专利名称：重力提供动力的平衡系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及配置为用于让负载物沿垂直方向运动的平衡辅助系统。
背景技术：
高架桥式起重机广泛地用于提升大的负载物和使其重新定位。通常，拾取和放置操作中的移位涉及三个平移自由度和沿垂直轴线的旋转自由度。这种运动设定被称为选择性顺应组装机器人手臂(“SCARA”)动作或“Sch_ff1.e”动作，其被广泛地用在工业中。桥式起重机允许沿两个水平轴线的运动。通过适当的关节，可以增加垂直的平移轴线和垂直的旋转轴线。沿水平轴线的第一运动通过让桥架在固定轨道上运动而获得，而沿第二水平轴线的运动通过让台车垂直于固定轨道的方向且沿桥架运动而获得。沿垂直轴线的平移通过使用垂直滑动关节或通过使用传动带而获得。沿垂直轴线的旋转通过使用绕垂直轴线的旋转枢转而获得。存在至少部分地机动化的高架桥式起重机，其通过操作者沿水平轴线手动地移位且沿垂直轴线手动地旋转，但是其包括机动化的提升机，以便应对沿垂直方向的重力。还有，一些桥式起重机可手动地沿所有轴线移位，但是通过平衡装置对负载物的重量进行补偿，以便减轻操作者的负担。这种桥式起重机有时被称为辅助装置。平衡通常通过加压空气系统获得。这些系统需要加压空气，以便维持压力或真空——取决于使用的原理——这需要很大的功率。还有，因为加压空气汽缸中的摩擦，移位非常不平滑且甚至会弹跳。平衡可使用平衡配重获得，这会对系统增加很大的惯量。虽然对于垂直运动是有益的且甚至是必要的，但是这样的附接到桥式起重机的台车的系统由于让这些系统的质量体运动而增加与水平运动的有关的很大的惯量。在基于平衡配重的平衡系统的情况下，增加的质量会非常大，甚至大于负载物本身。如果水平行进速度很重要，则增加到系统的惯量会是主要的缺陷。还存在完全地机动化的这种桥式起重机，其要求强有力的促动器，尤其对于支撑负载物重量的垂直运动轴来说。这些促动器通常附接到台车或桥架其随后进入运动。垂直平移促动器有时通过类似于塔式起重机中的系统附接到桥架且连接到台车。
发明内容
一种平衡辅助系统包括支撑结构、辅助装置、可变平衡系统和平衡线缆。辅助装置被支撑结构可动地支撑。辅助装置配置为用于沿X轴线和Y轴线中的至少一个相对于支撑结构运动。质量体被辅助装置垂直地支撑。可变平衡系统配置为用于让质量体沿Z轴线在垂直方向上运动。可变平衡系统包括平衡平台、杆和可移动平衡配重。杆在固定枢转点枢转地附接到平衡平台，从而杆在固定枢转点绕平衡轴线可枢转。可移动平衡配重相对于固定平衡轴线设置在杆上且在最小位置和最大位置之间可动。平衡线缆操作性地连接支撑结构、杆和质量体，从而质量体经由平衡线缆通过支撑结构被垂直地支撑。最小位置对应于具有最小重量的质量体，从而质量体沿Z轴线静态平衡。同样，最大位置对应于具有最大重量的质量体，从而质量体沿Z轴线静态平衡。可变平衡系统配置为用于让质量体沿Z轴线在垂直方向上运动。可变平衡系统包括平衡平台、杆和可移动平衡配重。杆在固定枢转点枢转地附接到平衡平台，从而杆在固定枢转点绕平衡轴线可枢转。可移动平衡配重相对于固定平衡轴线可运动地设置在杆上且在最小位置和最大位置之间可动。最小位置对应于具有最小重量的质量体，从而质量体沿Z轴线静态平衡。同样，最大位置对应于具有最大重量的质量体，从而质量体沿Z轴线静态平衡。—种让可变平衡系统平衡的方法，包括通过杆沿Z轴线垂直地支撑质量体，所述杆在枢转点被可枢转地支撑。平衡配重沿杆运动以改变杆的重心。一旦杆的重心与质量体重合则平衡配重沿杆的运动被停止，从而质量体沿Z轴线静态平衡。在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式(一个或多个)和实施例(一个或多个)做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
图1是平衡辅助系统的示意性透视图，其包括操作性地连接到支撑结构的可变平衡系统；图2是图1的可变平衡系统的示意性透视图；图3A-3J是可变平衡系统的被动平衡装置的十个操作顺序的示意性图，其中制动器在固定枢转点处；图4A-4J是可变平衡系统的被动平衡装置的十个操作顺序的示意性图，其中没有在固定枢转点处的制动器；图5A-5C是机械秤系统的三个操作顺序的示意性图，用于进行重力提供动力的自调整平衡；图6A-6D是机械秤系统的四个操作顺序的示意性图，用于使用提起动作进行重力提供动力的自调整平衡；图7是图5和6的机械秤系统的参数的示意性图；图8A和SB是通过线缆线路而附接到负载物的图1的平衡系统的示意性图；和图9A和9B是可变平衡系统的平衡装置的两个操作顺序的示意性图，其除了平衡配重之外还使用小的平衡配重。
具体实施例方式参见附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，在图1中平衡辅助系统在10处显示。平衡辅助系统10包括静止支撑结构12、可变平衡系统14、辅助装置16和质量体18。可变平衡系统14配置为用于让质量体18沿Z轴线22沿垂直方向20相对于地面24运动，如图1所示。质量体18可以包括末端执行器26，其中末端执行器26通过辅助装置16支撑。末端执行器26可以选择性地支撑负载物28。在重的负载物28通过操作者30手动地移动时，希望对重量进行补偿。这可以通过使用基于平衡配重的平衡辅助系统10实现。如果质量体安装在杆34上，所述杆可绕固定枢转点36旋转，则全局系统在运动质量体的质量中心与固定枢转点36重合时静态地平衡。这种原理可通过其他机械传动机构实施，例如线缆、气动部件或它们的组合。实际上，其中一个运动质量体通常是负载物28而其他的是被选择为对负载物28进行平衡的平衡配重。在机械系统被平衡时,负载物28可通过非常小的力而垂直地向上和向下运动，因为重力总是被补偿。在负载物28可变化的应用中，平衡配重可沿杆34 (或其他机械系统)移位，以便适应变化的负载物28。希望使用用重力提供动力的机械系统以沿垂直方向20平衡负载物，即不要求使用外部动力的机械系统。支撑结构12包括但不限于一对平行的轨道38或跑道。通常，辅助装置16通过支撑结构12的平行轨道38支撑。辅助装置16可以包括桥式起重机40和台车42。桥式起重机40是包括至少一个梁44的结构，所述至少一个梁跨过该一对平行轨道38。桥式起重机40适于相对于地面24沿Y轴线48水平地承载负载物28。台车42可动地附接到桥式起重机40的大梁44，从而台车42适于相对于地面24沿X轴线46水平地承载负载物28。Z轴线22相对于地面24沿大致垂直的方向20延伸。另外，末端执行器26可动地从台车42延伸，从而末端执行器26适于沿Z轴线22沿大致垂直方向20承载或支撑负载物28。参见图1，沿Z轴线22的运动与辅助装置16的沿X和Y轴线46、48的水平运动脱开关联。该意味着辅助装置16的垂直运动与沿X和Y轴线46、48的任何相关的负载物28和末端执行器26的水平运动脱开关联。可变平衡系统14可以设置在地面24上。可变平衡系统14配置为对质量体18(SP末端执行器26和任何相关的负载物28)提供平衡，从而末端执行器26和任何相关的负载物28沿Z轴线22静态地平衡。静态平衡意味着质量体18可以选择性地响应于对质量体18施加的垂直力50而沿Z轴线22运动。然而，在停止施加垂直力50时，末端执行器26和任何相关的负载物28通常被保持在沿Z轴线22的相同垂直位置，如它们被“静态平衡”的那样。至少一个平衡线缆52操作性地将末端执行器26、可变平衡系统14和支撑结构12互连。更具体地，在一个端部，平衡线缆52操作性地连接到支撑结构12。平衡线缆52可以是线缆、带、链或任何其他物体或装置，其配置为将支撑结构12、可变平衡系统14和末端执行器26互相连接。另外，参考图8A和SB，平衡线缆52的两端部附接到结构12，且滑轮53操作性地设置在平衡线缆52和末端执行器26之间。如图1和2所示，可变平衡系统14包括平衡平台54和杆34，所述杆在固定枢转点36枢转地附接到平衡平台54，从而杆34在固定枢转点36绕平衡轴线56枢转。负载物28的静态平衡使用可移动的平衡配重32执行，所述平衡配重32沿杆34定位以使得运动系统(即末端执行器26和负载物28)的质量中心与固定枢转点36重合。杆34具有相对端部58。平衡线缆52在一个端部58附近操作性地附接到支撑结构12。第一滑轮64可以设置为远离可变平衡系统14，例如设置在支撑结构12上。第二滑轮60可以设置在第一滑轮64和杆34的其中一个端部58之间。杆58在一个端部58附近操作性地附接到第二滑轮60，如图2所示。平衡线缆52可以在附接点62处固定到支撑结构12，在所述附接点62处平衡线缆52随后绕第二滑轮60延伸，所述第二滑轮60操作性地附接到杆58。随后，平衡线缆52从第二滑轮60延伸且绕第一滑轮64延伸，所述第一滑轮64操作性地附接到支撑结构12。至少一个可移动的平衡配重32操作性地附接到杆34。可移动的平衡配重32配置为沿杆34在最小位直68和最大位直70之间运动一距尚66,以平衡与质量体18相关的重量且让质量体18静态平衡。在可移动的平衡配重32处在最小位置68时，可移动的平衡配重32沿杆34运动从而可移动的平衡配重32比当可移动的平衡配重32处在最大位置70时更靠近平衡轴线56。可移动的平衡配重32在最小位置68、最大位置70或在最小和最大位置68、70之间的任何其他位置的位置被配置为让末端执行器26和任何相关的负载物28沿Z轴线22静态平衡。因此，在可移动的平衡配重32处在最小位置68时，末端执行器26可以不在支撑负载物28，或可以支撑最小负载物28，即具有针对可变平衡系统14设计的最小重量的负载物28，同时保持沿Z轴线22的静态平衡。同样，在可移动的平衡配重32处在最大位置70时，末端执行器26支撑最大负载物28，即针对可变平衡系统14的设计的具有最大重量的负载物28，同时保持沿Z轴线22的静态平衡。然而，可移动的平衡配重32也可以在最小位置68和最大位置70之间被定位在沿杆34的任何地方，其被配置为让末端执行器26垂直地平衡,所述末端执行器26支撑小于最大负载物28但大于最小负载物28的负载物28。在可移动的平衡配重32处在沿杆34的平衡位置时，质量体18可以以通过操作者30施加的非常小的力而沿Z轴线22垂直地运动。响应于沿Z轴线22的运动，杆34可以绕平衡轴线56相对枢转，而平衡配重32提供对垂直运动的辅助，同时保持质量体18沿垂直方向静态平衡。参考图1和2，在杆34绕平衡轴线56枢转时，第二滑轮60沿垂直方向运动，从而第二滑轮60沿平衡线缆52相对于相应的附接点62而运动。同样，在第二滑轮60沿平衡线缆62运动时，平衡线缆62还相对于第一滑轮60运动。在操作期间，负载物28需要被抓持和释放，且因此需要至少两个平衡状态。可通过让可移动的平衡配重32沿杆34运动而在这两个状态中获得理想的平衡。为了避免使用强力的促动器，重力用于让可移动的平衡配重32沿杆34移位。具体参见图3A-3J，制动器74被使用以便建立一系列平衡状态。该系列在下文描述。所提出的被动平衡在某些条件下可行的。主要来说，负载物28必须沿Z方向在比释放位置更高的位置处拾取，这允许使用负载物28的重力势能来为可变平衡系统14赋能。平衡系统可以被调节到负载物28的重量。这可通过使用包括弹簧96在内的机械秤而对负载物28称重来实现。使用机械秤，可移动的平衡配重32沿杆34运动的距离与负载物28的重量成比例，以便获得平衡系统。如在以前的实施例中那样，制动器74被使用以便获得允许平衡的一系列状态。允许适当的平衡的条件在下文描述且给出了必须满足的数学关系。参见图3A-3J，被动平衡装置(制动器74处在固定枢转点36处)的操作顺序被示出。为了参考，叉“X”代表被锁定的关节76。在某些条件下，可以在不使用很大的外部动力的情况下在未加载状态和加载状态之间调整辅助装置16的平衡。更具体地，使用重力来为运动提供动力，可移动的平衡配重32沿杆34在两个位置之间运动。下列的顺序说明了操作原理。图3A-3J中相应的步骤表示从图3A开始的以顺序的次序到达图3J的顺序。具体参见图3A，在未加载状态中，可移动的平衡配重32的位置被锁定在枢轴附近且杆34自由运动或枢转。参见图3B，末端执行器26被置于负载物28附近，所述负载物28定位得足够高，从而杆34的可移动平衡配重32侧朝向地面24向下。随后，杆34被锁定在固定枢转点36。在杆34锁定在固定枢转点36的情况下，图3C显示了负载物28被抓起。图3D显示了，为了平衡已加载的末端执行器26，可移动的平衡配重32被解锁且沿杆34 (受重力辅助)下落，直到(经由机械止动件75)到达经调整的位置，所述调整位置将已加载的末端执行器26平衡。參见图3E，可移动的平衡配重32锁定到杆34。參见图3F，杆34在固定枢转点36处解锁，允许已加载的末端执行器26沿Z方向移位，同时被静态地平衡。參见图3G，负载物28被置于其新位置，所述新位置沿Z方向足够低，从而杆34的可移动平衡配重32侧相对于地面24向上且杆34被锁定在固定枢转点36处。參见图3H，负载物28被从末端执行器26释放。现在參见图31，为了让未加载的末端执行器26平衡，可移动平衡配重32解锁且沿杆34下落(受重力辅助)，直到(经由机械止动件77)到达经调整的位置，所述调整位置将未加载的末端执行器26平衡。图3J显示了可移动平衡配重32被锁定在杆34上。在图3J的构造的固定枢转点36被解锁时，平衡装置返回到图3A所示的构造。应理解如上所述的系统仅可在负载物28和末端执行器26的重量事先已知时エ作。该条件是必要的，以便适当地设定机械止动部75、77的与平衡状态相关的位置。得知新的负载物28的质量，机械止动部75、77可因而被实时地调整。另外，负载物28被抓持的垂直高度必须比參考高度更高，且负载物28被释放的高度必须比參考高度低，(杆34在參考高度下是水平的)，允许可移动平衡配重32沿适当的方向运动以用于平衡。还有，在该条件下，让可移动平衡配重32移位所需的能量通过在负载物28的抓住和释放状态之间的负载物28失去的重力势能提供。另外，必须包括两个锁定系统78: —个用于固定枢转点36而ー个用于可移动平衡配重32。这两个系统允许操作者30控制辅助装置16的平衡状态。这些系统不应该需要很大的动力。可移动平衡配重32的減速可通过行程结束处的能量吸收器而被最小化。而且，可移动平衡配重32在其沿杆34的运动开始时的加速度可通过弹簧增加，所述弹簧将输送在之前的減速期间存储的能量。如果要操作具有不同已知重量的不同负载物28，则平衡设定可在抓持之前被操作者30或系统改变。在如上所述的顺序中，假定负载物28在拾取位置处被置于末端执行器26上且在释放位置处从辅助装置16掉落。然而，在大多数情况下，负载物28事实上从支撑结构上被拾取和被释放在固定结构或其他固定表面上。在这些条件下，负载物28从其上被拾取或释放的支撑结构可被用于稳定化，且固定枢转点36处的制动器74不再是必要的，如图4A-4J示出的。下列的顺序描述了在固定枢转点36处没有制动器74的情况下平衡装置的操作原理。图4A-4J中相应的步骤以在图4A开始的以顺序的次序到达图4J的顺序表示。具体參见图4A，在未加载状态中，可移动的平衡配重32的位置被锁定在固定枢转点36附接且杆34可自由运动或绕固定枢转点36枢转。现在參见图4B，末端执行器26被置于负载物28附近，所述负载物28垂直地定位得足够高，从而杆34的可移动平衡配重32侧相对于向地面24向下。现在參见图4C，负载物28被抓持。因为负载物28被搁置在支撑结构上，杆34的任何运动被防止。參见图4D，为了让已加载的辅助装置16平衡，可移动平衡配重32被解锁且沿杆34 (受重力辅助)下落，直到止动件到达经调整的位置，所述调整位置将已加载的末端执行器26平衡。參见图4E，可移动的平衡配重32被锁定。參见图4F，随后可以让已加载的末端执行器26移位且同时被静态平衡。图4G显示负载物28被置于其新位置，所述新位置沿Z方向垂直地足够低，从而杆34的可移动平衡配重32侧相对于地面24向上。因为负载物28被搁置在支撑结构上，杆34的任何运动被防止。图4H示出了，为了让未加载的末端执行器26平衡，可移动平衡配重32被解锁且沿杆34 (受重力辅助)下落，直到止动件到达经调整的位置，所述调整位置将未加载的末端执行器26平衡。參见图41，可移动的平衡配重32锁定到杆34。图4J显示了负载物28被从末端执行器26释放，这使得末端执行器26到达其初始状态(图4A)。如果使用自动顺序，则操作者30仅需要让辅助装置16运动，操作末端执行器26以抓住负载物28,和操作末端执行器26以释放负载物28。在负载物28被抓持时,可移动平衡配重32随后被释放且沿杆34下落到新的位置。为了在可移动平衡配重32沿杆34运动时防止末端执行器26拾取负载物28或释放负载物28，通过末端执行器26造成的抓持和/或释放可以在可移动平衡配重32沿杆34运动时被停止。通过非限制性的例子，限位开关可以操作性地附接到杆34，以感测可移动平衡配重32的位置。为了增加负载物28可被释放的运动，假设抓持运动范围可更小，则參考高度可移动。这可通过沿可移动平衡配重32的运动轴线而在可移动平衡配重32上施加恒定カ来执行。施加该カ的ー种方式是通过平衡线缆52将质量体附接到主可移动平衡配重32和通过滑轮将质量体悬起，以便连续地将质量体定位在枢轴点下方。这允许获得可移动平衡配重32的平衡构造，其与杆34是水平的那个构造是不同的。參考图9A和9B，如果预定止动件75被去除，则可移动平衡配重32将保持沿杆34向下滑动。在这种情况下，如果负载物28被简单地支撑且可移动平衡配重32稍微向下滑动比杆34上的平衡位置更远，则杆34将略微失去平衡(从可移动平衡配重32到枢轴的扭矩比来自负载物28的扭矩更大)且可移动平衡配重32将提起负载物28。这种失去平衡可用于检测可移动平衡配重32适当地定位用于平衡和适应不同的负载物28。代替针对每一个负载物28让可移动平衡配重32具有预定停止位置，可移动平衡配重32停止在该位置，所述位置允许负载物28的略微垂直提起，这接近平衡构造。略微不平衡可被去除以返回到理想的平衡。这可通过在平衡过程期间小的平衡配重33的移位或通过在杆34上施加小的提起力而实现，如此提起略快地发生。一旦检测到提起，则小的平衡配重33被设定回到其最初位置或小的提起力被去除，允许理想的平衡。这种操作仅使用小量的额外的动力。在该实施方式中，可移动平衡配重32沿杆34下落时的速度必须被限制，例如通过可移动平衡配重32和杆34之间的粘性摩擦，以便使得可移动平衡配重32停止时造成的减速最小化。在ー些条件下在没有控制器和促动器的情况下，平衡系统配置为将其本身调整到负载物28。这可在机械秤系统80的帮助下实现，包括弹簧秤82。更具体地，參见图5A-5C，可移动平衡配重32沿杆34运动，沿杆34离开固定枢转点36 (即旋转轴线)且离开的距离与负载物28的重量成比例，而杆34的运动被锁定到给定位置，如图5A和5B所示。一旦处在平衡中，则可移动平衡配重32的位置被锁定且杆34被解锁。为了适当地对系统进行平衡，引入具有适当的刚度的弹簧96。换句话说，弹簧秤82測量负载物28的重量。代替让指示器运动(该指示器随后将相应地移动平衡配重32)，弹簧秤82直接地让可移动平衡配重32移位。为了更清楚，继续參考图5B和5C，负载物28悬在第一线缆84上，所述第一线缆附接到第三滑轮86。第三滑轮86刚性连接到第四滑轮88(具有同一中心90)，第二线缆92附接到第四滑轮88。第二线缆92绕第五滑轮94缠绕，该第五滑轮94安装到杆34的相对端部且最后附接到可移动平衡配重32。可移动平衡配重32又附接到弹簧96的端部。操作顺序类似于上述的重力提供动カ的平衡系统。
系统仅可在下列的条件下工作。更具体地，负载物28被末端执行器26抓持时的垂直高度必须高于或等于负载物28被末端执行器26释放时的高度。如在前述实施方式中所述的，该垂直高度差异是必要的，因为期望避免使用大的能量来让可移动平衡配重32移位。在抓持负载物28时负载物28的称重总是必须在同一垂直高度下完成的。用于抓持负载物28的该高度不必是杆34水平所处的高度。如果负载物总是在同一位置被抓持则这不是问题。也就是说，如果称重过程在不同垂直高度完成，则杆34将在该称重过程期间处在不同角度，且弹簧96必须克服来自可移动平衡配重32的重力的不同量的力。为了在不同垂直高度释放负载物28，必须提前得知没有负载物28的平衡条件，这允许机械止动部77的位置相应地沿杆34被设定。或者，可移动平衡配重32将取决于释放角度处在不同的位置，这将导致不正确的无载荷平衡。应该指出的是，由于负载物28的释放在垂直方向上比抓持低，如果在之前没有确定止动部位置的话，可移动平衡配重32将总是在释放时太接近固定枢转点36。然而，因为可移动平衡配重32总是停止在针对无载荷28平衡的设定的位置，确保了无载荷的平衡。负载物28必须自由地垂直向下运动，以便让可移动平衡配重32移位和被机械地称重。如果在负载物28的运动和可移动平衡配重32和弹簧96的运动之间有足够大的传动比，则所需位移可被最小化。杆34的负载物28侧上两个刚性地附接的第三和第四滑轮86、88的半径的比提供了这种传动比。弹簧96必须被包括在机械秤系统80中。如果在负载物28的运动和可移动平衡配重32和弹簧96的运动之间有足够大的传动比，则弹簧96的尺寸和刚度可被最小化。两个锁定系统78必须被包括，用于固定枢转点36的第一锁定系统和用于可移动平衡配重32的第二锁定系统。锁定系统78允许操作者30控制末端执行器26的平衡状态。这些锁定系统78不应该要求很大的动力。现在參见图6A，被支撑的负载物28通过可移动平衡配重32被提起且固定枢转点36被解锁。应注意所需的提起カ是最小化的，因为重力提供动カ的系统总是被静态地平衡。因为负载物28被支撑，所以杆34的略微提起在线缆上产生拉力。可移动平衡配重32因此随后沿杆34运动，以便维持平衡，如图6B所示。该运动在图6C中继续直到负载物28提起，如图6D所示，这使得可移动平衡配重32位于平衡位置。只要负载物28的提起被检测到则可移动平衡配重32被锁定在后一位置。检测可通过自动系统做出或被操作者30检测，所述自动系统监测负载物28的运动。在不同负载物28被提起离开支撑结构时，杆34将处在不同角度，取决于每ー个负载物28的重量。如果在负载物28提起期间杆34的角度的变化很小(通过使用大的传动比)，则负载物28的变化将导致称重过程之后最終角度的线性变化。同时补偿可移动平衡配重32的重力的必要弹簧カ线性地改变。易于通过选择更刚性的线性弹簧96来补偿カ的该线性变化。应注意该实施方式会导致与负载物28的质量有关的线性称重角度，而不是质量的任意称重角度。平衡的负载物28可随后被操作者30操作，直到达到期望的释放位置。因为杆34在操作的称重阶段运动，所以通过可移动平衡配重32在弹簧96上施加的力的方向相对于重力改变，施加力的大小也是如此。可在以下的数学推导中示出这种影响可通过弹簧96的适当刚度选择而得到补偿。通过该策略，不需要让负载物28下落。还有，不需要让锁定系统设置在固定枢转点36。应注意提起操作可以通过让系统略微不平衡而自动进行。这种临时的不平衡可通过小的平衡配重的移位或通过在杆34上施加小的提起カ而获得，所述杆34可在负载物28被抓持时通过操作者30启动和在检测到负载物28从其支撑结构被提起时停止。系统仅可在下列的条件下工作。负载物28抓持时的高度必须高于或等于负载物28被释放时的高度。如在前述实施方式中所述的，这是必要的，因为期望避免在系统中引入大量的能量。抓持时的称重操作必须总是在相同高度上进行。称重高度不必定是杆34水平时的高度。如果负载物28总是在同一位置被抓持则这不是问题。为了在不同高度释放物体，必须提前得知没有负载物28的平衡条件，这允许操作者30相应地设定机械止动部的位置。或者，可移动平衡配重32将取决于释放角度处在不同，这将导致不正确的无载荷平衡。应该指出的是，因为释放比抓持低，所以如果没有预先确定止动部位置的话，则可移动平衡配重32将总是在释放时太接近固定枢转点36。然而，因为可移动平衡配重32总是停止在针对无载荷的设定的位置，确保了无载荷的平衡。弹簧96必须被包括在系统中。如果在负载物28的运动和可移动平衡配重32和弹簧96的运动之间有足够大的传动比(由负载物28侧上两个刚性连接的滑轮的半径比给出)，则弹簧96的尺寸和刚度可被最小化。必须包括一个锁定系统，以用于可移动平衡配重32。这允许操作者30控制辅助装置16的平衡状态。该系统不应该要求很大的动力。必须满足以便获得正确平衡系统的数学关系在这里给出。在图7中限定參数。角度a代表杆34相对于水平线的取 向。该角度采用称重操作开始时的值Ci1和称重操作完成时的值a 2。在负载物28被放下的情况下，角度Ci1和％是相同的(Ci1=Ci2X然而，两个角度在使用提起动作时是不同的。图7中示出的机械系统的变量是负载物28的质量M和弹簧96的伸长量X。固定质量B、可移动质量C、长度I1和I2和滑轮比r假定是已知的。随后，可显示出，为了正确地平衡图5A-5C示出的系统(负载物28放下)，弹簧96的刚度必须被设定为
CwI=Ts■(等式 1)
I1I*还有，可显示出，为了正确地平衡图6示出的系统(负载物28提起)，弹簧96的刚度必须被设定为
2 Ork =—一.(等式 2)
り-在这两种情况下，カ为零时弹簧96的位置通过以下给出......BI! Cgsinal //r^^
L0047」 X0:、 式 6)
(.K 还有，对负载物28M称重所需要的负载物28和杆34之间的垂直位移5通过以下给出
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M Cr '其对应于图5A-5C示出的负载物28的放下或图6A-6D示出的杆34的附接点62
的垂直运动。应注意图3A-3J的实施方式的情况下，对已加载的辅助装置16进行平衡的可移动平衡配重32位置的确定可通过用类似于图5A-5C的弹簧秤82对负载物28称重而执行。这可通过使用类似于图5A-5C的称重过程定位机械止动部来实现。在负载物28放下时，机械止动部沿杆34脱离位置且弹簧96因此伸长。一旦机械止动部处在弹簧カ等于负载物28重力的称重位置，则其被锁定。应注意枢轴应该在该过程期间被锁定，因为这会造成极大地不平衡的结构。仅在这时，可移动平衡配重32将下落，直到其抵靠止动部，所述止动部位于称重位置。因为在称重阶段可移动平衡配重32C未沿杆34运动且因为假定机械止动部具有可以忽略的质量，所以称重独立于角度a。因此，使用的条件将是图3和5的实施方式的组合。所得到的数学关系与在之前的部分中给出的那些相同，除了在カ为零时弹簧96的位置以外，其通过以下等式给出:
权利要求
1.种平衡辅助系统，包括: 支撑结构； 辅助装置，其被支撑结构可动地支撑，辅助装置配置为用于沿X轴线和Y轴线中的至少一个相对于支撑结构运动； 质量体，被辅助装置垂直地支撑； 可变平衡系统，配置为用于沿Z轴线沿垂直方向让质量体运动，可变平衡系统包括: 平衡平台； 杆，在固定枢转点枢转地附接到平衡平台，从而杆在固定枢转点绕平衡轴线能枢转； 可移动平衡配重，相对于固定平衡轴线在最小位置和最大位置之间可动地设置在杆上；和 平衡线缆，操作性地连接支撑结构、杆和质量体，从而所述质量体经由平衡线缆通过支撑结构被垂直地支撑； 其中最小位置对应于具有最小重量的质量体，从而所述质量体沿Z轴线静态平衡；和 其中最大位置对应于具有最大重量的质量体，从而所述质量体沿Z轴线静态平衡。
2.权利要求1所述的平衡辅助系统，其中所述可移动平衡配重在最小位置比当该可移动平衡配重处于最大位置时更靠近所述平衡轴线。
3.权利要求2所述的平衡 辅助系统，进一步包括操作性地附接到所述支撑结构的第一滑轮； 其中所述平衡线缆绕第一滑轮延伸且所述平衡线缆操作性地连接所述质量体和所述杆，从而所述质量体沿Z轴线的运动与所述质量体沿X轴线和Y轴线每一个的运动脱开关联；和 其中所述质量体沿Z轴线的垂直运动使得所述杆绕所述平衡轴线枢转。
4.权利要求3所述的平衡辅助系统，进一步包括操作性地设置在第一滑轮和杆之间的第二滑轮； 其中所述平衡线缆进一步限定为绕第一滑轮和第二滑轮延伸；和其中第二滑轮操作性地连接到所述杆的端部从而所述杆绕所述平衡轴线的枢转使得第二滑轮与所述杆的所述端部的运动一致地运动。
5.权利要求3所述的平衡辅助系统，其中所述可移动平衡配重配置为响应于所述杆绕所述固定枢转点的枢转而沿所述杆在最小位置和最大位置之间运动。
6.权利要求4所述的平衡辅助系统，其中所述可移动平衡配重进一步限定为被配置为响应于重力而沿所述杆运动。
7.权利要求5所述的平衡辅助系统，其中所述可变平衡系统进一步包括设置在所述固定枢转点处的制动器； 其中所述制动器配置为被选择性地启动以阻止所述杆在所述固定枢转点处绕所述平衡轴线枢转。
8.权利要求6所述的平衡辅助系统，其中所述可移动平衡配重配置为被选择性地相对于所述杆锁定，从而防止所述可移动平衡配重沿所述杆运动。
9.权利要求1所述的平衡辅助系统，其中所述质量体包括末端执行器，所述末端执行器配置为用于沿垂直方向选择性地支撑负载物。
10.权利要求8所述的平衡辅助系统，其中所述辅助装置包括:桥式起重机，可动地附接到轨道且配置为用于沿Y轴线相对于所述轨道运动；台车，可动地附 接到桥式起重机且配置为用于沿X轴线相对于所述桥式起重机运动；其中末端执行器操作性地从台车延伸出。
全文摘要
一种平衡辅助系统包括支撑结构、辅助装置、可变平衡系统和平衡线缆。可变平衡系统配置为用于让质量体沿Z轴线在垂直方向上运动。可变平衡系统包括平衡平台、杆和可移动平衡配重。杆在固定枢转点枢转地附接到平衡平台，从而杆在固定枢转点绕平衡轴线可枢转。可移动平衡配重相对于固定平衡轴线设置在杆上且在最小位置和最大位置之间可动。最小位置对应于具有最小重量的质量体，从而质量体沿Z轴线静态平衡。同样，最大位置对应于具有最大重量的质量体，从而质量体沿Z轴线静态平衡。
文档编号B66C13/00GK103086268SQ20121043735
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月5日 优先权日2011年11月4日
发明者T.拉里伯特, C.戈塞林, D.高, R.J.梅纳萨 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司, 拉瓦尔大学