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重心测量装置

阅读：1014发布：2020-05-13

IPRDB可以提供重心测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种重心测量装置，包括支撑部件和压力检测元件，支撑部件用于水平支撑待测物于基体上，支撑部件上具有传递所述待测物重力至所述基体的N个支撑点，N≥3；压力检测元件至少检测N-1个所述支撑点处的压力；还包括能够将支撑物的一端抬起而使所述待测物与水平面产生夹角的支撑装置。该发明提供的重心测量装置仅通过支撑部件、压力检测元件以及升降装置即可获得待测物的重心位置，结构较为简单，设计和生产的成本较低，操作便利，且适用范围较广，能够测量任意形状物体的重心，且不受物体质量分布的影响。，下面是重心测量装置专利的具体信息内容。

1.一种重心测量装置，其特征在于，包括：

支撑部件，用于水平支撑待测物于基体上，支撑部件上具有传递所述待测物重力至所述基体的N个支撑点，N≥3；

压力检测元件，用于至少检测N-1个所述支撑点处的压力；

升降装置，所述升降装置能够在所述支撑部件上将支撑物的一端抬起而使所述待测物与水平面产生夹角。

2.根据权利要求1所述的重心测量装置，其特征在于，所述支撑部件包括支撑平台和弹性件，所述支撑平台的底部设有所述弹性件，所述弹性件支撑于所述基体上，所述弹性件的设置位置为所述支撑点。

3.根据权利要求1所述的重心测量装置，其特征在于，各所述支撑点处均设置所述压力检测元件。

4.根据权利要求1-3任一项所述的重心测量装置，其特征在于，所述升降装置设置于所述支撑部件上。

5.根据权利要求4所述的重心测量装置，其特征在于，所述升降装置包括伸缩油缸，所述伸缩油缸缩回时，所述升降装置的顶端低于或等于所述支撑平台上表面的高度；所述伸缩油缸伸出且所述待测物的一端位于所述升降装置的顶端时，所述升降装置顶端的高度大于所述支撑平台上表面的高度，以抬起所述待测物的一端。

6.根据权利要求4所述的重心测量装置，其特征在于，所述升降装置包括升降件和驱动装置，所述升降件与所述支撑平台铰接，铰接轴线沿水平面延伸；所述升降件处于水平状态时，所述升降件的最高高度低于或等于所述支撑平台上表面的高度；所述驱动装置驱动所述升降件由水平状态转动至竖直状态，且所述待测物的一端位于所述升降件上时，所述升降件抬起所述待测物的一端。

7.根据权利要求1-3任一项所述的重心测量装置，其特征在于，所述支撑平台为方形，所述支撑部件共设四个支撑点，四个所述支撑点分别位于所述支撑平台的四角处，且四个所述支撑点连线为方形。

8.根据权利要求7所述的重心测量装置，其特征在于，各所述支撑点处至少设置两个所述压力检测元件。

9.根据权利要求7所述的重心测量装置，其特征在于，所述支撑部件为地磅。

说明书全文

重心测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及测量设备技术领域，特别涉及一种重心测量装置。

背景技术

[0002] 重心，是在重力场中，物体处于任何方位时其所有质点的重力的合力都通过的那一点。因此，物体的重心是确定的，与物体的空间位置无关。无论在工程实际中，还是日常生活中，确定物体重心的位置都具有非常重要的意义。如下所述：
[0003] 首先，重心的位置的确定有利于保持物体的平衡与稳定。重心偏高的物体容易倾翻，状态不稳定，确定物体的重心位置后，可以将物体的重心靠近支撑点，以保持平稳。比如，起吊重物时，吊钩就应位于被吊物体重心的正上方，以保证起吊过程中物体保持平稳。
[0004] 其次，制造某些产品时，需要使重心位置满足一定的条件，以保证产品的正常使用和使用的质量。比如，对于转动刚体，如电机转子、飞轮等旋转部件，在设计、制造安装时，要求该类部件的重心应尽量靠近转轴，否则会产生强烈的振动，甚至会引起破坏，影响机器寿命。而对于振动打桩机、混凝土振捣器等又要求其转动部分重心偏离转轴以得到预期的振动。故重心确立对于该类产品的合格检验和故障检测具有重要意义。
[0005] 此外，重心位置还是汽车类产品的重要参数之一，对动力性、制动稳定性、操纵稳定性、舒适性、通过性(越野性)等均有重要影响，重心位置设计也是提高整车安全系数的一个重要方式。
[0006] 通常，规则而密度均匀的物体的重心即其几何中心，根据物体的尺寸和形状，能够易于获得物体的重心。但大部分物体会呈不规则的形状，尤其是在工程中，大多是一些外形复杂或质量分布不均的物体和设备，几何中心计算重心的方式不再适用。针对该类不规则或质量分布不均匀的物体设备，可以通过实验方法测量重心位置，然而该种测量方法操作复杂，且受时间、空间的限制。
[0007] 有鉴于此，如何提供一种操作简单、适用性更广的重心测量装置是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供一种重心测量装置，该重心测量装置能够测量任意形状物体的重心，不受质量分布均匀性影响，且操作较为简单。
[0009] 为达到本发明的目的，本发明提供一种重心测量装置，包括：
[0010] 支撑部件，用于水平支撑待测物于基体上，支撑部件上具有传递所述待测物重力至所述基体的N个支撑点，N≥3；
[0011] 压力检测元件，用于至少检测N-1个所述支撑点处的压力；
[0012] 升降装置，所述升降装置能够在所述支撑部件上将支撑物的一端抬起而使所述待测物与水平面产生夹角。
[0013] 优选地，所述支撑部件包括支撑平台和弹性件，所述支撑平台的底部设有所述弹性件，所述弹性件支撑于所述基体上，所述弹性件的设置位置为所述支撑点。
[0014] 优选地，各所述支撑点处均设置所述压力检测元件。
[0015] 优选地，所述升降装置设置于所述支撑部件上。
[0016] 优选地，所述升降装置包括伸缩油缸，所述伸缩油缸缩回时，所述升降装置的顶端低于或等于所述支撑平台上表面的高度；所述伸缩油缸伸出且所述待测物的一端位于所述升降装置的顶端时，所述升降装置顶端的高度大于所述支撑平台上表面的高度，以抬起所述待测物的一端。
[0017] 优选地，所述升降装置包括升降件和驱动装置，所述升降件与所述支撑平台铰接，铰接轴线沿水平面延伸；所述升降件处于水平状态时，所述升降件的最高高度低于或等于所述支撑平台上表面的高度；所述驱动装置驱动所述升降件由水平状态转动至竖直状态，且所述待测物的一端位于所述升降件上时，所述升降件抬起所述待测物的一端。
[0018] 优选地，所述支撑平台为方形，所述支撑部件共设四个支撑点，四个所述支撑点分别位于所述支撑平台的四角处，且四个所述支撑点连线为方形。
[0019] 优选地，各所述支撑点处至少设置两个所述压力检测元件。
[0020] 优选地，所述支撑部件为地磅。
[0021] 该重心测量装置通过支撑部件和压力检测元件即可获得待测物在水平面上的重心位置，通过升降装置抬起待测物后，根据待测物与水平面的夹角，建立力矩平衡方程又能够获得待测物在竖直方向的重心位置，则综合可获得待测物的重心位置。该装置通过支撑部件、压力检测元件以及升降装置即可确立待测物的重心位置，结构较为简单，设计和生产的成本较低，操作便利，且适用范围较广，能够测量任意形状物体的重心，且不受物体质量分布的影响。

附图说明

[0022] 图1为本发明所提供重心测量装置一种具体实施方式的结构示意图，该图中还示出待测物；
[0023] 图2为图1的俯视图；
[0024] 图3为图1中重心测量装置的升降装置抬起待测物后的主视图；
[0025] 图4为图1中重心测量装置的俯视图，该图未示出待测物；
[0026] 图5为图2中重心测量装置测量待测物前后重心位置的示意图；
[0027] 图6为图2中重心测量装置测量待测物左右重心位置的示意图；
[0028] 图7为图2中重心测量装置测量待测物上下重心位置的示意图。
[0029] 图1-7中：
[0030] 10待测物、21支撑平台、22弹性件、231升降台、232伸缩油缸

具体实施方式

[0031] 本发明的核心为提供一种重心测量装置，该重心测量装置能够测量任意形状物体的重心，不受质量分布均匀性影响，且操作较为简单。
[0032] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0033] 请参考图1-4，图1为本发明所提供重心测量装置一种具体实施方式的结构示意图，该图中还示出待测物；图2为图1的俯视图；图3为图1中重心测量装置抬起待测物后的主视图；图4为图1中重心测量装置的俯视图，该图未示出待测物。
[0034] 该实施例中的重心测量装置，包括支撑部件、压力检测元件以及升降装置。支撑部件用于水平支撑待测物10于基体上，即使得待测物10处于水平状态，基体通常选择为地面，也可以是其他能够承受待测物10重力的平台，待测物10可以是任意需要测量重心的物体，比如车辆、工程设备等，图1中仅以矩形体为待测物10进行示意说明。
[0035] 支撑部件上具有传递待测物10重力至基体的N个支撑点，为保证稳定支撑，要求N≥3。图1中，以地面为基体，支撑部件包括支撑平台21和弹性件22，支撑平台21为方形，四组弹性件22分别位于支撑平台21的四角处，且弹性件22设于支撑平台21的底部，位于支撑平台21和地面之间。待测物10置于支撑平台21之上，显然，该支撑部件供具有四个支撑点，即N＝4，四个支撑点分别为弹性件22的设置位置，由弹性件22传递待测物10的重力。当然，也可以不设置弹性件22，直接设置刚性支撑件也是可以的，鉴于弹性件22的柔性属性，能够起到缓冲作用，使得待测物10能够平缓地位于支撑平台21上，避免冲击。
可以想到，支撑部件也可以不包括支撑平台21，直接设置竖直的支撑件也是可以的，当然，支撑平台10的设置能够更为稳定地支撑待测物10，且能够支撑任意形状的待测物10，使得应用范围更广。
[0036] 压力检测元件布置于支撑平台21四个支撑点处，压力检测元件可以是压力传感器，布置于弹性件22上。
[0037] 升降装置设置于支撑部件上，该实施例中的升降装置包括升降台231和伸缩油缸232。将待测物10置于支撑平台21上时，应当将待测物10的一端置于升降台231的上方，此时的伸缩油缸232处于缩回状态。伸缩油缸232缩回时，使升降台231的高度低于支撑平台21上表面的高度，或者升降台231的上表面与支撑平台21的上表面平齐，如此设计，升降台231不会对待测物10置放造成影响，待测物10易于处于水平状态，并能够简单地自水平状态转化为抬起状态，且诸如车辆等待测物10可以不受限制地驶至支撑平台21上。伸缩油缸232处于伸出状态时，升降台231凸出于支撑平台21的表面，即升降台231的高度高于支撑平台21上表面的高度，由于待测物10的一端处于升降台231上，则升降台231在伸缩油缸232伸出时能够将待测物10的该端抬起，从而使待测物10与水平面产生夹角。
[0038] 此实施例为便于理解和描述，通过确立待测物10前后、左右、上下的重心位置以确立待测物10的重心位置，图1中所示的a向、b向、c向即前后方向、左右方向、上下方向，实际上，通过获取重心在水平面上的两个相互垂直方向上的位置，以及获取重心在竖直方向上的位置，即可确立重心位置。假设支撑平台21上四个支撑点的位置分别为A、B、C、D，所受力分别为F4、F2、F3、F1，待测物10四角支点分别为E、F、J、K，下面论述该重心测量装置测量的过程：
[0039] (一)前后重心位置的测量：
[0040] 请参见图5，图5为图2中重心测量装置测量待测物10前后重心位置的示意图。
[0041] 图5中F12＝ F1+F2，F34＝F3+F4，假 设待 测 物10重 力 为G，则可 得G ＝F1+F2+F3+F4-G′，即去除支撑平台21重力G′的影响，当然，可以调节压力检测元件，使得未置放待测物10时，压力检测元件读取的数值为零，则G＝F1+F2+F3+F4。
[0042] 以B点为支点(或BD之间的任一点为支点)，假设AB之间的距离为Lx，重心位置为O，选取待测物10的任一点，此实施例选取一角支点E，角支点E与BD的距离更易于获取，假设E距离BD的距离为L1，待测物10的前后重心位置O距离E的距离为x。
[0043] 由力矩平衡原理可得：
[0044]
[0045] 则可得：
[0046] x＝(F34×Lx/G)-L1.........(1)
[0047] 其中，F34由压力传感器测量获得，Lx为该四方形支撑平台21上两角之间的距离，该实施例中，Lx即前后两弹性件22上压力传感器之间的距离，为已知定值，L1可以在置放待测物10后通过测量工具直接测量获得，比如通过卷尺测量。由此可知，通过式(1)可计算获得待测物10前后的重心位置。
[0048] 计算过程中，也可以测量待测物10前后重心位置距离AC的距离为L1，式(1)中的F34相应地更换为F12，此时，以AC上任一点为支点获得力矩平衡方程式。
[0049] (二)左右重心位置的测量：
[0050] 请参见图6，图6为图2中重心测量装置测量待测物10左右重心位置的示意图。
[0051] 图6中F24＝F2+F4，F13＝F1+F3。
[0052] 以D点为支点(或BD之间的任一点为支点)，假设BD之间的距离为Ly，选取待测物10的任一点，此实施例选取另一角支点F，角支点F与CD的距离更易于获取，假设F距离CD的距离为L2，待测物10的前后重心位置O距离F的距离为y。
[0053] 则由力矩平衡原理可得：
[0054] F24×Ly＝G×(y+L2)
[0055] 则可得：
[0056] y＝(F24×Ly/G)-L2...........(2)
[0057] 同样，F24由压力传感器测量获得，Ly为该四方形支撑平台21上两角之间的距离，该实施例中，Ly即左右两弹性件22上压力传感器之间的距离，为已知定值，L2可以在置放待测物10后通过测量工具直接测量获得，比如通过卷尺测量。由此可知，通过式(2)可计算获得待测物10左右的重心位置。
[0058] 计算过程中，也可以测量待测物10左右重心位置距离AB的距离为L1，式(2)中的F24相应地更换为F13，此时，以AB上任一点为支点获得力矩平衡方程式。
[0059] (三)上下重心位置的测量：
[0060] 请参见图7，图7为图2中重心测量装置测量待测物10上下重心位置的示意图。
[0061] 通过升降装置将待测物10的一端抬起任意高度H，抬起后的待测物10与水平面具有夹角θ，抬起后，压力传感器的检测值发生变化，分别为F′1、F′2、F′3、F′4，则F′12＝F′1+F′2，F′34＝F′3+F′4，且G＝F1+F2+F3+F4＝F′1+F′2+F′3+F′4。
[0062] 图3中待测物10抬起后，其EF边形成支撑边，假设重心位置O和支撑边的水平距离为x′，重心位置O距离待测物10底面的距离为z，仍选取点E，E距离BD的距离为L1。
[0063] 则由力矩平衡原理可得：
[0064] F′34×Lx＝G×(x′+L1)，
[0065] 其中，z*sinθ+x′/cosθ＝x，结合式(1)，则整理可得：
[0066]
[0067] 其中，θ可以直接通过角度测量计获得，则能够得出sinθ和cosθ的值，或者通过比例计算获取。比如，该实施例中待测物10在前后方向上的长度为图7中所示的L，伸缩油缸232伸长的距离为H，即待测物10一端抬起的高度为H，则可得sinθ＝H/L，将该两式代入式(3)即可找出待测物10的上下重心位置。
[0068] 综上，通过式(1)、(2)、(3)，则可以获得重心位置O与选取的E、F点的前后、左右距离，与底部的高度距离，故能够确定待测物10的重心位置O。
[0069] 该实施例中的重心测量装置仅通过支撑部件、压力检测元件以及升降装置即可获得待测物10的重心位置，结构较为简单，设计和生产的成本较低，操作便利，且适用范围较广，能够测量任意形状物体的重心，且不受物体质量分布的影响。
[0070] 需要说明的是，上述实施例中，压力检测元件为设于弹性件22上的压力传感器，实际上，也可以设置位移传感器，通过检测弹性件22的位移间接检测支撑点处的压力，位移传感器可以设置在弹性件22上，也可以设置在支撑平台21上，且不需要与支撑点的位置对应，能够获得弹性件22的变形量即可。检测一支撑点处压力的压力检测元件可以包括多组压力传感器，能够提高检测的精度，比如，取平均值或是去除异常压力值。
[0071] 另外，上述实施例中，在各支撑点处均设置了压力检测元件，由力矩平衡原理可知，用于检测各支撑点处的压力。实际上，也可以检测N-1个支撑点处的压力，比如仅在N-1个支撑点处设置压力检测元件，此时，计算前后、左右以及上下重心位置时，未设置压力检测元件的支撑点可以作为力矩平衡的支点，则即使不获得该支撑点处的压力，也可以获取待测物10的重心位置，该种设置方式能够减少传感器的布置，降低成本，当然，该种情况下待测物10的重力需要通过其他方式测量，优选适用于已知待测物10质量或重量的情况。然而，在各支撑点处均设置压力检测元件使得重心位置的计算更为方便，建立力矩平衡方程时，可以任意选取支点，且能够通过各支撑点处的压力获得待测物10的重力，以便重心位置的计算。
[0072] 另外，上述实施例中，将支撑点设置于支撑平台21的四角处，且支撑平台21呈方形，结合图5-7和上述计算过程可以看出，压力检测元件的该种布置方式易于建立力矩平衡方程，在AB方向，A点和C点、B点和D点的力臂相等，在BD方向，A点和B点、C点和D点的力臂相等。
[0073] 上述实施例中，升降装置包括升降台231和伸缩油缸232，升降台231用于托起待测物10，升降台231即升降装置的顶端。实际上，也可以不设置升降台231，保证伸缩油缸232缩回时，升降装置的顶端低于或等于支撑平台21上表面的高度；伸缩油缸232伸出且待测物10的一端位于升降装置的顶端时，升降装置的顶端能够抬起待测物10的一端，即可满足需求。比如，直接通过伸缩油缸232的端部顶起待测物10，还可以设置多组伸缩油缸
232，多组伸缩油缸232共同抬起待测物10，此时，伸缩油缸232的上端部即为升降装置的顶端。伸缩油缸232伸出时能够简单且可靠地实现抬起待测物10的目的，缩回后，可以进行下一次的重心测量。
[0074] 升降装置除了可以采用伸缩油缸232，还可以是相配合的丝杠、丝母等结构，并采用电机驱动，升降装置还还以包括其他结构的升降件和驱动装置。比如，使得升降件与支撑平台21铰接，铰接轴线沿水平面延伸，即升降件能够在竖直平面内转动；升降件处于水平状态时，升降件的最高高度低于或等于支撑平台21上表面的高度；使待测物10的一端位于升降件上，驱动装置驱动升降件由水平状态转动至竖直状态时，升降件能够抬起待测物10的一端，即升降件处于竖直状态时，其高度高于水平状态时的高度，升降件与待测物10接触的表面可以平滑并呈一定的弧度，以免在抬起待测物10的过程中造成待测物10的磨损。该种升降装置能够处于水平状态且位于支撑平台21内，则升降装置不会占据较多的竖直方向的空间，从而适用于重心较低的支撑平台21，或是现有的地磅设备。可以想到，设置的升降装置可以设置于支撑部件上，也可以独立于支撑部件，设置于支撑部件上使得整个重心测量装置结构更为紧凑。
[0075] 此外，通过上述实施例的描述可以想到，支撑部件可以是地磅，即将重心测量功能集成于地磅上，在地磅上安装升降装置，并在四角处设置压力检测元件即可，通常地磅的形状是方形。
[0076] 以上对本发明所提供的一种重心测量装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
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