《一種太空飛行器水平調節吊具》是北京衛星環境工程研究所於2011年12月20日申請的專利，該專利的公布號為CN102556831A，授權公布日為2012年7月11日，發明人是傅浩、唐賴穎、孫剛、崔俊峰、劉宏陽、代衛兵、熊濤、張延磊、劉玉剛、孫繼鵬、廉華卿。
《一種太空飛行器水平調節吊具》提供了一種用於太空飛行器吊裝的水平調節吊具，包括吊環組件、XY工作檯、吊梁和吊帶，其中，吊梁的上部設定有XY工作檯，XY工作檯的頂部中心與吊環組件通過萬向節鉸接，吊梁的下部設定有四根吊帶，XY工作檯包括有X工作檯和Y工作檯，X工作檯通過滑軌在Y工作檯上沿X向滑動，Y工作檯通過滑軌在吊樑上沿Y向滑動；吊環組件包括供與天車吊鉤連線的吊環、中間承力結構、二維傾角感測器b以用於測量天車與吊鉤的傾斜角度。該發明的用於太空飛行器吊裝的水平調節吊具，與2011年之前的技術相比，攻克了在二維平面內自動水平調節的難題，實現了測量、調節過程的數位化和自動化，提高了吊裝精度和吊裝效率，降低了操作人員的勞動強度。
2020年7月14日，《一種太空飛行器水平調節吊具》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種太空飛行器水平調節吊具》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種太空飛行器水平調節吊具
- 申請人：北京衛星環境工程研究所
- 申請日：2011年12月20日
- 申請號：2011104287223
- 公布號：CN102556831A
- 公布日：2012年7月11日
- 發明人：傅浩、唐賴穎、孫剛、崔俊峰、劉宏陽、代衛兵、熊濤、張延磊、劉玉剛、孫繼鵬、廉華卿
- 地址：北京市海淀區友誼路104
- Int. Cl.：B66C1/12(2006.01)I、B66C13/08(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2011年前，大型組部件、艙段的精密對接與分解裝配均採用吊裝的方式完成，在對接與分解的過程中需要保持對接面水平。
由於太空飛行器的實際質心位置與理論質心位置存在一定的差異，容易造成吊裝傾斜，引起太空飛行器對接面的點接觸，從而損傷對接面，損壞定位銷（或導向銷）；同時，由於實際質心位置與理論質心位置的偏差，吊裝過程中會產生旋轉力矩，使得太空飛行器產生擺動，這樣就容易產生碰撞，損傷太空飛行器或操作人員。
為保證太空飛行器吊裝過程的水平起吊與對接，2011年前的解決方法是在吊具的吊帶（或吊索）上串聯花籃螺絲，通過調節各吊帶的長度，達到調節太空飛行器水平度的目的。但由於採用目視指揮和人工調節，過多依賴操作人員個體技能水平和經驗，基本屬於臨機處置的模式指揮吊車進行手工對接或分解，對接分解區域存在許多視線盲區，對配合尺寸比較精確和導向行程較大的吊裝來說，存在產品發生磕碰、擦傷的風險，效率低，且對接精度難以保證。
由於2011年之前的的吊裝方法存在上述不足，對新型、高效、安全的吊具的需求就顯得十分迫切。2011年前，自動水平調節吊裝技術，尤其是二維的水平調節吊裝技術，是工程裝配技術中比較關鍵的一門技術。大型飛行器、直升機、太空飛行器、飛彈以及汽車的吊裝配領域，都是水平調節技術得以發揮作用的地方。行業內的相關公司企業以及一些研究部門，都投入了較大的人力、物力和財力，以提高吊具水平調節的精度，加快裝配速度。
發明內容
專利目的
《一種太空飛行器水平調節吊具》的目的是要提供一套用於太空飛行器吊裝的高精度二維水平調節的吊具，旨在利用自動化的手段解決2011年之前的太空飛行器吊裝效率低下、對接質量依賴人為因素的問題，滿足太空飛行器精密快速吊裝的需求，保障大型部件、艙段等產品的吊裝質量和吊裝安全，實現太空飛行器吊裝技術水平的提升。
技術方案
一種用於太空飛行器吊裝的水平調節吊具，包括吊環組件、XY工作檯、吊梁和吊帶，其中，吊梁的上部設定有XY工作檯，XY工作檯的頂部中心與吊環組件通過萬向節鉸接，吊樑上部設有用於測量吊梁傾斜量的二維傾角感測器a，吊梁的下部設定有四根吊帶，每根吊帶的上部分別串聯有一個拉力感測器，XY工作檯包括有X工作檯和Y工作檯，X工作檯內設定有驅動電機和絲槓，電機驅動絲槓，推動X工作檯在Y工作檯上沿X向滑動，Y工作檯內也設定有驅動電機和絲槓，電機驅動絲槓，推動Y工作檯在吊樑上沿Y向滑動，從而實現工作檯上的吊點在XY平面內任意位置自由滑動；吊環組件包括供與天車吊鉤連線的吊環、中間承力結構、二維傾角感測器b，中間承力結構為二維傾角感測器b設定安裝接口，以用於測量天車與吊鉤的傾斜角度，太空飛行器吊裝過程中吊梁與太空飛行器的傾斜角由二維傾角感測器a測量並通過XY工作檯的相對滑動進行水平調節，吊環組件上的二維傾角感測器b測得天車吊鉤相對天車的傾斜角度，通過調整天車的位置使天車與吊鉤在同一鉛垂線上。
優選地，XY工作檯上還設定有電控箱。電控箱內置電池及監控電路、電機及驅動電路、感測器採樣及AD轉換電路、無線收發電路、LED數顯電路。用於採集感測器的示數，顯示在LED上，並通過無線收發模組下傳至手持控制器；同時通過無線收發模組接收的控制指令驅動電機執行，進行調節XY工作檯的位置；此外，電池監控電路對電池的電量、電壓、溫度進行監控，並通過無線收發模組傳送至手持控制器進行顯示和報警。
此外，XY工作檯上還設定有LED顯示器，用於顯示吊具下各個吊帶的承載力以及吊梁和吊環組件的傾角，方便使用者對吊裝狀態的了解和把握，便於其對吊裝過程的控制。
此外，X工作檯和Y工作檯還設定有限位裝置。
改善效果
《一種太空飛行器水平調節吊具》的用於太空飛行器吊裝的水平調節吊具，與2011年之前的技術相比，攻克了在二 維平面內自動水平調節的難題，實現了測量、調節過程的數位化和自動化，提高了吊裝精度和吊裝效率，降低了操作人員的勞動強度，水平調節過程在180秒內完成，水平度優於4.1毫米/米。
附圖說明
圖1是《一種太空飛行器水平調節吊具》的用於太空飛行器吊裝的二維水平調節的吊具結構示意圖；
圖2是根據《一種太空飛行器水平調節吊具》的用於太空飛行器吊裝的二維水平調節的吊具的吊環組件結構示意圖；
圖3是根據《一種太空飛行器水平調節吊具》的用於太空飛行器吊裝的二維水平調節的吊具的XY工作檯結構示意圖；
其中，1、吊環組件；2、XY工作檯；3、吊梁；4、吊帶；5、LED顯示器；6、電控箱；7、二維傾角感測器a；8、拉力感測器；9、吊環；10、中間承力結構；11、二維傾角感測器b；12、萬向節；13、X工作檯；14、Y工作檯；15、滑軌；16、電機；17、絲槓。
技術領域
《一種太空飛行器水平調節吊具》屬於太空飛行器總裝吊裝領域，具體涉及一種用於太空飛行器的自動水平調節吊具。
權利要求
1.一種用於太空飛行器吊裝的水平調節吊具，包括吊環組件、XY工作檯、吊梁和吊帶，其中，吊梁的上部設定有XY工作檯，XY工作檯的頂部中心與吊環組件通過萬向節鉸接，吊樑上部設有用於測量吊梁傾斜量的二維傾角感測器a，吊梁的下部設定有四根吊帶，每根吊帶的上部分別串聯有一個拉力感測器，XY工作檯包括有X工作檯和Y工作檯，X工作檯通過滑軌可垂直滑動地設定在Y工作檯上，X工作檯內設定有驅動電機和絲槓，電機驅動絲槓，推動X工作檯在Y工作檯上沿X向滑動，Y工作檯內也設定有驅動電機和絲槓，電機驅動絲槓，推動Y工作檯在吊樑上沿Y向滑動，從而實現工作檯上的吊點在XY平面內任意位置自由滑動；吊環組件包括供與天車吊鉤連線的吊環、中間承力結構、二維傾角感測器b，中間承力結構為二維傾角感測器b設定安裝接口，以用於測量天車與吊鉤的傾斜角度，太空飛行器吊裝過程中吊梁與太空飛行器的傾斜角由二維傾角感測器a測量並通過XY工作檯的相對滑動進行水平調節，吊環組件上的二維傾角感測器b測得天車吊鉤相對天車的傾斜角度，通過調整天車的位置使天車與吊鉤在同一鉛垂線上。
2.如權利要求1所述的水平調節吊具，其特徵在於，XY工作檯上還設定有電控箱，電控箱內置電池及監控電路、電機驅動電路、感測器採樣及AD轉換電路、無線收發電路、LED數顯電路，用於採集感測器的示數，顯示在LED上，並通過無線收發模組下傳至手持控制器；同時通過無線收發模組接收的控制指令驅動電機執行，進行調節XY工作檯的位置；電池監控電路對電池的電量、電壓、溫度進行監控，並通過無線收發模組傳送至手持控制器進行顯示和報警。
3.如權利要求1所述的水平調節吊具，其特徵在於，XY工作檯上還設定有LED顯示器，用於顯示吊具下各個吊帶（或吊索）的承載力以及吊梁和吊環組件的傾角，以便於使用者對吊裝過程進行控制。
4.如權利要求1-4任一項所述的水平調節吊具，其特徵在於，X工作檯和Y工作檯還設定有限位裝置。
實施方式
圖1為《一種太空飛行器水平調節吊具》的用於太空飛行器吊裝的二維水平調節的吊具結構示意圖，該發明的用於太空飛行器吊裝的水平調節吊具，包括吊環組件1、XY工作檯2、吊梁3和吊帶4，優選四根吊帶4；其中，吊梁3的上部設定有XY工作檯2，XY工作檯2的頂部中心與吊環組件通過萬向節12鉸接，吊梁3上部設有用於測量吊梁傾斜量的二維傾角感測器a7，每根吊帶4的上部分別串聯有一個拉力感測器8，XY工作檯2包括有X工作檯13和Y工作檯14，Y工作檯14通過滑軌15可垂直滑動地設定在吊梁3上，Y工作檯14內還設定有驅動電機16和絲槓17，電機16驅動絲槓17，從而推動Y工作檯14在吊樑上沿Y向滑動，同理X工作檯13也通過滑軌、電機、絲槓在Y工作檯14上沿X向滑動，從而實現工作檯上的吊點在XY平面內任意位置自由滑動；吊環組件1包括供與天車吊鉤連線的吊環9、中間承力結構10、二維傾角感測器b11、萬向節12，其結構示意圖參見圖2，其中，中間承力結構10為二維傾角感測器b11設定安 裝接口，以用於測量天車與吊鉤的傾斜角度，太空飛行器吊裝過程中吊梁與太空飛行器的傾斜角由吊梁3上部設定的二維傾角感測器a7測量並通過XY工作檯2的相對滑動進行水平調節，吊環組件1上的二維傾角感測器b11測得天車吊鉤相對天車的傾斜角度，通過調整天車的位置使天車與吊鉤在同一鉛垂線上，實現吊裝過程的二維水平度調節。吊梁的下端設有四根吊帶，四根吊帶上分別串聯一個拉力感測器8。用於測量每根吊帶4所受的拉力及被吊的太空飛行器的重量。
其中，萬向節12與XY工作檯2的鉸接，既可以保證中間承力結構10與吊具間的自由轉動，又能消除吊具本體偏航方向的自由度，使二維傾角感測器能準確地測量吊具本體的俯仰、橫滾兩個自由度的傾角大小，求得天車與吊鉤（或吊環）間的位置關係。
圖3為根據《一種太空飛行器水平調節吊具》一實施方式的XY工作檯結構示意圖，XY工作檯由X方向與Y方向兩個正交的工作檯組成。Y工作檯的底座與吊梁固聯，電機驅動絲槓，推動Y工作檯的移動部分在滑軌上運動。X工作檯的底座與Y工作檯的移動部分成90°正交固聯，並隨之運動。X工作檯的電機驅動絲槓，推動X工作檯在滑軌上運動，其運動方向與Y工作檯正交。每個工作檯內有行程限位裝置，保證XY工作在允許的工作範圍內運動，並能隨時定位、自鎖，保證安全性。
具體來說，《一種太空飛行器水平調節吊具》的工作原理為：起吊太空飛行器，太空飛行器的偏心使吊具與太空飛行器發生傾斜，利用吊樑上的二維傾角感測器a測得吊梁的傾角，根據測得傾角計算出XY工作檯的目標位置，驅動XY工作檯內的電機，通過調節XY工作檯使天車的吊鉤移動到被吊太空飛行器（含吊具）的質心位置。然後，利用吊環組件上的二維傾角感測器b測得吊鉤相對天車的傾斜角度，通過調整天車的位置，使天車與吊鉤（或吊環）在同一鉛垂線上，此時起吊太空飛行器即可實現對被吊太空飛行器的水平起吊。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種太空飛行器水平調節吊具》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
