CN104806860A - 一种三足式自调整水平工作台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三足式自调整水平工作台，适用于在江河湖海中航行的船舶中获得一方始终保持水平的工作平台。水平工作台设有布局成等边三角形三条腿，其中一腿长度固定，其余两腿在电机的带动下长度可以伸缩，以达到调整工作台水平的目的。一个双轴倾角传感器安装于平台的背面，作为平台的水平度的检测和发送信号的元件，当平台面偏离水平位置时，传感器X、Y轴方向上的采样电压值发生变化，经控制、放大电路转换后，由单片机控制两条支撑腿上的步进电机转动，使它们的长短分别发生变化而使平台迅速调整到水平。

Description

一种三足式自调整水平工作台

技术领域

本发明涉及一种能自动调整以保持水平的工作台，适用于在倾斜颠簸的船舱中获得一方始终保持水平状态的工作平面。

背景技术

在江河湖海中航行的船舶，船身会随风浪摇摆颠簸，船舱中的精密仪器很容易失灵，人员会晕船和呕吐。例如，水质监测的公务船，船载的实验平台、分析仪器、设备很多都有保持水平的要求；在医疗船上，为改善病人的舒适度，提高康复效率，也需要病床不随船体摇摆而始终保持水平。本发明就是在这种需求背景下而提出的一种结构简单、动作可靠的解决方案。

发明内容

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据三点确定一个平面的几何定律，将工作台设计成三条等长腿成等边三角形布置的形式，其中一条腿为定长，另外两条腿长度可伸缩，目的在地面倾斜时，通过两条腿的伸缩，能迅速将工作台的三个支撑点调成等高，以保持工作台的水平。工作台倾斜的检测及信号输出由固定于工作台面的双轴倾角传感器完成，并设定工作台精确水平时的输出信号为零。

两腿的伸缩原理为：腿由上下两根旋向相反的螺杆和中间一根中空的管型元件且两端分别加工有左旋和右旋内螺纹的连杆组成，当上下螺杆与中间连杆的内外螺纹旋合时，转动中间连杆，就会使两端的螺杆产生轴向相向的直线运动（作为桌腿的螺杆不跟转），使支撑腿伸长或缩短。采用两根旋向相反的螺杆，可实现支撑腿双向伸缩，提高其长度变化的速率，也即提高了***响应的速度。中间连杆的转动，是由步进电机（或伺服电机）通过蜗轮蜗杆机构传动的，其蜗轮与连杆外周相固定。蜗轮蜗杆机构既可以使电机减速，也可以使连杆获得足够的扭矩。当工作台倾斜时，倾角传感器采样的电压值发生变化，经控制、放大电路转换后，分别由单片机控制各自支撑腿上的步进电机转动，迅速使工作台恢复平衡。

两根可伸缩的支撑腿之间连着一跟空套的连杆，其上固定两腿的步进电机，这样可使电机在带动蜗轮旋转时，不发生跟转现象。

本发明的有益效果是：只要改变两腿的长短，就可以使工作台始终保持水平，结构简单，方便适用，在我们的日常生活、工业生产和更高领域中有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的平面布置图

图中：1.工作台面，2.双轴倾角传感器，3.B腿上的螺杆，4.B腿上的双旋向内螺纹杆，5.蜗轮，6.蜗杆，7.B、C腿连杆，8，A腿，9.C腿。

图3是本发明的闭环控制结构示意图

具体实施方式

如图1、2所示，本发明的工作台面1（假定平面为圆形）下面有三条成等边三角形布局的支撑腿A、B、C，A腿的长度是固定的，B、C两腿的长度可伸缩。将***选用的小体积低成本高精度的双轴倾角传感器安装到工作台背面的D点（AB的中点）这一特定位置，X、Y的方向如图2所示。图中看出，传感器Y轴在AB连线上，它反映的是AB连线的倾斜程度。X轴在CD连线上，它反映C点相对于AB连线的倾斜程度。

最初的状态下，工作台平面处于水平位置，A、B、C三腿等高，***的控制输入信号为零。若发生B点降低的情况，工作台歪斜，此时，倾角传感器Y轴方向上的采样的电压值发生变化，控制器接收到倾角传感器的信号并加以辨认，通过单片机控制步进电机正向（或反向）旋转，假定电机正向旋转带动B腿伸长，也即蜗杆6正向旋转带动蜗轮5转动，与其固定的连杆4的内螺纹成为旋转主动件，它将使不能作旋转运动的两端螺杆向外移动，支撑腿伸长，B点升高，进而将工作台调整到水平。这一过程中，由于B点降低也导致D点降低，从而DC连线发生倾斜，相同的原理，C腿上的步进电机启动，带动C腿上的涡轮蜗杆运动，使C点发生先下降，并随B点的升高而升高的连锁响应，最终工作台恢复水平。若AB保持水平而C点降低，此时，相当于CD绕着AB轴转了一个角度，倾角传感器X轴方向上的采样电压值发生变化，控制器接收到倾角传感器的信号并加以辨认，通过单片机控制C腿上的步进电机正向旋转，从而带动C腿伸长，工作台随之恢复水平；反之，若C点升高，其腿上的步进电机反转，使腿缩短，直至工作台恢复水平。一般情况下，X方向和Y方向都会有倾角，***将会根据两个方向的倾角大小，自动调整B、C两腿的长度，使工作台维持水平状态。

图3中所表示的控制方式是建立在闭环传递函数基础上的。从图中可以看看出，工作台***是一个在自身倾斜位置信号控制下的“自控制”***，也就是说，***的控制输入信号为零，控制信号完全由反馈信号来提供。在单片机控制下，保持X和Y方向的倾角为零。

由上描述可以看出，本发明的自动保持水平的工作台具有结构简单，方便适用等优点，其能够在摇摆颠簸的环境中，获得一块不随地面变化的水平工作台。

以上结合附图详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对图1、图2所示的具体结构进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (3)

1.一种三足式自调整水平工作台，其特征在于：工作台有三条支撑腿，它们按等边三角形布置，分别称为A、B和C腿，其中A腿长度固定，B、C两腿长度可以伸缩，以保持工作台表面的水平。

2.根据权利要求1所述的一种三足式自调整水平工作台，其特征在于：一个双轴倾角传感器安装于水平工作台的背面，作为工作台水平度的检测和发送信号的元件，传感器位置放在A、B连线的中点，且Y轴方向沿着AB方向，X轴方向指向C点。

3.根据权利要求1所述的一种三足式自调整水平工作台，其特征在于：B、C腿由上下两根旋向相反的螺杆和一根中空的管型元件且两端分别加工有左旋和右旋内螺纹的连杆组成，这个管型连杆外面固联着蜗轮，调整腿长是由步进电机（或伺服电机）驱动蜗杆，带动蜗轮及管型连杆转动，从而使两端的螺杆产生轴向相向的直线运动，使支撑腿伸长或缩短，保持工作台的水平。