六向柔性调节方法和高精度柔性搬运设备与流程

1.本发明搬运作业技术领域，具体地，涉及一种六向柔性调节方法和高精度柔性搬运设备。


背景技术：

2.目前搬运作业领域采用天车搬运大型构件的技术已十分成熟，对大型构件在搬运过程中的防摇和定位也有很多研究，但搬运定位的研究大部分集中在对吊运物的摆放定位，而对于装配定位的搬运研究还不够深入，例如公开号为cn202055175u的专利公开一种箱梁提梁机吊梁天车的起吊装置，虽然其是对箱梁进行精确定位，但也仅是简单对箱梁在x方向、y方向和z方向进行调整以使其更精确地落至桥墩上，未涉及到其它方向或角度的调整。
3.目前大范围空间搬运合装一般是采用天车进行搬运，但在合装过程中通常存在调节和定位精度差的问题，需要人工反复调整工件位置，而这种调整并不是简单进行x方向、y方向和z方向的调整就能实现的，因此严重影响了作业效率，无法满足现代化生产线的生产节奏。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种对吊装物料进行全方位位置调整的六向柔性调节方法，确保吊装物料更快捷地完成装配过程。
5.本发明同时提供一种支持大负载快速进行精准装配的高精度柔性搬运设备。
6.本发明的目的通过以下技术方案实现：
7.一种六向柔性调节方法，采用大车、小车、起升机构对吊装物料进行定位，定位方法包括带动吊装物料沿大车行走的x方向移动、沿小车行走的y方向移动和沿竖直z方向起升，定位方法还包括使吊装物料发生以x方向为轴向进行旋转的x轴向偏摆移动、以y方向为轴向进行旋转的y轴向偏摆移动和以z方向为轴向进行旋转的z轴向偏摆移动，吊装物料的吊具与小车柔性连接。
8.进一步地，吊具平行于大车方向或平行于小车方向的两端分布有吊装吊点，吊具中心设置支撑吊点，吊装吊点和支撑吊点均通过吊装绳索与小车连接，在小车上对应每个吊装吊点给定一定点，每个吊装吊点对应的吊装绳索依次经由对应的吊装吊点、定点后固定至支撑吊点，吊装物料的x轴向偏摆移动通过以支撑吊点为支点、对吊具两端的吊装吊点进行提拉或下放操作实现。
9.更进一步地，吊具平行于大车方向的两端每端的吊装吊点为两个，且两个吊装吊点以平行于大车行走方向的方式分布，吊装物料的y轴向偏摆移动通过以支撑吊点为支点、对吊具每端的两个吊装吊点进行提拉或下放操作实现，吊具两端处于同侧的两个吊装吊点需同步提拉或下放。
10.再进一步地，小车上在各定点对应位置处安装缓冲机构进行缓冲吸能。
11.还进一步地，小车包括呈上下布置的上层小车和下层小车，下层小车与大车接触，下层小车上规划有弧形路径供上层小车行走，弧形路径为两段凹面相对的圆弧，两段圆弧位于同一个圆上，吊装物料的z轴向偏摆移动通过控制上层小车绕弧形路径旋转行走实现。
12.一种高精度柔性搬运设备，包括大车、小车、吊具和控制搬运设备工作的控制系统，吊具平行于大车方向的两端分布有吊装吊点，吊具中心设置支撑吊点，吊具与小车通过吊装绳索连接，小车上对应支撑吊点设有用于起升吊具的起升卷扬机构，起升卷扬机构的吊装绳索与支撑吊点连接，小车上对应每个吊装吊点设有吊装用卷扬机构和滑轮机构，吊装用卷扬机构伸出的吊装绳索依次经过吊装吊点、滑轮机构后固定至支撑吊点处。
13.进一步地，吊具平行于大车方向的两端每端的吊装吊点为两个，且两个吊装吊点以平行于大车行走方向的方式均匀分布。
14.更进一步地，小车上对应每个滑轮机构设置有缓冲机构进行缓冲吸能。
15.再进一步地，缓冲机构为弹簧座，滑轮机构设置在弹簧座上表面。
16.还进一步地，小车包括下层小车和上层小车，下层小车上规划有弧形路径供上层小车行走，弧形路径为两段凹面相对且位于同一个圆上的圆弧，控制系统可驱动上层小车沿弧形路径进行旋转。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.在大车小车移动过程中或移动到位后，控制系统除了在大车运动方向、小车运动方向和吊装物料起升方向进行精准定位外，还可通过对吊装用卷扬机构进行相应调整以分别实现吊装物料在x轴向、y轴向的偏摆移动，通过控制上层小车沿规划的弧形路径旋转可使吊装物料发生z轴向的偏摆移动；此外，各滑轮机构处设置的缓冲机构能充分吸收吊装绳索在滑轮机构处的振荡能量；最终可实现吊装物料在x方向、y方向、z方向的定位精度达2.5mm以上，且在x轴向、y轴向和z轴向的偏摆定位精度达0.1
°
以上；
19.本申请的吊装绳索以支撑吊点和各定点形成稳定三角形结构，通过支撑吊点和各吊装吊点的配合联动，实现对吊装物料的柔性状态调整，且吊装定位精度高，尤其适用于工程机械行业大件物料的合装作业，适于大力推广。
附图说明
20.图1为实施例1所述六向柔性调节方法的方向调节示意图；
21.图2为实施例2所述高精度柔性搬运设备的立体结构简图；
22.图3为图1所示结构的主视图；
23.图4为图1所示结构的侧视图(也为吊装吊点处绳索布置图)；
24.图5为以图1侧面视角所示的支撑吊点处绳索布置图；
25.图6为实施例2所述上层小车上各卷扬机构的布置示意图；
26.图7为实施例2所述下层小车上弧形路径的布置示意图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员
来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
28.实施例1
29.一种六向柔性调节方法，主要应用在工程机械大件物料合装场合，当然也可应用在其它有相应需求的定位场合，采用大车、小车、起升机构对吊装物料进行定位，如图1所示，定位方法包括带动吊装物料沿大车行走的x方向移动、沿小车行走的y方向移动和沿竖直z方向起升，定位方法还包括使吊装物料发生以x方向为轴向进行旋转的x轴向偏摆移动、以y方向为轴向进行旋转的y轴向偏摆移动和以z方向为轴向进行旋转的z轴向偏摆移动，吊装物料的吊具与小车柔性连接；该定位方法可使吊装物料进行上述六个方向的方位调整，图1中旋转箭头的指向不构成对旋转方向的限定。
30.具体来说，吊具平行于大车方向(也可以是平行于小车方向，根据布局需求择一即可)的两端分布有吊装吊点，吊具中心则设置有一个支撑吊点，每个吊装吊点和支撑吊点均通过吊装绳索与小车连接，在小车上对应每个吊装吊点给定一定点，每个吊装吊点对应的吊装绳索依次经由对应的吊装吊点、定点后再固定至支撑吊点，此时，小车上的定点和支撑吊点形成三角形的三个顶点，处于定点和支撑吊点之间的吊装绳索和小车一起形成稳定的三角形结构，吊装物料的x轴向偏摆移动为以支撑吊点为支点、通过对吊具两端的吊装吊点对应的吊装绳索进行提拉或下放操作实现，其中，各吊装吊点的提拉或下放操作根据吊装物料的具体定位情况来进行调节。
31.吊具平行于大车方向的两端每端的吊装吊点为两个，且两个吊装吊点以平行于大车行走方向的方式均匀分布，根据前述“在小车上对应每个吊装吊点给定一定点，每个吊装吊点对应的吊装绳索依次经由对应的吊装吊点、定点后再固定至支撑吊点”的内容可知，从小车侧面看去，吊具每端小车上的吊装用卷扬机构及其相应的定点和吊具上相应的吊装吊点三者充当三角形的三个顶点，绕设在该三者之间的吊装绳索相当于形成了稳定的三角形结构；同样，该吊具每端对应的小车上两个定点和支撑吊点也形成三角形的三个顶点，处于该两个定点和支撑吊点之间的吊装绳索和小车一起也形成稳定的三角形结构；吊装物料的y轴向偏摆移动为以支撑吊点为支点、通过对吊具每端的两个吊装吊点对应的吊装绳索进行提拉或下放操作实现，此时，吊具两端在大车轴向方向处于同侧的两个吊装吊点需同步提拉或下放，吊具每端的两个吊装吊点的提拉或下放操作根据吊装物料的具体定位情况来进行调节。
32.为进一步提升调节和定位精度，小车上在各定点对应位置处还可安装缓冲机构进行缓冲吸能，吊装绳索在提拉或下放过程中会对定点产生压力，从而导致小车发生震荡，缓冲机构可及时吸收这部分压力，确保小车平稳运行，以便吊装绳索更好地对吊装物料进行调节定位。缓冲机构采用行业内常见的缓冲吸能相关结构即可。
33.小车包括呈上下布置的上层小车和下层小车，下层小车与大车接触，下层小车上规划有弧形路径供上层小车行走，弧形路径为两段凹面相对的圆弧，两段圆弧位于同一个圆上，一般来说该圆的圆心位于下层小车的几何中心，吊装物料的z轴向偏摆移动通过控制上层小车绕弧形路径旋转行走实现。
34.吊装物料吊运到位后，在装配过程中上述六个方向的方位调整均为微小位移调节，调节过程以各吊装绳索与小车对应形成的稳定三角形结构为基准进行，充分保证了吊装物料的各向柔性调节。
35.实施例2
36.提供一种用于工程机械行业大件物料合装的高精度柔性搬运设备，如图2和图3所示，包括大车1、小车2、吊具3(图中显示为挂梁)和控制搬运设备工作的控制系统，吊具3平行于大车方向的两端分别分布有两个吊装吊点11，吊具3中心设置有一个支撑吊点12，吊具每端的两个吊装吊点11以平行于大车行走方向的方式均匀分布；吊具3与小车2通过吊装绳索4连接，小车2上对应支撑吊点12设有用于起升吊具3的起升卷扬机构5，如图4所示，起升卷扬机构5的吊装绳索与支撑吊点12连接，小车2在起升卷扬机构两侧还分别布置有定滑轮6配合吊装绳索进行吊装，支撑吊点12处也配套设置动滑轮以便吊装绳索吊装。如图5所示，小车2上对应每个吊装吊点11设有吊装用卷扬机构7和滑轮机构8，每个吊装用卷扬机构7伸出的吊装绳索依次经过相应的吊装吊点11、滑轮机构8后固定至支撑吊点12处，滑轮机构8设计为定滑轮，各吊装吊点11处也配套设置有动滑轮与吊装绳索配合进行吊装。各卷扬机构在小车上的位置布置如图6所示。
37.大车上设有测距传感器可准确获知大车自身所处位置，控制系统可按照测距传感器反馈的大车实时位置，合理设置加速距离、运输距离、减速距离以及匹配合适的速度控制模型，实现吊装物料沿大车行走的x方向移动、沿小车行走的y方向移动和沿竖直z方向起升的精准定位。
38.参见图3，以大车1中心轴线为界，小车2上在该轴线两侧各自分布的两个滑轮机构8与支撑吊点12充当三角形的三个顶点，处于该两个滑轮机构8和支撑吊点12之间的吊装绳索和小车2一起形成稳定的三角形结构，当该侧任意一个吊装用卷扬机构7对相应的吊装绳索进行提拉或下放时，吊具3即以支撑吊点12为支点进行以x方向为轴向进行旋转的x轴向偏摆移动，而因为有上述三角形结构的存在，吊具该方向的调整始终是微调，调整幅度不会很大，能很好地使吊装物料与其装配主体完成精确装配。
39.参见图5，吊具3每端小车上的吊装用卷扬机构7及其相应的滑轮机构8和吊具上相应的吊装吊点11三者充当三角形的三个顶点，绕设在该三者之间的吊装绳索相当于形成了稳定的三角形结构；此外，小车每端分布的两个滑轮机构8与支撑吊点12也充当三角形的三个顶点，处于该两个滑轮机构8和支撑吊点12之间的吊装绳索和小车2一起也形成稳定的三角形结构；当小车每端的两个吊装用卷扬机构7中任意一个对相应的吊装绳索进行提拉或下放时，吊具3即以支撑吊点12为支点进行以y方向为轴向进行旋转的y轴向偏摆移动，同样因为有前述三角形结构的存在，吊具该方向的调整也始终是微调，利于吊装物料的精确装配。
40.参见图6，四个吊装用卷扬机构分别为7a卷扬机构、7b卷扬机构、7c卷扬机构、7d卷扬机构，图中中心位置的卷扬机构为起升卷扬机构5；在进行x轴向偏摆移动时，控制系统将7a卷扬机构和7b卷扬机构控制为一组、将7c卷扬机构和7d卷扬机构控制为一组分别进行同步动作；在进行y轴向偏摆移动时，控制系统将7a卷扬机构和7c卷扬机构控制为一组、将7b卷扬机构和7d卷扬机构控制为一组分别进行同步动作。在两种调节过程中，支撑吊点12始终为主承重吊点，吊装吊点11为辅助承重吊点，支撑吊点呈十字叉结构(相应的吊装绳索连接在十字叉结构的相应叉部末端)，适应x轴向、y轴向偏摆偏角调整，吊装吊点松弛，起安全保护作用，从而确保吊装物料具备在轻微外力作用下(如穿轴、紧螺丝、卡位等操作)时能实现在六个方向进行适配性调整，达到精确装配的要求。
41.小车2上对应每个滑轮机构设置有缓冲机构9进行缓冲吸能，缓冲机构具体可选用弹簧座，滑轮机构8设置在弹簧座上表面，图5示出了弹簧座的具体结构，其包括安装座91和两个阻尼弹簧92，两个阻尼弹簧92在安装座91上呈拱桥式分布。弹簧座可有效吸收吊装绳索4在提拉或下放过程中对滑轮机构8产生的压力，避免小车发生震荡，以使吊装绳索更好地对吊装物料进行调节定位。
42.小车2包括下层小车21和上层小车22，下层小车21与大车1接触，如图7所示，下层小车21上规划有弧形路径211供上层小车22行走，弧形路径具体为两段凹面相对的圆弧，两段圆弧位于同一个圆上，该圆的圆心位于下层小车的几何中心，控制系统可驱动上层小车22沿弧形路径211进行旋转，从而完成以z方向为轴向进行旋转的z轴向偏摆移动。弧形路径长度根据实际情况进行规划，结合控制系统的旋转控制驱动，实现吊装物料在z轴向旋转角度的调整。
43.本实施例的搬运设备在传统起重机设计的基础上，增加吊具在x轴向、y轴向和z轴向的旋转功能，实现吊装物料六轴移动可控，且吊装物料吊运到位后，在装配过程中前述六个方向的方位调整均为微小位移调节，调节过程以各吊装绳索与小车对应形成的稳定三角形结构为基准进行，充分保证了吊装物料的各向柔性调节，确保吊装物料在x方向、y方向和z方向的定位精度≤2.5mm，在x轴向、y轴向和z轴向的旋转偏摆定位精度≤0.1
°
。本搬运设备可承载大负载且行走距离没有限制。
44.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。