重力提供動力的平衡系統的製作方法
2023-06-19 03:58:01
專利名稱：重力提供動力的平衡系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及配置為用於讓負載物沿垂直方向運動的平衡輔助系統。
背景技術：
高架橋式起重機廣泛地用於提升大的負載物和使其重新定位。通常，拾取和放置操作中的移位涉及三個平移自由度和沿垂直軸線的旋轉自由度。這種運動設定被稱為選擇性順應組裝機器人手臂(「SCARA」)動作或「Sch_ff1.e」動作，其被廣泛地用在工業中。橋式起重機允許沿兩個水平軸線的運動。通過適當的關節，可以增加垂直的平移軸線和垂直的旋轉軸線。沿水平軸線的第一運動通過讓橋架在固定軌道上運動而獲得，而沿第二水平軸線的運動通過讓臺車垂直於固定軌道的方向且沿橋架運動而獲得。沿垂直軸線的平移通過使用垂直滑動關節或通過使用傳動帶而獲得。沿垂直軸線的旋轉通過使用繞垂直軸線的旋轉樞轉而獲得。存在至少部分地機動化的高架橋式起重機，其通過操作者沿水平軸線手動地移位且沿垂直軸線手動地旋轉，但是其包括機動化的提升機，以便應對沿垂直方向的重力。還有，一些橋式起重機可手動地沿所有軸線移位，但是通過平衡裝置對負載物的重量進行補償，以便減輕操作者的負擔。這種橋式起重機有時被稱為輔助裝置。平衡通常通過加壓空氣系統獲得。這些系統需要加壓空氣，以便維持壓力或真空——取決於使用的原理——這需要很大的功率。還有，因為加壓空氣汽缸中的摩擦，移位非常不平滑且甚至會彈跳。平衡可使用平衡配重獲得，這會對系統增加很大的慣量。雖然對於垂直運動是有益的且甚至是必要的，但是這樣的附接到橋式起重機的臺車的系統由於讓這些系統的質量體運動而增加與水平運動的有關的很大的慣量。在基於平衡配重的平衡系統的情況下，增加的質量會非常大，甚至大於負載物本身。如果水平行進速度很重要，則增加到系統的慣量會是主要的缺陷。還存在完全地機動化的這種橋式起重機，其要求強有力的促動器，尤其對於支撐負載物重量的垂直運動軸來說。這些促動器通常附接到臺車或橋架其隨後進入運動。垂直平移促動器有時通過類似於塔式起重機中的系統附接到橋架且連接到臺車。
發明內容
一種平衡輔助系統包括支撐結構、輔助裝置、可變平衡系統和平衡線纜。輔助裝置被支撐結構可動地支撐。輔助裝置配置為用於沿X軸線和Y軸線中的至少一個相對於支撐結構運動。質量體被輔助裝置垂直地支撐。可變平衡系統配置為用於讓質量體沿Z軸線在垂直方向上運動。可變平衡系統包括平衡平臺、杆和可移動平衡配重。杆在固定樞轉點樞轉地附接到平衡平臺，從而杆在固定樞轉點繞平衡軸線可樞轉。可移動平衡配重相對於固定平衡軸線設置在杆上且在最小位置和最大位置之間可動。平衡線纜操作性地連接支撐結構、杆和質量體，從而質量體經由平衡線纜通過支撐結構被垂直地支撐。最小位置對應於具有最小重量的質量體，從而質量體沿Z軸線靜態平衡。同樣，最大位置對應於具有最大重量的質量體，從而質量體沿Z軸線靜態平衡。可變平衡系統配置為用於讓質量體沿Z軸線在垂直方向上運動。可變平衡系統包括平衡平臺、杆和可移動平衡配重。杆在固定樞轉點樞轉地附接到平衡平臺，從而杆在固定樞轉點繞平衡軸線可樞轉。可移動平衡配重相對於固定平衡軸線可運動地設置在杆上且在最小位置和最大位置之間可動。最小位置對應於具有最小重量的質量體，從而質量體沿Z軸線靜態平衡。同樣，最大位置對應於具有最大重量的質量體，從而質量體沿Z軸線靜態平衡。—種讓可變平衡系統平衡的方法，包括通過杆沿Z軸線垂直地支撐質量體，所述杆在樞轉點被可樞轉地支撐。平衡配重沿杆運動以改變杆的重心。一旦杆的重心與質量體重合則平衡配重沿杆的運動被停止，從而質量體沿Z軸線靜態平衡。在下文結合附圖進行的對實施本發明的較佳模式(一個或多個)和實施例(一個或多個)做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發明的特徵和優點以及其他的特徵和優點。
圖1是平衡輔助系統的示意性透視圖，其包括操作性地連接到支撐結構的可變平衡系統；圖2是圖1的可變平衡系統的示意性透視圖；圖3A-3J是可變平衡系統的被動平衡裝置的十個操作順序的示意性圖，其中制動器在固定樞轉點處；圖4A-4J是可變平衡系統的被動平衡裝置的十個操作順序的示意性圖，其中沒有在固定樞轉點處的制動器；圖5A-5C是機械秤系統的三個操作順序的示意性圖，用於進行重力提供動力的自調整平衡；圖6A-6D是機械秤系統的四個操作順序的示意性圖，用於使用提起動作進行重力提供動力的自調整平衡；圖7是圖5和6的機械秤系統的參數的示意性圖；圖8A和SB是通過線纜線路而附接到負載物的圖1的平衡系統的示意性圖；和圖9A和9B是可變平衡系統的平衡裝置的兩個操作順序的示意性圖，其除了平衡配重之外還使用小的平衡配重。
具體實施例方式參見附圖，其中相同的附圖標記表示相同的部件，在圖1中平衡輔助系統在10處顯示。平衡輔助系統10包括靜止支撐結構12、可變平衡系統14、輔助裝置16和質量體18。可變平衡系統14配置為用於讓質量體18沿Z軸線22沿垂直方向20相對於地面24運動，如圖1所示。質量體18可以包括末端執行器26，其中末端執行器26通過輔助裝置16支撐。末端執行器26可以選擇性地支撐負載物28。在重的負載物28通過操作者30手動地移動時，希望對重量進行補償。這可以通過使用基於平衡配重的平衡輔助系統10實現。如果質量體安裝在杆34上，所述杆可繞固定樞轉點36旋轉，則全局系統在運動質量體的質量中心與固定樞轉點36重合時靜態地平衡。這種原理可通過其他機械傳動機構實施，例如線纜、氣動部件或它們的組合。實際上，其中一個運動質量體通常是負載物28而其他的是被選擇為對負載物28進行平衡的平衡配重。在機械系統被平衡時,負載物28可通過非常小的力而垂直地向上和向下運動，因為重力總是被補償。在負載物28可變化的應用中，平衡配重可沿杆34 (或其他機械系統)移位，以便適應變化的負載物28。希望使用用重力提供動力的機械系統以沿垂直方向20平衡負載物，即不要求使用外部動力的機械系統。支撐結構12包括但不限於一對平行的軌道38或跑道。通常，輔助裝置16通過支撐結構12的平行軌道38支撐。輔助裝置16可以包括橋式起重機40和臺車42。橋式起重機40是包括至少一個梁44的結構，所述至少一個梁跨過該一對平行軌道38。橋式起重機40適於相對於地面24沿Y軸線48水平地承載負載物28。臺車42可動地附接到橋式起重機40的大梁44，從而臺車42適於相對於地面24沿X軸線46水平地承載負載物28。Z軸線22相對於地面24沿大致垂直的方向20延伸。另外，末端執行器26可動地從臺車42延伸，從而末端執行器26適於沿Z軸線22沿大致垂直方向20承載或支撐負載物28。參見圖1，沿Z軸線22的運動與輔助裝置16的沿X和Y軸線46、48的水平運動脫開關聯。該意味著輔助裝置16的垂直運動與沿X和Y軸線46、48的任何相關的負載物28和末端執行器26的水平運動脫開關聯。可變平衡系統14可以設置在地面24上。可變平衡系統14配置為對質量體18(SP末端執行器26和任何相關的負載物28)提供平衡，從而末端執行器26和任何相關的負載物28沿Z軸線22靜態地平衡。靜態平衡意味著質量體18可以選擇性地響應於對質量體18施加的垂直力50而沿Z軸線22運動。然而，在停止施加垂直力50時，末端執行器26和任何相關的負載物28通常被保持在沿Z軸線22的相同垂直位置，如它們被「靜態平衡」的那樣。至少一個平衡線纜52操作性地將末端執行器26、可變平衡系統14和支撐結構12互連。更具體地，在一個端部，平衡線纜52操作性地連接到支撐結構12。平衡線纜52可以是線纜、帶、鏈或任何其他物體或裝置，其配置為將支撐結構12、可變平衡系統14和末端執行器26互相連接。另外，參考圖8A和SB，平衡線纜52的兩端部附接到結構12，且滑輪53操作性地設置在平衡線纜52和末端執行器26之間。如圖1和2所示，可變平衡系統14包括平衡平臺54和杆34，所述杆在固定樞轉點36樞轉地附接到平衡平臺54，從而杆34在固定樞轉點36繞平衡軸線56樞轉。負載物28的靜態平衡使用可移動的平衡配重32執行，所述平衡配重32沿杆34定位以使得運動系統(即末端執行器26和負載物28)的質量中心與固定樞轉點36重合。杆34具有相對端部58。平衡線纜52在一個端部58附近操作性地附接到支撐結構12。第一滑輪64可以設置為遠離可變平衡系統14，例如設置在支撐結構12上。第二滑輪60可以設置在第一滑輪64和杆34的其中一個端部58之間。杆58在一個端部58附近操作性地附接到第二滑輪60，如圖2所示。平衡線纜52可以在附接點62處固定到支撐結構12，在所述附接點62處平衡線纜52隨後繞第二滑輪60延伸，所述第二滑輪60操作性地附接到杆58。隨後，平衡線纜52從第二滑輪60延伸且繞第一滑輪64延伸，所述第一滑輪64操作性地附接到支撐結構12。至少一個可移動的平衡配重32操作性地附接到杆34。可移動的平衡配重32配置為沿杆34在最小位直68和最大位直70之間運動一距尚66,以平衡與質量體18相關的重量且讓質量體18靜態平衡。在可移動的平衡配重32處在最小位置68時，可移動的平衡配重32沿杆34運動從而可移動的平衡配重32比當可移動的平衡配重32處在最大位置70時更靠近平衡軸線56。可移動的平衡配重32在最小位置68、最大位置70或在最小和最大位置68、70之間的任何其他位置的位置被配置為讓末端執行器26和任何相關的負載物28沿Z軸線22靜態平衡。因此，在可移動的平衡配重32處在最小位置68時，末端執行器26可以不在支撐負載物28，或可以支撐最小負載物28，即具有針對可變平衡系統14設計的最小重量的負載物28，同時保持沿Z軸線22的靜態平衡。同樣，在可移動的平衡配重32處在最大位置70時，末端執行器26支撐最大負載物28，即針對可變平衡系統14的設計的具有最大重量的負載物28，同時保持沿Z軸線22的靜態平衡。然而，可移動的平衡配重32也可以在最小位置68和最大位置70之間被定位在沿杆34的任何地方，其被配置為讓末端執行器26垂直地平衡,所述末端執行器26支撐小於最大負載物28但大於最小負載物28的負載物28。在可移動的平衡配重32處在沿杆34的平衡位置時，質量體18可以以通過操作者30施加的非常小的力而沿Z軸線22垂直地運動。響應於沿Z軸線22的運動，杆34可以繞平衡軸線56相對樞轉，而平衡配重32提供對垂直運動的輔助，同時保持質量體18沿垂直方向靜態平衡。參考圖1和2，在杆34繞平衡軸線56樞轉時，第二滑輪60沿垂直方向運動，從而第二滑輪60沿平衡線纜52相對於相應的附接點62而運動。同樣，在第二滑輪60沿平衡線纜62運動時，平衡線纜62還相對於第一滑輪60運動。在操作期間，負載物28需要被抓持和釋放，且因此需要至少兩個平衡狀態。可通過讓可移動的平衡配重32沿杆34運動而在這兩個狀態中獲得理想的平衡。為了避免使用強力的促動器，重力用於讓可移動的平衡配重32沿杆34移位。具體參見圖3A-3J，制動器74被使用以便建立一系列平衡狀態。該系列在下文描述。所提出的被動平衡在某些條件下可行的。主要來說，負載物28必須沿Z方向在比釋放位置更高的位置處拾取，這允許使用負載物28的重力勢能來為可變平衡系統14賦能。平衡系統可以被調節到負載物28的重量。這可通過使用包括彈簧96在內的機械秤而對負載物28稱重來實現。使用機械秤，可移動的平衡配重32沿杆34運動的距離與負載物28的重量成比例，以便獲得平衡系統。如在以前的實施例中那樣，制動器74被使用以便獲得允許平衡的一系列狀態。允許適當的平衡的條件在下文描述且給出了必須滿足的數學關係。參見圖3A-3J，被動平衡裝置(制動器74處在固定樞轉點36處)的操作順序被示出。為了參考，叉「X」代表被鎖定的關節76。在某些條件下，可以在不使用很大的外部動力的情況下在未加載狀態和加載狀態之間調整輔助裝置16的平衡。更具體地，使用重力來為運動提供動力，可移動的平衡配重32沿杆34在兩個位置之間運動。下列的順序說明了操作原理。圖3A-3J中相應的步驟表示從圖3A開始的以順序的次序到達圖3J的順序。具體參見圖3A，在未加載狀態中，可移動的平衡配重32的位置被鎖定在樞軸附近且杆34自由運動或樞轉。參見圖3B，末端執行器26被置於負載物28附近，所述負載物28定位得足夠高，從而杆34的可移動平衡配重32側朝向地面24向下。隨後，杆34被鎖定在固定樞轉點36。在杆34鎖定在固定樞轉點36的情況下，圖3C顯示了負載物28被抓起。圖3D顯示了，為了平衡已加載的末端執行器26，可移動的平衡配重32被解鎖且沿杆34 (受重力輔助)下落，直到(經由機械止動件75)到達經調整的位置，所述調整位置將已加載的末端執行器26平衡。參見圖3E，可移動的平衡配重32鎖定到杆34。參見圖3F，杆34在固定樞轉點36處解鎖，允許已加載的末端執行器26沿Z方向移位，同時被靜態地平衡。參見圖3G，負載物28被置於其新位置，所述新位置沿Z方向足夠低，從而杆34的可移動平衡配重32側相對於地面24向上且杆34被鎖定在固定樞轉點36處。參見圖3H，負載物28被從末端執行器26釋放。現在參見圖31，為了讓未加載的末端執行器26平衡，可移動平衡配重32解鎖且沿杆34下落(受重力輔助)，直到(經由機械止動件77)到達經調整的位置，所述調整位置將未加載的末端執行器26平衡。圖3J顯示了可移動平衡配重32被鎖定在杆34上。在圖3J的構造的固定樞轉點36被解鎖時，平衡裝置返回到圖3A所示的構造。應理解如上所述的系統僅可在負載物28和末端執行器26的重量事先已知時エ作。該條件是必要的，以便適當地設定機械止動部75、77的與平衡狀態相關的位置。得知新的負載物28的質量，機械止動部75、77可因而被實時地調整。另外，負載物28被抓持的垂直高度必須比參考高度更高，且負載物28被釋放的高度必須比參考高度低，(杆34在參考高度下是水平的)，允許可移動平衡配重32沿適當的方向運動以用於平衡。還有，在該條件下，讓可移動平衡配重32移位所需的能量通過在負載物28的抓住和釋放狀態之間的負載物28失去的重力勢能提供。另外，必須包括兩個鎖定系統78: —個用於固定樞轉點36而ー個用於可移動平衡配重32。這兩個系統允許操作者30控制輔助裝置16的平衡狀態。這些系統不應該需要很大的動力。可移動平衡配重32的減速可通過行程結束處的能量吸收器而被最小化。而且，可移動平衡配重32在其沿杆34的運動開始時的加速度可通過彈簧增加，所述彈簧將輸送在之前的減速期間存儲的能量。如果要操作具有不同已知重量的不同負載物28，則平衡設定可在抓持之前被操作者30或系統改變。在如上所述的順序中，假定負載物28在拾取位置處被置於末端執行器26上且在釋放位置處從輔助裝置16掉落。然而，在大多數情況下，負載物28事實上從支撐結構上被拾取和被釋放在固定結構或其他固定表面上。在這些條件下，負載物28從其上被拾取或釋放的支撐結構可被用於穩定化，且固定樞轉點36處的制動器74不再是必要的，如圖4A-4J示出的。下列的順序描述了在固定樞轉點36處沒有制動器74的情況下平衡裝置的操作原理。圖4A-4J中相應的步驟以在圖4A開始的以順序的次序到達圖4J的順序表示。具體參見圖4A，在未加載狀態中，可移動的平衡配重32的位置被鎖定在固定樞轉點36附接且杆34可自由運動或繞固定樞轉點36樞轉。現在參見圖4B，末端執行器26被置於負載物28附近，所述負載物28垂直地定位得足夠高，從而杆34的可移動平衡配重32側相對於向地面24向下。現在參見圖4C，負載物28被抓持。因為負載物28被擱置在支撐結構上，杆34的任何運動被防止。參見圖4D，為了讓已加載的輔助裝置16平衡，可移動平衡配重32被解鎖且沿杆34 (受重力輔助)下落，直到止動件到達經調整的位置，所述調整位置將已加載的末端執行器26平衡。參見圖4E，可移動的平衡配重32被鎖定。參見圖4F，隨後可以讓已加載的末端執行器26移位且同時被靜態平衡。圖4G顯示負載物28被置於其新位置，所述新位置沿Z方向垂直地足夠低，從而杆34的可移動平衡配重32側相對於地面24向上。因為負載物28被擱置在支撐結構上，杆34的任何運動被防止。圖4H示出了，為了讓未加載的末端執行器26平衡，可移動平衡配重32被解鎖且沿杆34 (受重力輔助)下落，直到止動件到達經調整的位置，所述調整位置將未加載的末端執行器26平衡。參見圖41，可移動的平衡配重32鎖定到杆34。圖4J顯示了負載物28被從末端執行器26釋放，這使得末端執行器26到達其初始狀態(圖4A)。如果使用自動順序，則操作者30僅需要讓輔助裝置16運動，操作末端執行器26以抓住負載物28,和操作末端執行器26以釋放負載物28。在負載物28被抓持時,可移動平衡配重32隨後被釋放且沿杆34下落到新的位置。為了在可移動平衡配重32沿杆34運動時防止末端執行器26拾取負載物28或釋放負載物28，通過末端執行器26造成的抓持和/或釋放可以在可移動平衡配重32沿杆34運動時被停止。通過非限制性的例子，限位開關可以操作性地附接到杆34，以感測可移動平衡配重32的位置。為了增加負載物28可被釋放的運動，假設抓持運動範圍可更小，則參考高度可移動。這可通過沿可移動平衡配重32的運動軸線而在可移動平衡配重32上施加恆定カ來執行。施加該カ的ー種方式是通過平衡線纜52將質量體附接到主可移動平衡配重32和通過滑輪將質量體懸起，以便連續地將質量體定位在樞軸點下方。這允許獲得可移動平衡配重32的平衡構造，其與杆34是水平的那個構造是不同的。參考圖9A和9B，如果預定止動件75被去除，則可移動平衡配重32將保持沿杆34向下滑動。在這種情況下，如果負載物28被簡單地支撐且可移動平衡配重32稍微向下滑動比杆34上的平衡位置更遠，則杆34將略微失去平衡(從可移動平衡配重32到樞軸的扭矩比來自負載物28的扭矩更大)且可移動平衡配重32將提起負載物28。這種失去平衡可用於檢測可移動平衡配重32適當地定位用於平衡和適應不同的負載物28。代替針對每一個負載物28讓可移動平衡配重32具有預定停止位置，可移動平衡配重32停止在該位置，所述位置允許負載物28的略微垂直提起，這接近平衡構造。略微不平衡可被去除以返回到理想的平衡。這可通過在平衡過程期間小的平衡配重33的移位或通過在杆34上施加小的提起力而實現，如此提起略快地發生。一旦檢測到提起，則小的平衡配重33被設定回到其最初位置或小的提起力被去除，允許理想的平衡。這種操作僅使用小量的額外的動力。在該實施方式中，可移動平衡配重32沿杆34下落時的速度必須被限制，例如通過可移動平衡配重32和杆34之間的粘性摩擦，以便使得可移動平衡配重32停止時造成的減速最小化。在ー些條件下在沒有控制器和促動器的情況下，平衡系統配置為將其本身調整到負載物28。這可在機械秤系統80的幫助下實現，包括彈簧秤82。更具體地，參見圖5A-5C，可移動平衡配重32沿杆34運動，沿杆34離開固定樞轉點36 (即旋轉軸線)且離開的距離與負載物28的重量成比例，而杆34的運動被鎖定到給定位置，如圖5A和5B所示。一旦處在平衡中，則可移動平衡配重32的位置被鎖定且杆34被解鎖。為了適當地對系統進行平衡，引入具有適當的剛度的彈簧96。換句話說，彈簧秤82測量負載物28的重量。代替讓指示器運動(該指示器隨後將相應地移動平衡配重32)，彈簧秤82直接地讓可移動平衡配重32移位。為了更清楚，繼續參考圖5B和5C，負載物28懸在第一線纜84上，所述第一線纜附接到第三滑輪86。第三滑輪86剛性連接到第四滑輪88(具有同一中心90)，第二線纜92附接到第四滑輪88。第二線纜92繞第五滑輪94纏繞，該第五滑輪94安裝到杆34的相對端部且最後附接到可移動平衡配重32。可移動平衡配重32又附接到彈簧96的端部。操作順序類似於上述的重力提供動カ的平衡系統。
系統僅可在下列的條件下工作。更具體地，負載物28被末端執行器26抓持時的垂直高度必須高於或等於負載物28被末端執行器26釋放時的高度。如在前述實施方式中所述的，該垂直高度差異是必要的，因為期望避免使用大的能量來讓可移動平衡配重32移位。在抓持負載物28時負載物28的稱重總是必須在同一垂直高度下完成的。用於抓持負載物28的該高度不必是杆34水平所處的高度。如果負載物總是在同一位置被抓持則這不是問題。也就是說，如果稱重過程在不同垂直高度完成，則杆34將在該稱重過程期間處在不同角度，且彈簧96必須克服來自可移動平衡配重32的重力的不同量的力。為了在不同垂直高度釋放負載物28，必須提前得知沒有負載物28的平衡條件，這允許機械止動部77的位置相應地沿杆34被設定。或者，可移動平衡配重32將取決於釋放角度處在不同的位置，這將導致不正確的無載荷平衡。應該指出的是，由於負載物28的釋放在垂直方向上比抓持低，如果在之前沒有確定止動部位置的話，可移動平衡配重32將總是在釋放時太接近固定樞轉點36。然而，因為可移動平衡配重32總是停止在針對無載荷28平衡的設定的位置，確保了無載荷的平衡。負載物28必須自由地垂直向下運動，以便讓可移動平衡配重32移位和被機械地稱重。如果在負載物28的運動和可移動平衡配重32和彈簧96的運動之間有足夠大的傳動比，則所需位移可被最小化。杆34的負載物28側上兩個剛性地附接的第三和第四滑輪86、88的半徑的比提供了這種傳動比。彈簧96必須被包括在機械秤系統80中。如果在負載物28的運動和可移動平衡配重32和彈簧96的運動之間有足夠大的傳動比，則彈簧96的尺寸和剛度可被最小化。兩個鎖定系統78必須被包括，用於固定樞轉點36的第一鎖定系統和用於可移動平衡配重32的第二鎖定系統。鎖定系統78允許操作者30控制末端執行器26的平衡狀態。這些鎖定系統78不應該要求很大的動力。現在參見圖6A，被支撐的負載物28通過可移動平衡配重32被提起且固定樞轉點36被解鎖。應注意所需的提起カ是最小化的，因為重力提供動カ的系統總是被靜態地平衡。因為負載物28被支撐，所以杆34的略微提起在線纜上產生拉力。可移動平衡配重32因此隨後沿杆34運動，以便維持平衡，如圖6B所示。該運動在圖6C中繼續直到負載物28提起，如圖6D所示，這使得可移動平衡配重32位於平衡位置。只要負載物28的提起被檢測到則可移動平衡配重32被鎖定在後一位置。檢測可通過自動系統做出或被操作者30檢測，所述自動系統監測負載物28的運動。在不同負載物28被提起離開支撐結構時，杆34將處在不同角度，取決於每ー個負載物28的重量。如果在負載物28提起期間杆34的角度的變化很小(通過使用大的傳動比)，則負載物28的變化將導致稱重過程之後最終角度的線性變化。同時補償可移動平衡配重32的重力的必要彈簧カ線性地改變。易於通過選擇更剛性的線性彈簧96來補償カ的該線性變化。應注意該實施方式會導致與負載物28的質量有關的線性稱重角度，而不是質量的任意稱重角度。平衡的負載物28可隨後被操作者30操作，直到達到期望的釋放位置。因為杆34在操作的稱重階段運動，所以通過可移動平衡配重32在彈簧96上施加的力的方向相對於重力改變，施加力的大小也是如此。可在以下的數學推導中示出這種影響可通過彈簧96的適當剛度選擇而得到補償。通過該策略，不需要讓負載物28下落。還有，不需要讓鎖定系統設置在固定樞轉點36。應注意提起操作可以通過讓系統略微不平衡而自動進行。這種臨時的不平衡可通過小的平衡配重的移位或通過在杆34上施加小的提起カ而獲得，所述杆34可在負載物28被抓持時通過操作者30啟動和在檢測到負載物28從其支撐結構被提起時停止。系統僅可在下列的條件下工作。負載物28抓持時的高度必須高於或等於負載物28被釋放時的高度。如在前述實施方式中所述的，這是必要的，因為期望避免在系統中引入大量的能量。抓持時的稱重操作必須總是在相同高度上進行。稱重高度不必定是杆34水平時的高度。如果負載物28總是在同一位置被抓持則這不是問題。為了在不同高度釋放物體，必須提前得知沒有負載物28的平衡條件，這允許操作者30相應地設定機械止動部的位置。或者，可移動平衡配重32將取決於釋放角度處在不同，這將導致不正確的無載荷平衡。應該指出的是，因為釋放比抓持低，所以如果沒有預先確定止動部位置的話，則可移動平衡配重32將總是在釋放時太接近固定樞轉點36。然而，因為可移動平衡配重32總是停止在針對無載荷的設定的位置，確保了無載荷的平衡。彈簧96必須被包括在系統中。如果在負載物28的運動和可移動平衡配重32和彈簧96的運動之間有足夠大的傳動比(由負載物28側上兩個剛性連接的滑輪的半徑比給出)，則彈簧96的尺寸和剛度可被最小化。必須包括一個鎖定系統，以用於可移動平衡配重32。這允許操作者30控制輔助裝置16的平衡狀態。該系統不應該要求很大的動力。必須滿足以便獲得正確平衡系統的數學關係在這裡給出。在圖7中限定參數。角度a代表杆34相對於水平線的取 向。該角度採用稱重操作開始時的值Ci1和稱重操作完成時的值a 2。在負載物28被放下的情況下，角度Ci1和％是相同的(Ci1=Ci2X然而，兩個角度在使用提起動作時是不同的。圖7中示出的機械系統的變量是負載物28的質量M和彈簧96的伸長量X。固定質量B、可移動質量C、長度I1和I2和滑輪比r假定是已知的。隨後，可顯示出，為了正確地平衡圖5A-5C示出的系統(負載物28放下)，彈簧96的剛度必須被設定為
CwI=Ts■(等式 1)
I1I*還有，可顯示出，為了正確地平衡圖6示出的系統(負載物28提起)，彈簧96的剛度必須被設定為
2 Ork =—一.(等式 2)
り-在這兩種情況下，カ為零時彈簧96的位置通過以下給出......BI! Cgsinal //r^^
L0047」 X0:、 式 6)
(.K 還有，對負載物28M稱重所需要的負載物28和杆34之間的垂直位移5通過以下給出
g I
I 0049 I immmmmi ニ.................(^ -|*l * 、
M Cr '其對應於圖5A-5C示出的負載物28的放下或圖6A-6D示出的杆34的附接點62
的垂直運動。應注意圖3A-3J的實施方式的情況下，對已加載的輔助裝置16進行平衡的可移動平衡配重32位置的確定可通過用類似於圖5A-5C的彈簧秤82對負載物28稱重而執行。這可通過使用類似於圖5A-5C的稱重過程定位機械止動部來實現。在負載物28放下時，機械止動部沿杆34脫離位置且彈簧96因此伸長。一旦機械止動部處在彈簧カ等於負載物28重力的稱重位置，則其被鎖定。應注意樞軸應該在該過程期間被鎖定，因為這會造成極大地不平衡的結構。僅在這時，可移動平衡配重32將下落，直到其抵靠止動部，所述止動部位於稱重位置。因為在稱重階段可移動平衡配重32C未沿杆34運動且因為假定機械止動部具有可以忽略的質量，所以稱重獨立於角度a。因此，使用的條件將是圖3和5的實施方式的組合。所得到的數學關係與在之前的部分中給出的那些相同，除了在カ為零時彈簧96的位置以外，其通過以下等式給出:
權利要求
1.種平衡輔助系統，包括: 支撐結構； 輔助裝置，其被支撐結構可動地支撐，輔助裝置配置為用於沿X軸線和Y軸線中的至少一個相對於支撐結構運動； 質量體，被輔助裝置垂直地支撐； 可變平衡系統，配置為用於沿Z軸線沿垂直方向讓質量體運動，可變平衡系統包括: 平衡平臺； 杆，在固定樞轉點樞轉地附接到平衡平臺，從而杆在固定樞轉點繞平衡軸線能樞轉； 可移動平衡配重，相對於固定平衡軸線在最小位置和最大位置之間可動地設置在杆上；和 平衡線纜，操作性地連接支撐結構、杆和質量體，從而所述質量體經由平衡線纜通過支撐結構被垂直地支撐； 其中最小位置對應於具有最小重量的質量體，從而所述質量體沿Z軸線靜態平衡；和 其中最大位置對應於具有最大重量的質量體，從而所述質量體沿Z軸線靜態平衡。
2.權利要求1所述的平衡輔助系統，其中所述可移動平衡配重在最小位置比當該可移動平衡配重處於最大位置時更靠近所述平衡軸線。
3.權利要求2所述的平衡 輔助系統，進一步包括操作性地附接到所述支撐結構的第一滑輪； 其中所述平衡線纜繞第一滑輪延伸且所述平衡線纜操作性地連接所述質量體和所述杆，從而所述質量體沿Z軸線的運動與所述質量體沿X軸線和Y軸線每一個的運動脫開關聯；和 其中所述質量體沿Z軸線的垂直運動使得所述杆繞所述平衡軸線樞轉。
4.權利要求3所述的平衡輔助系統，進一步包括操作性地設置在第一滑輪和杆之間的第二滑輪； 其中所述平衡線纜進一步限定為繞第一滑輪和第二滑輪延伸；和其中第二滑輪操作性地連接到所述杆的端部從而所述杆繞所述平衡軸線的樞轉使得第二滑輪與所述杆的所述端部的運動一致地運動。
5.權利要求3所述的平衡輔助系統，其中所述可移動平衡配重配置為響應於所述杆繞所述固定樞轉點的樞轉而沿所述杆在最小位置和最大位置之間運動。
6.權利要求4所述的平衡輔助系統，其中所述可移動平衡配重進一步限定為被配置為響應於重力而沿所述杆運動。
7.權利要求5所述的平衡輔助系統，其中所述可變平衡系統進一步包括設置在所述固定樞轉點處的制動器； 其中所述制動器配置為被選擇性地啟動以阻止所述杆在所述固定樞轉點處繞所述平衡軸線樞轉。
8.權利要求6所述的平衡輔助系統，其中所述可移動平衡配重配置為被選擇性地相對於所述杆鎖定，從而防止所述可移動平衡配重沿所述杆運動。
9.權利要求1所述的平衡輔助系統，其中所述質量體包括末端執行器，所述末端執行器配置為用於沿垂直方向選擇性地支撐負載物。
10.權利要求8所述的平衡輔助系統，其中所述輔助裝置包括:橋式起重機，可動地附接到軌道且配置為用於沿Y軸線相對於所述軌道運動；臺車，可動地附 接到橋式起重機且配置為用於沿X軸線相對於所述橋式起重機運動；其中末端執行器操作性地從臺車延伸出。
全文摘要
一種平衡輔助系統包括支撐結構、輔助裝置、可變平衡系統和平衡線纜。可變平衡系統配置為用於讓質量體沿Z軸線在垂直方向上運動。可變平衡系統包括平衡平臺、杆和可移動平衡配重。杆在固定樞轉點樞轉地附接到平衡平臺，從而杆在固定樞轉點繞平衡軸線可樞轉。可移動平衡配重相對於固定平衡軸線設置在杆上且在最小位置和最大位置之間可動。最小位置對應於具有最小重量的質量體，從而質量體沿Z軸線靜態平衡。同樣，最大位置對應於具有最大重量的質量體，從而質量體沿Z軸線靜態平衡。
文檔編號B66C13/00GK103086268SQ20121043735
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月5日 優先權日2011年11月4日
發明者T.拉裡伯特, C.戈塞林, D.高, R.J.梅納薩 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司, 拉瓦爾大學