CN111747291B - 一种多自由度自动调节通用吊装装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多自由度自动调节通用吊装装置，包括连接装置；所述连接装置套装在偏转机构中，偏转机构的端部安装在俯仰调节机构上，俯仰调节机构安装在回转机构上，回转机构垂直固定在水平圆盘状的吊点调节机构上，有多条吊梁组件可伸缩安装在吊点调节机构上，吊梁组件的端部装有吊锁。本发明能够在有限的结构空间内进行操作，实现对特种设备等形状、吊点位置呈任意变化的四点起吊负载，避免了使用吊带、钢丝绳等作为吊装元件而引起的晃动，能保证吊装过程平稳，且便于通过控制系统实现对各类重物的自动抓取和释放功能。

Description

一种多自由度自动调节通用吊装装置

技术领域

本发明涉及一种多自由度自动调节通用吊装装置。

背景技术

在大型吊装设备设计时，需解决以下几个技术难题：

a)稳定性问题：大型吊装设备在吊装过程中，对稳定性要求较高，对负载放置时需精确定位到放置点，在设计时必须充分考虑吊装过程中对负载位姿的调整，实现精确起吊和放置；

b)通用性问题：由于很多需要吊装的负载重量、重心及吊点位置各不相同，一个吊装装置只能实现一个负载的吊装，对吊装设备造成较大的浪费，大大增加了使用和维护成本，因此，在设计吊装装置时，需结合起吊负载需求，通过吊装设备的调节实现一个吊装装置起吊多个负载，减少吊装装置数量；

c)自动化问题：特别是对大负载吊装，由于起吊重物结构尺寸较大，如集装箱、大型机床包装箱及军用特种设备等形状、吊点位置呈任意变化的四点起吊负载，若采用普通吊带或吊钩起吊，操作人员对吊钩的挂接和取钩非常困难，费时费力，且人员高空作业和特殊环境作业存在较大安全隐患，特别是一些人员不能到达的特殊环境中(如核反应堆、热融池、高空及深井等)，传统的起吊方式难以实现。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多自由度自动调节通用吊装装置，该多自由度自动调节通用吊装装置通过机械结构实现对负载的自动调节姿态、抓取、释放，解决了较大体积负载吊装过程中对接、挂接、取钩困难、自动化程度低等问题，便于实现自动化和无人化吊装。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种多自由度自动调节通用吊装装置，包括连接装置；所述连接装置套装在偏转机构中，偏转机构的端部安装在俯仰调节机构上，俯仰调节机构安装在回转机构上，回转机构垂直固定在水平圆盘状的吊点调节机构上，有多条吊梁组件可伸缩安装在吊点调节机构上，吊梁组件的端部装有吊锁；连接装置带动偏转机构同轴转动，俯仰调节机构带动偏转机构沿俯仰面转动，回转机构带动俯仰调节机构沿水平面转动，吊点调节机构带动回转机构垂直移动；。

所述吊梁组件为四条，沿吊点调节机构的外环均布。

所述偏转机构内安装偏航齿圈，偏航齿圈为圆弧状，连接装置内安装有偏航电机，偏航电机通过齿轮带动偏航齿圈转动。

所述俯仰调节机构内装有俯仰电机，俯仰电机的输出轴上套装链条，链条还套装在回转机构侧面的链轮上，俯仰调节机构卡装在链轮上。

所述回转机构内装有回转电机，回转电机带动回转机构的内轴和外环相对旋转，链轮装在外环上，内轴同轴固定于吊点调节机构。

所述吊点调节机构朝下同轴安装有梯形螺杆，多条吊梁组件呈伞骨状支撑结构安装在吊点调节机构的圆盘状外侧面上和梯形螺杆上。

所述吊点调节机构内装有吊点调节电机，吊梁组件在梯形螺杆上安装于一螺母，吊点调节电机带动梯形螺杆转动。

所述吊锁由起重护罩、吊锁电机组成，吊锁电机安装在起重护罩内，与吊锁电机同轴有驱动轴贯穿起重护罩底面并安装在吊锁电机中，驱动轴中装有软轴，软轴底部有锁头；吊锁电机带动驱动轴相对于起重护罩转动。

所述起重护罩的外侧面底沿装有定位系统。

本发明的有益效果在于：能够在有限的结构空间内进行操作，实现对特种设备等形状、吊点位置呈任意变化的四点起吊负载，避免了使用吊带、钢丝绳等作为吊装元件而引起的晃动，能保证吊装过程平稳，且便于通过控制系统实现对各类重物的自动抓取和释放功能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中吊锁的结构示意图；

图3是图1中回转机构的内部结构示意图；

图中：1-连接装置，2-偏转机构，3-俯仰调节机构，4-回转机构，5-吊锁，6-吊梁组件，7-吊点调节机构，8-起重护罩，9-吊锁电机，10-驱动轴，11-软轴，12-锁头，13-定位系统。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1至图3所示的一种多自由度自动调节通用吊装装置，包括连接装置1；连接装置1套装在偏转机构2中，偏转机构2的端部安装在俯仰调节机构3上，俯仰调节机构3安装在回转机构4上，回转机构4垂直固定在水平圆盘状的吊点调节机构7上，有多条吊梁组件6可伸缩安装在吊点调节机构7上，吊梁组件6的端部装有吊锁5；连接装置1带动偏转机构2同轴转动，俯仰调节机构3带动偏转机构2沿俯仰面转动，回转机构4带动俯仰调节机构3沿水平面转动，吊点调节机构7带动回转机构4垂直移动；。

吊梁组件6为四条，沿吊点调节机构7的外环均布。

偏转机构2内安装偏航齿圈，偏航齿圈为圆弧状，连接装置1内安装有偏航电机，偏航电机通过齿轮带动偏航齿圈转动。

俯仰调节机构3内装有俯仰电机，俯仰电机的输出轴上套装链条，链条还套装在回转机构4侧面的链轮上，俯仰调节机构3卡装在链轮上。

回转机构4内装有回转电机，回转电机带动回转机构4的内轴和外环相对旋转，链轮装在外环上，内轴同轴固定于吊点调节机构7。

吊点调节机构7朝下同轴安装有梯形螺杆，多条吊梁组件6呈伞骨状支撑结构安装在吊点调节机构7的圆盘状外侧面上和梯形螺杆上。

吊点调节机构7内装有吊点调节电机，吊梁组件6在梯形螺杆上安装于一螺母，吊点调节电机带动梯形螺杆转动。

吊锁5由起重护罩8、吊锁电机9组成，吊锁电机9安装在起重护罩8内，与吊锁电机9同轴有驱动轴10贯穿起重护罩8底面并安装在吊锁电机9中，驱动轴10中装有软轴11，软轴11底部有锁头12；吊锁电机9带动驱动轴10相对于起重护罩8转动。

起重护罩8的外侧面底沿装有定位系统13。

实施例

采用上述方案，通用吊装装置由连接装置、偏转机构、俯仰调节机构、回转机构、吊锁、吊梁组件、吊点调节机构、定位系统等组成，连接装置与起重设备连接，是通用吊装装置的主要受力部件，采用Q345A钢板折弯焊接成型，连接装置与起重设备连接为一体，连接装置上安装有偏航电机和齿轮；以驱动偏转装置实现轴向偏转角的调整，偏航电机采用伺服力矩电机，通过电机内部位置传感器实现偏转角度的反馈和控制；偏转机构通过轴承套装在连接装置上，机构内安装偏航齿弧，偏航电机带动齿轮与偏转机构内部的偏航齿弧啮合实现通用吊装装置的轴向偏转；俯仰调节机构通过俯仰电机和链轮、链条驱动通用吊装装置实现对吊装装置俯仰角度的调节，俯仰电机采用伺服力矩电机，通过电机位置传感器完成俯仰角度的检测反馈和控制；回转机构与吊具调节机构安装在偏转机构前端，回转机构内部安装回转电机、减速器及角度检测传感器，电机驱动通用吊装装置完成轴向360°回转，完成吊点与负载起吊点之间的对准，角度检测传感器完成回转角度的测量反馈和控制。吊点调节机构由吊点调节电机、梯形螺杆、螺母及轴承等组成，通过吊点调节电机驱动梯形螺杆转动，带动螺母作直线运动，实现4个吊点在长度方向和宽度方向的无极调节，完成对不同尺寸负载的吊装；吊梁组件由起重梁、平衡梁、支撑梁及滑块等组成，是吊具的主要受力件之一，主要承受负载在各个吊点的重力，起重梁为焊接钢架结构，平衡梁保证吊锁始终与吊点调节机构轴线平行，滑块可在回转装置和吊点调节机构中的螺母上周向滑动，实现吊点宽度方向上的位置尺寸调节；吊锁由吊点回转电机、轴承、驱动轴、软轴及锁头等组成，其中吊锁电机驱动吊锁转动，完成负载的锁定和解锁，软轴采用钢丝软轴结构，安装在驱动轴和锁头之间，以消除吊点与负载起吊点之间的位置误差；定位系统安装在通用吊装装置末端吊锁上，由视觉相机、激光位移传感器和控制系统组成，通过视觉相机捕捉负载及放置目标点的位置信息，并将捕获的图片信息进行数字化处理后传输给控制系统，通过控制系统计算出目标点与当前通用吊装装置之间的相对位置关系，通过位姿解算后，将坐标转换为各执行机构的控制量，控制执行机构运动，到达目标位置，实现通用吊装装置对负载在抓取和放置。

由此，基于本申请的方案，该实施例：

①采用相机、激光距离传感器、关节的位移传感器，相机用于实现视觉伺服、激光距离传感器用于目标抓取和放置时精确运动控制和动作识别、关节位移传感器的信号传送给控制系统实现机械臂的正反解和运动控制，实现吊装全过程自动化控制。

②采用偏转机构、俯仰机构、回转机构等运动关节组合，实现通用吊装装置末端姿态的三个自由度自动调节，避免了使用吊带、钢丝绳等作为吊装元件而引起的晃动，保证吊装过程平稳，提高自动抓放机构可靠性。

③通过吊点调节机构，吊梁组件的自动调整，实现对吊点横向和纵向尺寸位置的无极调节，提高产品通用性。

④通过吊锁电机、软轴等结构设计，实现对负载的自动抓放，减轻操作人员工作强度，提高产品的安全性。

⑤通过控制系统对目标点与当前通用吊装装置之间的相对位置关系解算，并将坐标转换为各执行机构的控制量，控制执行机构运动，实现闭环控制，有效提高吊装速度，实现快速抓放、起吊负载。

Claims (4)

1.一种多自由度自动调节通用吊装装置，包括连接装置（1），其特征在于：所述连接装置（1）套装在偏转机构（2）中，偏转机构（2）的端部安装在俯仰调节机构（3）上，俯仰调节机构（3）安装在回转机构（4）上，回转机构（4）垂直固定在水平圆盘状的吊点调节机构（7）上，有多条吊梁组件（6）可伸缩安装在吊点调节机构（7）上，吊梁组件（6）的端部装有吊锁（5）；连接装置（1）带动偏转机构（2）同轴转动，俯仰调节机构（3）带动偏转机构（2）沿俯仰面转动，回转机构（4）带动俯仰调节机构（3）沿水平面转动，吊点调节机构（7）带动回转机构（4）垂直移动；所述偏转机构（2）内安装偏航齿圈，偏航齿圈为圆弧状，连接装置（1）内安装有偏航电机，偏航电机通过齿轮带动偏航齿圈转动；所述俯仰调节机构（3）内装有俯仰电机，俯仰电机的输出轴上套装链条，链条还套装在回转机构（4）侧面的链轮上，俯仰调节机构（3）卡装在链轮上；所述回转机构（4）内装有回转电机，回转电机带动回转机构（4）的内轴和外环相对旋转，链轮装在外环上，内轴同轴固定于吊点调节机构（7）；所述吊点调节机构（7）朝下同轴安装有梯形螺杆，多条吊梁组件（6）呈伞骨状支撑结构安装在吊点调节机构（7）的圆盘状外侧面上和梯形螺杆上；所述吊点调节机构（7）内装有吊点调节电机，吊梁组件（6）在梯形螺杆上安装于一螺母，吊点调节电机带动梯形螺杆转动。

2.如权利要求1所述的多自由度自动调节通用吊装装置，其特征在于：所述吊梁组件（6）为四条，沿吊点调节机构（7）的外环均布。

3.如权利要求1所述的多自由度自动调节通用吊装装置，其特征在于：所述吊锁（5）由起重护罩（8）、吊锁电机（9）组成，吊锁电机（9）安装在起重护罩（8）内，与吊锁电机（9）同轴有驱动轴（10）贯穿起重护罩（8）底面并安装在吊锁电机（9）中，驱动轴（10）中装有软轴（11），软轴（11）底部有锁头（12）；吊锁电机（9）带动驱动轴（10）相对于起重护罩（8）转动。

4.如权利要求3所述的多自由度自动调节通用吊装装置，其特征在于：所述起重护罩（8）的外侧面底沿装有定位系统（13）。

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