一种抓盘结构、对心方法和转向控制系统与流程

1.本发明实施例涉及机器或结构部件的静或动平衡的测试技术，尤其涉及一种抓盘结构、对心方法和转向控制系统。


背景技术：

2.抓盘结构用于抓握环状物体实现转向功能，例如通过抓盘结构抓握环状阀门，在电机的控制下驱动阀门打开或关闭。
3.现有的抓盘结构一般包括圆盘和与圆盘刚性连接的夹持器，为了避免转动过程中发生滑动摩擦，该夹持器会紧紧夹住环状物体。
4.在工程使用过程中发现，在完全的刚性连接下，由于初始装配时，抓盘中心和环状物体中心的装配位置大多存在一定的偏心误差。存在此误差下的转动过程中，偏心转动带来的振动逐渐形成了造成更大振动、再造成更大偏心的正反馈过程。大偏心误差会导致电机卡住堵转损坏，或电机力矩太大迫使圆盘结构、连接结构损坏等不良结果。
5.有鉴于此，提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种抓盘结构、对心方法和系统，以提出一种新型的抓盘结构实现与环状物体的柔性连接，对心方法提供准确的调节幅值和方向，解决了人眼识别人手反复调节导致效率低下的问题。
7.第一方面，本发明实施例提供了一种抓盘结构，包括：固定盘，以及与所述固定盘连接的多个柔性握爪结构；每个所述柔性握爪结构包括条状结构，穿过所述条状结构的微调螺栓；在所述微调螺栓的螺纹上穿设有钢丝绳固定及位置调节装置，所述钢丝绳固定及位置调节装置沿所述螺纹上下调节；所述钢丝绳固定及位置调节装置固定钢丝绳两端，所述钢丝绳形成u型结构，u型结构的底端绕过环状物体套设在所述条状结构的锁紧装置上；所述条状结构的第一端部与所述固定盘可伸缩连接，弯折部穿过所述微调螺栓，第二端部固定连接有锁紧装置；所述第一端部为条型可滑动金属尺，其上开设长条状通孔，所述固定盘开设有与第一端部适配的凹槽，在凹槽内开设有圆孔；第一端部在凹槽内滑动。
8.第二方面，本发明实施例还提供了一种抓盘结构的对心方法，应用于转向控制系统，抓盘结构的柔性握爪结构握住环状物体，所述固定盘连接外部电机；所述抓盘结构的对心方法，由上位机执行，所述方法包括：控制所述外部电机驱动抓盘结构转动，在任一时刻计算抓盘结构的转动中心到环状物体的转动中心的方向和距离偏差值；将所述方向和距离偏差值投影到每个所述柔性握爪结构的方向上，得到每个所述
柔性握爪结构的长度调节幅值；根据所述长度调节幅值计算钢丝绳固定及位置调节装置沿所述螺纹上下调节的量以及所述柔性握爪结构在固定盘的凹槽内的滑动量，并提供给调试人员进行对心调试。
9.第三方面，本发明实施例还提供了一种转向控制系统，包括电机，控制盒，上位机和抓盘结构；所述电机与所述抓盘结构可拆卸连接，所述电机与控制盒通过信号线连接，所述控制盒和上位机通过光纤连接。
10.本发明实施例提供了一种新颖的抓盘结构，采用了柔性握爪结构，环状钢丝绳套设在所述条状结构的锁紧装置上，钢丝绳具有一定的柔性，在保证抓盘结构与环状物体不发生滑动摩擦的情况下，通过钢丝绳的柔性特性，从而在转动过程中提供少量余量，减小偏心误差，保证抓盘结构的转动中心与环状物体的转动中心尽量重合。而且，本发明通过钢丝绳固定及位置调节装置固定钢丝绳两端，并沿螺纹上下调节，可以改变钢丝绳与环状物体的松紧程度，便于移动抓盘结构实现与环状物体的对心。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
12.图1是本发明实施例提供的一种抓盘结构的俯视图；图2是本发明实施例提供的一种抓盘结构的仰视图；图3是本发明实施例提供的一种抓盘结构的立体图；图4是本发明实施例提供的另一种抓盘结构的立体图；图5是本发明实施例提供的转向控制系统的结构示意图；图6是本发明实施例提供的一种抓盘结构的对心方法的流程图；图7是本发明实施例提供的偏心方向和距离偏差值的示意图；图中，1、固定盘；11、圆孔；12、定位孔；13、定位销；14、紧固螺栓；2、柔性握爪结构；21、条状结构；22、微调螺栓；23、钢丝绳固定及位置调节装置；231、第一通孔；232、第二通孔；24、钢丝绳；25、锁紧装置；26、第一端部；261、长条状通孔；27、第二端部；28、弯折部；281、第三通孔；3、电机；4、控制盒；5、上位机；6、环状物体。
具体实施方式
13.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
14.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
15.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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发明中的具体含义。
16.实施例一本发明实施例提供一种抓盘结构，其俯视图如图1所示，仰视图如图2所示，立体图如图3所示。适用于抓握环状物体6（例如阀门），以控制环状物体6转动的情况。下面详细介绍抓盘结构。
17.图1~图3所示的抓盘结构包括固定盘1，以及与所述固定盘1连接的多个柔性握爪结构2。
18.本实施例不限定固定盘1的形状，可以是三角形、六角形或者圆形。多个柔性握爪结构2沿固定盘1周围均匀分布，例如3个柔性握爪结构2以120度圆心角均匀分布；如图1~图3所示，6个柔性握爪结构2以60度圆心角均匀分布。
19.每个所述柔性握爪结构2包括条状结构21，穿过所述条状结构21的微调螺栓22。条状结构21包括第一端部26、弯折部28和第二端部27。参见图4，弯折部28附近设有第三通孔281，微调螺栓22从弯折部28的上侧经由第三通孔281穿到下侧，通过螺母固定到第二端部的下侧。
20.在微调螺栓22的螺纹上穿设有钢丝绳固定及位置调节装置23，钢丝绳固定及位置调节装置23沿微调螺栓上的螺纹上下调节。钢丝绳固定及位置调节装置23固定钢丝绳24两端，钢丝绳24形成u型结构，u型结构的底端绕过环状物体6套设在条状结构21的锁紧装置25上；钢丝绳24和条状结构21配合固定环状物体6。
21.本发明实施例提供了一种新颖的抓盘结构，采用了柔性握爪结构，环状钢丝绳24套设在所述条状结构21的锁紧装置25上，钢丝绳具有一定的柔性，在保证抓盘结构与环状物体6不发生滑动摩擦的情况下，通过钢丝绳的柔性特性，从而在转动过程中提供少量余量，减小偏心误差，保证抓盘结构的转动中心与环状物体6的转动中心尽量重合。而且，本发明通过钢丝绳固定及位置调节装置23固定钢丝绳24两端，并沿螺纹上下调节，可以改变钢丝绳与环状物体6的松紧程度，便于移动抓盘结构实现与环状物体6的对心。
22.图4是本发明实施例提供的另一图抓盘结构的立体图，钢丝绳固定及位置调节装置23为中空的圆柱状结构。圆柱状结构包括两个底面和一个曲面。在曲面上开设有一个第一通孔231和两个第二通孔232。两个第二通孔232分布在所述第一通孔231的两端，一个第一通孔231与两个第二通孔232相互垂直。
23.微调螺栓22垂直穿过第一通孔231，第一通孔231内带有螺纹，第一通孔231连接在微调螺栓22的螺纹上。两个第二通孔232分别固定钢丝绳24两端，具体的，钢丝绳24的两端分别穿过两个第二通孔232，并在绳尾端锁死，形成“u”型套索结构。采用软橡胶将钢丝绳外部进行包裹，提高锁紧装置25与被抓握环状物体6的摩擦力，使柔性握爪结构2与被抓握环状物体6之间通过摩擦力的作用进行拽紧，不发生相对位移；且通过包裹的软橡胶，使被抓
握环状物体6在安装/拆卸过程中不受钢丝绳割伤损害表面。
24.通过转动微调螺栓22，实现钢丝绳固定及位置调节装置23在微调螺栓22的螺纹上上下调节，两个第二通孔232也同样上下调节，从而带动钢丝绳24上下调节。在钢丝绳24套设在所述条状结构21的锁紧装置25上时，能够改变钢丝绳24与环状物体6的松紧程度，便于移动抓盘结构实现与环状物体6的对心；同时实现钢丝绳24对环状物体6的紧固拉拽，最终达到将抓盘结构与环状物体6紧密连接的目的。
25.继续参见图2，条状结构21的第一端部26与固定盘1可伸缩连接，也就是说，第一端部26可以在固定盘1上缩进和伸出，从而带动对应的柔性握爪结构2来回移动，一方面改变抓盘结构的转动中心，便于与环状物体6的转动中心对心；另一方面，调节达到适用的半径，以抓握不同半径的环状物体6。
26.优选的，第一端部26为条型可滑动金属尺，其上开设长条状通孔261，所述固定盘1开设有与第一端部26适配的凹槽，在凹槽内开设有圆孔11；可选的，条型可滑动金属尺为标有精度为0.01米的高强度金属直线标尺，多个条型可滑动金属尺内嵌于凹槽中，并在固定盘一侧呈中心对称分布，每两个相邻条型可滑动金属尺的夹角大小均相等。在径向靠外一端为第二端部27。条型可滑动金属尺在凹槽内滑动，每次滑动后紧固螺栓14穿过长条状通孔261和圆孔11，使柔性握爪结构2与固定盘1实现可伸缩连接。
27.第二端部27固定连接有锁紧装置25。其中，锁紧装置25的数量为至少一个，沿着所述条状结构的长度方向分布。优选的，锁紧装置25为弯钩形状，所述钢丝绳24形成环状套设在弯钩内侧。锁紧装置25为锁死防脱结构，锁死防脱结构处于锁死状态时，柔性握爪结构2与被抓握的环状物体6之间不发生相对位移。
28.参见图3，固定盘1上设置有定位孔12和定位销13；所述固定盘1通过所述定位孔12和定位销13与外部电机3可拆卸连接。可选的，外部电机为伺服电机，具有定位孔12和定位销13适配的结构，从而与固定盘1通过所述定位孔12和定位销13的互嵌结构连接。可选的，定位孔12为圆形法兰盘，位于固定盘1的物理中心；多个定位销13直径相同，并围绕定位孔12的周围，呈中心对称地均匀分布。
29.实施例二图5是本发明实施例提供的转向控制系统的结构示意图，电机3，控制盒4，上位机5和任一上述实施例提供的抓盘结构。电机3与所述抓盘结构可拆卸连接，具体通过定位孔12和定位销13的互嵌结构连接。电机3与控制盒4通过信号线连接，控制盒4和上位机5通过光纤连接。
30.上位机5用于执行抓盘结构的对心方法；具体通过提供钢丝绳固定及位置调节装置23沿所述螺纹上下调节的量，以及柔性握爪结构2在固定盘1的凹槽内的滑动量来实现。将在实施例三中详细说明。
31.上位机5具有配置界面，配置界面包括模型导入接口，用于导入用户自定义的电机控制模型。
32.在一个具体实施方式中，在完成抓盘结构与环状物体6的转动中心的对心后，人工调节环状物体6所需的初始位置，并通过软件设定当前位置为初始位置。完成初始位置设定后，选择用户自定义导入的电机控制模型（包括力矩曲线模板），通过软件选择电机以选择的力矩曲线模板进行力矩模式转动，电机3转动过程中采集每一时刻的力矩与位置数据。待
电机3转动时间满足试验要求后通过软件停止当前动作，并导出实验数据，在导出试验数据时软件会自动将采样的力矩数据完成滤波与平滑处理。最后通过软件选择需要比对的数据进行数据比对并以比对结果输出本次测试的最终输出文件。
33.可选的，模型导入接口可以接收如matlab设计运动控制模型、数据处理模型等，其中使电机3按照自定义算法进行相关需求场景的实现。
34.可选的，控制盒4由控制最小系统、电源转换模块、以太网通讯模块、数字量转模拟量模块、模拟量转数字量模块、差分信号转单端信号模块、单端信号转差分信号模块、io输出模块、串行通讯模块以及电磁兼容防护模块几部分组成。
35.可选的，在配置界面上显示钢丝绳固定及位置调节装置23沿所述螺纹上下调节的量和柔性握爪结构2在固定盘1的凹槽内的滑动量。
36.本实施例提供的转向控制系统，通过柔性结构和对心方法实现同心转动；而且，通过设置模型导入接口允许按照用户自定义的电机控制模型来运行。
37.实施例三图6是本发明实施例提供的一种抓盘结构的对心方法的流程图，抓盘结构参见实施例一的描述，此处不再赘述。抓盘结构的柔性握爪结构2握住环状物体6，所述固定盘1连接外部电机3。对心方法由上位机5中的软件执行。参见图6，本实施例提供的方法包括以下操作：s610、控制外部电机3驱动抓盘结构转动，在任一时刻计算抓盘结构的转动中心到环状物体6的转动中心的方向和距离偏差值。
38.本实施例对一时刻的偏心情况进行调节。该时刻可以是抓盘结构停止之前的任一时刻。
39.本实施例以环状物体6的转动中心为基准，将抓盘结构的转动中心调节到与环状物体6的转动中心对齐。图7是本发明实施例提供的偏心方向和距离偏差值的示意图。当出现偏心时，抓盘结构的转动中心到环状物体6的转动中心的距离偏差值如图7所示。
40.本实施例不限定方向和距离偏差值的确定方法，可以通过视觉检测装置测试得到，或者通过线速度、角速度与半径之间的换算关系得到。具体的包括以下步骤：第一步，在转动过程中的k时刻检测环状物体边缘第一点的线速度v1和第二点的线速度v2，以及k时刻电机转动角速度ω，从转动开始时刻到当前停止时刻m的电机旋转总角度θ1。
41.第一点和第二点为环状物体边缘的不同位置的点，优选为环状物体与柔性握爪结构2的连接处。线速度v1和v2可以通过相关传感器直接测得，或者根据第一点和第二点的角速度和转动半径相乘得到，角速度和转动半径也可以通过传感器或者图像处理方法得到。ω和θ1都可以从电机读取得到。
42.第二步，由于抓盘结构与环状物体边缘不发生滑动摩擦，没有相对运动，则令环状物体边缘与抓盘结构在同一点的线速度相同，将第一点的线速度v1和第二点的线速度v2分别除以电机转动角速度ω，得到抓盘结构在第一点的转动半径r1，抓盘结构在第二点的转动半径r2。
43.第三步，根据所述r1和r2，确定抓盘结构的转动中心的位置；确定从所述抓盘结构的转动中心到环状物体的转动中心的矢量；
为了方便描述，在转动开始时刻为环状物体建立静态坐标系。水平轴为x轴，垂直轴为y轴，柔性握爪结构2在静态坐标系中的位置和角度是已知量。在该静态坐标系下，以第一点为圆心且以r1为半径绘制第一圆形，以第二点为圆心且以r2为半径绘制第二圆形，第一圆形和第二圆形的交点为1个时，该点为抓盘结构的转动中心的位置；如果交点为2个，选择距离电机转轴近的一点为抓盘结构的转动中心的位置，因为抓盘结构的转动中心就是转轴的中心。
44.本步骤得到的矢量是电机旋转之后的，还需要回退到转动开始时刻。
45.第四步，根据所述电机旋转总角度θ1计算电机在当前停止时刻相对于开始时刻的转动角度θ2，转动角度θ2小于周角；将所述矢量以所述环状物体的转动中心为圆心，逆转动方向回退θ2，得到新矢量，作为抓盘结构的转动中心到环状物体的转动中心的方向和距离偏差值。
46.将θ1减去n倍的周角得到小于周角的θ2，例如电机旋转总角度是361度，则计算得到电机在当前停止时刻相对于开始时刻的转动角度1度。第三步计算得到的矢量是转动角度为1度的矢量，还需要以环状物体的转动中心为圆心，逆转动方向回退1度，得到静态坐标系下的新矢量。由于柔性握爪结构2是在静态坐标系下定义的，所以需要将矢量回退到静态坐标系下才能分解得到各柔性握爪结构2的长度调节幅值。
47.接着，系统提供钢丝绳固定及位置调节装置23沿所述螺纹上下调节的量以及所述柔性握爪结构2在固定盘1的凹槽内的滑动量，调试人员按照提示的数值进行调整，逐次迭代可使偏心值低于0.1mm以下，在此之下的偏心值，由于握爪具有柔性部分，可以通过握爪的微小弹性余量抵消刚性连接下可能发生的刚性偏心转动。
48.s620、将方向和距离偏差值投影到每个柔性握爪结构2的方向上，得到每个柔性握爪结构2的长度调节幅值。
49.需要每个柔性握爪结构2相互配合才能实现抓盘结构的整体移动。通过几何投影算法将抓盘结构的转动中心到环状物体6的转动中心的矢量投影到每个柔性握爪结构2上，得到每个柔性握爪结构2的长度调节幅值。每个柔性握爪结构2的调整方向为固定盘1的径向方向。当钢丝绳固定及位置调节装置23沿所述螺纹向上调节时，钢丝绳24收紧，带动柔性握爪结构2沿径向向外的方向调节；当钢丝绳固定及位置调节装置23沿所述螺纹向下调节时，钢丝绳24放松，以便其它柔性握爪结构2能够调节；待其它柔性握爪结构2调节后，再将钢丝绳收紧。
50.s630、根据长度调节幅值计算钢丝绳固定及位置调节装置23沿所述螺纹上下调节的量以及所述柔性握爪结构2在固定盘1的凹槽内的滑动量，并提供给调试人员进行对心调试。
51.在实际应用中，钢丝绳24的调节能力有限，需要柔性握爪结构2的条型可滑动金属尺在固定盘1的凹槽内滑动来配合调节。
52.设定值为钢丝绳24对抓盘结构的最大调节幅值。如果长度调节幅值大于设定值，首先计算柔性握爪结构2在固定盘1的凹槽内的滑动量，直到新的长度调节幅值达到设定值。在实际工程中，新的长度调节幅值为0至设定值之间即可。
53.然后，根据设定值以及一圈螺纹的调节量，计算钢丝绳固定及位置调节装置23的旋转圈数。将柔性握爪结构2a的条型可滑动金属尺径向向外滑动，以及将柔性握爪结构2a
的微调螺栓22旋转圈数显示在上位机的配置界面上。
54.如果所述长度调节幅值小于或等于所述设定值，根据所述长度调节幅值以及一圈螺纹的调节量，计算钢丝绳固定及位置调节装置23的旋转圈数。
55.抓盘结构的转动中心到环状物体6的转动中心的矢量为向右l（向右为正），则将矢量l划分为l1+l2，可选的，l1为设定值。将l1和l2分别投影到n个柔性握爪结构2上，得到n个柔性握爪结构2通过钢丝绳固定及位置调节装置23调节的量：长度值l11~长度值l1n，以及在固定盘1的凹槽内的滑动量：长度值l21~长度值l2n。根据一圈螺纹的调节量将长度值l11~长度值l1n换算为微调螺栓22的旋转圈数，得到：圈数m11~圈数m1n。
56.假设共有6个柔性握爪结构2，为了方便描述和区分，分别命名为柔性握爪结构2a、柔性握爪结构2b、柔性握爪结构2c、柔性握爪结构2d、柔性握爪结构2e和柔性握爪结构2f。继续参见图7，矢量l投影到柔性握爪结构2a上得到长度值l21。所有柔性握爪结构2上钢丝绳放松，收紧柔性握爪结构2a上的钢丝绳，使柔性握爪结构2a向右移动长度值l21，然后再收紧除柔性握爪结构2a之外其它柔性握爪结构2的钢丝绳，使得与环状物体6紧密连接。
57.经过测定，钢丝绳固定及位置调节装置23沿所述螺纹旋转一圈，调节r，则将长度值l11~长度值l1n除以r得到圈数。将柔性握爪结构2a的微调螺栓22旋转的圈数显示在上位机的配置界面上。
58.本实施例通过条型可滑动金属尺实现粗调，通过微调螺栓22实现细调，实现钢丝绳24的少量位移，通过钢丝绳24与环状物体6之间的少量冗余裕度，达到柔性连接较好地弥补调节条型可滑动金属尺的分度值以下的对心位移误差，二者相互配合实现对心，适用于较大偏心的情况，也有利于提高对心的精度。
59.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。