用于全向定位物体的设备.pdf

定位设备(2)允许定位或定向球形的物体(3)。该球形物体在重力作用下被放置和保持在定位设备(2)的三个支撑点(P，P’，P”)上。定位设备(2)包括用于使物体旋转的装置，该物体在任何位置或方位上的重心都落在由三个支撑点构成的三角形内。驱动装置包括驱动构件(20，21，22)，其与物体或球形元件的外表面的接触点构成定位设备的一个支撑点(P)。驱动构件包括驱动轮(10)，其与球形物体的外表面相接触以使该球形物体旋转。该驱动轮的旋转轴安装在能够围绕另一个轴旋转的支撑物(22)的末端，该另一个轴穿过驱动轮与球形物体的外表面的接触点(P)和该物体的中心。因此该驱动构件允许物体通过轮子全向地旋转。其它两个支撑点(P’，P”)使用两个球窝接头(30，40)形成，其中球窝接头的球在该球窝接头的壳体中被保持在气垫上。

1.  一种用于全向定位物体(3)的设备(2)，所述物体被配置为至少一部分采用球形圆顶的形状，其通过重力放置并保持在所述定位设备(2)的三个支撑点(P，P’，P”)上，所述定位设备包括：用于驱动所述物体旋转的装置，其中所述物体在任何位置或方位上的重心都在由所述三个支撑点形成的三角形内，所述驱动装置包括诸如轮子的驱动构件(20，21，22)，所述驱动构件与所述球形圆顶的外表面的接触点形成所述定位设备的一个支撑点，所述构件被配置为在所述定位设备上全向地驱动所述物体，其特征在于，所述定位设备的其它两个支撑点的每一个都由球窝接头(30，40)形成，其中所述球窝接头的球(31)被放置成在所述球窝接头的端部壳体(32)内自由旋转，以使所述球的一部分从所述壳体的孔中露出以与球形元件(3)的外表面相接触。

2.  根据权利要求1所述的定位设备(2)，其特征在于，所述驱动构件(20)是与所述球形圆顶的外表面接触以驱动所述圆顶旋转的轮(21)，所述轮的旋转轴安装在沿着另一个轴旋转的支撑物(22)的末端，其中，所述另一个轴穿过所述轮子在所述物体的外表面上的接触点和所述球体的中心，所述球体的中心由所述物体的球形圆顶形状部分限定以在每个方向通过所述轮对所述物体施加旋转。

3.  根据权利要求1所述的定位设备(2)，其特征在于，容纳所述球的所述球窝接头的一部分是喷嘴，用于引入压缩空气，以使得所述球在所述壳体中被保持在气垫上。

4.  根据权利要求2所述的定位设备(2)，其特征在于，所述轮采用滑轮的形式，其在所述滑轮的环形槽中有橡胶环。

5.  根据权利要求2所述的定位设备(2)，其特征在于，在靠近所述驱动构件的所述轮的支撑物上安装有气动电机(23)，以驱动所述轮绕着其旋转轴旋转。

6.  根据权利要求1所述的定位设备(2)，其中所述物体是放置在所述三个支撑点(P，P’，P”)上的球形元件(3)，其特征在于，在所述球形元件的上方并与其相接触地提供附加压力球窝接头，以增加所述球形元件在所述三个支撑点上的重量。

7.  根据权利要求6所述的定位设备(2)，其特征在于，所述附加压力球窝接头包括：滑入压缩空气管道以在所述球形元件上产生恒力的球。

用于全向定位物体的设备
技术领域
本发明涉及用于全向定位物体的设备。该物体被配置为至少一部分采用球形圆顶的形状，并放置在定位设备上。具有球形圆顶的物体通过重力保持在定位设备的三个支撑点上。该定位设备还包括用于驱动该物体旋转的装置。该物体在任何位置或方位上的重心都在由三个支撑点形成的三角形内。
背景技术
定位设备，特别是用于测量发射天线的辐射图的系统的定位设备，其用途是已知的。该定位设备例如能够相对于具有接收机设备的已知特征的固定接收天线，全向地定向发射天线。与数据处理站相连接的接收机设备可在远处的发射天线的每个位置或方位上获得由该发射天线产生的电磁场。这样，处理站可确定发射天线的辐射图，从而确定所述天线的特征。
待测量的发射天线可放置在球形元件中，这样该球形元件可通过重力保持在例如定位设备的三个支撑点上。现有技术的定位设备包括三个驱动轮。每个轮在球形元件的外表面上的接触构成三个支撑点中的一个。这些驱动轮可以是小型轮胎，每一个由诸如压缩空气涡轮机或电机的驱动轮启动。所述轮的驱动使与这些轮接触的球形元件在三个方向上任意旋转。
由于使用三个驱动轮，现有技术的定位设备存在一些缺点。事实上，当三个驱动轮旋转时，其传递到球形元件的运动包括与支撑点(即三个接触点)相切的运动。该运动是三个轮摩擦力的结果。换句话说，这些轮大部分时间在运动的球形元件的外表面上打滑。这样的效果是使球形元件以无秩序的方式活动。
各种摩擦如同橡胶一样作用在球形元件的外表面上，使球形元件的外表面变脏。由于在某些情况下，球体的切向运动完全与一个轮的方位垂直，因此，这意味着球形元件围绕其原点跳动。这种球体中心的瞬间偏差导致在发射天线的测量位置或方位上的误差，这构成了一个缺点。另外，在各种跳动中，球形元件可能失去平衡，并有明显的沿其质心后退的趋势。这导致在行进的位置上缺少同质性。
美国专利第3441936号描述了一种用于定位球形元件的设备，其中在该球形元件中可放置发射天线。这个球形元件通过重力保持在定位设备的三个驱动轮上，这些驱动轮能够在任何方向上定位发射天线。当一个驱动轮被驱动时，为了移动球形元件，球形元件在其它两个驱动轮上打滑或跳动。这意味着不能保证发射天线的正确定位，这是一个缺点。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于全向定位物体的设备，其能克服上述的现有技术的缺陷。
因此，本发明涉及上述的用于全向定位物体的设备，其包括独立权利要求1的特征。
定位设备的具体实施例在从属权利要求2至7中定义。
根据本发明的定位设备的一个优点是：只有一个驱动构件用于驱动放置在三个支撑点上的物体旋转。该驱动构件可沿着该驱动构件的方位在任何方向上任意地驱动该物体，优选地，该物体是球形元件。
有利地，驱动构件包括：与球形元件的外表面相接触的轮和用于该驱动轮的支撑物。该轮的旋转轴安装在支撑物的末端，该支撑物能够沿着穿过该轮在球形元件的外表面上的接触点和球形元件的中心的另一个轴旋转。该轮能够像滑轮一样配置，在滑轮的一个环形槽内放置有橡胶环，该橡胶环与球形元件的外表面相接触。支撑物可旋转地安装在定位设备的机械结构上，驱动轮可由诸如空气压缩涡轮机或电机的压缩空气装置驱动旋转。
附图说明
在以下参照附图的描述中，用于定位物体的设备的目的、优点和特征将更加清楚，其中：
图1在横截面上部分地示出根据本发明的定位设备的一部分，其中在该定位设备上放置球形物体；
图2示出具有根据本发明的定位设备的支撑点的位置的球形物体；
图3a和3b示出根据本发明的定位设备的球窝接头的部分纵向截图和顶视图；
图4以简化的方式示出构成用于测量发射天线的辐射图的系统的各种元件，其中所述系统包括根据本发明的定位设备。
具体实施方式
在下面的描述中，对于本领域的普通技术人员已知的定位设备的所有元件只以简要的方式进行说明。在定位设备上放置的物体可以是灯、扬声器、指示器、装饰物或艺术品、用于电子设备的支撑物或任何其它物体。该物体包括采用球形圆顶的形式的至少一部分，其可放置并保持在定位设备上。
图1示出定位设备2的主要元件，其中在定位设备2上，具有球形圆顶3的物体可放置在三个支撑点P、P’、P”上。优选地，该物体是中空球形元件，其作为电子设备的支撑物。
安装在机械结构上的定位设备2包括驱动构件20和两个球窝接头30(图1中只有一个可见)，其中驱动构件20与球形元件的外表面相接触以形成第一个支撑点P。这些球窝接头将在下面参照图3a和3b进行说明。每一个球窝接头的球31与球形元件的外表面相接触，以形成定位设备的其它两个支撑点P’和P”。该驱动构件被配置以使其可在定位设备上全向地任意旋转球形元件3。
如图2所示，三个支撑点P、P’、P”可被均匀地间隔以形成三角形(例如等边三角形)的三个顶点，其中优选地，三角形水平地设置。当然，球形元件3的重心必须在等边三角形内的任意位置，以便保持在定位设备上。优选地，每一个支撑点之间的间隔必须大于球形元件的半径，并小于所述球形元件半径的1.5倍。
驱动构件20由轮21构成，其与球形元件的外表面相接触以驱动所述元件旋转。轮可包括环形元件，该环形元件由橡胶制成并设置在滑轮的环形槽中，用于驱动球形元件而不会打滑。轮21的旋转轴r1安装在支撑物22或杆的末端。该支撑物22能够沿另一个旋转轴r2旋转，该旋转轴r2穿过轮在球形元件的外表面上的接触点P和所述元件的中心C。支撑物例如经由球形轴承25保持在定位设备的机械结构上，以使支撑物能够沿其旋转轴旋转。这意味着可以在所有方向上通过轮21对球形元件施加任意的旋转。
代替现有技术设备中构成球形元件的三个支撑点的三个驱动轮，单个驱动轮21不再在与球形元件的外表面的接触点上打滑。这允许球形元件3可以用高度同质性任意地描述整体位置空间。优选地，该驱动轮由电机23或压缩空气涡轮机驱动，该电机23或压缩空气涡轮机可直接设置在轮的旋转轴上并固定地保持在支撑物22的末端。当然，电机23也可以收纳在靠近所述轮21的支撑物内，并通过一组齿轮与轮的旋转轴连接。该齿轮组可降低气动电机23的转速。至少一个柔性导管或管道24将压缩空气电机23连接到压缩空气罐(未示出)以输送空气。
另一个压缩空气电机或涡轮机可用于驱动驱动轮21的支撑物22旋转。在这种情况下，支撑物22包括位于与驱动轮21相反的一端的滑轮26。带子27将所述滑轮26连接到由其它电机或涡轮机驱动的至少一个其它滑轮(未示出))或另一组齿轮。通过该设置，支撑物22可被驱动旋转，以使驱动轮21的旋转轴旋转。通过该单个驱动轮，球形元件不再在三个支撑点上跳动。球形元件唯一可被观察到的偏离中心的运动是由于其固有的不圆度和滑轮的晃动造成的，量级在毫米级。
图3a和3b示出定位设备的一个球窝接头30，其用作球形元件的一个支撑点。该球窝接头30通常是圆柱外形，包括用于人造球的壳体32。壳体的大小使得该球可自由地在壳体内转动。壳体可以是球形或圆柱形。优选地，对于自由旋转的球，球窝接头由具有低摩擦系数的非传导材料制成，诸如聚四氟乙烯(Teflon)。
球31的一部分通过球窝接头30中的顶孔从壳体32中露出，以与球形元件的外表面相接触。表示球形元件的一部分重量的力F被施加到球上的支撑点P’。该孔的直径小于球的直径，以使球保持在壳体32内。
对于球形的壳体，球窝接头包括纵向互相匹配的两个部分，以将球限制在壳体内。然而，在圆柱形壳体的情况下，顶孔位于部分关闭壳体的盖子上(未示出)。球窝接头也配置成喷嘴的形式，以将压缩空气经由球窝接头中的管道33正好引入球壳体32中。这样，球在壳体中被保持在气垫上。
如果球形元件3仅放置在两个气流可调控的压缩空气喷嘴上，而第三个支撑点是驱动轮，则容易使球形元件飘浮和旋转。但是，在某些情况下，振动运动使球形元件晃动。元件向喷嘴移近，这增加气压并将该元件稍微喷出。如果局部压力和支撑力减小，则球形元件回落到喷嘴上，然后喷嘴再次将其喷出。因此，使用压缩空气喷嘴，气压需要根据球体的重量进行调控，这由根据本发明的球窝接头解决。一缕压缩空气从围绕球的壳体孔中逸出，其压力取决于球形元件的重量，这避免了简单压缩空气喷嘴的问题。球形元件可在每个方向上被自由地驱动以旋转，而没有波动。
为了克服任何与球形元件在三个支撑点上缺乏平衡相关的问题，可以通过引入额外的球窝接头或者在球体的顶端引入压力球形接头来增加球形元件的重量。该球窝接头可使用在压缩空气管中滑动的球制成，并像弹簧一样产生作用于球形元件的恒力。该正常压力与驱动轮接触的结果使所述轮能够更好地附着。
图4示意性地示出用于测量电子发射机设备4的发射天线4’的辐射图的系统1的全部元件，其中电子发射机设备4包括本发明的定位设备2。为了简化起见，定位设备2在图4中仅用构件20、30、40表示，其通过重力支撑物体，诸如球形元件3。驱动构件20可全向地任意旋转球形元件。
具有发射天线4’的电子设备4被收纳和固定保持在球形元件3内，球形元件3包括通过任何已知方法而上下匹配的两个部分，以限制电子设备。优选地，发射天线4’定位在中空球体的中心附近，用于测量由测量系统的发射天线产生的电磁场。
测量系统还包括具有至少一个用于获得来自发射天线4’的电磁场(RF信号)的接收天线5’的接收机设备5和用于检测在定位设备2上移动的球形元件的位置或方位的装置6。由接收天线获得的与电磁场有关的信号和由检测装置提供的位置信号自动地或按指令传输到数据处理站，其优选地是计算机工作站7。接收机设备5和由数码相机6构成的检测装置能够独立于计算机工作站或经由所述计算机工作站进行供电。
测量系统1的大部分组件被放置在由图1中的标记为8的元件表示的消声室内。这可以阻止发射天线4’所产生的电磁场在可能对发射天线辐射测量不利的障碍物上的任何反射。另外，定位设备2靠近发射天线的部分，即在所述室内的部分，都不能由金属材料制成，这样它们才不会干扰由发射天线产生的电磁场的测量。由塑料或非传导材料制成的定位设备2的驱动装置使用压缩空气进行操作。这些驱动装置可以是电机或压缩空气涡轮机，其通过具有接头的管道连接到压缩空气罐。因而，这些用于沿着两个轴驱动轮和轮支撑物的非金属电机可以放置在发射天线附近。
为了精确地确定球形元件3以及它所包含的且需要被测量的发射天线4’的位置或方位，将特定的图形或者标记10放置在球形元件3的外表面。这些图形和标记由圆形条码组成，每一个圆形条码限定球形元件3在定位设备2上的精确位置。每个圆形条码10可被打印或粘合在球体的外表面，或者通过任何其它方法固定。
例如，有14个不同的圆形条码均匀地分布在球形元件的外表面上。每一个圆形条码被编码成4比特和一个具有不同于球形元件的外表面的颜色的外部定界比特。优选地，球形元件的外表面使用浅色，例如白色，而至少一个附加的外部定界比特使用深色，例如黑色。
为了改善由能够例如每秒拍15个图像的数码相机捕捉的图像，测量系统1还包括各向同性发光设备9。该发光设备9被配置以在球形元件3在数码相机6一侧的至少一半外表面的方向上提供光束L。该发光设备可由一组将光从外部光源导入到球形元件的消音室的表面的光纤构成，该表面对于数码相机可见。
根据上述描述，本领域的普通技术人员在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可设计用于全向定位物体的设备的多个变形。