含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具

1.本发明属于吊装工艺技术领域，特别涉及一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具。


背景技术：

2.吊具是装卸转运货物的辅助机械设备，在我国工业领域有着十分广泛的应用，例如港口货物吊装、产品转运、设备装配等，并且在不同领域，都需要专用吊装设备进行工作。
3.随着我国工业水平的不断发展，尤其是在航空航天等高端领域，对于吊具水平的要求越来越高。吊具与机械臂协同作业时，为保证对接的精确度，避免损坏接口，又或者在狭小且复杂的空间内进行吊装作业，防止对空间内的其余物体产生碰撞，都需要吊具在起吊构件的同时，对构件进行姿态变换，但是构件起吊后的位置及姿态受外力影响，难以进行精确的定位和姿态变换，并且吊装构件理论质心位置和实际质心位置存在偏差，容易造成吊装过程中构件倾斜，导致构件摆动，这也会对其它设备和操作人员造成伤害。
4.目前对吊装姿态的调节方法主要是对吊具的吊带进行长度调节，达到对吊装构件的姿态进行调节。但是通过调节吊带长度的方式调节吊装姿态的方式，由于吊带间存在耦合关系，无法简单准确地达到目标姿态。如专利cn201810450745.6提出的一种智能的调姿吊具，该发明主要针对吊装构件调平的姿态调节，该发明核心部件自动调平组件通过添加配重块，且配重块可以在x、y轴上移动，以此改变吊装构件质心位置，配合倾角传感器，达到对吊装构件姿态调节的目的，但是这种调节方式在对于吊具外形尺寸有限制的情况下，配重可移动的范围有限，因此面对质量较大的构件时，需要相应增加配重块的质量，这样会大大增加吊具整体重量。因此提出了一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具以解决上述问题。


技术实现要素：

5.针对以上情况，本发明提供了一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具，吊装单元与两轴调姿单元通过钢丝绳和万向吊钩连接，且只有一个吊钩，通过两轴调姿单元对吊装构件质心在x、y轴上的位置进行调整，吊装构件质心位置变化后，配合钢丝绳和万向吊钩通过自动适应质心变化来达到吊装构件吊装姿态调整的目的，同时由于吊装构件质心的不确定性，通过安装力矩陀螺仪测量构件的偏心力矩，并配合倾角传感器以便能准确实时测量吊装构件的姿态。
6.本发明采用的技术方案是一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具，其包括吊装单元、万向吊钩和两轴调姿单元，所述吊装单元包括天车模块、x轴移动模块和y轴移动模块，所述天车模块中多个导向轮均布对称设于所述x轴移动模块中移动支撑架的边角处，且所述y轴移动模块通过第一滑块滑动设于所述移动支撑架上，所述y轴移动模块中钢丝绳的一端与所述万向吊钩连接，所述万向吊钩设于所述两轴调姿单元中x轴调姿支架的中间处，且所述万向吊钩与所述x轴调姿支架球铰连接；所述两轴调姿单元包括x轴调姿模块、y
轴调姿模块和吊装模块，所述x轴调姿模块包括x轴调姿支架、x轴丝杠、x轴电机、x轴导轨、十字滑块、调姿移动板和x轴丝母，所述x轴丝杠的第一端通过轴承支撑于所述x轴调姿支架的一端，且所述x轴丝杠的第二端通过联轴器与所述x轴电机的输入轴连接，所述x轴电机通过电机安装架固定设于所述x轴调姿支架上，所述x轴导轨对称设于所述x轴调姿支架的第一端和第二端，且所述x轴导轨的两端均设有x轴挡板，所述十字滑块设于所述y轴调姿模块中y轴导轨上，且所述x轴丝母与所述调姿移动板固定连接，所述十字滑块的上滑块与所述x轴导轨滑动连接，且所述x轴丝杠与所述x轴丝母传动连接，所述y轴调姿模块设于所述x轴调姿模块的下方，且所述y轴调姿模块包括y轴调姿支架、y轴丝杠、y轴电机、y轴导轨和y轴丝母，所述y轴丝杠的第一端通过轴承支撑于所述y轴调姿支架的一端，且所述y轴丝杠的第二端通过联轴器与所述y轴电机的输入轴连接，所述y轴电机通过电机安装架固定设于所述y轴调姿支架上，所述y轴导轨对称设于所述y轴调姿支架的中间处，且所述y轴导轨的两端均设有y轴挡板，所述y轴丝母与所述调姿移动板固定连接，且所述十字滑块的下滑块与所述y轴导轨滑动连接，所述y轴丝杠与所述y轴丝母传动连接，所述吊装模块与所述y轴调姿支架固定连接，且所述吊装模块包括力矩陀螺仪和夹具，所述夹具固定于吊装构件上，且所述夹具上设有所述力矩陀螺仪。
7.进一步地，所述x轴移动模块包括移动支撑架、第一丝杠、第一丝母、第一电机、第一导轨和第一滑块，所述第一丝杠的第一端通过轴承支撑于所述移动支撑架的一端，且所述第一丝杠的第二端通过联轴器与所述第一电机的输入轴连接，所述第一电机通过电机安装架固定设于所述移动支撑架上，且所述第一导轨对称设于所述移动支撑架的第一端和第二端，所述第一滑块均布对称设于所述y轴移动模块中移动框架的侧面，且所述第一丝母与所述移动框架固定连接，所述第一滑块与所述第一导轨滑动连接，所述第一丝杠与所述第一丝母传动连接。
8.进一步地，所述y轴移动模块包括移动框架、滑轮组件、卷扬机、钢丝绳和移动预紧组件，所述移动框架呈框架式结构，且所述移动框架的底部分别设有所述滑轮组件和移动预紧组件，所述移动预紧组件设于所述滑轮组件的右侧，所述卷扬机设于所述移动预紧组件中的移动底板上，且所述移动框架上设有距离传感器和拉绳传感器，所述钢丝绳的第一端缠绕设于所述卷扬机上，且所述钢丝绳的第二端穿过所述滑轮组件及所述拉绳传感器与所述万向吊钩连接。
9.进一步地，所述移动预紧组件包括移动底板、预紧丝杠、预紧丝母、预紧电机、预紧导轨和预紧滑块，所述预紧丝杠的第一端通过轴承支撑于所述移动框架的一端，且所述预紧丝杠的第二端通过联轴器与所述预紧电机的输入轴连接，所述预紧电机通过电机安装架固定设于所述移动框架上，且所述预紧导轨对称设于所述移动框架底部的两侧，所述预紧滑块均布对称设于所述移动底板上，且所述预紧丝母与所述移动底板固定连接，所述预紧滑块与所述预紧导轨滑动连接，所述预紧丝杠与所述预紧丝母传动连接。
10.优选地，所述滑轮组件包括轴承座、惰轮、滑轮轴和滑轮，所述滑轮轴的中间处设有所述滑轮，且所述滑轮轴的两端均通过轴承支撑于所述轴承座中，所述惰轮位于所述滑轮的左侧，且所述惰轮通过惰轮轴设于所述轴承座上。
11.优选地，每个所述导向轮均包括轮组连接件、横向轮组和竖向轮组，且所述轮组连接件的两侧对称设有所述横向轮组，所述竖向轮组对称设于所述轮组连接件的两端。
12.进一步地，所述万向吊钩通过安装板固定设于所述x轴调姿支架的中间处，且所述万向吊钩包括吊钩、安装板和端盖，所述安装板的中间处设有球形上凹槽，且所述端盖的中间处设有球形下凹槽，所述端盖设于所述安装板上，且所述球形下凹槽和球形上凹槽共同组成球窝，所述吊钩一端的球体设于所述球窝中，且所述吊钩与所述安装板球面副连接。
13.优选地，所述调姿移动板设有所述倾角传感器，通过所述倾角传感器能实时测量吊装构件的姿态。
14.本发明的特点和有益效果是：
15.1、本发明提供的一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具，万向吊钩与x轴调姿支架球铰连接，通过球铰连接实现吊装构件三个方向的转动，同时通过卷扬机转动可以调整吊装构件质心在竖直方向的位置，此外还可以通过两轴调姿单元调整吊装构件质心在x、y轴上的位置，以此实现对吊装构件六个自由度的调节。
16.2、本发明提供的一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具，吊装单元与两轴调姿单元通过钢丝绳和万向吊钩连接，通过两轴调姿单元对吊装构件质心在x、y轴上的位置进行调整，吊装构架质心位置变化后，配合钢丝绳和万向吊钩通过自动适应质心变化来达到吊装构件吊装姿态调整的目的。
17.3、本发明提供的一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具，通过将卷扬机设置于移动预紧组件上，可以通过调节移动预紧组件，调节卷扬机在移动框架位置，有利于对钢丝绳进行预紧。
18.4、本发明提供的一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具，由于吊装构件质心的不确定性，通过在吊装模块上设置安装力矩陀螺仪，可以测量吊装构件的偏心力矩，同时在调姿移动板上设置倾角传感器以便能准确实时测量吊装构件的姿态。
附图说明
19.图1是本发明含有姿态调节的自适应六自由度吊具的整体结构示意图；
20.图2是本发明的吊装单元结构示意图；
21.图3是本发明的天车模块中导向轮结构示意图；
22.图4是本发明的吊装单元中x轴移动模块结构示意图；
23.图5是本发明的移动支撑架结构示意图；
24.图6是本发明的吊装单元中y轴移动模块结构示意图；
25.图7是本发明的移动框架结构示意图；
26.图8是本发明的移动预紧组件结构示意图；
27.图9是本发明的滑轮组件结构示意图；
28.图10是本发明的两轴调姿单元整体结构示意图；
29.图11是本发明的万向吊钩结构示意图；
30.图12是本发明的万向吊钩结构剖视图；
31.图13是本发明的两轴调姿单元中x轴调姿支架上方结构示意图；
32.图14是本发明的两轴调姿单元中x轴调姿支架下方结构示意图；
33.图15是本发明的调姿移动板部分结构示意图；
34.图16是本发明的调姿移动板结构示意图；
35.图17是本发明的调姿移动板与y轴调姿支架连接示意图；
36.图18是本发明的y轴调姿支架结构示意图；
37.图19是本发明的吊装模块结构示意图。
38.主要附图标记：
39.吊装单元1；天车模块11；导向轮111；轮组连接件1111；横向轮组1112；竖向轮组1113；x轴移动模块12；移动支撑架121；第一丝杠122；第一丝母123；第一电机124；第一导轨125；第一滑块126；y轴移动模块13；移动框架131；滑轮组件132；轴承座1321；惰轮1322；滑轮轴1323；滑轮1324；卷扬机133；钢丝绳134；移动预紧组件135；移动底板1351；预紧丝杠1352；预紧丝母1353；预紧电机1354；预紧导轨1355；预紧滑块1356；拉绳传感器136；距离传感器137；万向吊钩2；吊钩21；安装板22；端盖23；两轴调姿单元3；x轴调姿模块31；x轴调姿支架311；x轴丝杠312；x轴电机313；x轴导轨314；x轴挡板315；十字滑块316；上滑块3161；下滑块3162；调姿移动板317；倾角传感器3171；x轴丝母318；y轴调姿模块32；y轴调姿支架321；y轴丝杠322；y轴电机323；y轴导轨324；y轴挡板325；y轴丝母326；吊装模块33；力矩陀螺仪331；夹具332；吊装构件4。
具体实施方式
40.为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
41.本发明提供一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具，如图1～图2所示，其包括吊装单元1、万向吊钩2和两轴调姿单元3，吊装单元1包括天车模块11、x轴移动模块12和y轴移动模块13，天车模块11中多个导向轮111均布对称设于x轴移动模块12中移动支撑架121的边角处，导向轮111滑动设于箱内顶部的天车导轨中，且y轴移动模块13通过第一滑块126滑动设于移动支撑架121上，y轴移动模块13中钢丝绳134的一端与万向吊钩2连接。
42.如图3所示，每个导向轮111均包括轮组连接件1111、横向轮组1112和竖向轮组1113，且轮组连接件1111的两侧对称设有横向轮组1112，竖向轮组1113对称设于轮组连接件1111的两端。
43.如图4和图5所示，x轴移动模块12包括移动支撑架121、第一丝杠122、第一丝母123、第一电机124、第一导轨125和第一滑块126，第一丝杠122的第一端通过轴承支撑于移动支撑架121的一端，且第一丝杠122的第二端通过联轴器与第一电机124的输入轴连接，第一电机124通过电机安装架固定设于移动支撑架121上，且第一导轨125对称设于移动支撑架121的第一端和第二端，第一滑块126均布对称设于y轴移动模块13中移动框架131的侧面，且第一丝母123与移动框架131固定连接，第一滑块126与第一导轨125滑动连接，第一丝杠123与第一丝母122传动连接。
44.如图6和图7所示，y轴移动模块13包括移动框架131、滑轮组件132、卷扬机133、钢丝绳134和移动预紧组件135，移动框架131呈框架式结构，且移动框架131的底部分别设有滑轮组件132和移动预紧组件135，滑轮组件132起到对钢丝绳134的导向作用，移动预紧组件135设于滑轮组件132的右侧，卷扬机133设于移动预紧组件135中的移动底板1351上，且移动框架131上设有距离传感器137和拉绳传感器136，通过距离传感器137可以测得y轴移动模块13在x、y轴上的位置，钢丝绳134的第一端缠绕设于卷扬机133上，且钢丝绳134的第
二端穿过滑轮组件132及拉绳传感器136与万向吊钩2连接。通过卷扬机133调节钢丝绳134长度达到对两轴调姿单元3的轴向位置，拉绳传感器136通过与钢丝绳134连接，可以测量钢丝绳134长度变化，继而得到两轴调姿单元3的轴向位置。
45.如图8所示，移动预紧组件135包括移动底板1351、预紧丝杠1352、预紧丝母1353、预紧电机1354、预紧导轨1355和预紧滑块1356，预紧丝杠1352的第一端通过轴承支撑于移动框架131的一端，且预紧丝杠1352的第二端通过联轴器与预紧电机1354的输入轴连接，预紧电机1354通过电机安装架固定设于移动框架131上，且预紧导轨1355对称设于移动框架131底部的两侧，预紧滑块1356均布对称设于移动底板1351上，且预紧丝母1353与移动底板1351固定连接，预紧滑块1356与预紧导轨1355滑动连接，预紧丝杠1352与预紧丝母1352传动连接。通过移动预紧组件135使得卷扬机133可以在x轴上微动调节。
46.如图9所示，滑轮组件132包括轴承座1321、惰轮1322、滑轮轴1323和滑轮1324，滑轮轴1323的中间处设有滑轮1324，且滑轮轴1323的两端均通过轴承支撑于轴承座1321中，惰轮1322位于滑轮1324的左侧，且惰轮1322通过惰轮轴设于轴承座1321上，滑轮1324配合惰轮1322能对钢丝绳134起到导向作用。
47.如图11～13所示，万向吊钩2设于两轴调姿单元3中x轴调姿支架311的中间处，且万向吊钩2与x轴调姿支架311球铰连接。
48.在一种具体实施方式中，万向吊钩2通过安装板22固定设于x轴调姿支架311的中间处，且万向吊钩2包括吊钩21、安装板22和端盖23，安装板22的中间处设有球形上凹槽，且端盖23的中间处设有球形下凹槽，端盖23设于安装板22上，且球形下凹槽和球形上凹槽共同组成球窝，吊钩21一端的球体设于球窝中，且吊钩21与安装板22球面副连接。
49.如图14和图15所示，两轴调姿单元包括x轴调姿模块31、y轴调姿模块32和吊装模块33，x轴调姿模块31包括x轴调姿支架311、x轴丝杠312、x轴电机313、x轴导轨314、十字滑块316、调姿移动板317和x轴丝母318，x轴调姿支架311是由型材结构组成的方形框架结构，x轴丝杠312的第一端通过轴承支撑于x轴调姿支架311的一端，且x轴丝杠312的第二端通过联轴器与x轴电机313的输入轴连接，x轴电机313通过电机安装架固定设于x轴调姿支架311上，x轴导轨314对称设于x轴调姿支架311的第一端和第二端，且x轴导轨314的两端均设有x轴挡板315，用于防止滑块脱落，十字滑块316设于y轴调姿模块32中y轴导轨324上，且x轴丝母318与调姿移动板317固定连接，十字滑块316的上滑块3161与x轴导轨314滑动连接，且x轴丝杠312与x轴丝母318传动连接，其中x轴丝杠312转动时x轴丝母318带动调姿移动板317移动。
50.如图16和图17所示，y轴调姿模块32设于x轴调姿模块31的下方，且y轴调姿模块32包括y轴调姿支架321、y轴丝杠322、y轴电机323、y轴导轨324和y轴丝母326，y轴调姿支架321由型材结构组成，外形为方形框架，y轴丝杠322的第一端通过轴承支撑于y轴调姿支架321的一端，且y轴丝杠322的第二端通过联轴器与y轴电机323的输入轴连接，y轴电机323通过电机安装架固定设于y轴调姿支架321上，y轴导轨324对称设于y轴调姿支架321的中间处，且y轴导轨324的两端均设有y轴挡板325，用于防止十字滑块316的脱落，y轴丝母326与调姿移动板317固定连接，且十字滑块316的下滑块3162与y轴导轨324滑动连接，y轴丝杠322与y轴丝母326传动连接，其中y轴丝杠322转动时y轴丝母326丝母座不动，y轴调姿部件移动。
51.在一种具体实施方式中，调姿移动板317设有倾角传感器3171，通过倾角传感器3171能实时测量吊装构件4的姿态。
52.如图18所示，吊装模块33与y轴调姿支架固321定连接，且吊装模块33包括力矩陀螺仪331和夹具332，夹具331固定于吊装构件4上，且夹具332上设有力矩陀螺仪331，通过力矩陀螺仪331能测量吊装构件4实际质心位置。
53.本发明的具体操作步骤如下：
54.如图1～图19所示，本发明的一种含有姿态调节功能的自适应六自由度吊具，其包括吊装单元1、万向吊钩2和两轴调姿单元3，吊装单元1包括天车模块11、x轴移动模块12和y轴移动模块13，天车模块11中多个导向轮111均布对称设于x轴移动模块12中移动支撑架121的边角处，且y轴移动模块13通过第一滑块126滑动设于移动支撑架121上，y轴移动模块13中钢丝绳134的一端与万向吊钩2连接，万向吊钩2设于两轴调姿单元3中x轴调姿支架311的中间处，且万向吊钩2与x轴调姿支架311球铰连接，两轴调姿单元包括x轴调姿模块31、y轴调姿模块32和吊装模块33，y轴调姿模块32设于x轴调姿模块31的下方，且吊装模块33与y轴调姿支架固321定连接。
55.在对吊装构件进行调姿时，先通过天车模块11中的导向轮111将整体吊具移动到吊装构件4附近，并将吊装构件4固定在夹具332上。同时启动y轴调姿模块32中的y轴电机323，y轴电机323通过y轴丝杠322及y轴丝母326传动连接，进而带动y轴调姿支架321上的y轴导轨324沿十字滑块316的下滑块在y轴方向移动，使得吊装构件4的y方向的质心坐标值与钢丝绳134在同一条直线上，此时启动x轴调姿模块31中的x轴电机313，x轴电机313通过x轴丝杠312及x轴丝母318传动连接，进而带动x轴调姿支架311上的x轴导轨314沿十字滑块316的上滑块3161在x轴方向移动，使得吊装构件4的x方向的质心坐标值与钢丝绳134在一条同直线上，通过两轴调姿单元3改变吊装构件4质心位置，使得吊装构件4在吊装过程中始终保持了水平状态。此时通过移动吊装单元1上的x轴移动模块12和y轴移动模块13，可以实现两轴调姿单元3及吊装构件4在x轴与y轴方向的大范围移动。再由卷扬机133通过拉动钢丝绳134，实现吊装构件4的z向移动。同时万向吊钩2与x轴调姿支架311球铰连接，在运动过程中通过手持吊装工件4可以实现吊装构件4三个方向的转动。
56.以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。