用于提升和安置载荷的具有六个自由度的自平衡设备制造技术

技术编号:13909577 阅读:156 留言:0更新日期:2016-10-26 23:05
本发明专利技术涉及下述设备,该设备用于无论载荷的重心位置如何都以自平衡的方式提升和安置该载荷。该设备包括适于自常规提升点悬挂的上平台、适于附接要被提升和安置的载荷的下平台以及六自由度的致动器,该六自由度的致动器包括六个可变长度的筋束并适于使下框架相对于上框架在三个空间方向上移动并且围绕三个空间轴线倾斜。由上平台支承的可配置的配重系统布置成用于在水平面上改变设备的质心,并且处理装置配置成用于动态地计算配重系统的期望位置,以使设备相对于常规提升点平衡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及用于稳定和处理被提升的载荷的设备。本专利技术的目的是提供下述设备,该设备用于无论载荷的重心位置如何都以自动平衡的方式提升和安置载荷,使得尺寸和形状不同的许多各种不同的部件因而能够在空中运送并且容易地且安全地被操作。
技术介绍
被提升的物体的潜在运动可以借助于笛卡儿坐标系统——在笛卡儿坐标系统中,z轴在竖向方向上,而x轴和y轴形成水平面——而被最佳地预想到。被提升的物体绕z轴的旋转因而被定义为偏转,绕x轴的旋转被定义为俯仰,并且绕y轴的旋转被定义为滚动。在典型的载荷运送应用中,起重机将具有单个起吊线缆,该单个起吊线缆仅在z方向上是稳定的。如果从侧向施加外力,则载荷将滚动、俯仰或偏转,或者将在x方向和y方向上摇摆。在载荷正在被提升时,重要的是,由提升设备和载荷形成的组件的质心与提升点沿竖向对准以使组件平衡。否则,组件可能摇晃和摆动,从而引起对部件自身的损坏、对周围设备的损坏或甚至引起对操作员的伤害。因此,现有技术长期以来认识到需要对这些不期望的运动进行补偿,并且因此,已经研发出用于稳定被提升的载荷的各种解决方案。例如,美国专利US-4.883.184描述了一种处于被稳定的方式下的线缆装置及提升平台。该提升平台将载荷紧固至紧固装置,并且该平台能够通过附接托架而自起重机悬挂。附接托架包括线缆绞盘,六根线缆悬挂在绞盘上并且附接至提升平台。附接托架还包括线缆导引装置,该线缆导引装置将所述六根线缆以三个线缆对——优选地被等距地间隔开——的形式导引离开绞盘。为了将线缆紧固至提升平台,平台包括具有三个线缆附接点的附接框架,所述三个线缆附接点优选地相对于彼此等距地间隔开。提升平台通过感测载荷相对于平台质心的不平衡并且对载荷进行重新定位以校正所述不平衡而有助于使载荷的起吊稳定。美国专利US-4.932.541描述了一种稳定的货物处理系统,该货物处理系统利用了这样的装置:该装置用于通过使用在动力学装置中张紧的六个单独控制的线缆来以全部的六个自由度稳定悬挂的货物。与线缆驱动装置联接的惯性和距离传感器提供了用以自动地控制多线缆式起重机的装置。另一方面,六自由度的致动装置——通常被称为六足装置——通常用在例如飞行或驾驶模拟器中,其中,所述飞行或驾驶模拟器能够使其上安装模拟舱的平台在空间中以六个自由度移动。众所周知的现有技术移动式平台是斯图尔特平台(Stewart platform),斯图尔特平台基于的是允许具有六个自由度的运动的六足定位装置的使用。这些平台的该类型运动形成了一系列平行机械手(robots)的一部分。美国专利公开US2009/0035739 A1和US2012/0180593 A1更详细地描述和示出了斯图尔特平台的示例。通常,斯图尔特平台包括固定的下板、六个伸缩式致动器以及移动式上板,其中,伸缩式致动器在其相反端处枢转地连接至基板并连接至移动式上板,在基板和移动式上板中的每一者上设置有三个附接点,其中,相应对的伸缩式致动器连接至这三个附接点。由于此已知的装置,移动式上板具有六个自由度,即,关于x轴、y轴和z轴既能够旋转又能够平移。线缆悬挂的机械手或筋束驱动的机械手——通常被称为线缆机械手(cable robot)——也是已知的并且是基于附接至移动式平台的多个线缆,该移动式平台可以载有一个或更多个操纵器或机械手。该平台通过可以使线缆延伸或缩回的马达来操纵。线缆机械手用于三维工作空间中的各种操纵任务,例如材料处理、触觉技术等。美国专利公开US2009/0066100A1涉及这种类型的线缆机械手。在航空工业中,较大且较重的部件如水平尾翼平面件、机翼或机身部段必须被吊起并且在工厂或组装场内从一个工作站运送至另一工作站。对于此任务,提升机构比如千斤顶或绞盘通常用于提供用以起
吊该部件所必须的提升力。提升和安置这些大型飞行器部件是具有挑战性的,这是因为具有不同大小和重量且重心位置先前未知的各种不同的部件必须在工厂内进行运送和处理。一个经典的解决方案是为每个部件提供专用的提升设备,但此解决方案非常昂贵并且麻烦,因为需要大量的提升设备(夹具)。因此,尽管已经已知许多自平衡的载荷提升系统,但这些系统中没有一个是为解决在航空工业中提升和处理大型飞行器部件的问题而具体构思的。
技术实现思路
本专利技术通过提供下述设备来解决现有技术的上述缺点,该设备用于在预先不知道要提升的载荷的重心位置的情况下以自平衡方式提升和安置载荷。本专利技术的设备包括两个叠置的平台,即上平台和下平台,上平台要由外部的常规起吊设备提升,比如在使用中,该装置从至少一个提升点处被悬吊,下平台要附接至待运送和定位的工件或部件,比如在使用中,此部件附接至下平台。另外,该设备包括六自由度的致动器,该六自由度的致动器包括六个可变长度的筋束,其中,每个筋束与上平台联接且与下平台联接,以此方式使得下平台借助于这六个可变长度的筋束而从上平台悬挂。对于这些连接,在上平台和下平台上分别限定三个附接点,使得每个附接点连接一对筋束。位于上平台处的三个附接点处于同一平面中并且在本专利技术的优选实施方式中彼此等距地间隔开,使得这些附接点为等边三角形构型的三个顶点。同样地,位于下平台处的三个附接点处于同一平面中并且在本专利技术的优选实施方式中彼此等距地间隔开,使得这些附接点为等边三角形构型的三个顶点并且位于下平台处。然而,在本专利技术的其他优选实施方式中,为上平台和下平台考虑了其他类型的三角形构型。优选地,上平台和/或下平台具有三角形框架、优选地等边三角形
框架,使得每个三角形框架或平台限定这些顶点,这些顶点在等边构型的情况下等距地间隔开。当上平台和下平台二者包括相应的等边三角形框架时,这两个叠置的框架的相对位置偏移,即每个三角形框架的顶点在竖向上没有对准。通过此布置,待提升的部件的载荷由所述筋束支撑,因而,当设备使用时,筋束主要通过正在被提升的载荷以及通过下平台的载荷而被张紧。由于筋束的数量等于自由度,因此竖向载荷的施加意味着所有的筋束应当受到拉伸载荷。如果重心的位置不满足所确定的几何条件,则一个或若干个筋束可能受到压缩载荷。由于筋束仅能够支撑拉伸载荷,因此这种情况将最终引起装置的坍塌。每个可变长度的筋束是适于例如借助于绞盘机构或类似装置而线性地延伸和缩回的长形的柔性元件,例如可调节的线缆或可调节的带。优选地,每个可变长度的筋束的一端以铰接方式连接至下平台的连接点或顶点,并且另一端连接至位于上平台中的绞盘。所述铰接的连接可以通过孔眼、勾链或任意其他类型的线缆配件或硬件来实现。通过以已知的方式操作六自由度的致动器,即通过单独地并且以协调的方式改变可变长度的筋束的长度,下平台(以及进而,附接至下平台的工件)可以相对于上平台在三个空间方向上移动并且围绕三个空间轴线(x、y、z)倾斜(相对于上平台的中心或相对于下平台的中心),从而实现总共六个自由度。该设备还包括可配置的配重系统,该可配置的配重系统由上平台支承并适于调平上平台以保持上平台水平。该配重系统的可配置特性意味着该配重系统的质量分布是可变化的,更具体地,该配重系统的质量分布在平面内变化以保持上平台水平,从而补偿在不考虑部件的重心的情况下提升部件时或在改变被提升的部件的位置时在设备中引起的任何偏心。所述质量分布可以例如本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于以自平衡的方式提升和安置载荷的具有六个自由度的设备,所述设备包括:上平台,所述上平台适于从常规提升点悬挂;下平台,所述下平台布置在所述上平台下方并且适于保持待被提升和安置的载荷;六自由度的致动器,所述六自由度的致动器包括与所述上平台连接并与所述下平台连接的六个可变长度的筋束,使得所述下平台通过所述六个可变长度的筋束从所述上平台悬吊,其中,所述六自由度的致动器适于使下框架相对于上框架在三个空间方向上移动并且绕三个空间轴线倾斜;至少一个可配置的配重系统,所述至少一个可配置的配重系统由所述上平台支承并且布置成用于在水平面上改变所述设备的质心,因而具有最少两个自由度;载荷测量装置,所述载荷测量装置适于单独测量由所述六个可变长度的筋束中的每个可变长度的筋束传递的力;处理装置,所述处理装置配置成用于基于由所述载荷测量装置提供的重量和重心测量值动态地计算所述配重系统的期望位置,以使所述设备相对于所述中央提升点平衡;以及配重系统控制装置,所述配重系统控制装置用于将所述配重系统移动至由所述处理装置计算出的所述期望位置。

【技术特征摘要】
2015.04.15 EP 15382183.01.一种用于以自平衡的方式提升和安置载荷的具有六个自由度的设备,所述设备包括:上平台,所述上平台适于从常规提升点悬挂;下平台,所述下平台布置在所述上平台下方并且适于保持待被提升和安置的载荷;六自由度的致动器,所述六自由度的致动器包括与所述上平台连接并与所述下平台连接的六个可变长度的筋束,使得所述下平台通过所述六个可变长度的筋束从所述上平台悬吊,其中,所述六自由度的致动器适于使下框架相对于上框架在三个空间方向上移动并且绕三个空间轴线倾斜;至少一个可配置的配重系统,所述至少一个可配置的配重系统由所述上平台支承并且布置成用于在水平面上改变所述设备的质心,因而具有最少两个自由度;载荷测量装置,所述载荷测量装置适于单独测量由所述六个可变长度的筋束中的每个可变长度的筋束传递的力;处理装置,所述处理装置配置成用于基于由所述载荷测量装置提供的重量和重心测量值动态地计算所述配重系统的期望位置,以使所述设备相对于所述中央提升点平衡;以及配重系统控制装置,所述配重系统控制装置用于将所述配重系统移动至由所述处理装置计算出的所述期望位置。2.根据权利要求1所述的设备,其中,所述上平台具有在第一平面内间隔开的三个顶点,并且其中,所述下平台具有在第二平面内间隔开的三个顶点,并且其中,所述可变长度的筋束中的每个可变长度的筋束以铰接的方式与所述下平台的一个顶点联接且与所述上平台的一个顶点联接。3.根据权利要求1或2所述的设备,其中,所述下框架借助于所述可变长度的筋束从所述上框架悬吊,使得所述可变长度的筋束能够由所述下平台的重量以及附接至所述下平台的任何载荷张紧。4.根据权利要求3所述的设...

【专利技术属性】
技术研发人员:费尔南多·恩里克·埃斯特万芬克弗朗西斯科·乔斯·莱昂阿雷瓦洛恩里克·德尔波佐波利多罗曼纽尔·佩雷斯洛佩兹
申请(专利权)人:空中客车防务和空间公司
类型:发明
国别省市:西班牙;ES

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