专利名称：绳索牵引自动水平调节吊具及方法
技术领域：
本发明涉及一种绳索牵引自动水平调节吊具及方法。
背景技术：
在工业生产或国防建设中，常常需要进行箱式载荷的装卸。由于箱式 载荷昂贵及高精密性等原因，现场对装卸过程的水平度要求很高，并且需 要进行精确定位，以避免点点接触、碰撞导致所装配的产品发生变形而遭 到破坏。例如，在卫星装卸时为保证密封性和安全性，卫星下表面(即对
接面)与底座之间应保证面面接触，同时避免碰撞；飞机、直升机的装配、 吊运也应保证机体结构安全，不受损坏。通常情况下这些箱式载荷的重心 往往不居中，而是偏心于某一侧，因此在装卸时如果不进行重心补偿，使 其保持水平，将很容易造成倾斜，势必影响装卸效率，甚至损坏该产品。 另外，由于这些箱式载荷体积和重量通常较大，传统的调节方式不但费时、 精度不高，而且又由于吊索的柔性、自由度过大等原因会造成重物摆动不 停，难以定位，危险性大，生产效率低。这些问题已引起相关科研机构的 高度重视，对新型、高效、安全的装卸吊运装置的需求十分迫切。
传统的调节方式有很多种。比如通过目测并调节四根吊绳的长度来进 行水平调节的方式，这种人工操作的方式精度不高，而且完全凭着工作人 员的经验和熟练程度进行试探和摸索，费时且不容易成功，同时由于有人 员的现场参与，又存在着安全隐患；又如通过移动天车在吊梁上的吊点位 置来进行水平调节的方式，虽然采用的是重心补偿的方法，但是由于整个 箱式载荷的重量都作用在吊点上，通过电机来移动吊点位置，必须要克服 大摩擦力，这对电机的功率提出了很高的要求，相应地电机成本也会变得 很高，尤其当箱式载荷比较重时更是如此，同时配重块的固定重量不易满 足载荷对重量大小的要求，当载荷重量较大或较小时，需要较大或较小重 量的配重块来配平，但大重量的配重块精度不易控制，而小重量的配重块 不便用来配平重量大的载荷。综上所述，传统的水平调节方法亟待改进。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种绳索牵引自动水平调节吊具及方法，是 与传统方法不同的新型吊具和自动水平调节的方法，以改进传统方法在调 节箱式载荷水平时的费时、危险以及精度不高等缺点。这种吊具采用了矩 形吊台方式和绳索牵引方法，使用力传感器和倾角传感器进行检测，通过 控制电机来实现绳索对箱式载荷的牵引，自动实现箱式载荷对接面水平倾 角的调节。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是
一种绳索牵引自动水平调节吊具，其包括矩形吊台、X型支撑架、电 机调整装置、绳索、定滑轮、力传感器、倾角传感器、计算机控制系统； 一承力的矩形吊台设有一吊环，吊环的中心位置位于矩形吊台几何中
心的正上方，其四个底脚对称交错地固定在x型支撑架上或矩形吊台上，
吊环与起重设备的吊钩相连以实现吊运；
一在外侧带凸起顶端的x型支撑架，对称安装在矩形吊台上表面的对
角线方向上；
四套相同的电机调整装置，每套电机调整装置包括电机、电机驱动器、 联轴器、连接法兰、直线运动单元，其中，每个直线运动单元均包含一丝 杠驱动装置和一由丝杠驱动装置导引运动的滑块；电机驱动器设置于矩形 吊台之外，与电机电连接，用于驱动与直线运动单元连接的电机运动；联 轴器用来将电机的转轴运动传送给直线运动单元的丝杠驱动装置；连接法 兰用来固定电机、联轴器、直线运动单元之间的连接；电机通过联轴器、 连接法兰带动直线运动单元的丝杠驱动装置，使直线运动单元上的滑块随 之移动；通过连接法兰固定连接后的每套电机调整装置，作为一个整体， 沿着X型支撑架顶面的对角线方向，固定安装在凸起顶端与X型支撑架几何 中心之间的紧邻凸起顶端的位置，且电机的部位靠近X型支撑架的几何中 心，直线运动单元的滑块位于X型支撑架的外端；
四个相同的定滑轮，分别对称安装在X型支撑架的凸起顶端处，实现 绳索的变向及平滑牵引；两根同质绳索，分别沿X型支撑架两对角线方向交错横跨安装在直线 运动单元轴线的正上方，每根绳索中部固接位于同一对角线上的两个直线 运动单元中的一个滑块，绳索两端头， 一端绕过定滑轮垂下，另一端通过 圆孔穿过另一滑块，再绕过另一定滑轮垂下；
四个相同的力传感器上端与四个垂下的绳索端头固接，下端分别与箱
式载荷的四角固接，用于绳索的受力检测；
四个相同的倾角传感器，对称置于箱式载荷上表面或下表面的两对角 线方向外部，用来测量箱式载荷对接面的水平倾角；
一个计算机控制系统，与电机传感装置、力传感器、倾角传感器电连 接，接收四个力传感器与四个倾角传感器采集传送的数据，并对数据进行 处理，然后将控制指令发送给各电机以实现运动控制。
所述的水平调节吊具，其所述在同一对角线对称位置上的两套电机调 整装置中，其中一套用来实现绳索牵引，另一套用于配平矩形吊台，当牵 引绳索的电机调整装置朝某方向移动一滑块时，另一套电机调整装置则朝 相反方向移动另一滑块同样距离，以此来维持矩形吊台的平衡，抵消移动 带来的影响。
所述的水平调节吊具，其所述两对角线上的绳索均为一绳索牵引结构 并且其两端下垂，当绳索的一端伸长或缩短某一长度时，另一端则相应地 縮短或伸长同样的长度。
一种所述的绳索牵引自动水平调节吊具的使用方法，其调节步骤如
下
步骤h对吊具系统进行初始化，驱动四套相同的电机调整装置，将 直线运动单元调整到各自的零点位置；
步骤2:起吊箱式载荷后，力传感器和倾角传感器执行检测，首先判 断各绳索受力是否基本均衡，即各绳索受力与平均受力的偏差是否小于 30%，如果不是，则驱动相应的电机调整装置进行调节；
步骤3:待系统稳定后，将倾角传感器测得的箱式载荷水平倾角传递 给计算机控制系统，然后驱动相应的电机调整装置进行调节；
步骤4:重复步骤2和3，直到箱式载荷水平倾角满足精度要求为止。本发明采用了绳索牵引的方法，通过计算机控制系统自动实现箱式载 荷水平面的调节，具有快速、精确、安全和高效的特性。
图l、是本发明的绳索牵引自动水平调节吊具的整体示意图2、是本发明的绳索牵引自动水平调节吊具的俯视图3、是本发明的绳索牵引自动水平调节吊具的电机调整装置的示意
图4、是本发明的绳索牵引自动水平调节吊具的力传感器和倾角传感器 的安装位置示意图5、是本发明的绳索牵引自动水平调节吊具的基本调节流程图。
附图标号说明
吊环10; 矩形吊台20;
X型支撑架30:凸起顶端301; 电机调整装置40:
电机400;电机驱动器401;联轴器402;连接法兰403;直线运动单
元404;
滑块4040;滑块4041;丝杠驱动装置4042;
绳索50; 定滑轮60; 力传感器70; 倾角传感器80; 计算机控制系统90;
箱式载荷L。
具体实施例方式
本发明的一种绳索牵引自动水平调节吊具，是用于偏心箱式载荷吊装 过程中吊具自动水平调节。如图1所示，为绳索牵引自动水平调节吊具的整体示意图。该吊具主要由矩形吊台20、 X型支撑架30、电机调整装置 40、带有力传感器70的同质绳索50、定滑轮60、倾角传感器80、计算机 控制系统90组成。
如图1和图2所示，矩形吊台20的平面尺寸依据实际需要而定，它需 要承载箱式载荷L和四套相同的电机调整装置40的重量，因而须采用钢 性强的材质，矩形吊台20上吊环10的中心位置位于矩形吊台20几何中 心的正上方，其四个底脚对称交错地固定在X型支撑架30上或矩形吊台 20上，吊环10用来与天车等起重设备的吊钩或吊索相连以实现吊运；X 型支撑架30的外侧带凸起顶端，内侧下凹，分别用来安装电机调整装置 40和定滑轮60，其对称安装在矩形吊台20的上表平面的对角线方向上， 四个凸起顶端301具有相同的机械结构，在每个凸起顶端301上各安装一 个定滑轮60以实现绳索50的变向及平滑牵引；两根同质绳索50均位于 同一对角线上的两定滑轮60之间，分别沿X型支撑架30两对角线方向交 错横跨安装在直线运动单元404轴线的正上方，为确保绳索50的初始化 状态水平，同时为了方便两绳索50的交错横跨安装，同一对角线位置上 的凸起顶端301处的定滑轮60安装尺寸高度需一致，而不同对角线位置 上的凸起顶端301处的定滑轮60安装尺寸高度应不同；吊具系统应做到 无偏心，这不单要求矩形吊台20和X型支撑架30的质心应位于几何中心， 而且要求X型支撑架30上的四套相同的电机调整装置40须对称安装在其 上表面的对角线上。
如图l和图3所示，每套电机调整装置40均由电机400、电机驱动器 401(为减轻矩形吊台20上的承载重量并利于吊台系统的平衡，我们将电 机驱动器401放置在矩形吊台20面以外)、联轴器402、连接法兰403、 直线运动单元404组成，其中每个直线运动单元404均包含一丝杠驱动装 置4042和一由丝杠驱动装置4042导引运动的滑块4040或4041;电机驱 动器401用于驱动电机400的运动，每台电机400对应一个电机驱动器 401;联轴器402将电机400的转轴运动传送给直线运动单元404的丝杠 驱动装置4042;连接法兰403用来固定电机400、联轴器402、直线运动 单元404之间的连接；电机400通过联轴器402、连接法兰403带动直线 运动单元404的丝杠驱动装置4042，使直线运动单元404的滑块4040或4041随之移动，与滑块4040相连的绳索50经定滑轮60变向后，实现对 箱式载荷L的牵引；如图1和图2所示，通过连接法兰403固定连接后的 每套电机调整装置40，作为一个整体，沿着X型支撑架30顶面的对角线 方向，固定安装在凸起顶端301与X型支撑架30几何中心之间的紧邻凸 起顶端301的位置，且电机400的部位均朝向X型支撑架30的几何中心； 四个相同的定滑轮60，分别安装在X型支撑架30的凸起顶端301处，以 实现绳索50的变向及平滑牵引。需要说明的是，同一对角线上的两个直 线运动单元404，其中一个用来带动绳索50的移动，另一个则用来平衡矩 形吊台20，所以每根绳索50仅与两个直线运动单元404中的一个滑块 4040固定连接，并通过圆孔穿过另一滑块4041。两根绳索50分别沿矩形 吊台20两对角线方向交错横跨安装在直线运动单元404轴线的正上方， 绳索50两端头， 一端绕过定滑轮60垂下，另一端通过圆孔穿过另一滑块 4041，再绕过另一定滑轮60垂下。安装在同一对角线对称位置上的两套 电机调整装置40中，其中一套用来实现对绳索50的牵引，另一套用来配 平矩形吊台20系统。当牵引绳索50的电机调整装置40的滑块4040朝某 方向移动时，另一套电机调整装置40的滑块4041则朝相反方向移动同样 距离，以此来维持矩形吊台20的平衡，抵消移动带来的影响。
如图l所示，每根同质绳索50横跨在矩形吊台20的一条对角线上， 与箱式载荷L相连，相连处都安装有力传感器70。由于两对角线上均为一 绳索50牵引结构，因此当绳索50的一端伸长或縮短某一长度时，另一端 则相应地縮短或伸长同样的长度。
如图4所示，每个力传感器70的一端与绳索50连接，另一端与箱式 载荷L连接，实现对绳索50的受力检测。出于工程安全性要求的考虑， 安装力传感器70是为确保各绳索50牵引力与平均牵引力的偏差控制在 30%以内。
如图4所示，倾角传感器80用来测量箱式载荷L对接面的水平倾角， 可在箱式载荷L上表面的对角线方向上安装倾角传感器80。为提高检测精 度，每条对角线上可安装两个位置完全对称的倾角传感器80，取其平均值 作为该方向的水平倾角值。当上表面和下表面平行时，倾角传感器80可 以安装在上表面或者下表面，而当上表面和下表面不平行时，则需将倾角传感器80安装在下表面。为了视图方便，我们这里安装在上表面上。
如图1所示，计算机控制系统90采用"PC+运动控制卡"的形式，力 传感器70与倾角传感器80的数据送入计算机控制系统90中，由计算机 控制系统90处理数据，然后将控制指令发送给各电机40以实现运动控制。
在电机调整装置40中，电机400带动直线运动单元404的丝杠驱动 装置4042转动，使直线运动单元404的滑块4040随之移动，与滑块4040 相连的绳索50经定滑轮60变向后，实现对箱式载荷L的牵引。
安装在同一对角线对称位置上的两套电机调整装置40中，其中一套 用来实现绳索50牵引，另一套用来配平吊台系统，当牵引绳索50的电机 调整装置40的滑块4040朝某方向移动时，另一套装置的滑块4041则朝 相反方向移动同样距离，以此来维持吊台的平衡，抵消移动带来的影响。
两对角线上的绳索50均为一绳索牵引结构并且其两端下垂，当绳索 50的一端伸长或縮短某一长度时，另一端则相应地縮短或伸长同样的长 度。
图5给出了本发明的绳索牵引自动水平调节吊具的基本调节流程。
步骤l:对系统进行初始化，驱动四套相同的电机调整装置40，将直 线运动单元404调整到各自的零点位置；
步骤2:起吊箱式载荷L后，力传感器70和倾角传感器80执行检测， 首先判断各绳索50受力是否基本均衡，即各绳索50受力与平均受力的偏 差是否小于30%，如果不满足，则驱动相应的电机调整装置40进行调节， 以确保绳索50受力合理，然后再检测水平倾角；
步骤3:待系统稳定后，将倾角传感器80测得的箱式载荷L水平倾角 传递给计算机控制系统90，然后驱动相应的电机调整装置40进行调节；
步骤4:重复步骤2和3，直到箱式载荷L水平倾角满足精度要求， 调节结束。
系统上电后首先进行初始化，检测各部分是否工作正常，如果一切正 常，力传感器70和倾角传感器80开始工作检测。为确保系统安全，再判 断各绳索50受力是否基本均衡，即各绳索50受力与平均受力的偏差是否 小于30%，如果不满足，则驱动相应的电机调整装置40进行调节。因为如 果绳索50受力不合理，即使对接面倾角达到要求，贵重箱式载荷L仍处于危险之中。若箱式载荷L水平倾角未达到精度要求，则驱动相应的电机
调整装置40进行调节，直到箱式载荷L水平倾角满足精度要求。
本发明的绳索牵引自动水平调节吊具，是用于偏心箱式载荷吊装过程 中吊具自动水平调节，该调节方法是基于绳索调节的方法，将力和倾角传
感器反馈的数据传输到计算机控制系统90，由计算机控制系统90处理数 据，然后发出指令驱动电机调整装置40，以实现箱式载荷对接面的水平调
本发明的优选实施例仅仅是对本发明的举例说明，而非对本发明及其 应用或用途的限制。根据本发明得出的其它实施方式，也同样属于本发明 的技术创新范围。技术方案中有关参数的设定也并不表明只有举例值可以 使用。
权利要求
1、一种绳索牵引自动水平调节吊具，其特征在于包括矩形吊台、X型支撑架、电机调整装置、绳索、定滑轮、力传感器、倾角传感器、计算机控制系统；一承力的矩形吊台设有一吊环，吊环的中心位置位于矩形吊台几何中心的正上方，其四个底脚对称交错地固定在X型支撑架上或矩形吊台上，吊环与起重设备的吊钩相连以实现吊运；一在外侧带凸起顶端的X型支撑架，对称安装在矩形吊台上表面的对角线方向上；四套相同的电机调整装置，每套电机调整装置包括电机、电机驱动器、联轴器、连接法兰、直线运动单元，其中，每个直线运动单元均包含一丝杠驱动装置和一由丝杠驱动装置导引运动的滑块；电机驱动器设置于矩形吊台之外，与电机电连接，用于驱动与直线运动单元连接的电机运动；联轴器用来将电机的转轴运动传送给直线运动单元的丝杠驱动装置；连接法兰用来固定电机、联轴器、直线运动单元之间的连接；电机通过联轴器、连接法兰带动直线运动单元的丝杠驱动装置，使直线运动单元上的滑块随之移动；通过连接法兰固定连接后的每套电机调整装置，作为一个整体，沿着X型支撑架顶面的对角线方向，固定安装在凸起顶端与X型支撑架几何中心之间的紧邻凸起顶端的位置，且电机的部位靠近X型支撑架的几何中心，直线运动单元的滑块位于X型支撑架的外端；四个相同的定滑轮，分别对称安装在X型支撑架的凸起顶端处，实现绳索的变向及平滑牵引；两根同质绳索，分别沿X型支撑架两对角线方向交错横跨安装在直线运动单元轴线的正上方，每根绳索中部固接位于同一对角线上的两个直线运动单元中的一个滑块，绳索两端头，一端绕过定滑轮垂下，另一端通过圆孔穿过另一滑块，再绕过另一定滑轮垂下；四个相同的力传感器上端与四个垂下的绳索端头固接，下端分别与箱式载荷的四角固接，用于绳索的受力检测；四个相同的倾角传感器，对称置于箱式载荷上表面或下表面的两对角线方向外部，用来测量箱式载荷对接面的水平倾角；一个计算机控制系统，与电机传感装置、力传感器、倾角传感器电连接，接收四个力传感器与四个倾角传感器采集传送的数据，并对数据进行处理，然后将控制指令发送给各电机以实现运动控制。
2、 如权利要求1所述的水平调节吊具，其特征在于所述在同一对 角线对称位置上的两套电机调整装置中，其中一套用来实现绳索牵引，另 一套用于配平矩形吊台，当牵引绳索的电机调整装置朝某方向移动一滑块 时，另一套电机调整装置则朝相反方向移动另一滑块同样距离，以此来维 持矩形吊台的平衡，抵消移动带来的影响。
3、 如权利要求1所述的水平调节吊具，其特征在于所述两对角线 上的绳索均为一绳索牵引结构并且其两端下垂，当绳索的一端伸长或縮短 某一长度时，另一端则相应地縮短或伸长同样的长度。
4、 一种如权利要求1所述的绳索牵引自动水平调节吊具的使用方法， 其特征在于，调节步骤如下-步骤l:对吊具系统进行初始化，驱动四套相同的电机调整装置，将直线运动单元调整到各自的零点位置；步骤2:起吊箱式载荷后，力传感器和倾角传感器执行检测，首先判 断各绳索受力是否基本均衡，即各绳索受力与平均受力的偏差是否小于30%,如果不是，则驱动相应的电机调整装置进行调节；步骤3:待系统稳定后，将倾角传感器测得的箱式载荷水平倾角传递 给计算机控制系统，然后驱动相应的电机调整装置进行调节；步骤4:重复步骤2和3，直到箱式载荷水平倾角满足精度要求为止。
全文摘要
一种绳索牵引自动水平调节吊具及方法，包括一装有吊环的矩形吊台；一X型支撑架，安装在矩形吊台上表面的对角线方向上；四套相同的电机调整装置，分别对称安装于X型支撑架顶面；四个相同的定滑轮，分别对称安装在X型支撑架的凸起顶端处；两根带有力传感器的同质绳索，分别沿X型支撑架两对角线方向交错安装在直线运动单元轴线的正上方，力传感器一端与绳索连接，另一端与箱式载荷连接；四个相同的倾角传感器，分别对称安装在箱式载荷上表面或下表面的对角线上；一计算机控制系统，接收和处理力和倾角传感器的数据，决策后发出指令驱动电机调整装置，实现对箱式载荷的牵引，达到箱式载荷水平调节的目的。本发明精度高、速度快、安全可靠。
文档编号B66C13/08GK101633478SQ20081011706
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月23日 优先权日2008年7月23日
发明者意 余, 张建宏, 易建强, 赵冬斌 申请人:中国科学院自动化研究所