CN111268549B - 一种两点式自平衡吊挂装置及吊挂方法 - Google Patents

Abstract

一种两点式自平衡吊挂装置以及该吊挂装置的自动找平吊挂方法和非自动找平吊挂方法，该吊挂装置包括挂钩、悬吊绳、悬吊梁和位置调节器，该吊挂装置通过悬吊梁的位置信息由位置调节器自动进行位置调节、或通过发送人工控制命令给位置调节器进行位置调节，以达到悬吊梁稳定的状态。该吊挂装置的适用范围广，单个吊挂装置可用于不同尺寸、重量的被悬吊物；能够适应大多数情况下的悬吊需求，还可自动找平和在任意位置停留。

Description

一种两点式自平衡吊挂装置及吊挂方法

技术领域

本发明属于机械吊装领域，具体涉及一种两点式自平衡吊挂装置及吊挂方法。

背景技术

工业用多点式吊挂，通常用来吊装体积较大且较重的物体，如汽车吊挂采用四点式、小型固定翼飞机采用三点或四点式、大型航空发动机采用三点或两点式。采用多点式吊挂的目的有两种，一是当物体尺寸或重量较大时，通过分散悬吊点和悬吊绳，可以使被悬吊物起吊更稳定、安全；二是通过悬吊点的位置选择和悬吊绳的长度选择，使被悬吊物体在空中达到某种指定的角度或形态。本发明设计方案仅针对两点式吊挂。

两点式吊挂分为可调和不可调两种。不可调式两点吊挂多为专用吊挂，根据被悬吊物的尺寸和重心位置订制吊挂的尺寸。传统的可调式两点吊挂则在悬吊梁上设置多个主悬吊点和副悬吊点，根据被悬吊物的尺寸和重心临时更换主悬吊点和副悬吊点，如图1所示，为传统可调式两点吊挂装置100，包括主挂钩101、主悬吊绳102、主悬吊点103、悬吊梁104、副悬吊点105、副悬吊绳106和副挂钩107。主挂钩101只有1个，通过主悬吊绳102连接主悬吊点103；悬吊梁104上方设置有多个主悬吊点103，下方设置有多个副悬吊点105，两个副挂钩107分别通过副悬吊绳106连接副悬吊点。该种吊挂装置可以选择主悬吊点和副悬吊点来悬吊不同尺寸和重心的被悬吊物，用于专用吊挂或通用吊挂。

不可调式两点吊挂多用于特定的被悬吊物，如果该悬吊物因为内部结构的改变导致尺寸或重心的改变，则悬吊不能保持平衡。不可调式两点吊挂使用范围较为狭窄，通用性差。

传统可调式两点吊挂通过改变悬吊绳长度和主、副悬吊点位置来适应不同状态下的被悬吊物。但其改变只能在悬吊之前，若已经将被悬吊物吊起后，则无法调整。且悬吊梁上的主、副悬吊点设置只能实现有限的几种组合，不能无缝衔接所有的悬吊情况。在悬吊梁上设置主、副悬吊吊点，可能会对连接部位和悬吊梁的强度造成削弱。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是解决两点式悬吊梁使用范围窄、调节范围窄、不能自动调节的问题。通过自动控制来实现两点式吊挂的自主平衡和任意位置悬吊，扩展两点式吊挂的使用范围。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的第一方面提供了一种两点式自平衡吊挂装置，包括：挂钩、悬吊绳、悬吊梁204和位置调节器208；

所述挂钩包括主挂钩201和副挂钩207，所述悬吊绳包括主悬吊绳202和副悬吊绳206；

所述主挂钩201通过主悬吊绳202连接至主悬吊点203上，所述主悬吊点203设置在位置调节器208上；

所述位置调节器208连接至所述悬吊梁204，并可在所述悬吊梁204上移动，用于调整所述主悬吊点203的位置；

所述副挂钩207通过副悬吊绳206连接至副悬吊点205上，所述副悬吊点205固定设置在所述悬吊梁204下方。

在一些具体实施例中，还包括丝杆，所述丝杆设置于所述悬吊梁204的上方。

在一些具体实施例中，所述位置调节器300包括箱体303和箱盖302，所述箱体303和箱盖302通过紧固螺母固定连接。

在一些具体实施例中，所述丝杆为滚珠丝杆209。

在一些具体实施例中，所述位置调节器300内设置有控制系统、滚珠套310、第一级减速结构和第二级减速结构；

所述滚珠套310连接所述第一级减速结构，所述第一级减速结构连接所述第二级减速结构；所述第二级减速结构连接所述控制系统。

在一些具体实施例中，所述第一级减速结构包括蜗轮309和蜗杆308，所述第二级减速结构包括至少一个大齿轮306和至少一个小齿轮307；

所述丝杆311套接在所述滚珠套310内，所述滚珠套310连接所述蜗轮309；所述蜗杆308连接所述大齿轮306，所述小齿轮307连接所述控制系统。

在一些具体实施例中，所述控制系统包括电源、单片机、传感器和电机。

在一些具体实施例中，所述电源包括蓄电池和/或市电供电电路；

和/或，所述传感器包括至少两个角度传感器210和至少两个角速度传感器；所述两个角度传感器210分别设置于所述悬吊梁204的两端；所述两个角速度传感器设置于箱体上；

和/或，所述电机为步进电机，所述小齿轮307连接所述步进电机。

在一些具体实施例中，所述蜗杆309为单头蜗杆，具有自锁功能；和/或，所述角度传感器和角速度传感器为三轴陀螺仪。

本发明的第二方面提供了一种如前所述的两点式自平衡吊挂装置的自动找平吊挂方法，包括如下步骤：

获取悬吊梁204的位置信息；

判断悬吊梁204是否处于稳定状态；

如果是，降低所述获取悬吊梁204的位置信息的频率并继续获取悬吊梁204的位置信息；

如果否，则根据情况调节所述位置调节器300以调整主悬吊点的位置，使所述悬吊梁204处于水平位置。

在一些具体实施例中，所述获取悬吊梁204的位置信息包括获取悬吊梁204的角度信号和角速度信号。

在一些具体实施例中，所述判断悬吊梁204是否处于稳定状态包括判断悬吊梁204是否处于水平位置、和/或所述悬吊梁204的摆动对称线是否是水平线。

在一些具体实施例中，所述根据情况调节所述位置调节器300以调整主悬吊点203的位置，使所述悬吊梁204处于水平位置的步骤包括：

判断悬吊梁204是规律的晃动，或是重心改变导致悬吊梁204偏离水平位置：

当悬吊梁204是规律的晃动，晃动幅度超过一预设阈值时，调节所述位置调节器300以调整主悬吊点的位置，使所述悬吊梁204处于水平位置；否则，不予调节；

当重心改变导致悬吊梁204偏离水平位置，调节所述位置调节器300以调整主悬吊点的位置，使所述悬吊梁204处于水平位置。

本发明的第三方面提供了另一种如前所述的两点式自平衡吊挂装置的自动找平吊挂方法，包括如下步骤：

发出调节位置的命令给所述位置调节器300，将所述主悬吊点203调节至预定位置；

获取悬吊梁204的位置信息，判断悬吊梁204是否处于稳定状态；

如果是，则调节结束；如果否，则回到第一步，继续调节，直至悬吊梁204处于稳定状态。

在一些具体实施例中，所述获取悬吊梁204的位置信息包括获取悬吊梁204的角度信号和角速度信号。

在一些具体实施例中，所述判断悬吊梁204是否处于稳定状态包括判断悬吊梁204是否处于水平位置、和/或所述悬吊梁204的摆动对称线是否是水平线。

综上所述，本发明提供了一种两点式自平衡吊挂装置以及该吊挂装置的自动找平吊挂方法和非自动找平吊挂方法，该吊挂装置包括挂钩、悬吊绳、悬吊梁和位置调节器，该吊挂装置通过悬吊梁的位置信息由位置调节器自动进行位置调节、或通过发送人工控制命令给位置调节器进行位置调节，以达到悬吊梁稳定的状态。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1、适用范围广，单个吊挂装置可用于不同尺寸、重量的被悬吊物；

2、控制简单，除有线控制或无线控制外，其余控制规律全部写入单片机中进行自动控制；

3、传感器采用双裕度设计，包括两个角度传感器和角速度传感器，以提高位置检测的可靠性；

4、能够适应大多数情况下的悬吊需求，如自动找平和在任意位置停留；

5、可以根据步进电机的功率和负载自行选择供电方式；

6、蜗杆的自锁功能保证位置调节器和悬吊梁不会出现意外滑动。

附图说明

图1是现有技术中可调式两点吊挂装置的结构示意图；

图2是本发明中两点式自平衡吊挂装置的结构示意图；

图3是调节器内部结构示意图；

图4是控制系统结构示意图；

图5是本发明两点式自平衡吊挂的自动找平的方法步骤示意图；

图6是本发明两点式自平衡吊挂的非自动找平的方法步骤示意图。

附图标记：

100：传统可调式两点吊挂装置；101：主挂钩；102：主悬吊绳；103：主悬吊点；104：悬吊梁；105：副悬吊点；106：副悬吊绳；107：副挂钩；

200：两点式自平衡吊挂装置；201：主挂钩；202：主悬吊绳；203：主悬吊点；204：悬吊梁；205：副悬吊点；206：副悬吊绳；207：副挂钩；208：位置调节器；209：滚珠丝杆；210：角度传感器；

300：位置调节器；301：主悬吊点；302：箱盖；303：箱体；304：控制系统；305：紧固螺栓；306：大齿轮；307：小齿轮；308：蜗杆；309：蜗轮；310：滚珠套；311：丝杠；312：承重轮；313：悬吊梁上边沿；314：滚棒轴承。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明的第一方面提供了一种两点式自平衡吊挂装置200，如图2所示，包括：挂钩、悬吊绳、悬吊梁204和位置调节器208；挂钩包括主挂钩201和副挂钩207，悬吊绳包括主悬吊绳202和副悬吊绳206；主挂钩201通过主悬吊绳202连接至主悬吊点203上，主悬吊点203设置在位置调节器208上；位置调节器208连接至悬吊梁204，并可在悬吊梁204上移动，用于调整主悬吊点203的位置；副挂钩207通过副悬吊绳206连接至副悬吊点205上，副悬吊点205固定设置在悬吊梁204下方。

还包括丝杆209，具体的，可以设置为滚珠丝杠209。丝杆固定设置于悬吊梁204的上方，不可转动。图2中还示出了悬吊梁204的左右两端分别设置有角度传感器210。当副挂钩207勾住被悬吊物后，将被悬吊物缓慢起吊，位置调节器通过角度传感器210感受到此时悬吊梁204的倾斜角度，通过滚珠丝杠209调整主悬吊点203的位置，在自动找平状态下，将主悬吊点203移动到被悬吊物的重心上方，并保持悬吊梁204处于水平位置。

位置调节器300的内部结构见图3，外部由箱体303和箱盖302组成，箱体303和箱盖302通过紧固螺栓305固定在一起。位置调节器(300)内设置有控制系统、滚珠套310、第一级减速结构和第二级减速结构；滚珠套310连接第一级减速结构，第一级减速结构连接第二级减速结构；第二级减速结构连接控制系统。

具体的，第一级减速结构包括蜗轮309和蜗杆308，第二级减速结构包括至少一个大齿轮306和至少一个小齿轮307；丝杆311套接在滚珠套310内，滚珠套310连接蜗轮309；蜗杆308连接大齿轮306，小齿轮307连接控制系统。蜗杆308使用单头蜗杆，使其拥有自锁功能。丝杠311固定在悬吊梁上，并套在滚珠套310内。滚珠套安装了两个滚棒轴承314和一个蜗轮309。如图3所示，右侧滚棒轴承314压入箱盖302，左侧滚棒轴承314压入箱体303。安装时先将蜗轮309装在滚珠套310上，再将滚珠套310压入箱体内左侧滚棒轴承314，然后盖上箱盖同时压入右侧滚棒轴承314。蜗轮309与蜗杆308配合，形成第一级减速结构。蜗杆308和大齿轮306组合安装在同一根轴上，接受大齿轮306传递的扭矩。大齿轮306和小齿轮307形成第二级减速机构。根据悬吊重量的不同，可设计多级大、小齿轮相互啮合的减速机构。最初级小齿轮连接在步进电机输出轴上，接受步进电机的输出扭矩。

承重轮312固定在箱体303上，并搭在悬吊梁(T字梁或工字梁)的上边沿313，将被悬吊物的重量由悬吊梁上传递给位置调节器箱体303，并通过箱体上方的主悬吊点301传递给主挂钩。在工作时，控制系统控制步进电机通过齿轮系统将扭矩传递给涡轮蜗杆机构，控制滚珠套以一定的角速度旋转，带动位置调节器沿丝杠左右移动。

控制系统的结构示意图见图4。控制系统包括电源、单片机(或小型工业电脑)、传感器和电机。电源包括蓄电池和/或市电供电电路，可以选择使用市电或蓄电池，根据步进电机的功率和负载自行选择供电方式。传感器包括至少两个角度传感器和至少两个角速度传感器；两个角度传感器分别设置于悬吊梁的两端；两个角速度传感器设置于箱体上。传感器采用双裕度设计，分别包括两个角度传感器和角速度传感器，以提高位置检测的可靠性。角度传感器和角速度传感器，可以使用三轴陀螺仪来将两者合二为一。电机为步进电机，小齿轮连接步进电机。电机和传动系统间有机械连接和定位。单片机(或小型工业电脑)和电源可以封装在一起，也可以分开，通过螺钉或卡子安装在箱体内，并通过电缆连接传感器和电机。

本发明提供的上述两点式自平衡吊挂装置，单个吊挂装置可用于不同尺寸、重量的被悬吊物，大大地拓宽了适用范围。

本发明的第二方面提供了一种如前的两点式自平衡吊挂装置的吊挂方法500，该方法用于自动找平，如图5所示，包括如下步骤：

步骤510，获取悬吊梁204的位置信息，包括获取悬吊梁204的角度信号和角速度信号。角度传感器负责收集悬吊梁的角度信息并传递给单片机，角速度传感器负责收集悬吊梁的角速度信号并传递给单片机。

步骤520，判断悬吊梁204是否处于稳定状态。单片机收到角度信号和角速度信号后，判断此时悬吊梁所处的空间位置。判断悬吊梁204是否处于稳定状态包括判断悬吊梁204是否处于水平位置、和/或悬吊梁204的摆动对称线是否是水平线。

步骤530，如果是，降低获取悬吊梁204的位置信息的频率并继续获取悬吊梁204的位置信息；如果否，则根据情况调节位置调节器300以调整主悬吊点的位置，使悬吊梁204处于水平位置。

在一些具体实施例中，根据情况调节位置调节器300以调整主悬吊点203的位置，使悬吊梁204处于水平位置的步骤包括：

判断悬吊梁204是规律的晃动，或是重心改变导致悬吊梁204偏离水平位置：

当悬吊梁204是规律的晃动，晃动幅度超过一预设阈值时，调节位置调节器300以调整主悬吊点的位置，使悬吊梁204处于水平位置；否则，不予调节；

当重心改变导致悬吊梁204偏离水平位置，调节位置调节器300以调整主悬吊点的位置，使悬吊梁204处于水平位置。

具体的，当系统在稳定悬吊时，单片机降低读取角度传感器和角速度传感器信号的频率。若系统受到扰动，使重心或悬吊梁偏离原来位置，传感器发现异常后，则单片机提高读取传感器信号的频率，并判断该扰动是规律的晃动，还是由于被悬吊物结构的改变导致的重心改变。若是前者，当摆动幅度不大于某特定值时，控制系统不采取措施，当摆动幅度过大时，控制系统控制位置调节器进行微调，降低该摆动；若是后者，则控制系统控制位置调节器重新进行平衡调节。

具体调节过程为：单片机控制步进电机运转，通过机械调节机构(即位置调节器)来调整主悬吊点位置。在悬吊梁调整过程中，单片机以某一时间间隔持续读取角度传感器和角速度传感器的信号，来达到闭环控制。

本发明的第三方面提供了另一种如前的两点式自平衡吊挂装置的在非自动找平状态下的吊挂方法600，如图6所示，该非自动找平的吊挂方法包括如下步骤：

步骤610，发出调节位置的命令给位置调节器300，将主悬吊点203调节至预定位置。控制人员通过有线控制或无线控制，向控制系统发出命令，移动主悬吊点到某一个特定位置上。

步骤620，获取悬吊梁204的位置信息。获取悬吊梁204的位置信息包括获取悬吊梁204的角度信号和角速度信号。

步骤630，判断悬吊梁204是否处于稳定状态。如果是，则调节结束；如果否，则回到第一步，继续调节，直至悬吊梁204处于稳定状态。当主悬吊点移动到位后，单片机读取角度传感器和角速度传感器的信号，来保证被悬吊物吊挂在此位置能保持稳定。判断悬吊梁204是否处于稳定状态包括判断悬吊梁204是否处于水平位置、和/或悬吊梁204的摆动对称线是否是水平线。

当控制系统意外断电或人为关闭电源时，蜗轮蜗杆的自锁结构保证了位置调节器停在最后一刻调整的位置，不会滑动。而且本发明的吊挂装置能够适应大多数情况下的悬吊需求，如自动找平和在任意位置停留。

本发明的上述两种工作方式——自动找平状态和非自动找平状态，这两种状态可以相互切换工作。

综上所述，本发明提供了一种两点式自平衡吊挂装置以及该吊挂装置的自动找平吊挂方法和非自动找平吊挂方法，该吊挂装置包括挂钩、悬吊绳、悬吊梁和位置调节器，该吊挂装置通过悬吊梁的位置信息由位置调节器自动进行位置调节、或通过发送人工控制命令给位置调节器进行位置调节，以达到悬吊梁稳定的状态。该吊挂装置的适用范围广，单个吊挂装置可用于不同尺寸、重量的被悬吊物；能够适应大多数情况下的悬吊需求，还可自动找平和在任意位置停留。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (12)

1.一种两点式自平衡吊挂装置，其特征在于，包括：挂钩、悬吊绳、悬吊梁(204)和位置调节器(208)；

所述挂钩包括主挂钩(201)和副挂钩(207)，所述悬吊绳包括主悬吊绳(202)和副悬吊绳(206)；

所述主挂钩(201)通过主悬吊绳(202)连接至主悬吊点(203)上，所述主悬吊点(203)设置在位置调节器(208)上；

所述位置调节器(208)连接至所述悬吊梁(204)，并可在所述悬吊梁(204)上移动，用于调整所述主悬吊点(203)的位置；

所述副挂钩(207)通过副悬吊绳(206)连接至副悬吊点(205)上，所述副悬吊点(205)固定设置在所述悬吊梁(204)下方；

还包括丝杆(209)，所述丝杆固定设置于悬吊梁(204)的上方，不可转动；

所述位置调节器(300)包括箱体(303)和箱盖(302)，所述箱体(303)和箱盖(302)通过紧固螺母固定连接；

所述位置调节器(300)内设置有控制系统、滚珠套(310)、第一级减速结构和第二级减速结构；

所述滚珠套(310)连接所述第一级减速结构，所述第一级减速结构连接所述第二级减速结构；所述第二级减速结构连接所述控制系统；

所述第一级减速结构包括蜗轮(309)和蜗杆(308)，所述第二级减速结构包括至少一个大齿轮(306)和至少一个小齿轮(307)；

所述丝杆(311)套接在所述滚珠套(310)内，所述滚珠套(310)连接所述蜗轮(309)；所述蜗杆(308)连接所述大齿轮(306)，所述小齿轮(307)连接所述控制系统；

所述控制系统包传感器；

所述传感器包括至少两个角度传感器(210)和至少两个角速度传感器；所述两个角度传感器(210)分别设置于所述悬吊梁(204)的两端；所述两个角速度传感器设置于箱体上；

当系统在稳定悬吊时，单片机降低读取角度传感器和角速度传感器信号的频率， 若系统受到扰动，使重心或悬吊梁偏离原来位置，传感器发现异常后，则单片机提高读取传感器信号的频率，并判断该扰动是规律的晃动，还是由于被悬吊物结构的改变导致的重心改变，若是前者，当摆动幅度不大于某特定值时，控制系统不采取措施，当摆动幅度过大时，控制系统控制位置调节器进行微调，降低该摆动；若是后者，则控制系统控制位置调节器重新进行平衡调节。

2.根据权利要求1所述的两点式自平衡吊挂装置，其特征在于，所述丝杆为滚珠丝杆(209)。

3.根据权利要求2所述的两点式自平衡吊挂装置，其特征在于，所述控制系统还包括电源、单片机和电机。

4.根据权利要求3所述的两点式自平衡吊挂装置，其特征在于，

所述电源包括蓄电池和/或市电供电电路；

和/或，所述电机为步进电机，所述小齿轮(307)连接所述步进电机。

5.根据权利要求4所述的两点式自平衡吊挂装置，其特征在于，所述蜗杆(309)为单头蜗杆，具有自锁功能；和/或，所述角度传感器和角速度传感器为三轴陀螺仪。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的两点式自平衡吊挂装置的自动找平吊挂方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取悬吊梁(204)的位置信息；

判断悬吊梁(204)是否处于稳定状态；

如果是，降低所述获取悬吊梁(204)的位置信息的频率并继续获取悬吊梁(204)的位置信息；

如果否，则根据情况调节所述位置调节器(300)以调整主悬吊点的位置，使所述悬吊梁(204)处于水平位置。

7.根据权利要求6所述的两点式自平衡吊挂装置的自动找平吊挂吊挂方法，其特征在于，所述获取悬吊梁(204)的位置信息包括获取悬吊梁(204)的角度信号和角速度信号。

8.根据权利要求6所述的两点式自平衡吊挂装置的自动找平吊挂吊挂方法，其特征在于，所述判断悬吊梁(204)是否处于稳定状态包括判断悬吊梁(204)是否处于水平位置、和/或所述悬吊梁(204)的摆动对称线是否是水平线。

9.根据权利要求6所述的两点式自平衡吊挂装置的自动找平吊挂吊挂方法，其特征在于，

所述根据情况调节所述位置调节器(300)以调整主悬吊点(203)的位置，使所述悬吊梁(204)处于水平位置的步骤包括：

判断悬吊梁(204)是规律的晃动，或是重心改变导致悬吊梁(204)偏离水平位置：

当悬吊梁(204)是规律的晃动，晃动幅度超过一预设阈值时，调节所述位置调节器(300)以调整主悬吊点的位置，使所述悬吊梁(204)处于水平位置；否则，不予调节；

当重心改变导致悬吊梁(204)偏离水平位置，调节所述位置调节器(300)以调整主悬吊点的位置，使所述悬吊梁(204)处于水平位置。

10.一种如权利要求1-5任一项所述的两点式自平衡吊挂装置的非自动找平吊挂吊挂方法，其特征在于，包括如下步骤：

发出调节位置的命令给所述位置调节器(300)，将所述主悬吊点(203)调节至预定位置；

获取悬吊梁(204)的位置信息，判断悬吊梁(204)是否处于稳定状态；

如果是，则调节结束；如果否，则回到第一步，继续调节，直至悬吊梁(204)处于稳定状态。

11.根据权利要求10所述的两点式自平衡吊挂装置的非自动找平吊挂吊挂方法，其特征在于，所述获取悬吊梁(204)的位置信息包括获取悬吊梁(204)的角度信号和角速度信号。

12.根据权利要求10所述的两点式自平衡吊挂装置的非自动找平吊挂吊挂方法，其特征在于，所述判断悬吊梁(204)是否处于稳定状态包括判断悬吊梁(204)是否处于水平位置、和/或所述悬吊梁(204)的摆动对称线是否是水平线。

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