CN113701946A - 一种陶俑重心测量方法 - Google Patents

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CN113701946A CN202110898584.9A CN202110898584A CN113701946A CN 113701946 A CN113701946 A CN 113701946A CN 202110898584 A CN202110898584 A CN 202110898584A CN 113701946 A CN113701946 A CN 113701946A
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白晓彬
张涛
吴婧姝
梁宁博
王珅
许臣
李建爽
张海鹏
张文革
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Abstract

本发明实施例公开一种陶俑重心测量方法，包括：在称重平台的前后边底部放置三个台秤，将陶俑竖直放置在所述称重平台上，得到三个台秤的第一次读数；根据第一边上两个台秤的质量读数和、第一边到第二边的距离及陶俑总质量解算得到陶俑重心到称重平台第二边边缘的距离；以及，根据第一边上右面台称的第一次质量读数、左、右面台称的距离及陶俑总质量得到陶俑重心到称重平台右边缘的距离；将陶俑的后面垫高呈预定倾角，得到三个台秤的第二次读数；根据所述陶俑总质量、重心到称重平台第二边边缘的距离、第二边的台称的第二次质量读数、第一边到第二边的距离以及预定倾角解算得到陶俑重心到底部的高度。本发明可简单方便地测量出陶俑的重心位置。

Description

一种陶俑重心测量方法
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方法，所用的辅助设备结构简单，且可简单方便地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方法，包括步骤：
至少在称重平台的第一边上的两个角的底部分别放置一个台秤，在称重平台的二边上的中部位置放置一个台秤，将陶俑竖直放置在所述称重平台上；所述第一边与第二边相对；
利用前述三个台秤得到三个第一次质量读数；
基于得到的所述三个质量读数，分别计算得到第一边上两个台秤的第一次质量读数和、以及陶俑总质量；
根据第一边上两个台秤的第一次质量读数和、第一边到第二边的的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离；
以及，根据第一边上左面台称的第一次质量读数、左面台称到右面台称的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台右边缘的距离；
将陶俑的后面底部垫高，使陶俑的底面与称重平台之间呈预定倾角，得到三个台秤的第二次质量读数；
根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、第二边上中部位置的台称的第二次质量读数、第一边到第二边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；
根据得到的陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、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。
可选地，所述根据第一边上两个台秤的第一次质量读数和、第一边到第二边的的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离包括：将第一边上两个台秤的第一次质量读数和乘以第一边到第二边的距离，再除以陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离。
可选地，根据第一边上右面台称的第一次质量读数、左面台称到右面台称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包括：将两倍的第一边右面台秤的质量读数乘以左面台称到右面台称的距离得到第一中间值；
将第二边中部位置的台称的第一次质量读数乘以左面台称到右面台称的距离得到第二中间值；
对所述第一中间值与第二中间值求和之后再除以两倍的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。
可选地，在将陶俑的后面底部垫高，使陶俑的底面与称重平台之间呈预定倾角，得到三个台秤的第二次读数之后，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：
Figure BDA0003198843360000021
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质量读数，s1为第一边到第二边的距离，α为所述预定倾角；
所述根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、第二边上中部位置的台称的第二次质量读数、第一边到第二边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第二边边缘的距离、第二边中部位置的台称的第二次质量读数、第一边到第二边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。
可选地，所述称重平台为矩形或正方形平台，所述台称为压力传感器，所述压力传感器电连接于数据解算单元。
可选地，所述在称重平台的二边上的中部位置放置一个台秤可替换为：在称重平台第二边的两个角的底部分别设置一个台秤。
本发明实施例提供的陶俑重心测量方法，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输入至本申请提供的解算单元进行解算，就可以简单方便地测定出陶俑的重心位置。
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测量方法流程示意图；
图2A为本发明一实施例陶俑测量方法所使用的设备结构示意图；
图2B为本发明另一实施例陶俑测量方法所使用的设备结构示意图；
图3为本发明一实施例陶俑重心到平台第二边(图示中后边)边缘距离的测量原理示意图。
图4为本发明一实施例中陶俑重心到平台右边缘距离的测量原理示意图；
图5为本发明一实施例陶俑重心高度的测量原理示意图；
图6为本发明另一实施例陶俑测量方法流程示意图。
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技术问题，参看图1、图2A、图3至图5所示，本发明实施例提供的陶俑重心测量方法，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。
所述陶俑重心测量方法包括步骤：
S10A、至少在称重平台的第一边上的两个角的底部分别放置一个台秤，在称重平台的二边上的中部位置放置一个台秤，将陶俑竖直放置在所述称重平台上；所述第一边与第二边相对；
为便于读者理解，在图2A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。
利用前述三个台秤得到三个第一次质量读数；示例性地，分别设为：m1、m2、m3；其中，所述m1为前边右侧台秤1的质量读数，m2为前边左侧台秤2的质量读数，m3为后边台秤3的质量读数。
S20A、基于得到的所述三个第一次质量读数，分别计算得到第一边上两个台秤的第一次质量读数和、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mA＝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＝mA+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、根据第一边上两个台秤的第一次质量读数和、第一边到第二边的的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离；
以及，根据第一边上左面台称的第一次质量读数、左面台称到右面台称的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台右边缘的距离；
在一些可选实施例中，所述根据第一边上两个台秤的第一次质量读数和、第一边到第二边的的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离包括：将第一边上两个台秤的质量读数和乘以第一边到第二边的距离，再除以陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离。
示例性地，由力矩平衡原理，可得：M×g×d1＝mA×g×s1，从而可得陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离的解算公式为：d1＝mA×s1/M，在得到d1之后，还可以得重心距陶俑前边缘距离为s1-d1。
在一些可选实施例中，所述根据第一边上右面台称的质量读数、左面台称到右面台称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包括：将两倍的第一边右面台秤的质量读数乘以左面台称到右面台称的距离得到第一中间值；将第二边中部位置的台称的质量读数乘以左面台称到右面台称的距离得到第二中间值；对所述第一中间值与第二中间值求和之后再除以两倍的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。
示例性地，即根据力矩平衡原理得到的
Figure BDA0003198843360000051
推导可得陶俑的重心到称重平台左边缘的距离解算公式：
Figure BDA0003198843360000052
根据该公式可解算出陶俑的重心到称重平台左边缘的距离。
S40A、将陶俑的后面底部垫高，使陶俑的底面与称重平台之间呈预定倾角，得到三个台秤的第二次读数，示例性地，分别设为：m’1、m’2、m’3；其中，所述m’1为前边右侧台秤1的第二次质量读数，m’2为前边左侧台秤2的第二次质量读数，m’3为后边台秤3的第二次质量读数。；
S50A、根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、第二边上中部位置的台称的质量读数、第一边到第二边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；
具体地，步骤S50A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：
Figure BDA0003198843360000061
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。
其中，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；根据该三个公式推导得出陶俑的重心到陶俑底部的高度的解算公式
Figure BDA0003198843360000062
S60A、根据得到的陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、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。
在得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、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之后，以平台的左后角为原点，则得到重心位置坐标为(d2，d1，h)。
本发明实施例提供的陶俑重心测量方法，通过在称重平台下表面环绕称重平台中心设置三个台秤，通过该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输入至本申请提供的解算单元进行解算，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方法，所用的辅助设备结构简单，可以简单方便地测定出陶俑的重心位置。
在另外一些实施例中，所述在称重平台的二边上的中部位置放置一个台秤可替换为：在称重平台第二边的两个角的底部分别设置一个台秤；即在在称重平台的四个角底部对应放置四个台秤，如图2B所示。在该方案中，如图6所示，所述方法包括步骤：
S10B、在称重平台的四个角底部对应放置四个台秤，将陶俑竖直放置在所述称重平台上；利用所述四个台秤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为第一边上右侧台秤的质量读数，m2为第一边上左侧台秤的质量读数，m3及m4分别为后面左侧和右侧台秤的质量读数。
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上放置的朝向为参照。
S20B、基于得到的所述四个第一次质量读数，分别计算得到第一边上两个台秤的质量读数和、后面两个台称的质量读数和、右面两个台称的质量读数和以及陶俑总质量；
第一边上方向的两个台秤所测的质量和为mA＝m1+m2，后面方向的两个台秤所测的质量和为mB＝m3+m4，左边两个台秤所测质量和为mC＝m3+m2，右边两个台秤所测质量和为mD＝m1+m4，M为陶俑总质量，根据力的分配原理可得到M＝mA+mB＝mC+mD。
S30B、根据第一边上两个台秤的质量读数和、第一边上台称到后面台称的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离；
以及，根据右面两个台称的质量读数、左面台称到右面台称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。
本实施例中，作为一可选实施例，所述根据第一边上两个台秤的质量读数和、第一边上台称到后面台称的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离包括：将第一边上两个台秤的质量读数和乘以第一边上台称到后面台称的距离，再除以陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离。
根据右面两个台称的质量读数、左面台称到右面台称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包括：将右面两个台秤的质量读数和乘以左面台称到右面台称的距离，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＝mA×g×s1，从而可得：d1＝mA×s1/M，则重心距陶俑前边缘距离为s1-d1，如图2所示M×g×d2＝mD×g×s2，从而可得：d2＝mD×s2/M；其中，d1为陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离，d2为陶俑的重心到称重平台左边缘的距离，s1为前后台秤之间的距离，s2为左右台秤之间的距离。
可以理解的是，以称重平台上、位于后面左侧台称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第二边边缘的距离、陶俑重心到称重平台左边缘的距离之后，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：
S40B、将陶俑的后面底部垫高，使陶俑的底面与称重平台之间呈预定倾角；该预定倾角设为α，α大于0度，如图3所示，得到四个称重平台的第二次质量读数。
S50B、根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、后面两个台称的第二次质量读数和、第一边上台称到后面台称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，在将陶俑的后面底部垫高，使陶俑的底面与称重平台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：
Figure BDA0003198843360000081
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’B为后面两个台称的第二次质量读数和，s1为第一边上台称到后面台称的距离；α为所述预定倾角。
其中，参看图4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：
Figure BDA0003198843360000091
所述根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、后面两个台称的第二次质量读数和、第一边上台称到后面台称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第二边边缘的距离、后面两个台称的第二次质量读数和、第一边上台称到后面台称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第二边边缘的距离、陶俑的重心到称重平台右边缘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。即若以称重平台上、位于后面左侧台称m3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，所述称重平台为矩形或正方形平台，所述台称可以为力传感器，所述力传感器电连接于数据解算单元。其中，数据解算单元，可以为安装有数据解算软件的计算机，可用于执行上述各解算过程。
本发明实施例提供的陶俑重心测量方法，通过在每一测力的支撑点下放置一台称重平台，通过称重平台感受被测物体施加的力，再根据测得力及各测力点之间的距离通过本申请提供的解算单元进行解算，可以简单方便地测定出陶俑的重心位置
综上，本发明实施例提供的陶俑重心测量方法，可以简单方便地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 (6)

1.一种陶俑重心测量方法，其特征在于，包括步骤：
至少在称重平台的第一边上的两个角的底部分别放置一个台秤，在称重平台的二边上的中部位置放置一个台秤，将陶俑竖直放置在所述称重平台上；所述第一边与第二边相对；以陶俑朝向为前，第一边为平台的前边，第二边为平台的后边。
利用前述三个台秤得到三个第一次质量读数；
基于得到的所述三个第一次质量读数，分别计算得到第一边上两个台秤的质量读数和、以及陶俑总质量；
根据第一边上两个台秤的质量读数和、第一边到第二边的的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离；
以及，根据第一边上左面台称的质量读数、左面台称到右面台称的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台右边缘的距离；
将陶俑的后面底部垫高，使陶俑的底面与称重平台之间呈预定倾角，得到三个台秤的第二次质量读数；
根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、第二边上中部位置的台称的第二次质量读数、第一边到第二边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；
根据得到的陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、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。
2.根据权利要求1所述的陶俑重心测量方法，其特征在于，所述根据第一边上两个台秤的第一次质量读数和、第一边到第二边的的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离包括：将第一边上两个台秤的质量读数和乘以第一边到第二边的距离，再除以陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离。
3.根据权利要求1或2所述的陶俑重心测量方法，其特征在于，根据第一边上右面台称的第一次质量读数、左面台称到右面台称的距离及陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台右边缘的距离包括：将两倍的第一边左面台秤的第一次质量读数乘以左面台称到右面台称的距离得到第一中间值；
将第二边中部位置的台称的第一次质量读数乘以左面台称到右面台称的距离得到第二中间值；
对所述第一中间值与第二中间值求和之后再除以两倍的陶俑总质量解算得到陶俑的重心到称重平台右边缘的距离。
4.根据权利要1所述的陶俑重心测量方法，其特征在于，在将陶俑的后面底部垫高，使陶俑的底面与称重平台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：
Figure FDA0003198843350000021
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，m3 ’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；
所述根据得到的所述陶俑总质量、陶俑的重心到称重平台第二边边缘的距离、第二边上中部位置的台称的第二次质量读数、第一边到第二边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第二边边缘的距离、第二边中部位置的台称的第二次质量读数、第一边到第二边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。
5.根据权利要求1所述的陶俑重心测量方法，其特征在于，所述称重平台为矩形或正方形平台，所述台称为压力传感器，所述压力传感器电连接于数据解算单元。
6.根据权利要求1所述的陶俑重心测量方法，其特征在于，所述在称重平台的二边上的中部位置放置一个台秤可替换为：在称重平台第二边的两个角的底部分别设置一个台秤。
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