CN102874713B - 一种多自由度升降装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多自由度升降装置，其特征在于：包括支承底座，支承支架通过球面副设于支承底座上方，支承支架上方设有支承平台，升降梯通过钢丝绳设于支承平台上。本发明提供的装置克服了现有技术的不足，适应于各种地面状况，可灵活地实现多自由度与任意角度的位置变换，结构简单、易于拆装与投送，且成本较低。

Description

一种多自由度升降装置

技术领域

本发明涉及一种多自由度升降装置，属于升降装置技术领域。

背景技术

目前的工程机械、建筑类机械及农用类机械中升降装置都具有非常重要的使用价值，传统的升降装置结构与功能单一，体型不是过于笨重而消耗大，就是过小无法实现所需的升降功能。

现有的大多数的升降装置本身的活动能力差，而且对于各种复杂路况的适应能力比较薄弱。在一定的场合无法使用，如在人群较为稠密的大街小巷中，笨重的工程机械不够灵活且结构不紧凑，占用空间，小的升降台功能不够全面，升降能力有限；而在路况较为恶劣的地方，装置的投送能力较差，且装置对路面的适应性较差。

另一方面，升降装置中，在空中作业对于位置的变换要求较多，普通的升降装置不能较好地实现位置的全角度多位置的变换。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适应于各种地面状况、可灵活地实现多自由度与任意角度的位置变换、结构简单、易于拆装与投送且成本较低的升降装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种多自由度升降装置，其特征在于：包括支承底座，支承支架通过球面副设于支承底座上方，支承支架上方设有支承平台，升降梯通过钢丝绳设于支承平台上。

优选地，所述支承底座包括中心圆盘，三个近支撑爪的一端均匀设于中心圆盘上，三个远支撑爪的一端分别与三个近支撑爪的另一端可活动地连接；中心圆盘上方同轴设有扇形挡板，中心圆盘上方中心设有球面副。

优选地，所述三个近支撑爪的一端与中心圆盘均通过铰链连接，所述三个近支撑爪中有一个近支撑爪长于另外两个近支撑爪；所述扇形挡板上均匀设有3块扇形板；所述远支撑爪的前端与近支撑爪的另一端通过铰链连接，所述远支撑爪上铰链前部设有第一滑块，所述近支撑爪上铰链前部设有第二滑块，第一滑块和第二滑块通过连杆连接。

优选地，所述支承支架包括液压式圆柱顶起装置，球面副的球面设于液压式圆柱顶起装置的下方，丝杆通过连接件平行设于液压式圆柱顶起装置的侧面，丝杆下方设有滚轮。

优选地，所述液压式圆柱顶起装置包括下段圆柱，中段圆柱的下端同轴设于下段圆柱的上端内部，上段圆柱的下端同轴设于中段圆柱的上端内部；所述连接件的一端同轴设于下段圆柱外部；所述球面副的球面外设有球状橡胶套；所述丝杆上方设有档片；所述丝杆顶部到所述滚轮底部的距离大于所述连接件顶部到所述球面副的距离。

优选地，所述支承平台包括第一级平台，第二级平台通过设于其底部的滑轮和设于第一级平台内壁上的滑轮槽设于第一级平台上方，第三级平台通过导轨设于第二级平台上方，第四级平台通过可升降的X形杆件设于第三级平台上方。

优选地，所述第一级平台内部为空心结构；所述X形杆件为两对，两对X形杆件平行设于第三级平台和第四级平台之间。

优选地，所述升降梯的两侧均设有安装孔，安装孔与所述钢丝绳通过有弹性的“儿”字形钢丝绳扣连接。

优选地，所述升降梯上设有角度测量器，角度测量器包括底座，半球形透明外罩设于底座上方，半球形透明外罩内部灌满液体，液体上设有一个白色漂浮物；半球形透明外罩上呈纬线均匀设有第一刻度，底座上与半球形透明外罩连接的圆周外圈上均匀设有第二刻度。

优选地，所述白色漂浮物、第一刻度、第二刻度上均设有荧光粉；所述白色漂浮物直径为2mm；所述第一刻度从半球形透明外罩顶部向下到底座读数范围为0～90度，所述第二刻度读数范围为0～360度，所述第一刻度和第二刻度的最小刻度均为2mm；所述半球形透明外罩上呈经线均匀设有所述第二刻度的索引线。

本发明提供的一种多自由度升降装置在未安装状态时为一个四轮的推车结构，第二级平台伸出的导轨为扶手，而支承支架的每个支架上有一个滚轮，升降梯已经安装在了第四级平台上，并升起在了最顶端的位置。支承支架往上穿出第一级平台，其它的一些类似于支承底座的安装配件放在升降梯中，整个装置为一个紧缩在一起的整体，形状为一辆四轮推车。

安装时，可以将所有的安装配件整理出来，挑选路面要抓紧的位置，将支承底座安装在路面上。普通的平地则可以直接将支撑爪伸直定位即可。如有斜坡不适宜安装支承底座，则可以用橡胶套安装在支承支架底部。在土质松软的路面可以将支承底座的一截或多截支撑爪扎进地里。

再将支承支架与支承底座的球面副连接起来，并将滚轮收起。此时可以开始启动液压装置支承支架的升起，先微调，让四根支架长度相当后，再让四根支架同步上升到所要的高度。最后可控制电机将升降梯放下。

使用时，登上升降梯，待稳定后，根据角度测量器来判断安装位置的平衡状况，再由液压控制进行四个支架的微调。再控制电机转动，升降梯上升至最高位置(此时升降梯只有半截高于支承平台，有半截仍然在里面)。最后由第二级平台的旋转、第三级平台的滑移及第四级平台的液压升降不断根据需要的位置，改变空间三维空间的三个方向的位置。

使用完后，恢复到未安装的位置，注意扶手与滚轮的方向调成一致，则可以以推动、抬动、拖动或者电机自行驱动等形式进行运送。

本发明提供的装置克服了现有技术的不足，适应于各种地面状况，可灵活地实现多自由度与任意角度的位置变换，结构简单、易于拆装与投送，且成本较低。

附图说明

图1为本发明提供的一种多自由度升降装置示意图；

图2为支承底座结构示意图；

图3为支承底座的近支撑爪与远支撑爪连接结构示意图；

图4为支承支架结构示意图；

图5为支承支架的液压式圆柱顶起装置结构示意图；

图6为未装支承底座且滚轮全部放下时多自由度升降装置示意图；

图7为支承平台结构示意图；

图8为支承平台主视图；

图9为升降梯结构示意图；

图10为“儿”字形钢丝绳扣示意图；

图11为角度测量器示意图；

图12为角度测量器工作原理示意图；

图13为角度测量器角度显示原理示意图；

图14为角度测量器的第二刻度示意图；

图15为角度测量器的第一刻度示意图；

图16为角度测量器的第一刻度和第二刻度合一后的整体示意图；

附图标记说明

1－支承底座；11－中心圆盘；12－近支撑爪；13－远支撑爪；14－扇形挡板；15－球面副；16－连杆；17－第二滑块；18－铰链；19－第一滑块；2－支承支架；21－液压式圆柱顶起装置；21-1－下段圆柱；21-2－中段圆柱；21-3－上段圆柱；22－球面副；23－档片；24－连接件；25－丝杆；26－滚轮；3－支承平台；31－第一级平台；32－第二级平台；33－第三级平台；34－第四级平台；35－滑轮槽；36－导轨；37－X形杆件；4－升降梯；41－安装孔；5－钢丝绳；6－；61－白色漂浮物；62－半球形透明外罩；63－底座；64－螺栓；65－第一刻度；66－第二刻度；7－钢丝绳扣。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

图1为本发明提供的一种多自由度升降装置示意图，所述的一种多自由度升降装置包括4个支承底座1，四个支承支架2分别通过球面副装在各个支承底座1上方，4个支承支架2上方装有支承平台3，升降梯4通过4根等长的钢丝绳5吊在支承平台3顶部，升降梯4位于4个支承支架2中间的长方形空间中。

结合图2，支承底座1包括中心圆盘11，三个近支撑爪12的一端通过铰链均匀装在中心圆盘11上，可以放下与收起。三个近支撑爪12中，有一个比另外两个长，用于防止装置的侧倾。

远支撑爪13的前端与近支撑爪12的另一端通过铰链18连接，远支撑爪13上铰链18前部装有第一滑块19，近支撑爪12上铰链18前部装有第二滑块17，第一滑块19和第二滑块17通过连杆16连接。需要定位时，可以将两个滑块的螺栓拧紧即可。远支撑爪13也可以在安装的时候扎进地底。

中心圆盘11上同轴装有一圈扇形挡板14，扇形挡板14上均匀布置有3块扇形板，扇形挡板14与中心圆盘11是通过螺纹连接，可以在转动的同时在中心圆盘11的竖直方向上移动。远支撑爪13放下后，旋转扇形挡板14，使3块扇形板正好位于三个近支撑爪12上，拧紧螺钉，使扇形挡板14与中心圆盘11固定，可以更好地固定支撑爪。

中心圆盘11上方中心装有球面副15，支承底座1和支承支架2是通过球面副15安装连接。

结合图4，支承支架2包括液压式圆柱顶起装置21，球面副的球面22装在液压式圆柱顶起装置21的下方，丝杆25通过连接件24平行安装在液压式圆柱顶起装置21的侧面，丝杆25下方装有滚轮26。

结合图5，液压式圆柱顶起装置21可以伸缩，分为两级或多级液压驱动顶起，全部顶起时，可实现最大行程。以两级液压驱动为例，包括下段圆柱21-1，中段圆柱21-2的下端同轴装在下段圆柱21-1的上端内部，上段圆柱21-3的下端同轴装在中段圆柱21-2的上端内部，可以伸缩。连接件24的一端同轴固定在下段圆柱21-1外部，连接件24的另一端同轴装在丝杆25外部。

球面副的球面22装在液压式圆柱顶起装置21的下方，球面副22的球面外有球状橡胶套类，似于桌脚的橡胶套，为2/3的球状，上部橡胶柔软有开口，下部橡胶硬度较大。支承支架2需要与支承底座1安装时，可以卸下球状橡胶套，通过球面副的球面22与球面副15连接。支承支架2不需要与支承底座1安装时，可直接安装球状橡胶套安放在地面上。

滚轮26可以实现在安装位置的上下调节，可以放下与收起。丝杆25顶部到滚轮26底部的距离大于连接件24顶部到球面副的球面22的距离，即滚轮26放下的最低位置低于液压式圆柱顶起装置21的最低位置。使用时，旋转丝杆25，当4个有滚轮26全部放下时，可以将液压式圆柱顶起装置21悬空，如图6所示。丝杆25上方装有档片23，保证当滚轮26达到最低位置时，丝杆25不会脱离连接件24。

结合图7，支承平台3包括第一级平台31，结合图3，第一级平台31内部为空心结构，内壁上装有滑轮槽35。

第二级平台32底部安装有4个或4个以上对称分布的滑轮。第二级平台32通过滑轮和滑轮槽35与第一级平台31连接，第二级平台32可以控制滑轮的滚动而旋转。为了安装的可靠性，第二级平台32从滑轮内侧伸出挡板，从内侧嵌入第一级平台。

第三级平台33通过导轨36装在第二级平台32上方，第三级平台33可以在第二级平台32上沿着导轨36滑动，实现位置的调整。

结合图8，第四级平台34与第三级平台33是通过两对X形杆件37相连，两对X形杆件37平行装在第四级平台34与第三级平台33之间，每对X形杆件37通过液压控制其摆动(两个液压总是同时同行程控制)，从而实现竖直方向的升降动作。

升降梯4采用两节式，底部一节的网较密，上部的网较疏，升降梯两端的各设有4个对称分布的安装孔41，分别位在中部横梁与底部横梁上。钢丝绳5依次穿过中部横梁与底部横梁的安装孔41，安装孔41与钢丝绳5用钢丝绳扣7安装。钢丝绳扣7是有弹性的“儿”字形，穿过上面与下面的两个安装孔41后，卡在下面的安装孔41上。当要卸下来时，捏紧绳扣，可以从孔中穿出。

结合图9，升降梯4上还装有角度测量器6。角度测量器6包括底座63，半球形透明外罩62装在底座63上方，半球形透明外罩62内部灌满液体，液体上漂有一个涂有荧光粉的白色漂浮物61，其直径为2mm；半球形透明外罩62上呈纬线均匀分布有第一刻度65，底座63上与半球形透明外罩62连接的圆周外圈上均匀分布有第二刻度66。

结合图10，第一刻度65沿着半球形透明外罩62弧形从顶部往下走读数范围为0～90度。第一刻度65在半球面上呈纬线均匀分布，且为间断式的。第一刻度65最小刻度为2mm。

结合图11，第二刻度66标在底座上环绕半球形透明外罩62一圈，读数范围从0～360度，最小刻度为2mm。第二刻度66在底座圆上均匀分布，半球形透明外罩62半球面上有呈经线均匀分布的刻度索引线，与第二刻度66相对应。

底座63下方有螺栓64，可以与具有安装座孔设备进行螺栓连接，根据白色漂浮物61位置，由弧形第一刻度65读出侧倾偏斜的角度，再由圆形第二刻度66读出侧倾偏斜的方向。

第一刻度65与第二刻度66的刻度线都含有荧光粉，能见度较低时也可以清晰显示。

角度测量器6的工作原理如下：

在一个光滑无凹凸的球面内，如果球面内部装满液体，且存在一个白色漂浮物，白色漂浮物受到浮力的影响总是漂浮在球体内的最高位置，该点则为球面与水平面的切点P。所以在该时刻，球心与白色漂浮物中心位置所在的点连成一条直线L，通过线L做出水平面的垂直面S(在360度的任意方向都可以)。可假设S面与球相交的截面为S1，如图12所示。只要处于静止(或者不完全静止，白色漂浮物晃动比较轻微时)截面S1的转动并不影响白色漂浮物上浮到最高点位置。根据这一原理，可在球面标上刻度，从而通过白色漂浮物相对于球面刻度的位置来显示球面的转动幅度α(也就是角度)，如图13所示。由于球体在经过圆心的任意截面S1(任意方向任意角度)的转动情况是一样的，所以该截面的白色漂浮物上浮原理可以运用到整个球体或者上半个球体上来，倾斜角度的测量则在三维空间上同样成立。则如图14所示，可围绕球体一圈确定其周向方位，通过圆球表面的经线来指示周向的刻度；如图15所示，可通过纬线指示确定其倾斜角度，通过圆球表面的纬线来指示截面上的倾斜角度。两者合一后的整体示意图如图16，经线、纬线交叉分布在球面上。

使用时，先将角度测量器6通过螺栓4安装在升降梯4上，安装连接时，不一定要完全拧紧，只要对好正方向位置即可。待升降梯4位置稳定后，可以开始读出示数。首先，通过角度测量器测量升降梯4方位时，由白色漂浮物61位置的经线索引至第二刻度66可读出相对于升降梯4正方向的方位角度，则该刻度为相对于升降梯4的方位。稳定后，再由白色漂浮物61所处位置的纬线索引至第一刻度65读出所在位置的倾斜角度，可以适当转动角度测量器，使白色漂浮物61调整到有纬线索引的位置，读完示数，再重新转回去。注意，第二刻度66读数时，需要升降梯4有一定倾斜角度，否则白色漂浮物61会处于零点，则不能通过经线读出示数。故而在调整升降梯4的方位与角度时，应该先调整方位，再调整倾斜角度。

本发明提供的一种多自由度升降装置在未安装状态时为一个四轮的推车结构，第二级平台伸出的导轨为扶手，而支承支架的每个支架上有一个滚轮，升降梯已经安装在了第四级平台上，并升起在了最顶端的位置。支承支架往上穿出第一级平台，其它的一些类似于支承底座的安装配件放在升降梯中，整个装置为一个紧缩在一起的整体，形状为一辆四轮推车。

安装时，可以将所有的安装配件整理出来，挑选路面要抓紧的位置，将支承底座安装在路面上。普通的平地则可以直接将支撑爪伸直定位即可。如有斜坡不适宜安装支承底座，则可以用橡胶套安装在支承支架底部。在土质松软的路面可以将支承底座的一截或多截支撑爪扎进地里。

再将支承支架与支承底座的球面副连接起来，并将滚轮收起。此时可以开始启动液压装置支承支架的升起，先微调，让四根支架长度相当后，再让四根支架同步上升到所要的高度。最后可控制电机将升降梯放下。

使用时，登上升降梯，待稳定后，根据角度测量器来判断安装位置的平衡状况，再由液压控制进行四个支架的微调。再控制电机转动，升降梯上升至最高位置(此时升降梯只有半截高于支承平台，有半截仍然在里面)。最后由第二级平台的旋转、第三级平台的滑移及第四级平台的液压升降不断根据需要的位置，改变空间三维空间的三个方向的位置。

使用完后，恢复到未安装的位置，注意扶手与滚轮的方向调成一致。则可以以推动、抬动、拖动或者电机自行驱动等形式进行运送。

Claims (8)

1.一种多自由度升降装置，其特征在于：包括支承底座(1)，支承支架(2)通过球面副设于支承底座(1)上方，支承支架(2)上方设有支承平台(3)，升降梯(4)通过钢丝绳(5)设于支承平台(3)上；

所述支承底座(1)包括中心圆盘(11)，三个近支撑爪(12)的一端均匀设于中心圆盘(11)上，三个远支撑爪(13)的一端分别与三个近支撑爪(12)的另一端可活动地连接；中心圆盘(11)上方同轴设有扇形挡板(14)，中心圆盘(11)上方中心设有球面副(15)；

所述三个近支撑爪(12)的一端与中心圆盘(11)均通过铰链连接，所述三个近支撑爪(12)中有一个近支撑爪长于另外两个近支撑爪；所述扇形挡板(14)上均匀设有3块扇形板；所述远支撑爪(13)的前端与近支撑爪(12)的另一端通过铰链(18)连接，所述远支撑爪(13)上铰链(18)前部设有第一滑块(19)，所述近支撑爪(12)上铰链(18)前部设有第二滑块(17)，第一滑块(19)和第二滑块(17)通过连杆(16)连接。

2.如权利要求1所述的一种多自由度升降装置，其特征在于：所述支承支架(2)包括液压式圆柱顶起装置(21)，球面副的球面(22)设于液压式圆柱顶起装置(21)的下方，丝杆(25)通过连接件(24)平行设于液压式圆柱顶起装置(21)的侧面，丝杆(25)下方设有滚轮(26)。

3.如权利要求2所述的一种多自由度升降装置，其特征在于：所述液压式圆柱顶起装置(21)包括下段圆柱(21-1)，中段圆柱(21-2)的下端同轴设于下段圆柱(21-1)的上端内部，上段圆柱(21-3)的下端同轴设于中段圆柱(21-2)的上端内部；所述连接件(24)的一端同轴设于下段圆柱(21-1)外部；所述球面副的球面(22)外设有球状橡胶套；所述丝杆(25)上方设有档片(23)；所述丝杆(25)顶部到所述滚轮(26)底部的距离大于所述连接件(24)顶部到所述球面副(15)的距离。

4.如权利要求1所述的一种多自由度升降装置，其特征在于：所述支承平台(3)包括第一级平台(31)，第二级平台(32)通过设于其底部的滑轮和设于第一级平台(31)内壁上的滑轮槽(35)设于第一级平台(31)上方，第三级平台(33)通过导轨(36)设于第二级平台(32)上方，第四级平台(34)通过可升降的X形杆件(37)设于第三级平台(33)上方。

5.如权利要求4所述的一种多自由度升降装置，其特征在于：所述第一级平台(31)内部为空心结构；所述X形杆件(37)为两对，两对X形杆件(37)平行设于第三级平台(33)和第四级平台(34)之间。

6.如权利要求1所述的一种多自由度升降装置，其特征在于：所述升降梯(4)的两侧均设有安装孔(41)，安装孔(41)与所述钢丝绳(5)通过有弹性的“儿”字形钢丝绳扣(7)连接。

7.如权利要求1所述的一种多自由度升降装置，其特征在于：所述升降梯(4)上设有角度测量器(6)，角度测量器(6)包括底座(63)，半球形透明外罩(62)设于底座(63)上方，半球形透明外罩(62)内部灌满液体，液体上设有一个白色漂浮物(61)；半球形透明外罩(62)上呈纬线均匀设有第一刻度(65)，底座(63)上与半球形透明外罩(62)连接的圆周外圈上均匀设有第二刻度(66)。

8.如权利要求7所述的一种多自由度升降装置，其特征在于：所述白色漂浮物(61)、第一刻度(65)、第二刻度(66)上均设有荧光粉；所述白色漂浮物(61)直径为2mm；所述第一刻度(65)从半球形透明外罩(62)顶部向下到底座(63)读数范围为0～90度，所述第二刻度(66)读数范围为0～360度，所述第一刻度(65)和第二刻度(66)的最小刻度均为2mm；所述半球形透明外罩(62)上呈经线均匀设有所述第二刻度(66)的索引线。