補(bǔ)償運(yùn)動底座的制作方法

本專利申請要求以下申請的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)：2014年6月10日提交的、標(biāo)題為“補(bǔ)償運(yùn)動底座”、序列號為62/008,123的美國臨時(shí)專利申請。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及由致動器來移動有效負(fù)載的定位裝置。

發(fā)明背景

補(bǔ)償運(yùn)動底座是一種直立的定位裝置，其憑借致動器而通過多個(gè)自由度(DOF)移動其有效負(fù)載，諸如傾斜、滾動、舉起和/或搖擺。補(bǔ)償運(yùn)動底座可以用于小的有效負(fù)載系統(tǒng)，諸如用于科學(xué)和/或醫(yī)學(xué)用途；娛樂或其它騎行車輛；固定模擬器；大劇院；軍事和飛行器訓(xùn)練機(jī)等等；或它們的組合。

附圖說明

這里給出的附圖揭示了所主張權(quán)利要求的發(fā)明的各種實(shí)施例。

圖1是補(bǔ)償致動器的示例性實(shí)施例的局部透視圖；

圖2是顯示包括補(bǔ)償致動器和上甲板框架的補(bǔ)償運(yùn)動底座的示例性實(shí)施例的局部透視圖；

圖3是補(bǔ)償運(yùn)動底座的示例性實(shí)施例的局部透視圖；

圖4是另一示例性實(shí)施例的補(bǔ)償致動器在第一位置時(shí)的局部透視圖；以及

圖5是另一示例性實(shí)施例的補(bǔ)償致動器在第二位置時(shí)的局部透視圖。

具體實(shí)施方式

正如這里使用的，一個(gè)組可包括一個(gè)或多個(gè)元件，例如，一組補(bǔ)償致動器10可以是僅僅一個(gè)補(bǔ)償致動器10，或者是任何數(shù)目的補(bǔ)償致動器10。正如對于運(yùn)動底座領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的，各個(gè)接頭可以是球形接頭、連接叉接頭、球窩接頭等等。樞轉(zhuǎn)連接被理解為包括鉸接連接或其它樞轉(zhuǎn)連接。而且，運(yùn)動底座領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解，氣動致動器使用氣體，而液壓致動器使用液壓流體。因此，正如這里使用的，根據(jù)上下文所需，術(shù)語“流體致動器”可覆蓋上述任意一項(xiàng)，例如，使用氣體作為其流體的流體致動器是氣動致動器，使用液體或類似液壓流體作為其流體的流體致動器是液壓致動器。

現(xiàn)在參照圖1，在第一實(shí)施例中，補(bǔ)償致動器10包括樞轉(zhuǎn)連接器70、底座40、電致動器20和流體致動器30。

樞轉(zhuǎn)連接器70包括輸出附接點(diǎn)72，輸出附接點(diǎn)72被配置成樞轉(zhuǎn)連接到有效負(fù)載承載主甲板80(圖2)、第一接頭78和第二接頭79。在一個(gè)實(shí)施例中，樞轉(zhuǎn)連接器70用于組合線性力和把旋轉(zhuǎn)施加到輸出附接點(diǎn)72。正如對于運(yùn)動底座領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的，樞轉(zhuǎn)連接器70相對于底座40進(jìn)行樞轉(zhuǎn)和/或鉸接。

底座40典型地包括兩個(gè)或更多個(gè)附接點(diǎn)，底座40可以通過所述附接點(diǎn)連接到其他的結(jié)構(gòu)，例如平臺82(圖3)。作為例子而非限制，底座40可包括一個(gè)或多個(gè)第一附接點(diǎn)41以及一個(gè)或多個(gè)第二附接點(diǎn)42，第一附接點(diǎn)41被配置成可連接到第一預(yù)定位置，作為例子而非限制，諸如靠近平臺82的中心點(diǎn)；第二附接點(diǎn)42被配置成可連接到第二預(yù)定位置，作為例子而非限制，諸如靠近平臺82的外周界。底座10還包括一個(gè)或多個(gè)線性致動器接頭43；一個(gè)或多個(gè)流體致動器接頭45；和一個(gè)或多個(gè)連接器接頭44，連接器接頭44被配置成接納樞轉(zhuǎn)連接器70，諸如在樞軸15處，以及允許樞轉(zhuǎn)連接器70相對于底座40樞轉(zhuǎn)和/或鉸接。

電致動器20在第一接頭22和第一連接器接頭78處協(xié)同地樞轉(zhuǎn)連接到樞轉(zhuǎn)連接器70，以及在線性致動器接頭43處經(jīng)由第一底座接頭23樞轉(zhuǎn)連接到底座40。該配置結(jié)合電致動器20的收縮力與流體致動器30的擴(kuò)展力，導(dǎo)致樞轉(zhuǎn)連接器70相對于輸出接頭72的功率提升。它還結(jié)合電致動器20的擴(kuò)展力與流體致動器30的收縮力，導(dǎo)致輸出附接點(diǎn)72的功率降低。然而，根據(jù)想要的致動器20，30的取向以及將要由輸出附接點(diǎn)72傳遞的力的方向，電致動器20可操作而以各種不同的方式鏈接到流體致動器30和輸出附接點(diǎn)72。而且，電致動器20和流體致動器30可設(shè)置在軸44的同一側(cè)，這樣這兩個(gè)致動器的擴(kuò)展力和收縮力沿相同的方向作用。

在典型的實(shí)施例中，電致動器20是與流體致動器30分開的部件，它可包括線性電致動器或旋轉(zhuǎn)電致動器等等。在其它實(shí)施例中，電致動器20可置于可充氣的流體致動器30內(nèi)。在某些實(shí)施例中，電致動器20和流體致動器30是整體裝置，諸如其中二者是同軸的并共享一個(gè)耦接的或共同的軸。

流體致動器30通過在第二接頭25和第二連接器接頭79處樞轉(zhuǎn)連接到連接器70，以及在流體致動器接頭45處經(jīng)由第二底座接頭24樞轉(zhuǎn)連接到底座10而被協(xié)同連接到電致動器20。流體致動器30可包括被動加壓的流體致動器、可充氣的流體致動器，諸如空氣袋或空氣行程致動器等等。

補(bǔ)償致動器10還可包括流體供應(yīng)槽60(圖2)，流體供應(yīng)槽60可操作地與流體致動器30流體連通，并且被配置成給流體致動器30提供預(yù)定的彈性比率(spring rate)，例如，本質(zhì)上恒定的彈性比率。

現(xiàn)在參照圖2和3，在另外的實(shí)施例中，補(bǔ)償運(yùn)動底座1包括上甲板框架50、平臺82和一組補(bǔ)償致動器10，上甲板框架50包括預(yù)定的外周界53，補(bǔ)償致動器10布置在上甲板框架50與平臺82中間并且被安排成預(yù)定的圖案(pattern)。一組補(bǔ)償致動器10中的每一個(gè)補(bǔ)償致動器10如上所述，并且該組補(bǔ)償致動器10中的至少一個(gè)補(bǔ)償致動器10經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)對應(yīng)的樞轉(zhuǎn)連接器70可操作地連接到上甲板框架50。

再回到圖1，對于這個(gè)實(shí)施例，連接器70還可以包括樞軸接合點(diǎn)74；遠(yuǎn)離樞軸接合點(diǎn)74延伸的第一延伸部76，其中第一延伸部76包括輸出附接點(diǎn)72并且被配置成樞轉(zhuǎn)或鉸接連接到上甲板框架50；以及遠(yuǎn)離樞軸接合點(diǎn)74延伸、與第一延伸部76有預(yù)定偏移量的第二延伸部73。第二延伸部73典型地包括第一連接器接頭78，并且配置成在第一接頭22和第一連接器接頭78處被連接到致動器組的相關(guān)聯(lián)的線性致動器20。樞轉(zhuǎn)連接器70還包括鉸鏈77，鉸鏈77被限定在第一延伸部76與第二延伸部73相遇的結(jié)合點(diǎn)處，其中鉸鏈77包括第二連接器接頭79。

再參照圖4和5，在另外的實(shí)施例中，樞轉(zhuǎn)連接器70還可以包括一個(gè)或多個(gè)支撐托架93，其中至少一個(gè)支撐托架93包括樞軸接合點(diǎn)96；一個(gè)或多個(gè)支撐臂94，所述支撐臂94被連接到至少一個(gè)支撐托架93，其中至少一個(gè)支撐臂94還在支撐臂樞轉(zhuǎn)連接器95處被樞軸連接到第一延伸部76；以及樞軸91，樞軸91在樞軸接合點(diǎn)96處被樞轉(zhuǎn)連接到至少一個(gè)支撐托架93，其中樞軸91被配置成在支撐連接器90處被連接到上甲板框架50。

第一附接點(diǎn)41(圖1)被配置成可連接到靠近平臺82中心點(diǎn)的預(yù)定位置，第二附接點(diǎn)42被配置成可連接到靠近平臺82外周界的預(yù)定位置。

在各種實(shí)施例中，可以存在一組流體供應(yīng)槽60，但它們不是必須的。如果存在，則一個(gè)或多個(gè)流體供應(yīng)槽60可操作而與一個(gè)或多個(gè)對應(yīng)的流體致動器30流體連通，并被配置成向?qū)?yīng)的流體致動器30提供預(yù)定的彈性比率。在實(shí)施例中，預(yù)定的彈性比率包括本質(zhì)上恒定的彈性比率。

上甲板框架50和平臺82可包括任何形狀。作為例子而非限制，如果想要若干個(gè)自由度，上甲板框架50可包括三角形外周界，而該組補(bǔ)償致動器10可包括三個(gè)或更多個(gè)補(bǔ)償致動器10。典型地，每個(gè)補(bǔ)償致動器10被均勻地布置成從靠近平臺82或上甲板50的中心點(diǎn)的位置徑向向外到外周界53上的預(yù)定三角形結(jié)合點(diǎn)。一個(gè)或多個(gè)輸出附接點(diǎn)72可被配置成樞轉(zhuǎn)附接到上甲板框架50和/或有效負(fù)載承載甲板80，可操作地連接到靠近外周界53上的三角形結(jié)合點(diǎn)的上甲板框架50。在這樣的配置中，對應(yīng)的那組流體供應(yīng)槽60可包括三個(gè)流體供應(yīng)槽60，每個(gè)流體供應(yīng)槽60與對應(yīng)的補(bǔ)償致動器10流體連通。

典型地，補(bǔ)償運(yùn)動底座1被配置成提供多個(gè)自由度。作為例子而非限制，補(bǔ)償運(yùn)動底座1可以實(shí)施傾斜或滾動平臺，例如樞轉(zhuǎn)的平臺，該組補(bǔ)償致動器10的至少一個(gè)補(bǔ)償致動器10可操作地連接到傾斜或滾動平臺。然而，其它配置也是可預(yù)期的。作為進(jìn)一步的例子而非限制，上甲板框架50和/或有效負(fù)載承載甲板80可包括圓形、大致矩形或長圓孔形的外周界53。而且，該組補(bǔ)償致動器10可包括僅僅一個(gè)致動器，所述致動器被配置成提供僅僅一個(gè)運(yùn)動自由度。在其它實(shí)施例中，兩個(gè)補(bǔ)償致動器10可部署在靠近大致矩形或長圓形外周界一側(cè)的點(diǎn)，其中相對的一側(cè)被鉸接或以其他方式固定到平臺82，并且可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)運(yùn)動自由度。在又一個(gè)配置中，上甲板框架50可包括大致圓形的外周界，該組補(bǔ)償致動器10可包括多個(gè)補(bǔ)償致動器10，通過所述多個(gè)補(bǔ)償致動器10可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)運(yùn)動自由度。

在再一個(gè)實(shí)施例中，沒有使用連接器70。而是，補(bǔ)償運(yùn)動底座1可包括上甲板框架50、平臺82和按預(yù)定圖案布置的一組補(bǔ)償致動器10，上甲板框架50包括預(yù)定的外周界53，作為例子而非限制，該組補(bǔ)償致動器10均勻布置并且從靠近上甲板框架50或平臺82的中心點(diǎn)51的位置徑向向外到外周界53。雖然類似于以上描述的配置，但在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電致動器20在底座連接器43處通過第一底座接頭43樞轉(zhuǎn)連接到底座40，并且在第一接頭22處樞轉(zhuǎn)連接到上甲板框架50。對應(yīng)的流體致動器30在第二底座接頭45處被樞轉(zhuǎn)連接到底座40，并且在或靠近第一接頭22處被樞轉(zhuǎn)連接到上甲板框架50，例如通過第二接頭25，以便協(xié)作地連接到電致動器20。在這個(gè)實(shí)施例中，第一接頭22和第二接頭25可以本質(zhì)上同地協(xié)作(co-located)。

在其中兩個(gè)致動器20，30都是直立的、因此在共同的底座與上部附件之間推動的實(shí)施例中，可以使用替換的結(jié)構(gòu)，例如剪式升降機(jī)等等，以便提供水平引導(dǎo)和防止諸如平臺50或整個(gè)補(bǔ)償運(yùn)動底座1那樣的負(fù)載傾倒。因此，剪式升降機(jī)或類似的機(jī)構(gòu)，例如直立軌道、滾筒等等，或它們的組合，可以用在一個(gè)或多個(gè)致動器組10處。

至于其它實(shí)施例，可以存在一組流體供應(yīng)槽60，這組流體供應(yīng)槽60中的每一個(gè)流體供應(yīng)槽60均可與對應(yīng)的流體致動器30流體連通，并且被配置成向每個(gè)連接的流體致動器30提供本質(zhì)上恒定的彈性比率。

在示例性實(shí)施例的操作中，典型地，電致動器20，不管是線性式還是旋轉(zhuǎn)式，被耦接在平臺82與可移動負(fù)載之間，例如布置在上甲板框架50和/或有效負(fù)載承載甲板80上。可移動負(fù)載例如部分通過流體氣壓或液壓形式的附加力來補(bǔ)償。

因此，可以通過如上所述把預(yù)定的一組補(bǔ)償致動器10與上甲板框架50和平臺82組合，來提供補(bǔ)償運(yùn)動底座1。如果存在的話，樞轉(zhuǎn)連接器70可用于組合來自電致動器20與流體致動器30的線性力，結(jié)果，把旋轉(zhuǎn)施加到輸出附接點(diǎn)72。

如上所述，該組補(bǔ)償致動器10按預(yù)定的圖案布置，諸如均勻地布置并從靠近上甲板框架50的中心點(diǎn)51和/或平臺82的位置徑向向外到外周界53。

可以通過把諸如氣壓或液壓那樣的流體壓力形式的附加力作為可包括足以部分補(bǔ)償可移動負(fù)載的壓力的補(bǔ)償壓力提供給一個(gè)或多個(gè)流體致動器30，而完成對上甲板框架50上存在的可移動負(fù)載所施加的力的補(bǔ)償。根據(jù)預(yù)定的觸發(fā)條件，可以為運(yùn)動機(jī)械/設(shè)備的已知靜態(tài)質(zhì)量、一致的有效負(fù)載的已知不變質(zhì)量、不一致的有效負(fù)載的變化質(zhì)量和/或稍微低于或稍微高于任何這些量的數(shù)量，或者它們的組合而設(shè)置補(bǔ)償壓力。預(yù)定的觸發(fā)條件可包括想要的操作結(jié)果或故障模式。

如果可移動的負(fù)載包括變化的有效負(fù)載，則可組合和使用質(zhì)量校準(zhǔn)器，諸如秤或其它秤重裝置等等，或它們的組合，以便確定需要的補(bǔ)償壓力。然后，可以根據(jù)所確定的補(bǔ)償壓力來改變有效負(fù)載補(bǔ)償。

一旦補(bǔ)償壓力被設(shè)置，就允許與氣動致動器30對應(yīng)的電致動器20執(zhí)行預(yù)定的一組功能。作為例子而非限制，該組氣動致動器30中的一個(gè)或多個(gè)氣動致動器可用來承載想要的部分的靜態(tài)和變化的有效負(fù)載，允許該組電致動器20的對應(yīng)電致動器20以比單獨(dú)作用時(shí)更少的功率消耗來執(zhí)行想要的運(yùn)動功能。

可能是有利的是，給該組流體致動器30中的一個(gè)或多個(gè)流體致動器30靜態(tài)加壓，使其起到彈簧的作用。例如，初始地或在某個(gè)其它的時(shí)間點(diǎn)，氣壓可以被調(diào)節(jié)，從而流體致動器30改變其有效的彈性比率。在其它時(shí)間有利的是，把用于一個(gè)或多個(gè)流體致動器30的氣動壓力設(shè)置為比上甲板框架50和/或有效負(fù)載承載甲板80的固定質(zhì)量剛好低一點(diǎn)，諸如，當(dāng)有移動設(shè)備與變化的有效負(fù)載相對時(shí)。這個(gè)固定的質(zhì)量可包括上甲板框架50和/或有效負(fù)載承載甲板80及其相關(guān)的聯(lián)動裝置、容器、工作臺、附件、電子裝置等等，或它們的組合的質(zhì)量。在這種情形下，被協(xié)同地耦接到流體致動器30的電致動器20可被調(diào)節(jié)，或者以其他方式被允許提升固定質(zhì)量的其余部分加上超出其的有效負(fù)載的整個(gè)負(fù)載，并且克服總的慣性。在能量去除后，可允許補(bǔ)償運(yùn)動底座1安置到最小的行程，不管是否帶有有效負(fù)載。

在另外的時(shí)間，可能有利的是，將一個(gè)或多個(gè)流體致動器30的氣動壓力設(shè)置成剛好超過移動設(shè)備的固定質(zhì)量，這樣，補(bǔ)償運(yùn)動底座1可以在不帶有有效負(fù)載的情況下安置到中間行程。

在其它時(shí)間，可能有利的是，把一個(gè)或多個(gè)流體致動器30的氣動壓力設(shè)置為正好低于移動設(shè)備的質(zhì)量和有效負(fù)載。在這些配置中，可以監(jiān)視有效負(fù)載的特征，如果有效負(fù)載在多次運(yùn)行之間保持恒定，則一個(gè)或多個(gè)流體致動器30的氣動壓力被固定在計(jì)算的壓力。然而，如果有效負(fù)載變化，則一個(gè)或多個(gè)流體致動器30的氣動壓力可以隨之調(diào)節(jié)。在能量去除后，補(bǔ)償運(yùn)動底座1可被允許安置到最小行程，不管是否有有效負(fù)載。

在再一個(gè)配置中，一個(gè)或多個(gè)流體致動器30的氣動壓力被設(shè)置成正好超過運(yùn)動設(shè)備總質(zhì)量和有效負(fù)載，從而補(bǔ)償運(yùn)動底座1可以穩(wěn)定在中間行程；或者設(shè)置成超過移動設(shè)備的總質(zhì)量和有效負(fù)載，從而補(bǔ)償運(yùn)動底座1可以穩(wěn)定到最大行程。

補(bǔ)償運(yùn)動底座1的應(yīng)用可包括小的有效負(fù)載系統(tǒng)，諸如用于科學(xué)和/或醫(yī)學(xué)用途；娛樂或其它騎行車輛；靜止模擬器；大劇院；軍事和飛行器訓(xùn)練機(jī)等等；或它們的組合。因此，控制器100可以存在，并可操作地與一個(gè)或多個(gè)電致動器10、流體致動器30、壓力槽60、以及這里描述的各種傳感器進(jìn)行通信，并且按照應(yīng)用所呈現(xiàn)的要求控制每個(gè)部件。

本發(fā)明的上述公開內(nèi)容和說明是說明性和解釋性的?？梢詫τ诔叽?、形狀和材料以及說明性結(jié)構(gòu)和/或說明性方法的細(xì)節(jié)作出各種改變，而不背離本發(fā)明的精神。