TW201436737A

TW201436737A - 穩定平台

Info

Publication number: TW201436737A
Application number: TW102109503A
Authority: TW
Inventors: Minh-Phu Huynh; Ping-Young Lin; Shyh-Chour Huang
Original assignee: Univ Nat Kaohsiung Applied Sci
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2014-10-01
Also published as: TWI505794B

Abstract

一種穩定平台，係用以解決習用平台在受外力影響的情況下無法保持穩定之問題，包含：一第一框座，由至少二支柱分別結合於一框體之一表面，該框體上設二第一樞接部；一第二框座，容設於上述第一框座中，該第二框座設有一框體，該框體上形成二第二樞接部及二第三樞接部，該二第二樞接部分別樞接於上述二第一樞接部；及一檯身，容設於上述第二框座中，該檯身設有一樞轉件，該樞轉件上形成二第四樞接部，分別樞接於上述二第三樞接部，該樞轉件另具有相對之二表面，其中一表面設有一配重體、一飛輪及一動力元件，該飛輪具有一軸心，該動力元件耦接該軸心供帶動該飛輪轉動，該樞轉件之另一表面結合一檯面。

Description

穩定平台

本發明係關於一種穩定平台，特別是關於一種在受外力影響的情況下，能夠保持其檯面穩定之穩定平台。

諸如桌子、書架、置物櫃、茶几或餐車等習用平台通常缺乏適當的穩定機制，因此一旦受到外力搖晃，該習用平台之檯面就可能形成傾斜，進而造成該表面上所放置的物品傾倒或滑落。舉例而言，對於在海上作業的船隻而言，由於船身容易受風搖晃的緣故，致使船員們難以在桌上用餐，放在桌面上的物品往往也容易滑落；對於飛機而言，由於機身隨時面臨遇上亂流而產生晃動的風險，因此屢屢可見空服員及乘客來回撿拾自餐車或餐桌上掉落的物品。

請參照第1圖所示，係美國公告第5588369號「PASSIVE STABLIZATION PLATFORM」專利案，揭示一種習用穩定平台9以解決上述問題。該習用穩定平台9包含三中空柱腳91、三連通管92、三浮球93、三錐體94及一檯面95。該三中空柱腳91中充填一水液w，且該三中空柱腳91係透過該三連通管92以兩兩相互連通，使得該水液w能夠自由於該三中空柱腳91之間流通。該三浮球93分別設置於該三中空柱腳91當中，並能夠漂浮於該水液w之水面上。該三錐體94分別連接該浮球，該檯面95則受該三錐體94頂撐住。藉此，當該習用穩定平台9受到一外力搖晃而傾斜時，利用該水液w流通於該三中空柱腳91之間的特性，能夠將該三浮球93調整至同一水平高度，由於該三錐體94係分別連接該三浮球93，使得該檯面95亦被調整為水平。

上述習用穩定平台9主要透過液面平衡來達成穩定該檯面95的效果，然而，不等高的液體經由相互流通達到液面平衡的狀態，需要一定的時間，一旦該習用穩定平台9遭受外力搖晃而傾斜，在該三中空柱腳91中的水液w液面尚未達到平衡前，該檯面95將處於一傾斜狀態，放置於該檯面95上的物品仍然面臨傾倒或掉落的風險。再者，依據牛頓第一運動定律，當該習用穩定平台9處於一加速或減速狀態，例如飛機起飛加速或降落煞停時，因為物體存在慣性的緣故將使得該三中空柱腳91中的水液w液面形成不等高，造成該檯面95傾斜的情形，係為一嚴重之缺失。

有鑑於此，習用之穩定平台具有「達到平衡所耗費時間較長」及「承受一加速度時無法達成平衡」等問題，亟需提供一種進一步改良之穩定平台，以解決上述問題，在承受外力影響時，仍能夠有效保持其檯面穩定。

本發明主要目的乃改善上述問題，以提供一種穩定平台，係可以在承受外力影響時，迅速使其檯面恢復平衡，具有提昇該穩定平台之穩定性功效。

本發明之次一目的係提供一種穩定平台，在承受一加速度時仍然能夠使其檯面達成平衡，具有增強該穩定平台之平衡性功效。

為達到前述發明目的，本發明之一種穩定平台，係包含：一第一框座，由至少二支柱分別結合於一框體之一表面，該框體上設二第一樞接部，該二第一樞接部之連線形成一第一旋轉軸；一第二框座，容設於上述第一框座中，該第二框座設有一框體，該框體上形成二第二樞接部及二第三樞接部，該二第二樞接部分別樞接於上述二第一樞接部，該二第三樞接部之連線形成一第二旋轉軸；及一檯身，容設於上述第二框座中，該檯身設有一樞轉件，該樞轉件上形成二第四樞接部，分別樞接於上述二第三樞接部，該樞轉件另具有相對之二表面，其中一表面設有一配重體、一飛輪及一動力元件，該飛輪具有一軸心，該動力元件耦接該軸心供帶動該飛輪轉動，該樞轉件之另一表面結合一檯面。

本發明之穩定平台，其中，上述第一旋轉軸係垂直於上述第二旋轉軸。

本發明之穩定平台，其中，上述配重體具有一重心，該重心與上述飛輪之軸心形成一直線，該直線穿過上述第一旋轉軸與上述第二旋轉軸之交點。

本發明之穩定平台，其中，上述檯面具有一重心，該檯面之重心亦位於上述直線上。

本發明之穩定平台，其中，上述檯面與上述直線相垂直。

本發明之穩定平台，其中，上述檯面之重量，小於上述配重體、上述飛輪及上述動力元件之重量總和。

本發明之穩定平台，其中，上述配重體係設置於上述樞轉件與上述飛輪之間。

本發明之穩定平台，其中，上述飛輪係設置於上述樞轉件與上述配重體之間。

本發明之穩定平台，其中，上述飛輪之周緣對稱於上述軸心的二位置，分別設有一配重塊。

本發明之穩定平台，其中，上述飛輪之周緣設有一配重環。

本發明之穩定平台，其中，上述樞轉件經由至少一支撐件以結合上述檯面，且該至少一支撐件具有一長度。

本發明之穩定平台，其中，上述第一框座之表面分別與上述配重體、上述飛輪以及上述動力元件之距離，均小於上述至少二支柱之長度。

本發明之穩定平台，其中，上述動力元件為一馬達。

〔本發明〕

1‧‧‧第一框座

11‧‧‧框體

12‧‧‧支柱

13‧‧‧第一樞接部

2‧‧‧第二框座

21‧‧‧框體

22‧‧‧第二樞接部

23‧‧‧第三樞接部

3‧‧‧檯身

31‧‧‧樞轉件

311‧‧‧第四樞接部

312‧‧‧第一表面

313‧‧‧第二表面

32‧‧‧配重體

321‧‧‧重心

33‧‧‧飛輪

331‧‧‧軸心

332‧‧‧配重塊

333‧‧‧配重環

34‧‧‧動力元件

35‧‧‧支撐件

4‧‧‧檯面

41‧‧‧重心

a1‧‧‧第一旋轉軸

a2‧‧‧第二旋轉軸

G‧‧‧平面

L‧‧‧直線

θ‧‧‧夾角

τ‧‧‧力矩

I‧‧‧轉動慣量

ω‧‧‧轉速

Ω‧‧‧進動速率

〔習知〕

9‧‧‧習用穩定平台

91‧‧‧中空柱腳

92‧‧‧連通管

93‧‧‧浮球

94‧‧‧錐體

95‧‧‧檯面

第1圖係一種習用穩定平台之剖面圖。

第2圖係本發明較佳實施例之立體分解圖。

第3圖係本發明較佳實施例之俯視圖。

第4圖係本發明較佳實施例之側視圖。

第5圖係本發明較佳實施例之使用情形圖。

第6圖係本發明較佳實施例之另一實施態樣之立體分解圖。

第7圖係本發明較佳實施例之再一實施態樣之立體分解圖

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明所述之「鉛錘線」、「水平面」與「水平」，係以地球為基準，任一點與地球質心之連線均為「鉛錘線」，垂直於「鉛錘線」之平面係為「水平面」，而平行於「水平面」之方向即稱為「水平」。

請參閱第2及3圖所示，其中，第2圖係本發明穩定平台一較佳實施例之立體分解圖，第3圖係本發明穩定平台一較佳實施例之俯視圖。該較佳實施例之穩定平台係包含有一第一框座1、一第二框座2、一檯身3及一檯面4。該第二框座2係與該第一框座1相結合，該檯身3係與該第二框座2相結合，該檯面4則設置於該檯身3上。

該第一框座1由一框體11結合至少二支柱12，該框體11 係呈中空，在本實施例當中該框體11形成四方環形，惟本發明不以此為限，該框體11亦可形成圓環或其它多邊環形。該至少二支柱12分別位於該框體11之同一表面，使該第一框座1能夠佇立於一平面，在本實施例當中，該至少二支柱12為四根柱狀物，該至少二支柱12分別設置於該框體11其一表面的四個角隅位置。此外，該第一框座1另包含二第一樞接部13，形成於該框體11上，該二第一樞接部13為習用樞接結構，且該二第一樞接部13之連線形成一第一旋轉軸a1。

該第二框座2係容設於該第一框座1當中，在本實施例當中，該第二框座2設有一框體21該框體21呈四方環形中空，惟本發明不以此為限，該框體21亦可形成圓環或其它多邊環形。該第二框座2另設有二第二樞接部23及二第三樞接部23，該二第二樞接部22及該二第三樞接部23均為習用樞接結構，形成於該框體21上，其中，該二第二樞接部22分別樞接於該二第一樞接部13，據此，該二第二樞接部22係位於該第一旋轉軸a1上，使得該第二框座2可沿著該第一旋轉軸a1相對該第一框座1樞轉。該二第三樞接部23之連線則形成一第二旋轉軸a2。值得注意的是，該第一旋轉軸a1係垂直於該第二旋轉軸a2。

該檯身3係容設於該第二框座2當中，在本實施例當中，該檯身3設有一樞轉件31，該樞轉件31上形成有二第四樞接部311。該二第四樞接部311為習用樞接結構，分別樞接於該第二框座2之二第三樞接部23，據此，該二第四樞接部311係位於該第二旋轉軸a2上，使得該樞轉件31可沿著該第二旋轉軸a2相對該第二框座2樞轉。更詳言之，由於該第二框座2可沿著該第一旋轉軸a1相對該第一框座1樞轉，又該樞轉件31可沿著該第二旋轉軸a2相對該第二框座2樞轉，亦即該樞轉件31能夠分別沿著該第一旋轉軸a1及該第二旋轉軸a2旋轉。該樞轉件31另具有一第一表面312及相對該第一表面312之一第二表面313。

請一併參照第4圖所示，係本發明穩定平台一較佳實施例之側視圖。該檯身3於該樞轉件31之第一表面312另設有一配重體32、一飛輪33及一動力元件34。該配重體32為習用配重結構，例如：砝碼、槓片或鉛球等，且該配重體32具有一重心321。該飛輪33為一圓盤，較佳以金屬或橡膠等比重較高之材質製成，且具有一軸心331。該動力元件34係為馬達等習知轉矩輸出結構，經由一輸出軸(圖未繪示)耦接該飛輪33之軸心331，以帶動該飛輪33環繞該軸心331轉動。在本實施例當中，該飛輪33係設置於該檯身31之端緣，使該配重體32形成於該樞轉件31與該飛輪33之間，然而，亦可改將該配重體32設置於該檯身3之端緣，使該飛輪33形成於該樞轉件31與該配重體32之間，本發明不以此為限。惟，該第一框座1所在之平面分別與該配重體32、該飛輪33以及該動力元件34之距離，均應小於該第一框座1之至少二支柱12的長度，俾使該第一框座1佇立於一平面G時，該配重體32、飛輪33及動力元件34不致於接觸該平面G。

該檯身3於該樞轉件31之第二表面313設有至少一支撐件35，該至少一支撐件35具有二端，該二端之間具有一長度，該至少一支撐件35經由其中一端連接該樞轉件31之第二表面313。該檯面4則連接於該至少一支撐件35之另一端，以結合於該樞轉件31之第二表面313，進而架設於該檯身3上。該檯面4較佳呈一板體，係可以形成任意形狀，惟，該檯面4之重心41較佳與該配重體32之重心312及該飛輪33之軸心331位於同一直線L上，該直線L較佳垂直於該檯面4，且該直線L穿過該第一旋轉軸a1與該第二旋轉軸a2之交點。此外，該檯面4之重量較佳小於該配重體32、該飛輪33及該動力元件34之重量總和。

請續參照第4圖所示，本發明穩定平台一較佳實施例，係透過該第一框座1之至少二支柱12設置於該平面G，當該平面G呈水平時，由於設置於該第二表面313之檯面4的重量，小於設置於該第一表面312之該配重體32、該飛輪33及該動力元件34的重量總和，且該配重體32之重心312、該飛輪33之軸心331及該檯面4之重心41均位於同一直線L上，該直線L穿過該第一旋轉軸a1與該第二旋轉軸a2之交點，加上該樞轉件31能夠分別沿著該第一旋轉軸a1及該第二旋轉軸a2旋轉，因此在該較佳實施例之穩定平台未承受其它外力影響的情況下，該樞轉件31將分別沿著該第一旋轉軸a1及該第二旋轉軸a2旋轉至一平衡位置，使得該第二表面313相對該第一表面312朝上，且該直線L將形成一鉛錘線，以平衡該檯面4。又，在本實施例當中，該直線L係垂直於該檯面4，因此該檯面4將形成水平。再者，若該檯面4之周緣放置有一重物，雖然會使該檯面4之重心41發生偏移，造成該檯面4相對水平面產生傾斜，然而，該配重體32、該飛輪33及該動力元件34之重量將可大幅降低該檯面4相對水平面產生傾斜的幅度，以維持該檯面4之平衡。換言之，透過增加該配重體32及該飛輪33之重量，可有效減輕該檯面4之周緣放置物品相對水平面產生傾斜的程度，據此，該配重體32、該飛輪33及該動力元件34則之重量總和，較佳遠大於該檯面4之重量。

請參照第5圖所示，係本發明穩定平台一較佳實施例設置於該平面G之使用情形圖。當該平面G相對水平面呈傾斜，且該較佳實施例之穩定平台並未承受其它外力影響時，若該平面與水平面形成一夾角θ，則該第一框座1勢必呈傾斜，使得該至少二支柱12與鉛錘線形成該夾角θ。然而，由於該樞轉件31能夠分別沿著該第一旋轉軸a1及該第二旋轉軸a2旋轉，因此該樞轉件31將分別沿著該第一旋轉軸a1及該第二旋轉軸a2旋轉至一平衡位置，使得該直線L仍然形成一鉛錘線，以平衡該檯面4。且由於該檯面4係經由該至少一支撐件35與該樞轉件31之第二表面313相連接，因此該至少一支撐件35之長度能夠避免該樞轉件31旋轉時造成該檯面4與該第一框座1或該第二框座2發生碰撞，遂確保該檯面4能夠保持水平。

再者，本發明穩定平台一較佳實施例透過驅動該動力元件34，以帶動該飛輪33環繞該軸心331轉動產生出陀螺儀效應，當該較佳實施例之穩定平台承受外力影響時，可以有效維持該檯面4之穩定性，詳細原理如下所述。

該飛輪33受該動力元件34之帶動而旋轉，且該飛輪32所設置之該樞轉件31能夠沿著該第一旋轉軸a1及該第二旋轉軸a2旋轉軸轉動，又該第一旋轉軸a1垂直於該第二旋轉軸a2，因此該飛輪33、該第一框座1、該第二框座2與該樞轉件31等效形成一習知偏軸陀螺儀結構。基於角動量守恆原理，習知偏軸陀螺儀結構的兩個主要特性：定軸性與逆動性，均有助於該較佳實施例之穩定平台維持該檯面4呈水平。其中，定軸性指的是當該飛輪33轉動時，將產生慣性使得該飛輪33的轉動軸在空間中指向一固定方向。在本實施例當中，該飛輪33的轉動軸即為穿過該軸心331之直線L，在該飛輪33持續轉動的情況下，定軸性將使得該直線L趨向形成一鉛錘線的狀態。因此，當該較佳實施例之穩定平台承受外力影響，使得該平面G偏離水平面時，定軸性將有效減少該檯面4偏離水平面的幅度，甚至抵銷使該檯面4偏離水平面的力量，相較未設有該飛輪33的情況，該樞轉件31將能夠以較小幅度的轉動量，將該檯面4平衡至水平，有效加快穩定該檯面4的速度。

相對地，逆動性指的是當該飛輪33轉動時，能夠防止該飛輪33承受一水平方向之力矩τ時，沿著該力矩τ的施力方向運動，導致該直線L相對鉛錘線產生傾斜，並讓該飛輪33朝著垂直於該力矩τ之方向進動。更詳言之，當該飛輪33承受該水平方向之力矩τ時，逆動性之影響如下式(1)所示： τ=I×ω×Ω (1)

其中，I為該飛輪33的轉動慣量I，ω為該飛輪33的轉速，Ω則為進動速率。由此可知，雖然逆動性會使該飛輪33朝著垂直於該力矩τ之方向進動，然而透過增加該飛輪33的轉動慣量I及轉速ω，即可有效降低該進動速率Ω，使得該飛輪33承受該水平方向之力矩τ時不會直接被帶動，反之讓該飛輪33以一相對較小之該進動速率Ω偏移，有效減輕該檯面4偏離水平面的幅度，相較未設有該飛輪33的情況，該樞轉件31同樣能夠以較小幅度的轉動量，將該檯面4平衡至水平，有效加快穩定該檯面4的速度。另，由於該飛輪33的轉動慣量I與該飛輪33之重量及轉動半徑呈正相關，且已知定軸性的效果與該飛輪33的重量、旋轉半徑及轉速ω亦呈正相關，因此透過加大該飛輪33的重量、旋轉半徑及轉速ω，能夠同步提升定軸性與逆動性的效果。

然而，增加該飛輪33的整體重量會提高生產成本；該飛輪33的旋轉半徑等同該飛輪33的半徑，受到該較佳實施例之穩定平台尺寸的限制；提升該飛輪33的轉速ω則會增高該穩定平台的功耗。因此，請參照第6及7圖所示，利用於該飛輪33之周緣對稱於該軸心331的二位置，分別設置一重量相等之配重塊332，或者環繞該飛輪33之周緣設置一配重環333，亦能夠有效提升該飛輪33轉動所產生之陀螺儀效應的定軸性與逆動性效果，且相較增加該飛輪33的整體重量而言對生產成本之影響較低。

綜上所述，本發明穩定平台主要利用於一第二框座2中樞設一樞轉件31，並將該第二框座2樞設於一第一框座1中，使該樞轉件31能夠分別沿著二相互垂直之旋轉軸自由轉動，再分別於該樞轉件13之二表面設置一配重體32及一檯面4。藉此，當該第一框座1所設置之平面並非水平面時，該樞轉件31將能夠旋轉至一平衡位置，使得該檯面4能夠保持水平。相較習用穩定平台9需要耗費一液體經由相互流通達到液面平衡的時間，本發明穩定平台確實可加快該檯面4平衡至水平狀態的速度。再者，透過驅動一飛輪33轉動以產生出陀螺儀效應，當該較佳實施例之穩定平台承受外力影響時，將能夠有效減少該檯面4偏離水平面的幅度，進一步加快穩定該檯面4的速度。據此，本發明穩定平台能夠迅速平衡該檯面4，確實具有提昇穩定性之功效。

此外，當本發明穩定平台承受一水平方向之加速度時，由於該飛輪33之轉動將產生出陀螺儀效應，在定軸性的效果下該檯面4將能有效維持水平，相較習用穩定平台9在承受一加速度時會因慣性而失去平衡，本發明穩定平台確實具有增強平衡性功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。