201115088 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明所屬之技術領域係關於用於沿一個軸支撐及使一 物件移動之方法及系統。當部署為用於支撐及使一物件沿 個軸移動之-系統之-部分時，非線性及滾動葉瓣致動 器系統及方法可完全替代較舊技術、機制及方法而應用於 各種領域中之任一領域用於以單軸定向或在部署為一對致 動器時以多軸定位移動、驅動、定位或致動物件或負載， 例如除諸多大規模或小規模應用以外還用於對定日鏡、太 陽及衛星跟蹤系統、電磁輻射天線、紅外光學感測器、廣 告材料、捲揚機及起重機、武器及用於維護及修復之機器 及裝備的定位以及用於對遠端工具或外科手術器具之操 縱。 本申凊案以引用方式併入並主張2〇〇9年6月23日申請之 題目為「Non-Linear Actuator System And Method(非線性 致動器系統及方法）」之第61/213,596號美國臨時申請案及 2009年 2 月 10 日申請之題目為「Single_Axis DrWe System and Method(單軸驅動系統及方法）」之第pCT/US2〇〇9/〇〇〇825 號國際PCT申請案之優先權。 【先前技術】 虽則致動器在各種領域（例如太陽能、天文學、衛星通 信、雷達、熱成像、施工、武器部署及廣告）中沿單轴及 多轴刼縱及定位物件之定向、高度及方位角。相對於大規 模或重型裝備應用，當前致動器採用齒輪驅動裝置、行星 149188.doc 201115088 齒輪、液壓活塞、氣動活塞、螺旋驅動裝置及各種發條式 機械來圍繞固定安裝件定位大型及重型物件。由於其等依 賴於馬達及各種液壓構件來移動重型及大型物件，因此當 刖致動器需要大數目個精密設計零件及—顯著電源。當前 致動器在結構部件與致動器之間亦需要多個重型連接以支 撐及定位重型及大型物件。液壓及電動驅動裝置需要昂貴 軟官及佈纜來傳輸動力。當前致動器之沉重及精密金屬至 金屬齒輪裝置及機械部分指示，正常金屬疲勞問題、操作 磨損及外部應力問題、灰塵問題、污染物問題、外來物件 問題、潤滑問題且甚至較小操作員失誤及疏忽皆可產生顯 著使用相關損壞、振顫、空轉以及因此所導致之精密性及 耐久性之降格。此等致動器（其等亦稱為「發條式」致動 器）使高成本之檢查、維護、修復及精加工組件之替換以 及因此所導致之自生產操作之停工時間成為必要。通常， 發條式致動器並不提供一平滑跟蹤運動而是與電動系統相 同提供一週期性步進運動。 致動器係用於對太陽能之收集β 由用一鏡陣列猫準 以使得該等鏡將太陽光反射至—單個固定接收器中以產生 集中熱用於產生蒸氣而透過集中太陽光來收集太陽能。對 於此-動力設備之-實例參見美國專利6,957,536。地球自 轉及圍繞太陽在執道巾之運動使用於如下作用之—機構成 為必要：使鏡或面板對準於在太陽每天移動跨越天空時相 對於太陽及在每相對於水平線之—位置+，以使得 將太陽能連續地反射至接收器上。提供單轴跟礙之太陽能 149188.doc 201115088 收集态之實例係揭示於美國專利4，135,493及美國專利申請 案2008/0128017中。其他太陽能收集器沿多個軸跟蹤太陽 之運動°實際上’用於不斷地定向—收集器或鏡朝向太陽 之裝置必須提供—構件用於連續地調整方位角（圍繞水平 線之旋轉）及高度（自水平線至正上方之一位置之旋轉）以連 續地跟蹤太陽穿越天空之明顯運動。 當前太陽能收集器包含沿一單個軸及多個軸旋轉以整天 整年地維持太陽能電池之一面板及太陽熱收集^或鏡之所 舄定向之裝置。此等裝置係稱為「跟蹤裝置」、「定曰鏡」 或疋位系統」。迄今，當前定位系統係複雜的且係昂貴 的。尤其在鏡及光伏打面板之大小在一單個跟蹤裝置上增 加至大於100 m2時，使面板機動且穩定（尤其在疾風條件 下）所需要之複雜精密齒輪驅動裝置及強大馬達已成為實 行大規模太陽能生產之最大單個成本障礙。此等鐘錶機構 係精密的且在正常或異常操作條件Η於發生機械故障或 降格。當前定日鏡技術之此等及其他限制係在將經由太陽 熱或經集中太陽能發電之成本降至等於或低於自煤及天然 氣發電設備發電之成本的主要障礙之中。 當前定日鏡技術之其他典型實例包含揭示用於藉由感測 太陽之位置且圍繞一對軸中之一個軸或另一轴選擇性地驅 動太陽能電池支推件而連續地使一太陽能電池直接指向太 陽之一閉合迴路伺服系統之第3,〇7〇,643號美國專利。本專 利揭示一複雜齒輪裝置系統，其具有一單個驅動馬達及用 於準許選擇性雙軸驅動之一以電方式操作之離合器。揭示 149188.doc 201115088 於美國專利3,998,206及3,996,917中$ χ ^ 俨擁& τ <方—系統採用用於獲 侍雙軸移動之單獨驅動馬達。 馬達‘驅動裝置及齒輪诗亲获 置之使用顯著地增加一太陽跟 ' ,.,0 , 裝備之初始安裝及維護之 成本。另外，驅動強大馬達所 動力對太陽能動力設 備之刼作產生一寄生耗用動力。 — 茴輪及馬達驅動裝置之使 用係以貫例方式揭示於美國袁刹& u ^ 吳Βί專利6,44〇,〇19中之當前致動器 之特徵。 當則定日鏡技術之另-不利條件係其在大多數情形下對 外部動力源之依賴性。當前致動器需要提供電力或液壓動 力來定向應用。此對安裝產生-寄生耗用動力，反針對並 等之操作亦需要使用電境或㈣之複雜且昂貴電力或液壓 動力分佈系統。藉由其等之性質，定日鏡陣列通常覆蓋數 平方公里’且因此’在一大型設施上，透過電纜為數千個 定曰鏡之一陣列提供外部動力可增加較大資金及維 用。當前致動H不能達成以最小動力需要提供多軸太陽跟 蹤之一低成本構件。因此，需要供在小規模至大規模應用 中使用之一成本及功率有效單軸及多軸致動器。 當前致動器對流體壓力彈簧之使用及對一活塞及一撓性 部件（其在該活塞在操作中往復運動時形成一滾動葉瓣）之 併入係闡述於例如美國專利3,053,528之諸多專利中及美國 專利4,378,935中。此等裝置（以耦合至一活塞之一撓性膜 之形式）在其等膨脹時產生大量原動力。雖然此等裝置可 用作致動器，但其等主要用作重型機械裝置及車輛上之震 動吸收器或彈簧，其等主要係藉由升舉能力或伸縮能力量 I49188.doc 201115088 測。此等裝置具有一極有限運動或活動範圍及針對運動控 制需要精密性之極有限使用。此等裝置並非針對受控非= 性運動、旋轉運動或拱形運動而設計，且展示極少（若有 的活）之用於此旋轉運動或用於控制此運動之任何能力。 因此，需要經改良之單軸及多軸致動器。 【發明内容】 用於便一物件 -流體及-個或多個流體可膨脹容器，其經配置以將流體 壓力傳輸至-柱塞以使得該流體可膨脹容器之撓性壁回^ 於體積之改變形成一滾動葉瓣，#包封於一圓柱形罩殼： 轉鼓内；—軸件，其轴向地伸展穿過該轉鼓之中心且藉由 軸承搞合至該轉鼓以使得該轉鼓及軸件可相對於彼此自3由 地移動；-個或多個葉片’其縱向地伸展且自該軸向轴件 徑向地延伸至該轉鼓之内部表面；及一個或多個荦片，兑 縱向地伸展且自該轉鼓之内部表面徑向地延伸至該轴件： 表面。欲移動之物件可直接地或間接地連接至該軸件戍連 接至該轉鼓1繞該轴件在該轉鼓内部將該等流體可膨服 容器配置成-整體或部分環形環以使得每—容器在固定至 該轉鼓之—葉片與固定至該軸件之-葉片之間施加膨服 力。：體積之流體係放置於該-個或多個流體可膨脹容器 中。5玄糸統進一步包含—、、&掷必‘ μ體移動件，其以可操作方式連 接：該：個或多個流體可膨脹容器用於將流體移至該一個 或多個…。該系統進一步包含一流體體積控制件，盆 用於控制該-個或多個容器中之流體之體積。藉由改變該 149188.doc 201115088 一個或多個容器中之流體之體積可使該物件移動。在一實 施例中’使用一弧形柱塞來幫助產生滾動葉瓣。 在一貫施例中’欲定位之物件或應用可係一光伏打面 板、一太陽光反射鏡、一碟形衛星信號接收器、一紅外成 像感測器、一電磁輻射天線或發射器、一望遠鏡、一感測 器陣列、一偵測器、一武器或武器系統、一熱武器系統、 一可命中目標武器、一醫療裝置、—醫療機器人技術致動 器'一#斷機器及機器人、一外部或内部假體或修復植 八 外殼手術或微操縱 π Μ衣直 系統、施工裝備、一閥、一流控裝置、用於一飛機之一控 制表面、用於風車或風f葉片4一偏航或俯仰控制裝置、 火箭助推器、一船或飛機上之一助推器、一機床、一平 層或液壓頂《置、一車輛懸架系統、一遮陽傘、一遮陽 簾或用於定位任-其他物件之—裝置或致動器。此等實施 例中之多於-者之組合準許物件或應用之多軸運動。 下文闡述非線性致動器。該等致動器可用於一物件之非 線性可重複移動，纟包含一非線性柱塞，該非線性柱塞且 有兩個端及一中間部分，該中間部分具有以可操作方式連 接至欲移動之該物件之一棋形外表面。該致動器之一個實 施例進一步包含一流體可膨脹容器，該流體可膨脹容器其 具有與該柱塞喃合之一繞性膜，並由兮κ u 、 M #中该撓性膜捲繞至該柱 :該使得給該流體可膨脹容器充氣致 脹部分自該柱塞之該拱形外表面展開且該膨 塞施加—力從而致使該物件以—料性運動移 149I88.doc 201115088 動。該致動器進一步包含一# ^ 3 對置流體容器及以可操作方式 連接至該*體可膨脹谷器之—個或多個控制閥。該致動器 進-步包含連接至該流體可膨服容器之-電子壓力感測器 及用於該一個或多個批击丨丨pq |Μ Μ 控制閥以對該流體可膨脹容器加壓及 減壓之電子致動器。該致叙 致動益包含：一電子位置感測器， 其用於測定該物件之一物番.η _ ^位置，及一電腦，其具有一處理器 及-記憶體’該電腦藉由回應於自該電子壓力感測器及該 電子位置感測器接收之信號而以電子方式致動該一個或多 個控制閥來控制該物件之運動。該電腦亦可記錄該電子壓 力感測器及言玄電子&置感冑器之輸幻直以及t亥一個或多個 控制閥之位置。電磁信號可用於傳達。 本文中進一步闡述的係用於使—物件以一可重複弧形運 動移動之一派开> 致動器，其包含連接至該物件之一可移動 部件、以可操作方式連接至該可移動部件之一外殼、附接 至該可移動部件且具有沿一縱向軸之一彎曲中間部分的一 第一柱塞以及一第二柱塞。該弧形致動器進一步包含：一 第一流體可膨脹容器，其由該外殼約束，其中該第一柱塞 係由該第一流體可膨脹容器嚙合；及一第二流體可膨脹容 器’其由該外殼約束，其中該第二柱塞係由該第二流體可 膨脹容器嚙合。該弧形致動器進一步包含以可操作方式連 接至該第一流體可膨脹容器之一個或多個控制閥、以可操 作方式連接至該第二流體可膨脹容器之一個或多個控制 閥、連接至該第一流體可膨脹容器之一電子壓力感測器、 連接至該第二流體可膨脹容器之一電子壓力感測器及用於 149188.doc -10- 201115088 。亥個或多個控制閥以對該流體可膨服容器加壓及減壓之 電子致動器。該狐形致動器進—步包含：一電子位置感測 器，其用於測定該物件之一位置；及一電腦，其具有一處 理益及δ己憶體’該電腦藉由回應於自該電子壓力感測器 及S玄電子位置感測器接收之信號而以電子方式致動該一個 或多個控制閥來控制該物件之運動並使用電磁信號傳達該 電子壓力感測器及該電子位置感測器之輸出值以及該一個 或夕個t制閥之位置。該第_流體可膨脹容器之膨服致使 該第-柱塞及第二柱塞沿該第二流體可膨服容器之方向以 一非線性運動移動。 本文中進-步Μ述的係用於使—物件以_可重複弧形運 動移動之-弧形致動器，其包含連接至該物件之-可移動 部件、以可操作方式連接至該可移動部件之—外殼、附接 至该可移動部件且且右外一 八 ° 縱向軸之一彎曲中間部分的一 柱塞及以可操作方式連接 妾至。亥可移動部件之一彈性張力裝 置（例如—扭轉彈簧或螺旋彈簧卜㈣形致動器進-步包 含由該外殼約束之-流體可膨脹容器（其中由該流體可膨 脹容器嗔合該柱塞)。該弧形致動器進-步包含以可操作 方式連接至該流體可膨脹女。。 _ 恥脹今益之一個或多個控制閥、連接 至該流體可膨脹容器之— ^ ,7 電子壓力感測器及用於該一個或 多個控制閥以對該流體 谷益加壓及減壓之電子致動 器。該弧形致動器進—步句入.一 匕3 . —電子位置感測器， 於測定該物件之一位罟.a ^ 共用 ^ 置，及—電腦，其具有一處理器.及一 5己憶體，S玄電腦藉由回_ % @ 7 p ° 田口應於自4電子壓力感測器及該電子 I49188.doc -11 201115088 位置感測器接收之彳s號而以電子方式致動該一個或多個控 制閥來控制該物件之運動並使用電磁信號傳達該電子壓力 感測器及該電子位置感測器之輸出值以及該一個或多個控 制閥之位置。該流體可膨脹容器之膨脹致使該柱塞沿與該 彈陡張力裝置之誘因相反之一方向以一非線性運動移動。 本發明揭示一種用於使用一致動器及一電腦使一物件以 一可重複非線性運動移動之方法，其包含：在—電腦處接 收以使一物件以非線性運動移動之一電子信號；及使用一 電腦以電子方式啟動連接至一第一流體容器之一闕。該方 法進一步包含：使用使經啟動之閥給具有一繞性部分之該 第一流體容器膨脹；自一第一孤形柱塞之一外表面展開該 第一流體容器之該撓性部分；對該第—弧形柱塞施加—力 從而致使其遠離該流體容器且朝向一可移動葉片移動，立 中該柱塞沿-非線性方向移動；使該可移動葉片移動且藉 此…一非線性方向移動連接至該可移動葉片之一物件。咳 方法進-步包含藉由使用一電子感測器來感測該物件之移/ 動且將„亥物件之移動自該感測器傳達至該電腦。該方法勺 Π第二流體容器之—撓性部分捲繞至—第二弧形= 塞之一外表面上；在電腦控制下使該第-流體容器縮丨. ==體容器之該撓性部分捲繞至該第―塞 Μ ’其中該物件沿一第二非線性方向移動，該 第一非線性方向係與該第一非線性方向相反之—方向。 本發明揭不用於使用—致動器及一電腦使-物件以 重複非線性運動移動之又-方法，其包含:在-電:處一： 14918S.doc 12· 201115088 電腦以雷物件以非線性運動移動之—電子信號；及使用一 =電子方式啟動連接至—流體容器之u方法進 一步包令 m —β亥經啟動之閥使具有一撓性部分之該流體 η;自—弧形柱塞之—外表面展開該第-流體容器 次^〇卩刀，對該弧形柱塞施加一力從而致使其遠離該 且朝向_可移動葉片移動，其中該柱塞沿一非線 性方向移動；使該可移動葉片且藉此沿—非線性方向移動 連接至該可移動葉片之一物件。該方法進一步包含藉由使 用一電子感測器來感測該物件之移動且將該物件之移動自 /感測器傳達至該電腦。該方法包含將用於使該流體容器 膝脹之&里儲存於以操作方式連接至該可移動葉片之一扭 轉彈^ (例如螺旋彈簧或鐘錶彈簧）中；在電腦控制下使 該流體容器縮小；及將該流體容器之該撓性部分捲繞至該 第一弧形柱塞之該外表面上，其中該物件沿一第二非線性 方向移動，該第二非線性方向係與該第一非線性方向相反 之一方向。 【實施方式】
使用流體可膨脹容器來產生高扭矩、高精密性單軸及雙 轴定位之旋轉致動器之使用及優點係充分地論述於2008年 5月23曰申請之共同讓與之第pct/uS2008/006660號PCT申 請案及2009年2月18日中請之第PCT/US2009/000825號PCT 申請案中’該等申請案以全文引用的方式完全併入本文 中。 在某些應用中’除將由滑動及/或可塌縮流體可膨脹容 149188.doc -13· 201115088 器之運動產生之靜態及動態摩擦減小到滾動摩擦等級以 外，亦可期望減小單軸驅動系統及方法（Single_Axis D^e Systems and Methods)之内部組件之摩擦。本文中所揭示 之實施例藉由修改流體可膨脹容器以在容器改變體積時形 成一滾動葉瓣來減小或允許消除系統内之幾乎所有滑動摩 擦。 參照圖1 ,用於使一物件沿一個軸移動之一系統i⑽之一 實施例包含一葉片120固定至其處之一軸件116，其以操作 方式耦合至轉鼓104且縱向地伸展穿過轉鼓1〇4之中心。軸 承（未顯示）將軸件116固持於轉鼓104内之一中心轴位置 中。欲移動之物件可耦合至轉鼓104或軸件丨16。柱塞 124，、124"或活塞124，、124”係安裝至葉片12〇之每一側且 可藉助螺栓或其他扣件固定。由一剛性區段或「進料斗」 13 6、13 6 ”及一撓性區段或「襯套」丨j 21、丨12"構成之一 流體可膨脹容器140,、140"經配置以使得其與柱塞124,、 124"之與葉片120對置之端接觸。當透過填充端口（其可定 位於進料斗中）引入空氣時，襯套丨12部分膨脹且藉由沿葉 片120之表面滾動而移至葉片12〇之表面與轉鼓1〇4之間的 間隙中。該膨脹致使襯套112部分對柱塞124,、124"施加一 力且迫使柱塞124,、124"頂著葉片120，從而致使軸件116 在轉鼓104中旋轉。當一個流體可膨脹容器14〇,、14〇"膨脹 時’柱塞124'、124"移動至對置容器且被壓入至進料斗 136'、136”中，從而迫使襯套112在其自身上反轉並在襯套 112滾離轉鼓104壁時形成一滾動葉瓣◊可藉由改變兩個流 149188.doc -14· 201115088 體可膨脹容器清、14G，，内之相對壓力及體積而以較大精 密性及力將葉片120且因此將軸件116移至一位置範圍中。 在此實施例中，用螺栓將進料斗136,、136"連接至轉鼓 104。在一替代實施例中，可用螺检將進料斗1361、136"彼 此連接或者將其裝配至轉鼓1G4中而&需麟'栓將其彼此 連接或連接至轉鼓1〇4。另一選擇為，可在進料斗136，' 136”係由一剛性或半剛性材料製成時藉由進料斗136,、 136”之彼此接觸之兩個表面形成葉片148。在此實施例 中，顯示系統1〇〇係定位於頂部死點位置144處。 滾動葉瓣襯套112並不需要沿轉鼓104之壁滑動，且此允 s午系統1 00以極小或幾乎無内部摩擦操作。 流體可膨脹容器140可完全由與挽性概套112部分相同之 材料形成。容器140亦可具有形成至其等之中的其他特徵 (例如機械附接特徵）用以將容器14〇連接至柱塞124及/或葉 片 120。 ’、 乐、、死之拱形運動可係極限的乃因流體可膨脹% 140、140並不需要抵抗將在一不受約束流體可膨脹戈 中逐步增強之大應力。藉由軸件116之旋轉將柱塞⑵ 124”導引於一拱形路徑中，以使得將在流體可膨脹支 140 ' 140中產生極少内部摩擦或不產生内部摩擦。^ 參照圖2 ’所顯示的係用於使—物件沿―個軸移動之冬 100之貝施例。當滾動葉瓣襯套112(未顯示）自幾乎$ 在-個側上延伸移至幾乎完全縮回於另—側上時可㈣ 810(未顯tf)旋轉經過至少一16〇。運動範圍。可將系統 149188.doc 15 201115088 之各種實施例旋轉經過至少一 1 80。運動範圍。可較小地製 成剛性部分或進料斗136'、136"以容納大於180。之運動範 圍。在一實施例中’並不需要剛性部分或進料斗136,、 136"。整個流體可膨脹容器14〇係由完全具有相同性質之 相同材料製成。 圖3 A至圖3B顯示用於使一物件沿一個軸移動之兩個並 置系統100'及100”或致動器之透視圖。圖3A至圖3B中所顯 示之並置實施例使用透過一共同軸件丨16總成（如圖3A中） 或一共同轉鼓104總成（如圖3Bt)連接於一起之兩個系統 100’及100”來產生可係自一單個致動器（系統1〇〇)可允許之 範圍兩倍之一運動範圍。舉例而言，在圖3A至圖3B中所 顯示之兩個實施例中，具有一 18〇。運動範圍能力之一個系 統100’係連接至亦具有一 180。運動範圍能力之一第二系統 1〇〇"，從而允許360。之旋轉。當在一個系統1〇〇中軸件旋 轉而轉鼓靜止且在另一系統1〇〇中轉鼓旋轉而軸件靜止 時’使一 360。旋轉範圍成為可能。 繼續參照圖3A，在-實施例中，兩個轉鼓1〇4，及ι〇4"經 連接以作為-單個單元旋轉。每_轉鼓1〇4,、ι〇4"分別 有用於允許轴件116在轉鼓内自由旋轉之—轴承m及一 塞124,及124”，此允許180。之運動。轉鼓ι〇4,、1〇4,經 位以使得運動範圍係彼此相對的。當將__個系統1〇〇，旋 至其運動之全範圍時，可旋轉第二系統⑽"以允許第二 統之全範圍之運.在此實施例中，—參考件84〇係藉 -凸緣190連接至H統⑽，，之轉鼓，而欲移動之應 149l88.doc -16 - 201115088 係連接至一第二系統100,之轉鼓。在此實施例中，由一共 同軸件116連接第一系統及第二系統1〇〇，及丨〇〇"。 ” 現在參照圖3B，一參考件84〇係連接至一個系統1〇〇"之 轉鼓，而欲移動之應用（未顯示）係連接至一第二系統1〇〇, 之轉豉。在此貫施例中，由一共同轉鼓1〇4連接第一系統 及第二系統100,及100"。 現在參照圖4，所顯示的係用於使一物件沿一個軸移動 之旋轉至約90。位置顯示柱塞124"定位於進料斗内部且不 顯示滾動葉瓣區段之一系統100之一實施例之一部分剖視 圖。所顯不之系統1 〇〇或弧形致動器使一物件以—可重複 弧形運動移動。在此實施例中，顯示兩個柱塞124、 124%將柱塞124，、124"成形為允許一柱塞丨24，、〖μ，,完 全滑動至一流體可膨脹容器14〇,、14〇"之進料斗136，凡 136"區段中而不衝擊壁且不壓縮進料斗136,、136"。在其 他實施例中，一柱塞124可係嵌套於另一柱塞内。 再次參照圖5，所顯示的係一柱塞124之各種可能形狀之 實例。圖中顯示此等柱塞丨243至〗24c向左彎曲。柱塞丨24a 至124c可類似地向右彎曲。將柱塞12钩至124。成形為在轉 鼓1〇4(未顯示）之壁與柱塞〗24&至124(；之側壁之間提供足以 允。午滾動葉瓣（未顯示）形成於流體可膨脹容器1401、 140之膜中之一空間。圖中顯示柱塞12乜具有可填充有一 同密度材料（例如混凝土;)之一彎曲中空殼體。柱塞12朴係 其中一個表面係直的150且一個側係彎曲的152之一替代固 體柱塞形狀。柱塞124c係顯示為具有兩個弧形側154、I% 149188.doc -17- 201115088 之一固體柱塞。柱塞124a至124c之底部表面與流體可膨脹 容器140’、140”接觸❶一柱塞124之長度幫助測定柱塞 124’、124"之運動範圍。 在一實施例中，滾動葉辦U2可耦合至一柱塞124,、124,， 之一底部表面。一柱塞124,、124"可係由鋼、鋁、塑膠或 任一其他足夠強剛性或半剛性材料構造而成。其可在内部 包含加強肋用於對抗由流體可膨脹容器14〇,、14〇"傳輸之 壓力所施加之力。柱塞124,、124"稍微為錐形以允許柱塞 124'、124"平滑地替代並移動流體可膨脹容器14〇,、My, 之壁。柱塞124，、124"應具有一平滑外部壁及輻射式轉角 以避免對流體可膨脹容器14〇,、14〇"之損壞。柱塞124，、 124"應經定大小以使得轉鼓1〇4壁與柱塞124,、之間的 間隙在系統之工作壓力下並不超過構成流體可膨脹容器 140、140"之材料之最大不受支援半徑。 現在參照圖6 ’在一個實施例中，流體可膨脹容器 140 140係由—下部區段或進料斗136，、136，，（其可係— 剛性模製塑膠、彈性體或金屬）構成。此區段可係與襯套 112或形成滾動葉瓣之撓性區段連續地模製在一起。另一 選擇為，可將其形成為類似於具有可鍛造或以其他方式耦 合至概套112之—胎圈的-輪胎。進料斗136’、136”區段僅 需在操作方面相性的足以抵抗變形並確保滾動葉瓣概套 112僅係流體可膨脹容器14〇,、14〇，·之回應於流體壓力及體 積之改變而大致變形之部分。在諸多應时，流體容器之 内部壓力將足以消除對於—不同進料斗區段之需要。進料 149188.doc • 18· 201115088 斗136’、136"可併入有一金屬板以將其連接至轉鼓丨⑼中之 葉片120。進料斗136，、136"以操作方式耦合至滾動葉瓣概 套112。該進料斗通常填充轉鼓1〇4之一四分之一圓，例如 下部一四分之一圓。 現在參照圖7，在一個實施例中，流體可膨脹容器 清、140"亦係由一滾動葉瓣襯套112構成，該滾動葉瓣襯 套可小於該等容器在其被加壓時擴張至滿之體積。葉瓣襯 套⑴在-個端上耗合至進料斗136,、136„且在另—端處搞 合至柱塞U4，、124"之底部。一旦耦合所有組件則流體 可膨服容器清、1你完成。因此此實施例在進料斗 ⑶’、Π6”、襯套112與柱塞124，、124"之間提供流體連 通。 祝仳麥照圖 汽〜π τ 机’月置Ί膨脹容器 、U0”係僅由具有一單個填充端口之一撓性膜⑽如二 熱密封胺甲酸乙醋塗佈尼龍織物）構成之簡翠單开。 可膨服容器14°，、140'亦可係由彈性體、塗佈織物、；： 複合材料或可撓性地含有流體之任—材料製成。在一個^ ’將流體可膨脹容器140、14。|，成形為 =膨服之轉鼓104之-半。流體可膨服容器14。,、140" 可具有允許流體可膨脹容器州、14G"之頂部面至柱塞 124、124”之底部之機械附接的特徵，例 " 扣㈤叫銲塾、金屬扣眼、或金 / Μ龍搭 ^ ^ W 平圈機械附接提供 二1膨脹容器14〇|、140”將在罩殼十保持在適當 之更大測定性。柱塞124，、124"之與流體可膨脹容器 149188.doc -19· 201115088 140，、14G”之内部壓力組合的運動迫使流體可膨脹容器 刚，、刚"之壁在柱塞124，、124，，沿其棋形路徑行進時頂 著轉鼓104之壁形成一滾動葉瓣。 柱塞124、124"可係藉由若干典型工業製程(例如注射模 製、衝壓成形、將切割部分總成為一銲件）中之任一製程 或藉由澆鑄及加工構造而成。柱塞124,、124"可具有平滑 側且在自葉片120至底部之壁中具有一錐形形&。在某些 應用中，產生可充當對於欲移動之物件的配重件之極重柱 塞124·、124”可係有用的，柱塞124,、124"亦可填充有欲 增加配重效應之高密度材料（例如，液體、混凝土或陶 瓷）。填充有混凝土之柱塞124，、124"生產起來具有成本有 效性乃因柱塞124’、124”之殼體可係由較易於輸送之較廉 ^輕重里型材料製成。然後用混凝土或其他高密度材料 來填充該等輕重量型殼體。該填充製程可原位地發生。在 一實施例中，柱塞124，、124”具有用於穩固或加強之内部 結構（例如框架或肋）。 柱塞124,、124"上之容隙可係大的，約1/4，，或更大，因 為柱塞124’、124"係一不精密組件。柱塞124,、124"可具 有平滑外表面用以避免對流體可膨脹容器1401、140”之 損壞且可係錐形的以允許平滑運動。柱塞124,、124"在其 將力自流體可膨脹容器140，、14〇"傳輸至葉片12〇時經受大 力，且因此若柱塞124'、124"在側及底部上能夠耐受大量 的力而無顯著或永久變形則係較佳的。柱塞124,、124”上 的力將與流體可膨脹容器140,、140"中之壓力及流體可膨 149188.doc •20· 201115088 脹容器140·、14(),,與柱塞124,、124,，接觸之表面積直接有 關可藉由用一單個「兩頭式」柱塞替代兩個柱塞124，、 1 4來產生一單柱塞葉片總成。該兩頭式柱塞可係一單個 總成且可包含葉片120且可直接連接至軸件116。 由本發明之一貫施例產生之拱形運動並不限於如圖中所 顯不之一圓形路徑。只要柱塞124，、124，，之運動經導引而 穿過類似於環繞流體可膨脹容器140,、140，，之罩殼之彎曲 的一拱形路徑，即可移動物件。該移動與罩殼之彎曲在形 狀上可係類似的。物件之移動係基於軸件116、可移動部 件或致動器之非定子部分之移動。包含月牙形狀 '橢圓形 、•轉曲線及其他不規則圖案之各種非線性物件運動 皆係可行的。可由致動器系統反轉並重複該非線性運動。 可用不同罝之非揮發性氣體或流體來填載流體可膨脹容器 140、140”。在一實施例中，流體可係空氣、水、氣體、 油、问也、度流體' 高壓液壓流體、電反應流體、高黏度流 體或環境溫度下之一固體。舉例而言，當物件或應用需要 移動時，可藉由一加熱裝置加熱固態流體並將其轉換為一 液體。在物件或應用位於適當位置中之後，可將該液體冷 卻至環境溫度並將其轉換回至一固體流體。 在一實施例中，可使用一化學反應來在一儲存罐中或一 第三容器内產生氣體或產生壓力。在一實施例中，可用來 自一管線之一經調節流體流來填載流體可膨脹容器丨4〇,、 14 0 ，s玄管線之流又受由系統致動之一大閥調節。舉例而 吕’來自一管線之氣體可經調節低於適合於操作系統1 〇〇 H9188.doc •21 · 201115088 之一壓力，系統100又用於致動控制經過該管線之流的一 大直角回轉球閥。 在一實施例中，一流體可膨脹容器140,對另一流體可膨 脹容器140"及/或對一彈簧（例如一扭轉彈簧）施加力。在二 實施例中，一個或多個流體可膨脹容器14〇,、14〇"佔據小 於轉鼓104之整個内部體積，其中附接至轉鼓1〇4之内部表 面之固定葉片120之間的開放區佔據轉鼓1〇4之内部體積之 某一部分’從而允許較小之流體可膨脹容器14〇,、14〇”。 流體可膨脹谷器140’、140"可彼此連接及/或可藉助—管連 接至一流體移動件用以傳送流體。 致動器不受在操作期間施加至物件或應用之正常及異常 外部應力、震動或晃動影響。藉由致動器在其上對葉片 120施加力以移動物件或應用之表面積放大致動器内部之 力及壓力，且此分佈力允許其等易於吸收由物件或應用自 身（其可極其地重且大，遠遠大於當前致動器）產生或由作 用於物件或應用之外部因素所施加之慣性或動量。 現在參照圖9A，所顯示的係用於使一物件沿一個軸移動 之包含一彈性張力裝置或若干彈性張力裝置（例如扭轉彈 簧700及700 )之一系統之一實施例之一側視圖。在此實施 例中，顯示螺旋扭轉彈簧7〇〇ι及7〇〇"在一個端72〇,、 處連接至軸件116且螺旋扭轉彈簧7〇〇,及7〇〇"之另一端係連 接至轉鼓104之端板704,及7〇4"。在另一實施例令，僅使用 一個螺旋扭轉彈簧。流體可膨脹容器14〇之膨脹致使柱塞 124(未顯示）沿與彈性張力裝置（在此實例中係螺旋扭轉彈 149188.doc •22· 201115088 簧700’及700”）之誘因相反之一方向以一非線性運動移動。 現在參照圖9B至圖9C ’所顯示的分別係用於使一物件 沿一個軸移動之包含扭轉彈簧（例如鐘錶彈簧71〇，及71〇") 之一系統之一實施例之一側視圖及一端視圖。參照圖9C， 在此實施例中，顯示鐘錶彈簧71〇，及710”在一個端73〇,、 730"處連接至軸件n6且鐘錶彈簧γι〇，及71〇"之另—端係連 接至轉鼓104之端板704,及704”。此實施例中之扭轉彈簧之 配置允許系統i 〇〇保持處於一經充填位置中直至系統i 〇〇在 一流體可膨脹容器140膨脹後開始移動為止。扭轉彈簧相 對於轉鼓104之位置在系統1〇〇之其他實施例中可不同。扭 轉彈簣710，及710"並不需要連接至轉鼓1〇4，例如，扭轉彈 簧可係連接至欲移動之物件81〇。當扭轉彈簧（例如螺旋扭 轉彈簣及鐘錶彈簧）用於系統100之實施例中時，可使用一 單個柱塞124及流體可膨脹容器14〇 ^與使用加壓流體容器 (例如液壓蓄壓器或壓力容器）相反，一彈性張力裝置之使 用允許系統將能量儲存於一機械裝置中。此具有允許系統 在極少或無外部動力之情形下將欲移動之物件㈣自動返 回至-充填位置之額外益處。舉例…可使用在關斷電 力時打開之-閥。^發生動力故障，則流體可膨服容器 開始在流體流經該打開閥時縮小且彈性張力裝置將欲 :動之物件810返回至該經充填位置。藉由適當地對此閥 疋大小，欲移動之物件81〇將可預測地且平滑地返回至該 充填位置而無需操作員或機器干預。 現在參照圖1 0， 其顯示用於使一物件沿一個軸移動之具 I49188.doc •23- 201115088 有一減小之運動範圍之一系統100之一實施例之一橫截面 圖。在此實施例中，轉鼓104之一部分係藉由葉片164,及 164"所描繪之死空間16〇。在此實施例中，由於死空間 160，因此在轉鼓1〇4中較少區域可供用於柱塞124,、 124"、流體可膨脹容器14〇ι、14〇，，及進料斗136,、136"， 從而提供一縮短之運動範圍。在所顯示之實施例中減小運 動範圍乃因柱塞124’及124”小於其中在轉鼓1〇4中不存在死 空間160之實施例（例如圖1之實施例）中之彼等柱塞。此— 系統10 0在其中一減小之運動範圍為適當之應用中可係合 意的，此乃因其重量較輕。此外，系統1〇〇之此較輕實施 例將易於操作及運輸。若需要一經填充死空間160 ’則可 用（舉例而言）例如混凝土之一填充物來填充死空間⑽。 參照圖11，所顯示的係詩使—物件沿多個軸移動之包 含經配置以藉由沿一水平軸旋轉—物件81〇(顯示為一定日 鏡應用）而提供多軸跟蹤之三個轉鼓1〇4、1〇4,及的— 系統_之-實施例之一透視圖。用於使一物件沿一個轴 移動之-系統100之一實施例包含欲操縱或定位之物件 (應用」㈣，其以操作方式麵合至縱向地伸展穿過轉鼓 1〇4,及1〇4"之中心的一軸件或管⑴。在此實施例中，轴件 保持固定且物件81〇係藉由_連接件_而安 _，及鮮上。旋轉總成804(未具體繪示）將轴件u 於轉鼓财及1〇4，，内之]心轴位置中。在此實施例中 未顯示）其可係一推力 或其他類型之軸承）及一第二 汽（未顯不）而連接至轉鼓 149188.doc •24· 201115088 104'及l〇4"，該第二軸承可係一平觸點、球或適合於承載 由負載於應用上之風產生之重量及力的其他軸承。可將葉 片120(未顯示）配置於轉鼓i 〇4中以提供稍微大於丨8〇。之— 運動範圍，以使得當耦合至一仰角驅動裝置時定日鏡提供 全多軸運動以使應用指向任一選定點。在此實施例中，軸 件116係固定至一中心支撐結構或底座84〇。軸件116可藉 由轉鼓104’及1〇4"而沿一個軸旋轉同時藉由充當一方位角 驅動裝置之另一轉鼓1〇4而沿另一軸旋轉。在此實施例 中，轉鼓104’及104” 一起可充當一升降機驅動裝置。可使 用其他罩殼替代轉鼓104、1〇4,及⑺々”。各種形狀皆可用於 該等罩殼，包含橢圓形罐。 Μ續蒼照圖11，系統100之轉鼓i 〇4之比例極具撓性，但 通常遵循一組經驗法則。舉例而言，可合理地期望直徑係 36英吋、具有一 12英吋軸件116、具有5〇〇 psi之一流體動 力供應源之驅動裝置針對每一英忖之長度產生約4200英 尺磅之扭矩。因此，具有具有17英吋之一長度之此等比例 的系統100將產生約68,0〇〇英尺磅之扭矩。藉由將壓力 增加至750 psi，系統1〇〇之輸出應增加至約英尺 磅。作為一一般法則，藉由增加轉鼓直徑可移動力心進一 步遠離旋轉轴之事實，轉鼓1〇4直徑之增加提供大於扭矩 之線性增加的扭矩。因此，可合理地期望具有24英吋之一 直控及- 6英忖轴件以及75() _之—流體動力供應源之一 轉鼓104產生約3,540英尺磅之扭矩。因此，需要3〇英吋長 之一轉鼓來產生與17英吋長且直徑係36英吋之一轉鼓相同 149188.doc -25- 201115088 量之扭矩。熟習此項技術者將瞭解，轉鼓1〇4壁及端板（未 顯不）之結構應足夠強以安全地抑制由流體之壓力產生的 力透過流體可膨脹容器傳輸至轉鼓及端板。因此，一經充 分加強之轉鼓及端板之成本可與任何其他因素一樣程度地 決定一給定驅動裝置之幾何形狀。 系統10 0以其操作之壓力相依於諸多因素之最佳化來滿 足-使用者之需要。此等因素包含：彳用於操作系統⑽ 之實體罩殼（亦即轉鼓1()4);可用之所需流體及流體控制組 件；應用之成本參數；用於流體可膨脹容器140之製作之 可用材料’完成之系統的所需重量；及可用於生產系統組 件之製作製程。一般而t ’由不可壓縮流體(例如油及基 於水之抓體）提供動力之系統i00可係以較高壓力操作且從 而允許針對一給定扭矩輸出能力之一更緊湊系統100。相 反通㊉，可壓縮之流體（例如空氣或其他氣體）針對一給 疋扭矩輸出能力產生一較大系統100。熟習此項技術者將 瞭解使用不可壓縮流體之一系統i 00之更多剛性結構特 性可更適於某些應用。 現在參照圖12 ’所顯示的係用於使一物件沿多個軸移動 之包3經配置以提供多軸跟蹤之兩個轉鼓丨〇4及丨〇4,之系統 900之透視圖。在圖12中所顯示之配置中’物件削可係 女裝至軸件或管116同時轉鼓1〇4保持固定。在其他實施例 中，物件810可係安裝至將物件810連接 至軸件116之一連 接結構（例如所顯示之連接件844)。在此實施例中，轉鼓 104係固疋於一底座84〇上但其可固定於任一結構（包含 J49188.doc •26· 201115088 接地）上。轉鼓104在底座840上旋轉。此外，在此實施例 中，轉鼓104可充當耦合至另一轉鼓（充當一升降機驅動裝 置之轉鼓104·)之一方位角驅動裝置。在某些實施例中，連 接件844形成轉鼓104或軸件116之一組成部分。在系統1 〇〇 之一實施例中’該連接件可係將物件810連接至軸件116或 轉鼓104之螺栓。在系統1〇〇之另一實施例中，連接件844 可係物件8 1 0之一支撐結構。 現在參照圖13A至圖13B，所顯示的分別係供在用於使 一物件沿一個軸移動之系統之一實施例中使用之一實例性 旋轉總成804之側視圖及正面圖。旋轉總成804係可用於系 統100中之軸承之一組件之一實例。參照圖13B，所顯示的 係三個或更多個腳輪440，其等係安裝於轉鼓1〇4(未特定 顯示）上且經配置以使得軸件116被支撐且可在轉鼓1〇4之 中心中自由旋轉。腳輪440中之每一者皆係藉助—個或多 個螺栓442而附接至旋轉總成8〇4。腳輪44〇中之每—者皆 係直接地或間接地附接至轉鼓1〇4。旋轉總成8〇4可係在轉 鼓104外部安裝於一外表面（例如一轉鼓1〇4之一端帽）上。 旋轉總成804亦可係在轉鼓1〇4内部安裝於（例如）轉鼓ι〇4之 帽之内。卩上。；j疋轉總成804亦可藉由將旋轉總成固 持在適田位置中之一框架而連接至轉鼓1〇4。腳輪4如可針 S現％服務而易於被移除。可在其不與軸件丨16接觸時替 換腳輪440。在一個實施例中，一個或多個腳輪州係可 ㈤&的以使得其自軸件移開以產生軸件IK可在其内徑向 自腳輪440中之每—者移開之—小容隙。以此方式，可 149188.doc •27- 201115088 一次一個地替換腳輪440。在另-實施例中，藉由採用一 習用液壓式或機械式起重器來移動軸件116。一旦已替換 -腳輪440且將-個或多個可調整腳輪張緊以穩固地將轴 件mD持在適當位置中，則可移除該起重器。轴件ιΐ6通 常徑向地延伸穿過轉鼓104之中衝銷。可替換腳輪“Ο而無 需「卸下」或移除軸件116且無需移除其他腳輪44〇。 現在參照圖14，所顯示的係充當用於沿一水平轴旋轉一 定日鏡應用1031之-方位角驅動裝置的一系統1〇〇之一透 視圖。圖中顯示物件810移至垂直於於接地之一全範圍仰 角位置。在此實施例中，系統刚係固定至一底座84〇同時 轴件m在轉鼓HM内自由旋轉。物件81〇係麵合至抽件 116，軸件116軸向地伸展穿過轉鼓1〇4之中心且被一個或 多個旋轉總成804固持在適當位置中。圖中顯示一動力供 應源1024係在物件81 〇旁邊。 現在參照圖15，所顯示的係充當用於沿一水平軸旋轉一 定日鏡應用1031之-方位角驅動裝置的一系統1〇〇之一侧 視圖。多於一個轉鼓104可經組合以針對對太陽之多軸跟 蹤藉助彼此以直角耦合至方位角驅動裝置之仰角裝置形成 一定日鏡。一第二仰角驅動裝置之提供確保一完全冗餘系 統用於在-單個仰角驅動裝置發生故障之情形下達成風充 填。該第二仰角驅動裝置係可選的且可被移除。在此實施 例中，内部轴件116係固定至底座84〇且藉由一旋轉總成 804(未顯示）而連接至轉鼓1〇4。旋轉總成8〇4可係一推力軸 .承或一旋轉枢轉軸承，且一第二軸承可係一平觸點、球或 149188.doc •28· 201115088 適合於承載由負載於應用或物件8i〇上之風產生之重量及 力之其他類型之軸承。葉片12〇可係配置於轉鼓1〇4用以提 供稍微大於180。之一運動範圍以使得當耦合至一仰角驅動 裝置時定日鏡提供全多軸運動以使應用指向任一選定點。 在針對每一流體可膨脹容器140ι、14〇”之一實施例中，可 將搞合k供至一個或多個電動或電腦控制閥致動器1 〇 1 1 及控制閥1010以允許對應用之位置之機器人控制。圖中顯 示系統100之此實施例具有一鎖定裝置（例如一以手工方式 或機動方式部署之衝銷1008)及連接至控制閥1〇1〇用於對 每一流體容器加壓及減壓之空氣或流體管之一歧管1〇35。 系統100之此實施例進一步包含用於啟動控制閥1〇1〇之電 子閥致動器1011 '壓縮空氣或其他流體之一源（例如一壓 縮器1012)、將流體可膨脹容器140,、14〇 "連接至控制閥 1〇1〇、壓縮器1012之軟管1020及用於經加壓流體之一可選 儲存罐1013。電腦1〇14藉由處理來自電子壓力感測器 1021、環境溫度感測器1025、旋轉位置編碼器（未顯示）及/ 或電子位準感測器1026之資訊可計算應用之當前位置、測 定在每一流體可膨脹容器140，、140"内實現將物件8ι〇或應 用致動、驅動或移動至所需位置以相對於目標維持最佳定 向所需要之空氣體積及壓力改變。然後，電腦1〇14可啟動 閥致動器1〇11並啟動壓縮器1012或經加壓流體儲存系統 1013以將壓縮流體釋放至附接至彼等流體可膨脹容器 14〇|、140"之軟管1020中。電腦1〇14可指引流體可膨脹容 器140’、"0”之充氣及縮小以致動、驅動或以其他方式將 I49188.doc -29· 201115088 物1干》i υ取 -印叮1石目電子位準 器1026及/或旋轉位置編碼器（未 ν不頜不）所獲得之回饋 fcK Afe itp ίΡ ifn /fiL· Q i π - 感測 ' _ m，_、厂吓馒侍之回饋來 同時比較並校正物件worn在某些實施例中， 步驟或活動並不同時發生而是相依於工業應用以連續方式 發生或發生於一所接受時段内。 體現於圖15中之用於使一物件沿一個軸移動之系統_ 可包含作為-主要或輔助導引系統或者定位回饋系統之— 雷射定位系統。此實施例中所顯示之定位“包含雷射發 射器1015及雷射接收器1()19。物件81〇或應用裝配有—雷 射束發射器1015，該雷射束發射器相對於物件81〇或連接 件844(未顯示）以—f知角度自物件…或應用表面發射— 雷射束。由顯示定位於一太陽能接收器塔1〇16之頂部處之 一雷射感測器1〇19感測該雷射束。然後，電腦1〇14可藉由 處理以電子方式自該雷射感測器接收之資訊將連接件曰⑽ 及/或物件810或應用定向於用於曝曬目標（在此情形下係一 太陽熱接收器1〇27)之最有利位置中。亦顯示動力供應 源，例如一光伏打動力源1024及用於壓縮及控制系統1〇23 之電纜。歧管1〇35可包含位於較大歧管35及電子壓力感測 器1021内部用於監控流體容器及經加壓流體系統之其他部 刀内之壓力之一個或多個管。系統丨〇〇進一步包含針對仰 角之位準感測器1026(其可係安裝於應用或連接件844内或 女裝於應用或連接件844上）、電子旋轉位置編碼器（未顯 示）、—環境溫度感測器1025。 另外，用於使一物件沿一個軸移動之系統可部署於以下 149188.doc 201115088 一太陽能動力設備中··其中來自太陽1〇18之太陽輻射藉由 每一者含有用於使一物件沿一個軸移動之系統之多個實施 例的一定曰鏡陣列而聚焦於安裝於一太陽塔1〇16上之一太 陽能接收益1027上。此等定曰鏡可包含感測器及導引系統 (例如旋轉位置編碼器（未顯示）及用於指引致動器及適於具 體應用之移動的電腦硬體及軟體1〇14)、安裝於應用或太 陽塔上之一個或多個雷射發射器1〇15及安裝於太陽塔1〇16 上之一個或多個雷射接收器1〇19及可係一光伏打面板或將 動力供應源至經加壓流體系統、該等感測器及導引系統之 其他動力源的一動力供應源丨〇24以及一無線或有線中心陣 列控制器1022。 電腦1014藉由處理來自電子壓力感測器1〇21、環境溫度 感測器1025、方疋轉位置編碼器（未顯示）及/或電子位準感測 器1026之資訊可計|應用之當前位置、调】定在4 一流體可 膨脹谷器内貫現將物件或應用致動、驅動或移動至所需位 置以相對於目標維持最佳定向所需要之流體體積及壓力改 變。然後，電腦可啟動閥致動器1〇11並啟動壓縮器1〇12或 經加壓流體儲存系統1013以將壓縮流體釋放至附接至需要 充氣之彼等流體可膨脹容器14〇,、14〇"之軟管中且同時將 流體釋放出需要縮小之彼等流體可膨脹容器以將物件或應 用致動或驅動或以其他方式移動至所需位置㈣藉由評估 自曰電子位準感測器廳及/或旋轉位置編碼器(未顯示)所獲 得之回饋來同時比較並校正物件81〇之運動。在某些實施 例中’此等步驟或活動並不同時發生而是相依於工業應： 149188.doc •31 · 201115088 以連續方式發生或發生於—所接受時段内。 一般而S ’每一流體可膨脹容器14〇|、14〇"或其中之密 封子室將存在一個流體軟管源。一實施例中之歧管1035將 通常具有一壓力傳感器埠、一排氣閥埠及一膨脹閥埠。一 單個二埠閥可為該等閥中之一半閥（每容器丨閥）提供膨脹及 縮小。可用於一實施例中之適合閥之實例係12伏電磁致動 流體閥及二向伺服致動流體閥。可使用閉合或打開膨脹系 統。貫施例可係基於在縮小後被放至大氣中或被自一個容 益放至另一容器中或放至一保持罐十之過剩流體。使用液 體流體或用於高空大氣、空間中之應用及水下應用可需要 在一閉合系統中重新使用所有可用流體。 用於使一物件沿一個軸移動之系統100能夠提供高度分 散但受精密控制之機械力以透過流體可膨脹容器140|、 140"之差動系統加壓及減壓促使移動及精密定位。為執巧 其等之功能，流體可膨脹容器14〇，、14〇”需要適度壓力， 除其他因素以外，此相依於欲移動之應用之大小、必須到 抗之撞擊於應用上之外部力（例如最大風負載）、流體可賤 脹容器mo，、14〇"之數目及轉鼓104内之葉片12〇上之流儀 可膨脹容II14G’、140"表面接觸面積。在諸多應用或設於 中’可使用約8pSiM5〇psi之一壓力範圍。壓縮器可係赛 合至一經加壓流體儲存容器1〇13 ’此允許減少壓縮器之靖 行時間且在外部動力干擾之週期期間為以低動力之操作指 供經加壓流體之一備用供應源。 流體可膨脹容器140 140"不受在操作期間施加至物件 149188.doc -32· 201115088 或應用之正常及異常外部應力、振動或晃動影響。藉由流 體可膨脹容器140，、140"在其上對葉片12〇施加力以移動物 件8 10之表面積放大流體可膨脹容器14〇,、14〇"内部之壓力 的力，且此分佈力允許其等易於吸收由物件自身（其可極 其地重且大，遠遠大於當前致動器）產生或由作用於物件 之外部因素所施加之慣性或動量。流體可膨脹容器1 、 140可係由多種習用可膨脹或不可膨脹可膨脹材料中之幾 乎任何材料製成，自自然或合成彈性體（例如橡膠或聚矽 氧）至係「Zodiac」浮筒船之特徵之塗佈尼龍織物至在汽車 賽、航空中通常用於燃料電池且在船運中用於壓艙物及襯 板之塗佈織物囊袋。在較高壓力應用中，流體可膨脹容器 140'、140”可係由較高強度複合物（例如橡膠塗佈織造芳族 聚醢胺纖維）製成。 ' 在一實施例十，藉由一重量使正移動之物件81〇保持平 衡。此重里可係放置於轉鼓1〇4及軸件116與物件之對 置側上。可制該平衡力或重量來減小㈣物件所需要之 力的量。最終’可使用該重量於流體系統發生故障之情形 下將系統100或物件偏置於一經充填位置中。 繼續參照圖15，可藉助_衝銷麵將用於使一物件沿一 個軸移動之系統100穩定於-填充位置或其他所需位置 中’該衝祕在安裝在移㈣#換用於使—物件沿 一個軸移動之系統1 00之邱八 υ弋邠为且物件810不具有流體可膨脹 容器140’、140，，控制盆仞罢杜Λ ,, 制，、位置時之任何週期期間測定地將系 統鎖定在適當位置中。在佶田 ω π丄# 、 在使用一弹性張力裝置（例如一螺 I49188.doc •33· 201115088 旋扭轉彈簧7〇〇, ' 7〇〇"或鐘錶彈簧？1〇,、71〇”）之實施例 中該彈性張力裝置可具有足夠預負載扭矩以將物件8 i 〇 固持於適當位置中而無需一衝銷1〇〇8。 系統100可以一定期而不斷被迫停止方式或以一連續平 滑運動方式使一物件或應用移動。因此不同於電動步進馬 達，系統100無需使用或需要一步進功能之情形下可操 作。系統1〇〇可易於耐受更加重之應用之突然停止及動量 之改變而不對系統造成損壞’此乃因該機械裝置自然地分 散及吸收如彈性而非無彈性衝擊或碰撞之震動。 現在參照圖16，所顯示的係用於使一物件沿—個軸移動 之經配置以藉由在一天當中跨越天空跟蹤太陽之明顯運動 而為一太陽能收集槽1600提供單轴跟蹤之系統1〇〇之一透 視圖。 現在參照圖17’所顯示的係用於使—物件沿—個轴移動 之經配置以藉由在-天當中跨越天空跟縱太陽MU之明顯 運動而為-太陽能光伏打面板17GG提供單軸跟縱以增加該 面板之效率的系統100之一透視圖。 / 現在參照圖18,所顯示的係用於使一物件沿一個軸彡 之經配置以為-單個平坦鏡段18崎供單軸跟縱之三/ 統_之-透視圖。太陽之能量係集中於，爾⑴ 陽能收集器中之一固定接收器管1810上。 現在參照圖19，所顯示的係圖解說明用於使一物件· 性移動之-方法簡之-流程圖。藉由將—流體可^ 益140’、14G"放置於足以抑制由流體可膨脹容器14| 149188.doc -34. 201115088 140”之壓力施加的力之一罩殼中來實踐方法12〇〇(12〇4)。 在一實施例中’該罩殼之彎曲類似於所需之非線性運動之 彎曲。方法1200進一步包含與欲移動之物件及流體可膨脹 容器140'、140"接觸地放置一柱塞124,、124，，（1208)。柱塞 124'、124"具有類似於該罩殼但小於該罩殼之與流體可膨 脹容器140’、140"接觸之一錐形形狀。藉由在壓力下將一 流體引入至該流體可膨脹容器14〇|、14〇"中（1212)來使該 物件移動（1216)。可將額外容器及柱塞124,、124"添加至 非線性致動器系統。在大多數實施例中，使用每一流體可 膨脹容器140’、140"彼此相對之偶數數目個流體可膨脹容 器140'、140" ’例如2個、4個、6個、8個。在大多數實施 例中’存在對應於每一流體可膨脹容器丨4〇1、丨4〇"之一柱 塞124’、124"。如先前所論述，可使用雙連接柱塞。 現在參照圖20，所顯示的係圖解說明用於藉由使用電子 感測器及處理器來控制非線性致動器系統丨〇〇而重複地非 線性致動一物件810之一方法122〇之一流程圖。在此實施 例中，可沿相反非線性方向使物件8丨〇移動。方法1 包 含在一電腦處接收以使一物件以非線性運動移動之一電子 信號並處理該信號（1224)。方法122〇進一步包含使用該電 腦以電子方式啟動連接至一第一流體可膨脹容器14〇,、 140”之一閥並藉由使用該經啟動之閥使具有一撓性部分之 第一流體可膨脹容器140,、140"膨脹（1228)。對第一弧形 柱塞124’、124"施加一力之步驟（1232)致使第一弧形柱塞 124’、124”移動遠離流體可膨脹容器14〇,、14〇"且朝向一 149188.doc -35- 201115088 可移動葉片120。柱塞丨24,、124”沿一非線性方向移動且使 可移動葉片120移動。連接至可移動葉片12〇之一物件沿一 第一非線性方向移動。方法122〇包含自一第一弧形柱塞 124’、124"之一外表面展開第一流體可膨脹容器14〇,、 140"之撓性部分（1236)。方法122〇進一步包含藉由使用一 電子感測器來感測物件的移動〇242)及將物件之移動自該 感測器傳達至該電腦（1246)。方法122〇包含將一第二流體 可膨脹容器140’、140"之一撓性部分捲繞至一第二弧形柱 塞124’、124"之一外表面上（1252)。此外，該方法包含反 轉及重複該等移動之步驟。該方法包含在電腦控制下使第 一流體可膨脹容器140’、140"縮小之步驟（1256)。方法 1220進一步包含將第一流體可膨脹容器140,、140"之撓性 部分捲繞至第一弧形柱塞124,、124"之外表面上從而致使 °玄物件/α —第一非線性方向移動。因此，可將該物件返回 至其初始位置。 用於重複地非線性致動一物件81 〇之該方法（圖20中所顯 示之方法122 0)可經修改供在包含一扭轉彈簧、一個流體 可膨脹囊袋140及一個柱塞124之一系統1〇〇(如圖9A-9C中） 中使用。在此等實施例中，方法丨220進一步包含將用於使 流體容器膨脹之能力儲存於以操作方式連接至可移動葉片 120之一扭轉彈簧（例如一螺旋彈簧或鐘錶彈簧）中。 可使用各種處理器、記憶體、晶片組、軟體及電腦來控 制及/或監控致動器及致動器系統。各種電子及機械感測 器亦可用於致動器及致動器系統。此等裝置係闡述於2〇〇8 J49188.doc -36· 201115088 年5月23曰申請之第PCT/US2008/006660號PCT申請案及 2009年2月18曰申請之第PCT/US2009/000825號PCT申請案 中，戎兩個申請案係共同擁有且以全文引用的方式完全併 入本文中。在具有多個非線性致動器之系統中各種電腦組 態皆係可行的。 在則述咩細說明中，已參照具體實例性實施例闡述了根 據用於使一物件沿一個軸移動之系統10 0之實施例的系統 及方法因此’本說明書及圖將視為說明性而非限制性。 將精由隨附之經編號實❹#纟其等之等效内容來進一步 理解用於使—物件沿—個軸移動之系統1GG之範嘴。 此外，在闡述各種實施例之過程中，本說明書可將—方 法及/或過私呈現為—特定序列之步驟。然而，在該方法 或過私並不依賴於本文中所陳述之該特定次序之步驟方面 而言’該方法或過程不應限於所闡述之該特定序列之步 驟m項技術者將瞭解，其他序列之步驟亦可行。因 此本說明書中所陳述之該特定次序之步驟不應被視為係 對申請專利範圍之限制。此外，可跳過或繞過若干步驟。 另外，針對該方法及/或過程之申請專利範圍不應限於按 所寫之次序執行其等之步驟，且熟習此項技術者可易於瞭 解，該等序列可發生變化且仍保持在各種實施例之精神及 範_内。 【圖式簡單說明】 圖1顯示用於使一物件沿-個軸移動之位於頂部死點位 置中之具有在適當位置巾之所有組件部分之—线之一實 149188.doc -37- 201115088 施例之一剖視圖 圖2顯示用於使一物件沿 间^貝不用於便一物件沿一個軸移動 針位置之未顯示滾動葉瓣區段之一 疋至約90。逆 時 圖 系統之 貫施例之一視 之 圖3 A顯示用於使一物件沿一個軸 兩個並置系統之一透視圖。 動之包含兩個轉鼓 _顯示用於使-物件沿—個 之兩個並置系統之一透視圖。 使用一早個轉鼓 圖4顯示用於使一物件沿—個 --可重複弧形運動移動之一弧形致動=用_ =物 貫施例之一剖視圖。 糸、.先之一 圖5顯示當其等行進穿過轉鼓 a _ τ t 内之—拱形路徑時迫使 流體可膨脹容器形成一滾動葉_ ^ 初茱辦之桎塞之諸多 三個版本。 y 組態之 圖6顯示流體可膨脹容器中之— 〈—者之下部剛性部分。 圖7顯示流體可膨脹容器中之—I^ ' 考之滾動襯套部分。 圖8顯示顯示一單個連續隔間 m抵 間及不與迫使形成—滾動葉 瓣之單元流體連通之一柱塞的參轉少 ' J系統之一剖視圖。 圖9A顯示用於使一物件沿—個 ^ u神移動之包含一扭轉彈寄 之一系統之一實施例之一側視圖。 ’ 圖9B顯示用於使一物件沿—個* ^ 個軸移動之包含一鐘錶彈簧 之一系統之一實施例之一側視圖。 ’ 圖9C顯示用於使一物件沿一個圭 ^ 個軸移動之包含一鐘錶彈簧 之一系統之一實施例之一端視圖。 149188.doc •38· 201115088 圖1 〇顯示用於使一物件沿一個軸移動之具有一減小之運 動範圍之一系統之一實施例之一橫截面圖。 圖11顯示用於使-物件沿一個軸移動之包含經配置以提 供多轴跟縱之三個轉鼓的系統之一實施例之一透視圖。 圖12顯示用於使-物件沿一個軸移動之包含經配置以提 供多軸跟蹤之兩個轉鼓同時該物件安裝於一軸件上之系統 之三個實施例之一透視圖。 圖13Α至圖13Β分別冑示供在用⑨使一物件沿一個轴移 動之系統之-實施例中使用之—實例性旋轉總成之側視圖 及正面圖 圖14顯示.用於使-物件沿一個軸移動之經配置以提供多 軸跟蹤之具有移至垂直於接地之_全範圍仰角位置之物件 的系統之三個實施例之一透視圖。 圖15顯示用於使-物件沿一個軸移動之經配置以提供多 軸跟蹤之顯示所有辅助指令及控制系統的系統之三個實施 例之一側視圖。 _顯示用於使-物件沿一個軸移動之經配置以為一拋 物線型太陽能收集槽提供單軸跟蹤之系統之一實施例之— 透視圖。 圖17顯示用於使-物件沿一個軸移動之經配置以為一太 陽能光伏打面板提供單轴跟縱之系統之一實施例之一透視 圖。 圖18顯示用於使-物件沿-個軸移動之經配置以為一菲 涅耳（FresneD太陽能收集槽提供單轴跟蹤之系統之三個實 149188.doc -39- 201115088 施例之一透視圖。 圖 圖。 19圖 解說明用於非線性致動 —物件之一方法之一流程 圖20圖解說明用於使用電子感測器及處理器重複地非線 性致動一物件之一方法之一流程圖。 在詳細闡述用於使-物件沿一個轴移動之系統之—個或 多個實施例之前，熟習此項技術者將瞭解，用於使一物件 沿一個軸移動之系統在其應用中 粑用T並不限於以下詳細說明中 所陳述或圖中所圖解說明之構造 &、、、田即、組件之配置及步驟 之配置。用於使一物件沿一個|由救^ 軸f夕動之系統具有其他實施 例之能力且能夠以各種方式實踐或 4執仃。此外，應理解， 本文中所使用之短語及術語係用於 、說明目的而不應視為具 有限制意義。 【主要元件符號說明】 100 系統 100， 並置系統 100" 並置系統 104 轉鼓 104' 轉鼓 104" 轉鼓 112 滾動葉瓣 112' 襯套 112" 襯套 116 轴 149l88.doc 201115088 120 葉片 124 柱塞 124' 柱塞 124" 柱塞 124a 柱塞 124b 柱塞 124c 柱塞 136， 進料斗 136" 進料斗 140， 流體可膨脹容器 140" 流體可膨脹容器 148 葉片 154 弧形側 156 孤形側 160 死空間 164' 葉片 164" 葉片 190 凸緣 440 腳輪 442 螺栓 700丨 螺旋扭轉彈簣 700" 螺旋扭轉彈簧 704' 端板 704" 端板 149188.doc - 41 - 201115088 710' 鐘錶彈簧 710" 鐘錶彈簧 730' 端 730" 端 800 糸統 804 旋轉總成 810 物件 840 底座 844 連接件 900 系統 1008 衝銷 1010 控制閥 1011 電子閥致動器 1013 可選儲存罐 1014 電腦 1015 雷射發射器 1016 太陽能接收器塔 1018 太陽 1019 雷射接收器 1020 軟管 1021 電子壓力感測器 1022 中心陣列控制器 1023 壓縮及控制系統 1024 動力供應源 149188.doc -42- 201115088 1025 環境溫度感測器 1026 電子位準感測器 1027 太陽熱接收器 1031 定日鏡應用 1035 歧管 1600 太陽能收集槽 1700 太陽能光伏打面板 1800 平坦鏡段 1810 固定接收器管 149188.doc -43 -