质心测量方法及质心测量装置

1.本发明属于质心测量技术领域，具体涉及一种质心测量方法及质心测量装置。


背景技术：

2.质量中心简称质心，指物质系统上被认为质量集中于此的一个假想点。质心位置在工程上有重要意义，例如要使起重机保持稳定，其质心位置应满足一定条件；飞机、轮船、车辆等的运动稳定性也与质心位置密切相关；此外，若高速转动飞轮的质心不在转动轴线上，则会引起剧烈振动而影响机器正常工作和寿命。
3.目前，质心测量方式的主要代表是悬吊法，悬吊法的原理是：通过被测物体悬挂点的垂线必然经过质心。根据这一原理，利用两根吊绳、一个标记板和一个铅锤就可进行测量，具体操作方式为：在待测物上安装质心梁，利用两根钢筋绳穿过两个质心梁后悬挂于一点，使之自然下垂，其悬挂点向下的投影点必然经过被测物体的质心，经过多次悬吊位置的变化即可确定质心的空间位置，测量方式比较简单。
4.但是，悬吊法的局限性也是不可忽视的，对于一些不规则、表面圆滑的物体来说，安装质心梁等手段操作比较复杂，悬吊待测物的难度非常大，导致测量过程难以实现。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种质心测量方法及质心测量装置，旨在解决采用悬吊法测量物体质心局限性大的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.第一方面，提供一种质心测量方法，包括如下步骤：
8.将用于支撑待测物的承载平台分为沿第一水平方向分布的多个承载区域；
9.定义在待测物第一侧接触所述承载平台时能形成的至少两种不同的姿态为第一姿态组，定义待测物第二侧接触所述承载平台时能形成的至少两种不同姿态为第二姿态组；
10.根据每个所述承载区域所承受的重力组成沿竖直方向且分别对应所述第一姿态组中多个姿态的多个第一空间平行力系，对于同一个竖直参考面上分别形成对应于所述第一姿态组中多个姿态的多个与所述竖直参考面垂直且包含质心的第一剖切面，所述第一剖切面为对应所述第一空间平行力系的中心面与待测物相交的面，其中，所述竖直参考面平行于所述第一水平方向，所述第一空间平行力系的中心面垂直于所述竖直参考面；
11.与不同所述第一空间平行力系分别对应的多个所述第一剖切面的交线为第一质心线，所述第一质心线与所述待测物第一侧垂直，且平行于所述竖直参考面；
12.根据每个所述承载区域所承受的重力组成沿竖直方向且分别对应所述第二姿态组中多个姿态的多个第二空间平行力系，对于同一个竖直参考面上分别形成对应于所述第二姿态组中多个姿态的多个与所述竖直参考面垂直且包含质心的第二剖切面，所述第二剖切面为对应所述第二空间平行力系的中心面与待测物相交的面，其中，所述第二空间平行
力系的中心面垂直于所述竖直参考面；
13.与不同所述第二空间平行力系分别对应的多个所述第二剖切面的交线为第二质心线，所述第二质心线与所述待测物第二侧垂直，且平行于所述竖直参考面；
14.获取所述第一质心线和所述第二质心线的交点，所述交点即为待测物的质心。
15.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述竖直参考面垂直于所述承载平台的台面。
16.本技术实施例所示的方案，与现有技术相比，利用承载平台托举待测物，并通过对承载平台的区域划分进行不同姿态下平行力系的测量，根据由重力组成的平行力系的中心面经过质心的原理，通过测量不同姿态下平行力系的剖切面，通过剖切面的交线获得质心线，通过质心线的交点最终能获得质心的位置。本技术的质心测量方法无需对待测物进行悬吊，也无需对待测物施加各种不同的作用力，通过测量待测物对承载平台压力的方式即可实现质心的测量，测量方式简单，对于测量环境和待测物形状几乎没有要求，适用范围广泛，测量结果准确可靠。
17.第二方面，本发明实施例还提供了一种质心测量装置，用于实现上述的质心测量方法，包括：
18.底座；
19.多个测量单元，沿第一水平方向设于所述底座，每个所述测量单元形成所述承载区域，所述测量单元用于获取待测物施加在所述承载区域上所承受的重力：以及
20.摄像单元，镜头朝向所述承载平台，所述摄像单元用于获取待测物的姿态数据。
21.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述质心测量装置还包括标定单元，所述标定单元包括至少一个第一标定光源，所述第一标定光源用于发出与所述第一剖切面或所述第二剖切面重叠的标定光束，所述摄像单元能捕捉所述第一标定光源发出的标定光束的图像。
22.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述测量单元包括沿第二水平方向设置的横杆、设于所述横杆和所述底座之间的支撑架及设于所述支撑架的受力传感器，所述第二水平方向垂直于所述第一水平方向，所述受力传感器用于感测所述支撑架受到的竖向压力。
23.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，
24.所述支撑架包括竖向设置的竖杆以及斜向设置的第一斜杆和第二斜杆，所述竖杆、所述横杆、所述第一斜杆和所述第二斜杆均平行于同一竖直平面；
25.所述竖杆的底端、所述第二斜杆的下端和所述底座于第一轴线处转动连接，所述竖杆的顶端、所述横杆的一端和所述第一斜杆的上端于第二轴线处转动连接，所述第一斜杆的中心和所述第二斜杆的中心于第三轴线处转动连接，其中所述第一轴线、所述第二轴线和所述第三轴线均平行于所述第一水平方向；
26.所述第二斜杆的上端与所述横杆的下侧面滑动接触，所述第一斜杆的下端与所述底座的上表面滑动接触；
27.所述受力传感器用于感测所述竖杆受到的竖向压力。
28.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述第一斜杆的下端与所述第一轴线处于同一水平面。
29.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述竖杆通过铰接座与所述底座连接，所述底座的上表面为与所述第一轴线和所述铰接座的底面分别对应的阶梯面。
30.本技术实施例所示的方案，与现有技术相比，利用多个测量单元形成的承载平台托举待测物，并通过对不同测量单元所承受的重力的测量实现不同姿态下平行力系的测量，根据由重力组成的平行力系的中心面经过质心的原理，通过测量不同姿态下平行力系的剖切面，通过剖切面的交线获得质心线，通过质心线的交点最终能获得质心的位置。本技术的质心测量装置无需对待测物进行悬吊，也无需对待测物施加各种不同的作用力，通过测量待测物对承载平台压力的方式即可实现质心的测量，测量方式简单，对于测量环境和待测物形状几乎没有要求，适用范围广泛，测量结果准确可靠。
附图说明
31.图1为本发明一实施例提供的质心测量装置的主视结构示意图；
32.图2为图1的俯视图，其中未显示位于上方的摄像单元；
33.图3为采用本发明一实施例的质心测量方法进行第一姿态组中其中一个姿态的第一剖切面的原理示意图；
34.图4为采用本发明一实施例的质心测量方法通过第一姿态组中两个不同姿态获取第一质心线的原理示意图；
35.图5为采用本发明一实施例的质心测量方法中其中一个状态下第一剖切面的示意图，图中待测物中的阴影部分为该第一剖切面与待测物交叠的区域；
36.图6为采用本发明一实施例的质心测量方法通过第一质心线和第二质心线获取质心的原理示意图；
37.图7为采用本发明一实施例进行质心测量的待测物的俯视结构示意图；
38.图8为采用本发明一实施例进行第一剖切面和第二剖切面计算的原理图；
39.图9为本发明另一实施例提供的质心测量装置的主视结构示意图，其中未显示摄像单元、标定单元和质心线标定单元；
40.图10为横杆受到的分布载荷的示意图；
41.图11为单个测量单元的受力分布图；
42.图12为横杆的受力图；
43.图13为第二斜杆的受力图；
44.图14为横杆、竖杆和第二斜杆交汇处的受力图。
45.附图标记说明：
46.1(1a，1b)、待测物；110、方位标记；
47.2、承载平台；210、承载区域；
48.3、竖直参考面；
49.4(4a，4b)、第一空间平行力系；410(410a，410b)、第一剖切面；
50.5、第一质心线；
51.7、第二质心线；
52.8、质心；
53.9、底座；
54.10、测量单元；1010、受力传感器；1020、竖杆；1030、横杆；1040、第一斜杆；1050、第二斜杆；1060、铰接座；
55.11、摄像单元；
56.12、标定单元；1210、标定光源；
57.14、限位件。
具体实施方式
58.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
59.请一并参阅图3至图6，现对本发明提供的质心测量方法进行说明。所述质心测量方法，包括如下步骤：
60.将用于支撑待测物1的承载平台2分为沿第一水平方向(如图2中的直线箭头所示的方向为第一水平方向)分布的多个承载区域210；
61.定义在待测物1第一侧接触承载平台2时能形成的至少两种不同的姿态为第一姿态组，定义待测物1第二侧接触承载平台2时能形成的至少两种不同姿态为第二姿态组；
62.根据每个承载区域210所承受的重力组成沿竖直方向且分别对应第一姿态组中多个姿态的多个第一空间平行力系4，对于同一个竖直参考面3上分别形成对应于第一姿态组中多个姿态的多个与竖直参考面垂直且包含质心的第一剖切面410，第一剖切面410为对应第一空间平行力系4的中心面与待测物1相交的面，竖直参考面3平行于第一水平方向，第一空间平行力系4的中心面垂直于竖直参考面3；
63.与不同第一空间平行力系4分别对应的多个第一剖切面410的交线为第一质心线5，第一质心线5与待测物1第一侧垂直，且平行于竖直参考面3；
64.根据每个承载区域210所承受的重力组成沿竖直方向且分别对应第二姿态组中多个姿态的多个第二空间平行力系，对于同一个竖直参考面上分别形成对应于第二姿态组中多个姿态的多个与竖直参考面垂直且包含质心的第二剖切面，第二剖切面为对应第二空间平行力系的中心面与待测物1相交的面，其中，第二空间平行力系的中心面垂直于竖直参考面；
65.与不同第二空间平行力系分别对应的多个第二剖切面的交线为第二质心线7，第二质心线7与待测物1第二侧垂直，且平行于竖直参考面3；
66.获取第一质心线5和第二质心线7的交点，该交点即为待测物的质心8。
67.需要说明的是，本实施例中待测物1的第一侧和第二侧指的是待测物1的两个不同侧面，可以是相邻两侧、相对两侧等，对于第一侧和第二侧的选取根据待测物1的实际形状确定。基于此，待测物1以第二侧接触承载平台2实际是相对于其以第一侧接触承载平台2的方式在竖直平面内进行了翻转，如图5及图6所示；同时，在待测物1以同一侧接触承载平台2的前提下，不同的姿态变化实际是待测物1在承载平台2的台面内进行旋转，如图4所示。
68.另需说明的是，为了方便示出空间平行力系，本技术将实际应当垂直于纸面的空间平行力系投影到平行于纸面的平面，如图3、图4及图8所示，但不应理解为空间平行力系实际是在平行于纸面的平面上分布的。
69.另外，本技术中的术语“中心面”指的是含平行力系中心且与各力作用线方向平行的平面。对于由物体的重力组成的平行力系，其平行力系中心即为重心，包含重心的任一竖直面均为中心面。
70.本实施例提供的质心测量方法，与现有技术相比，利用承载平台2托举待测物1，并通过对承载平台2的区域划分进行不同姿态下平行力系的测量，根据由重力组成的平行力系中心面经过质心的原理，通过测量不同姿态下平行力系的中心面即可获得对应的剖切面，通过剖切面的交线获得质心线，通过质心线的交点最终能获得质心的位置。本技术的质心测量方法无需对待测物1进行悬吊，也无需对待测物1施加各种不同的作用力，通过测量待测物1对承载平台2压力的方式即可实现质心的测量，测量方式简单，对于测量环境和待测物形状几乎没有要求，适用范围广泛，测量结果准确可靠。
71.请一并参阅图8，本实施例通过平行力系获取剖切面等参数的原理如下：
72.建立三维坐标系(x，y，z)，其中，x轴垂直于竖直参考面3，y轴平行于承载平台的台面及竖直参考面3，z轴垂直于承载平台的台面且平行竖直参考面3，z轴的正向为重力的方向；
73.第一剖切面410或第二剖切面的y坐标为：
[0074][0075]
p(x，y)是接触压力分布函数，ω是接触压力函数作用域，xmax和xmin分别是作用域横坐标的上下限，ymax和ymin分别是作用域纵坐标的上下限，y是微面积da的纵坐标，其中
[0076][0077]
在坐标系确定的情况下，平行移动待测物1的位置会改变yc，但不会改变剖切面；绕质心转动待测物1的位置不会改变yc，但会改变剖切面；绕其他点转动待测物1的位置既会改变yc也会改变剖切面。通过上述计算公式，即可获得各个剖切面的位置信息，最终可计算获得多个多个剖切面的交线。
[0078]
在一些实施例中，为了在待测物1的第一侧接触承载平台的情况下获取待测物1的姿态变化信息，可在待测物1上设置方位标记110，方位标记110可采用待测物1的轮廓形成，适用于待测物1的轮廓具有特殊性、不对称性的情况；也可在待测物1的表面形成多个标记点，如图7所示；又或者在待测物1表面形成具有方位指向性的图案。具体的实施方式能满足方位标定的需求即可，在此不再一一列举。
[0079]
在准确获取姿态变化信息的基础上，可以将不同姿态对应的第一剖切面410或第二剖切面在同一坐标系内进行准确定位，方便计算多个第一剖切面410的交线和多个第二剖切面的交线。
[0080]
为了降低计算难度，采用如图3至图6所示的方式，竖直参考面3垂直于承载平台2的台面。
[0081]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供一种质心测量装置，用于实现上述的质
心测量方法，参阅图1至图6及图8，所述质心测量装置包括底座9、测量单元10和摄像单元11；测量单元10设有多个，多个测量单元10沿第一水平方向设于底座9，每个测量单元10形成承载区域210，多个承载区域210配合形成承载平台2，测量单元10用于获取待测物1施加在承载区域210上所承受的重力f：摄像单元11的镜头朝向承载平台2，摄像单元11用于获取待测物1的姿态数据。
[0082]
本实施例提供的质心测量装置，与现有技术相比，利用多个测量单元10形成的承载平台2托举待测物，并通过对不同测量单元10所承受的重力的测量实现不同姿态下平行力系的测量，根据平行力系中心线经过质心的原理，通过测量不同姿态下平行力系的中心线即可获得对应的剖切面，通过剖切面的交线获得质心线，通过质心线的交点最终能获得质心的位置。本技术的质心测量装置无需对待测物1进行悬吊，也无需对待测物1施加各种不同的作用力，通过测量待测物1对承载平台2压力的方式即可实现质心的测量，测量方式简单，对于测量环境和待测物1形状几乎没有要求，适用范围广泛，测量结果准确可靠。
[0083]
具体实施时，摄像单元11在垂直于竖直参考面3的方向进行图形拍摄，本实施例中的摄像单元11可连接于机械手、滑移结构等装置，以便根据实际使用需求调整摄像位置。
[0084]
在一些实施例中，参阅图1及图2，质心测量装置还包括标定单元12，标定单元12包括至少一个标定光源1210，标定光源1210用于发出与第一剖切面410或第二剖切面重叠的标定光束，摄像单元11能捕捉标定光源1210发出的标定光束的图像，继而能在图像中直接呈现不同剖切面的位置，方便操作人员直接观测剖切面的位置。
[0085]
对于标定光源1210的具体设置方式在此进行举例说明，标定单元12可采用灯排形式，包括沿第一水平方向设置的多个标定光源1210，可以通过不同位置的标定光源1210标定不同的剖切面；或者，标定单元12具有一个标定光源1210，在测量单元10旁侧设置滑移结构，滑移结构能带动标定光源1210沿第一水平方向移动，继而实现对不同剖切面的标定。
[0086]
上述实施例通过第一标定光源1210形成第一剖切面410和第二中心线的影像，使摄像单元11能够将第一剖切面410和第二中心线分别捕捉到各自的待测物1姿态图像中，在同一个坐标系中进行图像的叠加即可快速获取对应交点位置，提高测量的直观性和快捷性。
[0087]
为了实现受力测量并对待测物1提供支撑，一些实施例中的测量单元10包括沿第二水平方向(如图1中的空心箭头所示)设置的横杆1030、设于横杆1030和底座9之间的支撑架及设于支撑架的受力传感器1010，其中，第二水平方向垂直于第一水平方向，受力传感器1010用于感测支撑架受到的竖向压力，根据该竖向压力获得该测量单元所承受的重力。
[0088]
在一些实施例中，参阅图1、图5、图6及图8，支撑架包括竖向设置的竖杆1020以及斜向设置的第一斜杆1040和第二斜杆1050，第二水平方向垂直于第一水平方向，竖杆1020、横杆1030、第一斜杆1040和第二斜杆1050均平行于同一竖直平面；竖杆1020的底端、第二斜杆1050的下端和底座9于第一轴线处转动连接，竖杆1020的顶端、横杆1030的一端和第一斜杆1040的上端于第二轴线处转动连接，第一斜杆1040的中心和第二斜杆1050的中心于第三轴线处转动连接，其中，第一轴线、第二轴线和第三轴线均平行于第一水平方向；第二斜杆1050的上端与横杆1030的下侧面滑动接触，第一斜杆1050的下端与底座9的上表面滑动接触；受力传感器1010连接于竖杆1020，并用于感测竖杆1020受到的竖向压力。
[0089]
本实施例的测量单元10均采用杆状构件，在第一水平方向上具有更小的尺寸，继
而保证承载区域210划分的密集性，使得同一个平行力系中能包含数量更多的平行力，有利于提升中心线计算的准确性。
[0090]
另外，本实施例的测量单元10中，横杆1030受压后测量单元10整体不变形，并且横杆1030所承受的压力f(即所承受的重力)与竖杆1020所承受的竖向压力f’相等，可见对于压力f’数值的测量即为对所承受的重力的测量，该数值的测量通过连接于竖杆1020的受力传感器1010实现。
[0091]
本实施例示例性的将受力传感器1010示出为应变片式的传感器，其贴装在竖杆1020上。当然，受力传感器1010还可设置在竖杆1020和底座9之间，直接感测竖杆1020所受压力。需要理解的是，受力传感器1010的设置方式不限于上述举例方式，能满足对竖杆1020所受竖向压力的测量需求即可，在此不再一一列举。
[0092]
为了保证对竖杆1020竖向压力测量的精确性，参阅图1、图5、图6及图8，第一斜杆1040的下端与第一轴线处于同一水平面。
[0093]
在上述实施例的基础上，竖杆通过铰接座1060与底座9连接，底座9的上表面为与第一轴线和所铰接座1060的底面分别对应的阶梯面。本实施例通过交铰接座1060使竖杆1020的安装较为方便，通过具有阶梯面的底座9，满足对测量精确性的需求，也使底座9的结构最简化，提高使用便捷性。
[0094]
当然，对于测量单元10的具体设置方式并不限于上述列举的方式，在此对其余方式中的一种进行举例说明：测量单元10包括竖向设置的竖杆和水平设置的承托杆，承托杆的中部固定连接于竖杆的顶端，竖杆的底端与底座9之间的受力传感器为压力传感器，通过压力传感器直接感测所承受的重力。其余实施方式在此不再一一列举，能满足测量需求即可。
[0095]
将上述实施例的测量单元10可简化为如图10所示结构，其中ad表示横杆1030，ab表示竖杆1020，ae表示第二斜杆1050，bd表示第一斜杆1040，。基于此结构，对前述的公式(1)和公式(2)进行说明，即在y处测得竖杆1020的竖向压力q(y)等于此处沿x方向接触压力p(x，y)之和，过程如下：
[0096]
如图10所示，ad杆受到分布载荷p(x)，证明ab杆受的压力为
[0097]
以单个测量单元10为研究对象，其受力图见图11，假设ad和be的长度都是l，be和ae之间夹角为θ。距离a点x处受到微小力p(x)dx，f
bx
、f
by
和f
ey
是约束反力，力系平衡方程有：
[0098]
→
：f
bx
＝0；
[0099][0100]
解得：
[0101][0102]
ad的杆的受力图见图12，f
a2x
和f
a2y
支座约束反力的两个分量；f
d2y
是支持力。力系平衡方程有：
[0103][0104]
解得：
[0105][0106]
ae的杆的受力图见图13，f
a3x
和f
a3y
是销钉a施加作用力的两个分量。f
cx
和p
cy bd施加作用力的两个分量。对c点列力矩平衡方程：
[0107][0108]
销钉a的受力图见图14，假设在微小力p(x)dx作用下ab杆受到的压力为df1。力系平衡方程有：
[0109]
→
：f
a2x-f
a3x
＝0；
[0110]
↑
：df
1-f
a2y-f
a3y
＝0.
ꢀꢀꢀ
(8)
[0111]
联合式(4)、(6)、(7)和(8)解得：
[0112]
df1＝p(x)dx.
ꢀꢀꢀ
(9)
[0113]
因此，在p(x)的作用下，ab杆受的压力q为：
[0114][0115]
在一些实施例中，为了实现对待测物1不同姿态的定位可采用如图9所示的结构，在承载平台2的周向分别设置限位件14(例如限位板)，限位件14具有竖直设置的限位面，且限位件14能在驱动结构的带动下沿水平方向移动，继而通过在待测物1的两侧或多侧与待测物1接触而实现限位。需要说明的是，由于限位面为竖直且光滑的平面，限位件14本身并不会对待测物1产生承托作用力、压力或明显的摩擦力，不会影响测量单元10对压力的感测。
[0116]
在上述实施例的基础上，限位件14所连接的驱动结构不仅能在水平方向上调节限位件14的位置，还能在竖直方向上调节限位件14的高度，继而能根据待测物1的不同形状和不同摆放位置调节限位件14的位置，也能避免与待测物1之间产生不必要的干涉。
[0117]
对于限位件14的具体使用方式，举例来说，以9的视角为例，在测量单元10的左右两侧分别设置限位件14，由于待测物1外周比较圆滑，自身难以形成稳定的支撑，通过在待测物1的左右两侧通过限位件1进行限位，继而使待测物1能保持预设的姿态，提高使用便捷性。
[0118]
采用本技术的质心测量装置实施质心测量方法的步骤具体如下：
[0119]
1)选取垂直于承载平台2的平面作为竖直参考面3，竖直参考面3以位于待测物1一侧、不与待测物1发生干涉为宜；摄像单元11向下拍摄(如图1所示)，同时，在待测物1上设置三个呈三角形分布的点状方位标记110；
[0120]
2)将待测物1a的第一侧贴合承载平台2放置，此时的姿态为第一姿态组中的姿态一(如图3及图5所示)，在待测物1放置平稳后获取各个测量单元10在竖直参考面3内所承受的重力f，这些重力组成第一空间平行力系4a，第一空间平行力系4a为平面平行力系；
[0121]
3)计算第一空间平行力系4a的第一剖切面410a，并通过第一标定光源1210在生成红色的标定光束(例如红色激光光束)，该标定光束即代表第一剖切面410a，位于上方的摄像单元11同时获取此时的待测物和该标定光束的叠加影像(如图3所示)；
[0122]
4)平行于承载平台2台面对待测物1a进行旋转，使其旋转到同属于第一姿态组的姿态二，即图4中的待测物1b，重复上述步骤2)～3)，使位于上方的摄像单元11获取此时的待测物和该标定光束的叠加影像(如图4所示)；
[0123]
5)计算第一剖切面410a和第一剖切面410b的交线，得到即第一质心线5；
[0124]
6)将待测物1在竖直平面内进行旋转，使其第二侧贴合承载平台2放置，如图6所示，此时的姿态为第二姿态组中的姿态三，随后重复上述步骤2)～3)，获取姿态三对应的待测物和该标定光束的叠加影像；
[0125]
7)平行于承载平台2台面对待测物1进行旋转，使其旋转到同属于第二姿态组的姿态四，重复上述步骤2)～3)，获取姿态三对应的待测物和该标定光束的叠加影像；
[0126]
8)计算两种姿态下对应的两个第二剖切面的交线，得到第二质心线7；
[0127]
9)计算第一质心线5和第二质心线7在同一三维坐标系内的交点，即获得质心8的位置数据；
[0128]
10)通过电脑等终端生成待测物1和质心8的三维图像。
[0129]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。