CN103185652A - 物体防倾倒装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种物体防倾倒装置及方法，该装置包括电子陀螺仪、制动单元、重量分配器以及物体平衡单元。其中，所述的物体平衡单元包括初始化设置模块、倾斜角度分析模块、倾斜角度调整模块以及物体平衡维持模块。本发明所述的物体防倾倒装置及方法通过电子陀螺仪取得物体的倾斜数据，利用制动单元驱动重量分配器自动按照外力的反方向实时改变物体重心位置来增加外力的逆方向力矩，使得物体能够以与造成物体倾倒的外力进行抗衡，如此物体不致于因外力影响而倾倒，可使物体保持正常稳定状态。

Description

物体防倾倒装置及方法

技术领域

本发明涉及一种物体重量平衡系统及方法，特别是关于一种物体防倾倒装置及方法。

背景技术

物体一般可定义为电动工具装置、精密机台、交通工具、家电用品等电器设备。然而，当物体会因受外力(例如地震、撞击、风力)而产生倾倒现象时，却无法实时得知物体的旋转角度、移动方向、移动量等状况，因此无法实时针对物体重心进行调整。因此，当物体重心改变时，若物体与接触面(例如地面)的摩擦力无法与物体重心改变而产生的旋转量不平衡时，物体便会产生倾倒状况，从造成物体损坏，甚至可能会造成周边工作人员伤亡或其余设备损失等工安意外。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种物体防倾倒装置及方法，能够通过电子陀螺仪取得物体的倾斜数据来实时改变物体的重心位置，增加外力的逆方向力矩防止物体倾倒。

所述的物体防倾倒装置包括电子陀螺仪、制动单元、重量分配器以及物体平衡单元。其中，所述的物体平衡单元包括：初始化设置模块，用于将物体处于平衡状态时该物体与放置空间的倾斜角度设定为基准角度；倾斜角度分析模块，用于利用电子陀螺仪动态测量物体在放置空间中的倾斜角度、移动方向、移动量相关数据，以及将电子陀螺仪所测得的相关数据进行分析来判断物体的倾斜角度与基准角度是否相同；倾斜角度调整模块，用于当物体的倾斜角度与基准角度不同时，根据所述的倾斜角度大小产生第一控制信号并将该第一控制信号发送至制动单元，根据第一控制信号控制制动单元按照物体所受外力的逆方向驱动重量分配器来改变物体的重心位置，以动态调整物体的倾斜角度；物体平衡维持模块，用于判断在一定时间内物体的倾斜角度是否发生变化，若在一定时间内倾斜角度无变化，则产生第二控制信号并将该第二控制信号发送至制动单元来驱动重量分配器使物体重心位置恢复到平衡状态下的原始位置。

所述的物体防倾倒方法，包括如下步骤：(a)将物体处于平衡状态时该物体与放置空间的倾斜角度设定为基准角度；(b)利用电子陀螺仪动态测量物体在放置空间中的倾斜角度、移动方向、移动量相关数据；(c)将电子陀螺仪所测得的相关数据进行分析来判断物体的倾斜角度与基准角度是否相同；(d)当物体的倾斜角度与基准角度不同时，根据所述的倾斜角度大小产生第一控制信号并将该第一控制信号发送至制动单元；(e)根据第一控制信号控制制动单元按照物体所受外力的逆方向驱动重量分配器来改变物体的重心位置，以动态调整物体的倾斜角度；(f)判断在一定时间内物体的倾斜角度是否发生变化；(g)若在一定时间内倾斜角度发生变化，则返回步骤(b)；(h)若在一定时间内倾斜角度无变化，则产生第二控制信号并将第二控制信号发送至制动单元来驱动重量分配器使物体重心位置恢复到平衡状态下的原始位置。

相较于现有技术，本发明所述的物体防倾倒装置及方法通过电子陀螺仪取得物体的倾斜数据，利用制动单元驱动重量分配器自动按外力的反方向实时改变物体重心位置来增加外力的逆方向力矩，使物体得以与造成物体倾倒的外力进行抗衡，如此物体不致于因外力影响而倾倒，可使物体保持正常稳定状态。

附图说明

图1是本发明物体防倾倒装置较佳实施例的架构图。

图2是利用电子陀螺仪测量物体的倾斜角度示意图。

图3是一种重量分配器的结构示意图。

图4是利用重量分配器调节物体的重心位置示意图。

图5是本发明物体防倾倒方法较佳实施例的流程图。

主要元件符号说明

电子陀螺仪                    1

制动单元                      2

重量分配器                    3

上段连杆                      31

下段连杆                      32

重量材料                      33

物体平衡单元                  4

初始化设置模块                41

倾斜角度分析模块              42

倾斜角度调整模块              43

物体平衡维持模块              44

微处理器                      5

存储单元                      6

物体防倾倒装置                10

工作机台                      20

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

如图1所示，是本发明物体防倾倒装置10较佳实施例的架构图。在本实施例中，所述的物体防倾倒装置10安装在一待监测物体中，当物体因受外力(例如地震、撞击、风力)而产生倾倒现象时，可按照物体在放置空间的倾斜角度来动态改变物体的重心位置，增加外力的逆方向力矩来防止物体倾倒。所述的待监测物体包括，但不仅限于，电动设备、精密机台、交通工具、家电用品。在本实施例中，待监测物体以厂房内使用的测量设备为例，例如图2所示的工作机台20。

在本实施例中，所述的物体防倾倒装置10包括电子陀螺仪1、制动单元2、重量分配器3、物体平衡单元4、微处理器5、以及存储单元6。所述的物体平衡单元4透过微处理器5能够与电子陀螺仪1、制动单元2及重量分配器3分别进行电气通讯与数据交互。所述的制动单元2与重量分配器3通过电气线路直接进行电气连接，从而可通过驱动重量分配器3来直接改变物体的重心位置。

所述的电子陀螺仪1是一种基于角动量守恒原理仿真出实体陀螺仪功能的芯片电路，用于测量被监测物体的角度变化以及以度/秒为单位的角速度。在本实施例中，该电子陀螺仪1能够感测物体在放置空间中的目前倾斜角度、移动方向、移动量等相关数据。参考图2所示，当工作机台20因受外力作用发生倾斜时，电子陀螺仪1即可测量到工作机台20在放置空间中相对于垂直水平面的倾斜角度，例如工作机台20向左偏移的倾斜角度为“θ”，工作机台20向右偏移的倾斜角度为“δ”。

所述的制动单元2是一种动力驱动设备(例如驱动马达等)，用于按照物体所受外力的逆方向驱动重量分配器3来动态改变物体的重心位置，从而增加外力逆方向的力矩来对抗物体所受的外力。

所述的重量分配器3是一种球状结构的油压式千斤顶装置，其用于当物体因受外力作用发生倾斜时动态改变物体的重心位置。参考图3所示，重量分配器3的球状结构内部包括上段连杆31及下段连杆32两段连杆，下段连杆32可进行360°旋转，且下段连杆32的底部连接一重量材料33。

参考图4所示，重量分配器3按照电子陀螺仪1所测得的工作机台20的倾斜角度“θ”，通过下段连杆32以相反于工作机台20的倾斜角度“θ”移动下段连杆32底部的重量材料33，来动态改变工作机台20的重心位置，增加外力的逆方向力矩来对抗物体所受的外力，从而使工作机台20以相反于倾斜方向来调整工作机台20的倾斜角度“θ”。

所述的物体平衡单元4包括初始化设置模块41、倾斜角度分析模块42、倾斜角度调整模块43及物体平衡维持模块44。本发明所称的模块可为由多个电子元器件构成的硬件芯片，亦可为由一系列计算指令组成的计算机程序段。在本实施例中，所述的模块是一种能够被微处理器5所执行并且能够完成固定功能的计算机程序段，其存储于存储单元6中。关于各模块的功能将在图5的流程图中作具体描述。

如图5所示，是本发明物体防倾倒方法较佳实施例的流程图。在本实施例中，该物体防倾倒方法应用于一待监测物体(例如图2所示的工作机台20)中，当物体因受外力(例如地震、撞击、风力)而产生倾倒现象时，可按照物体在放置空间的倾斜角度来动态改变物体的重心位置，增加外力的逆方向力矩来防止物体倾倒。

步骤S51，初始化设置模块41将物体处于平衡状态时该物体与放置空间的倾斜角度设定为基准角度。在本实施例中，当物体不受外力作用处于平衡状态下时，物体一般与放置空间的水平面垂直，此时物体处于放置空间中的倾斜角度一般为0度，亦即基准角度设置为0度。

步骤S52，倾斜角度分析模块42利用电子陀螺仪1动态测量物体在放置空间中的目前倾斜角度、移动方向、移动量等相关数据。参考图2所示，当工作机台20因受外力作用发生倾斜时，电子陀螺仪1即可测量到工作机台20在放置空间中相对于垂直水平面的倾斜角度，例如工作机台20向左偏移的倾斜角度为“θ”，工作机台20向右偏移的倾斜角度为“δ”。

步骤S53，倾斜角度分析模块42将电子陀螺仪1所测得的动态数据进行分析。在本实施例中，倾斜角度分析模块42将电子陀螺仪1测得的工作机台20相对于垂直水平面的倾斜角度与预设的基准角度进行比对，分析出工作机台20是否发生倾倒现象。

步骤S54，倾斜角度分析模块42判断物体的倾斜角度与预设的基准角度是否相同。若物体的倾斜角度与预设的基准角度相同，则返回步骤S52继续监测物体的倾斜角度等相关数据；若物体的倾斜角度与预设的基准角度不同，则执行步骤S55。

步骤S55，倾斜角度调整模块43根据物体的倾斜角度大小产生第一控制信号，并将该第一控制信号发送至制动单元2。

步骤S56，倾斜角度调整模块43根据该第一控制信号控制制动单元2按照物体所受外力的逆方向驱动重量分配器3来改变物体的重心位置，以产生外力逆方向的力矩对抗外力来调整物体的倾斜角度。参考图4所示，重量分配器3按照电子陀螺仪1所测得的工作机台20的倾斜角度“θ”，通过下段连杆32以相反于工作机台20的倾斜角度“θ”移动底部的重量材料33，来改变工作机台20的重心位置，从而使工作机台20以相反于倾斜方向来调整工作机台20的倾斜角度“θ”。

步骤S57，物体平衡维持模块44判断调整后物体的倾斜角度与基准角度是否相同。若调整后物体的倾斜角度与基准角度不同，则返回步骤S55；若调整后物体的倾斜角度与基准角度相同，则执行步骤S58。

步骤S58，物体平衡维持模块44判断在一定时间(例如2秒钟或5秒钟)内物体的倾斜角度是否变化。若在一定时间内物体的倾斜角度发生变化，则返回步骤S55；若在一定时间内物体的倾斜角度无变化，则执行步骤S59。

步骤S59，物体平衡维持模块44产生第二控制信号，并将该第二控制信号发送至制动单元2来驱动重量分配器3使物体重心位置恢复到平衡状态下的原始位置。在本实施例中，当物体不受外力作用时，物体平衡维持模块44根据第二控制信号控制制动单元2驱动重量分配器3使物体的重心位置恢复到原来平衡状态下的位置，从而达到动态改变物体的重心位置防止物体倾倒之目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种物体防倾倒装置，其特征在于，该装置包括电子陀螺仪、制动单元、重量分配器以及物体平衡单元，所述的物体平衡单元包括：

初始化设置模块，用于将物体处于平衡状态时该物体与放置空间的倾斜角度设定为基准角度；

倾斜角度分析模块，用于利用电子陀螺仪动态测量物体在放置空间中的倾斜角度、移动方向、移动量相关数据，以及将电子陀螺仪所测得的相关数据进行分析来判断物体的倾斜角度与基准角度是否相同；

倾斜角度调整模块，用于当物体的倾斜角度与基准角度不同时，根据所述的倾斜角度大小产生第一控制信号并将该第一控制信号发送至制动单元，根据第一控制信号控制制动单元按照物体所受外力的逆方向驱动重量分配器来改变物体的重心位置，以动态调整物体的倾斜角度；

物体平衡维持模块，用于判断在一定时间内物体的倾斜角度是否发生变化，若在一定时间内倾斜角度无变化，则产生第二控制信号并将该第二控制信号发送至制动单元来驱动重量分配器使物体重心位置恢复到平衡状态下的原始位置。

2.如权利要求1所述的物体防倾倒装置，其特征在于，所述的电子陀螺仪是一种基于角动量守恒原理仿真出实体陀螺仪功能的芯片电路，用于测量物体的角度变化及以度/秒为单位的角速度。

3.如权利要求1所述的物体防倾倒装置，其特征在于，所述的制动单元是一种动力驱动设备，用于按照物体所受外力的逆方向驱动重量分配器来动态改变物体的重心位置，从而增加外力逆方向的力矩来对抗物体所受的外力。

4.如权利要求1所述的物体防倾倒装置，其特征在于，所述的重量分配器是一种球状结构的油压式千斤顶装置，用于当物体因受外力作用发生倾斜时动态改变物体的重心位置来维持物体平衡。

5.如权利要求4所述的物体防倾倒装置，其特征在于，所述的重量分配器的球状结构内部包括上段连杆及下段连杆，该下段连杆底部连接有一重量材料，当下段连杆作360°旋转时带动所述的重量材料移动来动态改变物体的重心位置。

6.一种物体防倾倒方法，应用于电子装置中，其特征在于，该电子装置包括电子陀螺仪、制动单元、重量分配器以及物体平衡单元，该方法包括步骤：

(a)将物体处于平衡状态时该物体与放置空间的倾斜角度设定为基准角度；

(b)利用电子陀螺仪动态测量物体在放置空间的倾斜角度、移动方向、移动量相关数据；

(c)将电子陀螺仪所测得的相关数据进行分析来判断物体的倾斜角度与基准角度是否相同；

(d)当物体的倾斜角度与基准角度不同时，根据所述的倾斜角度大小产生第一控制信号并将该第一控制信号发送至制动单元；

(e)根据第一控制信号控制制动单元按照物体所受外力的逆方向驱动重量分配器来改变物体的重心位置，以动态调整物体的倾斜角度；

(f)判断在一定时间内物体的倾斜角度是否发生变化；

(g)若在一定时间内倾斜角度发生变化，则返回步骤(d)；

(h)若在一定时间内倾斜角度无变化，则产生第二控制信号并将第二控制信号发送至制动单元来驱动重量分配器使物体重心位置恢复到平衡状态下的原始位置。

7.如权利要求6所述的物体防倾倒方法，其特征在于，所述的电子陀螺仪是一种基于角动量守恒原理仿真出实体陀螺仪功能的芯片电路，用于测量物体的角度变化及以度/秒为单位的角速度。

8.如权利要求6所述的物体防倾倒方法，其特征在于，所述的制动单元是一种动力驱动设备，用于按照物体所受外力的逆方向驱动重量分配器来动态改变物体的重心位置，从而增加外力逆方向的力矩来对抗物体所受的外力。

9.如权利要求6所述的物体防倾倒方法，其特征在于，所述的重量分配器是一种球状结构的油压式千斤顶装置，用于当物体因受外力作用发生倾斜时动态改变物体的重心位置来维持物体平衡。

10.如权利要求9所述的物体防倾倒方法，其特征在于，所述的重量分配器的球状结构内部包括上段连杆及下段连杆，该下段连杆底部连接有一重量材料，当下段连杆作360°旋转时带动所述的重量材料移动来动态改变物体的重心位置。

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