一種三足式自調(diào)整水平工作臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能自動調(diào)整以保持水平的工作臺，適用于在傾斜顛簸的船艙中獲得一方始終保持水平狀態(tài)的工作平面。
【背景技術(shù)】
[0002]在江河湖海中航行的船舶，船身會隨風(fēng)浪搖擺顛簸，船艙中的精密儀器很容易失靈，人員會暈船和嘔吐。例如，水質(zhì)監(jiān)測的公務(wù)船，船載的實驗平臺、分析儀器、設(shè)備很多都有保持水平的要求；在醫(yī)療船上，為改善病人的舒適度，提高康復(fù)效率，也需要病床不隨船體搖擺而始終保持水平。本發(fā)明就是在這種需求背景下而提出的一種結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:根據(jù)三點確定一個平面的幾何定律，將工作臺設(shè)計成三條等長腿成等邊三角形布置的形式，其中一條腿為定長，另外兩條腿長度可伸縮，目的在地面傾斜時，通過兩條腿的伸縮，能迅速將工作臺的三個支撐點調(diào)成等高，以保持工作臺的水平。工作臺傾斜的檢測及信號輸出由固定于工作臺面的雙軸傾角傳感器完成，并設(shè)定工作臺精確水平時的輸出信號為零。
[0004]兩腿的伸縮原理為:腿由上下兩根旋向相反的螺桿和中間一根中空的管型元件且兩端分別加工有左旋和右旋內(nèi)螺紋的連桿組成，當(dāng)上下螺桿與中間連桿的內(nèi)外螺紋旋合時，轉(zhuǎn)動中間連桿，就會使兩端的螺桿產(chǎn)生軸向相向的直線運動(作為桌腿的螺桿不跟轉(zhuǎn))，使支撐腿伸長或縮短。采用兩根旋向相反的螺桿，可實現(xiàn)支撐腿雙向伸縮，提高其長度變化的速率，也即提高了系統(tǒng)響應(yīng)的速度。中間連桿的轉(zhuǎn)動，是由步進電機(或伺服電機)通過蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動的，其蝸輪與連桿外周相固定。蝸輪蝸桿機構(gòu)既可以使電機減速，也可以使連桿獲得足夠的扭矩。當(dāng)工作臺傾斜時，傾角傳感器采樣的電壓值發(fā)生變化，經(jīng)控制、放大電路轉(zhuǎn)換后，分別由單片機控制各自支撐腿上的步進電機轉(zhuǎn)動，迅速使工作臺恢復(fù)平衡。
[0005]兩根可伸縮的支撐腿之間連著一跟空套的連桿，其上固定兩腿的步進電機，這樣可使電機在帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)時，不發(fā)生跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:只要改變兩腿的長短，就可以使工作臺始終保持水平，結(jié)構(gòu)簡單，方便適用，在我們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和更高領(lǐng)域中有較好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0008]圖2是本發(fā)明的平面布置圖
[0009]圖中:1.工作臺面，2.雙軸傾角傳感器，3.B腿上的螺桿，4.B腿上的雙旋向內(nèi)螺紋桿，5.蝸輪，6.蝸桿，7.B、C腿連桿，8，A腿，9.C腿。
[0010]圖3是本發(fā)明的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實施方式】
[0011]如圖1、2所示，本發(fā)明的工作臺面I (假定平面為圓形)下面有三條成等邊三角形布局的支撐腿A、B、C，A腿的長度是固定的，B、C兩腿的長度可伸縮。將系統(tǒng)選用的小體積低成本高精度的雙軸傾角傳感器安裝到工作臺背面的D點(AB的中點)這一特定位置，X、Y的方向如圖2所示。圖中看出，傳感器Y軸在AB連線上，它反映的是AB連線的傾斜程度。X軸在⑶連線上，它反映C點相對于AB連線的傾斜程度。
[0012]最初的狀態(tài)下，工作臺平面處于水平位置，A、B、C三腿等高，系統(tǒng)的控制輸入信號為零。若發(fā)生B點降低的情況，工作臺歪斜，此時，傾角傳感器Y軸方向上的采樣的電壓值發(fā)生變化，控制器接收到傾角傳感器的信號并加以辨認(rèn)，通過單片機控制步進電機正向(或反向)旋轉(zhuǎn)，假定電機正向旋轉(zhuǎn)帶動B腿伸長，也即蝸桿6正向旋轉(zhuǎn)帶動蝸輪5轉(zhuǎn)動，與其固定的連桿4的內(nèi)螺紋成為旋轉(zhuǎn)主動件，它將使不能作旋轉(zhuǎn)運動的兩端螺桿向外移動，支撐腿伸長，B點升高，進而將工作臺調(diào)整到水平。這一過程中，由于B點降低也導(dǎo)致D點降低，從而DC連線發(fā)生傾斜，相同的原理，C腿上的步進電機啟動，帶動C腿上的渦輪蝸桿運動，使C點發(fā)生先下降，并隨B點的升高而升高的連鎖響應(yīng)，最終工作臺恢復(fù)水平。若AB保持水平而C點降低，此時，相當(dāng)于CD繞著AB軸轉(zhuǎn)了一個角度，傾角傳感器X軸方向上的采樣電壓值發(fā)生變化，控制器接收到傾角傳感器的信號并加以辨認(rèn)，通過單片機控制C腿上的步進電機正向旋轉(zhuǎn)，從而帶動C腿伸長，工作臺隨之恢復(fù)水平;反之，若C點升高，其腿上的步進電機反轉(zhuǎn)，使腿縮短，直至工作臺恢復(fù)水平。一般情況下，X方向和Y方向都會有傾角，系統(tǒng)將會根據(jù)兩個方向的傾角大小，自動調(diào)整B、C兩腿的長度，使工作臺維持水平狀態(tài)。
[0013]圖3中所表示的控制方式是建立在閉環(huán)傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上的。從圖中可以看看出，工作臺系統(tǒng)是一個在自身傾斜位置信號控制下的“自控制”系統(tǒng)，也就是說，系統(tǒng)的控制輸入信號為零，控制信號完全由反饋信號來提供。在單片機控制下，保持X和Y方向的傾角為零。
[0014]由上描述可以看出，本發(fā)明的自動保持水平的工作臺具有結(jié)構(gòu)簡單，方便適用等優(yōu)點，其能夠在搖擺顛簸的環(huán)境中，獲得一塊不隨地面變化的水平工作臺。
[0015]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對圖1、圖2所示的具體結(jié)構(gòu)進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0016]需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0017]此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種三足式自調(diào)整水平工作臺，其特征在于:工作臺有三條支撐腿，它們按等邊三角形布置，分別稱為A、B和C腿，其中A腿長度固定，B、C兩腿長度可以伸縮，以保持工作臺表面的水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三足式自調(diào)整水平工作臺，其特征在于:一個雙軸傾角傳感器安裝于水平工作臺的背面，作為工作臺水平度的檢測和發(fā)送信號的元件，傳感器位置放在A、B連線的中點，且Y軸方向沿著AB方向，X軸方向指向C點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三足式自調(diào)整水平工作臺，其特征在于:B、C腿由上下兩根旋向相反的螺桿和一根中空的管型元件且兩端分別加工有左旋和右旋內(nèi)螺紋的連桿組成，這個管型連桿外面固聯(lián)著蝸輪，調(diào)整腿長是由步進電機(或伺服電機)驅(qū)動蝸桿，帶動蝸輪及管型連桿轉(zhuǎn)動，從而使兩端的螺桿產(chǎn)生軸向相向的直線運動，使支撐腿伸長或縮短，保持工作臺的水平。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三足式自調(diào)整水平工作臺，適用于在江河湖海中航行的船舶中獲得一方始終保持水平的工作平臺。水平工作臺設(shè)有布局成等邊三角形三條腿，其中一腿長度固定，其余兩腿在電機的帶動下長度可以伸縮，以達(dá)到調(diào)整工作臺水平的目的。一個雙軸傾角傳感器安裝于平臺的背面，作為平臺的水平度的檢測和發(fā)送信號的元件，當(dāng)平臺面偏離水平位置時，傳感器X、Y軸方向上的采樣電壓值發(fā)生變化，經(jīng)控制、放大電路轉(zhuǎn)換后，由單片機控制兩條支撐腿上的步進電機轉(zhuǎn)動，使它們的長短分別發(fā)生變化而使平臺迅速調(diào)整到水平。
【IPC分類】F16M11-26
【公開號】CN104806860
【申請?zhí)枴緾N201410030402
【發(fā)明人】王躍進, 俞建峰
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月23日