裝在上吊梁10上，用于 接收傾角傳感器70傳來(lái)的數(shù)據(jù)，由控制器60控制伺服電機(jī)51。 設(shè)定上吊梁10和下吊梁20的有效長(zhǎng)度(即配重塊80能 夠從吊梁的一端移動(dòng)到吊梁的另一端的距離)分別為L(zhǎng),、 L2， 通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)，使上吊梁10和下吊梁20的有效長(zhǎng)度的中點(diǎn)分 別位于上吊梁10和下吊梁20的中間位置，沿伺服電機(jī)51指 向?qū)?yīng)平衡塊53的方向?yàn)檎较?，設(shè)上吊梁10和下吊梁20 中間位置為各自的零點(diǎn)位置。首先，通過(guò)定位用復(fù)位開(kāi)關(guān)13， 調(diào)節(jié)兩伺服電機(jī)51移動(dòng)兩配重塊80分別到達(dá)上吊梁10、下吊 梁20上的零點(diǎn)位置處，此狀態(tài)為系統(tǒng)初始狀態(tài)，以初始時(shí)刻 的伺服電機(jī)51的編碼器角度為參考零度角。然后，調(diào)節(jié)上吊 梁10的伺服電機(jī)51驅(qū)動(dòng)配重塊80使之移動(dòng)到+L,/4位置，而 保持下吊梁20的配重塊80的位置不變，仍然在零點(diǎn)位置上， +L,/4和零點(diǎn)這兩個(gè)位置信息便以直角坐標(biāo)(+L,/4， 0)的形 式表示出了兩配重塊80的位置，并傳遞給控制器60，而傾角 傳感器70所測(cè)得的上吊梁10、下吊梁20的水平傾角也同時(shí)傳 遞給了控制器60，從而可以根據(jù)力學(xué)平衡與幾何約束條件，建 立關(guān)于配重位置和吊梁水平傾角的數(shù)學(xué)方程，如下式，共兩個(gè)。 <formula>formula see original document page 11</formula>
其中，M為載荷的質(zhì)量；V,CT表示載荷質(zhì)心的偏心位置的三個(gè)參數(shù)(如圖5所示)； ,^,義,r分別為兩配重塊80的質(zhì)量及在兩吊梁上的坐標(biāo)位置；《A分別為兩吊梁的水平傾角。上述方程表示了兩配重塊的位置與兩吊梁的水平傾角的 數(shù)學(xué)模型。但在該模型中，載荷質(zhì)心的偏心位置的三個(gè)參數(shù) V,"都是未知的，需要先確定這三個(gè)參數(shù)。因此驅(qū)動(dòng)下吊梁20的伺服電機(jī)51，帶動(dòng)絲杠90轉(zhuǎn)動(dòng)，從 而將下吊梁20的配重塊80移動(dòng)到+U/4處，同時(shí)保持上吊梁 10的配重塊80位置仍為+L,/4，即兩配重塊的坐標(biāo)為(+LV4， +L2/4)，穩(wěn)定后又可以根據(jù)傾角傳感器70.測(cè)得水平傾角《A， 從而又建立起關(guān)于配重位置和水平傾角《A的兩個(gè)數(shù)學(xué)方程。 這樣，聯(lián)立這四個(gè)方程中的任意三個(gè)，便可以計(jì)算出載荷質(zhì)心 的偏心位置的三個(gè)參數(shù)v,"。如果需要進(jìn)一步提高精度，可以 將四個(gè)方程中的任意三個(gè)分別聯(lián)立，共四次，然后將所得質(zhì)心 偏心位置的參數(shù)v,a取平均值。這樣，在確定了載荷質(zhì)心的偏 心位置參數(shù)v,a之后，上述數(shù)學(xué)模型即確定了配重塊位置與吊 梁水平傾角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，由該數(shù)學(xué)模型及求得的載 荷質(zhì)心的偏心位置參數(shù)，可以直接計(jì)算出使吊梁水平傾角為零 時(shí)的兩配重塊的目標(biāo)位置。為保證水平調(diào)節(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性，可 以分兩步調(diào)節(jié)首先通過(guò)驅(qū)動(dòng)上吊梁10的伺服電機(jī)51，調(diào)節(jié) 上吊梁10的配重塊80到達(dá)相應(yīng)的目標(biāo)位置，使得上吊梁10 先達(dá)到水平狀態(tài)，這樣系統(tǒng)的合成重心將出現(xiàn)在下吊梁20上； 然后調(diào)節(jié)下吊梁20的伺服電機(jī)51，進(jìn)一步調(diào)節(jié)下吊梁20的配 重塊80，使其到達(dá)其目標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)下吊梁20的水平，從而 保證吊梁表面的水平。如果載荷質(zhì)量不太大，以至于吊掛載荷所用的四根吊繩的 伸長(zhǎng)量相差不大，則可以近似認(rèn)為當(dāng)上下吊梁的表面都水平 時(shí)，載荷的對(duì)接面也處于水平位置。如果載荷質(zhì)量很大，使得四根吊繩的伸長(zhǎng)量很大且各不相 同，那么會(huì)導(dǎo)致當(dāng)兩吊梁表面均水平時(shí)，載荷的對(duì)接面并不水
平。這種情況下，由于吊繩長(zhǎng)度的變化，使得系統(tǒng)的幾何約束 關(guān)系變得更為復(fù)雜，必須在吊繩上安裝力傳感器來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)吊 繩張力，以便建立起配重塊位置和載荷對(duì)接面水平傾角之間的 數(shù)學(xué)模型。建立的方法是如果可以在載荷對(duì)接面上直接安裝傾角傳 感器或者測(cè)距儀，則可以通過(guò)傾角傳感器或者測(cè)距儀蕕得或計(jì) 算出載荷對(duì)接面與水平面的傾角；如果不允許在載荷對(duì)接面上 安裝傳感器，則可以在目標(biāo)對(duì)接臺(tái)的附近安裝測(cè)距儀，通過(guò)距 離的差值計(jì)算出載荷對(duì)接面的水平傾角。由于這種情況下，四 根吊繩的長(zhǎng)度可以根據(jù)各自的力傳感器計(jì)算出來(lái)，因而可以根據(jù)上述的調(diào)節(jié)方法，首先將兩配重塊移動(dòng)到(+L,/4， 0)處，檢測(cè)平衡后的傾角傳感器的水平傾角，并根據(jù)力學(xué)平衡及幾何 約束條件，建立配重塊位置與載荷對(duì)接面水平傾角的關(guān)系方程，共兩個(gè)；然后將兩配重塊移動(dòng)到(+L,/4， +L2/4)處，再 次得出兩個(gè)方程，聯(lián)立其中任意三個(gè)方程并聯(lián)立求解。如果需 要進(jìn)一步提高精度的話，可以將四個(gè)方程中的任意三個(gè)分別聯(lián) 立，共四次，然后將所得質(zhì)心偏心位置參數(shù)取平均值。這樣， 便可以確立配重塊位置和載荷對(duì)接面水平傾角之間的數(shù)學(xué)模 型。由該數(shù)學(xué)模型，便可計(jì)算出使載荷對(duì)接面水平的配重塊目 標(biāo)位置。隨后，移動(dòng)配重塊到該目標(biāo)位置，即可以將載荷對(duì)接 面調(diào)節(jié)到水平狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具，其特征在于具有一上吊梁與一下吊梁相互正交放置，且上吊梁的底面與下吊梁的頂面固定連接，每根吊梁均由兩根E型鋼材通過(guò)聯(lián)接件連接而成；具有一吊耳，安裝在上吊梁頂面的中部，用來(lái)與天車吊鉤或吊索相連；具有兩根水平翼梁，其頂面分別固接在下吊梁的底面的兩端部并與下吊梁水平正交；具有四個(gè)吊鉤分別位于兩根水平翼梁底面的端部，可與吊繩連接，用來(lái)吊掛載荷；具有兩個(gè)配重塊，上吊梁和下吊梁中各有一個(gè)配重塊，每個(gè)配重塊兩側(cè)有凹槽，中心有螺紋孔，與絲桿為螺紋連接；具有兩根絲杠，上吊梁和下吊梁中各有一根絲杠，絲杠穿過(guò)配重塊的中心螺紋孔，一端通過(guò)軸承與吊梁相連接，另一端連接到減速箱的輸出軸上；具有兩組滑軌，分別位于上吊梁與下吊梁本體的內(nèi)部，由兩根E型鋼材的中間突出部構(gòu)成；每組滑軌與相應(yīng)吊梁中的配重塊的兩凹槽為滑動(dòng)連接，滑軌用于承受配重塊的重量，同時(shí)將配重塊的重量傳遞到上吊梁和下吊梁上；絲杠與滑軌平行并帶動(dòng)配重塊沿滑軌移動(dòng)；具有兩定位用復(fù)位開(kāi)關(guān)分別固接于上吊梁及下吊梁的內(nèi)部中心位置；具有兩個(gè)伺服電機(jī)和兩個(gè)減速箱，兩個(gè)減速箱分別安裝在上吊梁和下吊梁的一端部；每個(gè)伺服電機(jī)分別通過(guò)一個(gè)減速箱與絲杠相連；具有兩個(gè)平衡塊分別安裝在上吊梁和下吊梁的另一端部，用來(lái)抵消伺服電機(jī)及減速箱的質(zhì)量引起的自身不平衡；具有一控制器，安裝在上吊梁上，用于接收二維傾角傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并控制伺服電機(jī)；具有兩個(gè)二維傾角傳感器，對(duì)稱安裝在上吊梁上，用來(lái)測(cè)量上吊梁的水平傾角和下吊梁的水平傾角。
2、 如權(quán)利要求1所述的所述的正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具， 其特征在于每根上吊梁和下吊梁都由兩根E型鋼材連接而成中空梁。
3、 如權(quán)利要求2所述的所述的正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具， 其特征在于每根E型鋼材中間具有一突出部，兩根E型鋼材的中間突出部構(gòu)成一組滑軌，并與配重塊的兩凹槽滑動(dòng)連接。
4、 一種用于正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具的方法，其步驟如下步驟1:驅(qū)動(dòng)兩伺服電機(jī)，將兩配重塊分別移動(dòng)到上吊梁、 下吊梁的零點(diǎn)位置處，此狀態(tài)為系統(tǒng)初始狀態(tài)，以初始時(shí)刻的 伺服電機(jī)的編碼器角度為參考零度角；步驟2:驅(qū)動(dòng)上吊梁的伺服電機(jī)，將上吊梁的配重塊移動(dòng) 到指定位置，而保持下吊梁的配重塊的位置不變，仍然在零點(diǎn) 位置上；步驟3:系統(tǒng)穩(wěn)定后，將二維傾角傳感器所測(cè)得的上吊梁、 下吊梁的水平傾角傳遞給控制器，并建立關(guān)于配重位置和吊梁 水平傾角的兩個(gè)數(shù)學(xué)方程；步驟4:驅(qū)動(dòng)下吊梁的伺服電機(jī)，將下吊梁的配重塊移動(dòng) 到另一指定位置，同時(shí)保持上吊梁的配重塊位置不變；步驟5:穩(wěn)定后，再次將二維傾角傳感器測(cè)得吊梁水平傾 角《A傳遞給控制器，從而又建立起關(guān)于配重位置和吊梁水平 傾角《,《的兩個(gè)數(shù)學(xué)方程；步驟6:聯(lián)立這四個(gè)方程中的任意三個(gè)，便可以計(jì)算出載 荷質(zhì)心的偏心位置參數(shù)V,a，從而建立起配重位置與吊梁水平 傾角的數(shù)學(xué)模型；步驟7:由該數(shù)學(xué)模型及求得的載荷質(zhì)心的偏心位置參數(shù)， 可以直接計(jì)算出使吊梁水平傾角為零時(shí)的配重的目標(biāo)位置；步驟8:根據(jù)目標(biāo)位置進(jìn)行分步調(diào)節(jié)，從而保證調(diào)節(jié)過(guò)程 的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)結(jié)果的精度。
5、 如權(quán)利要求4所述的正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具的方法， 其特征在于所述重心補(bǔ)償是上吊梁和下吊梁由兩根E型鋼材 通過(guò)聯(lián)接件連接，在兩根E型吊梁中安裝有絲杠和定位用復(fù)位 開(kāi)關(guān)，每根吊梁中有一個(gè)配重塊，配重塊中間有螺紋孔和絲杠 為螺紋連接，通過(guò)伺服電機(jī)和減速器驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)配重 塊在滑軌上滑動(dòng)，改變配重塊相對(duì)于零點(diǎn)位置的力矩，實(shí)現(xiàn)載 荷的水平調(diào)節(jié)。
6、 如權(quán)利要求4所述的正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具的方法，其特征在于所述配重塊位置和吊梁水平傾角滿足的關(guān)系，如 下所述<formula>formula see original document page 4</formula>其中，M為載荷的質(zhì)量；v,a表示載荷質(zhì)心的偏心位置的 三個(gè)參數(shù)；mx，my，X, Y分別為兩配重塊的質(zhì)量及在上吊梁和下吊 梁上的位置；<formula>formula see original document page 4</formula>分別為兩吊梁的水平傾角。
全文摘要
一種正交式水平自動(dòng)調(diào)節(jié)吊具及方法，基于重心補(bǔ)償?shù)脑?，采用兩中空吊梁相互正交、并在下吊梁兩端部安裝兩根翼梁、借助翼梁吊鉤吊掛載荷的吊具結(jié)構(gòu)，每個(gè)中空吊梁中安裝有一可移動(dòng)的配重塊，并在兩吊梁的一端裝有一臺(tái)伺服電機(jī)和減速箱，上吊梁上還安裝有傾角傳感器和控制器；調(diào)節(jié)時(shí)，將傾角傳感器所得數(shù)據(jù)，傳遞到控制器，控制器發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)通過(guò)減速箱轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿，調(diào)整配重塊的位置，從而改變配重塊所產(chǎn)生的力矩，實(shí)現(xiàn)載荷的水平調(diào)節(jié)。本發(fā)明具有快速、安全和高效的特性，解決了傳統(tǒng)方法在調(diào)節(jié)載荷水平時(shí)的費(fèi)時(shí)、危險(xiǎn)等問(wèn)題；而且通過(guò)絲桿可以精確控制配重塊的位置，水平調(diào)節(jié)精度可達(dá)0.2度。
文檔編號(hào)B66C1/10GK101397114SQ20071012247
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者張小成, 冬 徐, 易建強(qiáng), 趙冬斌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所