补偿运动底座的制作方法

本专利申请要求以下申请的权益和优先权：2014年6月10日提交的、标题为“补偿运动底座”、序列号为62/008,123的美国临时专利申请。

发明领域

本发明主要涉及由致动器来移动有效负载的定位装置。

发明背景

补偿运动底座是一种直立的定位装置，其凭借致动器而通过多个自由度(DOF)移动其有效负载，诸如倾斜、滚动、举起和/或摇摆。补偿运动底座可以用于小的有效负载系统，诸如用于科学和/或医学用途；娱乐或其它骑行车辆；固定模拟器；大剧院；军事和飞行器训练机等等；或它们的组合。

附图说明

这里给出的附图揭示了所主张权利要求的发明的各种实施例。

图1是补偿致动器的示例性实施例的局部透视图；

图2是显示包括补偿致动器和上甲板框架的补偿运动底座的示例性实施例的局部透视图；

图3是补偿运动底座的示例性实施例的局部透视图；

图4是另一示例性实施例的补偿致动器在第一位置时的局部透视图；以及

图5是另一示例性实施例的补偿致动器在第二位置时的局部透视图。

具体实施方式

正如这里使用的，一个组可包括一个或多个元件，例如，一组补偿致动器10可以是仅仅一个补偿致动器10，或者是任何数目的补偿致动器10。正如对于运动底座领域的普通技术人员显而易见的，各个接头可以是球形接头、连接叉接头、球窝接头等等。枢转连接被理解为包括铰接连接或其它枢转连接。而且，运动底座领域的普通技术人员将会理解，气动致动器使用气体，而液压致动器使用液压流体。因此，正如这里使用的，根据上下文所需，术语“流体致动器”可覆盖上述任意一项，例如，使用气体作为其流体的流体致动器是气动致动器，使用液体或类似液压流体作为其流体的流体致动器是液压致动器。

现在参照图1，在第一实施例中，补偿致动器10包括枢转连接器70、底座40、电致动器20和流体致动器30。

枢转连接器70包括输出附接点72，输出附接点72被配置成枢转连接到有效负载承载主甲板80(图2)、第一接头78和第二接头79。在一个实施例中，枢转连接器70用于组合线性力和把旋转施加到输出附接点72。正如对于运动底座领域的普通技术人员是显而易见的，枢转连接器70相对于底座40进行枢转和/或铰接。

底座40典型地包括两个或更多个附接点，底座40可以通过所述附接点连接到其他的结构，例如平台82(图3)。作为例子而非限制，底座40可包括一个或多个第一附接点41以及一个或多个第二附接点42，第一附接点41被配置成可连接到第一预定位置，作为例子而非限制，诸如靠近平台82的中心点；第二附接点42被配置成可连接到第二预定位置，作为例子而非限制，诸如靠近平台82的外周界。底座10还包括一个或多个线性致动器接头43；一个或多个流体致动器接头45；和一个或多个连接器接头44，连接器接头44被配置成接纳枢转连接器70，诸如在枢轴15处，以及允许枢转连接器70相对于底座40枢转和/或铰接。

电致动器20在第一接头22和第一连接器接头78处协同地枢转连接到枢转连接器70，以及在线性致动器接头43处经由第一底座接头23枢转连接到底座40。该配置结合电致动器20的收缩力与流体致动器30的扩展力，导致枢转连接器70相对于输出接头72的功率提升。它还结合电致动器20的扩展力与流体致动器30的收缩力，导致输出附接点72的功率降低。然而，根据想要的致动器20，30的取向以及将要由输出附接点72传递的力的方向，电致动器20可操作而以各种不同的方式链接到流体致动器30和输出附接点72。而且，电致动器20和流体致动器30可设置在轴44的同一侧，这样这两个致动器的扩展力和收缩力沿相同的方向作用。

在典型的实施例中，电致动器20是与流体致动器30分开的部件，它可包括线性电致动器或旋转电致动器等等。在其它实施例中，电致动器20可置于可充气的流体致动器30内。在某些实施例中，电致动器20和流体致动器30是整体装置，诸如其中二者是同轴的并共享一个耦接的或共同的轴。

流体致动器30通过在第二接头25和第二连接器接头79处枢转连接到连接器70，以及在流体致动器接头45处经由第二底座接头24枢转连接到底座10而被协同连接到电致动器20。流体致动器30可包括被动加压的流体致动器、可充气的流体致动器，诸如空气袋或空气行程致动器等等。

补偿致动器10还可包括流体供应槽60(图2)，流体供应槽60可操作地与流体致动器30流体连通，并且被配置成给流体致动器30提供预定的弹性比率(spring rate)，例如，本质上恒定的弹性比率。

现在参照图2和3，在另外的实施例中，补偿运动底座1包括上甲板框架50、平台82和一组补偿致动器10，上甲板框架50包括预定的外周界53，补偿致动器10布置在上甲板框架50与平台82中间并且被安排成预定的图案(pattern)。一组补偿致动器10中的每一个补偿致动器10如上所述，并且该组补偿致动器10中的至少一个补偿致动器10经由一个或多个对应的枢转连接器70可操作地连接到上甲板框架50。

再回到图1，对于这个实施例，连接器70还可以包括枢轴接合点74；远离枢轴接合点74延伸的第一延伸部76，其中第一延伸部76包括输出附接点72并且被配置成枢转或铰接连接到上甲板框架50；以及远离枢轴接合点74延伸、与第一延伸部76有预定偏移量的第二延伸部73。第二延伸部73典型地包括第一连接器接头78，并且配置成在第一接头22和第一连接器接头78处被连接到致动器组的相关联的线性致动器20。枢转连接器70还包括铰链77，铰链77被限定在第一延伸部76与第二延伸部73相遇的结合点处，其中铰链77包括第二连接器接头79。

再参照图4和5，在另外的实施例中，枢转连接器70还可以包括一个或多个支撑托架93，其中至少一个支撑托架93包括枢轴接合点96；一个或多个支撑臂94，所述支撑臂94被连接到至少一个支撑托架93，其中至少一个支撑臂94还在支撑臂枢转连接器95处被枢轴连接到第一延伸部76；以及枢轴91，枢轴91在枢轴接合点96处被枢转连接到至少一个支撑托架93，其中枢轴91被配置成在支撑连接器90处被连接到上甲板框架50。

第一附接点41(图1)被配置成可连接到靠近平台82中心点的预定位置，第二附接点42被配置成可连接到靠近平台82外周界的预定位置。

在各种实施例中，可以存在一组流体供应槽60，但它们不是必须的。如果存在，则一个或多个流体供应槽60可操作而与一个或多个对应的流体致动器30流体连通，并被配置成向对应的流体致动器30提供预定的弹性比率。在实施例中，预定的弹性比率包括本质上恒定的弹性比率。

上甲板框架50和平台82可包括任何形状。作为例子而非限制，如果想要若干个自由度，上甲板框架50可包括三角形外周界，而该组补偿致动器10可包括三个或更多个补偿致动器10。典型地，每个补偿致动器10被均匀地布置成从靠近平台82或上甲板50的中心点的位置径向向外到外周界53上的预定三角形结合点。一个或多个输出附接点72可被配置成枢转附接到上甲板框架50和/或有效负载承载甲板80，可操作地连接到靠近外周界53上的三角形结合点的上甲板框架50。在这样的配置中，对应的那组流体供应槽60可包括三个流体供应槽60，每个流体供应槽60与对应的补偿致动器10流体连通。

典型地，补偿运动底座1被配置成提供多个自由度。作为例子而非限制，补偿运动底座1可以实施倾斜或滚动平台，例如枢转的平台，该组补偿致动器10的至少一个补偿致动器10可操作地连接到倾斜或滚动平台。然而，其它配置也是可预期的。作为进一步的例子而非限制，上甲板框架50和/或有效负载承载甲板80可包括圆形、大致矩形或长圆孔形的外周界53。而且，该组补偿致动器10可包括仅仅一个致动器，所述致动器被配置成提供仅仅一个运动自由度。在其它实施例中，两个补偿致动器10可部署在靠近大致矩形或长圆形外周界一侧的点，其中相对的一侧被铰接或以其他方式固定到平台82，并且可以实现几个运动自由度。在又一个配置中，上甲板框架50可包括大致圆形的外周界，该组补偿致动器10可包括多个补偿致动器10，通过所述多个补偿致动器10可以实现几个运动自由度。

在再一个实施例中，没有使用连接器70。而是，补偿运动底座1可包括上甲板框架50、平台82和按预定图案布置的一组补偿致动器10，上甲板框架50包括预定的外周界53，作为例子而非限制，该组补偿致动器10均匀布置并且从靠近上甲板框架50或平台82的中心点51的位置径向向外到外周界53。虽然类似于以上描述的配置，但在这个实施例中，一个或多个电致动器20在底座连接器43处通过第一底座接头43枢转连接到底座40，并且在第一接头22处枢转连接到上甲板框架50。对应的流体致动器30在第二底座接头45处被枢转连接到底座40，并且在或靠近第一接头22处被枢转连接到上甲板框架50，例如通过第二接头25，以便协作地连接到电致动器20。在这个实施例中，第一接头22和第二接头25可以本质上同地协作(co-located)。

在其中两个致动器20，30都是直立的、因此在共同的底座与上部附件之间推动的实施例中，可以使用替换的结构，例如剪式升降机等等，以便提供水平引导和防止诸如平台50或整个补偿运动底座1那样的负载倾倒。因此，剪式升降机或类似的机构，例如直立轨道、滚筒等等，或它们的组合，可以用在一个或多个致动器组10处。

至于其它实施例，可以存在一组流体供应槽60，这组流体供应槽60中的每一个流体供应槽60均可与对应的流体致动器30流体连通，并且被配置成向每个连接的流体致动器30提供本质上恒定的弹性比率。

在示例性实施例的操作中，典型地，电致动器20，不管是线性式还是旋转式，被耦接在平台82与可移动负载之间，例如布置在上甲板框架50和/或有效负载承载甲板80上。可移动负载例如部分通过流体气压或液压形式的附加力来补偿。

因此，可以通过如上所述把预定的一组补偿致动器10与上甲板框架50和平台82组合，来提供补偿运动底座1。如果存在的话，枢转连接器70可用于组合来自电致动器20与流体致动器30的线性力，结果，把旋转施加到输出附接点72。

如上所述，该组补偿致动器10按预定的图案布置，诸如均匀地布置并从靠近上甲板框架50的中心点51和/或平台82的位置径向向外到外周界53。

可以通过把诸如气压或液压那样的流体压力形式的附加力作为可包括足以部分补偿可移动负载的压力的补偿压力提供给一个或多个流体致动器30，而完成对上甲板框架50上存在的可移动负载所施加的力的补偿。根据预定的触发条件，可以为运动机械/设备的已知静态质量、一致的有效负载的已知不变质量、不一致的有效负载的变化质量和/或稍微低于或稍微高于任何这些量的数量，或者它们的组合而设置补偿压力。预定的触发条件可包括想要的操作结果或故障模式。

如果可移动的负载包括变化的有效负载，则可组合和使用质量校准器，诸如秤或其它秤重装置等等，或它们的组合，以便确定需要的补偿压力。然后，可以根据所确定的补偿压力来改变有效负载补偿。

一旦补偿压力被设置，就允许与气动致动器30对应的电致动器20执行预定的一组功能。作为例子而非限制，该组气动致动器30中的一个或多个气动致动器可用来承载想要的部分的静态和变化的有效负载，允许该组电致动器20的对应电致动器20以比单独作用时更少的功率消耗来执行想要的运动功能。

可能是有利的是，给该组流体致动器30中的一个或多个流体致动器30静态加压，使其起到弹簧的作用。例如，初始地或在某个其它的时间点，气压可以被调节，从而流体致动器30改变其有效的弹性比率。在其它时间有利的是，把用于一个或多个流体致动器30的气动压力设置为比上甲板框架50和/或有效负载承载甲板80的固定质量刚好低一点，诸如，当有移动设备与变化的有效负载相对时。这个固定的质量可包括上甲板框架50和/或有效负载承载甲板80及其相关的联动装置、容器、工作台、附件、电子装置等等，或它们的组合的质量。在这种情形下，被协同地耦接到流体致动器30的电致动器20可被调节，或者以其他方式被允许提升固定质量的其余部分加上超出其的有效负载的整个负载，并且克服总的惯性。在能量去除后，可允许补偿运动底座1安置到最小的行程，不管是否带有有效负载。

在另外的时间，可能有利的是，将一个或多个流体致动器30的气动压力设置成刚好超过移动设备的固定质量，这样，补偿运动底座1可以在不带有有效负载的情况下安置到中间行程。

在其它时间，可能有利的是，把一个或多个流体致动器30的气动压力设置为正好低于移动设备的质量和有效负载。在这些配置中，可以监视有效负载的特征，如果有效负载在多次运行之间保持恒定，则一个或多个流体致动器30的气动压力被固定在计算的压力。然而，如果有效负载变化，则一个或多个流体致动器30的气动压力可以随之调节。在能量去除后，补偿运动底座1可被允许安置到最小行程，不管是否有有效负载。

在再一个配置中，一个或多个流体致动器30的气动压力被设置成正好超过运动设备总质量和有效负载，从而补偿运动底座1可以稳定在中间行程；或者设置成超过移动设备的总质量和有效负载，从而补偿运动底座1可以稳定到最大行程。

补偿运动底座1的应用可包括小的有效负载系统，诸如用于科学和/或医学用途；娱乐或其它骑行车辆；静止模拟器；大剧院；军事和飞行器训练机等等；或它们的组合。因此，控制器100可以存在，并可操作地与一个或多个电致动器10、流体致动器30、压力槽60、以及这里描述的各种传感器进行通信，并且按照应用所呈现的要求控制每个部件。

本发明的上述公开内容和说明是说明性和解释性的。可以对于尺寸、形状和材料以及说明性结构和/或说明性方法的细节作出各种改变，而不背离本发明的精神。