CN110565936B - 调谐质量阻尼器装置和具有其的悬吊建筑机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调谐质量阻尼器装置和具有其的悬吊建筑机器人，所述调谐质量阻尼器装置包括：支座、质量块、质量导向***、阻尼器、弹簧和永磁阵列，所述质量块相对所述支座可活动，所述质量块的至少部分为高磁导材料体，所述质量导向***连接在所述支座和所述质量块之间以使所述质量块沿减振方向活动，所述阻尼器连接在所述质量块和所述支座之间，所述弹簧连接在所述质量块和所述支座之间，所述永磁阵列包括多个永磁体且设在所述支座上。根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置，能拓宽工作频带的振动，且具有较好的减振效果。

Description

调谐质量阻尼器装置和具有其的悬吊建筑机器人

技术领域

本发明涉及建筑机器人技术领域，尤其是涉及一种调谐质量阻尼器装置和具有其的悬吊建筑机器人。

背景技术

调谐质量阻尼器在振动抑制中有广泛应用，其基本原理是通过将辅助质量块通过弹簧、阻尼器连接到振动结构上，从而改变振动结构的动力学特性，将振动能吸收到该辅助质量块-阻尼-弹簧***中。典型的调谐质量阻尼器为线性，因此其减振工作频带较窄。目前也有一些拓宽调谐质量阻尼器工作频带的方法，然而这些方法在拓宽工作频带的同时引起的阻尼效率下降明显。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种调谐质量阻尼器装置，所述调谐质量阻尼器装置，能拓宽工作频带的振动，且具有较好的减振效果。

本发明还提出一种具有所述调谐质量阻尼器装置的悬吊建筑机器人。

根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置包括支座、质量块、质量导向***、阻尼器、弹簧和永磁阵列，所述质量块相对所述支座可活动，所述质量块的至少部分为高磁导材料体，所述质量导向***连接在所述支座和所述质量块之间以使所述质量块沿减振方向活动，所述阻尼器连接在所述质量块和所述支座之间，所述弹簧连接在所述质量块和所述支座之间，所述永磁阵列包括多个永磁体且设在所述支座上。

根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置，通过在支座和质量块之间设置阻尼器和弹簧，可以改变支座在振动时的动力学特性，可以将支座上的振动吸收到质量块-阻尼-弹簧的***中，从而可以降低支座上的振动，通过将带有磁性的质量块可活动地设在非线性的磁场中，可以较好地降低质量块的振动，质量块的振动被降低后，可以有利于降低支座的振动，由此，通过质量块-阻尼-弹簧***和质量块-永磁阵列的配合，可以较好地降低支座地振动，从而可以较好地对待减振的物体或者装置进行减振，减振的效果好。

另外，根据本发明的调谐质量阻尼器装置，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述永磁阵列包括两组永磁组，两组所述永磁组设在所述质量块的相对两侧，每组所述永磁组均包括沿减振方向排布的多个所述永磁体。

可选地，两组所述永磁组的多个所述永磁体一一相对设置，相对的两个所述永磁体的朝向彼此的一端极性相同；同组所述永磁组中相邻两个所述永磁体的极性相反。

在本发明的一些实施例中，所述阻尼器为两组且设在所述质量块在减振方向上的相对两端，所述弹簧为两组且设在所述质量块在减振方向上的相对两端。

可选地，每个所述弹簧连接在所述质量块和所述支座之间，所述导向筒和所述阻尼器构成所述质量导向***。

可选地，每个所述阻尼器的两侧均设有所述弹簧。

在本发明的一些实施例中，所述支座为矩形框，所述永磁阵列设在所述支座的相对两边上，所述质量块通过所述质量导向***、所述阻尼器、所述弹簧连接在所述支座的另外两边之间。

本发明还提出一种具有上述实施例的调谐质量阻尼器装置的悬吊建筑机器人。

根据本发明第二方面实施例的悬吊建筑机器人包括吊篮和调谐质量阻尼器装置，所述吊篮上设有执行器，所述调谐质量阻尼器装置设在所述吊篮上。

根据本发明实施例的悬吊建筑机器人，通过在吊篮上设有上述实施例的调谐质量阻尼器装置，可以降低吊篮在活动的过程中的振动，使得吊篮在活动过程中较为稳定，从而可以有利于操作人员在吊篮上进行建筑作业，或者可以使得吊篮可以稳定地运送物料，实用性强。

可选地，所述调谐质量阻尼器装置可拆卸地连接在所述吊篮的底部。

可选地，所述执行器的执行方向与减振方向相平行。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的悬吊建筑机器人的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置的中性面a位置处的非线性磁力的磁场分布的平面云图和偏移中性面b位置的非线性磁力的磁场分布的平面云图；

图4是根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置的支座内部势能与非线性磁场内发生偏移中性面b的位置之间的示意图；

图5是根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置的15Hz外界振动激励条件下质量块相对支座***的动态响应；

图6是根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置的20Hz外界振动激励条件下质量块相对支座***的动态响应；

图7是根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置的25Hz外界振动激励条件下质量块相对支座***的动态响应。

附图标记：

100：调谐质量阻尼器装置；

1：支座；

2：质量块；

3：质量导向***；

4：弹簧；

51：第一永磁体；52：第二永磁体；53：第三永磁体；54：第四永磁体；

1000：悬吊建筑机器人；

200：吊篮。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图7描述根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置100。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置100包括支座1、质量块2、质量导向***3、阻尼器、弹簧4和永磁阵列。

具体地，质量块2相对支座1可活动，质量导向***3连接在支座1和质量块2之间以使质量块2沿减振方向活动，也就是说，质量导向***3可以配合安装在支座1上，质量导向***3安装在支座1上后，质量块2可以配合安装在质量导向***3上，质量块2安装在质量导向***3上后，质量导向***3可以限制质量块2的活动方向，以使得质量块2可以稳定地沿着减振方向活动，可以理解的是，质量块2可以沿着减振方向做往复运动。其中，这里的减振方向可以指的如图2所示的前后方向。

更具体地，阻尼器和弹簧4可以连接在质量块2和支座1之间，在如图2所示的示例中的减振方向上，阻尼器和弹簧4设在质量块2与支座1之间，由此，将质量块2通过阻尼器和弹簧4连接到支座1上后，可以改变支座1在振动时的动力学特性，可以将支座1上的振动吸收到质量块-阻尼器-弹簧的***中，从而可以降低支座1上的振动。

进一步地，质量块2的至少部分为高磁导材料体，在一些示例中，质量块2的一部分为高磁导材料体，在另一些示例中，质量块2的整体均为高磁导材料体，其中，高磁导材料体易于磁化，从而使得质量块2可以具有一定的磁性。

永磁阵列包括多个永磁体且设在支座1上，也就是说，在支座1上具有多个永磁体，这里的多个指的是两个或两个以上，当多个永磁体安装在支座1上后，可以在支座1上形成磁场，可选地，支座1内的磁场可以为非线性磁场，由此，当具有磁性的质量块2在非线性磁场内活动时，会受到磁场内部施加给质量块2的作用力，从而可以降低质量块2的振动，质量块2的振动被降低后，可以有利于降低支座1的振动，同时，带磁性的质量块2在非线性磁场内活动时，使得调谐质量阻尼器装置100可以拓宽工作频带。

可以理解的是，调谐质量阻尼器装置100可以通过支座1安装在待减振的物体或者装置上，由此，当待减振的物体或者装置将振动传向支座1后，通过质量块-阻尼器-弹簧的***的减振以及质量块2在非线性的磁场中的减振，可以使得支座1具有较好地减振效果，从而可以使得带减振的物体或者装置具有较好地减振效果。

根据本发明实施例的调谐质量阻尼器装置100，通过在支座1和质量块2之间设置阻尼器和弹簧4，可以改变支座1在振动时的动力学特性，可以将支座1上的振动吸收到质量块2-阻尼-弹簧4的***中，从而可以降低支座1上的振动，通过将带有磁性的质量块2可活动地设在非线性的磁场中，可以较好地降低质量块2的振动，质量块2的振动被降低后，可以有利于降低支座1的振动，由此，通过质量块2-阻尼-弹簧4***和质量块2-永磁阵列的配合，可以较好地降低支座1地振动，从而可以较好地对待减振的物体或者装置进行减振，减振的效果好。

在本发明的一些实施例中，永磁阵列包括两组永磁组，两组永磁组设在质量块2的相对两侧，每组永磁组均包括沿减振方向排布的多个永磁体。例如图2所示，减振方向可以为图2中的前后方向，两组永磁组设在质量块2的左右两侧，可以理解的是，每组永磁组的多个永磁体可以为图2中的两个，也可以为三个或者三个以上，或者每组永磁组的永磁体为一个，这里不作限制。

可选地，两组永磁组的多个永磁体一一相对设置，相对的两个永磁体的朝向彼此的一端极性相同，同组永磁组中相邻两个永磁体的极性相反。在如图2所示的示例中，两组永磁组设在质量块2的左右两侧，每侧的永磁组在减振方向上包括两个永磁体，为方便说明，将左侧的两个永磁体称为第一永磁体51和第二永磁体52，将右侧的两个永磁体称为第三永磁体53和第四永磁体54，其中第一永磁体51和第三永磁体53在左右方向上相对设置，第二永磁体52和第四永磁体54在左右方向上相对设置，可选地，以第一永磁体51的左侧为N极，右侧为S极为例，第二永磁体52的左侧为S极，右侧为N极，第三永磁体53的左侧为S极，右侧为N极，第四永磁体54的左侧为N极，右侧为S极，由此，通过对上述第一永磁体51至第四永磁体54在支座1内的布局方式，可以使得支座1内获得非线性的磁场。

可以理解的是，第一永磁体51的左侧也可以为S极，右侧为N极，第二永磁体52至第四永磁体54的左侧和右侧的磁性也可以根据第一永磁体51的磁性发生改变，这里不作限制。

在本发明的一些实施例中，阻尼器为两组且设在质量块2在减振方向上的相对两端，弹簧4为两组且设在质量块2在减振方向上的相对两端。例如图2所示，减振方向为如图2所示的前后方向，两组阻尼器设在质量块2的前后两端，两组弹簧4设在质量块2的前后两端。

可选地，每个弹簧4连接在质量块2和支座1之间，导向筒和阻尼器构成质量导向***3。例如图2所示，每组阻尼器为一个阻尼器，每组弹簧为两个弹簧4，由于质量块2前侧和后侧的阻尼器与两个弹簧4的结构和布局完全相同，因此，以质量块2的前侧为例，可选地，在左右方向上，质量导向***3设在两个弹簧4之间，且质量导向***3的导向筒设在质量块2的左右方向的中间位置，由此，弹簧4可以较好地吸收支座1与质量块2之间的振动，质量块2在减振方向上做往复运动时，可以较为稳定地沿着导向筒限定的方向活动，且在质量块2沿着导向筒限定的方向活动时，阻尼器可以较好地吸收支座1与质量块2之间的振动。

进一步地，通过在质量块2的前后两侧分别通过质量导向***3和两个弹簧4进行减振，可以使得调谐质量阻尼器装置100在减振时具有较好地平衡性，稳定性好。

可选地，每组阻尼器可以包括多个阻尼器，由此，通过多个阻尼器，可以较好的提高调谐质量阻尼器装置100的减振效果，进一步地，每个阻尼器的两侧均设有弹簧4，，由此，可以使得每个阻尼器在减振时可以具有较好地平衡性，可以有利于调谐质量阻尼器装置100稳定地减振。

在本发明的一些实施例中，支座1为矩形框，永磁阵列设在支座1的相对两边上，质量块2通过质量导向***3、阻尼器、弹簧4连接在支座1的另外两边之间。由此，通过上述设置，可以将永磁阵列与质量导向***3、阻尼器、弹簧4分开安装，可以有利于调谐质量阻尼器装置100的装配。可以理解的是，支座1也可以为圆形框，或者支座1为方体形，具体地可以根据调谐质量阻尼器装置100的型号、尺寸或者工作环境等进行不同的设置，这里不作限制。

可选地，支座1为方体形，即以图2为支座1的剖视图，由图2中可知，在方体形的支座1的前后两个侧壁与质量块2之间可以设置有多个质量导向***3、多个阻尼器和多个弹簧4，以提高调谐质量阻尼器装置100的减振效果，在方体形的支座1的其他四个侧壁上可以布局有多组永磁组，以使得多组永磁组构成的永磁阵列可以环绕在质量块2的外侧，从而可以获得更好减振效果。

本发明还提出一种具有上述实施例的调谐质量阻尼器装置100的悬吊建筑机器人1000。

如图1所示，根据本发明实施例的悬吊建筑机器人1000包括吊篮200和调谐质量阻尼器装置100，吊篮200上设有执行器，调谐质量阻尼器装置100设在吊篮200上，由此，执行器可以驱动吊篮200进行活动，在吊篮200活动的过程中可以产生振动，调谐质量阻尼器装置100可以降低吊篮200在减振方向上的振动，从而使得吊篮200在活动的过程中较为稳定。

根据本发明实施例的悬吊建筑机器人1000，通过在吊篮200上设有上述实施例的调谐质量阻尼器装置100，可以降低吊篮200在活动的过程中的振动，使得吊篮200在活动过程中较为稳定，从而可以有利于操作人员在吊篮200上进行建筑作业，或者可以使得吊篮200可以稳定地运送物料，实用性强。

可选地，调谐质量阻尼器装置100可拆卸地连接在吊篮200的底部。也就是说，调谐质量阻尼器装置100可以与吊篮200的底部配合连接，且调谐质量阻尼器装置100安装在吊篮200的底部后还可以从吊篮200上拆卸，由此，可以有利于对调谐质量阻尼器装置100进行更换或者维修。

可选地，执行器的执行方向与减振方向相平行，也就是说，执行器的执行方向所在的直线与减振方向所在的直线平行且共面，例如，执行器可以驱动吊篮200在如图2所示的前后方向上进行活动，由此，在安装调谐质量阻尼器装置100时，可以使得调谐质量阻尼器装置100的减振方向与执行器的执行方向平行，由此，可以使得调谐质量阻尼器装置100可以较好地减少吊篮200在执行方向的振动。

可以理解的是，当执行器的执行方向发生改变时，可以将安装调谐质量阻尼器装置100进行拆卸后，重新对安装调谐质量阻尼器装置100进行安装，以使得安装调谐质量阻尼器装置100的减振方向与执行器的执行方向平行，由此，可以使得安装调谐质量阻尼器装置100可以更好地减少吊篮200在执行方向的振动。

进一步地，可以在安装调谐质量阻尼器装置100与吊篮200之间设有转动装置，以使得执行器的执行方向发生改变时，随时改变安装调谐质量阻尼器装置100的减振方向，实用性强。

下面根据图1-图7描述本发明的安装调谐质量阻尼器装置100的一个具体实施例的结构以及工作过程。

如图1和图2所示，安装调谐质量阻尼器装置100包括支座1、质量块2、质量导向***3、弹簧4和永磁阵列。

具体地，支座1为矩形框，质量块2设在矩形框内，在质量块2的前后两侧设有两组弹簧4，每组弹簧4包括两个弹簧4，在质量块2的前后两侧设有两个质量导向***3，每个质量导向***3分别设在质量块2的前后两个侧面的中部，且质量块2的前后两侧，每个质量导向***3设在两个弹簧4之间，通过两组弹簧4和两个质量导向***3，可以将质量块2安装在支座1上。其中，质量导向***3包括导向筒和阻尼器。

永磁阵列包括四个永磁体，分别为第一永磁体51、第二永磁体52、第三永磁体53和第四永磁体54，第一永磁体51和第二永磁体52设在支座1上，且设在质量块2的左侧，第三永磁体53和第四永磁体54设在支座1上，且设在质量块2的右侧，其中，第一永磁体51和第三永磁体53在左右方向上相对设置，第二永磁体52和第四永磁体54在左右方向上相对设置。

进一步地，第一永磁体51和第二永磁体52在左右方向上的极性相反，第一永磁体51和第三永磁体53在左右方向上的极性相反，第三永磁体53和第四永磁体54在左右方向上的极性相反。

下面根据图1-图7描述根据本发明的安装调谐质量阻尼器装置100工作过程。

安装调谐质量阻尼器装置100可以通过支座1安装在吊篮200的下端，当执行器驱动吊篮200在执行方向，或者说在减振方向上活动时，吊篮200会产生振动，并将振动传递给支座1，通过在支座1和质量块2之间设置质量导向***3和弹簧4，可以改变支座1在振动时的动力学特性，可以将支座1上的振动吸收到质量块2-阻尼-弹簧4的***中，从而可以降低支座1上的振动。

进一步地，质量块2可以为高磁导材料体，即质量块2可以带有磁性，而上述永磁阵列的布局，可以使得支座1内形成有非线性的磁场，从而具有非线性的磁力，具体地，如图3所示，图3左侧为在中性面a位置处的非线性磁力的磁场分布的平面云图，图3右侧为偏移中性面b位置的非线性磁力的磁场分布的平面云图，由图3可知，在中性面a位置处和在偏移中性面b位置处的空间磁通量不同，

更进一步地，图4为支座1内部释能与非线性磁场内发生偏移中性面b的位置之间的示意图，图5为15Hz外界振动激励条件下质量块2相对支座1***的动态响应，图6为20Hz外界振动激励条件下质量块2相对支座1***的动态响应，图7为25Hz外界振动激励条件下质量块2相对支座1***的动态响应。

由上述图3-图7示出的质量块2的动力学响应，可以直观观察到在较宽的外界振动激励频率范围内，质量块2均有较好地响应，能够从振动一直对象中吸收较多的振动的能量，减振效果好。

根据本发明实施例的安装调谐质量阻尼器装置100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“可选地”、“进一步地”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种调谐质量阻尼器装置，其特征在于，包括：

支座；

质量块，所述质量块相对所述支座可活动，所述质量块的至少部分为高磁导材料体；

质量导向***，所述质量导向***连接在所述支座和所述质量块之间以使所述质量块沿减振方向活动；

阻尼器，所述阻尼器沿减振方向设置在所述质量块和所述支座之间；

弹簧，所述弹簧沿减振方向设置在所述质量块和所述支座之间；

永磁阵列，所述永磁阵列包括多个永磁体且设在所述支座上，以在所述质量块的活动区域内构造出非线性的磁场。

2.根据权利要求1所述的调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述永磁阵列包括两组永磁组，两组所述永磁组设在所述质量块的相对两侧，每组所述永磁组均包括沿减振方向排布的多个所述永磁体。

3.根据权利要求2所述的调谐质量阻尼器装置，其特征在于，两组所述永磁组的多个所述永磁体一一相对设置，相对的两个所述永磁体的朝向彼此的一端极性相同；同组所述永磁组中相邻两个所述永磁体的极性相反。

4.根据权利要求1所述的调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述阻尼器为两组且设在所述质量块在减振方向上的相对两端，所述弹簧为两组且设在所述质量块在减振方向上的相对两端。

5.根据权利要求4所述的调谐质量阻尼器装置，其特征在于，每个所述弹簧连接在所述质量块和所述支座之间，导向筒和所述阻尼器构成所述质量导向***。

6.根据权利要求4所述的调谐质量阻尼器装置，其特征在于，每个所述阻尼器的两侧均设有所述弹簧。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的调谐质量阻尼器装置，其特征在于，所述支座为矩形框，所述永磁阵列设在所述支座的相对两边上，所述质量块通过所述质量导向***、所述阻尼器、所述弹簧连接在所述支座上。

8.一种悬吊建筑机器人，其特征在于，包括：

吊篮，所述吊篮上设有执行器；

调谐质量阻尼器装置，所述调谐质量阻尼器装置为根据权利要求1-7中任一项所述的调谐质量阻尼器装置，所述调谐质量阻尼器装置设在所述吊篮上。

9.根据权利要求8所述的悬吊建筑机器人，其特征在于，所述调谐质量阻尼器装置可拆卸地连接在所述吊篮的底部。

10.根据权利要求8所述的悬吊建筑机器人，其特征在于，所述执行器的执行方向与减振方向相平行。

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