動態運動式制具的製作方法

2023-09-11 19:43:00 2

專利名稱：動態運動式制具的製作方法
技術領域：
本發明涉及運動式制具(Kinematic Mount)。
背景技術：
運動式制具，抑或已知的運動式連接器或約束器，一般用於將測量設備或儀器連結到基板或底部結構上，並且用於將剛性部分聯結到硬的配合表面上，即使重複拆和裝，板塊仍相互保持在最初裝配時的同一相對位置上。
為了完整描述固體在空間中的運動和位置，三個線性運動或平移(X，Y，Z)和三個角運動或轉動(θx，θy，θz)是必需的。對於一個在空間中完全固定的剛性體而言，即使重複拆裝，所有六個自由度都需要限定。換句話說，相對於一些任意固定的坐標系統，這三個平移運動和三個轉動必須要限定。當所有六個自由度受限定時，制具是運動式的，其中任意附加的約束都是多餘的。相應的，一個運動式制具具有六個獨立的約束。
簡單的運動式制具在制具的前板上使用錐體或球體、凹槽和平臺來限定不必要的運動。球體限定X、Y、Z軸線上的運動。凹槽限定θy(縱傾)和θx(橫搖)的運動。平臺限制θz(偏轉)的運動。錐體/球體制具的主要缺點在於由於轉動軸線沒有集中於安裝部的表面上，在平移和轉動軸線之間產生一些交叉耦合(Cross Coupling)，這將導致嚴重的轉動誤差。
眾所周知的運動式制具包括具有三個V形凹槽的規定基板，每個凹槽與另一個凹槽之間形成一個大約120度的角度。每個凹槽的壁面與基板的表面之間形成大約45度的角度。在第二塊板上，三個凸起的球體元件大致以等邊三角形的形式固定。當第二塊板擱置在第一塊板上時，三個凸起的球體元件中的每一個支撐在三個凹槽中的一個中，以接觸每個相應的第二塊板的兩個側壁，第二塊板可從基板抬起，當重新放回時，將第二塊板佔據相對於一般保持固定的基板上的同一位置。
然而，上述每一個球體元件和凹槽的點接觸將在這些接觸點處引起集中力。這些集中力在球體元件和凹槽兩處引起高應力，即赫茲應力(Hertzian stress)。相應的，雖然這種現有技術中的制具對於輕載荷是足夠的，例如實驗室應用或輕型領域應用，然而在重載荷應用中就失效了，例如在應用在空間運載工具、橋梁、建築和上層建築中，其中高強度的振蕩和震動在接觸點處導致失效。
一些被稱為隔離器的運動式制具，設計為允許瞬時數量(transientnumber)的自由度變化(例如傾斜和幅值變化)，並通常用於運動隔離。瞬時數量的自由度變化在一些情況下是暫時的。典型的傾斜是指那些錨泊海洋石油鑽探設備和火箭發射器所遭遇的。典型的幅值變化是指那些天體觀測望遠鏡、鏡子、透鏡和天線的地基運動所遭遇的。
許多熟練的技術人員嘗試通過引入柔性性能以改善剛性運動式制具。例如，一個這樣的制具將約束彈性層與採用「球體在圓錐體軸承內部」的三腿平臺支撐的V型柱合併起來。然而，除非幹擾微小或很小，否則這種配置不能處理瞬間傾斜或幅值變化。因此這種制具的使用僅限於光學和半導體的應用。在另外剛性的運動式制具中引入選定的柔性性能的努力也曾嘗試過，只有很微小或不可接受的結果。
因此，為了平衡傳遞加速及提供自動的重新對中，在所有沒有短時間主動控制的系統上也能適用，不需要在否則需要對制具採用主動控制系統的系統上施加額外的命令，在加速擾動結束後，不需要重新啟動或重新設置系統，目前在動態約束裝配裝置技術領域的趨勢是增加柔性阻尼性能。在一些應用中，例如在對控制和命令平臺或數據中心的爆炸防護或反恐中，當這些系統的連續操作至關重要時，不能重新啟動或重新設置。地震數據保護，通訊和命令中心同樣如此。在空間站的人工重力或向心力感應領域，根據這些領域的瞬變是不可避免並可能是頻繁發生的事實，對裝配控制裝置的持續操作是一個非常明顯的要求。

發明內容
根據本發明，動態的運動式制具包括三個球體，相對的第一和第二板，第一板與三個球體在六個約束該第一板的平移和轉動運動的接觸點處接觸，第二板與三個球體在六個約束該第二板的平移和轉動運動的接觸點處接觸。一個定位片(spacer)，具有相對的第一和第二面以及三個從第一面延伸到第二面的孔。三個球體各自放置在三個孔中的一個以相對於定位片轉動，並且三個球體突出到第一和第二面的外側。第一板與第一面並排，第二板與第二面並排。在一個特定實施例中具有第四球體，其中第一板在第一接觸點處接觸該第四球體，第二板在第二接觸點處接觸第四球體，其中第一和第二接觸點中的至少有一個是柔性接觸點。考慮第四球體，定位片也設有第四孔，其從第一面延伸到第二面穿過定位片。第四球體放置在第四孔中以相對於定位片旋轉，並突出到定位片的第一和第二面的外側。柔性接觸點在第四球體與第一或第二板之間的接觸點處設有一個彈性體。在另一實施例中，一種彈塑材料/層塗覆在彈性體之上。該彈性體承載在第四球體、第一板和第二板中的一個上。在一個特定實施例中，彈性體以塗覆層的形式提供。在一個特定實施例中，第一板由多個剛性固定的塊體形成。在另一實施例中，第二板由多個剛性固定的塊體形成。在另一個實施例中，第一板由塊體形成，塊體由一個框架支撐並固定其上。在又一實施例中，第二板由塊體形成，塊體由一個框架支撐並固定其上。
根據本發明，動態運動式制具的另一個實施例包括一個定位片，定位片具有相對的第一和第二面和三個從第一面延伸到第二面的孔。三個球體各自放置在三個孔中的一個以相對於定位片轉動，並且三個球體突出到第一和第二面的外側。與第一面並排的第一板與三個球體在六個約束第一平板的平移和轉動運動的接觸點處接觸，與第二面並排的第二板與三個球體在六個約束第二平板的平移和轉動運動的接觸點處接觸。第四孔從第一面延伸到第二面穿過定位片。第四球體放置在第四孔中以相對定位片轉動，其突出到第一和第二面的外側。第一板與第四球體在第一接觸點處接觸，第二板與第四球體在第二接觸點處接觸，第一和第二接觸點中至少有一個是柔性接觸點。優選的，柔性接觸點在第四球體與第一或第二板之間的接觸點處設有一個彈性體，其中彈性體承載在第四球體、第一板和第二板中的一個上。在一特定實施例中，一種彈塑材料/層塗覆在彈性體之上。在一特定實施例中，彈性體以塗覆層的形式提供。在一個實施例中，第一板由多個剛性固定的塊體形成。在另一實施例中，第二板由多個剛性固定的塊體形成。在另一個實施例中，第一板由塊體形成，塊體由一個框架支撐並固定其上。在又一實施例中，第二板由塊體形成，塊體由一個框架支撐並固定其上。
根據本發明，另一實施例的動態運動式制具包括三個球體，包括第四球體的至少一個附加的球體，第一板和相對的第二板。第一板與三個球體在六個約束第一板的平移和轉動運動的接觸點處接觸，第二板與三個球體在六個約束第二板的平移和轉動運動的接觸點處接觸。第一板在第一接觸點處接觸第四球體，第二板在第二接觸點處接觸第四球體，第一和第二接觸點中的至少一個是柔性接觸點。該實施例還設有一個定位片，其具有相對的第一和第二面，以及從第一面延伸到第二面的四個孔。這三個球體和第四球體各自放置在四個孔中的一個內以相對於定位片轉動，這四個球體突出到第一和第二面的外側。第一板與第一面並排，第二板與第二面並排。優選的，柔性接觸點在第四球體和第一和第二板中的一個之間的接觸點處設有一個彈性體。在一個特定實施例中，一種彈塑材料/層塗覆在彈性體之上。該彈性體承載在第四球體、第一板和第二板中的一個上。在一個特定實施例中，彈性體以塗覆層的形式提供。在一個特定實施例中，第一板由多個剛性固定的塊體形成。在另一個實施例中，第二板由多個剛性固定的塊體形成。在又一實施例中，第一板由塊體形成，塊體由一個框架支撐並固定其上。在另外的又一實施例中，第二板由塊體形成，塊體由一個框架支撐並固定其上。
根據本發明，運動式制具的另外一個實施例包括一個定位片，其具有相對的第一和第二面以及從第一面延伸到第二面的三個孔，三個球體，和包括第四球體的至少一個附加球體，這三個球體和第四球體各自放置在其中一個孔內以相對於定位片轉動，這四個球體突出到第一和第二面的外側。第一板與第一面並排並且在六個約束第一板的平移和轉動運動的接觸點處接觸這三個球體。第二板與第二面並排並且在六個約束第二板的平移和轉動運動的接觸點處接觸這三個球體。第一板在第一接觸點處接觸第四球體，第二板在第二接觸點處接觸第四球體，其中第一和第二接觸點中的至少一個是柔性接觸點。優選的，柔性接觸點在第四球體和第一和第二板中的一個之間的接觸點處設有一個彈性體。該彈性體承載在第四球體、第一板和第二板中的一個上。在一特定實施例中，一種彈塑材料/層塗覆在彈性體之上。在一個特定實施例中，彈性體以塗覆層的形式提供。在一個特定實施例中，第一板由多個剛性固定的塊體形成。在另一個實施例中，第二板由多個剛性固定的塊體形成。在又一實施例中，第一板由塊體形成，塊體由一個框架支撐並固定其上。在另外的又一實施例中，第二板由塊體形成，塊體由一個框架支撐並固定其上。
前面對優選實施例的簡述和接下來對本發明最佳實施例的公開內容，它們一起作為本發明的公開內容，與此一致，本發明還考慮其它設備和方法的實施例。


現參照附圖圖1A是現有技術的運動式制具在處於鎖定狀態時的等軸測視圖；圖1B是圖1A所示的現有技術的運動式制具在處於開啟狀態時的等軸測視圖；圖1C是圖1A所示的運動式制具的一塊板的頂部等軸測視圖；圖1D是圖1C所示的板的頂部俯視圖；圖2A是根據本發明的主旨構造和布置的定位片的頂部等軸測視圖，該定位片具有保持球體的孔；圖2B是根據本發明的主旨構造和布置的運動式制具的等軸測視圖，並且圖示的是開啟狀態，該運動式制具包括相對的板和設在板之間的保持球體的圖2A所示的定位片；圖2B』是根據本發明的主旨的與相對空腔接觸的球體的垂向剖視圖；圖2C根據本發明的主旨構造和布置的運動式制具的另一個實施例，圖示的是開啟狀態；圖2D根據本發明的主旨構造和布置的運動式制具的另外又一個實施例，圖示的是開啟狀態；圖2E是圖2B所示的運動式制具的等軸測視圖，圖示的是鎖定狀態；圖2F是圖2E所示的運動式制具連接一幫助鎖定運動式制具的彈簧等軸測視圖，。
圖2G是圖2E所描述的實施例的側視圖；圖3A是包括一個與平臺接觸的球體的接觸狀態的局部示意性側視圖；圖3A』是球體在圖3A所示的平臺上所留下的印跡的頂部俯視圖；圖3B是根據本發明的主旨的包括一個球體和一個由球體在平臺上留下的軌跡的接觸狀態的局部示意性側視圖；圖3B』是根據本發明的主旨由球體在圖3B的平臺上留下的軌跡的頂部俯視圖；圖3C是根據本發明的主旨的另一接觸狀態的垂向剖視圖，其包括一個與塗覆有彈性體的平臺接觸的塗覆有彈性體的球體；圖3D是根據本發明的主旨的一種接觸狀態的垂向剖視圖，其包括一個與塗覆在平臺上的彈性體層上的鍍層接觸的塗覆有彈性體並覆蓋一層彈性塑料殼的球體；圖4是併入根據本發明的主旨構造和布置的運動式制具的定位平臺的局部示意性等軸測視圖；圖5A是根據本發明的主旨用於構造運動式制具的板的組裝塊體的等軸測視圖；圖5B是用於運動式制具的相對的板的等軸測視圖，每塊板都是由根據圖5A所示的組裝塊體構造和布置的組裝塊體構建的，由虛的輪廓線描述的球體是為了圖示的目的。
圖5C是圖5B所示的板的另一個等軸測視圖，由虛的輪廓線描述的球體是為了圖示的目的。
圖5D是根據本發明的主旨，運動式制具處於鎖定狀態的等軸測視圖，包括圖5C所示的相對的板和設在其間包含四個球體的定位片。
圖5E是圖5D所示的運動式制具的局部分解等軸測視圖；圖6A是根據本發明的主旨用於構造運動式制具的板的組裝塊體的另一實施例的等軸測視圖；圖6A』是圖6A所示的組裝塊體的接觸幾何構造的示意性表示圖；圖6B是根據本發明的主旨的運動式制具的開啟狀態的等軸測視圖，其包括相對的均構造成圖6A中的組裝塊體的組合體形式的板和設在其間的保持四個球體的定位片；圖6C是圖6B所示的運動式制具的開啟狀態的等軸測視圖；圖6D是根據本發明的主旨的運動式制具的鎖定狀態的等軸測視圖，其包括定位在相對的均由圖6A所示的組裝塊體構造的基板之間的球體；圖7A和7A』是用於構造根據本發明的主旨的運動式制具的板的組裝塊體的另外實施例的等軸測視圖；圖7B是用於構造根據本發明的主旨的運動式制具的板的組裝塊體的又一實施例的等軸測視圖；圖7C是根據本發明的主旨構造和布置的運動式制具的開啟狀態的等軸測視圖，其包括相對的均構造成圖7B中的組裝塊體的組合體形式的板和設在其間的保持四個球體的定位片；圖7D是圖7C所示的運動式制具的鎖定狀態的等軸測視圖；圖7E是根據本發明的主旨的運動式制具的鎖定狀態的等軸測視圖，包括定位在相對的均構造成圖7B中的組裝塊體的組合體形式的基板之間的球體；圖8A是用於構造根據本發明的主旨的運動式制具的板的組裝塊體的又一另外的實施例的等軸測視圖；圖8B是用於構造根據本發明的主旨的運動式制具的板的組裝塊體的另一實施例的等軸測視圖；圖8C是用於構造運動式制具的板的組裝塊體的又一實施例以及一個框架的示意圖，該框架用於組裝多個這樣的組裝塊體以形成用在根據本發明的主旨的運動式制具上的基板；圖8D是用於運動式制具的包含兩個附加在框架上的組裝塊體的板的等軸測視圖；圖8E是用於運動式制具的包含四個附加在框架上的組裝塊體的板的等軸測視圖；
圖8F是用於運動式制具的包含六個附加在框架上的組裝塊體的板的等軸測視圖；圖9顯示的是可在構造根據本發明的主旨構造和布置的運動式制具中採用的杆組件；圖10是用於構造根據本發明的主旨的運動式制具的板的組裝塊體的另一實施例的等軸測視圖；圖11顯示的是表面空腔結構的一個實施例，其可在用於構造根據本發明的主旨的運動式制具的板的組裝塊體中採用；圖12是用於構造根據本發明的主旨的運動式制具的板的組裝塊體的又一實施例的等軸測視圖；圖13是用於連接組裝塊體的連接器的等軸測視圖，每個塊體均根據圖12所述的組裝塊體構造和布置以形成根據本發明的主旨的運動式制具的板；圖14是每個均由根據圖12所示的組裝塊體構造和布置的用於運動式制具的板的等軸測視圖，它們由根據本發明的主旨的由圖13所示的連接器塊體構造和布置的連接器進行連接；圖15A是一個用於為運動式制具引入柔性性能的柔性表面層的頂部俯視圖；圖15B是圖15A所示的柔性表面層的垂向剖視圖；圖16是用於為運動式制具引入柔性性能的柔性表面層的另一實施例的垂向剖視圖；以及圖17是一個球體接觸幾何形狀的示意圖。
具體實施例方式
此處公開的運動式制具能夠平衡在自然和人工重力環境下的過渡幅值和傾斜變化，並且在加速度場中，沒有過大的位移，且在這種擾動過後，能夠快速、高效並自動的重新居中，這就減少、抑或基本消除了對這種制具進行主動控制的需求，還能確保這種制具的電子和機械系統的可操作性。
現參照附圖，其中貫穿這幾副圖相同的附圖標記指示相應元件，首先關注圖1A-D，其顯示的是一個現有技術的包括相對的剛性板11和12的運動式制具10的相關部分。為了便於討論，將板11認定為第一板，將板12認定為第二板。第一板11上形成有三個空腔，三個空腔大致以等邊三角形的形式布置。第二板12上支撐有三個大致以等邊三角形的形式剛性固定的止推軸承(thrust bearings)或球體16a、16b、16c。圖1B顯示的是顯示為開啟狀態的運動式制具10，圖1A顯示的是顯示為鎖定狀態運動式制具10，其中球體16a、16b、16c分別支撐或嚙合在空腔13、14、15內部。加速度場例如重力，鎖定運動式制具10。
板11和12具有平行的後表面，每一個後表面都與加速度場的方向垂直。板11通常固定，並將其認定為基板。板12受加速度場作用與板11相對呈現。通常，物體(圖中沒有示出)疊加在板12之上作為板12的有效載荷。該物體可以是一個儀器、固定物、結構支撐等。施加在板12上的有效載荷可受額外施加的外界影響(如液壓設備、彈簧等)而增大。
參照附圖1B和1C，空腔13是圓錐形的，空腔14是脊形的，空腔15是平的。將空腔13稱為圓錐體，空腔14稱為凹槽，空腔15稱為平面或凹部。球體16a、16b、16c分別面向並可放置在空腔13、14、15中。如圖1A所示，當運動式制具10鎖定時，球體16a的表面在三個點(或在一個圓中的三個稱為冠點的點)處接觸空腔13的表面，球體16b的表面在兩個點處接觸空腔14，球體16c在一個點處接觸空腔15。這六個接觸點為剛性接觸點。
圖1C和1D顯示了板11的X、Y、Z坐標系統。軸線X穿過空腔13和14的中心，軸線Y穿過空腔13的中心並與軸線X、Z相垂直，軸線Z與軸線Y垂直並與加速度場的方向平行。在一些實例中，板11的幾何形狀適於及布置為使坐標Y穿過板11的幾何中心。
板11和12每個都具有六個自由度以相對移動，包括沿軸線X、Y和Z方向的平移和三個繞它們的轉動，即分別為θx(橫搖)、θy(縱傾)和θz(偏轉)。球體16a和空腔13之間的三個接觸點約束板11和12在三個X、Y、Z方向的平移運動。因此球體16a和空腔13是運動式制具10的主要約束。球體16b和空腔14之間的兩個接觸點分別約束板11和12在θy(縱傾)和θx(橫搖)方向的運動。球體16a和空腔14是運動式制具10的第二級約束。最後，球體16c和空腔15之間的單個接觸點分別約束板11和12在θz(偏轉)方向的運動。球體16c和空腔15是運動式制具10的第三級約束。本領域普通技術人員很容易認識到運動式制具10是剛性的，因此不能平衡在加速度場中將板11和12鎖在一起的角度和幅值擾動。
根據本發明的主旨，此處公開的是運動式制具的優選實施例，其可以平衡加速度場中的角度和幅值擾動。根據本發明的主旨構造和配置的運動式制具的優選實施例包括轉動球體，由位於相對板之間的定位片保持的轉動球體，和/或包括與六個剛性接觸點結合的柔性特徵的多餘的接觸點。
現參照附圖2A考慮本發明的優選實施例，其中可看到運動式制具上的定位片17。定位片17上形成有貫穿其上的大致以等邊三角形的形式布置的球形孔18a、18b、18c。每個孔18a、18b、18c均在其中支撐止推軸承或球體以使其轉動。定位片17由基本上剛性的材料或材料的組合構造，例如鋼、鋁、鈦、塑料等等。定位片17可一體成型，例如通過模製或工具機加工，或由多個剛性固定部分形成。
轉向圖2B、2E，顯示的是包括分別相對的剛性板11A和11A』的運動式制具20。板11A和11A』每一個都與前面所述的板11連同現有技術中標示為10的實施例相同，需要理解的是前面對板11的討論適用於每塊板11A和11A』。相同的板11、板11A和11A』每個都包括空腔13、14、15，其中為了清楚起見，與板11A相連的數字13、14、15分別都包含了標號A，與板11A』相連的數字13、14、15分別都包含了標號A』。
位於板11A和11A』之間的是定位片17，以球體19a、19b、19c分別設置在孔18a、18b、18c內部。定位片17將球體19a、19b、19c大致以等邊三角形的形式保持，根據本發明的主旨，球體19a、19b、19c分別在孔18a、18b、18c內部自由轉動，其中的定位片17和球體19a、19b、19c組成一個約束自由體裝置。定位片17具有相對的主面17A和17B，其中面17A面向空腔13A、14A、15A，面17B面向空腔13A』、14A』、15A』。球體19a、19b、19c不僅相對於孔18a、18b、18c自由轉動，它們還伸到面17A和17B的外側。當球體19a、19b、19c分別設置在孔18a、18b、18c內時，將球體19a、19b、19c認定為定位片17的一部分。
球體19a、19b、19c優選為相同大小，孔18a、18b、18c也是一樣。孔18a、18b、18c分別比球體19a、19b、19c略大，這就允許孔18a、18b、18c承接球體19a、19b、19c，並允許球體19a、19b、19c相對於孔18a、18b、18c轉動。
圖2B顯示的是顯示為開啟狀態的運動式制具20，圖2E顯示的是顯示為鎖定狀態的運動式制具20。為了便於圖解，誇大了板11A、11A』和定位片17之間的間隔。在圖2E的鎖定位置，包括球體19a、19b、19c的定位片17夾在板11A和11A』之間，其中球體19a、19b、19c分別擱置在板11A上的空腔13A、14A、15A內以及分別擱置在板11A』上的空腔13A』、14A』、15A』內。加速度場(例如重力)確保運動式制具20的鎖定。板11A和11A』具有平行的後表面，後表面均與加速度場的方向垂直。板11A通常固定，可被指定為基板。板11A』與定位片17相對的呈現，並且定位片17受加速度場作用與板11相對呈現。通常一塊物質和一個物體(圖中未示)疊置在板11A』上並作為板11A』上的有效載荷。施加到板11A』上的該有效載荷可受附加的外界影響(如液壓設備、彈簧等)而增大。作為這樣的一個實例，圖2F和2G圖示了運動式制具20，其顯示為帶有彈簧25，通過向運動式制具20施加附加的外界鎖定力，彈簧25施加到板11A』的後表面上。圖2G是運動式制具20的側視圖，其顯示為帶有一個施加到11A』的後表面上的彈簧25。本領域普通技術人員很容易認識其它裝置也可以用於增大運動式制具10的鎖定。
與數字10指示的實施例聯合起來所做的對板11的討論，與此一致，使用圖2B的特定標號，空腔13A、13A』每個都是圓錐形的(例如圓錐體)，空腔14A、14A』每個都是脊形的(例如凹槽)，空腔15A、15A』每個都是平的(例如平面和凹部)。如圖2E和2F所示，當運動式制具20鎖定時，球體19a在三個點處接觸空腔13A的表面，在一個點處接觸空腔15A』的表面，球體19b在兩個點處接觸空腔14A的表面，在兩個接觸點處接觸空腔14A』的表面，並且球體19c在一個點處接觸空腔15A，在三個點處接觸空腔13A』的表面。
如果需要，空腔13可形成為三稜形、多角稜形或放樣表面(loftedsurface，而不是一個圓錐形。作為一個例子，圖2B』顯示了球體19a，球體19a在一點處接觸空腔15A』的表面，並在三點處接觸空腔S』的放樣表面S。在這方面，需要理解的是，如果需要，由放樣表面S表徵的空腔S』可代替空腔13A和13A』。
在球體19a、19b、19c和板11A之間有六個接觸點，在球體19a、19b、19c和板11A』之間有六個接觸點。球體19a和空腔13A之間的三個接觸點以及球體19c和空腔13A』之間的三個接觸點分別約束板11A和11A』在X、Y、Z三個方向上的運動。球體19a和空腔13A、球體19c和空腔13A』一起構成了運動式制具20的主要約束。球體19b和空腔14A之間的兩個接觸點、球體19b和空腔14A』之間的兩個接觸點一起分別約束/阻止板11A和11A』在θy(縱傾)和θx(橫搖)上的運動。球體19a和空腔14A、球體19a和空腔14A』一起構成運動式制具20的第二級約束。最後，球體19a和空腔15A』之間的單個接觸點、球體19c和空腔15A之間的單個接觸點分別限定了板11A和11A』在θz(偏轉)上的運動式。球體19a和空腔15A』、球體19c和空腔15A一起構成運動式制具20的第三級約束。
由於球體19a、19b、19c不是剛性固定，而是相對於孔18a、18b、18c自由轉動，根據本發明的主旨，運動式制具20是具有柔性的。這種柔性使得運動式制具20可以動態並自動平衡加速度場中的角度和幅值擾動。在平衡過程中，由於空腔14A、14A』之間的球體19b的轉動實際為不完整的(holonomic)(例如一種減少摩擦的轉動)，球體19a、19c的轉動實際為完整的(例如一種增加摩擦的轉動)，運動式制具20的運動式實際上是混雜的。換句話說，球體19a、19c在轉動時在它們的接觸點處比球體19b遭遇更多摩擦。根據本發明的主旨，球體19a、19c處的摩擦為運動式制具20帶來阻尼，在平衡後使得運動式制具20自動重新居中。因此，由於球體19a、19c轉動的不完整性，運動式制具20是一種不完整的運動式制具。
如果球體接觸的板11A、11A』的相對空腔的鄰接面相互平行的話，運動式制具20的球體的轉動是不完整的。球體的轉動軸線在兩個位於球體和相對的平行表面之間的接觸點之間延伸穿過球體。因此，運動式制具20的球體的非完整性能，即運動式制具20的球體的無限制的、摩擦降低的轉動，只有在與球體接觸的板11A、11A』的空腔的表面相互平行時才能確保。此外，運動式制具20的球體的完整性能，即，運動式制具20的球體的有限制的、摩擦增加的轉動，只有在與球體接觸的板11A、11A』的空腔的表面相互不平行時才能確保。由於球體接觸的空腔14A的表面與球體接觸的空腔14A』的表面相互平行，因此實現了運動式制具20的球體19b的無限制的、摩擦減小的轉動。
與運動式制具20內部一樣，通過確定板11A、11A』的方向以及將球體定位在相對的空腔14A、14A』之間，根據本發明主旨構建和布置的運動式制具的球體的無限制的、摩擦增大的轉動得以實現。如圖2C中的運動式制具21的實施例一樣，通過確定板11A、11A』的方向以及將球體定位在相對的空腔15、15A』之間，根據本發明主旨構建和布置的運動式制具的球體的無限制的、摩擦增大的轉動也得以實現。需要理解的是，板11A、11A』每一個可包括可提供不完整的球體轉動和選定數量的完整的球體轉動的空腔的不同組合。
特別參見圖2C，運動式制具21包括板11A、11A』和保持球體19a、19b、19c的定位片17。在21標示的實施例中，板11A、11A』相對於定位片17確定方位，以便當運動式制具21鎖定時，球體19a的表面在三點處接觸空腔13A的表面以及在兩點處接觸空腔14A』的表面，球體19b的表面在兩個點處接觸空腔14A以及在三點處接觸空腔13A』的表面，球體19c的表面在一點處接觸空腔15A以及在一點處接觸空腔15A』的表面。
因此在21標示的運動式制具的實施例中，在球體19a、19b、19c和板11A之間有六個接觸點，在球體19a、19b、19c和板11A』之間有六個接觸點。球體19a和空腔13A之間的三個接觸點以及球體19c和空腔13A』之間的三個接觸點分別約束板11A和11A』在X、Y、Z三個方向的平移運動。因此球體19a和空腔13A、球體19c和空腔13A』一起構成了運動式制具21的主要約束。球體19b和空腔14A之間的兩個接觸點、球體19a和空腔14A』之間的兩個接觸點一起分別約束板11A和11A』在θy(縱傾)和θx(橫搖)方向的運動。球體19b和空腔14A、球體19a和空腔14A』一起構成運動式制具21的第二級約束。最後，球體19c和空腔15A』之間的單個接觸點、球體19c和空腔15A之間的單個接觸點分別約束板11A和11A』在θz(偏轉)方向的運動式。球體19c和空腔15A』、球體19c和空腔15A一起構成運動式制具20的第三級約束。由於球體19a、19b、19c不是剛性固定的，而是相對於孔18a、18b、18c自由轉動，運動式制具20是具有柔性的並可以動態和自動平衡加速度場中的角度和幅值擾動。球體19c接觸的空腔15A、15A』的表面相互平行。這樣球體19c的轉動實際上是不完整的。因此，運動式制具21是一種不完整的運動式制具。
參照圖2D，根據本發明的主旨構建和布置的運動式制具22包括板11A、11A』和包括球體19a、19b、19c的定位片17。在22標示的運動式制具的實施例中，板11A、11A』相對於定位片17進行定位，以便當運動式制具21鎖定時，球體19a的表面在三點處接觸空腔13A的表面以及在三點處接觸空腔13A』的表面，球體19b的表面在兩個點處接觸空腔14A以及在一點處接觸空腔15A』的表面，球體19c的表面在一點處接觸空腔15A以及在兩點處接觸空腔14A』的表面。
因此在22標示的運動式制具的實施例中，在球體19a、19b、19c和板11A之間有六個接觸點，在球體19a、19b、19c和板11A』之間有六個接觸點。球體19a和空腔13A之間的三個接觸點以及球體19a和空腔13A』之間的三個接觸點分別約束板11A和11A』在X、Y、Z三個方向的平移運動。因此球體19a和空腔13A、球體19a和空腔13A』一起構成了運動式制具22的主要約束。球體19b和空腔14A之間的兩個接觸點、球體19c和空腔14A』之間的兩個接觸點一起分別約束板11A和11A』在θy(縱傾)和θx(橫搖)方向的運動。球體19b和空腔14A、球體19c和空腔14A』構成運動式制具22的第二級約束。最後，球體19b和空腔15A』之間的單個接觸點、球體19c和空腔15A之間的單個接觸點分別限約束板11A和11A』在θz(偏轉)方向的運動。球體19b和空腔15A』、球體19c和空腔15A一起構成運動式制具22的第三級約束。由於球體19a、19b、19c不是剛性固定，而是相對於孔18a、18b、18c自由轉動，運動式制具22是具有柔性的並可以動態和自動平衡加速度場中的角度和幅值擾動。球體19a、19b、19c接觸的板11A、11A』的空腔的表面沒有一個與另外的表面相互平行。相應的，球體19a、19b、19c的轉動實際上是不完整的。因此，運動式制具22是一種不完整的運動式制具。
已經對標示20、21和22的運動式制具的示例性實施例做了說明，現在將注意力轉向圖3A，其顯示的是根據本發明的主旨的30標示的一種接觸狀態，其包括一個與表面或平臺32接觸的球體31。接觸狀態30可用於此處公開的運動式制具的優選實施例的一個或多個球體和空腔之間的一個或多個表面接觸點，運動式制具的優選實施例包括前面公開的本發明的運動式制具20、21、22及接下來的優選實施例。圖3A描述所表示的，一個強制衝力施加到球體31上，將球體31抵靠在平臺32上，使得球體31在平臺32上產生一個凹痕或印跡34，其也可從圖3A』的頂視圖中看出。在這個例子中，球體31要比平臺32硬，響應施加在球體31上的抵靠平臺32的強制衝力，這樣使得印跡34形成在表面32上。
平臺32優選為有彈性的，一旦將球體31從平臺32上取走，印跡34將恢復，平臺32將呈現其最初的形狀。如果平臺32不是彈性的，印跡34仍將保持。接觸狀態30是一種柔性接觸狀態，將接觸狀態30引入運動式制具(運動式制具20、21或22)提供一種柔性附加層，並進一步改善了平衡過程。雖然平臺32要遠比球體31硬，在接觸狀態30的另一個實施例中可以反過來。在球體31遠比平臺32剛性小的情況下，在球體31的表面上而不是在平臺32上形成一個凹痕。在這方面，球體31可由彈性材料製成，或由多種彈性材料製成，在這種情況下，平臺32由遠比球體31硬的材料製成，例如鋼、鋁等。
圖3B顯示的是根據本發明的主旨由數字40標示的另一種接觸狀態，包括一個與平臺32接觸的球體31。接觸狀態40可用於此處公開的運動式制具的優選實施例的一個或多個球體和空腔之間的一個或多個表面接觸點，運動式制具的優選實施例包括前面公開的本發明的運動式制具20、21、22以及接下來的優選實施例。圖3B描述所表示的是，球體31沿著箭頭線A所指示的方向沿著平臺32移動，一個強制衝力同時施加到球體31上，導引球體抵靠在平臺32上以便使球體31產生一個壓入平臺32的凹進的軌跡39，這也可從圖3B』的頂視圖看出。正如從圖3B』所看到的，軌跡39包括一個頭部輪廓35、一個相對逐漸變細的尾部38和一個在兩者之間的相對平行邊37。頭部輪廓35是一個動態或瞬間、凹進的印跡36的前半部，其為橢圓形的。軌跡39處於一種不可恢復的狀態，其中尾部38處於恢復的過程中。在平臺32為彈性的情況下，這是優選的，圖3B中的軌跡將恢復。在這個例子中，球體31要遠比平臺32硬，隨著它在其中移動，響應施加在球體31上的抵靠平臺32的強制衝力，這樣使得軌跡39在平臺32上形成。在優選實施例中平臺32為彈性的，其中將球體31從平臺32上取走後，軌跡39將恢復，平臺32將呈現其最初的形狀。如果平臺不是彈性的，軌跡39將保持。此外，如果平臺32由具有任意可塑性特徵的材料製成，軌跡39將保持在平臺32上。永久性的軌跡對於用於地震或爆炸保護的運動式制具是理想的，但是對於半導體工業或在光學方面的精確定位卻不是。
現參照附圖3C，顯示了根據本發明的主旨的另外一種接觸狀態41其包括一個剛性球體43和一個平臺45的剛性表面。接觸狀態41可用於此處公開的運動式制具的優選實施例的一個或多個球體和空腔之間的一個或多個表面接觸點，運動式制具的優選實施例包括前述公開的本發明的運動式制具20、21、22以及接下來的優選實施例。在這個實施例中，一個彈性體以殼狀/層狀應用於球體43上，平臺45也以塗層狀44的形式塗有一種彈性材料。塗層42和44每個都通過噴射、塗敷或其它常規的塗層技術進行塗敷。圖3C描述所表示的是，一個強制衝力施加到球體42上，導引球體42抵靠在平臺45上，以便使球體43在平臺45上，更確切來說，在彈性層44上生成凹痕或印跡46，為了便於圖解，圖3C中的彈性層42和44的變形被誇大了。由於平臺45塗敷有彈性層44，印跡46和彈性層42的任意變形都將在球體43從平臺45取走後完全恢復。球體43上彈性層42和平臺45上彈性層44的設置為球體43和平臺45之間的接觸引入了柔性性能。接觸狀態41是一種柔性接觸狀態，將接觸狀態41引入運動式制具(運動式制具20、21或22)提供了柔性附加層，並進一步改善了平衡過程。
根據本發明的主旨，圖3D顯示了又一個由數字49標示的改善的接觸狀態，其可用於此處公開的運動式制具的優選實施例的一個或多個球體和空腔之間的一個或多個表面接觸點，運動式制具的優選實施例包括前面公開的本發明的運動式制具20、21、22以及接下來的優選實施例。圖3D中的接觸狀態49的特徵在於剛性球體43塗有兩層分開的材料，一個在另一個之上，也就是說，一種彈性材料以殼狀/層狀42a的形式塗敷在球體43上，另一種彈性塑料以殼狀/層狀形式47a塗敷在殼狀/層狀42a之上。一種以層狀42b形式的彈性體塗敷於平臺45上，一種彈性塑料以層狀47b的形式塗敷在彈性體層42b上。球體43受導引抵靠在平臺45上，其中彈性塑料層47a與彈性塑料層47b接觸。在這個實施例中，平臺45為剛性的。圖3D描述所表示的是，一個強制衝力施加到球體43上，導引球體43抵靠在平臺45上以形成一個小的印跡48。印跡48是形成在彈性塑料層47B與彈性塑料層42b上的變形。需要理解的是，通過提供了柔性性能，彈性塑料層47a與彈性塑料層47b分別分攤了彈性層42a和彈性層42b的接觸壓力。如果需要，可以去除彈性塑料層47a與47b中一個。接觸狀態49對於用於定位工作檯、控制器基體和其它相似應用的運動式制具是非常有用的。接觸狀態49是一種柔性接觸狀態，運動式制具(運動式制具20、21或22)中接觸狀態49的引入，提供了柔性附加層並進一步改善了平衡過程。
作為本發明的運動式制具應用的一個例子，現參照圖4，其中可以看到一個定位平臺設備50，其包括一個基礎結構51，覆蓋在基礎結構51上的控制基板53，一個與控制基板53相對的有效載荷基板55，控制臂54和一個位於基礎結構51和控制基板53之間的安裝空間52。在這個例子中，基礎結構51包括三個設置在基礎結構51和控制基板53的空間52處的運動式制具，每一個根據本發明(例如運動式制具20、21或22)構件並布置用於支撐控制基板53。控制臂54定位有效載荷基板55，且有效載荷基板55的頂表面垂直於加速度場，例如重力場。在加速度場受擾動時，根據本發明的主旨在空間52中構建和布置的運動式制具降低了對臂54的控制要求。對於控制要求的降低在海底錨泊鑽探平臺、大型海運船隻、大型地面天線、望遠鏡、透鏡、鏡子和雷射武器來說是非常需要的，它們需要保護避免受到地震和恐怖分子誘發的爆炸事件。雖然本發明的運動式制具在重載荷領域有廣泛應用，例如大型設備應用，但是也可應用在小的輕載領域，例如科學和教育設備，半導體應用和其它輕載領域。
根據本發明的主旨，按本發明的主旨構建和布置的運動式制具的板可製作成積木式組合塊的組合體。圖5a顯示了這樣一個組裝塊體的示例實施例，其大致標示在60處。根據特定領域和需要，塊體60可以是彈性的、彈性塑料或剛性的。塊體60可以一體成型或由兩個或多個剛性固定部分形成的組合體，這不僅適合於塊體60，也適用於接下來的優選的組裝塊體實施例。
塊體60是一種不連續的模型體，並且具有非配合面，即，相對的平行表面61a和61b，相對的平行表面62a和62b。表面61a和61b特徵化塊體60的相對尾端，表面62a和62b特徵化塊體60的相對邊。塊體60也具有相對的主要表面60a和60b。位於相對平行X-Z平面的表面61a和61b被看作塊體60的端表面，位於相對平行Y-Z平面的表面62a和62b被看作塊體60的側表面。表面60a可固定，或設置為承接有效載荷。當塊體應用於運動式制具的一塊板上時，塊體60的軸線Z與加速度場對齊。一個凹槽/錐形體在表面60b上形成，其特徵在於相對的向內指引的表面63和64，它們交接於與軸線X垂直並相對於X-Y平面從表面61a向下傾斜到表面61b的凹槽線65。
位於凹槽任意一側的相對表面60b』和60b」位於同一平面上，該平面就像凹槽線一樣，同樣相對於X-Y平面傾斜。此外，塊體60從表面61a向表面61b逐漸變細。在這點上，在表面61B處的塊體60的尾端可看作塊體60逐漸變細的端部。塊體60的大小通常分別由X和Y坐標系中的邊68長度和邊69長度限定。邊68和69的長度不一定相等。塊體60的凹槽可設有一個上述與圖3C的接觸狀態相關的彈性層，或者設置前述與圖3D的接觸狀態相關的一個彈性層和一個彈性塑料層。
圖5B和5C顯示了一種運動式制具板組件，其包括相對的都由塊體60形成的板71A和71B。板71A由包括相對成對的塊體60的四個塊體60形成。每對塊體60的塊體60並行設置，如圖所示，相對的成對的塊體60還細端對細端(tapered ends to tapered ends)的設置，以便相對的成對的塊體每一個都是另一個的鏡像。板71A的塊體60剛性固定在一起，例如通過焊接或粘接。由於板71A包括四個塊體，板71A具有四個凹槽，其中每個凹槽設有兩個用於球體的接觸點。
板71B也由包括相對的成對的塊體60的四個塊體60形成。至於板71B，每對塊體60的塊體60都並行設置，如圖所示，相對的成對的塊體60還細端對細端的設置，以便相對的成對塊體的每一個都是另一個的鏡像。板71B的塊體60剛性固定在一起，例如通過焊接或粘接。由於板71B包括四個塊體，板71B具有四個凹槽，其中每個凹槽設有兩個用於球體的接觸點。
雖然在板71A的構建中使用了四個塊體60，少一些或多一些塊體都可以使用。另外，雖然在板71B的構建中使用了四個塊體60，少一些或多一些都可以使用。
在圖5B和5C描述的布置中，在X-Y平面中板71A的凹槽垂直於板71B的凹槽。在圖5B和5C中，板71A是頂板，板71B是底板。
圖5D和5E顯示了運動式制具73，包括頂板71A、底板71B、四個球體75和一個定位片76，定位片設有球形孔以保持球體75之間的距離恆定，但允許球體在孔中的轉動以及球體在凹槽中的滾動。在圖5D中，每一個球體75分別由板71A、71B的兩個相對凹槽約束並與之接觸。除了四個球體75和四個相應的由定位片76設置的孔之外，定位片76和球體75與前述的定位片17和球體19a、19b、19c一樣。應當理解的是關於定位片17和球體19a、19b、19c的討論同樣適用於定位片76和球體75。
在圖5D中，每一個球體75分別由板71A、71B的兩個相對凹槽支撐並與之接觸。由於板71A的每個凹槽提供兩個球體接觸點，並且由於板71B的每個凹槽提供兩個球體接觸點，球體75在板71A上提供八個接觸點、在板71B上提供八個接觸點。由於每塊板只需六個點就足以約束板沿三個平移方向和三個轉動方向的運動，對於每塊板71A、71B，這兩個額外的接觸點是多餘的。然而，這與本發明的主旨是一致的，因為需要理解的是，其中一個球體和其中一塊板的對應接觸面之間的至少一個接觸點是柔性的，並且包括圖3C和3D中所述的其中一種柔性接觸狀態，即，柔性接觸狀態41或柔性接觸狀態42。運動式制具73的柔性不僅由球體轉動提供，而且由其中一個球體75處提供，以便每塊板上保留的六個接觸點保持必要的運動性。根據一個優選實施例，雖然在一個球體和一塊板之間只需要一個接觸點以提供所需要的柔性，但是如果需要，也可以提供更多。
如前面對定位片17相關的描述，定位片76和球體75組成一個約束自由體的組件。在加速度場擾動結束後，不僅僅由於板71A、71B的凹槽的傾斜，還由於其中一個球體75和球體轉動引入的柔性，運動式制具73重新居中。
如果需要，定位片75可從運動式制具73上去除。雖然似乎定位片75在運動式制具73中是多餘的，但它的存在增加了運動式制具73的動態特性並增強了堅固性能。
圖6A顯示了根據本發明的主旨，用於形成運動式制具的板的組裝塊體80的另一實施例。塊體80在功能上與塊體60類似，如對塊體60的相關描述，與其它相似塊體一起形成板，但是不包括改變運動式性能的不同幾何形狀。簡單說來，考慮塊體80，面61和62是非配對的，X、Y、Z坐標系統基本上與塊體60相同，其中軸線Z限定加速度場。塊體80的頂表面設有一個表面空腔，表面空腔為球體提供了兩個接觸點。繼續參照圖6A並另外參照圖6A』，空腔的特徵在於兩個相對的圓錐表面82，兩個相對的圓錐表面82在環形凹槽線83處相接，並在兩個拋物線邊線84處與表面81相接。塊體80的大小通常由邊線85限定。特別參照圖6A』，球體在空腔中的轉動軸線與沿著軸線Z定義的加速度場逆向排列(例如在誤差±50°之內相垂直)。在圖6A』中，球體以虛線輪廓加以描述，只是用於示意性目的。
需要注意的是圓錐表面82的軸線與X-Y平面平行，因此垂直於加速度場。這與圓錐體形成對比。就這點而言，雖然非完整球體或摩擦減少球體的轉動可沿著與加速度場並排的軸線只在兩個方向(相對於加速度場方向的徑向和切向)上沿錐面進行，該運動發生在錐形面82的任意處，由此提供了增強的重新排列性能。同時，錐形體13(前述的)在三個點處接觸球體，但是一個球體也可只在兩個點處接觸錐形表面82。
圖6B和6C顯示了包括相對的由塊體80形成的板86A和86B的運動式制具87。板86A由四個剛性固定在一起的塊體80形成，例如通過焊接。板86B也由四個剛性固定在一起的塊體80形成，例如通過焊接。板86A和86B均由四塊板80形成。雖然在板86A的構建中使用了四個塊體80，但是可以使用少些或多些。雖然在板86B的構建中使用了四個塊體80，但是可以使用少些或多些。運動式制具87還包括定位片76和四個球體75(圖6C中不可見)，以及在其中一個球體和其中一塊板的相應接觸表面之間的至少一個柔性接觸點。圖6B顯示的是處於開啟位置的運動式制具87，圖6C顯示的是處於鎖定位置的運動式制具87。在所有其餘方面，運動式制具87如同運動式制具73一樣運行。如果需要，定位片76可去除，圖6D在包括四個夾在相對的板86A和86B之間的球體75的運動式制具89中顯示了這種狀態。
圖7A和7A』顯示了根據本發明的主旨，用於構建運動式制具的板的組裝塊體90的又一實施例。如對前述組裝塊體實施例80的解釋，組裝塊體90共享表面61和62、邊線85以及相應坐標系X、Y、Z。在這個實施例中，空腔形成在具有兩個二階表面的表面91內，該二階表面在環形凹槽線93和在與凹槽線83相對側的表面91之上的兩條相對、筆直的、平行的線94之間放樣。這种放樣表面為球體提供兩個接觸點，並具有變化的沿與線94垂直的直線95移動的斜面。這種變化的斜面產生一種恆定斜面所不能充分提供的平滑重居中效應。
圖7C和7D顯示了一個包括相對的由塊體90形成的板96A和96B的運動式制具97。板96A由四個剛性固定在一起的塊體90形成，例如通過焊接。板96B也由四個剛性固定在一起的塊體90形成，例如通過焊接。板96A和96B均由四塊板90形成。雖然在板96A的構建中使用了四個塊體90，但是可以使用少些或多些。雖然在板96B的構建中使用了四個塊體90，但是可以使用少些或多些。
運動式制具97還包括定位片76和四個球體75(圖7D中不可見)，以及在其中一個球體和其中一塊板的相應接觸表面之間的至少一個柔性接觸點。圖7C顯示的處於開啟位置的運動式制具97，圖7D顯示的是處於鎖定位置的運動式制具97。在所有其餘方面，運動式制具97如同運動式制具73和87一樣運行。如果需要，定位片76可去除，圖7E在包括四個夾在相對板96A和96B之間的球體75的運動式制具100中顯示了這種狀態。
圖7B顯示了由兩個塊體90組成的組裝塊體96的又一實施例，塊體剛性固定在一起使得凹槽線93相互平行。如果需要，塊體96也可以一體成形。
圖8A顯示了根據本發明的主旨的用於構建運動式制具的板的組裝塊體101的又一實施例。塊體101是圓柱形的，可以很容易的由棒料機械加工得到，並作為基板內堅硬的嵌入物。塊體101具有圓形底部102、提供兩個球體接觸點的兩個圓錐形表面103、圓環形凹槽線104和頂部圓周空間曲線95。塊體101在小規模的應用上很有效。組裝塊體101以此處公開的其它組裝塊體一樣的方式布置在運動式制具的內部，應當理解的是對本發明前述的組裝塊體的討論適用於這裡的組裝塊體101。
圖8B顯示了用於構建運動式制具的基板的組裝塊體106的又一實施例。塊體106具有正方形或矩形底部，和提供了兩個球體接觸點的雙二階雙曲拋物放樣面107。由於沿著這樣的凹槽線(未示)的導向曲線的變化的半徑，表面107的凹槽線消失。然而「凹槽曲線效應」在單由塊體106構建的運動式制具的動態效應時展現出來了。由此，塊體106的凹槽線是潛在的，但卻是真實的。只要表面107不超出二階幾何形狀，它可被看為圓頂。高階動態表面在所提議的應用領域方面有缺點，因此不是本發明的課題。塊體106優選用於大規模的要求表面107要大的應用。地震和爆炸引起的重力場擾動平衡需要這樣大尺寸的塊體106。海洋基座式鑽探平臺和大型船隻，例如航行器運載工具和巡航船隻，具有穩定狀態的重力場傾斜失調，可以利用所公開的包括由塊體106形成的大型板塊的運動式制具。組裝塊體106以此處公開的其它組裝塊體一樣的方式布置在運動式制具的內部，需要理解的是對本發明前述的組裝塊體的討論適用於這裡的組裝塊體106。
大型運動式制具會需要將遠遠分開的塊體構造在一起。一個這樣的框架將在下文中示出。要注意的是運動式制具中多於三個球體都需要將塊體保持在一起的框架的框架彈性，框架彈性提供了包括多於三個球體(例如四個或更多)的運動式制具所需要的柔性性能。與此相一致，圖8C顯示了一個局部組裝的運動式制具110，其包括具有與塊體106相同的表面空腔的兩個塊體111，其詳細細節將不再討論。圖8C所提供的指示在於塊體111與框架112聯合起來形成一塊板，其中塊體111包括用於承接框架112的向外指向的參數槽111A，其中焊接、螺栓、螺釘或類似物用於將塊體111剛性固定到框架112上。任意數量的塊體可通過框架形成一塊板，框架可以呈任意想要的形狀，也可以使用任意適合的方法將塊體固定到框架上，而不偏離本發明。如果需要，取決於特定應用，塊體可以一個挨一個的定位，或一個與另一個隔開甚至遠遠隔開。
作為圖解，圖8D顯示了包括兩個與一個框架連接的塊體的運動式制具110A，圖8E顯示了包括四個與一個框架連接的塊體的運動式制具110B，圖8F顯示了包括六個與一個框架連接的塊體的運動式制具110C。制具110A、110B和110C的塊體可以具有任意想要的與公開內容一致的空腔形狀。在用於運動式制具的一塊板內，可使用由框架固定的任意數量的塊體，而不偏離本發明。
圖9顯示了一種桁架設備(truss assembly)113，其包括一個具有一個中心環形座115的板114，座115與此處公開的根據本發明的主旨構建和布置的大規模的運動式制具上的球體相配合。板114具有多個間隔開的孔116，孔116繞座115周向布置以用於承接框架杆117。雖然在圖9中沒有示出，杆117螺栓連接到板114上。
表面空腔帶有多個凹槽線，具有這樣的表面空腔的組裝塊體是很有用的，並可能比這裡公開的組裝塊體的單個凹槽空腔表面更有優勢。作為圖解，圖10顯示了根據本發明的主旨，用於構建運動式制具的基板的組裝塊體120的又一實施例。塊體120包括一個帶有兩個相互交叉的凹槽線121和122的表面空腔，凹槽線是塊體120的正方形或矩形基板127的對角線。兩個環形或拋物形表面123和124分別在凹槽線121和圓周線125、在凹槽線122和圓周線126之間放樣，其中形成關於中心對稱的四分表面。
構造帶有多個凹槽線(三個或更多凹槽線)和雙曲拋物四分線的相似的中心對稱的空腔表面，在本發明的宗旨內是具有指導意義的。為做進一步解釋，圖11顯示了本發明的一個優選實施例的表面空腔130，其在正方形圓周線131和環形導引線132之間放樣，其中線131和132設置在與加速度場垂直的相對、平行的面內。放樣表面133是其顯示為是四分的並且被虛擬凹槽線134隔開的單個表面。與放樣表面133相切的球體表面135閉合了這個表面空腔的底部。要注意的是這种放樣面是雙曲拋物面，其仍是一個二階表面。因此雖然圖10顯示了包括相交凹槽線的放樣表面，圖11的實施例中顯示了包括非相交凹槽線的表面空腔結構。
現把注意力轉向圖12，其中可以看到用於構建運動式制具的基板的組裝塊體140的又一實施例。塊體140包括四個連續的表面空腔141。每個空腔141具有一個帶有圓形凹槽線的相對的側圓柱表面142，帶有圓形凹槽線的相對的端部圓柱表面143，其中每個圓形凹槽線都以144標示，並具有恆定半徑的表面。空腔141適於承接具有高剛性和低阻尼的承載球體，或者由高阻尼的軟材料製成的非承載球體。塊體140的側壁145可承接連接器塊體以連接更多的板140以形成一個承載層或軌。底壁146都適於承接尾杆以用於相同的連接目的。
作為一個例子，圖13顯示了一個用於將板140連接在一起以形成一個用於運動式制具的連接器150的大型板。在這個實施例中，連接器150包括一個形成在上表面151內部的空腔152，上表面形成了四個矮的側壁。矮側壁設有用於容納將塊體150連接到板140上的螺栓或螺釘的孔153。參看圖14，有一個由板140和連接器150形成的框架平臺160。更多的連接器和板可以添加到大型軌或板上去，其適於容納多組電子箱和其它有效載荷組件。
當需要額外的阻尼時，所述球體在其上轉動的表面空腔的表面可看作是包括例如其由鈍頭、梯形、鑽尖、或球端刀具、接觸狀態41、接觸狀態42等形成的單向槽或雙向槽的柔性表面層，。球體表面也可是經密集排列的凹痕或淺孔處理過的表面，這對於凹槽的球形表面更為實用。在這點上，圖15A和15B顯示了彈性層107，彈性層107可用於形成根據本發明主旨構建和布置的在球體和運動式制具的板上的空腔表面之間的柔性接觸。層107可塗覆在球體和/或板的一個接觸表面，例如一個板的空腔。層107包括一個格柵或矩陣，其由間隔的柱108所排成的互相平行的排形成，柱被交叉的縱向和橫向凹部109和110隔開。當球體在層107上轉動時，獲得更多的滾動阻力，以增強了阻尼。在圖15A和15B描述的實施例中，柱108通常為正方形的。在圖16中，顯示了彈性層120的另一個實施例，其包括蘑菇形狀的層121，它由球體刀125切割的凹部122隔開，其中凹部122是圓形。其它形狀的柱和凹部也可使用而並不偏離本發明。
已經參照優選實施例對本發明做了上述說明。然而，本領域的技術人員將意識到，可對上述實施例做變化和修改，而不偏離本發明的本質和範圍。例如，參照圖17，可以看到一個球體接觸的幾何形狀145的示意性圖示，其包括一個接觸相對的上部和底部空腔151和152的球體，其中底部空腔152繞軸線X的轉動與頂部空腔繞軸線Y的轉動垂直，其中這兩個轉動都垂直於加速度場Z，在這個實施例中加速度場與重力場並排。用於球體接觸表面的正交和楔形的空腔，可按照圖17的方式用在根據本發明的主旨構建和布置的運動式制具上。如果需要，圖2B』中的幾何結構可像圖17的幾何結構一樣布置。作為參照，從橫剖面看去，圖2B』中描述的實施例中的空腔S』的放樣表面S表示與空腔151和152中每一個大體相同的空腔幾何結構。對於本領域的技術人員，對這裡作為解釋目的而選擇的實施例做不同的進一步的變化和修改是很容易發生的。對於沒有偏離本發明的精神的修改和變化的程度，它們都將包含在這裡的範圍內。
已經以這種清楚和準確的詞彙對本發明做了充分說明，使得本領域的技術人員能理解並實施同樣的發明，本發明所要求的是。
權利要求
1.一種設備，其包括三個球體；第一板，和相對的第二板；第一板在六個約束第一板的平移和轉動運動的接觸點處接觸所述三個球體；以及第二板在六個約束第二板的平移和轉動運動的接觸點處接觸所述三個球體。
2.根據權利要求1所述的設備，還包括定位片，其具有相對的第一和第二面以及從第一面延伸到第二面的三個孔；所述三個球體各自放置在所述三個孔中的一個內以相對於定位片轉動，所述三個球體突出到第一和第二面的外側。第一板與第一面並排；以及第二板與第二面並排。
3.根據權利要求1所述的設備，還包括第四球體；第一板在第一接觸點處接觸第四球體；以及第二板在第二接觸點處接觸第四球體；其中第一和第二接觸點中的至少一個是柔性接觸點。
4.根據權利要求3所述的設備，還包括定位片，其具有相對的第一和第二面，以及從第一面延伸到第二面的四個孔；所述三個球體和第四球體各自放置在所述四個孔中的一個內以相對於定位片轉動，所述四個球體突出到第一和第二面的外側。第一板與第一面並排；以及第二板與第二面並排。
5.根據權利要求3所述的設備，其中柔性接觸點在所述接觸點處設有彈性體。
6.根據權利要求5所述的設備，還包括應用在所述彈性體上的彈塑性材料。
7.根據權利要求5所述的設備，其中所述彈性體承載在第四球體、第一板和第二板中的其中一個之上。
8.根據權利要求1所述的設備，其中第一板由多個剛性固定的塊體所形成。
9.根據權利要求1所述的設備，其中第二板由多個剛性固定的塊體所形成。
10.根據權利要求1所述的設備，其中第一板由塊體形成，塊體由框架支撐並固定其上。
11.根據權利要求1所述的設備，其中第二板由塊體形成，塊體由框架支撐並固定其上。
12.一種設備，其包括定位片，其具有相對的第一和第二面以及從第一面延伸到第二面的三個孔；三個球體，每個球體放置在三個孔中的一個內以相對於定位片轉動，所述三個球體突出到第一和第二面的外側；第一板，其與第一面並排並在六個約束第一板的平移和轉動運動的接觸點處接觸所述三個球體；第二板，其與第二面並排並在六個約束第二板的平移和轉動運動的接觸點處接觸所述三個球體。
13.根據權利要求12所述的設備，還包括第四孔，其從第一面到第二面延伸穿過定位片；第四球體，其放置在第四孔內以相對於所述定位片轉動，該第四球體突出到第一和第二面的外側；第一板在第一接觸點處接觸第四球體；以及第二板在第二接觸點處接觸第四球體；其中第一和第二接觸點中的至少一個是柔性接觸點。
14.根據權利要求13所述的設備，其中該柔性接觸點在所述接觸點處設有彈性體。
15.根據權利要求14所述的設備，其中該彈性體承載在第四球體、第一板和第二板中的其中的一個之上。
16.根據權利要求14所述的設備，還包括應用在該彈性體上的彈塑性材料。
17.根據權利要求12所述的設備，其中第一板由多個剛性固定的塊體所形成。
18.根據權利要求12所述的設備，其中第二板由多個剛性固定的塊體所形成。
19.根據權利要求12所述的設備，其中第一板由塊體形成，塊體由框架支撐並固定其上。
20.根據權利要求12所述的設備，其中第二板由塊體形成，塊體由框架支撐並固定其上。
21.一種設備，其包括三個球體；至少一個附加的球體，其包括一個第四球體；第一板和一個相對的第二板；第一板在六個約束第一板的平移和轉動運動的接觸點處接觸所述三個球體；第二板在六個約束第二板的平移和轉動運動的接觸點處接觸所述三個球體；第一板在第一接觸點處接觸第四球體；以及第二板在第二接觸點處接觸第四球體；其中第一和第二接觸點中的至少一個是柔性接觸點。
22.根據權利要求21所述的設備，還包括定位片，其具有相對的第一和第二面以及從第一面延伸到第二面的四個孔；所述三個球體和所述第四球體的每一個放在四個孔中的一個裡以相對於所述定位片轉動，這四個球體突出到第一和第二面的外側；第一板與第一面並排；以及第二板與第二面並排。
23.根據權利要求21所述的設備，其中該柔性接觸點在所述接觸點處設有彈性體。
24.根據權利要求23所述的設備，還包括應用在該彈性體上的彈塑性材料。
25.根據權利要求23所述的設備，其中該彈性體承載在第四球體、第一板和第二板中的其中一個之上。
26.根據權利要求21所述的設備，其中第一板由多個剛性固定的塊體所形成。
27.根據權利要求21所述的設備，其中第二板由多個剛性固定的塊體所形成。
28.根據權利要求21所述的設備，其中第一板由塊體形成，塊體由框架支撐並固定其上。
29.根據權利要求21所述的設備，其中第二板由塊體形成，塊體由框架支撐並固定其上。
30.一種設備，其包括定位片，其具有相對的第一和第二面以及從第一面延伸到第二面的多個孔；三個球體；至少一個附加的球體，其包括第四球體；所述三個球體和第四球體的每一個各自放置在其中一個孔內以相對於定位片轉動，這四個球體突出到第一和第二面的外側；第一板，其與第一面並排並在六個約束第一板的平移和轉動運動的接觸點處接觸所述三個球體；算二板，其與第二面並排並在六個約束第二板的平移和轉動運動的接觸點處接觸所述三個球體；第一板在第一接觸點處接觸第四球體；以及第二板在第二接觸點處接觸第四球體；其中第一和第二接觸點中的至少一個是柔性接觸點。
31.根據權利要求30所述的設備，其中該柔性接觸點在所述接觸點處設有彈性體。
32.根據權利要求31所述的設備，其中該彈性體承載在第四球體、第一板和第二板中的其中一個之上。
33.根據權利要求31所述的設備，還包括應用在該彈性體上的彈塑性材料。
34.根據權利要求30所述的設備，其中第一板由多個剛性固定的塊體所形成。
35.根據權利要求30所述的設備，其中第二板由多個剛性固定的塊體所形成。
36.根據權利要求30所述的設備，其中第一板由塊體形成，塊體由框架支撐並固定其上。
37.根據權利要求30所述的設備，其中第二板由塊體形成，塊體由框架支撐並固定其上。
全文摘要
一種運動式制具包括三個球體，一個第一板和一個相對的第二板。第一板在六個約束第一板的平移和轉動運動的接觸點處接觸這三個球體，第二板在六個約束第二板的平移和轉動運動的接觸點處接觸這三個球體。還設有一個定位片，具有相對的第一和第二面以及從第一面延伸到第二面的三個孔。這三個球體各自放置在三個孔中的一個內以相對於定位片轉動，其中這三個球體突出到第一和第二面的外側；第一板與第一面並排，並且第二板與第二面並排。
文檔編號B64G1/66GK101060798SQ200480026864
公開日2007年10月24日 申請日期2004年12月22日 優先權日2004年4月27日
發明者Z·A·柯莫尼 申請人:Z·A·柯莫尼