CN105856205B - 一种并联柔索悬吊模拟系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种并联柔索悬吊模拟系统及模拟方法，适用于模拟并联柔索悬吊系统的模拟。装置包括驱动组件、可移动平台、导向组件、张力测量组件，四个可移动平台呈正方形中心对称布置，在每个可移动平台上设有驱动组件和张力测量组件，驱动组件分别通过四根柔索和吊盘相连，四个驱动组件通过电机驱动四根柔索进而带动吊盘运动，四个可移动平台可带动驱动组件运动，实现不同位置的悬吊。当吊盘重心位置改变时，张力测量组件监测到四根柔索的张力变化，将信号传输至自动调平的控制系统，控制系统分析信号后控制电机运动，自动调平吊盘动作补偿吊盘的角度变化，使吊盘始终处于水平姿态。其结构简单，可实现实时微量调节，可实现不同位置的悬吊。

Description

一种并联柔索悬吊模拟系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种并联柔索悬吊模拟系统及模拟方法，尤其适用于模拟并联柔索在不同位置的悬吊模拟及自动调平方法。

背景技术

并联机构具有：无累积误差，精度较高；驱动装置可置于上平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；结构紧凑，刚度高，承载能力大；完全对称的并联机构具有较好的各向同性，工作空间小等特点，在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到广泛应用，其出现在工业、军事等多个领域。

现阶段国内外对并联柔索机构仍处于探索阶段，还没有取得很大的突破，如何准确地控制柔索的伸长和缩短，以及优化响应机构的运动性能仍是待解决的问题。一种并联柔索悬吊模拟系统的设计，有利于科研中对各种并联柔索提升机构的研究，试验台中得出的数据在科研中具有相当高的价值。而现有并联柔索悬吊系统，驱动装置均固定放置，无法实现不同位置的悬吊模拟，以及存在测量精度差，吊盘重心无法自动改变等缺点。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、操控容易、可实现不同位置的悬吊以及测量精度高的并联柔索悬吊模拟系统及方法。

技术方案：本发明的并联柔索悬吊模拟系统，包括框架、设在框架内的吊盘，框架上部四周均设有四个呈正方形中心对称布置的可移动平台，每个可移动平台上均设有分别与吊盘柔索相连的驱动组件，每个驱动组件的一侧均设有一测量柔索张力的张力测量组件；每个驱动组件的卷筒上均设有与吊盘四个吊耳相连的柔索，每根柔索分别经张力测量组件的导向滑轮连接到位于框架内置的一吊盘上；

所述的可移动平台包括平行设置的丝杠和导轨、滑台、固定平台、电机，所述滑台设在丝杠上，由丝杠驱动，丝杠通过联轴器连接电机，由电机驱动；所述固定平台设在滑台上，驱动组件和张力测量组件安装在固定平台上；

所述驱动组件包括电机、电机支架、卷筒左片、卷筒右片、挡圈，电机通过电机支架固定在可移动平台上的固定平台上，卷筒左片、卷筒右片相互配合且中间留出绳槽，卷筒左片、卷筒右片中间开有孔与电机伸出轴配合连接，挡圈通过螺钉连接在电机轴端，进行轴向定位；

所述的张力测量组件包括固定支架、导向滑轮、固定轴、浮动支架、浮动轴，所述的固定支架安装在固定平台上，固定支架上设有拉压传感器，所述浮动支架设在拉压传感器上方，浮动支架上部对称设有两根浮动轴，每个浮动轴上设有导向滑轮；浮动支架下部位置设有安装在固定支架上的三根固定轴，每个固定轴上均固定有导向滑轮，通过上下导向滑轮缠绕一端与驱动组件相连、另一端与吊盘相连的柔索；

所述吊盘包括电机、配重块、丝杠、滑台、吊盘，配重块连接在滑台上，所述滑台与丝杠驱动的螺母相连接，所述丝杠通过联轴器与电机相连，吊盘上均布有多个吊钩。

所述吊盘上均布的多个吊钩为四个。

所述的框架内顶部设有导向组件，导向组件包括四个导向轮，四个导向轮呈正方形中心对称布置在框架上，每个导向轮的轴线与所在方向的驱动组件的卷筒轴线平行。

一种使用上述系统的并联柔索悬吊模拟方法：

当驱动组件提升吊盘时，通过设在框架上四周可移动平台上的四个驱动组件直接驱动柔索提升吊盘，或经过导向组件导向后驱动柔索提升吊盘，实现不同位置悬吊，并通过设在可移动平台上的张力测量组件实时监测与吊盘相连的四根钢丝绳的张力；

当需要实现吊盘不同位置悬吊时，通过自动调平控制系统将信号传输至可移动平台，控制可移动平台的电机驱动丝杠转动，进而使可移动平台固定平台位置改变，即实现吊盘(4)不同位置的悬吊；

当吊盘重心改变时，通过吊盘上的电机驱动丝杠带动配重块运动，改变吊盘的重心；当张力测量组件监测到钢丝绳张力有变化，即刻将信号传输至自动调平控制系统，经自动调平控制系统信号分析处理后，驱动组件的伺服电机运动，自动调平吊盘动作，补偿吊盘与水平状态时变化的角度，使吊盘始终处于水平姿态。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)实现驱动装置在不同位置的悬吊：通过采取丝杠驱动可移动平台移动，驱动装置可以在任意位置进行模拟悬吊，解决了现有技术无法实时改变悬吊位置模拟悬吊系统的缺陷；

(2)悬吊提升的吊盘重心可自动改变：通过采取吊盘的丝杠驱动的滑台，可自动改变配重块的位置，实现悬吊的实时调平模拟，解决了现有技术无法实时改变重心模拟悬吊系统的缺陷。

(3)柔索经过张力测量组件5个滑轮绕绳后，可将柔索张力扩大为4倍作用于拉压传感器上，提高测量精度。

附图说明

图1是本发明整体的立体结构示意图；

图2是本发明可移动平台的立体结构示意图；

图3是本发明测张力组件的立体结构及柔索缠绕方式示意图；

图4是本发明驱动组件局部剖面的主视图；

图5是本发明吊盘的立体结构示意图；

图6是本发明的导向组件安装位置示意图；

图7是本发明的柔索经导向组件导向后连接示意图。

图中：1-可移动平台；2-驱动组件；3-张力测量组件；4-吊盘；5-导向组件；6-框架；1-1-丝杠；1-2-导轨；1-3-滑台；1-4-固定平台；1-5-电机；1-6-联轴器；2-1-电机；2-2-电机支架；2-3-卷筒左片；2-4-卷筒右片；2-5-挡圈；3-1-固定支架；3-2-导向滑轮；3-3-固定轴；3-4-浮动支架；3-5-浮动轴；3-6-拉压传感器；4-1-电机；4-2-联轴器；4-3-丝杠；4-4-吊盘；4-5-配重块；4-6-滑台；4-7-吊钩；5-1-导向滑轮。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

实施例1、如图1所示，本发明的并联柔索悬吊模拟系统，主要由框架6、设在框架6内的吊盘4，框架6上部四周均设有四个呈正方形中心对称布置的可移动平台1构成，每个可移动平台1上均设有分别与吊盘4柔索相连的驱动组件2，每个驱动组件2的一侧均设有一测量柔索张力的张力测量组件3；每个驱动组件2的卷筒上均设有与吊盘4四个吊耳相连的柔索，每根柔索分别经张力测量组件3的导向滑轮3-2连接到位于框架6内置的一吊盘4上，柔索与吊盘4的连接呈角度连接状态。

图2所示，所述的可移动平台1包括平行设置的丝杠1-1和导轨1-2、滑台1-3、固定平台1-4、电机1-5，所述滑台1-3设在丝杠1-1上，由丝杠驱动，丝杠1-1通过联轴器1-6连接电机1-5，由电机1-5驱动；所述固定平台1-4设在滑台1-3上，驱动组件2和张力测量组件3安装在固定平台1-4上；

图4所示，所述驱动组件2包括电机2-1、电机支架2-2、卷筒左片2-3、卷筒右片2-4、挡圈2-5，电机2-1通过电机支架2-2固定在可移动平台上1的固定平台1-4上，卷筒左片2-3、卷筒右片2-4相互配合且中间留出绳槽，卷筒左片2-3、卷筒右片2-4中间开有孔与电机2-1伸出轴配合连接，挡圈2-5通过螺钉连接在电机2-1轴端，进行轴向定位；

图3所示，所述的张力测量组件3包括固定支架3-1、导向滑轮3-2、固定轴3-3、浮动支架3-4、浮动轴3-5，所述的固定支架3-1安装在固定平台1-4上，固定支架3-1上设有拉压传感器3-6，所述浮动支架3-4设在拉压传感器3-6上方，浮动支架3-4上部对称设有两根浮动轴3-5，每个浮动轴3-5上设有导向滑轮3-2；浮动支架3-4下部位置设有安装在固定支架3-1上的三根固定轴3-3，每个固定轴3-3上均固定有导向滑轮3-2，通过上下导向滑轮3-2缠绕一端与驱动组件2相连、另一端与吊盘4相连的柔索；

图5所示，所述吊盘4包括电机4-1、配重块4-5、丝杠4-3、滑台4-6、吊盘4-4，配重块4-5连接在滑台4-6上，所述滑台4-6与丝杠4-3驱动的螺母相连接，所述丝杠4-3通过联轴器4-2与电机4-1相连，吊盘4-4上呈90°均布有四个吊钩4-7。驱动组件2通过柔索提升吊盘4进行模拟悬吊系统，此时可将控制信号通过上位机的自自动调平控制系统传递给吊盘4的电机4-1，电机4-1带动丝杠4-3运动，进而调整吊盘4上的配重块4-5位置，此时柔索张力变化，吊盘4趋向于倾斜。

实施例2、如图7所示，与实施例1基本相同，相同之处略。不同之处在于：所述的框架6内顶部设有导向组件5，每个驱动组件2的卷筒上设置的与吊盘4四个吊耳相连的柔索，经张力测量组件3的导向滑轮3-2后，再绕经设在框架6内顶部的导向组件5，然后连接到位于框架6内置的一吊盘4上，柔索与吊盘4的连接呈垂直连接状态。通过测张力组件3上的导向滑轮3-2导向使柔索张力扩大为其大小的四倍作用在拉压传感器3-6上，即刻将信号传输至上位机自动调平的控制系统，经自动控制系统分析信号后，驱动组件2的电机2-1调整卷筒运动，通过收放柔索自动调平吊盘4动作补偿其的角度变化，使吊盘4始终处于水平姿态。

如图6所示，所述导向组件5包括四个导向轮5-1，四个导向轮5-1呈正方形中心对称布置在框架6上，每个导向轮5-1的轴线与所在方向的驱动组件2的卷筒轴线平行。

本发明的并联柔索悬吊模拟方法：当驱动组件2提升吊盘4时，通过设在框架6上四周可移动平台1上的四个驱动组件2直接驱动柔索提升吊盘4，或经过导向组件5导向后驱动柔索提升吊盘4，实现不同位置悬吊，并通过设在可移动平台1上的张力测量组件3实时监测与吊盘4相连的四根钢丝绳的张力；驱动组件2通过柔索提升吊盘4进行模拟悬吊系统，此时可将控制信号通过控制系统传递给吊盘4的电机4-1，电机4-1带动丝杠4-3运动，进而调整吊盘4上的配重块4-5位置，此时柔索张力变化，吊盘4趋向于倾斜。

驱动组件2提升吊盘4时，可实现不同位置悬吊：当需要实现吊盘4不同位置悬吊时，通过上位机自动调平控制系统将信号传输至可移动平台1，控制可移动平台的电机驱动丝杠转动，进而使可移动平台固定平台位置改变，即实现吊盘4不同位置的悬吊；实现不同位置的悬吊时，通过控制系统将信号传输至可移动平台1，此时可移动平台1的电机1-5按照控制信号驱动丝杠1-1运动，进而带动可移动平台1的固定平台1-4使其到达指定位置，实现不同位置的悬吊。

当吊盘4重心改变时，通过吊盘4上的电机4-1驱动丝杠4-3带动配重块4-5运动，改变吊盘4的重心；当张力测量组件3监测到钢丝绳张力有变化，即刻将信号传输至上位机自动调平控制系统，经自动调平控制系统信号分析处理后，驱动组件2的伺服电机2-1运动，自动调平吊盘4动作，通过测张力组件3上的导向滑轮3-2导向使柔索张力扩大为其大小的四倍作用在拉压传感器3-6上，即刻将信号传输至自动调平的控制系统，经自动控制系统分析信号后，驱动组件2的电机2-1调整卷筒运动，通过收放柔索自动调平吊盘4动作补偿其的角度变化，从而使吊盘4始终处于水平姿态。

Claims (4)

1.一种并联柔索悬吊模拟系统，其特征在于：它包括框架（6）、设在框架（6）内的吊盘（4），框架（6）上部四周均设有四个呈正方形中心对称布置的可移动平台（1），每个可移动平台（1）上均设有分别与吊盘（4）柔索相连的驱动组件（2），每个驱动组件（2）的一侧均设有一测量柔索张力的张力测量组件（3）；每个驱动组件（2）的卷筒上均设有与吊盘（4）四个吊耳相连的柔索，每根柔索分别经张力测量组件（3）的导向滑轮（3-2）连接到位于框架（6）内置的一吊盘（4）上；

所述的可移动平台（1）包括平行设置的丝杠（1-1）和导轨（1-2）、滑台（1-3）、固定平台（1-4）、电机（1-5），所述滑台（1-3）设在丝杠（1-1）上，由丝杠驱动，丝杠（1-1）通过联轴器（1-6）连接电机（1-5），由电机（1-5）驱动；所述固定平台（1-4）设在滑台（1-3）上，驱动组件（2）和张力测量组件（3）安装在固定平台（1-4）上；

所述驱动组件（2）包括电机（2-1）、电机支架（2-2）、卷筒左片（2-3）、卷筒右片（2-4）、挡圈（2-5），电机（2-1）通过电机支架（2-2）固定在可移动平台（1）上的固定平台（1-4）上，卷筒左片（2-3）、卷筒右片（2-4）相互配合且中间留出绳槽，卷筒左片（2-3）、卷筒右片（2-4）中间开有孔与电机（2-1）伸出轴配合连接，挡圈（2-5）通过螺钉连接在电机（2-1）轴端，进行轴向定位；

所述的张力测量组件（3）包括固定支架（3-1）、导向滑轮（3-2）、固定轴（3-3）、浮动支架（3-4）、浮动轴（3-5），所述的固定支架（3-1）安装在固定平台（1-4）上，固定支架（3-1）上设有拉压传感器（3-6），所述浮动支架（3-4）设在拉压传感器（3-6）上方，浮动支架（3-4）上部对称设有两根浮动轴（3-5），每个浮动轴（3-5）上设有导向滑轮（3-2）；浮动支架（3-4）下部位置设有安装在固定支架（3-1）上的三根固定轴（3-3），每个固定轴（3-3）上均固定有导向滑轮（3-2），通过上下导向滑轮（3-2）缠绕一端与驱动组件（2）相连、另一端与吊盘（4）相连的柔索；

所述吊盘（4）包括电机（4-1）、配重块（4-5）、丝杠（4-3）、滑台（4-6）、吊盘（4-4），配重块（4-5）连接在滑台（4-6）上，所述滑台（4-6）与丝杠（4-3）驱动的螺母相连接，所述丝杠（4-3）通过联轴器（4-2）与电机（4-1）相连，吊盘（4-4）上均布有多个吊钩（4-7）。

2.根据权利要求1所述的一种并联柔索悬吊模拟系统，其特征在于：所述吊盘（4-4）上均布的多个吊钩（4-7）为四个。

3.根据权利要求1所述的一种并联柔索悬吊模拟系统，其特征在于：所述的框架（6）内顶部设有导向组件（5），导向组件（5）包括四个导向轮（5-1），四个导向轮（5-1）呈正方形中心对称布置在框架（6）上，每个导向轮（5-1）的轴线与所在方向的驱动组件（2）的卷筒轴线平行。

4.一种使用权利要求1、2或3所述系统的并联柔索悬吊模拟方法，其特征在于：

当驱动组件（2）提升吊盘（4）时，通过设在框架（6）上四周可移动平台（1）上的四个驱动组件（2）直接驱动柔索提升吊盘（4），或经过框架（6）内顶部的导向组件（5）导向后驱动柔索提升吊盘（4），实现不同位置悬吊，并通过设在可移动平台（1）上的张力测量组件（3）实时监测与吊盘（4）相连的四根钢丝绳的张力；

当需要实现吊盘（4）不同位置悬吊时，通过自动调平控制系统将信号传输至可移动平台（1），控制可移动平台的电机驱动丝杠转动，进而使可移动平台固定平台位置改变，即实现吊盘（4）不同位置的悬吊；

当吊盘（4）重心改变时，通过吊盘（4）上的电机（4-1）驱动丝杠（4-3）带动配重块（4-5）运动，改变吊盘（4）的重心；当张力测量组件（3）监测到钢丝绳张力有变化，即刻将信号传输至自动调平控制系统，经自动调平控制系统信号分析处理后，驱动组件（2）的伺服电机（2-1）运动，自动调平吊盘（4）动作，补偿吊盘与水平状态时变化的角度，使吊盘（4）始终处于水平姿态。