[发明专利]一种极坐标方式水平自动调节吊具及方法

权利要求书

1.一种极坐标方式水平自动调节吊具，其特征在于：

具有一双层承力箱体，且承力箱体上层中安装有一根转动的配重梁，配重梁由两根E型钢材通过联接件连接而成，其配重梁的转轴分别与承力箱体的上表面板及中间隔板为轴承连接；

具有一吊耳，安装在承力箱体的上表面板的中部，用来与外部的天车吊钩或吊索相连；

具有两根水平翼梁，其顶面分别固接在承力箱体的下表面板的两端部，并且两翼梁相互平行；

具有四个翼梁吊钩分别位于两根水平翼梁底面的两端部，与吊绳连接，用来吊挂载荷；

具有一个配重块，安装在配重梁中，配重块两侧有凹槽，中心有螺纹孔，与丝杆为螺纹连接；

具有一根丝杠，丝杠穿过配重块的中心螺纹孔，一端通过轴承与配重梁相连接，另一端连接到减速箱的输出轴上；

具有一组滑轨，位于配重梁本体的内部，由两根E型钢材的中间突出部构成；滑轨与配重块的两凹槽为滑动连接，滑轨用于承受配重块的重量，同时将配重块的重量传递到配重梁上；丝杠与滑轨平行并带动配重块沿滑轨移动；

具有定位用径向复位开关固接于配重梁的转轴上，并且径向复位开关与转轴同轴线，法向复位开关26安装在承力箱体的中间隔板上表面的1/4位置处；

具有一台配重块用伺服电机及其减速箱，该伺服电机和减速箱均安装在配重梁的一端部；该伺服电机通过减速箱与丝杠相连，控制配重块的径向移动；

具有一台配重梁用伺服电机及其减速箱，该伺服电机和减速箱均安装在承力箱体的中间隔板的下表面上，减速箱的输出轴与配重梁的转轴相连；伺服电机通过螺栓固定在减速箱上，控制配重梁的转动角度；

具有一个控制器，安装在承力箱体的中间隔板的下表面上，用于接收二维倾角传感器传来的数据，并控制这两台伺服电机；

具有两个二维倾角传感器，对称安装在承力箱体的中间隔板上，其连线与翼梁相平行，用来测量沿翼梁的方向与水平面的倾角及在两翼梁构成的平面内与翼梁正交的方向与水平面的倾角。

2.如权利要求1所述的极坐标式水平自动调节吊具，其特征在于：配重梁是由两根E型钢材通过联接件连接而成的中空梁。

3.一种使用权利要求1所述的极坐标式水平自动调节吊具的方法，其步骤如下：

步骤1：驱动两伺服电机，将配重块和配重梁分别调整到各自的零点位置处，此状态为系统初始状态；

步骤2：起吊载荷，驱动配重块用伺服电机，将配重块移动到指定的径向位置，而保持配重梁的角度位置不变，仍然在零点角度位置上；

步骤3：系统稳定后，将二维倾角传感器所测得的承力箱体的两个水平倾角传递给控制器，并建立关于载荷质心偏心位置三个参数的两个数学方程；

步骤4：驱动配重梁用伺服电机，将配重梁旋转到指定的角度位置，同时保持配重块在配重梁上的位置不变；

步骤5：稳定后，再次将二维倾角传感器测得的承力箱体的水平倾角传递给控制器，从而又建立起关于载荷质心偏心位置三个参数的两个数学方程；

步骤6：联立关于载荷质心偏心位置三个参数的四个方程中的三个线性独立的方程，计算出载荷质心的偏心位置的三个参数，从而建立起配重块的极坐标位置与承力箱体的两个水平倾角的数学模型；

步骤7：由该数学模型，直接计算出使承力箱体的两个水平倾角为零时的配重梁的目标角度位置及配重块的目标径向位置；

步骤8：控制配重块用伺服电机，使配重块移动到目标径向位置，而配重梁的角度位置不变。

步骤9：控制配重梁用伺服电机，使配重梁转动到目标角度位置，而配重块的径向位置不变，从而实现载荷水平。

4.如权利要求3所述的极坐标式水平自动调节吊具的方法，其特征在于：通过转动配重梁及移动配重块来实现载荷水平的自动调节是采用重心补偿，重心补偿是配重梁由两根E型钢材通过联接件连接，在配重梁中安装有丝杠和定位用复位开关，配重梁中有一个配重块，配重块中间有螺纹孔和丝杠为螺纹连接，配重块用伺服电机驱动丝杠转动，带动配重块在滑轨上滑动，而配重梁用伺服电机控制配重梁的转动，从而改变配重块所产生的平衡力矩，实现载荷的水平调节。

5.如权利要求3所述的极坐标方式水平自动调节吊具的方法，其特征在于：所述配重块的极坐标位置和承力箱体的两个水平倾角满足的数学模型，如下所述：

其中，M为载荷的质量；z，r，α表示载荷质心的偏心位置的三个参数；分别为配重块的质量、在配重梁上的配重块的径向位置和配重梁的旋转角度；θ₁，θ₂分别为承力箱体的翼梁方向的水平倾角及两翼梁构成的平面上与翼梁正交的方向的水平倾角，H，m_b为承力箱体的厚度和质量。