專利名稱：單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于裝卸吊運裝置技術(shù)領(lǐng)域，是一種單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具及使用方法。
背景技術(shù)：
隨著加工技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)中，產(chǎn)品的設(shè)計和加工精度越來越 高，隨之而來的是對提高部件裝配精度的要求。尤其是對于一些大型產(chǎn)品的裝配，常常需 要對其部件進行機械吊裝。由于產(chǎn)品的設(shè)計和制造工藝等原因，許多產(chǎn)品部件的重心并不 與其幾何中心重合，在吊裝的過程中，產(chǎn)品部件會發(fā)生傾斜，造成對接面之間產(chǎn)生一定的夾 角。在這種情況下，如果直接緊固對接面，會因為產(chǎn)品部件對接面受力不均而造成不可見的 結(jié)構(gòu)形變，影響產(chǎn)品整體運行性能。 許多精密器械類產(chǎn)品如衛(wèi)星，對內(nèi)部儀器的安裝精度有很高的要求，需要在裝配 轉(zhuǎn)運期間保持整體的水平；又如大型壓縮機和反應(yīng)堆穹頂?shù)跹b等，要求吊裝一次準(zhǔn)確到位， 不容許二次調(diào)整。同時在吊裝過程中，要求對接面之間保證均勻的面面接觸，避免因為受力 不均而引起產(chǎn)品的形變。由于這種形變將破壞產(chǎn)品的整體性能。例如，大型渦輪機組在吊 裝過程中也需要保證機組的平穩(wěn)和對接面的精準(zhǔn)，碰撞將使系統(tǒng)性能下降甚至提前報廢； 穹頂對接面的形變將引起密封性能下降。此外這類產(chǎn)品的可用吊接點位置較少，體積和重 量一般較大，調(diào)節(jié)難度高，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式需要耗費大量的時間，精度無法保證，整個吊裝 過程耗時較長，生產(chǎn)效率低下。 已有的水平調(diào)節(jié)方式有多種，但大多需要大量人工參與。例如，使用長度可調(diào)節(jié)的 吊索，根據(jù)測得的夾角，人工調(diào)節(jié)吊索的長度來實現(xiàn)重物底面水平，這種人工操作的方式完 全憑借經(jīng)驗手工調(diào)節(jié)，精度難以保證，費時費力，往往經(jīng)過數(shù)個小時甚至一天的時間也難以 保證所需的精度；而且需要人員的現(xiàn)場參與，存在著較大的安全隱患。又如，雙機抬升方法， 通過兩臺吊機配合牽引，調(diào)節(jié)重物的姿態(tài)，從而實現(xiàn)產(chǎn)品組件的對接面平行；這種方法可以 達到一定的調(diào)節(jié)效果，但是由于要兩臺吊機參與，且吊機由不同人員操作，在配合上存在一 定難度，對現(xiàn)場指揮人員的要求較高，吊裝過程依然耗時較大。此外，已有方法多適用于對 接面為均勻平面的情況，對于其他情況精度更加難以保證。 綜上所述，已有的水平吊裝調(diào)節(jié)方式存在很多不適性，工業(yè)生產(chǎn)過程中迫切需要 一種能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)吊裝的全自動的水平調(diào)節(jié)吊具系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提出一種單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具及使 用方法，實現(xiàn)載荷的水平吊接。該方法安全、簡捷、新穎，使用單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具系 統(tǒng)，可高效進行各種大型產(chǎn)品的裝配，適用范圍廣、且精度高、吊裝一次準(zhǔn)確到位。
為了實現(xiàn)所述的目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 —種單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，包括承重吊具；其還包括一臺計算機(W)、一水平調(diào)節(jié)裝置(C)和兩個底面測距器(Sa、Sb);計算機(W)分別與自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)、兩 個底面測距器(Sa、 Sb)有線連接或無線通訊； —個承重吊具(D)，包括水平承重梁(Dl)、垂直傳力梁(D2)、水平承重平臺(D3)、 緊固夾(D5)和具有調(diào)節(jié)功能的吊臂(D4); 其中，帶有吊孔的水平承重梁(Dl)，其中心位置開有一個吊孔(D6)，用來與天車 的吊索相連；水平承重梁(Dl)的兩端各向下垂直固接兩根相同材質(zhì)相同尺寸相互平行的 垂直傳力梁(D2-a、D2-b)的上端，兩垂直傳力梁(D2-a、D2-b)的下端與水平承重平臺(D3) 固接，固接點分別位于水平承重平臺(D3)相對平行側(cè)邊的中點位置；水平承重平臺(D3)與 水平承重梁(Dl)平行，水平承重平臺(D3)上表面設(shè)有水平調(diào)節(jié)裝置(C)，下表面固接四根 吊臂(D4-a、D4-b、D4-c、D4-d)，四根吊臂(D4-a、D4-b、D4-c、D4-d)的內(nèi)接點位于水平承重 平臺(D3)的中心；吊臂(D4)包括四根相同材質(zhì)，相同結(jié)構(gòu)的承重吊臂，其中(D4-a和D4-c) 同軸，(D4-b和D4-d)同軸，(D4-a與D4-b)以設(shè)定角度安裝； 四根吊索(E)的上端分別與四根吊臂(D4-a、D4-b、D4-c、D4-d)的外端連接，下端 分別與載荷(L)的吊裝點連接； 自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)為長方形箱體，底面(C2)位于水平承重平臺(D3)上表面，
箱體外周圓由水平設(shè)置的緊固夾(D5)經(jīng)兩垂直傳力梁(D2-a、D2-b)將其緊固； 在自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)的箱體內(nèi)部1號直行單元(C3)的軸桿兩端固接于箱體
相對的兩內(nèi)側(cè)壁(Cl)上，1號直行單元(C3)軸桿的下表面與2號直行單元(C4)軸桿的上
表面動連接，兩軸桿正交安裝，1號直行單元(C3)和2號直行單元(C4)的一端各設(shè)有一驅(qū)
動電機(C7-a、C7-b);在箱體的一內(nèi)側(cè)壁(Cl)上設(shè)有控制器(C6) ;2號直行單元(C4)軸桿
的下方固接有配重塊(C5)，配重塊(C5)下表面裝有滾輪，滾輪與箱體底板(C2)的內(nèi)側(cè)面
動連接；在驅(qū)動電機(C7-a、C7-b)的驅(qū)動下，配重塊(C5)經(jīng)滾輪在1號直行單元(C3)和2
號直行單元(C4)的牽引下，在箱體底板(C2)的內(nèi)側(cè)面上任意移動； 自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)的控制器(C6)接受計算機(W)指令； 兩底面測距器(Sa、Sb)， 一為初始底面測距器(Sa)，另一為目標(biāo)底面測距器(Sb)，
分別位于水平的初始承重支架(Ta)和水平的目標(biāo)承重支架(Tb)下，并保持與承重支架的
水平； 通過天車實現(xiàn)自動水平調(diào)節(jié)吊具和載荷(L)的整體移動。 所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，其所述承重支架(Ta、Tb)，泛指各個現(xiàn)場中承 載載荷(L)的支架、支座。 所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，其所述吊臂(D4)，包括外殼(D41)、吊鉤 (D42)、支板(D43)、調(diào)節(jié)器(D44)、絲杠(D45)和滑塊(D46);吊臂的外殼(D41)為凹形，兩 端以吊臂支板(D43)封頭；外殼(D41)的凹槽內(nèi)軸向設(shè)有一絲杠(D45)，絲杠(D45)兩端通 過軸承與支板(D43)動連接，其中一端伸出支板(D43)，并與調(diào)節(jié)器(D44)固接；一吊臂滑 塊(D46)中心有螺紋孔，螺紋孔與吊臂絲杠(D45)的外螺紋套接，滑塊(D46)下表面固接一 吊鉤(D42); 計算機(W)與調(diào)節(jié)器(D44)有線連接或無線通訊，控制調(diào)節(jié)器(D44)帶動吊臂絲 杠(D45)轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)吊臂滑塊(D46)及固連在其上的吊鉤(D42)相對于內(nèi)接點的位置。
所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，其所述四根吊索(E)上端分別與四根吊臂
5(D4-a、D4-b、D4-c、D4-d)上的吊鉤(D42)相連接。 所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，其所述兩底面測距器(Sa、 Sb)，為片狀板，初 始底面測距器(Sa)或目標(biāo)底面測距器(Sb)上表面至少配置三個底面測距器傳感器(S2-a、 S2-b、S2-c)，一個底面測距控制器(Sl);三個傳感器(S2-a、S2-b、S2-c)分別與底面測距控 制器(Sl)電纜連接；三個底面測距器傳感器(S2-a，S2-b，S2-c)用于測量載荷(L)對接面 三點距離，底面測距控制器(Sl)與計算機(W)有線連接或無線通訊，收集測得的距離信息， 并接受計算機(W)指令。 —種所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具的使用方法，其用一臺計算機(W)分別與 初始底面測距器(Sa)和目標(biāo)底面測距器(Sb)通訊，根據(jù)初始底面測距器(Sa)和目標(biāo)底面 測距器(Sb)的測量數(shù)據(jù)和載荷(L)的實際外形規(guī)格，計算控制信號，并發(fā)給自動水平調(diào)節(jié) 裝置(C)的控制器(C6)，控制器(C6)驅(qū)動兩驅(qū)動電機(C7-a、 C7-b)，經(jīng)兩軸桿軸向牽引配 重塊(C5)運動，配重塊(C5)帶動載荷(L)移動，使載荷(L)的對接面保持水平狀態(tài)。
所述的使用方法，其包括步驟 步驟1 :在水平的初始承重支架(Ta)對接面下面設(shè)置初始底面測距器(Sa);
步驟2 :在水平的目標(biāo)承重支架(Tb)對接面下面放置一個目標(biāo)底面測距器(Sb);
步驟3 :通過計算機(W)與自動水平調(diào)節(jié)裝置控制器(C6)通訊，由直線光柵定位， 移動配重塊(C5)到自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)的中心，以此為自動水平調(diào)節(jié)裝置的初始狀態(tài)；
步驟4 :從初始承重支架(Ta)吊起待裝配載荷(L)，計算機(W)與初始底面測距器 (Sa)通訊采集數(shù)據(jù)； 步驟5 :計算機(W)發(fā)出指令，保持2號直行單元(C4)位置不變，沿1號直行單元 (C3)方向(X)移動配重塊(C5)，直至載荷L的對接面的水平二維夾角在X方向達到設(shè)定閾 值； 步驟6 :完成步驟5后計算機(W)再發(fā)出指令，保持1號直行單元(C3)位置不變， 沿2號直行單元(C4)方向(Y)移動配重塊(C5)，直至載荷L的對接面的水平二維夾角在Y 方向達到設(shè)定閾值；如果載荷L對接面的水平二維夾角未達到設(shè)定閾值，則重復(fù)步驟5、6直 到載荷L對接面的水平二維夾角達到設(shè)定閾值為止，以完成載荷(L)起吊水平調(diào)節(jié)任務(wù)；
步驟7 :通過吊掛自動水平調(diào)節(jié)吊具系統(tǒng)的天車將待裝配載荷(L)移至目標(biāo)承重 支架(Tb)上方，計算機(W)與目標(biāo)底面測距器(Sb)通訊，采集數(shù)據(jù)； 步驟8 :根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟5、6保持對接過程中載荷(L)的對接面水 平，至完成對接任務(wù)。 所述的使用方法，其所述移動配重塊(C5)，是自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)的控制器
(C6)接受計算機(W)指令，控制1號直行單元(C3)和2號直行單元(C4)的驅(qū)動電機(C7-a、
C7-b)，經(jīng)兩軸桿軸向牽引配重塊(C5)在箱體底板(C2)的內(nèi)側(cè)面上運動。 本發(fā)明的特點與效果有該系統(tǒng)的吊掛部分可以方便調(diào)節(jié)掛點位置，滿足容許范
圍內(nèi)不同吊裝規(guī)格的載荷吊裝。該系統(tǒng)根據(jù)傳感器反饋的偏心載荷的姿態(tài)信息，自動調(diào)節(jié)
吊具上的配重塊，平衡偏心載荷所引起的偏心力矩，使得載荷對接面水平。其突出特點是使
用了一種單配重式重心補償方法。本發(fā)明特別適用于精密設(shè)備的精準(zhǔn)吊裝。 由于本發(fā)明采用了自動配重調(diào)節(jié)機構(gòu)，可以自動調(diào)平載荷對接面，不需要直接克
服整個載荷的重量來調(diào)節(jié)載荷，能簡化調(diào)節(jié)過程，提高吊裝效率；
由于本發(fā)明采用了直線光柵定位和高精度伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)配重塊定位閉環(huán)控制， 從而能實現(xiàn)精確水平調(diào)節(jié)； 由于本發(fā)明采用了單配重的機械結(jié)構(gòu)，重心補償運動部件只有一個可移動的配重 塊，需要的部件少，機械結(jié)構(gòu)簡單； 由于本發(fā)明采用了計算機控制系統(tǒng)，工作人員只需輸入載荷規(guī)格和吊裝任務(wù)，而 不需要具體調(diào)節(jié)，操作簡單； 由于本發(fā)明采用了計算機監(jiān)控系統(tǒng)，調(diào)節(jié)過程中，工作人員遠(yuǎn)離載荷，人員和載荷 的安全均得到保障。


圖1為本發(fā)明單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具結(jié)構(gòu)圖，圖3為本發(fā)明單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具的承重吊具結(jié)構(gòu)圖；圖4、圖5、圖6為本發(fā)明單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具的承重吊具吊臂結(jié)構(gòu)7為本發(fā)明單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具的自動水平調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖;圖8為本發(fā)明的底面測距器結(jié)構(gòu)圖；圖9為本發(fā)明單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理示意圖。主要附圖標(biāo)記說明W:計算機，D :承重吊具，C:自動水平調(diào)節(jié)裝置，DC:自動水平調(diào)節(jié)吊具，E :吊索，Sa :初始底面測距器，Sb :目標(biāo)底面測距器，Ta :初始承重支架，Tb :目標(biāo)承重支架，L :載荷，Dl :帶有吊孔的水平承重梁，D2 :垂直傳力梁，D3 :水平承重平臺，D4 :吊臂， 一共有四根相同的D4-a、 D4-b、 D4_c、 D4-d，D5:緊固夾，D6 :吊孔，D41 :吊臂外殼，D42 :吊鉤，D43 :吊臂支板，D44 :調(diào)節(jié)器，D45 :吊臂絲杠，
D46:吊臂滑塊， CI :自動水平調(diào)節(jié)裝置側(cè)板， C2 :自動水平調(diào)節(jié)裝置底板， C3:l號直行單元， C4 :2號直行單元， C5 :配重塊， C6 :自動水平調(diào)節(jié)裝置控制器， C7-a : 1號直行單元驅(qū)動電機， C7_b :2號直行單元驅(qū)動電機， SI :底面測距控制器， S2-a， S2_b， S2_c :底面測距器傳感器。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明加以詳細(xì)說明，應(yīng)指出的是，所描述的實施例僅旨在便 于對本發(fā)明的理解，而對本發(fā)明不起任何限定作用。 本發(fā)明的實施例針對吊裝精度要求較高的載荷，給出一種單配重式自動水平調(diào)節(jié) 吊具系統(tǒng)。本發(fā)明的吊具系統(tǒng)，只考慮裝配中對接面平整的情況，如反應(yīng)堆廠房。如圖l所 示，為本發(fā)明的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的吊具系統(tǒng)的整 體結(jié)構(gòu)可分為幾部分計算機W、承重吊具D、自動水平調(diào)節(jié)裝置C、及兩個底面測距器Sa、 Sb。 —臺計算機W分別與自動水平調(diào)節(jié)裝置C、兩個底面測距器Sa、Sb通訊，收集兩個 底面測距器Sa、Sb采集的數(shù)據(jù)，并依據(jù)測量數(shù)據(jù)和載荷L的實際外形規(guī)格計算出控制信號， 以控制自動水平調(diào)節(jié)裝置C調(diào)節(jié)載荷L的對接面水平。 承重吊具D的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3所示，帶有吊孔的水平承重梁D1 ，其中心位置開有一 個吊孔D6，用來與天車的吊索相連；水平承重梁D1的兩端各向下垂直固接兩根相同材質(zhì)相 同尺寸相互平行的垂直傳力梁D2-a、D2-b的上端，兩垂直傳力梁D2-a、D2-b的下端與水平 承重平臺D3固接，固接點分別位于水平承重平臺D3相對平行側(cè)邊的中點位置；水平承重平 臺D3與水平承重梁Dl平行，水平承重平臺D3上表面設(shè)有水平調(diào)節(jié)裝置C，下表面固接四根 吊臂D4-a、D4-b、D4-c、D4-d，四根吊臂D4_a、D4_b、D4_c、D4_d的內(nèi)接點位于水平承重平臺 D3的中心；吊臂D4包括四根相同材質(zhì)，相同結(jié)構(gòu)的承重吊臂，其中D4-a和D4_c同軸，D4-b 和D4-d同軸，D4-a與D4-b以設(shè)定角度安裝。 四根吊臂D4-a、 D4_b、 D4_c、 D4_d的結(jié)構(gòu)如圖4、圖5、圖6所示，每一吊臂由外殼 D41、吊鉤D42、支板D43、調(diào)節(jié)器D44、絲杠D45和滑塊D46組成。吊臂的外殼D41為凹形， 兩端以吊臂支板D43封頭；外殼D41的凹槽內(nèi)軸向設(shè)有一絲杠D45，絲杠D45兩端通過軸承 與支板D43動連接，其中一端伸出支板D43，并與調(diào)節(jié)器D44固接；一吊臂滑塊D46中心有 螺紋孔，螺紋孔與吊臂絲杠D45的外螺紋套接，滑塊D46下表面固接一吊鉤D42。通過調(diào)節(jié) 器D44帶動吊臂絲杠D45轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)吊臂滑塊D46及固連在其上的吊鉤D42相對于內(nèi)接點 的位置，滿足規(guī)定調(diào)節(jié)范圍內(nèi)不同吊裝規(guī)格載荷的要求。 四根吊索E的下端分別與載荷L的吊裝點連接，上端分別與四根吊臂D4-a、D4-b、D4-c、D4-d的吊鉤D42相連。載荷L的重力通過吊鉤D42傳至吊臂滑塊D46，再分配到四根 吊臂D4-a、 D4-b、 D4-c、 D4_d上，再由水平承重平臺D3，兩垂直傳力梁D2_a、 D2_b傳至水平 承重梁Dl，再進一步經(jīng)由吊孔D6連接天車的吊索承力。 自動水平調(diào)節(jié)裝置C為長方形箱體，底面C2位于水平承重平臺D3上表面，箱體外 周圓由水平設(shè)置的緊固夾D5經(jīng)兩垂直傳力梁D2-a、D2-b將其緊固，可方便裝卸和檢修。
自動水平調(diào)節(jié)裝置C的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。1號直行單元C3的軸桿兩端固接于 箱體相對的兩內(nèi)側(cè)壁Cl上，1號直行單元C3軸桿的下方與2號直行單元C4的軸桿動連接， 1號直行單元C3和2號直行單元C4正交安裝，1號直行單元C3和2號直行單元C4的一端 各設(shè)有一驅(qū)動電機C7-a、C7-b。在箱體的一內(nèi)側(cè)壁C1上設(shè)有控制器C6。 2號直行單元C4 軸桿的下方固接有配重塊C5 ，配重塊C5下表面裝有滾輪(圖中沒有示出)，滾輪可在箱體 底板C2的內(nèi)側(cè)面上運動。配重塊C5下表面的滾輪用于減少配重塊C5對1號直行單元C3 和2號直行單元C4的負(fù)載力。在驅(qū)動電機C7-a、 C7-b的驅(qū)動下，配重塊C5經(jīng)滾輪可在1 號直行單元C3和2號直行單元C4的牽引下，在箱體底板C2的內(nèi)側(cè)面上任意移動。
自動水平調(diào)節(jié)裝置C的控制器C6接受計算機W指令，控制1號直行單元C3和2 號直行單元C4的驅(qū)動電機C7-a、 C7-b，經(jīng)兩軸桿牽引配重塊C5運動，完成調(diào)節(jié)配平任務(wù)。
兩個片狀板底面測距器Sa、 Sb，如圖8所示，初始底面測距器Sa或目標(biāo)底面測距 器Sb上表面可任意配置至少三個底面測距器傳感器S2-a、 S2-b、 S2-c，一個底面測距控制 器Sl ;傳感器S2-a、 S2-b、 S2-c分別與底面測距控制器Sl電纜連接；三個底面測距器傳感 器S2-a，S2-b，S2-c用于測量載荷L對接面三點距離，底面測距控制器Sl，用于收集測得的 距離信息并無線傳遞給計算機W。 吊裝前，計算機W依據(jù)傳遞的信息，通過計算，發(fā)出控制信號以調(diào)整單配重式自動 水平調(diào)節(jié)吊具系統(tǒng)，保證當(dāng)配重塊的中心處于自動水平調(diào)節(jié)裝置水平中心時，自動水平調(diào) 節(jié)裝置處于初始平衡狀態(tài)，并以此狀態(tài)作為吊具系統(tǒng)初始調(diào)節(jié)狀態(tài)。 吊裝任務(wù)是將需要吊裝的載荷L從水平的初始承重支架Ta吊裝至水平的目標(biāo)承 重支架Tb(此處承重支架Ta、Tb泛指各個現(xiàn)場中承載載荷的支架、支座等類似對象)，同時 需要在起吊和對接過程中保持載荷L的對接面水平。本發(fā)明吊具系統(tǒng)實現(xiàn)其中的調(diào)節(jié)并保 持載荷L的對接面水平的功能。 一個承重吊具D，用于吊掛載荷L。 一個自動水平調(diào)節(jié)裝置 C，通過自動水平調(diào)節(jié)裝置C內(nèi)的單配重塊C5的位置，實現(xiàn)載荷L的對接面水平；初始承重 支架Ta和目標(biāo)承重支架Tb，兩承重支架Ta、 Tb對接面水平，用于承載載荷L ;載荷L和兩 承重支架對接面平整；初始底面測距器Sa和目標(biāo)底面測距器Sb，分別位于初始承重支架Ta 和目標(biāo)承重支架Tb下；一臺計算機W分別與初始底面測距器Sa和目標(biāo)底面測距器Sb通 訊，根據(jù)初始底面測距器Sa或目標(biāo)底面測距器Sb的測量數(shù)據(jù)和載荷L的實際外形規(guī)格計 算控制信號，并傳給自動水平調(diào)節(jié)裝置C，調(diào)整載荷L的對接面保持水平狀態(tài)。
—般性，假設(shè)本實施例中，載荷L為一長方體，重心偏離其幾何中心，初始承重支 架Ta和目標(biāo)承重支架Tb的對接面水平。初始底面測距器Sa和目標(biāo)底面測距器Sb分別安 裝在初始承重支架Ta和目標(biāo)承重支架Tb下，用于檢測載荷L的對接面與底面測距器之間 的三點距離，并將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機W。計算機W根據(jù)底面測距器傳來的三點距離數(shù)據(jù) 和已輸入的載荷幾何尺寸數(shù)據(jù)可獲得載荷L對接面與水平面的二維夾角。計算機W按給定 的任務(wù)，根據(jù)計算得到的載荷L對接面與水平面的二維夾角，與自動水平調(diào)節(jié)裝置C的控制器C6通訊，以控制自動水平調(diào)節(jié)裝置C的調(diào)節(jié)。載荷L、承重吊具D、自動水平調(diào)節(jié)裝置C、 初始底面測距器Sa，目標(biāo)底面測距器Sb和計算機W共同構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的原理如圖9所示，D6為吊點，由于偏心載荷L的重心L'相對吊點D6也 產(chǎn)生一個偏心力矩，使得載荷L發(fā)生傾斜，因此通過調(diào)整控制配重塊C5的位置，使得自動水 平調(diào)節(jié)裝置C所產(chǎn)生的偏心力矩能夠抵消載荷重心L'所產(chǎn)生的偏心力矩，這樣才能實現(xiàn)載 荷L的對接面水平。能夠使載荷L的對接面保持水平的配重塊C5位置稱之為目標(biāo)位置，該 目標(biāo)位置在水平面中可分解為沿1號直行單元C3的目標(biāo)位置Xd和沿2號直行單元C4的 目標(biāo)位置Yd。 1號直行單元目標(biāo)位置Xd表示當(dāng)載荷L對接面水平時，配重塊C5沿1號直 行單元C3方向(X)的位置；2號直行單元目標(biāo)位置Yd表示當(dāng)載荷L對接面水平時，配重塊 C5沿2號直行單元C4方向(Y)的位置。當(dāng)配重塊C5移動到與偏心載荷重心L'相反的方 向，且產(chǎn)生的相對吊點D6的偏心力矩與載荷重心L'相對吊點D6的偏心力矩相等時，載荷 重心L'所引起的偏心力矩將被抵消，從而實現(xiàn)載荷L的對接面水平。 為了使載荷L的對接面水平，需要將配重塊C5沿1號直行單元C3和2號直行單 元C4方向移動到目標(biāo)位置，以提供合適的偏心力矩。本發(fā)明給出了一種自動搜索方法來確 定配重塊C5的目標(biāo)位置。首先搜索配重塊C5沿1號直行單元C3方向(X)的目標(biāo)位置Xd， 配重塊C5由初始位置在1號直行單元C3的牽引下沿1號直行單元C3方向移動，計算機 W記錄配重塊C5沿1號直行單元C3方向的位置信息以及對應(yīng)的初始底面測距器Sa(或目 標(biāo)底面測距器Sb)的測距數(shù)據(jù)。然后，選取對應(yīng)于載荷L的對接面的水平二維夾角沿X方 向達到設(shè)定閾值時的Xd位置信息，并將配重塊C5沿1號直行單元C3移動到該位置，這樣 配重塊C5就處于1號直行單元目標(biāo)位置Xd上。接下來搜索配重塊C5的2號直行單元C4 方向(Y)的目標(biāo)位置Yd。保持1號直行單元C3位置(即配重塊C5沿1號直行單元C3位 置)不變，配重塊C5在2號直行單元C4的牽引下沿2號直行單元C4方向移動，同時計算 機W記錄配重塊C5沿2號直行單元C4方向的位置信息以及對應(yīng)的初始底面測距器Sa(或 目標(biāo)底面測距器Sb)的測距數(shù)據(jù)。從這些角度信息中，選取對應(yīng)于載荷L對接面的水平二 維夾角沿Y方向達到設(shè)定閾值時的Yd位置信息，并將配重塊C5沿2號直行單元C4移動到 該位置，這樣配重塊C5就處于2號直行單元目標(biāo)位置Yd。如果找不到載荷L對接面的水 平二維夾角滿足閾值的位置，則在當(dāng)前位置附近小范圍重新搜索配重塊C5沿1號直行單元 C3方向的目標(biāo)位置Xd，重復(fù)上述過程，直至計算機W根據(jù)初始底面測距器Sa (或目標(biāo)底面 測距器Sb)的測距數(shù)據(jù)，計算得到的載荷L對接面的水平二維夾角滿足設(shè)定閾值為止。
當(dāng)有吊裝任務(wù)時，工作人員將載荷外形數(shù)據(jù)輸入計算機W，啟動自動水平調(diào)節(jié)吊具 DC，給出吊裝任務(wù)將載荷L從水平的初始承重支架Ta吊裝至水平的目標(biāo)承重支架Tb。
首先安放好初始底面測距器Sa和目標(biāo)底面測距器Sb，使他們分別與初始承重支 架Ta和目標(biāo)承重支架Tb的各邊、面平行；并且各傳感器在載荷L的對接面測量范圍內(nèi)。
1 、由水平的初始承重支架Ta起吊 操作天車把自動水平調(diào)節(jié)吊具DC移動到初始承重支架Ta的正上方，待自動水平 調(diào)節(jié)吊具DC靜止后，給計算機W輸入命令，將配重塊C5移動到初始位置，使自動水平調(diào)節(jié) 吊具DC將處于初始平衡狀態(tài)。 工作人員調(diào)節(jié)四根吊臂D4-a、 D4_b、 D4_c、 D4_d上的調(diào)節(jié)器D44，使吊具DC的吊
鉤D42位置滿足載荷L吊裝規(guī)格的要求。載荷L通過四根等長吊索E掛載在自動水平調(diào)節(jié)吊具DC下面。經(jīng)工作人員確認(rèn)后，天車開始起吊載荷L。為了使起吊過程中載荷L的對接 面盡可能地保持水平，初始底面測距器Sa實時檢測載荷L的對接面與測距器傳感器S2-a、 S2-b、S2-c之間的三點距離變化，并把該距離數(shù)據(jù)傳送給計算機W。計算機W則啟動上述搜 索方法，發(fā)送控制信號給自動水平調(diào)節(jié)裝置C的控制器C6，控制器C6控制1號直行單元C3 和2號直行單元C4，牽引配重塊C5移動，直至載荷L的對接面水平。在整個起吊的過程中， 計算機W通過與控制器C6、 SI的實時交互，適時調(diào)節(jié)配重塊C5位置，實現(xiàn)整個起吊過程中 載荷L的對接面水平。 2、向水平的目標(biāo)承重支架Tb裝配 吊起載荷L之后，天車將載荷L移動到目標(biāo)承重支架Tb的正上方，然后開始放下 載荷L。當(dāng)載荷L的對接面靠近目標(biāo)承重支架Tb時，計算機W接收目標(biāo)底面測距器Sb的距 離數(shù)據(jù)。如果載荷L的對接面不再水平，計算機W將啟用上述搜索方法，并發(fā)控制信息給自 動水平調(diào)節(jié)裝置控制器C6，控制器C6控制1號直行單元C3和2號直行單元C4，牽引配重 塊C5移動，直至載荷L的對接面水平安裝至目標(biāo)承重支架Tb。 前面已經(jīng)具體描述了本發(fā)明的實施方案，應(yīng)當(dāng)理解，對于一個具有本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技能的人，在不脫離本發(fā)明的范圍的任何修改或局部替換，均屬于本發(fā)明權(quán)利要求書 保護的范圍。
1權(quán)利要求
一種單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，包括承重吊具；其特征在于還包括一臺計算機(W)、一水平調(diào)節(jié)裝置(C)和兩個底面測距器(Sa、Sb)；計算機(W)分別與自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)、兩個底面測距器(Sa、Sb)有線連接或無線通訊；一個承重吊具(D)，包括水平承重梁(D1)、垂直傳力梁(D2)、水平承重平臺(D3)、緊固夾(D5)和具有調(diào)節(jié)功能的吊臂(D4)；其中，帶有吊孔的水平承重梁(D1)，其中心位置開有一個吊孔(D6)，用來與天車的吊索相連；水平承重梁(D1)的兩端各向下垂直固接兩根相同材質(zhì)相同尺寸相互平行的垂直傳力梁(D2-a、D2-b)的上端，兩垂直傳力梁(D2-a、D2-b)的下端與水平承重平臺(D3)固接，固接點分別位于水平承重平臺(D3)相對平行側(cè)邊的中點位置；水平承重平臺(D3)與水平承重梁(D1)平行，水平承重平臺(D3)上表面設(shè)有水平調(diào)節(jié)裝置(C)，下表面固接四根吊臂(D4-a、D4-b、D4-c、D4-d)，四根吊臂(D4-a、D4-b、D4-c、D4-d)的內(nèi)接點位于水平承重平臺(D3)的中心；吊臂(D4)包括四根相同材質(zhì)，相同結(jié)構(gòu)的承重吊臂，其中(D4-a和D4-c)同軸，(D4-b和D4-d)同軸，(D4-a與D4-b)以設(shè)定角度安裝；四根吊索(E)的上端分別與四根吊臂(D4-a、D4-b、D4-c、D4-d)的外端連接，下端分別與載荷(L)的吊裝點連接；自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)為長方形箱體，底面(C2)位于水平承重平臺(D3)上表面，箱體外周圓由水平設(shè)置的緊固夾(D5)經(jīng)兩垂直傳力梁(D2-a、D2-b)將其緊固；在自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)的箱體內(nèi)部1號直行單元(C3)的軸桿兩端固接于箱體相對的兩內(nèi)側(cè)壁(C1)上，1號直行單元(C3)軸桿的下表面與2號直行單元(C4)軸桿的上表面動連接，兩軸桿正交安裝，1號直行單元(C3)和2號直行單元(C4)的一端各設(shè)有一驅(qū)動電機(C7-a、C7-b)；在箱體的一內(nèi)側(cè)壁(C1)上設(shè)有控制器(C6)；2號直行單元(C4)軸桿的下方固接有配重塊(C5)，配重塊(C5)下表面裝有滾輪，滾輪與箱體底板(C2)的內(nèi)側(cè)面動連接；在驅(qū)動電機(C7-a、C7-b)的驅(qū)動下，配重塊(C5)經(jīng)滾輪在1號直行單元(C3)和2號直行單元(C4)的牽引下，在箱體底板(C2)的內(nèi)側(cè)面上任意移動；自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)的控制器(C6)接受計算機(W)指令；兩底面測距器(Sa、Sb)，一為初始底面測距器(Sa)，另一為目標(biāo)底面測距器(Sb)，分別位于水平的初始承重支架(Ta)和水平的目標(biāo)承重支架(Tb)下，并保持與承重支架的水平；通過天車實現(xiàn)自動水平調(diào)節(jié)吊具和載荷(L)的整體移動。
2. 如權(quán)利要求l所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，其特征在于所述承重支架(Ta、 Tb)，泛指各個現(xiàn)場中承載載荷(L)的支架、支座。
3. 如權(quán)利要求l所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，其特征在于所述吊臂(D4)，包括 外殼(D41)、吊鉤(D42)、支板(D43)、調(diào)節(jié)器(D44)、絲杠(D45)和滑塊(D46);吊臂的外殼 (D41)為凹形，兩端以吊臂支板(D43)封頭；外殼(D41)的凹槽內(nèi)軸向設(shè)有一絲杠(D45)，絲杠(D45)兩端通過軸承與 支板(D43)動連接，其中一端伸出支板(D43)，并與調(diào)節(jié)器(D44)固接；一吊臂滑塊(D46) 中心有螺紋孔，螺紋孔與吊臂絲杠(D45)的外螺紋套接，滑塊(D46)下表面固接一吊鉤 (D42);計算機(W)與調(diào)節(jié)器(D44)有線連接或無線通訊，控制調(diào)節(jié)器(D44)帶動吊臂絲杠(D45)轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)吊臂滑塊(D46)及固連在其上的吊鉤(D42)相對于內(nèi)接點的位置。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，其特征在于所述四根吊索 (E)上端分別與四根吊臂(D4-a、D4-b、D4-c、D4-d)上的吊鉤(D42)相連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具，其特征在于所述兩底面測距器 (Sa、 Sb)，為片狀板，初始底面測距器(Sa)或目標(biāo)底面測距器(Sb)上表面至少配置三個底 面測距器傳感器(S2-a、S2-b、S2-c)，一個底面測距控制器(Sl);三個傳感器(S2-a、S2-b、 S2-c)分別與底面測距控制器(Sl)電纜連接；三個底面測距器傳感器(S2-a， S2-b， S2-c) 用于測量載荷(L)對接面三點距離，底面測距控制器(Sl)與計算機(W)有線連接或無線通 訊，收集測得的距離信息，并接受計算機(W)指令。
6. —種如權(quán)利要求1所述的單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具的使用方法，其特征在于用 一臺計算機(W)分別與初始底面測距器(Sa)和目標(biāo)底面測距器(Sb)通訊，根據(jù)初始底面 測距器(Sa)和目標(biāo)底面測距器(Sb)的測量數(shù)據(jù)和載荷(L)的實際外形規(guī)格，計算控制 信號，并發(fā)給自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)的控制器(C6)，控制器(C6)驅(qū)動兩驅(qū)動電機(C7-a、 C7-b)，經(jīng)兩軸桿軸向牽引配重塊(C5)運動，配重塊(C5)帶動載荷(L)移動，使載荷(L)的 對接面保持水平狀態(tài)。
7. 如權(quán)利要求6所述的使用方法，其特征在于包括步驟步驟1 :在水平的初始承重支架(Ta)對接面下面設(shè)置初始底面測距器(Sa);步驟2 :在水平的目標(biāo)承重支架(Tb)對接面下面放置一個目標(biāo)底面測距器(Sb);步驟3 :通過計算機(W)與自動水平調(diào)節(jié)裝置控制器(C6)通訊，由直線光柵定位，移動配重塊(C5)到自動水平調(diào)節(jié)裝置(C)的中心，以此為自動水平調(diào)節(jié)裝置的初始狀態(tài)；步驟4 :從初始承重支架(Ta)吊起待裝配載荷(L)，計算機(W)與初始底面測距器(Sa) 通訊采集數(shù)據(jù)；步驟5 :計算機(W)發(fā)出指令，保持2號直行單元(C4)位置不變，沿1號直行單元(C3) 方向(X)移動配重塊(C5)，直至載荷L的對接面的水平二維夾角在X方向達到設(shè)定閾值；步驟6 :完成步驟5后計算機(W)再發(fā)出指令，保持1號直行單元(C3)位置不變，沿2 號直行單元(C4)方向(Y)移動配重塊(C5)，直至載荷L的對接面的水平二維夾角在Y方向 達到設(shè)定閾值；如果載荷L對接面的水平二維夾角未達到設(shè)定閾值，則重復(fù)步驟5、6直到載 荷L對接面的水平二維夾角達到設(shè)定閾值為止，以完成載荷(L)起吊水平調(diào)節(jié)任務(wù)；步驟7:通過吊掛自動水平調(diào)節(jié)吊具系統(tǒng)的天車將待裝配載荷(L)移至目標(biāo)承重支架 (Tb)上方，計算機(W)與目標(biāo)底面測距器(Sb)通訊，采集數(shù)據(jù)；步驟8:根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟5、6保持對接過程中載荷(L)的對接面水平，至 完成對接任務(wù)。
8. 如權(quán)利要求7所述的使用方法，其特征在于所述移動配重塊(C5)，是自動水平調(diào) 節(jié)裝置(C)的控制器(C6)接受計算機(W)指令，控制1號直行單元(C3)和2號直行單元 (C4)的驅(qū)動電機(C7-a、 C7-b)，經(jīng)兩軸桿軸向牽引配重塊(C5)在箱體底板(C2)的內(nèi)側(cè)面 上運動。
全文摘要
單配重式自動水平調(diào)節(jié)吊具及使用方法，涉及裝卸吊運裝置技術(shù)，包括一承重吊具，一自動水平調(diào)節(jié)裝置，裝在承重吊具上，自動水平調(diào)節(jié)裝置內(nèi)有配重塊；初始底面測距器和目標(biāo)底面測距器，分別位于初始承重支架和目標(biāo)承重支架下；一臺計算機與兩底面測距器通訊，根據(jù)初始底面測距器和目標(biāo)底面測距器的測量信息，結(jié)合已輸入的載荷對接面結(jié)構(gòu)尺寸，計算載荷對接面水平傾角，計算出控制信號，傳給自動水平調(diào)節(jié)裝置，控制自動水平調(diào)節(jié)裝置內(nèi)的配重塊位置，基于重心補償原理補償載荷的偏心力矩，使載荷對接面從水平的初始承重支架起吊和與水平的目標(biāo)承重支架對接過程中保持水平狀態(tài)；以實現(xiàn)精密易損載荷的吊裝，具有精度高、速度快、安全可靠的優(yōu)點。
文檔編號B66C17/00GK101759092SQ20081024094
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者張建宏, 易建強, 李濤, 趙冬斌 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所