通过弓形柔性构件的相反两端的反向旋转来产生运动的装置

摘要

一种通过弓形柔性构件的相反两端的反向旋转来产生运动的装置，该装置采用至少一个柔性的弹性构件(例如，松紧带)以及一个平台的形式，该柔性的弹性构件被布置成环绕该结构的一部分，并且该平台被联接至柔性的弹性构件的相反两端上。该平台是用于支撑该负载，并且该柔性构件的两端被联接至该平台上，其方式为使得这两端是可自由旋转的。因此，对这些相反末端施加反向旋转力将对该柔性的弹性构件施加一个张力，该张力最终致使该柔性构件发生翻转从而解除该张力。通过继续施加这些反向旋转力，该柔性构件将继续翻转并且沿着该柱状结构进行平移运动。

权利要求

1.一种用于产生一个负载相对于与之相关联的柱状结构的平移运动的一种装置，该装置包括：被布置成环绕该柱状结构的一部分的至少一个柔性的弹性构件，该柔性的弹性构件被限定为具有多个相反的末端；以及一个平台，该平台联接至该柔性的弹性构件的这些相反末端上并且被用于支撑该负载，该平台包括用于对该柔性的弹性构件的这些相反末端施加多个反向的旋转力的装置，以便对该柔性的弹性构件施加一个张力，该张力通过致使该柔性的弹性构件翻转并且沿着该柱状结构平移而被释放。

2.如权利要求1所述的装置，其中该至少一个柔性的弹性构件包括联接至该平台上的一个单一的柔性的弹性构件。

3.如权利要求1所述的装置，其中该至少一个柔性的弹性构件包括多个平行布置的柔性的弹性构件。

4.如权利要求3所述的装置，其中，每个柔性的弹性构件被分开地控制以接收多个反向的旋转力。

5.如权利要求3所述的装置，其中，该多个柔性的弹性构件被共同控制以接收多个反向的旋转力。

6.如权利要求1所述的装置，其中至少一个柔性的弹性构件的这些相反末端被布置成用于相对于该柱状结构产生线性张力。

7.如权利要求6所述的装置，其中在没有反向旋转力的情况下，该线性张力足够保持该至少一个柔性的弹性构件相对于该柱状结构的位置。

8.如权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包括一个被动平移构件，该被动平移构件联接至该平台上以用于协助该平台相对于该柱状结构运动。

9.如权利要求8所述的装置，其中该被动平移构件包括附接至该平台上的一个或多个轮。

10.一种用于将一个负载沿着一个柱状结构移动的方法，该方法包括以下 步骤：将一个柔性构件放置成围绕该柱状结构的一部分并且将所述柔性构件的多个相反末端保持在线性张紧状态下以相对于该柱状结构保持固定在位；

将一个支撑该负载的平台附接至该柔性构件的这些相反末端上，其方式为使得这些相反末端保持是可自由旋转的；并且对该柔性构件的这些相反末端施加多个反向的旋转力从而沿着该柔性构件产生一个扭矩并且最终致使该柔性构件克服该扭矩并进行翻转以沿着该柱状结构平移。

说明书

通过弓形柔性构件的相反两端的反向旋转来产生运动的装置

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请请求保护2012年3月18日提交的美国临时申请号61/612,348的利益，并且将其通过引用结合在此。

技术领域

[0003] 本发明涉及通过一种通过柔性的弹性构件的相反两端的反向旋转来产生运动的一种装置，并且更具体地涉及相对于例如一个柱状结构来对该柔性构件产生运动，以便利用该柔性构件来沿着柱状结构的纵向轴线升高/降低所附接的部件。

背景技术

[0004] 在许多情况下，需要沿着柱状结构来移动一个“负载”。例如，各类维护和施工操作中要求将工件提升至柱杆或梯子上(例如，在柱杆上安装摄像头、在大教堂天花板环境中更换灯泡、在塔上附接无线通信设备等)。技工们自己通常需要爬上柱杆以在高空位置进行安装和维修工作。休闲活动可能也需要沿着一个柱状结构将人员或设备移动至较高位置(例如，将鹿站(deer stand)升高而在一棵树中就位)。

[0005] 本领域存在实施这些功能的各种装置。这些装置可能要求大量的活动部件、或不太适用于各类不同用途；即，每种单独的情况均旨在开发其自身特有的、用于沿着特定类型柱状结构来移动负载的装置。

[0006] 被设计用于不规则形状的柱状结构(例如，树)的现有技术装置被配置成用于将负载的力集中在最少量接触点。其结果是，与该装置相关联的牵引力是有限的并且可能损坏树木或其他结构。

[0007] 各种现有技术系统要求包括一些类型的“制动器”，或使用附接至地面上的臂架。在任一事件中，如果用于止动的装置发生故障，结果可能是灾难性的。

[0008] 在城市环境中使用的装置(例如，用于将无线设备沿着电话线杆升高)使用多个分开的支撑系统、并且要求大的操作占地(例如，包括多用途卡车)，从而通常导致工作场所周边区域的街道交通堵塞。

[0009] 此外，许多现有技术的装置是非常复杂的构型，具有大量分开的部件，因此导致技术方案是昂贵的并且通常非常笨重、并且可能为灾难性故障的发生提供更多机会。

发明内容

[0010] 本发明是针对现有技术中仍存在的需求，本发明涉及通过一个柔性的弹性构件的相反两端的反向旋转来产生运动的一种装置，并且更具体地涉及相对于例如一个柱状结构来对该柔性构件产生运动，以便利用该柔性构件来沿着该柱状结构的纵向轴线升高/降低所附接的部件。

[0011] 在一个特定的实施例中，本发明说明了一种用于产生一个负载相对于一个柱状结构的平移运动的装置；该装置采用至少一个柔性的弹性构件(例如，松紧带)的形式，该柔性的弹性构件被布置成围绕该结构的一部分。一个平台(或任何其他合适类型的负载容器)联接至该柔性的弹性构件的相反两端上。该平台被用于支撑该负载，并且该柔性构件的两端被联接到该平台上，其方式为使得这两端是可自由转动的。因此，对这些相反末端施加反向旋转力将对该柔性的弹性构件施加一个张力，该张力最终致使该柔性构件发生翻转从而解除该张力。通过继续施加反向旋转力，该柔性构件将继续翻转并且沿着该柱状结构进行平移运动。

[0012] 在以下讨论过程中并且通过参加附图，本发明的其他及进一步的特征和优点将变得非常清楚。

附图说明

[0013] 现参考附图，在若干视图中相同数字代表相同的部分：

[0014] 图1是一个示例性的柔性构件和柱状结构的等距视图，该图有利于理解本发明的原理；

[0015] 图2是图1的该装置的俯视图；

[0016] 图3是图1的一部分的等距视图，展示了相对于柱状结构沿着该柔性构件的应力线的位置；

[0017] 图4是与图3所示相同的装置的一个视图，在这种情况下，反向旋转力已被施加到了该柔性构件并且该应力线发生了相应移动；

[0018] 图5展示了本发明的另一个实施例，与这种情况相关联，在柔性构件与柱状结构之间提供了相对水平移动；

[0019] 图6展示了利用该柔性构件的平移运动特征的一种完整的装置，在这种情况下展示了所附接的平台沿着一个柱状结构的移动；

[0020] 图7是图6中所示的平台的侧视图；

[0021] 图8是图6中所示的平台的正视图；

[0022] 图9展示了本发明的又一个实施例，在这种情况下利用了多个柔性构件，这些柔性构件共同用于为一个所附的负载(图中未显示该负载)提供驱动力；

[0023] 图10展示了本发明的柔性构件沿着不规则形状的柱状结构提供平移的能力；并且[0024] 图11示出了利用本发明的另一种装置，在这种情况下的柱状结构包括一种环形形状，这样使得该柔性构件将施加一个平台绕着该环形体的旋转运动。

具体实施方式

[0025] 根据本发明，在被定位成围绕一个柱状结构的至少一部分的一个柔性构件的相反两端施加反向旋转力(转矩)得到了沿着该柔性构件的拱形(即，弓形)形状的一个螺旋扭矩。如下文详细解释的，这个螺旋扭矩接着转换为该柔性构件的线性运动(相对于该柱状构件的纵向轴线)。

[0026] 图1是展示了本发明原理的一个基本的简化图。在本示例性的装置中，柔性构件10被布置成围绕一个柱状结构12的一部分。例如，柔性构件10可以包括松紧带、具有足以对扭矩作出反应的弹性的一段绳索(或其他纤维材料)、包括一根链条状分段式连杆或一根弹簧，同样该连杆或弹簧具有足以对扭矩作出反应的弹性。实际上，如图1所示，弹簧可以形成为弓形。无论柔性构件10的具体材料选择如何，其重要的品质是展示出扭矩旋转反作用。虽然未在图1中明确示出，但应理解的是，该柔性构件10将相对于柱状结构12被布置成张紧状态。也就是说，在柔性构件10的末端14和16之间创建了某种类型的固定(例如，棘轮、接合等等)以便沿着柱状结构12将构件10保持在位。如下文所述，这个特征特别有利于对柔性构件10提供“制动”力，从而防止柔性构件10在不运动时发生滑动。

[0027] 参照图1，现在将描述对柔性构件10施加相对于柱状结构12的运动的能力。如图所示并且具体而言，对第一末端14施加顺时针旋转力FCW而同时对第二末端16施加逆时针旋转力FCCW。当继续施加该力时，这些旋转力将继续沿着柔性构件10的横向范围建立势能(即沿着曲率半径R)。在一个给定的时间点，该柔性构件10的扭矩将被克服，导致柔性构件10“翻转”，从而将所储存的势能转换为动能，该动能的形式为柔性构件10相对于柱状结构12的纵向轴线A的平移运动。

[0028] 也就是说，通过在末端14施加顺时针力并且在末端16施加逆时针力，动能的释放将导致柔性构件10向上平移，如图1箭头所示，从而将柔性构件10移动至如阴影部分所示的新的、平移后的位置。如所描述的，柔性构件10在保持在其相同取向中时不是仅仅进行“平移”，而是，扭矩的释放导致柔性构件基本上发生“翻转”，从而产生向上的移动。

[0029] 通过消耗与平移至新位置相关联的动能，柔性构件10再次处于“休止”，此时没有能量残留在该构件中。因此，以上述相同的方式对末端14、16施加力将再次导致柔性构件10储存势能，直到力矩再次被克服，并且柔性构件10再次向上“翻转”，从而沿着柱状结构12的纵向轴线L平移至新的位置。有利地，在没有对该柔性构件的这些末端施加反向旋转力时，本发明的装置在防止柔性构件10向下滑动方面提供了一种天然的“制动器”。

[0030] 应理解的是，上述解释描述了使用施加到第一末端14的顺时针旋转力以及施加到第二末端16的逆时针旋转力，这种相反的装置可以用于使柔性构件10向下移动。也就是说，可以对第一末端14施加逆时针旋转力而对第二末端16施加顺时针旋转力。只要所施加的这一对力是反向旋转的，柔性构件10就将相对于柱状结构12纵向地平移。因此，可以看到，连续施加反向旋转力(即，顺时针和逆时针两个方向上)将导致柔性构件10相对于柱状结构12连续运动。

[0031] 图2是图1的装置的俯视图，展示了起作用来提供一个柔性构件相对于一个柱状结构的平移运动的这些具体的力。具体地，图2所示为柔性构件10与柱状结构12之间的大的接触区域，用柔性构件10的阴影部分11所指出。如图所示沿着接触区域11分布的向内的张力Fin是通过将柔性构件10相对于柱状结构12保持在张紧状态而产生的线性张力所致，如上所述。这个线性张力在末端14和16处显示为FLIN。实际上，该线性张力是在未施加反向旋转力时将柔性构件10保持在位的力。由于在柔性构件10与柱状结构12之间具有相对大的接触区域(即，阴影区域11)，该线性张力将充当“制动”力并且沿着柱状结构12维持该柔性构件10的位置。

[0032] 根据本发明并且如下文详细描述的，被转动时，分布力Fin变成驱动力来导致柔性构件10“翻转”并且允许柔性构件10相对于柱状结构12进行平移运动。

[0033] 图3和图4进一步展示了利用沿着柔性构件10的这些力来致使该柔性构件相对于柱状结构12移动。具体地，图3展示了相对于柱状结构12以“松弛”状态就位的柔性构件10。这可能是柔性构件10翻转后的即时状态、或者是施加任何反向旋转力之前的初始位置。沿着柔性构件10的线36定义了其应力线、并且示出了该线与柱状结构12呈正交，表明在柔性构件10上仅存在线性张力。

[0034] 图4示出了当对柔性构件10的末端14、16施加力FCW和FCCW时应力线36的扭曲变化。实际上，应力线36的弓形中央区域展示了向内的张力Fin的增大，在该区域受到了对柱状结构12的阻力。这种扭曲示出了整个弓形部分中均匀分布的且平滑的势能储存，这将沿着柱状结构12移动该柔性构件10所需的峰值扭力减到最小、并且最终允许克服该扭矩，从而释放势能并且导致柔性构件10翻转和移动。

[0035] 虽然图1的具体装置所展示的柱状结构12是布置成竖直取向，但这应仅视为是示例性的。实际上，柱状结构12可以布置成水平取向，其中通过施加反向旋转力来控制柔性构件10向左或向右移动。图5展示了本发明的这个实施例。在这种情况下，对第一末端14施加逆时针旋转力Fccw并且对第二末端16施加顺时针旋转力Fcw，从而导致柱状结构120相对于柔性构件10向右移动。在任何情况下，这两个元件(柔性构件与柱状结构)之间将发生相对运动，而任一元件实际上可能处于运动中。显然，柱状结构12的其他取向(例如，相对于水平方向为45°)可能存在并且不会影响使用柔性构件10来沿着该柱状结构移动一个负载的能力。

[0036] 要注意的是，在图5所示的具体实施例中，柱状结构120采用方形梁的形式(不同于图1中的柱状结构12的圆化的、柱体轮廓)。确实，应当理解的是，该柱状结构可以采取多种形式，包括“天然的”/不规则的柱状结构，例如树木。

[0037] 凭借对本发明原理的基本了解，显然这种类型的运动施加装置具有很多不同的应用。

[0038] 图6以概念形式展示了本发明的一个实施例，该实施例是用于沿着一个采用柱杆122形式的柱状结构在向上的方向上升高一个负载。这是一个等距视图，示出了使用柔性构件10来沿着柱杆122向上升高一个平台20的一种示例性的装置。图7是沿着图6的线7-7截取的平台20的侧视图，并且图8是沿着图6的线8-8截取的平台20的前视图。

[0039] 参照图6至8，平台20包括一个地板部分21与一个侧壁部分22。平台20还包括附接至侧壁部分22的背侧上的至少一个平移构件(在此情况下为一对轮24、26)以便搁放在柱杆122上。根据本发明的该实施例，平台20相对于柱杆122的平移运动是由一对摇柄把手28、30提供的，这些摇柄把手被附接至(穿过侧壁22的厚度)柔性构件10的末端14、16上。摇柄把手
28、30被用于对柔性构件10施加反向旋转力，从而提供如上所述的平移运动。即，通过以顺时针/逆时针成对的方式旋转这些把手，将对柔性构件10施加反向旋转力，最终致使柔性构件10“翻转”并且沿着柱杆122平移。由于平台20连接至柔性构件10上，平台20也将平移，放置于平台20上的任何“负载”同样如此。应当理解的是，虽然这种具体的构型采用平台来移动一个负载，但可以将任何合适类型的容器或者适当形状的负载联接到柔性构件10上并且以本发明的方式进行移动。

[0040] 具体参照图8，其中示出了，当摇柄把手28、30被“向内”旋转时(如箭头“A”所示，其中，摇柄把手30顺时针旋转并且摇柄把手28逆时针旋转)，被施加给柔性构件10的张力将引起构件10向上“翻转”，从而将平台20如图8中的“向上”箭头所示地升高。相反的，当摇柄把手28、30被“向外”旋转时(如箭头“B”所示，其中，摇柄把手30逆时针旋转并且摇柄把手38顺时针旋转)，被施加给柔性构件10的张力将引起构件10向下“翻转”，从而将平台20如图8中的“向下”箭头所示地下降。

[0041] 虽然图6至8中所示的实施例展示的是使用一对摇柄把手来施加反向旋转力，但应当理解的是，可以使用其他任何合适的驱动机构。例如，可以使用一个遥控马达来产生所希望的反向旋转力并且将其提供给柔性构件10的末端14、16。也可以使用一种绳系驱动的装置来替代远程构型。总之，本发明的范围应被理解为不受用来对该柔性构件施加力的该装置所限制。

[0042] 此外，虽然如图6至8中所示的实施例展示的是使用一个单一柔性构件来在平台与柱杆之间产生相对运动，但本发明的其他构型可以使用多个柔性构件来共同作用以移动多个负载。具有多个柔性构件的串联式装置可以采用多种不同的形式，包括具有的多个柔性构件被附接至单一平台侧壁上、或者每个柔性构件被附接至一个分开的平台侧壁上、或者它们的任何组合形式。

[0043] 图9是三个柔性构件10-1、10-2和10-3的示例性组合在定位在柱杆122上时的侧视图，其中这三个元件可以被附接至一个单一平台(未示出)上并且同时被操作以提供更大、更强的力来进行平移运动。此外，使用多个柔性构件被认为提高了该结构的安全性，因为如果任何一个柔性构件断裂，剩下的构件能够继续支撑所附接的负载。已考虑到了，在该实施例中可以使用单一的一对反向旋转力，其中这单一的一对力被用来同时旋转所有三个柔性构件。然而，也有可能用每个柔性构件自身的一对反向旋转力来独立控制每个柔性构件。

[0044] 如以上所指出，本发明的装置的一个特征是它能够提供沿着奇形怪状的柱状结构(例如一棵树)的平移运动。树或者任何类型的柱杆可能沿着其表面包括很多类型的突起(即，树上的树节、拧接在柱杆上的定向板，等)。本发明的柔性构件的“翻转”运动的性质与该柔性构件的弹性相结合，允许该柔性构件适应这些不规则特征的存在并且继续其平移运动。

[0045] 图10展示出了本发明的这一方面，示出了柔性构件10沿着柱杆124的向上运动，该柱杆包括一个向外鼓出的区段126。如之前那样，对柔性构件10的末端14施加一个顺时针力并且对柔性构件10的末端16施加一个逆时针力，这将首先导致柔性构件10从位置I“翻转”到位置II。在这一点，全部动能都被利用，并且额外的顺时针/逆时针力的施加将会导致柔性构件10再次向上翻转到位置III。因为柔性构件10还必须膨胀以适应该鼓出部126的存在，在此运动中消耗了一部分能量，并且所附接的负载(未示出)的实际横向平移略微小于与从位置I到位置II的第一次移动相关联的平移。

[0046] 以同样的方式继续并且再次参照图10，对柔性构件10施加这些反向旋转力，其中在这种情况下，可能必须要一个额外量的力来协助克服由于鼓出部126的存在而产生的对移动的额外阻挡。然而，在某种情况下，柔性构件10中将集聚足够量的力，并且该柔性构件将从位置III翻转到位置IV。此后，该平移运动将不受阻碍地继续进行。

[0047] 图11展示了本发明的又一个实施例，在这种情况下，该柱状结构采用环形体而非线性结构的形式。在这种情况下，对柔性构件10的末端14、16施加反向旋转力将致使平台20绕着环形结构130的圆形构型进行平移。在图11中以虚线示出了平台20到不同位置的移动。显然，根据本发明，在各个不同的实施例中，使用施加到一个柔性构件上的多个反向的旋转力导致引起了一个所附接的负载的运动。

[0048] 因此，从以上描述中容易了解的是，本发明的装置是一种崭新且基本类型的驱动技术。因此，已考虑到了，可以利用任意类型的所附装置(例如上述“平台”)；确实，本发明的主题可用于在多种装置内移动多种负载，这些装置是例如但不限于：便携式及固定式升降梯、升降平台、柱杆和管线施工及维护、多向平台、楼梯的替代品、脚手架、梯子、爬树器等。

[0049] 的确，以上说明旨在仅用于说明本发明不同的方面和特征、并且无意限制本发明的装置的细节或应用。所有细节、应用以及方面都应认为是落在如具体由所附权利要求定义的本发明的精神和范围之内。