RU2442069C2 - Усовершенствованный универсальный подвес - Google Patents

Abstract

Универсальный подвес, предпочтительно, предназначен для установки оптического датчика, в частности камеры. Подвес содержит гнездо (6) и расположенный в нем шар (2). На внешней поверхности шара установлен первый массив (5) электромагнитов, а на внутренней поверхности гнезда - второй массив (7) электромагнитов. Поддержание шара внутри гнезда осуществляется за счет наличия взаимного магнитного отталкивания между некоторыми электромагнитами первого и второго массивов в положении, при котором частично сферические поверхности шара и гнезда являются практически концентрическими относительно общего центра для управления ориентацией шара относительно гнезда путем магнитного взаимодействия между другими электромагнитами первого и второго массивов. Повышается надежность подвеса, упрощается его сборка. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к конструкции усовершенствованного универсального подвеса и, в частности, к усовершенствованному универсальному подвесу для установки оптического датчика типа камеры.

Уровень техники

Для обеспечения независимого вращения датчика относительно двух перпендикулярных осей в известных конструкциях универсальных подвесов используется общий подход, заключающийся в применении двух концентрических ступеней или корпусов, каждый из которых установлен на отдельных подшипниках и имеет отдельные приводы, управляющие вращением относительно одной оси, причем внутреннюю ступень устанавливают во внешнюю ступень для обеспечения независимого вращения датчика относительно двух перпендикулярных осей. Аналогичным образом для обеспечения независимого вращения датчика относительно трех перпендикулярных осей используют три ступени, последовательно установленные одна в другой.

При использовании такого подхода возникает ряд проблем. Большое количество элементов делает универсальные подвесы известных схем ненадежными, дорогостоящими и сложными для сборки. Кроме того, большое число элементов затрудняет создание уменьшенных универсальных подвесов для датчиков малых размеров.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение разработано для того, чтобы, по меньшей мере, частично решить эти проблемы.

В первом аспекте изобретения разработана схема универсального подвеса, включающая в себя:

гнездо с частично сферической внутренней поверхностью, имеющей первый радиус;

шар, расположенный внутри гнезда и имеющий частично сферическую внешнюю поверхность со вторым радиусом меньшим, чем первый радиус;

первый массив электромагнитов, установленных на внешней поверхности шара;

второй массив электромагнитов, установленных на внутренней поверхности гнезда;

средство для выборочной подачи питания к различным электромагнитам двух массивов для поддержания шара внутри гнезда в положении, в котором сферические поверхности шара и гнезда являются в основном концентрическими, и управления ориентацией шара относительно гнезда.

Краткое описание чертежей

Далее в качестве примера приводится описание предпочтительного варианта осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:

фиг.1 - вид сбоку камеры, установленной на универсальном подвесе в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

фиг.2 - вид спереди камеры, установленной на универсальном подвесе по фиг.1;

фиг.3 - поперечный разрез камеры, установленной на универсальном подвесе по фиг.1;

фиг.4 - пример эпюры магнитных сил, используемой для камеры, установленной на универсальном подвесе по фиг.1;

фиг.5 - вид сбоку камеры, установленной на универсальном подвесе в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение основано на общем принципе создания универсального подвеса для датчика, который состоит из внутреннего шара и внешнего сферического гнезда, шар и гнездо являются концентрическими, при этом шар подвешен и вращается внутри гнезда при помощи множества электромагнитов, расположенных на противоположных поверхностях шара и гнезда.

Один пример узла 1 универсального подвеса для установки видеокамеры в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, обеспечивающего вращение относительно трех осей, показан на фиг.1-4. На фиг.1 показан вид сбоку узла 1 для камеры, на фиг.2 показан вид спереди.

Узел 1 камеры включает в себя внутренний полый шар 2, во внутренней полости 3 которого размещается видеокамера. Поле обзора видеокамеры обеспечивается первым передним отверстием 4 шара 2. Шар 2 установлен внутри частично сферического гнезда 6, внутренняя поверхность которого концентрична шару 2 и в котором выполнено первое переднее отверстие 8, определяющее границы поля обзора видеокамеры.

Внешняя поверхность шара 2 покрыта первым массивом электромагнитов 5, а внутренняя поверхность гнезда 6 покрыта вторым массивом электромагнитов 7. Электромагниты 5 и 7 расположены на соответствующих поверхностях шара 2 и гнезда 6 или рядом с ними для того, чтобы свести к минимуму расстояние между магнитами 5 и 7 двух массивов и максимально увеличить силу их взаимодействия. Точное положение электромагнитов 5 и 7 относительно соответствующих поверхностей шара 2 и гнезда 6 не является критичным для изобретения. Электромагниты 5 и 7 могут располагаться на соответствующих поверхностях, заподлицо с ними или при необходимости ниже поверхностей, например для защиты электромагнитов или для обеспечения простоты изготовления.

Шар 2 и гнездо 6 могут выполняться из любого подходящего материала, например из металла, керамики или пластика. Способы изготовления, используемые для получения шара 2 и гнезда 6, отчасти зависят от выбора материала, однако, в качестве примеров возможных технологических процессов можно привести фрезерование, литье и прессование. Для упрощения изготовления и сборки обычно предпочтительно изготавливать и шар 2 и гнездо 6 в виде нескольких секций, которые скрепляются при изготовлении.

При эксплуатации шар 2 удерживается в подвешенном или приподнятом положении внутри гнезда 6 за счет взаимного магнитного отталкивания между электромагнитами 5 и 7 первого и второго массивов. Такая опора для шара 2, создаваемая магнитным отталкиванием без физического контакта между шаром 2 и гнездом 6, исключает трение между шаром 2 и гнездом и обеспечивает плавное и очень хорошо управляемое перемещение шара 2.

Угловое перемещение или ориентация шара 2 внутри гнезда 6 меняется и управляется раздельным управлением мощностью и полярностью магнитных полей, излучаемых различными электромагнитами 5 и 7. В предложенном варианте осуществления изобретения производится управление мощностью и полярностью магнитных полей с целью обеспечения одинаковых значений этих параметров для полей, создаваемых диаметрально противоположными электромагнитами 5 и 7 первого и второго массивов. Обеспечение такой "зеркальности" электромагнитов 5 и 7 с противоположных сторон аппарата 1 является предпочтительным для предотвращения нарушения подвешенного состояния шара 2 за счет изменений мощности и полярности магнитных полей, создаваемых различными электромагнитами 5 и 7, используемыми для управления ориентацией шара 2 и с целью поддержания плавности и предсказуемости перемещения шара 2.

Предпочтительно внешняя поверхность гнезда 6 и внутренняя поверхность шара 2 покрыты экранирующим электромагнитное излучение материалом или экранирующей электромагнитное излучение композитной структурой, выполненной из нескольких слоев различных материалов. Такое экранирование электромагнитного излучения предотвращает выход электромагнитных сигналов, излучаемых электромагнитами 5 и 7, за пределы узла и превращение узла в источник электромагнитных сигналов или помех или влияние на работу видеокамеры. Кроме того, экранирование электромагнитного излучения исключает влияние внешних источников электромагнитных помех на работу узла.

В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения каждый массив электромагнитов 5 и 7 является массивом с равномерным расположением элементов, в котором каждый электромагнит окружен шестью равномерно расположенными на одинаковых расстояниях электромагнитами. Ожидается, что такая компоновка является особенно полезной. Однако также возможно использование и других вариантов расположения массивов электромагнитов 5 и 7.

Хотя это и не является обязательным, но расположение электромагнитов 5 и 7 в массивах, имеющих регулярную симметричную структуру и использование одинаковой схемы расположения для обоих массивов, является предпочтительным. Это упрощает управление перемещением шара 2.

На фиг.1 шар 2 показан в положении, в котором электромагниты 5 и 7 первого и второго массивов перекрывают друг друга. Следует понимать, что из геометрических соображений для того, чтобы электромагниты 5 и 7 первого и второго массивов перекрывали друг друга, необходимо, чтобы электромагниты 5 и 7 первого и второго массивов имели одинаковую схему расположения и чтобы расстояния между электромагнитами 5 и 7 в первом и втором массивах слегка отличались. Расстояния между электромагнитами 5 второго массива на поверхности гнезда 6 больше, чем расстояния между электромагнитами 5 первого массива на поверхности шара 2, в результате чего соответствующие электромагниты 5 и 7 первого и второго массивов имеют одинаковое радиальное расположение относительно центра, являющегося общим центром шара 2 и гнезда 6.

Хотя выше указано, что шар 2 и частично сферическое гнездо 6 имеют общий центр, они имеют общий центр только когда шар 2 удерживается в подвешенном положении внутри гнезда 6 под действием магнитного отталкивания. Для обеспечения перемещения шара 2 внутри гнезда 6 необходимо обеспечить, по меньшей мере, небольшой зазор между внешней поверхностью шара 2 и внутренней поверхностью гнезда 6. В результате когда к электромагнитам 5 и 7 не подается питание, шар 2 не перемещается и находится в контакте с нижней поверхностью гнезда 6, и отсутствует точное совпадение центров шара 2 и гнезда 6.

Для предотвращения повреждения электромагнитов 5 и 7 при контакте противоположных поверхностей шара 2 и гнезда 6, например при отключении питания от электромагнитов 5 и 7, и когда шар 2 опирается на поверхность гнезда 6, или в случае когда на узел для камеры воздействует ускорение, достаточное для преодоления сил магнитного отталкивания и введения шара 2 в контакт с поверхностью гнезда 6, предпочтительно чтобы внешняя поверхность шара 2 и внутренняя поверхность гнезда 6 были гладкими и, в частности, чтобы электромагниты 5 и 7 не выступали за пределы поверхностей шара 2 и гнезда 6. Кроме того, противоположные поверхности шара 2 и гнезда 6 могут быть снабжены смазкой за счет создания одной или обеих поверхностей из самосмазывающегося материала или выполнения на них смазывающего покрытия.

В проиллюстрированных вариантах осуществления изобретения электромагниты 5 и 7 встроены во внешнюю поверхность шара 2 и во внутреннюю поверхность гнезда 6 соответственно таким образом, что противоположные грани электромагнитов 5 и 7 располагаются заподлицо с соответствующими поверхностями шара 2 и гнезда 6.

Такая схема расположения является предпочтительной для максимального уменьшения зазора между электромагнитами 5 и 7 первого и второго массивов. Магнитные силы уменьшаются с увеличением расстояния, поэтому максимальное уменьшение данного зазора позволяет получить минимальные размеры и энергопотребление для электромагнитов 5 и 7. Однако в некоторых применениях может оказаться предпочтительным встраивание электромагнитов 5 и 7 в поверхности шара 2 и гнезда 6 таким образом, чтобы противоположные поверхности электромагнитов 5 и 7 были покрыты тонким поверхностным слоем. Такая компоновка может потребоваться для защиты электромагнитов 5 и 7 от повреждений, вызываемых воздействием окружающей среды.

Внешний диаметр шара 2 больше, чем первое отверстие 8 в гнезде 6, в результате чего исключается возможность случайного выхода шара 2 из гнезда 6 при любых обстоятельствах. Для обеспечения сборки узла 1 для камеры гнездо состоит из трех секций, которые собираются вокруг шара 2. Стыки 14 между соседними секциями гнезда 6 показаны на фиг.2.

При работе непоказанная система управления индивидуально регулирует величину мощности, подводимой к каждому электромагниту 5 и 7 для управления перемещением шара 2 внутри гнезда 6. Для подачи электропитания от системы управления к электромагнитам 5 первого массива и обеспечения передачи сигналов от видеокамеры для обработки силовой и информационный кабель 9 идет от шара 2 через отверстие 4 для подключения к внешней системе питания, управления и обработки сигналов, которая не показана на фигурах, чтобы не загромождать схему.

Кабель 9 присоединяется внутри шара 2 к видеокамере и к отдельным электромагнитам 5, однако подробности соединения с шаром не показаны. Кабель 9 проходит через второе заднее отверстие 10 шара 2 и через второе заднее отверстие 11 гнезда 6. Диапазон возможных перемещений шара 2 внутри гнезда 6 ограничивается исключительно размерами отверстий 10 и 11 и длиной кабеля 9. Эта степень физического перемещения шара 2 относительно гнезда 6 не имеет прямого отношения и не совпадает с пределами поля зрения видеокамеры, задаваемыми размером первого переднего отверстия 8 в гнезде 6. Однако обычно предпочтительно проектировать аппарат таким образом, чтобы диапазон доступных перемещений шара 2 в основном соответствовал доступному полю обзора.

С целью обеспечения пространства для пропускания кабеля 9 между внешней поверхностью шара 2 и внутренней поверхностью гнезда 6 при вращении шара 2 относительно гнезда 6 задняя секция гнезда 6 вокруг второго отверстия 11 выступает наружу, образуя пространство 12 для кабеля. Внутренняя поверхность гнезда 6 в этой выступающей зоне не содержит электромагнитов 7. Как показано на разрезе, приведенном на фиг.3, для ограничения вращения шара 2 относительно гнезда 6 на поверхности шара 2 выполнен круговой упор 13 вокруг второго отверстия 10. Упор 13 выступает в радиальном направлении наружу от поверхности шара 2 таким образом, что вращение шара 2 внутри гнезда 6 вызывает контакт упора 13 с кромкой выступающей зоны гнезда 6 для предотвращения дальнейшего вращения шара 2 относительно гнезда 6. Обычно упор 13 может выполняться в виде выступа, выполненного вокруг края второго отверстия 10 шара 2.

Упор 13 выполнен таким образом, что он вступает в контакт с внутренней поверхностью гнезда 6 и предотвращает вращение шара 2 в той точке, в которой дальнейшему вращению шара 2 препятствовал бы кабель 9. То есть упор 13 не допускает вращения шара 2, вызывающего натяжение кабеля 9. Таким образом, упор 13 предотвращает повреждение кабеля 9 или связанных с ним соединительных элементов, вызываемое чрезмерным вращением шара 2 внутри гнезда 6. Система управления обычно настраивается таким образом, что она не допускает управляемого движения шара 2, которое могло бы вызвать повреждения кабеля 9 или какой-либо другой детали узла 1. Однако существует вероятность возникновения неуправляемого перемещения шара 2, которое может привести к повреждению, например, в случае, когда опорная конструкция, к которой крепится гнездо 6, совершает резкое вращение или если открытая поверхность шара 2 вступает в контакт с внешним объектом. Упор 13 предотвращает повреждения узла 1 для камеры в результате любого подобного неуправляемого перемещения.

Упор 13 не ограничивает вращение шара 2 относительно оси первого и второго отверстий 11. Для обеспечения подобного вращения кабель 9 на одном конце должен подсоединяться при помощи вращающегося соединения. В качестве альтернативного варианта для ограничения вращения относительно данной оси может выполняться еще один упор.

На фигурах первое и второе отверстия 4 и 10 шара имеют почти одинаковый размер. Это не является обязательным требованием. Предпочтительно, чтобы шар 2 изготавливался в виде нескольких секций, чтобы любые элементы внутри полости 3 можно было собирать и соединять до того, как секции будут соединены одна с другой. В результате не требуется обеспечивать доступ через отверстие 10 к полости 5 при производстве, оно лишь должно иметь достаточно большой размер для того, чтобы через него можно было пропустить кабель 9.

В проиллюстрированных вариантах осуществления изобретения первое отверстие 8 в передней части гнезда 6 и выступающая секция в задней части гнезда 6, обеспечивающая создание пространства 12 для кабеля, расположены диаметрально противоположно и имеют приблизительно одинаковую площадь. Возникающая в результате симметрия первого и второго массивов электромагнитов 5 и 7 упрощает управление устройством.

Предпочтительно, чтобы аппарат был скомпонован таким образом, чтобы физические ограничения на перемещения шара 2 и гнезда 6 несколько превышали требуемые пределы для всего поля обзора, доступного для камеры, а система управления, управляющая перемещением шара 2 относительно гнезда 6, должна быть выполнена таким образом, чтобы максимальный диапазон управляемых перемещений шара 2 относительно гнезда 6 соответствовал границам поля обзора. Это гарантирует наличие предохранительного зазора, позволяющего предотвратить достижение шаром 2 физических пределов своего перемещения при любом непреднамеренном дальнейшем перемещении шара 2 относительно гнезда 6.

В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения второе отверстие 10 шара 2 расположено с противоположной стороны диаметра относительно первого отверстия 4 и обязательно имеет одинаковый с ним размер, чтобы отверстие 10 было значительно больше, чем отверстие необходимое для пропускания кабеля 9. Этот размер и расположение второго отверстия 10 не являются обязательными, но обеспечивают удобство и простоту сборки видеокамеры и других электронных элементов внутри шара 2.

Для обеспечения управления вращением шара 2 изменением мощности и полярности магнитного поля, создаваемого электромагнитами 5 и 7, каждым массивом управляют отдельно. Для вращения шара 2 магнитные поля противоположных или соседних электромагнитов 5 и 7 двух разных массивов настраиваются на создание пары сил относительно заданной оси вращения между шаром 2 и гнездом 6. Когда шар 2 достигает заданного положения относительно гнезда 6, магнитные поля электромагнитов 5 и 7 настраиваются на удержание шара 2 на месте без приложения пары сил.

Пример магнитных сил, создаваемых за счет подачи электропитания от системы управления к соседним электромагнитам 5 и 7 первого и второго массивов для осуществления управляемого вращения шара 2 внутри гнезда 6, показан на фиг.3.

На фиг.3 показано сечение, проходящее через аппарат 1 камеры, показанный на фиг.1, плоскостью, проходящей через центры первого и второго отверстий 3 и 10 шара 2. Для удобства шар 2 аппарата 1 показан в положении ориентации камеры вперед, в котором первое отверстие 3 шара находится в центре первого отверстия 8 гнезда.

На фиг.3 показаны три противоположные пары электромагнитов 5а и 7а, 5b и 7b, a также 5с и 7с. Показанные на фиг.3 электромагниты 7а-7с и 5а-5с создают электромагнитные поля, которые вызывают вращение шара 2 относительно гнезда 6 в направлении по часовой стрелке относительно оси, перпендикулярной плоскости чертежа. Для этого магниты 5а и 7а создают магнитные поля одинаковой полярности, в этом случае северной (N). Для большей наглядности показаны только электромагниты одной стороны аппарата 1, однако, как было объяснено выше, такие же поля создаются диаметрально противоположными электромагнитами первого и второго массивов.

Электромагнит 5b создает магнитное поле противоположной, южной (S) полярности, а к расположенному напротив электромагниту 7b не подается электропитание, и он не создает магнитное поле (О). Электромагнит 5с также отключен от питания и не создает магнитное поле (О), а расположенный напротив магнит 7с создает магнитное поле северной полярности (N). В результате наличия этих трех различных магнитных полярностей результирующие силы притяжения между электромагнитами 5b и 7с, имеющие противоположные полярности, создают пару сил, которая поворачивает шар 2 по часовой стрелке.

Это лишь один пример распределения магнитных полярностей соседних электромагнитов, которое может использоваться для вращения шара 2 внутри гнезда 6, существует множество других возможных вариантов распределения. В частности, не обязательно, чтобы взаимно отталкивающиеся электромагниты 5а и 7а имели северную полярность. Технически значимой является относительная полярность, т.е. имеют ли различные электромагниты одинаковую полярность, и, следовательно, отталкиваются, или имеют противоположные полярности, и, следовательно, притягиваются, или к ним не подается электропитание и они не создают электромагнитное поле, а абсолютная полярность не имеет значения и может быть изменена на противоположную.

На фиг.3 показаны только электромагниты одной стороны аппарата 1. Предпочтительно добиваться управляемого вращения шара 2 внутри гнезда 6 за счет применения одинакового распределения магнитных сил для диаметрально противоположных электромагнитов, чтобы силы, действующие на шар 2, были зеркальными. Подобное зеркальное распределение магнитных сил, прикладываемых со стороны электромагнитов 5 и 7, является простым способом обеспечения отсутствия поступательной результирующей силы, действующей на шар 2, и возникновения только пары сил, чтобы центр шар 2 не смещался относительно центра гнезда 6.

Как разъяснено выше, мощность, подаваемая к каждому электромагниту 5 и 7 первого и второго массивов, может регулироваться индивидуально для каждого магнита, чтобы обеспечить индивидуальное управление создаваемыми ими магнитными полями. За счет соответствующего управления магнитными полями, создаваемыми электромагнитами 5 и 7 первого и второго массивов, центр шара 2 может удерживаться в центре гнезда 6 и шар 2 может одновременно с этим поворачиваться требуемым образом относительно любой оси на любую требуемую величину.

Для обеспечения равновесия шара 2 внутри гнезда 6 на определенных участках могут устанавливаться группы электромагнитов 5 и 7, создающие силы притяжения, например, между одним электромагнитом в каждом массиве для сопротивления или предотвращения относительного вращения шара 2 внутри гнезда 6. Сила притяжения создается только на конкретном участке, в результате центр шара 2 по-прежнему удерживается в центре гнезда 6 за счет взаимного отталкивания между другими электромагнитами 5 и 7 двух массивов, поэтому подвешенное состояние шара 2 внутри гнезда 6 сохраняется.

На фиг.4 показан один пример организации подобного местного магнитного притяжения (обозначенного а+) между одой парой противоположных электромагнитов 5 и 7 при сохранении отталкивающих усилий (обозначенных а-) между соседними парами противоположных электромагнитов 5 и 7, так что поддерживается результирующее отталкивание между шаром 2 и гнездом б.

На фиг.4 четыре подобных местных притягивающих участка расположены симметрично в узле 1 для удержания шара 2 на месте внутри гнезда 6, три из них показаны на фиг.4.

При вращении шара 2 внутри гнезда 6 за счет создания пары сил относительно оси, в дополнение к рассмотренному выше со ссылкой на фиг.3 созданию зеркального распределения сил электромагнитами 5 и 7 можно управлять с целью дополнительной стабилизации шара 2 относительно поступательного перемещения относительно гнезда 6, также создавая местные притягивающие или отталкивающие усилия на диаметрально противоположных участках, лежащих на оси предполагаемого вращения, которые препятствуют перемещению шара 2 относительно любой другой оси.

В общем случае расчет необходимой последовательности изменения мощности и полярности магнитных полей, которые должны создаваться разными электромагнитами для осуществления требуемого поворота шара 2 внутри гнезда 6, является сложной задачей. Соответственно предполагается, что в состав системы управления узла входит компьютер. То есть оператор будет сообщать системе управления, какое требуется вращательное перемещение шара 2, а компьютер, являющийся частью системы управления, будет вычислять и подавать требуемые величины мощности к различным электромагнитам.

Точность управления вращательной ориентацией и перемещением шара 2 внутри гнезда 6 зависит в общем случае от количества электромагнитов 5 и 7 в каждом массиве, при этом большее число магнитов обеспечивает более точное управление. На самом деле, в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения точность зависит от числа электромагнитов 7 второго массива на гнезде 6. Дополнительные электромагниты 5 первого массива на шаре 2, которые не находятся напротив электромагнитов 7 второго массива гнезда 6, не повышают точность.

В результате во многих приложениях число электромагнитов в каждом массиве определяется требуемой точностью управления шаром 2 и будет больше, а во многих случаях значительно больше, чем число электромагнитов, необходимых для поддержания шара 2 внутри гнезда 6. Соответственно при работе может оказаться, что к некоторым электромагнитам или даже большинству электромагнитов вообще никогда не будет подаваться электропитание.

Если только некоторые, а не все электромагниты должны поддерживать шар 2, с целью упрощения управляющих настроек и вычислений может быть предпочтительным разделить поддерживающие и перемещающие функции электромагнитов. То есть некоторые соответствующим образом расположенные электромагниты могут быть выбраны для управления перемещением шара 2, а остальные могут только создавать поддерживающие силы отталкивания.

Одна из возможных трудностей, которая может возникнуть, заключается в том, что поскольку первый и второй массивы электромагнитов имеют регулярную структуру, то если в течение некоторого промежутка времени к магнитам не подводится электропитание, обеспечение ориентации шара 2 относительно гнезда после возобновления подачи электропитания может оказаться невозможным. Для того чтобы решить данную проблему, может применяться специальное включение подачи электропитания к магнитам в определенной последовательности, что обеспечит расположение шара 2 с известной ориентацией. Возможно использование и других подходов, например электропитание может подаваться только к одному электромагниту в одном массиве, а электромагниты в другом массиве могут использоваться для определения относительного положения данного запитанного электромагнита.

Как было разъяснено выше, кабель 9 подает электропитание и сигналы управления к электромагнитам 5 на шаре 2. Эти потоки могут передаваться по раздельным силовым соединениям каждого электромагнита 5 или через силовое и управляющее соединения коммутатора внутри шара 2, в котором управляющие сигналы управляют величиной мощности, подаваемой от коммутатора к каждому электромагниту 5.

В первом варианте осуществления изобретения отверстия 4, 8, 10 с целью упрощения показаны открытыми. Однако на практике это приведет к тому, что узел и видеокамера окажутся чувствительными к физическим повреждениям и повреждениям, вызываемым воздействием окружающей среды.

Во втором варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.5, переднее отверстие гнезда 6 закрывается полусферической прозрачной крышкой 15. Прозрачная крышка 15 защищает шар 2, видеокамеру и внутреннее пространство гнезда 6 от физического воздействия. Она защищает шар 2 и видеокамеру от прямого физического повреждения и также предотвращает повреждения узла камеры в целом, например, под воздействием шара 2 при его вынужденном вхождении в контакт с гнездом 6 или посторонними объектами, попавшими между противоположными поверхностями шара 2 и гнезда 6.

Кроме того, если отверстие 11 также закрыто, узел 1 для камеры в целом является уплотненным, благодаря чему предотвращаются такие повреждения, возникающие за счет воздействия окружающей среды, как коррозия, вызываемая конденсацией влаги, образующейся внутри узла.

И в первом и во втором вариантах осуществления изобретения отверстие 4 шара 2 может также уплотняться подходящим прозрачным слоем для защиты видеокамеры.

В описанных вариантах осуществления изобретения пространство между шаром 2 и гнездом 6 показано свободным. В общем случае этот зазор может содержать воздух или во втором варианте осуществления изобретения выбранную газовую смесь. Этот зазор может вместо этого содержать жидкость, выполняющую функцию смазки и/или демпфирующего слоя между шаром 2 и гнездом 6. Если в зазоре находится жидкость, обычно требуется установка скользящего уплотнения для удержания жидкости, по меньшей мере, по периметру отверстия 8, если во втором варианте осуществления изобретения не используется прозрачная крышка 15 и применяемая жидкость не является прозрачной.

В проиллюстрированных вариантах осуществления изобретения универсальный подвес в соответствии с изобретением используется для установки и направления камеры. Аналогичный узел может использоваться для установки и направления других типов датчиков или излучающих энергию устройств. Например, для установки и направления лазерного луча, применяемого в хирургических целях. Подвес также может использоваться в качестве многоосевого сервопривода для перемещения или управления физическими устройствами и рабочими органами роботов, однако такое применение обычно не совместимо с крышкой 15 второго варианта осуществления изобретения.

Настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Специалистами в данной области техники могут быть разработаны альтернативные варианты конструкции, не выходящие за пределы объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Claims (7)

1. Универсальный подвес, содержащий:
гнездо, имеющее частично сферическую внутреннюю поверхность с первым радиусом;
шар, расположенный внутри гнезда и имеющий частично сферическую внешнюю поверхность со вторым радиусом, меньшим, чем первый радиус;
первый массив электромагнитов, установленных на внешней поверхности шара;
второй массив электромагнитов, установленных на внутренней поверхности гнезда;
средство для подачи электропитания выборочно различным электромагнитам двух массивов для поддержания шара внутри гнезда за счет наличия взаимного магнитного отталкивания между некоторыми электромагнитами первого и второго массивов в положении, при котором частично сферические поверхности шара и гнезда являются практически концентрическими относительно общего центра для управления ориентацией шара относительно гнезда путем магнитного взаимодействия между другими электромагнитами первого и второго массивов.

2. Универсальный подвес по п.1, характеризующийся тем, что каждый из массивов содержит множество электромагнитов, расположенных регулярно и симметрично.

3. Универсальный подвес по п.2, характеризующийся тем, что электромагниты обоих массивов имеют одинаковую схему расположения.

4. Универсальный подвес по п.3, характеризующийся тем, что расстояния между электромагнитами второго массива больше, чем расстояния между электромагнитами первого массива, в результате чего пары электромагнитов первого и второго массивов лежат на общих радиусах, направленных из общего центра.

5. Универсальный подвес по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что шар является полым.

6. Универсальный подвес по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что внутри шара установлена камера.

7. Универсальный подвес по п.5, характеризующийся тем, что внутри шара установлена камера.

Images