CN113701945A - 一种陶俑重心测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种陶俑重心测量装置，涉及不规则文物防震设计技术领域。包括称重平台，所述称重平台上表面设有用于放置被测物的安置部，在所述称重平台下表面环绕称重平台中心设置至少三个台秤，该三个台秤的中心连线呈三角形布设，所述台秤包括底座，所述底座为腔体结构，在所述底座内设有压力传感器，所述台座上设有台板，所述压力传感器顶部与所述台板接触本发明可辅助测量出陶俑的重心位置，从而有利于大型不规则陶俑的防震设计。本发明适用于大型陶俑文物的防震设计场合。

Description

一种陶俑重心测量装置及方法

技术领域

本发明涉及不规则文物防震设计技术领域，尤其涉及一种陶俑重心测量装置及方法。

背景技术

大型不规则文物，例如大型陶俑的重心不一定在物体的中心上。为了避免文物在地震到来时的倾覆和损坏，需对其施加防震措施，进行防震设计。在防震设计过程中寻找其重心是难点，像一些大型的陶俑，类似于兵马俑，属于典型的不规则物体，并且其制作工艺、残破状况、修复情况、形制等因素因个体不同而存在差别，它们的重量与重心位置各不相同，重心位置的确定直接影响其防震设计的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种陶俑重心测量装置及方法，可辅助测量出陶俑的重心位置，从而有利于大型不规则陶俑的防震设计。

为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明实施例提供的陶俑重心测量装置，包括称重平台，所述称重平台上表面设有用于放置被测物的安置部，在所述称重平台下表面环绕称重平台中心设置至少三个台秤，该三个台秤的中心连线呈三角形布设，所述台秤包括底座，所述底座为腔体结构，在所述底座内设有压力传感器，所述台座上设有台板，所述压力传感器顶部与所述台板接触。

可选地，所述称重平台为四方形，至少三个台秤中的两个台秤分别设置于称重平台下表面第一边的两个角，另一个台秤设置于称重平台下表面第二边的中间，所述第一边与第二边相对。

可选地，所述称重平台下表面与台秤之间设有支撑座，所述支撑座为球头支撑座，所述球头支撑座上端万向铰接于所述称重平台上。

可选地，所述支撑座与所述台秤之间还设有升降机构，所升降机构上端连接于所述支撑座上，其下端设于所述台秤上表面。

可选地，所述升降机构包括机座，在所述机座上安装有丝杆升降机，所述丝杆升降机顶部与所述支撑座底部连接。

可选地，所述丝杠升降机包括蜗杆、涡轮、丝杆螺母及丝杆，所述蜗杆水平安装于机座上，所述涡轮固定套设于所述丝杆螺母外圆周上，且所述涡轮与所述蜗杆啮合传动连接，所述丝杆设于所述丝杆螺母中，且可随丝杆螺母旋转上下升降运动，在所述蜗杆的外端安装有驱动手轮。

可选地，所述称重平台的上表面四个角上分别设有固定环，所述固定环中穿设有柔性钢丝绳。

可选地，所述称重平台上安装有数显倾角仪。

第二方面，本发明还实施例提供一种陶俑重心测量方法，基于第一方面任一所述的陶俑重心测量装置实施，所述方法包括步骤：S10A、在称重平台的下方放置三个台秤，然后在平台上竖直放置陶俑，即得到三个第一次质量读数分别设为：m₁、m₂、m₃；其中，所述m₁为前边右侧台秤的第一次质量读数，m₂为前边左侧台秤的第一次质量读数，m₃为后边台秤的第一次质量读数，所述前边为第一边，所述后边为第二边。

S20A、基于得到的所述3个第一次质量读数，分别计算得到前边两个台秤的质量读数和和以及陶俑总质量；

S30A、根据前边两个台秤的质量读数和、前后边之间的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台后边缘的距离d₁；以及，根据前边两个台秤中右边台秤的第一次质量读数、前边两个台秤之间的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台左边缘的距离d₂；

S40A、将陶俑的后边底部垫高，使陶俑的底面与称重平台1之间呈预定倾角，得到三个台秤的第二次质量读数；该预定倾角设为α，α大于0度；

S50A、根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台后边缘的距离、后边台秤的第二次质量读数、前边台秤到后边台秤的距离以及预定倾角解算得到陶俑的重心到陶俑底部的高度。

S60A、以平台的左后角为原点，根据得到的陶俑的重心到称重平台后边缘的距离、陶俑的重心到称重平台左边缘的距离以及陶俑的重心到陶俑底部的高度确定出陶俑的重心位置为(d₂，d₁，h)。

本发明实施例提供的陶俑重心测量装置及方法，通过在称重平台下表面环绕称重平台中心设置至少三个台秤，通过该至少三个台秤可方便地感知被测物体施加的力，在测量得到该三个位置点的力之后，根据测量得到的力及各测力点之间的距离进行解算，就可以简单方便地测定出陶俑的重心位置。因此，本发明提供的陶俑重心测量装置，可辅助测量出陶俑的重心位置，从而有利于大型不规则陶俑的防震设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一实施例陶俑重心测量装置主视图；

图2为图1中称重平台的一实施例俯视图；

图3为图1中称重平台的一实施例仰视图；

图4为图1中陶俑重心测量装置俯视图

图5为图1中陶俑重心测量装置测量陶俑重心高度的位姿图；

图6为本发明另一实施例陶俑重心测量装置主视图；

图7为图6中陶俑重心测量装置测量陶俑重心高度的位姿图；

图8为图4所示的陶俑测量装置测量陶俑重心模型图；

图9为图7所示的陶俑测量装置测量陶俑重心模型图；

图10为本发明一实施例中陶俑重心到平台后边缘距离的测量原理示意图；

图11为本发明一实施例中陶俑重心到平台左边缘距离的测量原理示意图；

图12为本发明一实施例中陶俑重心高度的测量原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，为了更加清楚说明本发明，在以下的具体实施例中描述了众多技术细节，本领域技术人员应当理解，没有其中的某些细节，本发明同样可以实施。另外，为了凸显本发明的主旨，涉及的一些本领域技术人员所熟知的方法、手段、零部件及其应用等未作详细描述，但是，这并不影响本发明的实施。本文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决大型陶俑重心位置寻找较难的的技术问题，参看图1至图6所示，本发明实施例提供的陶俑重心测量装置，适用于对不规则形状物体的重心位置进行测量及找寻场景中，特别是适用于大型陶俑的重心位置测量场景中，进而适用于大型陶俑文物的防震设计场合。

所述陶俑重心测量装置包括称重平台1，所述称重平台1上表面设有用于放置被测物的安置部，在所述称重平台1下表面环绕称重平台中心设置至少三个台秤2该三个台秤的中心连线呈三角形布设，所述台秤包括底座，所述底座为腔体结构，在所述底座内设有压力传感器，所述台座上设有台板，所述压力传感器顶部与所述台板接触。

如图1所示，在一些实施例中，在所述称重平台1下表面环绕称重平台中心设置三个台秤2，所述称重平台为四方形，至少三个台秤中的两个台秤分别设置于称重平台下表面第一边的两个角，另一个台秤设置于称重平台下表面第二边的中间，所述第一边与第二边相对，为便于读者理解，在图8所示的附图设置方位中，第一边即称重平台的前边，第二边即称重平台的后边，当然该两边也可以换成另外两个相对的边。

为了更加清楚地说明本发明实施例提供的陶俑重心测量装置的技术方案及技术效果，现结合其辅助实现测量陶俑重心的工作原理或过程说明如下：

如图1、图4、图5及图8、图10至图12所示，S10A、在称重平台的下方放置三个台秤，其中心连线呈三角形布设，然后在平台上竖直放置陶俑，即会得到三个第一次质量读数分别设为：m₁、m₂、m₃；其中，所述m₁为前边右侧台秤2的第一次质量读数，m₂为前边左侧台秤2的第一次质量读数，m₃为后边台秤2的第一次质量读数。

S20A、基于得到的所述3个第一次质量读数，分别计算得到前边两个台秤2的质量读数和和以及陶俑总质量；

其中，设前边方向的两个台秤所测的质量和为m_A＝m₁+m₂，前后边台秤之间的垂直距离为s₁，前边左右两个台秤之间的距离为s₂，设M为陶俑总质量，即M＝m_A+m₃。h为重心高度，d₁为重心距陶俑后边缘距离，d₂为重心距台秤左边缘距离。

S30A、根据前边两个台秤2的质量读数和、前后边之间的距离s₁及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离d₁；以及，根据前边两个台秤中右边台秤2的第一次质量读数、前边两个台秤之间的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台1左边缘的距离d₂。

具体地，由力矩平衡原理，可得：M×g×d₁＝m_A×g×s₁，从而可得：d₁＝m_A×s₁/M，则重心距陶俑前边缘距离为s₁-d₁。

从而可得：

则重心距离陶俑右边缘的距离为s₂-d₂。

对于重心高度h的测量，如图12所示，S40A、将陶俑的后边底部垫高，使陶俑的底面与称重平台1之间呈预定倾角，得到三个台秤的第二次质量读数；该预定倾角设为α，α大于0度。

S50A、根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离、后边台秤2的第二次质量读数、前边台秤2到后边台秤2的距离以及预定倾角解算得到陶俑的重心到陶俑底部的高度。

示例性地，将陶俑的后边台秤一端抬高，使其产生倾角α，则根据力矩平衡和三角关系，可以得到如下公式：

m’₃g×s₁×cosα＝Mg×x，tanα＝y/h，y＝d-x/cosα

通过上面三个公式，可以求得重心高度h的公式为：

h为陶俑的重心到陶俑底部的高度，M为陶俑总质量，d₁为陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离，m^’ ₃为第二边中部位置的台称的第二次质量读数，s₁为第一边到第二边的距离，α为所述预定倾角。

S60A、根据得到的陶俑的重心到称重平台后边缘的距离、陶俑的重心到称重平台左边缘的距离以及陶俑的重心到陶俑底部的高度确定出陶俑的重心位置为(d₂，d₁，h)。

可以平台的左后角为原点，则得到重心位置坐标为(d₂，d₁，h)。

在一些实施例中，所述称重平台下表面与台秤之间设有支撑座3，所述支撑座3为球头支撑座，所述球头支撑座上端万向铰接于所述称重平台1上。这样，可以将陶俑的后边台秤一端抬高，从而便于辅助进行陶俑重心高度测量。

继续参看图1所示，所述支撑座与所述台秤之间还设有升降机构，所升降机构上端连接于所述支撑座上，其下端设于所述台秤上表面。

参看图6所示，在另一些实施例中，所述陶俑重心测量装置，包括称重平台1，在所述称重平台1下表面关于称重平台1中心对称设置四个台秤2，位于所述称重平台1下表面还设有支撑座3。

其中，所述称重平台1为四方形，所述台秤2分别设置于称重平台1下表面的四个角。

在一些实施例中，所述称重平台1采用厚度4mm，800*800mm花纹防滑钢板制成，通过采用花纹防滑钢板，可在一定程度上提高称重平台1上放置物体的平稳性。为了增强称重平台1的承载能力，在称重平台1下表面设有框架4，所述框架采用矩形钢管焊接制成，矩形钢管的规格为20*40mm，厚度2.5mm。

所述台秤分别布设于称重平台1的4个角，每个角分别布置1套台秤，每套台秤配备1台数显表，实时显示传感器称重数据。

其中，所述升降机构5包括机座51，在所述机座51上安装有丝杆升降机，所述丝杆升降机顶部与所述支撑座3底部连接。

所述丝杠升降机包括蜗杆52、涡轮(图中未示出)、丝杆螺母(蜗杆)及丝杆53，所述蜗杆52水平安装于机座51上，所述涡轮固定套设于所述丝杆螺母外圆周上，且所述涡轮与所述蜗杆52啮合传动连接，所述丝杆53设于所述丝杆螺母中，且可随丝杆螺母旋转上下升降运动，在所述蜗杆52的外端安装有驱动手轮54。

本实施例中，4个台秤分别放置在4台同规格的升降机构5上方的支撑座3上，升降机构5可手动旋转驱动手轮54进行调节，最大抬升高度100mm。

为防止被测物6失稳，导致物件损坏，在一些实施例中，所述称重平台1的上表面四个角上分别设有固定环7，所述固定环7中穿设有柔性钢丝绳8。用柔性钢丝绳8另一端笼住被测物6，以避免被测物6失稳倾倒损坏，从而实现对被测物6的防护。

具体地，所述称重平台1上安装有数显倾角仪9。优选地，所述数显倾角仪为双轴数显倾角仪。

参看图6、图7及图9所示，为了更加清楚地说明本发明实施例提供的具有4个台秤的陶俑重心测量装置的技术方案及技术效果，现结合其辅助实现测量陶俑重心的工作原理或过程说明如下：

S10B、将陶俑竖直放置在所述称重平台1上；利用所述四个台秤2得到四个第一次质量读数，例如，分别标记为m₁、m₂、m₃及m₄；其中，所述m₁为前边右侧台秤2的第一次质量读数，m₂为前边左侧台秤2的第一次质量读数，m₃及m₄分别为后边左侧和右侧台秤2的第一次质量读数。

为便于理解本方案，需要说明的是，本实施例中的方位词，如“前”、“后”、“左”及“右”等均是以陶俑在称重平台1上放置的朝向为参照。

S20 B、基于得到的所述四个第一次质量读数，分别计算得到前边两个台秤2的质量读数和、后边两个台秤2的质量读数和、右面两个台秤2的质量读数和以及陶俑总质量；

前边方向的两个台秤2所测的质量和为m_A＝m₁+m₂，后边方向的两个台秤2所测的质量和为m_B＝m₃+m₄，左边两个台秤2所测质量和为m_C＝m₃+m₂，右边两个台秤2所测质量和为m_D＝m₁+m₄，M为陶俑总质量，根据力的分配原理可得到M＝m_A+m_B＝m_C+m_D。

S30 B、根据前边两个台秤2的第一次质量读数和、前边台秤2到后边台秤2的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离；

以及，根据右面两个台秤2的第一次质量读数、左面台秤2到右面台秤2的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台1左边缘的距离。

本实施例中，作为一可选实施例，所述根据前边两个台秤2的质量读数和、前边台秤2到后边台秤2的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离包括：将前边两个台秤2的质量读数和乘以前边台秤2到后边台秤2的距离，再除以陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离。

根据右面两个台秤2的质量读数、左面台秤2到右面台秤2的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台1左边缘的距离包括：将右面两个台秤2的质量读数和乘以左面台秤2到右面台秤2的距离，再除以陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台1左边缘的距离。

可以理解的是，力矩可以使物体向不同的方向转动，如果这两个力矩的大小相等，方向相反，杠杆将保持平衡。根据力矩平衡原理，可得：M×g×d₁＝m_A×g×s₁，从而可得：d₁＝m_A×s₁/M，则重心距陶俑前边缘距离为s₁-d₁，如图2所示M×g×d₂＝m_D×g×s₂，从而可得：d₂＝m_D×s₂/M；其中，d₁为陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离，d₂为陶俑的重心到称重平台1左边缘的距离，s₁为前后台秤2之间的距离，s₂为左右台秤2之间的距离。

可以理解的是，以称重平台1上、位于后边左侧台秤2安装点为原点建立基准坐标，在确定出陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离、陶俑重心到称重平台1左边缘的距离之后，再确定出陶俑的重心高度坐标即可确定出陶俑的重心位置。为了求出陶俑的重心高度坐标，所述方法还进一步地，包括：

S40 B、将陶俑的后边底部垫高，使陶俑的底面与称重平台1之间呈预定倾角，得到四个台秤的第二次质量读数；该预定倾角设为α，α大于0度。

S50 B、根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离、后边两个台秤2的第二次质量读数和、前边台秤2到后边台秤2的距离以及预定倾角解算得到陶俑的重心到陶俑底部的高度；

本实施例中，在将陶俑的后边底部垫高，使陶俑的底面与称重平台1之间呈预定倾角之后，所述方法还包括：根据力矩平衡原理和三角函数关系确定出陶俑的重心到陶俑底部的高度的解算公式；所述解算公式为：

h为陶俑的重心到陶俑底部的高度，M为陶俑总质量，d₁为陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离，m’_B为后面两个台称的第二次质量读数和，s₁为前边台秤2到后边台秤2的距离；α为所述预定倾角。

其中，参看图9所示，根据力矩平衡原理和三角函数关系确定出陶俑的重心到陶俑底部的高度的解算公式具体为：根据力矩平衡和三角函数关系，可以得到如下公式：m^’ _B×g×s×cosα＝M×g×x，tanα＝y/h，y＝d-x/cosα；其中，x和y是为便于计算假设的中间变量，在求解过程中可以消除。

根据得到的上面三个公式，可以得到重心高度h的解算公式为：

所述根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离、后边两个台秤2的质量读数和、前边台秤2到后边台秤2的距离以及预定倾角解算得到陶俑的重心到陶俑底部的高度包括：调用所述解算公式，以及获取所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离、后边两个台秤2的质量读数和、前边台秤2到后边台秤2的距离以及预定倾角解算得到陶俑的重心到陶俑底部的高度；利用所述解算公式解算得到陶俑的重心到陶俑底部的高度。

S60B、根据得到的陶俑的重心到称重平台1后边缘的距离、陶俑的重心到称重平台1左边缘的距离以及陶俑的重心到陶俑底部的高度确定出陶俑的重心位置。即若以称重平台1上、位于后边左侧台秤2安装点处为原点，则得到重心坐标为(d₂，d₁，h)。

其中，为便于建立基准坐标，在一些实施例中，所述称重平台1为矩形或正方形平台。

本发明实施例提供的陶俑重心测量装置，通过在称重平台下表面环绕称重平台中心设置至少三个台秤，通过该至少三个台秤可方便地感知被测物体施加的力，在测量得到该三个位置点的力之后，根据测量得到的力及各测力点之间的距离进行解算，就可以简单方便地测定出陶俑的重心位置。因此，本发明提供的陶俑重心测量装置，可辅助测量出陶俑的重心位置，从而有利于大型不规则陶俑的防震设计。

本发明实施例提供的陶俑重心测量装置，可以简单方便地辅助测量出陶俑的重心位置，从而有利于对大型不规则陶俑进行防震设计，提高其抗震能力。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种陶俑重心测量装置，其特征在于，包括称重平台，所述称重平台上表面设有用于放置被测物的安置部，在所述称重平台下表面环绕称重平台中心设置至少三个台秤，该三个台秤的中心连线呈三角形布设，所述台秤包括底座，所述底座为腔体结构，在所述底座内设有压力传感器，所述台座上设有台板，所述压力传感器顶部与所述台板接触。

2.根据权利要求1所述的陶俑重心测量装置，其特征在于，所述称重平台为四方形，至少三个台秤中的两个台秤分别设置于称重平台下表面第一边的两个角，另一个台秤设置于称重平台下表面第二边的中间，所述第一边与第二边相对。

3.根据权利要求1所述的陶俑重心测量装置，其特征在于，所述称重平台下表面与台秤之间设有支撑座，所述支撑座为球头支撑座，所述球头支撑座上端万向铰接于所述称重平台上。

4.根据权利要3所述的陶俑重心测量装置，其特征在于，所述支撑座与所述台秤之间还设有升降机构，所升降机构上端连接于所述支撑座上，其下端设于所述台秤上表面。

5.根据权利要求4所述的陶俑重心测量装置，其特征在于，所述升降机构包括机座，在所述机座上安装有丝杆升降机，所述丝杆升降机顶部与所述支撑座底部连接。

6.根据权利要求5所述的陶俑重心测量装置，其特征在于，所述丝杠升降机包括蜗杆、涡轮、丝杆螺母及丝杆，所述蜗杆水平安装于机座上，所述涡轮固定套设于所述丝杆螺母外圆周上，且所述涡轮与所述蜗杆啮合传动连接，所述丝杆设于所述丝杆螺母中，且可随丝杆螺母旋转上下升降运动，在所述蜗杆的外端安装有驱动手轮。

7.根据权利要求1所述的陶俑重心测量装置，其特征在于，所述称重平台的上表面四个角上分别设有固定环，所述固定环中穿设有柔性钢丝绳。

8.根据权利要求1所述的陶俑重心测量装置，其特征在于，所述称重平台上安装有数显倾角仪。

9.一种陶俑重心测量方法，其特征在于，基于权利要求1至8任一所述的陶俑重心测量装置实施，所述方法包括步骤：S10A、在称重平台的下方放置三个台秤，然后在平台上竖直放置陶俑，即得到三个第一次质量读数分别设为：m₁、m₂、m₃；其中，所述m₁为前边右侧台秤的第一次质量读数，m₂为前边左侧台秤的第一次质量读数，m₃为后边台秤的第一次质量读数，所述前边为第一边，所述后边为第二边。

S20A、基于得到的所述3个第一次质量读数，分别计算得到前边两个台秤的质量读数和和以及陶俑总质量；

S30A、根据前边两个台秤的质量读数和、前后边之间的距离和及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台后边缘的距离d₁；以及，根据前边两个台秤中右边台秤的第一次质量读数、前边两个台秤之间的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台左边缘的距离d₂；

S40A、将陶俑的后边底部垫高，使陶俑的底面与称重平台1之间呈预定倾角，得到三个台秤的第二次质量读数；该预定倾角设为α，α大于0度；

S50A、根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台后边缘的距离、后边台秤的第二次质量读数、前边台秤到后边台秤的距离以及预定倾角解算得到陶俑的重心到陶俑底部的高度。

S60A、根据得到的陶俑的重心到称重平台后边缘的距离、陶俑的重心到称重平台左边缘的距离以及陶俑的重心到陶俑底部的高度确定出陶俑的重心位置为(d₂，d₁，h)。

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