CN112306098A - 水平仪、支撑用具和调节支撑用具面的承载面水平的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一水平仪、支撑用具和调节支撑用具的承载面水平的方法，所述水平仪包括一滑动轴摆组件和一监控组件，所述滑动轴摆组件包括一摆动轴、至少一滑块、至少一驱动单元以及一定轴件，当监控组件监测到该承载面与水平面不平行时，控制器指令驱动单元驱动所述滑块滑动，带动摆动杆的低端滑动，从而引起摆动杆的摆动，摆动杆的高端能够带动承载面转动一定角度，从而保持所述承载面相对水平面平行。

Description

水平仪、支撑用具和调节支撑用具面的承载面水平的方法
技术领域
本发明涉及一支撑用具领域，尤其涉及一水平仪、支撑用具和支撑用具的承载面空间位置保持不变的方法。
背景技术
支撑用具如凳子桌子等，由于其能够在距离地面预定距离形成一承载面，从而使得所述支撑用具能够被用以将一被支撑体支撑于距离地面预先高度。
所述被支撑体可以是物品，也可以是人。当所述支撑用具被实施为一凳子时，所述支撑用具形成的所述承载面能够被用于承载用户，从而使得用户能够平稳地坐立于所述支撑用具上。在某些环境下，所述支撑用具形成的所述承载面保持水平十分重要。
而当支撑所述支撑用具的地面摇晃，比如支撑所述支撑用具的地面为船甲板时，由于支撑所述支撑用具的地面在船行驶的过程中会晃动，从而使得被支撑于所述支撑用具上的所述被支撑体会受到一定程度的影响。例如，当所述支撑用具被实施为一凳子，并被用以支撑用户时，如果所述支撑用具剧烈的摇晃，则可能会导致被支撑于所述承载面的用户晕眩。
再比如，当所述支撑用具被实施为桌子，且被用以支撑精密测量仪器时，如果所述支撑用具形成的所述承载面发生倾斜，则很有可能会导致所述精密测量仪器形成的测量结果产生较大的误差。
而之所以存在以上诸多问题，其根本原因在于，现有技术中的所述支撑用具形成的所述承载面相对于地面的角度通常是固定的，在所述承载面倾斜时，无法自动地调整所述承载面的位置而使由所述支撑用具形成的所述承载面保持水平。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一水平仪、支撑用具和支撑用具的承载面空间位置保持不变的方法，其中所述支撑用具包括一用具主体和一水平仪，其中所述用具主体形成一承载面和一底面，其中在所述承载面相对于水平方向倾斜时，所述水平仪被设置能够自动地调整所述支撑用具形成的所述承载面相对于水平面，从而使所述承载面始终保持与所述水平面平行。
本发明的另一个目的在于提供一水平仪、支撑用具和支撑用具的承载面空间位置保持不变的方法，其中通过所述水平仪，所述支撑用具形成的所述承载面能够在竖直方向保持预先的高度。
本发明的另一个目的在于提供一水平仪、支撑用具和支撑用具的承载面空间位置保持不变的方法，其中所述水平仪能够通过驱动滑块的水平滑动消除所述承载面相对于水平面形成的角度。
为实现上述至少一个目的，本发明提供一水平仪，用于保持一承载面相对于水平面平行，其中所述水平仪包括：
一滑动轴摆组件和一监控组件，
其中所述滑动轴摆组件包括一摆动杆、至少一滑块、至少一驱动单元以及一定轴件，
摆动杆和定轴件被如此设计以致于其中所述摆动杆的一高端能够通过定轴件固定连接一承载座，其中所述承载座的顶面为该承载面，
所述摆动杆具有一低端，其中所述摆动杆的所述低端被可摆动地安装在滑块表面，
其中所述监控组件包括一控制器和一角度传感器，其中所述角度传感器被设置为能够监测该承载面与水平面之间是否平行，
当监控组件监测到该承载面与水平面不平行时，控制器指令驱动单元驱动所述滑块滑动，带动摆动杆的低端滑动，从而引起摆动杆的摆动，摆动杆的高端能够带动承载面转动一定角度，从而保持所述承载面相对水平面平行。
根据本发明一实施例，所述滑动轴摆组件包括一第一滑块、一第二滑块、一第一驱动单元和一第二驱动单元，其中所述第一滑块通过所述第一驱动单元被可相对滑动地设置于该基座，所述第二滑块被设置于所述第一滑块和该基座之间，并通过所述第二驱动单元被可相对滑动地设置于该基座。
根据本发明一实施例，所述第一滑块和所述第二滑块滑动的方向被设置为不共线的两个方向。
根据本发明一实施例，所述第一滑块和所述第二滑块滑动的方向相互垂直。
根据本发明一实施例，所述监控组件包括一距离传感器，其中所述水平仪包括一升降组件，其中所述升降组件包括一底板和一伸缩构件，其中所述伸缩构件能够实现承载座的承载面的上下移动。
根据本发明一实施例，所述定轴件至少具有部分球面。
为实现上述至少一个目的，本发明提供一支撑用具，其中所述支撑用具包括：
一用具本体，其中所述用具本体包括一基座和一承载座，其中所述承载座形成一承载面；和
一如上所述的水平仪，用于保持所述承载面相对于水平面平行。
为实现上述至少一个目的，本发明提供一种调节支撑用具的承载面水平的方法，包括以下步骤：
步骤一，监测所述承载面是否水平；和
步骤二，在监测到所述承载面与水平面不平行时，驱动摆动杆的一低端滑动，带动摆动杆摆动，从而带动承载座上的承载面转动一定角度，调整承载面重新回到水平方向。
可选地，该方法包括步骤：通过驱动两个滑块实现所述摆动杆的低端沿两个不共线的方向滑动。
可选地，该方法还包括步骤：监测所述承载面的空间高度是否发生变化；和在所述承载面的空间高度发生变化时，以驱动所述承载座的升降的方式，使所述承载面回到原来的高度。
通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
图1示出了本发明一支撑用具的立体图。
图2示出了本发明所述支撑用具的部分结构拆卸图。
图3示出了本发明所述支撑用具的左视图。
图4示出了本发明所述支撑用具的部分结构的分解图。
图5A示出了本发明所述支撑用具在其基座倾斜时的一个状态图。
图5B示出了本发明所述支撑用具在其基座倾斜时的一个状态图。
图5C示出了本发明所述支撑用具的某一实施例的部分结构的示意图。
图6示出了本发明所述支撑用具在上下晃动时的状态图。
图7示出了本发明所述支撑用具发生上下晃动，所述支撑用具保持高度不变的状态图。
图8A和图8B分别示出了本发明某一实施例的所述支撑用具的扶手在不同状态下的立体图。
图9示出了本发明一调节支撑用具的承载面空间位置保持不变的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参考图1至图8B，依本发明一实施例的一支撑用具100将在以下被详细阐述，其中所述支撑用具100能够被用以支撑至少一被支撑体。
参考图1和图2，本发明中所述支撑用具100包括一用具本体10和一水平仪20。所述用具本体10在一预先高度形成一承载面101，供将所述被支撑体支撑于所述预先高度。所述水平仪20被设置为能够监测所述承载面101的空间位置，并能够根据监测结果，自动地调整所述用具本体10形成的所述承载面101的空间位置，从而使得所述用具本体10形成的所述承载面101保持相对于水平面平行。
具体地，所述支撑用具100的所述用具本体10包括一基座11和一承载座12。所述基座11具有一底面1101，被用以将所述支撑用具100支撑在一平面上，如船甲板上，如地面上。所述承载座12顶面形成一承载面101，供承载所述被支撑体。本领域技术人员能够理解的是，所述被支撑体可以是一些物品，也可以是人。
如图2和图3，所述水平仪20包括一滑动轴摆组件21和一监控组件22。所述承载座12通过所述滑动轴摆组件21被可摆动地支撑于所述基座11。所述监测组件22被设置于能够监测所述承载面101的空间位置是否发生变化，比如监测其相对于某一定位点的空间位置是否发生变化，比如监测承载面101是否相对水平面平行。在监测到所述基座11的所述底面1101相对于水平面倾斜时，监测组件22通过控制所述滑动轴转组件21使得所述承载面101得以保持相对于水平面平行。
参考图1至图3，所述滑动轴摆组件21包括一摆动杆211、至少一滑块212、至少一驱动单元213以及至少一定轴件214。所述摆动杆211具有一高端21101和相对于所述高端21101的一低端21102。
可选地，所述定轴件214至少具有部分球面。在某一个实施例中，如图5A所示，定轴件214含有一球体。在该实施例中，如图2所示，所述底座11的上表面为圆弧面1102，在圆弧面1102的正中设有一安装孔1103。如图5所示，定轴件214的球体直径大于安装孔1103的直径。安装时，将定轴件214的球体从上往下放入安装孔1103内，并卡在1103处，从而能够非常牢固地支撑上部结构。
承载座12的底部被固定在定轴件214的上端，定轴件214的下端则固定连接摆动杆211的高端21101，因此在摆动过程中，承载座12的底面相对于摆动杆高端21101的位置是不变的，承载座12的底面与摆动杆211的纵轴之间一直为一固定角度，如90度。
摆动杆211的低端21102被可摆动地安装在滑块212表面的某处。在摆动过程中，滑块212表面与摆动杆211的纵轴之间的夹角会发生变化。
在某一实施例中，如图5C，摆动杆的低端21102通过铰链21103连接到固定件21104上，而固定件21104被固定在滑块212表面的某处。摆动杆的低端21102因此能够绕着铰链21103的转动轴转动。
关于摆动杆211的低端21102相对于滑块212表面可摆动地安装，本发明并不局限于图5C的实施例的结构，其他万向联轴器、鱼眼连接器、关节轴承等也能够实现类的功能。
当所述滑块212被所述驱动单元213驱动而相对于所述基座11滑动时，会带动摆动杆211的低端21102一起滑动，从而带动摆动杆211围绕定轴件214的摆动。当摆动杆211发生摆动时，摆动杆上端21101通过定轴件214带动承载座12转动，从而调整承载座12的倾斜方向。定轴件提供了一个像跷跷板的支点，一头接着摆动杆的低端21102，另一头连着承载座12，当一头发生转动时，就会带动另一头转动。
可选地，在本发明中，所述滑动轴摆组件21包括一第一滑块212a、一第二滑块212b、一第一驱动单元213a和一第二驱动单元213b。所述第一滑块212a通过所述第一驱动单元213a被可相对滑动地设置于所述基座11。所述第二滑块212b被设置于所述第一滑块212a和所述基座11之间，并通过所述第二驱动单元213b被可滑动地设置于所述基座11。也就是说，所述第一滑块212a被所述第一驱动单元213a驱动而滑动时，所述第一滑块212a相对于所述第二滑块212b滑动的。而所述第二滑块212b被所述第二驱动单元213b驱动而滑动时，所述第二滑块212b带着所述第一滑块212a一起滑动。
可选地，所述第一滑块212a和所述第二滑块212b被驱动滑动时，分别沿不共线的两个方向滑动。可选地，在本发明中，所述第一滑块212a和所述第二滑块212b滑动的方向被实施为两个正交方向上。因此，能够通过滑动滑块212a和212b，使得摆动杆低端21102的位置在二维平面内快速移动。通过这样的方式，从而使得所述承载座12的所述承载面101相对于水平方向的角度得以被快速地调整。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明中，所述第一驱动单元213a和所述第二驱动单元213b可以被实施为一伺服电机、一液压驱动装置等，本发明不受此方面的限制。
进一步地，在本发明中，所述滑动轴摆组件21的运动受监控组件22的控制。具体地，所述滑动轴摆组件21的所述驱动单元213受所述监控组件22的控制。所述监控组件22被设置为能够检测所述承载座12的所述承载面101相对于水平方向之间的角度，并当所述承载座12的所述承载面101相对于水平面倾斜时，所述监控组件22自动计算并驱动所述滑动轴摆组件211进行一定幅度的摆动，进而调整所述承载座12上的所述承载面101的倾斜角度，从而保持该承载面101相对于水平面的平行。
参考图1至图4，具体地，所述监控组件22包括一控制器221和一角度传感器222。
所述角度传感器222被设置为能够检测到所述承载座12相对水平面倾斜的角度。所述角度传感器222可以被实施为一电磁传感器、光传感器等。
所述控制器221则能够控制所述驱动单元213驱动所述滑块212滑动。
在某一实施例中，所述角度传感器222和所述控制器221被设置在所述用具本体10上。
可选地，提供一能保持自身的位置（水平倾斜角和/或高度等）不动的定位点（小平面），所述角度传感器222以该定位点（小平面）作为参照点，判断承载面是否相对水平面倾斜。
在一实施例中，该定位点由一自动化空间稳定系统，如自稳云台，提供。自稳云台现在多被用于照相机和摄像机的拍摄防抖，如摄像机的手持拍摄。一些自稳云台通过IMU（惯性测量单元）获取角速度和加速度的数据，然后反向调节电机相应的角度，从而实现云台上物品的位置稳定。
在另一实施例中，所述监控组件22被实施为包括一飞行器。该飞行器具有悬停功能，从而也能够实现一个能保持自身的位置（水平倾斜角、高度等）不动的定位点。
如图5和图6所示，当支撑用具所在的底面发生倾斜，如当船甲板倾斜晃动时，基座11是随之倾斜的，也会导致承载座12和承载面101的倾斜，如图5A所示。此时，角度传感器222会检测到承载座12的承载面101相对于水平面发生了倾斜，并将倾斜的结果汇报给所述控制器221，所述控制器221自动计算并控制所述驱动单元213驱动所述滑块212滑动。在图5A中，滑块212被驱动着向箭头方向（纸面的右侧方向）滑动一定位移，进而带动摆动杆211的低端21102也向该方向滑动一定位移，从而到达图5B的状态。在图5B中，摆动杆211的低端21102相对于底座11的圆弧表面的安装孔1103发生了一定位移，摆动杆211与滑块表面不再是90度垂直，而是形成一倾斜角，即摆动杆211围绕定轴件214发生了摆动。定轴件214提供了一个像跷跷板的支点，当摆动杆211发生了一定角度的摆动时，定轴件214上端带动承载座12也转动相应角度，从而补偿底面1101发生的倾斜，调整承载面101重新回到水平方向，即保持承载面101与水平面平行，如图5B和图6所示的状态。
在某一实施例中，所述控制器221能够控制所述第一驱动单元213a和所述第二驱动单元213b分别驱动所述第一滑块212a和所述第二滑块212b在不共线的两个方向上滑动，如x和y两个方向。所述摆动杆211的所述低端21102因此能够伴随所述第一滑块212a和所述第二滑块212b的滑动而滑动，如x和y两个方向，因此承载面101相对于水平面的两个方向（x和y方向）的倾斜都可以被调节，即承载面101相对于水平面的任何一种倾斜都可以被调节。滑块212滑动，带动摆动杆211摆动，从而调节承载面101回到水平方向。
可选地，参考图1至图3，所述承载面水平保护机构20包括一升降组件23，其中所述承载座12被可升降地连接于所述升降组件23。具体地，所述升降组件23包括一底板231和一伸缩构件232，所述承载座12被通过所述伸缩构件232被可升降地安装于底板231上。参考图3，可选地，所述伸缩构件232被实施为包括至少三个伸缩油缸2321、一高度调整器2322和至少一升降驱动器2323。三个所述伸缩油缸2321被设置于所述承载座12的底面和所述底板231的顶面之间。所述高度调整器2322也被安装于所述承载座12的底面和所述底板231的顶面之间。
可选地，所述高度调整器2322具有一顶端232201和一底端232202。所述底板231被安装于所述高度调整器的底端232202，所述承载座12被安装于所述高度调整器的顶端232201。所述高度调整器2322还具有两个水平压缩端232203和232204，升降驱动器2323可以驱动所述高度调整器2322的所述水平压缩端232203和232204之间的距离变化（即水平方向的压缩和伸长），从而实现高度调整器的顶端232201和底端232202之间的距离变化（即高度变化）。
在一实施例中，所述监控组件22还包括一距离传感器223。
在某一实施例中，距离传感器223被设置于所述用具本体10。可选地，所述用具本体10包括一支架13，其中所述支架13被固定于所述承载座12上，并且所述支架13相对于所述承载座12形成一高端部131。所述距离传感器223被设置于所述高端部131。
所述控制器221被电连接于所述距离传感器223。比如，当所述承载座12向上或向下晃动时，所述距离传感器223能够检测到所述承载座12的承载面101偏离了原来的高度。相应地，所述控制器221根据所述距离传感器223检测的结果，将自动地控制和驱动所述升降驱动器2323工作，使得承载面101回到原来的高度，如图7所示。
本领域技术人员可以理解的是，所述距离传感器223可以被实施为一声波传感器、光传感器等。
可选地，提供一能保持自身的高度不变的定位点，所述距离传感器223以该定位点作为参照点判断承载面101是否发生了高度的变化。
在一实施例中，该定位点由一自动化空间稳定系统，如自稳云台，提供。自稳云台现在多被用于照相机和摄像机的拍摄防抖，如摄像机的手持拍摄。一些自稳云台通过IMU（惯性测量单元）获取加速度的数据，然后反向调节电机相应的高度，从而实现云台上物品的位置稳定。
在另一实施例中，所述监控组件22被实施为包括一飞行器。该飞行器具有悬停功能，从而也能够实现一个能保持自身的高度不动的定位点。
通过上述阐述，本领域技术人员能够理解的是，当所述支撑用具100发生剧烈摇晃时，本发明所述用具本体10形成的所述承载面101的高度和相对于水平方向的角度都能够自动地被调整，进而使得所述用具本体10形成的所述底面1101的空间高度保持固定和所述用具本体10形成的承载面101保持水平。
在另一实施例中，本发明的所述监控组件22被实施为包括一飞行器，其中所述角度传感器222和所述距离传感器223均被设置于所述飞行器上，以通过所述飞行器相对于所述承载面101的空间位置变化检测所述承载面101偏离了原来的高度和检测所述承载面101相对水平面倾斜的角度。
参考图8A和图8B，进一步地，在一个可选的实施例中，所述用具本体10还包括一对扶手14，其中一对所述扶手14分别被设置于所述支架13的两侧，从而使得所述支撑用具100被实施为一凳子或椅子。可选地，所述扶手14被可转动地设置于所述支架13的两侧，从而当用户需要使用所述扶手14时，通过转动所述扶手14，能够使所述扶手14保持在不同的位置。
参考图9，根据本发明的另一个方面，一调节支撑用具的承载面水平的方法将在以下被详细阐述，具体地，所述调节支撑用具的承载面水平的方法包括以下步骤：
9001，监测所述承载面101是否平行；和
9002，在监测到所述承载面101与水平面不平行时，控制器驱动滑动轴摆组件211进行一定幅度的摆动，进而调整承载座12上的所述承载面101的倾斜角度，从而保持该承载面101相对于水平面的平行。
可选地，在所述承载面101与水平面不平行时，驱动滑动轴摆组件21的摆动杆211的一低端21102相对基座11滑动，带动摆动杆211摆动，从而带动承载座12转动一定角度，调整承载面101重新回到水平方向。
进一步可选地，该调节支撑用具的承载面水平的方法包括步骤：
驱动滑动轴摆组件21的摆动杆211的所述低端21101沿两个不共线的方向滑动。
进一步可选地，所述调节支撑用具的承载面水平的方法包括以下步骤：
监测所述承载面101的空间高度是否发生变化，即其绝对海拔高度是否变化；和
在所述承载面101的空间高度发生变化时，以驱动所述承载座12升降的方式，使所述承载面回到原来的高度。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一水平仪，用于保持一承载面相对于水平面平行，其特征在于，其中所述水平仪包括：
一滑动轴摆组件，和一监控组件，
其中所述滑动轴摆组件包括一摆动杆、至少一滑块、至少一驱动单元以及一定轴件，
摆动杆和定轴件被如此设计以致于其中所述摆动杆的一高端能够通过定轴件固定连接一承载座，其中所述承载座的顶面为该承载面，
所述摆动杆具有一低端，其中所述摆动杆的所述低端被可摆动地安装在滑块表面，
所述监控组件包括一控制器和一角度传感器，其中所述角度传感器被设置为能够监测该承载面与水平面之间是否平行，
当监控组件监测到该承载面与水平面不平行时，控制器指令驱动单元驱动所述滑块滑动，带动摆动杆的低端滑动，从而引起摆动杆的摆动，摆动杆的高端能够带动承载面转动一定角度，从而保持所述承载面相对水平面平行。
2.根据权利要求1所述水平仪，其中所述滑动轴摆组件包括一第一滑块、一第二滑块、一第一驱动单元和一第二驱动单元，其中所述第一滑块通过所述第一驱动单元被可相对滑动地设置于该基座，所述第二滑块被设置于所述第一滑块和该基座之间，并通过所述第二驱动单元被可相对滑动地设置于该基座。
3.根据权利要求2所述水平仪，其中所述第一滑块和所述第二滑块滑动的方向被设置为不共线的两个方向。
4.根据权利要求3所述水平仪，其中所述第一滑块和所述第二滑块滑动的方向相互垂直。
5.根据权利要求1至4中任一所述水平仪，其中所述监控组件包括一距离传感器，其中所述水平仪包括一升降组件，其中所述升降组件包括一底板和一伸缩构件，其中所述伸缩构件能够实现承载座的承载面的上下移动。
6.根据权利要求1所述水平仪，其中所述定轴件至少具有部分球面。
7.一支撑用具，其特征在于，其中所述支撑用具包括：
一用具本体，其中所述用具本体包括一基座和一承载座，其中所述承载座形成一承载面；和
如权利要求1至6中任一所述水平仪，用于保持所述承载面相对于水平面平行。
8.一种调节支撑用具的承载面水平的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，监测所述承载面是否水平；和
步骤二，在监测到所述承载面与水平面不平行时，驱动摆动杆的一低端滑动，带动摆动杆摆动，从而带动承载座上的承载面转动一定角度，调整承载面重新回到水平方向。
9.根据权利要求8所述的方法，包括步骤：
通过驱动两个滑块实现所述摆动杆的低端沿两个不共线的方向滑动。
10.根据权利要求8所述的方法，包括步骤：
监测所述承载面的空间高度是否发生变化；和
在所述承载面的空间高度发生变化时，以驱动所述承载座的升降的方式，使所述承载面回到原来的高度。
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