本发明属于吊装技术领域，尤其是涉及一种两吊点的通用吊装机器人及使用方法。
背景技术：
航天器快速发射的需求持续增强，在其组装及生产过程中，经常会用到两吊点吊装工装。由于被吊器材种类繁多，会造成一种吊装工装通常只能吊装一种器材。因此，吊装工装的利用率低，吊装工装繁杂、维护成本较高。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种两吊点的通用吊装机器人及使用方法，以有效解决吊装工装的通用性问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种两吊点的通用吊装机器人，包括骨架和至少一组辅吊装组件，所述辅吊装组件均滑动连接在骨架的底部，且辅吊装组件镜像设置在骨架的长度方向的两端，所述骨架上还安装有驱动辅吊装组件移动的丝杠驱动组件，所述辅吊装组件包括三分量力传感器，所述三分量力传感器用于测量辅吊装组件的受力情况；
所述吊装机器人还设有控制系统，所述控制系统用于接收信号并控制电器元件的打开和关闭。
进一步的，所述吊装机器人设有一组辅吊装组件，所述辅吊装组件一组的数量为2个。
进一步的，所述骨架的底部安装有导轨，所述辅吊装组件包括滑座、吊环座和辅吊环，所述滑座与所述导轨滑动连接，所述吊环座位于滑座的下方，所述三分量力传感器安装在滑座与吊环座之间，所述辅吊环转动连接至吊环座的底部。
进一步的，所述控制系统包括控制器和2个放大器，所述三分量力传感器分别与和其相对应的放大器通过线路连接，所述放大器与控制器通过线路连接。
进一步的，所述丝杠驱动组件包括丝杠本体、伺服电机和伺服驱动器，所述丝杠本体的两端均与所述骨架转动连接，所述滑座与丝杠本体螺纹连接，所述伺服电机安装在骨架的底部，所述丝杠本体的一端与伺服电机的输出轴固定连接，所述伺服电机与伺服驱动器通过线路连接，所述伺服驱动器与所述控制器通过线路连接。
进一步的，所述骨架的顶部的正中心安装有主吊环。
进一步的，所述骨架的顶部安装有支座，所述主吊环与支座转动连接。
一种两吊点的通用吊装机器人的使用方法，操作步骤如下：
(1)第一阶段预起吊，判断三分量力传感器是否有x向分力，并计算两个辅吊装组件在x向的位移d1和d2：
两辅吊装组件的三分量力传感器将采集到的各向分力fx1、fz1、fx2、fz2均通过放大器传送给控制器，通过控制器计算得到两辅吊装组件在x向的位移分别为d1和d2，再由控制器通过控制伺服驱动器驱动伺服电机，带动两辅吊装组件沿着导轨分别完成位移d1和d2，控制器判断两个三分量力传感器检测到的x向分力不为0，则重复上述操作，直至两个三分量力传感器检测到x向的分力为0或x向分力不大于z向分力的5％；
(2)第二阶段预起吊，判断被吊物质心是否与主吊点重合，并计算两个辅吊装组件在x向的位移d0：
计算可得两个辅吊装组件的动态坐标向量分别为x1和x2，并计算被吊物吊点的距离l0，起重设备通过吊装机器人再次对被吊物进行预起吊时，两辅吊装组件的三分量力传感器分别采集到z向分力更新覆盖掉之前的fz1、fz2数值，计算可得两辅吊装组件在x向的位移d0，控制器控制伺服驱动器驱动伺服电机，带动两辅吊装组件同时完成d0的位移，控制器判断d0不为0，则重复上述操作，直至d0＝0，即被吊物质心与主吊点重合。
进一步的，所述步骤(1)中d1和d2的计算公式为：
式中：
l为吊带长度；
fx1为吊点1的三分量力传感器x方向检测到的力；
fz1为吊点1的三分量力传感器z方向检测到的力；
fx2为吊点2的三分量力传感器x方向检测到的力；
fz2为吊点2的三分量力传感器z方向检测到的力；
d1为第一次预起吊后吊点1在x方向上的位移；
d2为第一次预起吊后吊点2在x方向上的位移。
进一步的，所述步骤(2)中x1、x2、l0与d0的计算公式为：
x1＝x10 d1，
x2＝x20 d2，
l0＝|x1-x2|；
式中：
l0为被吊物吊点距离；
x10为吊点1在x方向上的初始x轴坐标向量；
x20为吊点2在x方向上的初始x轴坐标向量；
d0为第二次预起吊后两吊点在x方向上的位移；
x1为吊点1在x方向上的动态坐标向量；
x2为吊点2在x方向上的动态坐标向量。
相对于现有技术，本发明所述的两吊点的通用吊装机器人及使用方法具有以下优势：
(1)本发明所述的两吊点的通用吊装机器人及使用方法，辅吊环具有沿x方向移动的功能，因此可适用于承载能力和承载范围内的所有被吊物。
(2)本发明所述的两吊点的通用吊装机器人及使用方法，机器人可通过算法自动计算被吊物吊点的距离，并调整两个吊点相对主吊点的位置，自动修正吊装机器人达到平衡状态。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的吊装机器人的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的吊装机器人的a部放大图；
图3为本发明实施例所述的吊装机器人使用方法框图；
图4为本发明实施例所述的吊装机器人电连接结构图。
附图标记说明：
1、骨架；11、支座；2、导轨；3、三分量力传感器；4、滑座；5、辅吊环；51、吊环座；6、丝杠本体；7、伺服电机；8、主吊环。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，采用笛卡尔坐标系，由于吊装机器人为两吊点吊装机器人，因此y方向上得不到分力，则x方向的力代表水平方向分力，z方向的力代表竖直方向的分力。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-4所示，一种两吊点的通用吊装机器人，包括骨架1和至少一组辅吊装组件，辅吊装组件均滑动连接在骨架1的底部，且辅吊装组件镜像设置在骨架1的长度方向的两端，骨架1上还安装有驱动辅吊装组件移动的丝杠驱动组件，辅吊装组件包括三分量力传感器3，三分量力传感器3用于测量辅吊装组件的受力情况；利用三分量力传感器3实现吊装机器人自动识别被吊物吊点距离及质心位置，自动化程度高，使得吊装机器人具有通用性。
吊装机器人还设有控制系统，控制系统用于接收信号并控制电器元件的打开和关闭。通过控制系统实现自动控制，提高吊装效率。
辅吊装组件可以设置多组，每组的数量为2个，且每组的2个辅吊装组件镜像设置在骨架1的长度方向的两端，第二组的辅吊装组件分别位于和其相对应的第一组的辅吊装组件的外侧，第三组的辅吊装组件分别位于和其相对应的第二组的辅吊装组件的外侧，以此类推，避免吊装过程中互相干涉。
优选的，吊装机器人设有一组辅吊装组件，辅吊装组件一组的数量为2个。
优选的，吊装机器人设有两组辅吊装组件，分别为第一组和第二组，辅吊装组件一组的数量为2个。每组的2个辅吊装组件镜像设置在骨架1的长度方向的两端，且第二组的辅吊装组件分别位于和其相对应的第一组的辅吊装组件的外侧，使得两组吊装组件在吊装过程中避免干涉。
吊装机器人的辅吊装组件还可以设置为三组(6个)或者四组(8个)，甚至更多，可根据实际情况进行选择。丝杠驱动组件与辅吊装组件配套设置，用于驱动辅吊装组件沿着导轨移动。
骨架1的底部安装有导轨2，辅吊装组件包括滑座4、吊环座51和辅吊环5，滑座4与导轨2滑动连接，吊环座51位于滑座4的下方，三分量力传感器3安装在滑座4与吊环座51之间，辅吊环5转动连接至吊环座51的底部。辅吊环5具有沿x方向移动的功能，因此可适用于承载能力和承载范围内的所有被吊物。
控制系统包括控制器和2个放大器，三分量力传感器3分别与和其相对应的放大器通过线路连接，放大器与控制器通过线路连接。控制器采用plc，可通过算法自动计算被吊物吊点的距离，并调整两个吊点相对主吊点的位置，自动修正吊装机器人达到平衡状态。
丝杠驱动组件包括丝杠本体6、伺服电机7和伺服驱动器，丝杠本体6的两端均与骨架1转动连接，所述滑座4与丝杠本体6螺纹连接，伺服电机7安装在骨架1的底部，丝杠本体6的一端与伺服电机7的输出轴固定连接，伺服电机7与伺服驱动器通过线路连接，伺服驱动器与控制器通过线路连接。骨架1的底部安装有若干的固定块，用以安装丝杠本体6，丝杠本体6的两端分别与和其相对应的固定块转动连接。采用丝杠作为动力元件，带动滑座4移动位置，具有摩擦阻力小、传动精度高的优点。
骨架1的顶部的正中心安装有主吊环8。主吊环8即为主吊点，通过在主吊点设置主吊环8使吊装机器人与起重设备相连。
骨架1的顶部安装有支座11，主吊环8与支座11转动连接。使得主吊环8能够自由转动释放吊绳扭转力，吊装过程中使骨架保持平稳状态。
控制器为plc，型号为mitsubishi-q00ujcpu-s8-set，无需梯形图程序即可持续监控最小值和最大值，满足从模拟量到定位的各种控制需求。
放大器的型号为kistler-5073a，具有噪声低，功率高的特点。
三分量力传感器3的型号为kistler-9367c，精度高，耦合小，经久耐用。
伺服电机7的型号为panasonic-msmj022g1u，反应快速，机电时间常数小、线性度高。
伺服驱动器的型号为panasonic-madkt1507e，通过搭载双自由度控制方式，实现了流畅的高速响应及追踪性能，提高了控制精度。
丝杠驱动组件的型号为misumi-bss2020_1100，传动精度较高，性价比高。
导轨的型号为misumi-sxwl33g_1400，移动元件和固定元件之间不用中间介质，而用滚动钢球，同时可以承担一定的扭矩负载，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。
一种两吊点的通用吊装机器人的使用方法如下：
操作步骤：
(1)第一阶段预起吊，判断三分量力传感器3是否有x向分力，并计算两个辅吊装组件在x向的位移d1和d2：
两辅吊装组件的三分量力传感器3将采集到的各向分力fx1、fz1、fx2、fz2均通过放大器传送给控制器，通过控制器计算得到两辅吊装组件在x向的位移分别为d1和d2，再由控制器通过控制伺服驱动器驱动伺服电机7，带动两辅吊装组件沿着导轨分别完成位移d1和d2，控制器判断两个三分量力传感器3检测到的x向分力不为0，则重复上述操作，直至两个三分量力传感器3检测到x向的分力为0或x向分力不大于z向分力的5％；
其中：
l为吊带长度；
fx1为吊点1的三分量力传感器x方向检测到的力；
fz1为吊点1的三分量力传感器z方向检测到的力；
fx2为吊点2的三分量力传感器x方向检测到的力；
fz2为吊点2的三分量力传感器z方向检测到的力；
d1为第一次预起吊后吊点1在x方向上的位移；
d2为第一次预起吊后吊点2在x方向上的位移；
(2)第二阶段预起吊，判断被吊物质心是否与主吊点重合，并计算两个辅吊装组件在x向的位移d0：
计算可得两个辅吊装组件的动态坐标向量分别为x1和x2，并计算被吊物吊点的距离l0，起重设备通过吊装机器人再次对被吊物进行预起吊时，两辅吊装组件的三分量力传感器3分别采集到z向分力更新覆盖掉之前的fz1、fz2数值，计算可得两辅吊装组件在x向的位移d0，控制器控制伺服驱动器驱动伺服电机7，带动两辅吊装组件同时完成d0的位移，控制器判断d0不为0，则重复上述操作，直至d0＝0，即被吊物质心与主吊点重合。
其中：
x1＝x10 d1，
x2＝x20 d2，
l0＝|x1-x2|；
l0为被吊物吊点距离；
x10为吊点1在x方向上的初始x轴坐标向量；
x20为吊点2在x方向上的初始x轴坐标向量；
d0为第二次预起吊后两吊点在x方向上的位移；
x1为吊点1在x方向上的动态坐标向量；
x2为吊点2在x方向上的动态坐标向量；
在被吊物由预起吊到完全起吊的过程中，吊装机器人可按照如上原理实现姿态的不断修正。
在对被吊物起吊之前，操作者也可提前输入被吊物两吊点的距离，这时机器人可跳过求解被吊物吊点距离这一步，直接进入步骤(2)进行后续修正。
在对被吊物进行预起吊时(吊带已经受力，但被吊物未被吊起)，三分量力传感器3将吊带传递过来的拉力分解成x、y、z三个方向的力。
第一阶段预起吊，通过步骤(1)判断三分量力传感器3是否有x向分力，所述吊装机器人上的两个吊点具有x方向的移动能力，因此，当已知吊带长度时，通过计算x、z两个方向的力的比值即可得到每个吊点应在x方向上移动的距离，进而求得被吊物吊点的距离。第二阶段预起吊通过步骤(2)判断被吊物质心是否与主吊点重合，被吊物再次进入预起吊状态，此时吊带都处于竖直状态，通过两吊点z方向上的力计算出质心的位置。此时两吊点x方向同时移动，使得吊装机器人的主吊点与两个下吊装点达到平衡状态。一直到被吊物完全起吊之前，机器人可持续自动调整吊点的相对位置。
吊装机器人为两吊点吊装机器人(每个吊点设有一个辅吊装组件实现吊装功能)，辅吊环具有沿x方向移动的功能，因此可适用于承载能力和承载范围内的所有被吊物。为了实现吊装机器人自动识别被吊物吊点距离及质心位置，引入了三分量力传感器3，机器人可通过算法自动计算被吊物吊点的距离，并调整两个吊点相对主吊点的位置，自动修正吊装机器人达到平衡状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种两吊点的通用吊装机器人，其特征在于：包括骨架和至少一组辅吊装组件，所述辅吊装组件均滑动连接在骨架的底部，且辅吊装组件镜像设置在骨架的长度方向的两端，所述骨架上还安装有驱动辅吊装组件移动的丝杠驱动组件，所述辅吊装组件包括三分量力传感器，所述三分量力传感器用于测量辅吊装组件的受力情况；
所述吊装机器人还设有控制系统，所述控制系统用于接收信号并控制电器元件的打开和关闭。
2.根据权利要求1所述的一种两吊点的通用吊装机器人，其特征在于：所述吊装机器人设有一组辅吊装组件，所述辅吊装组件一组的数量为2个。
3.根据权利要求2所述的一种两吊点的通用吊装机器人，其特征在于：所述骨架的底部安装有导轨，所述辅吊装组件包括滑座、吊环座和辅吊环，所述滑座与所述导轨滑动连接，所述吊环座位于滑座的下方，所述三分量力传感器安装在滑座与吊环座之间，所述辅吊环转动连接至吊环座的底部。
4.根据权利要求3所述的一种两吊点的通用吊装机器人，其特征在于：所述控制系统包括控制器和2个放大器，所述三分量力传感器分别与和其相对应的放大器通过线路连接，所述放大器与控制器通过线路连接。
5.根据权利要求4所述的一种两吊点的通用吊装机器人，其特征在于：所述丝杠驱动组件包括丝杠本体、伺服电机和伺服驱动器，所述丝杠本体的两端均与所述骨架转动连接，所述滑座与丝杠本体螺纹连接，所述伺服电机安装在骨架的底部，所述丝杠本体的一端与伺服电机的输出轴固定连接，所述伺服电机与伺服驱动器通过线路连接，所述伺服驱动器与所述控制器通过线路连接。
6.根据权利要求1所述的一种两吊点的通用吊装机器人，其特征在于：所述骨架的顶部的正中心安装有主吊环。
7.根据权利要求6所述的一种两吊点的通用吊装机器人，其特征在于：所述骨架的顶部安装有支座，所述主吊环与支座转动连接。
8.使用权利要求1-7任意一项所述的一种两吊点的通用吊装机器人的方法，其特征在于：操作步骤如下：
(1)第一阶段预起吊，判断三分量力传感器是否有x向分力，并计算两个辅吊装组件在x向的位移d1和d2：
两辅吊装组件的三分量力传感器将采集到的各向分力fx1、fz1、fx2、fz2均通过放大器传送给控制器，通过控制器计算得到两辅吊装组件在x向的位移分别为d1和d2，再由控制器通过控制伺服驱动器驱动伺服电机，带动两辅吊装组件沿着导轨分别完成位移d1和d2，控制器判断两个三分量力传感器检测到的x向分力不为0，则重复上述操作，直至两个三分量力传感器检测到x向的分力为0或x向分力不大于z向分力的5％；
(2)第二阶段预起吊，判断被吊物质心是否与主吊点重合，并计算两个辅吊装组件在x向的位移d0：
计算可得两个辅吊装组件的动态坐标向量分别为x1和x2，并计算被吊物吊点的距离l0，起重设备通过吊装机器人再次对被吊物进行预起吊时，两辅吊装组件的三分量力传感器分别采集到z向分力更新覆盖掉之前的fz1、fz2数值，计算可得两辅吊装组件在x向的位移d0，控制器控制伺服驱动器驱动伺服电机，带动两辅吊装组件同时完成d0的位移，控制器判断d0不为0，则重复上述操作，直至d0＝0，即被吊物质心与主吊点重合。
9.根据权利要求8所述的一种两吊点的通用吊装机器人的使用方法，其特征在于：所述步骤(1)中d1和d2的计算公式为：
式中：
l为吊带长度；
fx1为吊点1的三分量力传感器x方向检测到的力；
fz1为吊点1的三分量力传感器z方向检测到的力；
fx2为吊点2的三分量力传感器x方向检测到的力；
fz2为吊点2的三分量力传感器z方向检测到的力；
d1为第一次预起吊后吊点1在x方向上的位移；
d2为第一次预起吊后吊点2在x方向上的位移。
10.根据权利要求8所述的一种两吊点的通用吊装机器人的使用方法，其特征在于：所述步骤(2)中x1、x2、l0与d0的计算公式为：
x1＝x10 d1，
x2＝x20 d2，
l0＝|x1-x2|；
式中：
l0为被吊物吊点距离；
x10为吊点1在x方向上的初始x轴坐标向量；
x20为吊点2在x方向上的初始x轴坐标向量；
d0为第二次预起吊后两吊点在x方向上的位移；
x1为吊点1在x方向上的动态坐标向量；
x2为吊点2在x方向上的动态坐标向量。
技术总结