專利名稱：產生力和扭矩的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及一種提供線性力和/或旋轉扭矩的設備。更具體地說，本發(fā)明涉及一種可用來定位各種不同裝置的設備。在某些應用中可以適用的裝置包括作為例子的籃板、計算機監(jiān)視器、抽屜、門等。
背景技術：
本發(fā)明總體上涉及一種提供線性力和/或旋轉扭矩的設備。更具體地說，本發(fā)明涉及一種可用來定位各種不同裝置的設備。該裝置的一個例子是個人計算機的顯示器。個人計算機和/或顯示器經(jīng)常是直接放在桌子上或電腦架上。但為了增加桌子空間，或者能適應不同操作者的人體工程學的需要，有時候會將計算機監(jiān)視器安放在能升降的結構上。作為選擇，也可將監(jiān)視器安裝在諸如墻壁等平面上，而不是將其放在桌子上或者手推車上。
但在一天當中的不同時間經(jīng)常會有多個操作者使用個人計算機和/或顯示器。在有些場合，一臺計算機和/或監(jiān)視器在一天當中可能會有多人使用，而這些人的體型和偏好不盡相同。由于各人的體形和偏好互不相同，所以為一個人在一種場合下所調節(jié)好的監(jiān)視器或顯示器很可能并不適合于另一個人。例如，對于使用同一臺計算機和監(jiān)視器來說，兒童所需要的身體空間就不同于成年人。
此外，對長時間使用計算機的操作者來說，舒適性尤為重要。操作者可以選擇使用由前一位使用者所留下的監(jiān)視器，而不管不舒適、麻煩和不便，但這臺監(jiān)視器的設置是為其他人優(yōu)化的，所以經(jīng)過長時間的使用之后很可能會對其造成傷害。
此外，隨著監(jiān)視器的尺寸和重量的增加，調節(jié)的方便性需要著重考慮。對于需要頻繁調節(jié)的監(jiān)視器，已經(jīng)使用了與氣動彈簧相連的臂來對監(jiān)視器進行調節(jié)，其中臂鉸接到桌子上或者豎直平面上。但氣動彈簧價格昂貴，并且使用一段時間后會磨損。并且氣動彈簧需要相當大的空間，例如滿足臂長，這在特定應用當中非常重要，如用在醫(yī)院中。
因此，需要這樣一種監(jiān)視器支撐機構，其機構緊湊、制造和維護成本低、可靠性高、調節(jié)方便、可針對多種不同尺寸的監(jiān)視器進行縮放、具有較長行程、并在定位監(jiān)視器時能提供恒定的支撐力。

發(fā)明內容
本發(fā)明總體上涉及一種提供線性力或旋轉扭矩的設備。更具體地說，該設備可用來定位多種不同裝置。根據(jù)本發(fā)明一種典型實施方式的設備包括具有第一導面和第二導面的凸輪，和具有第一滾子的凸輪從動件，其中第一滾子具有與凸輪的第一導面嚙合的第一從動面。第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點可以方便地接觸凸輪的第一導面。
凸輪從動件可以進一步包括第二滾子，第二滾子具有與所述凸輪的第二導面相嚙合的第二從動面。在這種情況下，凸輪從動件還可以包括彈簧構件，該彈簧構件設計成將第一滾子朝著凸輪的第一導面壓迫，并將第二滾子朝著凸輪的第二導面偏壓。作為例子，凸輪從動件可以包括彈簧，該彈簧的第一端連接第一滾子，第二端連接第二滾子。
第一滾子的接觸角可通過第一假想線和假想?yún)⒖季€來定義，其中第一假想線經(jīng)過第一接觸點與第一滾子的中軸線，假想?yún)⒖季€則在第一滾子的中軸線與第二滾子的中軸線之間延伸。凸輪的第一導面可有益地具有連續(xù)變化的斜率和/或連續(xù)變化的曲率半徑，使得第一滾子的接觸角能隨著凸輪從動件沿著凸輪縱軸線的移動而改變。
在優(yōu)選實施方式中，凸輪設計成凸輪從動件沿著凸輪縱軸線的移動能導致彈簧變形，并改變第一滾子的接觸角，從而使得作用在第一滾子上的反作用力的軸向分力的大小能根據(jù)需要的力的分布而改變。在具體的優(yōu)選實施方式中，凸輪設計成凸輪從動件沿著凸輪縱軸線的移動導致彈簧變形，并改變第一滾子的接觸角，從而使得作用在第一滾子上的反作用力的軸向分力的大小能在凸輪從動件的整個運動過程中基本上保持恒定。作為例子，凸輪還可以設計成在凸輪從動件的整個運動過程中，使彈簧的變形量基本上反比于接觸角的三角正切函數(shù)值的相關變化量。
在本發(fā)明的一些應用當中，彈簧的彈性常數(shù)基本上能反映變形量與彈簧力之間的線性關系。在本發(fā)明的其他一些應用當中，彈簧的彈性函數(shù)基本上能反映變形量與彈簧力之間的非線性關系。
根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式，凸輪的凸輪主體具有第一導面、第二導面、和二者之間的縱軸。在有益的應用中，第一導面呈弧形，具有連續(xù)變化的斜率和/或連續(xù)變化的曲率半徑。在特定應用中，凸輪基本上關于縱軸對稱。
有益的是，凸輪從動件可以沿著縱軸線至少在第一位置與第二位置之間移動。當凸輪從動件處于第一位置時，彈簧有利地具有第一變形量；當凸輪從動件處于第二位置時，彈簧具有第二變形量。此外，對第一滾子來說，在凸輪從動件處于第一位置時，其具有第一接觸角；在凸輪從動件處于第二位置時，其具有第二接觸角。
在一個有用的應用當中，第一接觸角可以不等于第二接觸角。在一個有益的應用當中，第二變形量大于第一變形量，第二接觸角小于第一接觸角。在某些應用中，第二變形量大于第一變形量，第二接觸角的三角正切函數(shù)值小于第一接觸角的三角正切函數(shù)值。在這些應用當中，第一變形量與第二變形量的第一比值基本上等于第一接觸角的三角正切函數(shù)值與第二接觸角的三角正切函數(shù)值的第二比值。
在本發(fā)明的其他典型應用中，還包括第一導向件，和設置成沿著第一導向件運動的第一從動子。在某些應用當中，該設備可以包括第二導向件，和設置成沿著第二導向件運動的第二從動子?？梢栽O置彈簧構件將第一從動子與第二從動子朝著彼此相互偏壓。
第一導向件可有益地限定第一弧形軌跡，第二導向件可有益地限定第二弧形軌跡。在特定應用當中，第一弧形軌跡具有連續(xù)變化的斜率和/或連續(xù)變化的曲率半徑。在一個有益的應用當中，第二弧形軌跡基本上為第一弧形軌跡的鏡像。
根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的樞軸機構包括具有第一導面的凸輪，和凸輪從動件。凸輪從動件有益地具有第一滾子，其具有至少在第一接觸點與凸輪第一導面嚙合的第一從動面；和能迫使第一滾子靠在凸輪第一導面上的裝置。第一滾子具有通過第一假想線和假想?yún)⒖季€來定義的接觸角，第一假想線經(jīng)過第一滾子的第一接觸點和中軸線，假想?yún)⒖季€則基本水平。在一個特別有益的應用當中，凸輪的第一導面具有連續(xù)變化的斜率和/或連續(xù)變化的曲率半徑，從而能使第一滾子的接觸角隨著凸輪圍繞其旋轉軸的轉動而發(fā)生改變。
在特定應用中，迫使第一滾子靠在凸輪第一導面上的裝置包含彈簧。凸輪可有益地設計成凸輪圍繞其旋轉軸的轉動導致彈簧變形，并改變第一滾子的接觸角，從而使作用在凸輪上的扭矩大小在凸輪的整個轉動過程中基本上保持恒定。例如，凸輪可設計成凸輪圍繞其旋轉軸的轉動導致彈簧變形，并改變第一滾子的接觸角，從而使作用在凸輪上的扭矩大小在凸輪的整個轉動過程中基本上保持恒定。在一個應用中，在凸輪從動件的整個運動過程中，彈簧的變形量基本上反比于接觸角的三角正切函數(shù)值的相關變化量。
根據(jù)本發(fā)明另外的典型設備包括凸輪構件，該凸輪構件包括限定第一導面的第一凸輪件，和限定第二導面的第二凸輪件。凸輪構件的第一凸輪件和第二凸輪件可有益地彼此作相對運動。
該設備還包括凸輪從動件，凸輪從動件包括第一滾子和第二滾子，第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪構件的第一導面嚙合，第二滾子的第二從動面與凸輪構件的第二導面嚙合。一個彈簧的第一端連接第一滾子，第二端連接第二滾子，該彈簧驅使第一滾子和第二滾子彼此相向。
在特定應用中，凸輪構件的第一凸輪件和凸輪構件的第二凸輪件均與底座構件轉動連接，使得凸輪構件的第一凸輪件與凸輪構件的第二凸輪件能彼此作相對轉動。
在這些應用當中，通過凸輪構件的第一凸輪件與凸輪構件的第二凸輪件之間的相對轉動，可對第一滾子和第二滾子的接觸角進行調節(jié)。
第一滾子的接觸角可由第一假想線和假想?yún)⒖季€定義，第一假想線經(jīng)過第一接觸點和第一滾子的中軸線，假想?yún)⒖季€在第一滾子的中軸線與第二滾子的中軸線之間延伸。
在其他應用中，凸輪構件的第一凸輪件和凸輪構件的第二凸輪件都與底座構件滑動連接，使得凸輪構件的第一凸輪件與凸輪構件的第二凸輪件能彼此沿著調節(jié)軸作相對運動。在這些應用當中，可通過凸輪構件的第一凸輪件與凸輪構件的第二凸輪件互相沿著調節(jié)軸作相對運動，來調節(jié)連接在第一滾子和第二滾子之間的彈簧的偏置。
根據(jù)本發(fā)明一個應用的典型的窗戶組件包括具有凸輪和凸輪從動件的機構。該凸輪有益地具有第一導面和第二導面。該凸輪從動件包括第一滾子和第二滾子，第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二滾子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合?？梢栽诘谝粷L子與第二滾子之間連接彈簧，用于驅使?jié)L子彼此相向。窗戶組件的窗戶有利地固定到凸輪與凸輪從動件之一上，窗戶組件的窗架則固定到凸輪與凸輪從動件的另一個之上。
根據(jù)本發(fā)明一個應用的家具包括具有凸輪和凸輪從動件的機構。凸輪有益地具有第一導面和第二導面。凸輪從動件包括第一滾子和第二滾子，第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二滾子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合?？梢栽诘谝粷L子和第二滾子之間連接彈簧，用于驅使第一滾子和第二滾子彼此相向。家具的抽屜可有益地固定到凸輪與凸輪從動件之一上，家具框架則固定到凸輪與凸輪從動件的另一個之上。
根據(jù)本發(fā)明一個應用的關門組件包括具有凸輪和凸輪從動件的機構。凸輪有益地具有第一導面和第二導面。凸輪從動件包括第一滾子和第二滾子，第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二滾子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合?？稍诘谝粷L子與第二滾子之間連接彈簧，用于驅使第一滾子和第二滾子彼此相向。
門組件的門可有益地連接到凸輪和凸輪從動件之一上，而門框可以連接到凸輪和凸輪從動件的另一個之上。在特定應用中，門樞軸連接到凸輪與凸輪從動件之一上。在其他應用中，門固定到凸輪與凸輪從動件之一上。在特定應用中，門框樞軸連接到凸輪與凸輪從動件之一上，而在其他應用中，門框固定到凸輪與凸輪從動件的另一個上。
根據(jù)本發(fā)明一個應用的椅子組件包括帶有凸輪和凸輪從動件的機構。凸輪有益地具有第一導面和第二導面。凸輪從動件包括第一滾子和第二滾子，第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二滾子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合?？稍诘谝粷L子與第二滾子之間連接彈簧，用于驅使第一滾子和第二滾子彼此相向。椅背有益地連接到凸輪與凸輪從動件之一上，椅架則連接到凸輪與凸輪從動件的另一個上。
根據(jù)本發(fā)明一個應用的車門組件包括帶有凸輪和凸輪從動件的機構。凸輪有益地具有第一導面和第二導面。凸輪從動件包括第一滾子和第二滾子，第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二滾子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。在第一滾子與第二滾子之間連接有彈簧，用于驅使?jié)L子彼此相向。車門組件的車窗連接到凸輪與凸輪從動件之一上，車門組件的車門框則連接到凸輪與凸輪從動件的另一個上。
根據(jù)本發(fā)明一個應用的籃球架組件包括具有凸輪和凸輪從動件的機構。凸輪有益地具有第一導面和第二導面。凸輪從動件包括第一滾子和第二滾子，第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二滾子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。在第一滾子與第二滾子之間連接有彈簧，用于驅使?jié)L子彼此相向?；@球架組件的籃球桿可有益地連接到凸輪與凸輪從動件之一上，籃球架組件的藍板則連接到凸輪與凸輪從動件的另一個上面。
根據(jù)本發(fā)明一個應用的家庭影院組件包括具有凸輪和凸輪從動件的機構。凸輪有益地具有第一導面和第二導面。凸輪從動件包括第一滾子和第二滾子，第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二滾子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。在第一滾子與第二滾子之間連接有彈簧，用于驅使?jié)L子彼此相向。
墻壁有益地與凸輪和凸輪從動件之一相連，揚聲器則連接到凸輪與凸輪從動件的另一個上面。根據(jù)本發(fā)明另一應用的家庭影院組件包括帶有凸輪和凸輪從動件的機構。
凸輪有益地具有第一導面和第二導面。凸輪從動件包括第一滾子和第二滾子，第一滾子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二滾子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。在第一滾子與第二滾子之間連接有彈簧，用于驅使?jié)L子彼此相向。墻壁可有益地連接到凸輪與凸輪從動件之一上，顯示器則連接到凸輪與凸輪從動件的另一個上面。
在一種實施方式中，監(jiān)視器的支撐方法包括將儲能件的上升力曲線轉化為基本恒定的支撐力來支撐監(jiān)視器。
一方面，監(jiān)視器的支撐方法包括設置儲能件和凸輪，其協(xié)同定位并能沿著運動軌跡作相對運動。當儲能件沿著軌跡相對于凸輪運動時，凸輪移動儲能件，從而改變儲能件對凸輪的作用力，其中凸輪將儲能件的作用力轉化為對監(jiān)視器的支撐力。
一方面提供一種監(jiān)視器支撐機構。在一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構包括儲能件和凸輪。儲能件和凸輪協(xié)同定位，從而在儲能件沿著軌跡相對于凸輪運動時，凸輪移動儲能件，從而改變儲能件的力，其中凸輪將儲能件的力轉化為基本恒定的支撐力來支撐監(jiān)視器。
在機構的使用過程中，例如，安裝在機構上的構件的高度、位置、和/或水平位置可調節(jié)。例如，為移動監(jiān)視器，托架或監(jiān)視器的一部分被夾持，可通過很小的作用力，例如1或2鎊，便可克服構件間的摩擦阻力。取消移動力后，構件繼續(xù)被支撐在新的位置上。因此，即便是很大的載荷也能通過很小的力來進行安全輕松地調節(jié)。
此外，在一種實施方式中，儲能件沿著軌跡的每單位移動距離所儲存(或消耗)的能量是一定的。這使得在整個軌跡上的調節(jié)都很方便。
該監(jiān)視器支撐系統(tǒng)的其他一些優(yōu)點是其提供的機構緊湊、可縮放、行程較長、且輪廓細小。而且該監(jiān)視器支撐機構成本低，重量輕。其他優(yōu)點是，多個構件同時固定在同一機構上，在提供構件一般運動時能提高空間的利用率。在一種實施方式中，為了平衡不同重量的構件，可對單一機構進行變化或調節(jié)。
該系統(tǒng)的這些和其他實施方式、方面、優(yōu)點、和特征的一部分列舉在下面的說明書中，通過參考本發(fā)明的說明書和附圖以及實施本發(fā)明，另一部分對本領域的技術人員來說將是顯而易見的。


圖1A為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的后視圖。
圖1B為圖1A中監(jiān)視器支撐系統(tǒng)的側視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的監(jiān)視器支撐方法的流程圖。
圖3A為圖1A中監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖3B為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖3C為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖3D為圖3C中監(jiān)視器支撐機構的側視圖。
圖4A為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的立體圖。
圖4B為圖4A中監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖5A為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖5B為圖5A中監(jiān)視器支撐機構的側視圖。
圖6為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖7為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖8A為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖8B為圖8A中監(jiān)視器支撐機構的側視圖。
圖9A為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖9B為圖9A中監(jiān)視器支撐機構的俯視圖。
圖9C為圖9A和圖9B中監(jiān)視器支撐機構的立體圖。
圖10為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的立體圖。
圖11A為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖11B為圖11A中機構的另一視圖。
圖12A為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖12B為圖12A中機構的調節(jié)帶的側視圖。
圖13A為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖13B為圖13A中機構的另一視圖。
圖13C為圖13A中機構的凸輪的斜視圖。
圖14A為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖14B為圖14A中機構的另一視圖。
圖15為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖16為圖15中機構的另一視圖。
圖17為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖18為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖19A為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖19B為圖19A中機構的另一視圖。
圖20為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的立體圖。
圖21A為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖21B為圖21A中機構的另一視圖。
圖22A為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖22B為圖22A中機構的另一視圖。
圖23A為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖23B為圖23A中機構的另一視圖。
圖24A為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖24B為根據(jù)一種實施方式所構造的機構的示意圖。
圖24C為根據(jù)一種實施方式的機構導向件的立體圖。
圖25顯示根據(jù)一種實施方式的機構彎曲支撐件。
圖26顯示根據(jù)一種實施方式的帶有調節(jié)構件的機構。
圖27顯示根據(jù)一種實施方式的帶有調節(jié)構件的機構。
圖28顯示根據(jù)一種實施方式的帶有調節(jié)構件的機構。
圖29顯示根據(jù)一種實施方式的帶有調節(jié)構件的機構。
圖30為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖31A為根據(jù)一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構的主視圖。
圖31B為圖31A中監(jiān)視器支撐機構的側視圖。
圖32為根據(jù)一種實施方式所構造的家具支撐機構的主視圖。
圖33A為根據(jù)一種實施方式所構造的家具支撐機構的斜視圖。
圖33B為根據(jù)一種實施方式所構造的家具支撐機構的斜視圖。
圖34為根據(jù)一種實施方式所構造的健身器材的立體圖。
圖35為根據(jù)一種實施方式所構造的健身器材的立體圖。
圖36A為根據(jù)一種實施方式的儲能件的力曲線圖表。
圖36B顯示根據(jù)一種實施方式的壓縮率曲線。
圖37A為圖示根據(jù)一種實施方式的儲能件的力曲線圖表。
圖37B顯示根據(jù)一種實施方式的壓縮率曲線。
圖38為根據(jù)本發(fā)明一種典型實施方式的設備的平面圖。
圖39為圖38中設備的另一平面圖。
圖40為圖38中設備的另一平面圖。
圖41為圖38、39、40中第一滾子的自由體圖。
圖42為包含圖38中設備的另一平面圖。
圖43為根據(jù)本發(fā)明一種典型實施方式的設備的平面圖。
圖44為根據(jù)本發(fā)明另一典型實施方式的設備的立體圖。
圖45為圖44中設備的平面圖。在圖45中，樞軸機構具有軸和圍繞軸設置的扭轉彈簧。
圖46為根據(jù)本發(fā)明的計算機監(jiān)視器組件的平面圖。
圖47為圖46中計算機監(jiān)視器組件的另一平面圖。
圖48為扭轉彈簧產生的力和監(jiān)視器轉動時產生的力的圖表。
圖49為監(jiān)視器的角坐標和扭轉彈簧產生的扭矩的圖表。
圖50A為窗戶組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖50B為窗戶組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖51A為一件家具的立體圖，其具有包括機構的關抽屜件。
圖51B為一件家具的立體圖，其具有包括機構的關抽屜件。
圖52A為關門組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖52B為關門組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖52C為關門組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖52D為關門組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖53為椅子組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖54為車門組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖55為籃球架組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖56為家庭影院組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖57為家庭影院組件的立體圖，其包含具有凸輪和凸輪從動件的機構。
圖58為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的設備的平面圖。
圖59為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的設備的平面圖。
圖60為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的設備的平面圖。
圖61為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的樞軸機構的平面圖。
圖62為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的樞軸機構設備的平面圖。
圖63為圖62中樞軸機構的另一平面圖。
圖64為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的樞軸機構的平面圖。
圖65為圖64中樞軸機構的另一平面圖。
具體實施例方式
在下面詳盡的說明書中，附圖中使用了標記數(shù)字，附圖作為說明書的一部分，用于說明實踐本發(fā)明的特定實施方式。這些實施方式的詳細說明足以使本領域的技術人員實施本發(fā)明。應該理解的是，在不偏離本發(fā)明范圍的前提下，還可以使用其他實施方式，并對結構進行變化。因此，下面的詳細說明并不具有限定性意義，本發(fā)明的范圍是通過附屬的權利要求及其等價物加以限定。在該說明書中，關于附圖和說明書正文中監(jiān)視器支撐機構的位置如“垂直”、“水平”、“橫向”、“上”、“下”、“上升”、“下降”等具有相對意義，而不具有絕對意義。
系統(tǒng)概論在一種或多種實施方式中，本發(fā)明的監(jiān)視器支撐系統(tǒng)能在任意方向或軸向控制監(jiān)視器移動；能在行程內提供恒力；能在行程內提供變力或預定力；適用于各種不同的應用；尺寸和力的大小可縮放；可在多種不同方位使用；可隨意調節(jié)；可在直線方向移動載荷；可在三維或其他預定方向移動載荷；適于使用的彈簧范圍廣泛。
總體上，該系統(tǒng)所使用的方法是利用儲存在彈簧中的能量在彈簧變形時能以上升力曲線的形式釋放。該力曲線通過凸輪轉化為恒力、和/或變力、和/或其他預定力，該凸輪設計成能控制彈簧在行程上每單位移動距離的變形(或壓縮)率。
圖1A、1B分別為根據(jù)本發(fā)明一種實施方式所構造的監(jiān)視器支撐機構10的典型應用的后視圖和側視圖。
如圖1A所示，平面監(jiān)視器2連接到與底座6相連的監(jiān)視器支撐機構10的活動支架或托架4的一部分上。托架4可相對于底座6活動，從而使監(jiān)視器2能相對于底座6上下移動。在該實施方式中，底座6固定，托架4上下移動。需要注意的是，若監(jiān)視器連接到底座上，而托架固定，如安裝在墻壁上，則機構10和下述的其他機構也能提供支撐。
監(jiān)視器支撐機構10大體上包括凸輪12；儲能件如彈簧14；儲能件/凸輪的連接件如凸輪從動件16；和限定監(jiān)視器2運動軌跡的導向件18。下面將對其作詳細說明。在該例子中，由導向件18所限定的軌跡方向提供垂直方向的線性移動。如下面將要討論的，其他實施方式提供水平方向的移動。水平與垂直之間的其他方位也在本系統(tǒng)的范圍之內。而且，一些實施方式還提供三維的曲線運動。
一般來說，監(jiān)視器支撐機構10的構件被協(xié)同定位，使得在監(jiān)視器2沿著導向件18移動時，凸輪12能增加或降低儲存在彈簧14中的能量。然后凸輪12將該能量轉化為基本恒定的支撐力，通過凸輪從動件16作用在托架4上。好處是，由于凸輪與彈簧作相對運動，直接移動彈簧，并將彈簧能量轉化為升力和/或支撐力，所以采用這種結構的機構緊湊且設計精美。
在一種實施方式中，凸輪12的凸輪表面或輪廓通常垂直定向，并且基本上面向導向件18所限定的軌跡。該實施方式中，凸輪表面與軌跡之間的距離是變化的，且與軌跡不相交。在一種或多種實施方式中，凸輪表面的取向有助于提供可縮放的設計，這是因為如圖所示的監(jiān)視器支撐機構可在垂直方向伸長或縮短，而不必進行橫向擴展或增加其厚度。好處是，這將增加監(jiān)視器的有效行程。需要注意的是，這里使用的垂直定向并不意味著整個凸輪表面是垂直的，而是相對于橫向或水平取向而言，該表面更接近垂直而非平行，且大體上具有與橫向輪廓相對的上/下輪廓。
在該實施方式中，凸輪12的凸輪形狀或輪廓與運動軌跡相關，使輪廓直接對應平衡監(jiān)視器所需的彈簧的能量大小。因此，隨著監(jiān)視器沿著運動軌跡下降，能量被儲存在儲能件中。儲存的能量之后用于幫助監(jiān)視器上升。因此，若彈簧力減弱，則壓縮率大；若彈簧力增強，壓縮率則隨著彈簧沿凸輪下降的每單位距離而減小。通過改變彈簧的壓縮率，凸輪將彈簧的上升力曲線力轉化為恒定或預定大小的支撐力，該支撐力作用在監(jiān)視器的運動方向。這里使用的支撐力是指直接或間接支撐物體重量的力。
換句話說，由彈簧施加在凸輪表面上的始終增加的力通過凸輪表面轉化為作用在凸輪從動件上的反作用力。該實施方式中，反作用力包括平行于軌跡方向的第一反作用分力，和基本上與第一反作用分力正交的第二反作用分力。第一、第二反作用分力根據(jù)凸輪表面的斜率而改變。
在該實施方式中，凸輪表面設計成能保持支撐力的垂直分力恒定，即使正交分力增大或減小。因此，凸輪表面的外形結合彈簧在托架4和監(jiān)視器2的移動中能提供恒定的支撐力來支撐托架4。
在其他實施方式中，還可使用下面討論的其他監(jiān)視器支撐機構來代替監(jiān)視器支撐機構10，可以在下面將要討論的系統(tǒng)的范圍之內對上述凸輪和儲能件進行各種變化。
圖1B顯示在一種實施方式中，在平面監(jiān)視器2與監(jiān)視器支撐機構10的托架之間設置樞軸3，使平面監(jiān)視器2能相對于監(jiān)視器支撐機構的托架旋轉或樞轉，而托架也能相對于監(jiān)視器支撐機構10的支撐件作垂直移動。如圖1B所示，在一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構10相對細小，因此監(jiān)視器可以靠近墻壁放置，以節(jié)省桌子空間或工作站空間。
方法和系統(tǒng)圖2為根據(jù)該監(jiān)視器支撐系統(tǒng)的一種實施方式的方法20的流程圖。方法20包括在單元22中提供儲能件和凸輪。在一種實施方式中，凸輪和儲能件設置成能沿著運動軌跡作相對運動。儲能件如彈簧在沿著軌跡相對于凸輪移動時，其具有的力和儲存的能量增加。隨著儲能件沿著軌跡相對于凸輪移動時，凸輪使儲能件產生移動，從而增加儲能件中的能量，并改變儲能件對凸輪的作用力。在一種實施方式中，不斷增加的彈簧力的方向一般垂直于軌跡方向。在一種實施方式中，彈簧力的方向不平行于軌跡。
在單元24中，凸輪將彈簧能量轉化為第一反作用分力和第二反作用分力。在該實施方式中，第一反作用分力平行于運動軸線的方向且支撐著監(jiān)視器的重量，而第二反作用分力與第一反作用分力垂直。
在一種實施方式中，凸輪輪廓呈曲面，并大體上沿著垂直方向的運動軌跡形成。在一種實施方式中，凸輪表面與軌跡之間的距離可變，且與運動軌跡不相交。在一種實施方式中，彈簧力直接作用于凸輪表面。
在單元26中，方法20包括在彈簧與凸輪彼此作相對運動時改變彈簧的能量，其中第一反作用分力在彈簧力沿著凸輪曲面變化時可以是一個或多個預定力。在一個實施方式中，一個或多個預定力包含基本恒定的力。在其他實施方式中，一個或多個預定力為變力。在一種實施方式中，單元26包括，在載荷沿著運動軸線移動時，第一反作用分力基本保持恒定，而第二反作用分力可變。
不同的實施方式中可以結合單元22-26，也可以省略一些單元。例如在一個實施方式中，方法包括結合使用施力件和凸輪，其中施力件在載荷沿著運動方向移動時能施加升力，而凸輪具有一定的輪廓，能結合所選的施力件來產生基本恒定的支撐力來支撐監(jiān)視器。
在一些實施方式中，方法包括將儲能件和凸輪分別與第一構件如托架或支架以及第二構件如底座或墻壁相連。第一構件和第二構件彼此可活動地連接，從而使一個構件在另一構件內沿著限定運動方向的軌跡平移。當?shù)谝粯嫾刂诙嫾苿訒r，通過凸輪直接或間接地壓縮(或拉伸)儲能件，并通過凸輪外形或輪廓控制壓縮率。例如在一種實施方式中，方法提供恒力來支撐監(jiān)視器。因此，選擇合適的凸輪輪廓，在彈簧的作用力增加時，能使作用在監(jiān)視器上的力基本保持恒定。
參考圖36A和36B，示出了根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實施方式的示例性彈簧力的二個圖表。圖36A顯示一般壓縮彈簧的典型力曲線3。圖表36A的縱坐標表示彈簧力，橫坐標表示彈簧壓縮量。彈簧的特性如下自由長度4英寸，最大壓縮量2英寸，每英寸的力(force rate)44鎊，和最大力87鎊。彈簧僅作為例子，并不限制該實施方式。需要注意的是，橫坐標表示的彈簧壓縮量是指，在示例彈簧上施加預載荷來壓縮0.5英寸之后的彈簧壓縮量。這僅作為例子，其他預載荷也落入該系統(tǒng)的范圍之內。
圖表36B的縱坐標表示彈簧壓縮率，橫坐標表示沿著運動軸線的軌跡距離。在一種實施方式中，壓縮率曲線5由凸輪實現(xiàn)，凸輪輪廓與曲線5基本相似，彈簧壓縮率作為橫坐標上距離的函數(shù)，能通過凸輪的輪廓外形加以控制。在該例子中，彈簧在5英寸行程內被壓縮0.5-1英寸。通過結合，將圖36B中的壓縮率用在圖36A中的彈簧曲線3上，就能得到如圖36A中所顯示的基本恒定的軸向力曲線4。應該理解的是該設計可縮放，圖36B的橫坐標可以延長，使儲能件沿著運動軌跡具有更長的行程。
圖37A、37B是描繪根據(jù)該系統(tǒng)另一實施方式的示例性彈簧力的圖表。圖37A、37B是顯示沿著運動軸線提供變力的方法。
圖37A顯示彈簧曲線14。圖37B顯示變壓縮率曲線14。在一個實施方式中，曲線14由凸輪產生，該凸輪的輪廓具有可變斜率，其表面呈弧形。通過結合，將圖37B中的壓縮率作用到圖37A中的彈簧曲線14上，就能獲得如圖37A中所示的變軸向力曲線12。
附加實施方式上述方法和系統(tǒng)可以在各種監(jiān)視器定位和支撐機構中實施。
圖3A顯示圖1A中監(jiān)視器支撐機構10的具體細節(jié)。監(jiān)視器支撐機構10大體上包括第一部分301，和沿著運動軸線α方向滑動連接到第一部分的第二部分302，其中運動軸線α限定運動軌跡。如上所述，在各種實施方式中軸線α可以是垂直的、傾斜的、水平的、和三維的。第一部分301至少包括一凸輪320。第二部分302包括至少一個凸輪從動件355；儲能件14如彈簧；和能夠沿著第一部分301的軸線α移動的托架4。如圖1A所示，監(jiān)視器可以安裝到托架4上。
在該實施方式中，凸輪320大體上垂直取向，并基本上面向運動軌跡；而彈簧14一般相對于軌跡水平取向。該結構有助于使上述二構件的相對行程較長，這是由于彈簧能垂直移動較長距離，而橫向擴展寬度較小。而且，該結構還可使彈簧在沿著運動軌跡下降時能夠擴展以儲存能量，然后在沿著軌跡上升時儲存的能量被轉化為升力。
在一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構10包括二個臂360、362。每個臂360、362從近端352伸到遠端354，在遠端354處，凸輪從動件355提供凸輪320與儲能件14之間的聯(lián)系。因此，當載荷沿著軸線α相對凸輪320移動時，凸輪推動凸輪從動件355并展開彈簧14，從而增加彈簧的能量和力。
在該實施方式中，每個臂360、362都適于在近端352的鉸接點358處轉動，而近端352轉動連接到托架4。例如，近端352穿有孔353，在孔352內設置有機械緊固件。緊固件和孔353的尺寸設計成使臂360、362能繞著緊固件自由轉動。作為選擇，緊固件和孔353的尺寸還可以設計成與臂360或362摩擦接合。摩擦阻力的大小可以改變，以改變移動監(jiān)視器所需的力。摩擦力能起到穩(wěn)定支撐構件的作用，并在調節(jié)或移動構件時能實現(xiàn)控制。在一種實施方式中，提供的摩擦力約為2.5鎊。根據(jù)機構10的使用及其所用的材料，可以相應改變摩擦力。
托架4通過臂構件360、362與凸輪從動件355連接，且能夠沿著導向件392移動，導向件392限定監(jiān)視器的運動軌跡并與軸線α共線。這里使用的托架包括監(jiān)視器支撐機構與載荷連接的部分。在一些實施方式中，具有活動保持架，或者與載荷連接、能沿著導向件392移動的監(jiān)視器支撐機構的其他部分。
在一種實施方式中，導向件392包括軌道394，而軌道394選擇包括多條軌道。在一種實施方式中，軌道394為抽屜滑軌。軌道394可以連接到托架310，或者與托架310形成一體。作為示例，軌道394包括至少一個設在托架310內的切口，使得托架390的延伸部分能在里面移動。作為選擇，在軌道394內設置一個或多個軌道托架，進一步方便托架4的移動。在另一實施方式中，導向件392包含與托架4的一部分相匹配的突出部，而托架4適于沿著導向件392的突出部滑動。
在二個臂360，362之間設置儲能件如彈簧14。在一種實施方式中，彈簧14包含至少一個拉伸或擴張彈簧，或其他增力件。這里所用的增力件是一個在壓縮或拉伸時能增加儲存力(能量)的構件。其他類型的增力件也適用于監(jiān)視器支撐機構10，如扭轉彈簧、氣動彈簧、或壓縮彈簧，但不限于此。該實施方式中，彈簧14這樣定向當彈簧沿著軌跡相對凸輪下降時，彈簧力增強，且彈簧力垂直或正交地直接作用在凸輪表面上。彈簧14適于儲存能量并提供支撐載荷的力，載荷是來自安裝在托架4上的承重構件如監(jiān)視器。
在一種實施方式中，彈簧14靠近二個臂360、362的遠端354設置。彈簧14機械連接到二個臂360、362，例如通過機械構件，或粘接連接如焊接。
在一種實施方式中，凸輪320與托架3 10連接。凸輪320包括凸輪表面322，凸輪從動件355在該表面上移動，下面將作進一步說明。在一種實施方式中，凸輪表面322通常具有曲線輪廓。凸輪表面322源于上面關于圖36A-37B的說明。
在一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構10包括二個對立的凸輪324、326，每個凸輪具有凸輪表面322，并分別在軸線α與二個對立凸輪324、326的凸輪表面之間限定距離323a、323b。二個對立凸輪324、326的凸輪表面322是從第一上端328延伸到第二下端330。從第一上端328延伸到第二下端330的凸輪表面322一般是彎曲的。在一種實施方式中，凸輪表面322設計成從第一上端328到第二下端330，距離323a、323b逐漸增加。
在一種實施方式中，凸輪表面322設計成使距離323a、323b在凸輪上端328的變化率相對較大；當托架向凸輪下端330下降時，變化率逐漸下降為相對較小的伸長率。變化率直接對應彈簧的能量，該能量用來平衡托架上的監(jiān)視器。因此，當彈簧力減弱時，伸長率大；當彈簧力增強時，沿著凸輪下降的每單位距離的伸長率減小。通過改變彈簧的伸長率，能產生平行于軸線α方向的恒定或預定大小的力。
因此，在一種實施方式中，凸輪表面322的外形能改變彈簧的壓縮(伸長)率，從而在運動方向提供平衡力。壓縮(伸長)的變化率將彈簧14的上升力曲線轉化為作用在運動方向的恒力。換句話說，作用在凸輪表面上的彈簧力通過凸輪表面轉化為對凸輪從動件355的反作用力。在一種實施方式中，反作用力包括軸線α方向的第一反作用分力(這里稱為軸向分力)，和通常與第一反作用分力正交的第二反作用分力(這里稱為垂直分力)。第一、第二反作用分力的改變取決于凸輪表面的斜率。
在一種實施方式中，凸輪表面設計成能保持軸向分力恒定，而不管垂直分力是增加還是減小。因此，凸輪表面322的外形結合彈簧14，在托架和監(jiān)視器沿著軸向(這里是垂直方向)移動時，能提供恒定的軸向力支撐托架4。在其他實施方式中，凸輪表面322的外形結合彈簧，在水平移動托架時能提供恒定的水平力。
在一種實施方式中，該實施方式的示例性凸輪表面322提供圖36B中的示例性壓縮率曲線5。該壓縮率能產生圖36A中的恒定軸向力曲線4。其他實施方式能提供沿著移動位置的改變而變化的預定力，如上面針對圖37A-37B的描述和說明。例如在一些實施方式中，凸輪表面在凸輪的軸向長度上提供可變的軸向力。例如，凸輪表面322的上部328設計成能支撐20鎊的載荷，下部330外形設計成能支撐15鎊的載荷，反之亦然。
在本發(fā)明的范圍之內，可以對上述凸輪進行變化。例如，對立凸輪324、326的斜率可以不同，或者相同但不同于上述斜率。下面將要說明的一些實施方式中，僅提供一個凸輪。在一些實施方式中，還使用內向凸輪，儲能件是一壓縮彈簧。在其他實施方式中，使用多于一個彈簧以提供可變的彈性常數(shù)。其他實施方式包括扭轉彈簧和轉動凸輪。
構件如導向件392和托架14的相對尺寸可以修改，以影響導向件392和托架14作相對運動時產生的摩擦力的大小。摩擦力會改變移動托架14和其他安裝在托架上的構件時所需的力。在典型實施方式中，托架14與導向件392之間的摩擦力最小，與設計者希望使用者移動靜止的平衡載荷所用的“停止”力或手動力的大小一致。典型地，在監(jiān)視器支撐機構的其他構件之內具有足夠的固有摩擦力來穩(wěn)定載荷。
有益的是，在該實施方式和下面將要討論的其他實施方式中，監(jiān)視器支撐機構10的活動構件(即樞軸臂、彈簧、托架、凸輪從動件)互相連接且大體上在同一平面內移動，由此能制造出相對細小的監(jiān)視器支撐機構10。
在一種實施方式中，通過改變彈簧的位置或凸輪表面之間的距離，可以改變系統(tǒng)提供的力，由此，使用者可以將不同大小和重量的監(jiān)視器安放在機構上，而不必替換機構本身。此外，廠家還可以制造同一尺寸的機構，然后對單一機構進行調節(jié)以適合大范圍的監(jiān)視器，而不必重新裝備組裝線。
例如在一種實施方式中，每個臂360、362都包括彈簧軸或其他連接件，用以將彈簧構件14連接在臂上。對于可調機構的情況，凸輪表面彎曲以提供預期的最大平衡力，通過改變彈簧構件在臂360、362上的位置以增加或減小力臂(彈簧力與樞軸點353之間的長度)來實現(xiàn)載荷重量的調節(jié)。例如在一種實施方式中，這是通過沿著臂360、362上下移動彈簧軸或其他連接件到各個連接點來實現(xiàn)。
作為選擇，在一種實施方式中，載荷重量的調節(jié)可通過改變凸輪表面之間的間隔來實現(xiàn)，詳細情況將在下面討論。例如，凸輪324、326之一或全部被連接到托架310上，從而使使用者能夠在水平方向或橫向將凸輪朝向軸線α或遠離軸線移動。通過移動凸輪，使用者能夠改變系統(tǒng)的幾何體系，從而影響彈簧14的作用力。
在一些實施方式中，凸輪、托架、或機構10的其他部分連接到能提供動力的電機上。有益的是，由于該系統(tǒng)是利用在彈簧沿著軌跡向下運動時所儲存的能量來幫助升高監(jiān)視器，所以該系統(tǒng)僅需使用者克服很小的摩擦力便能移動很大的監(jiān)視器。因此，可使用廉價的小載荷電機來移動監(jiān)視器。在一種實施方式中，設置一按鈕來啟動電機。
在其他實施方式中，監(jiān)視器支撐機構10包括一個或多個下述的其他機構的特征。因此，在其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖3B顯示根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的監(jiān)視器支撐機構10’。監(jiān)視器支撐機構10’總體上包括第一部分301’，和沿著軸線α方向滑動連接到第一部分以限定運動軌跡的第二部分302’。如上所述，軸線α在不同實施方式中可以是垂直、傾斜、水平、和三維的。第一部分301’包括凸輪320’。第二部分302’包括連接到臂350’的一端的凸輪從動件355’；儲能件370’如拉伸彈簧；和可以沿著第一部分301’的軸線α運動的托架390’。
監(jiān)視器支撐機構10’基本相似于監(jiān)視器支撐機構10，且上述討論通過參考而包含于此。監(jiān)視器支撐機構10’使用單一凸輪來替換二個對立凸輪。
圖3C、3D是說明根據(jù)一種實施方式的監(jiān)視器支撐機構380的主視圖和側視圖。機構380的一個或多個方面與機構10相似，固出于清楚性目的而將其省略。在一種實施方式中，機構380包括第一部分381、和與第一部分形成一體的導軌槽382和凸輪383。機構383的第二部分389包括一個或多個連接到托架386上的導向件387，用于引導托架沿著槽382運動。一個或多個臂384連接到托架386上，在臂的遠端連接有凸輪從動件385。儲能件如拉伸彈簧388連接到每個臂384上，使凸輪從動件385與凸輪表面383產生作用力。
參考圖3D，在該實施方式中，臂384在其遠端分叉，在機構380中使用二個彈簧388，以此來支撐和平衡機構。
在一種實施方式中，第一部分381、托架386、臂384、凸輪從動件385、和/或彈簧388之中的一個或多個是由非金屬材料制成。例如在一種實施方式中，第一部分381是注模成型的塑料件，其帶有一體成型的槽382和凸輪383。同樣，托架386也可注模成型。在不同實施方式中，構件是由不同的塑料、塑料組合物、聚合物、玻璃纖維、和其他非金屬材料制成。在一個實施例中，彈簧388是玻璃纖維合成材料。有益的是，使用非金屬材料能提供輕質、低成本、批量生產的機構。
監(jiān)視器支撐機構10’總體上包括第一部分301’，和沿著軸線α方向滑動連接到第一部分以限定運動軌跡的第二部分302’。如上所述，軸線α在不同實施方式中可以是垂直、傾斜、水平、和三維的。第一部分301’包括凸輪320’。第二部分302’包括連接到臂350’的一端的凸輪從動件355’；儲能件370’如拉伸彈簧；和可以沿著第一部分301’的軸線α移動的托架390’。
監(jiān)視器支撐機構10’基本相似于監(jiān)視器支撐機構10，上述討論通過參考而結合在這里。監(jiān)視器支撐機構10’使用單一凸輪來替換二個對立凸輪。
圖4A說明根據(jù)一種實施方式的監(jiān)視器支撐機構400。
監(jiān)視器支撐機構400總體上包括第一部分401和第二部分402。第二部分沿著限定軸線α運動方向的運動軌跡滑動連接到第一部分401。在一種實施方式中，運動方向為垂直方向的線性運動。其他實施方式可提供水平運動方向。水平與垂直之間的其他方位也落在本系統(tǒng)的范圍之內。此外，一些實施方式還提供三維的運動軸線。第一部分401包括至少一個凸輪420。第二部分402包括至少一個臂450；儲能件470如壓縮彈簧；和可以沿著第一部分401的軸線α運動的托架490。
該實施方式中，凸輪420一般是垂直定向，且通常面對運動軌跡；而儲能件470一般是相對于軌跡水平定向。這種結構有助于提供二個構件之間相對較長的相對行程，這是由于彈簧可以垂直移動較長距離，而橫向壓縮量相對很小。
凸輪420與連接到臂450的凸輪從動件455結合工作。諸如軸承的凸輪從動件455設置在臂450的遠端434，并適于在凸輪420上運動。在不同實施方式中，凸輪從動件455為滾輪。在一些實施方式中，凸輪從動件為臂450的遠端部分，其直接在凸輪表面上移動。
在一種實施方式中，至少一個凸輪420與托架410連接。該至少一個凸輪420包括凸輪表面422，至少有一個臂450在該表面上運動，下面將作進一步討論。在一種實施方式中，凸輪表面422通常具有曲面輪廓。凸輪表面422還可選擇地包括多種凸輪輪廓。凸輪表面422源于上面關于圖36A-37B的說明。
在一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構400包括二個對立的凸輪424、426，每個凸輪具有凸輪表面422，且分別在軸線α與二個對立凸輪424、426之間限定距離423a、423b。二個對立凸輪424、426的凸輪表面422從第一上端428向第二下端430延伸，而凸輪表面422從第一上端428到第二下端430通常呈曲面。凸輪表面422通常面向軸線α，并與軸線之間的距離可變，且與軸線不相交。在一種或多種實施方式中，這有助于提供可縮放的設計，這是由于如圖所示的監(jiān)視器支撐機構可在軸向進行伸長或縮短，而不必橫向擴展或向系統(tǒng)增加額外的支撐件。
在一種實施方式中，凸輪表面422設計成使距離423a、423b由上端428到第二下端430逐漸減小。選擇地，凸輪表面422可進行隨意設計，在儲能件470被很大程度地壓縮時，能適于調節(jié)儲能件470上的載荷。
在一種實施方式中，凸輪表面422設計成能使距離423a、423b在凸輪上端428的變化率較大，當托架向凸輪下端430下降時，能逐漸減小為較小的壓縮率。
因此，在一種實施方式中，凸輪表面422的外形能改變彈簧的壓縮率，從而在監(jiān)視器運動方向提供監(jiān)視器的平衡力。
在一種實施方式中，相似于機構10，凸輪表面422設計成能保持軸向(這里是垂直)分力恒定，而垂直分力則可以增大或減小。因此，在軸向移動托架和監(jiān)視器時，凸輪表面422的外形結合儲能件470能提供恒定的軸向力支撐托架490。
在一種實施方式中，凸輪表面422的外形結合儲能件470，在水平移動托架時能提供恒定的水平力。例如在一種實施方式中，該實施方式的示例性凸輪表面422提供圖36B中示例性壓縮率曲線5。該壓縮率則產生圖36A中的恒定軸向力曲線4。隨著移動位置的改變，其他實施方式能提供可變的預定力，如關于圖37A-37B所描繪和說明的。例如在一些實施方式中，在凸輪的軸向長度上，凸輪表面能提供可變的軸向力。例如，凸輪表面422的上部432外形可設計成能支撐20鎊的載荷，而下部434設計成能支撐15鎊的載荷，反之亦然。
在一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構400包括二個活動臂450，如臂460、462。每個臂460、462從近端452延伸到遠端454。每個臂460、462都適于在近端452的鉸接點處轉動，而近端452與托架490樞軸連接。例如，近端452穿有孔453，在孔453內設置有機械緊固件456。緊固件456和孔453的尺寸設計成使臂460、462能繞著緊固件456自由轉動。作為選擇，緊固件456和孔453的尺寸還可以設計成與臂460、462摩擦接合。而摩擦阻力的大小可以變化，以改變移動監(jiān)視器支撐機構所需的力。例如，摩擦力能起到穩(wěn)定支撐構件的作用，并在調節(jié)或移動構件時能實現(xiàn)控制。在一種典型實施方式中，提供的摩擦力約為2.5鎊。根據(jù)監(jiān)視器支撐機構400的使用及其所用的材料，可以相應改變摩擦力。
在二個臂460、462之間設置施力件或彈簧構件470。一種選擇是，彈簧構件470靠近二個臂460、462的遠端454設置。彈簧構件470機械連接到二個臂460、462上，例如通過機械零件，或粘接接頭如焊接。作為選擇，每個臂460、462都包括彈簧軸464，其可以連接到臂460、462上的連接點465、466、或467之中的任何一個上。彈簧軸464適于將彈簧構件連在其上。
在一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構400為力可調機構。對于力可調機構的情況，凸輪表面422彎曲以提供最大的預期平衡力，通過改變彈簧構件在臂460和/或462上的位置以增大或減小力臂(彈簧力與樞軸點453之間的長度)來實現(xiàn)載荷重量的調節(jié)。例如在一種實施方式中，這是通過沿著臂460、462上下移動彈簧軸464到不同連接點465、466、或467來實現(xiàn)的。這些臂460、462上的連接點僅為示例，其數(shù)目可以增加或減少。
作為選擇，在一種實施方式中，載荷重量的調節(jié)可通過改變凸輪表面之間的間隔來實現(xiàn)。因此，凸輪424、426之一或全部連接到托架410上，從而使使用者能夠在水平方向將凸輪朝向軸線α或遠離軸線α移動。通過移動凸輪，使用者能夠改變系統(tǒng)的幾何體系，從而影響儲能件470的作用力。
有益的是，在該實施方式和上面及下面討論的其他實施方式中，監(jiān)視器支撐機構400的活動構件(即樞軸臂、彈簧、托架、凸輪從動件)互相連接且大體上在同一平面內移動。由此能制出相對細小的監(jiān)視器支撐機構400。
參考圖4A、4B，在監(jiān)視器支撐機構400的一個典型應用中，監(jiān)視器的位置可調。在該例子中，監(jiān)視器在垂直方向移動，在下面將要討論的其他實施方式中，可以沿著水平軌跡、垂直與水平之間的傾斜軌跡、曲線軌跡、和具有三維和三個自由度的其他軌跡移動監(jiān)視器。
作為示例，一種方法包括在托架490的樞軸點453處連接轉動件460、462；每個轉動件460、462從樞軸點453處的近端452伸到遠端454。在轉動件460、462之間設置壓縮彈簧470，該壓縮彈簧470靠近轉動件460、462的遠端454設置。此外，在每個轉動件460、462的遠端434設置凸輪從動件455。在不同的實施方式中，凸輪從動件包括軸承、滾輪、和滑塊，例如帶有涂層。
托架490與軸向導向件492活動連接，并連接到載荷如平面監(jiān)視器上。為了移動監(jiān)視器，托架490的一部分或監(jiān)視器被夾持，通過作用力來克服機構各構件之間的摩擦阻力，例如該摩擦阻力大約是2.5鎊。(通過緊固或松動各個構件或使用具有特定摩擦分力的不同零件便可輕松調節(jié)摩擦力)。當每個凸輪從動件455在凸輪表面422上滑動時，作為示例，壓縮彈簧470或者被壓縮，如圖4A所示，或者被拉伸，如圖4B所示。
在該實施例中，凸輪表面422設計成，在凸輪的整個軸向范圍內，使托架490對載荷的作用力大約等于載荷本身的力。因此，無論載荷處于導向件492何處，都能被平衡。為了移動載荷如構件，必須克服摩擦阻力，但當載荷最終被移動后，又會再次被平衡。因此，大小載荷都能使用本系統(tǒng)進行簡單、平穩(wěn)地調節(jié)。在其他實施方式中，通過改變凸輪輪廓和/或彈簧類型能獲得可變的預定力。
在一些實施方式中，機構400包括如上文和下文所述機構的一個或多個特征。因此，如其他實施方式中所述的特征通過參考而包含于此。
圖5A、5B說明根據(jù)一種實施方式的監(jiān)視器支撐機構500。圖5A是主視圖，圖5B為監(jiān)視器支撐機構500的側視圖。監(jiān)視器支撐機構500總體上包括第一部分501和第二部分502。第二部分502沿著運動軌跡滑動連接到第一部分，運動軌跡由軸線α方向限定。在該實施方式中，運動軸線α為線性垂直軸線。其他實施方式包括水平軸線和垂直與水平之間的軸線。一些實施方式具有三維軸線。第一部分501包括凸輪520。第二部分502包括連接到臂550的凸輪從動件555；和可以沿著第一部分501的軸線α運動的托架590。臂550固定到托架590上，且臂本身包含儲能件如板簧。彈簧構件或臂550的遠端570抵抗作用于其上的運動。彈簧構件通過凸輪從動件555將彈簧力作用在凸輪520上。彈簧構件適于提供能平衡載荷的能量，其中載荷來自于安裝在托架590上的構件如監(jiān)視器。
凸輪520與托架510連接。凸輪520包括凸輪表面522，臂550的遠端570在該表面上移動。一種實施方式中的凸輪表面522一般具有曲面輪廓。在一個實施方式中，凸輪表面522設計成能提供平衡力，如上所述。
凸輪的凸輪表面522從第一上端528延伸到第二下端530，從第一上端528到第二下端530的凸輪表面522一般呈曲面。在一種實施方式中，凸輪表面522設計成，使凸輪表面與軸線α之間的距離從上端528到第二下端530逐漸增加。一種實施方式中的凸輪表面522能提供軸線α方向的恒力。其他實施方式中的表面能提供沿著軸線α的可變預定力。
在一種實施方式中，凸輪表面522被設計成，在凸輪的上端528距離523的變化率較高，隨著托架向凸輪的下端530下降，其逐漸下降到較低比值。該變化率直接對應用于平衡托架上載荷的彈簧能量。因此，當板簧力減小時，變形率高；而當彈簧力增強時，對于沿著凸輪每下降的單位距離而言，變化率降低。通過改變板簧的變形率，彈簧能通過凸輪沿著軸線α產生恒定或預定力。
因此，彈簧表面522的形狀會改變板簧的變形率，從而提供載荷的平衡力。在一種實施方式中，這種變形率的改變能將彈簧構件550的上升力曲線轉化為恒力。其他實施方式能提供變力。因此，在托架沿著運動方向移動時，通過結合儲能件或板簧臂550，凸輪表面522能在運動方向提供預定力。一般來說，凸輪表面522的外形輪廓的其他細節(jié)與上述凸輪表面322相同并通過參考而包含于此。
凸輪520結合臂550工作。在臂550的遠端570設置凸輪從動件，如臂的端部的一部分、軸承、或適于在凸輪520上移動的滾輪555。在一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構500包括二個對立凸輪，每個凸輪都具有凸輪表面522。
托架590適于沿著導向件592移動。一種實施方式中，導向件592包含托架510的外周邊。一種實施方式中，軌道如抽屜滑軌可以固定到托架上，或者與托架形成一體。
一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構500包括旋鈕560或其他施力件，用來改變作用在彈簧構件550上的預載荷?？赏ㄟ^旋緊旋鈕560來增加作用在彈簧上預載荷，從而增加終端的重力載荷，或者松動旋鈕來提供小的重力載荷。
在一些實施方式中，機構500包括如上文和下文所述其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖6顯示根據(jù)一種實施方式的監(jiān)視器支撐機構600。監(jiān)視器支撐機構600總體上包括第一部分601和第二部分602。第二部分602沿著限定線性軸線α的運動軌跡滑動連接到第一部分。第一部分601包括凸輪620。第二部分602包括托架690，該托架690可以沿著第一部分601軸線α的運動方向在導向件680上移動。
該實施方式中，凸輪620包括轉動連接到托架610上的凸輪臂650，且具有凸輪表面622。一種實施方式中的監(jiān)視器支撐機構600包括二個對立的凸輪624、626，每個凸輪都具有凸輪面622，并分別在軸線α與二個對立的凸輪表面624、626之間限定距離623a、623b。該二個對立凸輪624、626的凸輪表面622從第一上端628到第二下端630一般呈曲面。在一種實施方式中，凸輪表面622設計成，使距離623a、623b從上端628向第二下端630逐漸減小。
上升的儲能件如拉伸彈簧670連接到凸輪上，并使凸輪620與托架590上的凸輪從動件如滾輪655接觸。
一般來說，凸輪表面622的輪廓與監(jiān)視器支撐機構10的凸輪表面322相似。監(jiān)視器支撐機構600的拉伸彈簧670通過凸輪624、626提供與監(jiān)視器支撐機構10的拉伸彈簧14相似的軸向力。監(jiān)視器支撐機構600的其他細節(jié)基本相似于這里所討論的其他監(jiān)視器支撐機構，工作原理大體相同，上述說明通過參考而包含于此。
該實施方式中，托架690沿著軸線運動，使得凸輪從動件655相應地驅動凸輪624、626轉動。當凸輪(或一個凸輪)轉動時，儲能件或彈簧670被拉伸，該儲能件會生成對凸輪從動件的反作用力。彈簧力通過凸輪表面轉化為垂直(軸向)分力和水平(正交)分力。一種實施方式中，在托架沿著導向件680作上下移動時，采用的凸輪表面外形能使凸輪作用在凸輪從動件655上的軸向分力恒定，但正交分力可變。一種實施方式中，在托架沿著導向件680作上下移動時，采用的凸輪表面外形能使凸輪作用在凸輪從動件655上的軸向分力可變，正交分力也可變。
在一些實施方式中，機構600包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中的所述細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖7顯示根據(jù)一種實施方式的監(jiān)視器支撐機構700。監(jiān)視器支撐機構700總體上包括第一部分701和第二部分702，其中第二部分702沿著限定軸線α運動方向的運動軌跡滑動連接到第一部分。如上所述，在不同的實施方式中，軸線α可以是垂直、傾斜、水平、和三維的。第二部分702包括凸輪720和托架790，該托架790可以沿著第一部分701的軸線α移動。
該實施方式中，凸輪720包括一對面向外的凸輪表面722a、722b，分別與軸線α形成可變距離723a、723b。施力件770如拉伸彈簧連接到一對凸輪從動件如滾輪或軸承755的任何一端。凸輪從動件連接到活動件756，該活動件756滑動結合在凸輪從動件的導向件760內。在一個實施方式中，導向件760大致水平定向，如圖7所示。在一個實施方式中，導向件以大致與凸輪720的凸輪表面正交的方位向下傾斜。這被示為導向件760’。施力件770迫使?jié)L輪755與凸輪表面722接觸。托架790沿著軸線α上下移動，凸輪表面722a和722b迫使?jié)L輪755在導向件760內移動，從而改變施力件770的壓縮或拉伸。在一個實施方式中，使用諸如軌道的導向件來將凸輪720保持在一個筆直的軸向位置。
在一種實施方式中，凸輪表面722彎曲，使距離723a、723b在凸輪第一下端728的變化率相對較大；當托架向凸輪第二上端730移動時，逐漸下降為相對較小的比值。該變化率直接對應彈簧的能量，該能量用來平衡托架上的載荷。因此，當彈簧力減弱時，彈簧伸長率大；當彈簧力增強時，對于沿著凸輪上升的單位距離而言，彈簧伸長率減小。通過改變板簧的伸長率，彈簧通過凸輪沿著軸線α產生恒定或可變預定大小的垂直(或其他軸向)力，而水平(或其他正交)分力可以增加或減小。
一種實施方式中，機構700的一個或多個構件是塑料、聚合物、或其他非金屬復合材料。一些實施方式中，其他凸輪如凸輪790安裝在部分701的背面，且凸輪相互之間連在一起，這有助于穩(wěn)定地引導凸輪移動。
在一些實施方式中，監(jiān)視器支撐機構700包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖8A、8B是分別顯示根據(jù)一種實施方式的監(jiān)視器支撐機構800的主視圖和側視圖。監(jiān)視器支撐機構800總體上包括第一部分801和第二部分802。第二部分802沿著限定軸線α運動方向的運動軌跡滑動連接到第一部分，且圍繞軸線β轉動連接。如上所述，在不同的實施方式中，軸線α可以是垂直、傾斜、水平、和三維的。第一部分801包括凸輪820。第二部分802包括施力件如扭力桿彈簧870，和托架890，該托架890可以沿著第一部分801的軸線α在導向件如軌道810上移動。
該實施方式中，凸輪820的凸輪表面822大體為圍繞軸線β定位的圓形或曲面，在該實施方式中其平行于軸線α的運動方向。施力件870壓迫凸輪從動件如滾輪855與凸輪表面822接觸。當托架890沿著軸線α上下移動時，凸輪表面822壓迫滾輪822圍繞軸線β轉動，以此來改變施力件870中的張力。
一種實施方式中，凸輪表面822設計成，使彈簧張力系數(shù)在凸輪第一上端828處變化相對較快，并隨著托架向凸輪第二下端830移動而逐漸將為相對較小的系數(shù)。該系數(shù)的變化直接對應來自扭轉彈簧的能量，其中能量是用來平衡托架上的載荷。因此，若彈簧力弱，彈簧張力系數(shù)就高；若彈簧力增強，彈簧張力系數(shù)對于沿著凸輪上升的單位距離而言將隨之降低。在一種實施方式中，通過變化彈簧的伸長系數(shù)，彈簧能通過凸輪沿著軸線β產生恒定或預定大小的垂直或其他軸向力，即使水平分力增加或減小。
凸輪表面822外形輪廓的其他細節(jié)以及監(jiān)視器支撐機構800的其他細節(jié)與其他凸輪表面以及上述監(jiān)視器支撐機構大體相同，并通過參考而將其包含于此。
圖9A、9B、9C分別是顯示根據(jù)一種實施方式的監(jiān)視器支撐機構900的主視圖、俯視圖、和立體圖。監(jiān)視器支撐機構900總體上包括第一部分901和第二部分902，其中第二部分902沿著限定線性軸線α的運動軌跡滑動連接到第一部分。第一部分901包括凸輪920。第二部分902包括施力件如卷簧970，和可以沿著第一部分901的軸線α移動的托架990。
該實施方式中，凸輪920的凸輪表面922圍繞軸線α呈曲面結構。如上所述，在不同的實施方式中，軸線α可以是垂直、傾斜、水平、和三維的。施力件970壓迫凸輪從動件955與凸輪表面922接觸。當托架990沿著導向件910在軸線α上下移動時，凸輪表面922壓迫凸輪從動件955圍繞軸線α轉動，以此來改變施力件970中的張力。一種實施方式中的表面922外形能使彈簧通過凸輪表面對凸輪從動件955(和托架990)施加恒定軸向分力。一種實施方式中的表面922外形能使彈簧通過凸輪表面對凸輪從動件955(和托架990)施加可變的預定軸向分力。
一些實施方式中的監(jiān)視器支撐機構900包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖10顯示根據(jù)一種實施方式的監(jiān)視器支撐機構1000。監(jiān)視器支撐機構1000總體上包括關于監(jiān)視器支撐機構的其他實施方式所討論的一個或多個特征，并且這些討論通過參考而包含于此。該實施方式中的監(jiān)視器支撐機構1000包括托架1090、臂1060、凸輪1020、和氣動彈簧1070，其中氣動彈簧1070能為系統(tǒng)提供儲存的動力。
圖11A、11B是顯示根據(jù)一種實施方式的機構1100的總體示意圖。機構1100包括支架或托架1102和儲能件1104。該實施方式中的儲能件1104包括第一構件1104a和第二構件1104b。儲能件1104的構件1104a、1104b連接到底座1106的一端。
參考圖11A、11B可以看出，托架1102可相對儲能件1104沿著軸線α限定的軌跡移動。當托架移動時，間隔距離固定的凸輪從動件1108、1110壓迫儲能件1104a、1104b向內彎曲或變形。這種移動將分別增加構件1104a、1104b對凸輪從動件1108、1110的作用力，然后凸輪從動件支撐托架1102。臂1104a、1104b的彎曲程度決定有多少儲存在臂中的能量和力被轉移到凸輪從動件1108、1110上。在一些實施方式中，凸輪從動件1108、1110和臂1104a、1104b設置成，當托架沿著軸線α上下移動時，能提供恒定的支撐力支撐托架1102。一些實施方式中提供可變的預定力。
在一種實施方式中，在構件1104a、1104b之間設置輔助彈簧1120，這有助于增加機構的總力。有益的是，構件1104a、1104b在該實施方式中既用作托架導向件，又用作儲能件。這使機構緊湊。
不同實施方式中的構件1104a、1104b根據(jù)其使用而具有不同外形。例如在一種實施方式中，每個構件的寬度大約為1或2英寸，其剖面一般為矩形。一種實施方式中，每個構件的寬度大約為4英寸。一種實施方式中，構件的底部較寬，并朝著頂部逐漸變細，所以其剖面為梯形。
一些實施方式中的機構1100包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖12A、12B是顯示根據(jù)一種實施方式的機構1200的總體示意圖。機構1200包括支架或托架1202、儲能件1204、和底座/凸輪的結合體1206。監(jiān)視器1208連接到托架1202上，而托架1202可以相對凸輪1206沿著軸線α所限定的運動軌跡移動。在一種實施方式中，儲能件1204連接到托架1202上，且包括一個或多個臂1210，其中臂1210在沿著凸輪表面向下移動時能增加力和能量。凸輪從動件1212連接到每個臂1210的一端，并由儲能件1204壓向凸輪1206表面。
當托架1202相對凸輪1206沿著軸線α移動時，構件1204中的能量增加。在一種實施方式中，凸輪1206外形能提供平行于軸線α方向的恒定支撐力，這使使用者僅需克服各構件之間的摩擦力，便能在軸線α的運動軌跡上輕松完成監(jiān)視器1208的上下移動。其他實施方式提供可變的預定力。在一種實施方式中，底座/凸輪1206設計成三維的，這使監(jiān)視器1208在轉動時也能通過凸輪表面支撐。
在圖12B顯示的實施方式中，動力件1204帶有環(huán)繞該構件的臂1210設置的調節(jié)帶1214。在臂1210試圖向外張開時，該調節(jié)帶1214提供反作用力，這使使用者能根據(jù)作用在機構1200上的重量或載荷來調節(jié)該機構1200的支撐力。
一種實施方式中，機構1200的凸輪可以顛倒。換句話說，凸輪表面可以位于底座內，而儲能件1204就在底座內移動并向外施加力。
一種實施方式中，儲能件1204包括能相對凸輪1206沿著軸線α移動的旋轉伸縮彈簧。一種實施方式中，儲能件1204包括能沿著凸輪滾動的形成一體的多個球軸承，這使得載荷被轉動時也能通過凸輪表面支撐。
一些實施方式中的機構1200包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖13A、13B、13C是顯示根據(jù)一種實施方式的機構1300的總體示意圖。機構1300包括托架或托架1302，該托架1302與儲能件1304如板簧臂1310連接并連接到一個或多個導向滾輪1308。機構1300還包括設置成剪式凸輪結構的一對凸輪1306、1307。凸輪1306、1307具有面向內且大體垂直定向的凸輪表面。該表面彼此重疊并與軸線α重疊，這在允許托架具有較長行程的前提下能使結構緊湊。
該實施方式中，一個或多個導向滾1308沿著限定運動軸線α的運動軌跡來引導托架1302。監(jiān)視器或其他載荷連接到托架1302上，而托架1302可以相對凸輪1306、1307沿著軸線α移動。該實施方式中，臂1310在沿著凸輪表面向下移動時能增加力和能量。凸輪從動件1312連接到每個臂1310的一端，并通過儲能件1304壓向凸輪1306、1307的表面。凸輪表面將儲能件的力和能量轉化為支撐力。
當托架1302沿著軸線α(參考圖13B)移動時，構件1304中的能量增加。在一種實施方式中，凸輪外形能提供平行于軸線α方向的恒定支撐力。其他實施方式能提供可變的預定力。
圖13C是顯示根據(jù)一種實施方式的凸輪1306、1307的斜視圖。
一些實施方式中的機構1300包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖14A、14B是顯示根據(jù)一種實施方式的機構1400的總體示意圖。機構1400包括支架或托架1402、儲能件1404如板簧臂1410a，1410b、和與托架1402連接的二組凸輪從動件1412-1415。
凸輪從動件連接到托架1402，并且在托架沿著限定軸線α的運動軌跡向下移動時，其彼此之間的分開距離保持固定。一種實施方式中，臂1410a、1410b既充當托架的軸向導向件，又充當儲能件。
臂1410a、1410b連接到底座1420的一端。參考圖14A、14B可以看出，當托架移動時，凸輪從動件使臂1410a、1410b向外彎曲或變形。該動作能增加臂1410a、1410b作用在凸輪從動件1412-1415上的力。于是凸輪從動件能支撐托架1402。臂1410a、1410b的彎曲程度決定儲存在臂中的能量和力有多少被轉移到凸輪從動件上。在有些實施方式中，凸輪從動件1412-1415和臂1410a、1410b如此設置，使得當托架沿著軸線α上下移動時，能提供恒定的支撐力支撐托架1402。有些實施方式中，能提供預定變化的力。凸輪面將儲能件的力和能量轉化為支撐力。
一些實施方式中的機構1400包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖15、16顯示根據(jù)一種實施方式的機構1500的總體示意圖。機構1500包括支架或托架1502、儲能件1504如板簧臂1510a、1510b、和連接到托架1502的凸輪從動件1506和1508。
凸輪從動件連接到托架1502，并且當托架沿著限定軸線α的運動軌跡向下移動時，彼此分開的距離保持固定。
臂1510a、1510b連接到底座1520的一端。參考圖15、16可以看出，當托架移動時，凸輪從動件使臂1510a、1510b向外變形。該動作能增加臂1510a、1510b作用在凸輪從動件1504、1506上的力。于是凸輪從動件能支撐托架1502。臂1510a、1510b的變形程度決定儲存在臂中的能量和力有多少被轉移到凸輪從動件上。在有些實施方式中，凸輪從動件1506、1508和臂1510a、1510b被如此設置，使得當托架沿著軸線α上下移動時，能提供恒定的支撐力支撐托架1502。有些實施方式中，能提供預定變化的力。凸輪面將儲能件的力和能量轉化為支撐力。
一些實施方式中的機構1500包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖17顯示根據(jù)一種實施方式的機構1 700的總體示意圖。機構1700包括支架或托架1702、第一儲能件1704、第二儲能件1705、和凸輪1706。托架1702相對于凸輪1706沿著限定軸線α的運動軌跡移動。在該實施方式中，儲能件1704為壓縮彈簧，并被連接到托架1702的臂1710的下部。儲能件1705為拉伸彈簧，并被連接到臂的上端。凸輪從動件1712連接到每個臂1710的一端，并通過儲能件1704、1705壓靠在凸輪1706的表面上。
當托架1702相對于凸輪1706沿著軸線α移動時，凸輪增加構件1704中的能量。然后凸輪面將該能量轉化為支撐力。在一種實施方式中，凸輪1706的外形能提供平行于軸線α方向的恒定的支撐力。一些實施方式中能提供預定變化的支撐力。機構1700在諸多方面都相似于圖4A、4B中的機構400，除了該機構1700包括彎成一定角度的臂1710和一對彈簧1704、1705以外。
一些實施方式中的機構1700包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖18顯示根據(jù)一種實施方式的機構1800的總體示意圖。機構1800包括具有臂1814的支架或托架1802、儲能件1804、和凸輪1806，凸輪1806包括一對大體為垂直取向且面向內的表面。托架1802相對于凸輪1806沿著軸線α限定的運動軌跡移動。托架1802的上部設計成能容納儲能件1804。
該實施方式中，儲能件1804包括大體為M-形(或W-形)的塑料彈簧，其位于托架1802的上部之內。儲能件1804包括一個或多個臂1810，當托架和彈簧相對于凸輪面向下移動時，其中的力和能量降低。一個或多個凸輪從動件1812連接到每個臂1810的一端。儲能件1804對臂1814施加向外的力，臂1814又依次對凸輪從動件1812施加向外的力，其中凸輪從動件是沿著凸輪1806的凸輪面移動。一種實施方式中，凸輪從動件1812是沿著凸輪面移動的滑塊?？梢詫瑝K與凸輪面之間的摩擦力進行設計，為機構中的停止或控制提供合適大小的力。
當托架1802相對于凸輪1806沿著軸線α移動時，構件1804中的能量降低。但是，凸輪1806表面的外形能將該能量轉化為平行于軸線α的第一支撐力、和與第一力正交的第二力。在一種實施方式中，凸輪1806的外形能提供平行于軸線α方向的恒定的支撐力，這使得使用者僅需克服部件之間的摩擦力，便能在軸線α的運動軌跡上輕松地上下移動載荷。一些實施方式中能提供預定變化的力。
一種實施方式中，儲能件1804包括突出部1818，其與托架1802中對應的切口匹配，這使得構件1804既能向上也能向下定位。換句話說，構件1804既可以為W-形取向1804b，也可以為M-形取向1804a。這些不同取向可以改變儲能件施加的彈簧力，并允許使用者對機構進行調節(jié)。一種實施方式中，整個機構1800本質上是由塑料或聚合物部件構成。例如，凸輪1806、托架1802、凸輪從動件1812、和/或彈簧1804之中的一個或多個是由非金屬材料制成。例如，在一個實施例中凸輪1806被注射成型為塑料件。同樣托架1802可以通過注模而成。在不同實施方式中，構件由不同的塑料、塑料組合物、聚合物、玻璃纖維、和其他非金屬材料制成。一種實施方式中，彈簧1804的材料是玻璃纖維組合物。有益的是，使用這些非金屬材料能提供輕質、低成本、可批量生產的機構。
一些實施方式中的機構1800包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖19顯示根據(jù)一種實施方式的機構1900的總體示意圖。機構1900包括支架或托架1902、儲能件1904、和一對凸輪1906、1907，其中凸輪如此設置，即凸輪1906包括一個或多個面向外的凸輪面；而凸輪1907則提供一個或多個面向內的凸輪面。每個凸輪面都相對于運動軸線α所限定的軌跡為大體垂直取向。
該實施方式中，一個或多個凸輪從動件1910被連接到托架1902，并壓靠在凸輪1907上。一個或多個凸輪從動件1912也連接到托架1902，并沿著凸輪1906移動。一種實施方式中，凸輪從動件1912連接到托架轉動臂1918的一端；而凸輪從動件1910則連接到臂1918的另一端。當托架相對于凸輪1906、0907沿著軸線α移動時，凸輪從動件有助于引導托架。監(jiān)視器或其他載荷可以連接到托架1902。該實施方式中，儲能件1904包括膨脹彈簧，并連接到托架1902，且通常位于臂1918的樞軸點之上、臂1918之間。當托架和儲能件沿著凸輪面向下移動時，儲能件1904的力和能量增加。凸輪面將儲能件的力和能量轉化為支撐力。一種實施方式中，在臂1918之間、臂1918的樞軸點之下設置壓縮彈簧1905。
當托架1902沿著軸線α移動時，(參考圖9B)，凸輪1906、1907使構件1904中的能量增加。然后凸輪1906、1907將儲能件的力轉化為平行于軸線α方向的第一力、和與第一力正交的第二力。一種實施方式中，凸輪的外形能提供平行于軸線α方向的恒定的第一支撐力。一些實施方式中能提供預定變化的力。
一些實施方式中的機構1900包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖20顯示根據(jù)一種實施方式的機構2000的斜視圖。機構2000包括支架或托架2002、儲能件2004如鋼彈簧、和凸輪2006。托架2002和儲能件2004相對于凸輪2006沿著軸線α所限定的運動軌跡移動。該實施方式中，儲能件2004與托架2002形成一體并具有臂2010，當它們沿著凸輪面向下移動時，能增加臂的力和能量。凸輪從動件2012連接到每個臂2010的一端，并通過儲能件2004壓靠在凸輪2006表面上。
當托架2002相對于凸輪2006沿著軸線α移動時，構件2004中的能量增加。一種實施方式中，凸輪2006的外形能提供平行于軸線α方向的恒定的支撐力，這使得使用者僅需克服凸輪從動件2012與凸輪面之間的摩擦力，便能在軸線α的運動軌跡上輕松地上下移動監(jiān)視器或其他載荷。一些實施方式中能提供預定變化的力。
一些實施方式中的機構2000包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖21A、21B為根據(jù)一種實施方式的機構2100的總體示意圖。機構2100包括支架或托架2102和儲能件2104。該實施方式中，儲能件2104包括連接到底座2106的第一構件2104a和第二構件2104b。
參考圖21A、21B可以看出，托架2102相對于儲能件2104沿著軸線α所限定的軌跡移動。當托架移動時，以固定距離分開的凸輪從動件2108、2110迫使儲能件2104a、2104b向內彎曲或變形。該動作增加了構件2104a、2104b分別對凸輪從動件2110、2108的作用力。然后凸輪從動件支撐托架2102。臂2104a、2104b的彎曲程度決定有多少儲存在臂中的能量和力被轉移到凸輪從動件2108、2110上。有些實施方式中，凸輪從動件2108和臂2104a、2104b設計成，當托架沿著軸線α上下移動時，能提供恒定的支撐力支撐托架2102。有些實施方式能提供預定變化的力。在不同的實施方式中，根據(jù)使用條件，構件2104a、2104b可具有不同形狀。有些實施方式中，構件2104a、2104b具有向內傾斜的側面，如圖21A所示。
有些實施方式中，整個結構2100基本上都是由塑料或聚合物構件構成。例如，儲能件2104和/或托架2102中的一個或多個是由非金屬材料所制。例如，一種實施方式中的儲能件2104為注模成型塑料構件。同樣，托架2102也可通過注模而成。在不同的實施方式中，構件由不同的塑料、塑料組合物、聚合物、玻璃纖維、以及其他非金屬材料所制。有益的是，使用這些非金屬材料可提供輕質、低成本、能批量生產的機構。
一些實施方式中的機構2100包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖22為根據(jù)一種實施方式的機構2200的總體示意圖。機構2200包括支架或托架2202、儲能件2204、和凸輪2206。托架2202包括在凸輪2206的內表面上軸線α所限定的運動軌跡進行移動的軸。該實施方式中，儲能件2204連接到托架2202并包括一個或多個臂2210，當臂沿著凸輪面向下移動時，臂的力和能量增加。凸輪從動件2212連接到每個臂2210的一端，并通過儲能件2204被迫靠在凸輪2206表面上。一種實施方式中，凸輪從動件2212包括球軸承。
一種實施方式中，凸輪2206的整體外形為管狀，其直徑2206d大約為1英寸。其他實施方式中的直徑包括2英寸、3英寸、或更大尺寸。一些實施方式中，凸輪2206的長度大約為4英寸。其他實施方式中的長度包括6、9、12、15、20、24英寸、和更大尺寸。
當托架2202的軸相對于凸輪2206沿著軸線α移動時，構件2204中的能量增加。一種實施方式中，凸輪2206的形狀能提供平行于軸線α方向的恒定支撐力。一些實施方式還能提供預定變化的力。
一種實施方式中，軸的下部包括密封件，并在凸輪2206內提供氣體，從而能提供緩沖力或附加的支撐力。
一些實施方式中的機構2200包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖23A、23B為根據(jù)一種實施方式的機構2300的總體示意圖。機構2300包括支架或托架2302、儲能件2304、和凸輪2306、2307。
凸輪2306、2307包括筆直的凸輪導軌。托架2302與至少一個滑塊2320或2321相連接或形成一體。第一滑塊2320包括諸如球軸承或線性軸承2330等軸承，并在凸輪2307內移動。第二滑塊2321包括諸如球軸承或線性軸承2330等軸承，并在凸輪2306內移動。該實施方式中，儲能件2304包括拉伸彈簧，其第一端連接到第一滑塊2320，第二端連接到第二滑塊2321。
托架2302相對于凸輪2306、2307沿著軸線α所限定的軌跡移動。當托架移動時，凸輪2306、2307拉伸儲能件2304。一種實施方式中，儲能件2304選擇非線性彈簧，并結合凸輪2306、2307結構，以提供平行于軸線α的恒定的平衡力。一些實施方式中還能提供預定變化的力。
一些實施方式中的機構2300包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖24A為根據(jù)一種實施方式的機構2400的總體示意圖。機構2400包括支架或托架2402、儲能件2404、和凸輪2406、2407。
凸輪2406、2407包括筆直的凸輪導向件。托架2402與至少一個滑塊2420或2421相連接或形成一體。第一滑塊2420包括球軸承并靠在凸輪2407上移動。第二滑塊2421包括球軸承并靠在凸輪2406上移動。該實施方式中，儲能件2404包括壓縮彈簧，其第一端連接到第一滑塊2420，第二端連接到第二滑塊2421。一種實施方式中，增加了第二彈簧2404’。一種實施方式中，機構2400的所有構件都是鋼制的，這樣能提供穩(wěn)固、經(jīng)濟的機構。
托架2402相對于凸輪2406、2407沿著軸線α所限定的軌跡移動。當托架移動時，凸輪2406、2407壓縮儲能件2404(和2404’)。一種實施方式中，儲能件2404選擇非線性彈簧并結合凸輪2406、2407結構，以提供平行于軸線α的恒定的平衡力。一些實施方式中還能提供預定變化的力。
一些實施方式中的機構2400包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖24B為根據(jù)一種實施方式的機構2400’的總體示意圖。機構2400’基本上相似于機構2400。一種實施方式中，機構2400’具有平行導軌2420、2421以及軸承2440以引導托架2402’。機構2400’還具有凸輪2406’、2407’ 裝于其內部，使儲能件2404產生力。圖24B中，托架可位于上部的A點和下部的B點。
一些實施方式中的機構2400’包括如上文和下文所述的其他機構的一個或多個特征。因此，其他實施方式中所述的細節(jié)和特征通過參考而包含于此。
圖24C顯示根據(jù)一種實施方式的導軌2450。導軌2450包括一對平行的直線導軌2451、2452。底面2453相對于直線導軌2451、2452成一角度，因此當凸輪從動件2454和儲能件2455沿著導軌移動時能提供一凸輪面。例如，支架或托架連接到凸輪從動件2454，并沿著導軌從第一點A向第二點B移動。
圖25為根據(jù)一種實施方式的監(jiān)視器支撐與儲能結合件2500的側視圖。這一實施例說明了一些實施方式能夠為部件如監(jiān)視器2501提供傾斜或彎曲的軌跡。例如，圖11A中的構件1104a、1104b可被彎曲成如圖25所示。
圖26顯示調節(jié)機構2602，針對所述的一個或多個支撐機構上的可變載荷進行調節(jié)。該機構包括具有樞軸點2605的轉動凸輪2604。調節(jié)機構2602對一個或兩個凸輪施加力使其轉動，從而產生不同的凸輪廓面。一種實施方式中，機構2602包括手動調節(jié)的螺桿。一種實施方式中，機構2602包括彈簧，這能實現(xiàn)凸輪輪廓的自動調節(jié)。其他實施方式包括彈簧和螺桿。
圖27顯示調節(jié)機構2702，針對所述的一個或多個支撐機構上的可變載荷進行調節(jié)。調節(jié)機構2702對一個或兩個凸輪2705施加力，使其圍繞樞軸點轉動，從而產生不同的凸輪廓面。一種實施方式中，機構2702包括鎖定凸輪位置的棘輪機構2704。使用者可通過調節(jié)該棘輪來控制凸輪的角度和輪廓。一種實施方式中，凸輪包括代替樞軸點的聯(lián)動插槽來提供其他的凸輪輪廓(即凸輪的頂部也可活動)。
圖28顯示根據(jù)一種實施方式的包括調節(jié)機構2802的機構2800。一種實施方式中，調節(jié)機構2802使凸輪2806相互靠近或分離。調節(jié)機構2802包括第一鏈輪2808，其能轉動絲杠2809來調節(jié)凸輪之間的距離。鏈條2814連接第一鏈輪2808與第二鏈輪2810。第二鏈輪2802由旋鈕2812驅動。還有一絲杠2811連接到旋鈕2812以調節(jié)凸輪之間的距離。使用者通過轉動旋鈕2812使調節(jié)機構工作。一些實施方式使用電機來驅動調節(jié)機構。相似于圖27，凸輪使用連桿插槽代替樞軸點2820以提供其他的凸輪輪廓。
圖29顯示具有調節(jié)機構2902的機構2900，其中調節(jié)機構2902針對所述的一個或多個支撐機構上的可變載荷進行調節(jié)。調節(jié)機構2902對板簧2904施加力來調節(jié)作用在凸輪2906上的預載力。
支撐監(jiān)視器和其他計算機組件的實施例一些實施方式中，如上所述的監(jiān)視器支撐機構用于支撐和升起多種監(jiān)視器和計算機組件。
例如，圖30顯示根據(jù)一種實施方式的計算機監(jiān)視器支撐系統(tǒng)3010。系統(tǒng)3010包括監(jiān)視器3020、鍵盤3050、工作中心支架3030、和監(jiān)視器支撐機構3040。
支架3030包括底座部分3032和上部3031。上部3031滑動連接到底座部分。監(jiān)視器3020和鍵盤3050連接到上部3031。該實施方式中，底座部分3032的側面提供有導向件3026，用于在上部3031上升或下降時能保持筆直。上述的抽屜滑軌或其他滑軌也可使用。用于工作中心的其他選擇方案落入本實施方式的范圍之內。
監(jiān)視器支撐機構3040連接在上部3031與下部3032之間，以提供支撐，并相對于下部3032對上部3031進行調節(jié)。機構3040總體上包括連接到上部303 1并在導向件3026內移動的支架或托架3042；和連接到下部3032的凸輪3041。凸輪3041包括二個面向外的凸輪面3043、3044。
若對上部3031施加向下的力，該力通過托架轉移到凸輪從動件3034上，并通過儲能件如彈簧3035將凸輪從動件壓靠在凸輪3041上。然后托架3042在導向件內移動。凸輪通過凸輪從動件和彈簧3035對上部3031施加相反的支撐力。在一種實施方式中，凸輪設計成能提供與凸輪從動件在凸輪上的位置無關的恒定的平衡力，因此能提供簡單的系統(tǒng)來調節(jié)和保持監(jiān)視器和/或鍵盤的位置。
有益的是，凸輪面3043、3044大體上為垂直取向，而彈簧3035的作用力為水平方向。這種結構使監(jiān)視器3020相對于支架3032具有較長的行程。在一種實施方式中，提供24英寸的行程。一種實施方式提供36英寸的行程。一種實施方式提供大于36英寸的行程。
其他實施方式中，圖31A、31B是分別顯示監(jiān)視器支撐機構的其他示例性應用的主視圖和側視圖。圖31A、31B中，監(jiān)視器支撐機構3100用于垂直高度為20英寸的數(shù)據(jù)錄入工作站，工作站具有連接到支架3101的平板監(jiān)視器3102和鍵盤3103。其他實施方式中，可使用上述其他監(jiān)視器支撐機構來替換監(jiān)視器支撐機構3100。
如上所述，一些實施方式中機構的所有活動構件(即轉動臂、彈簧、托架、凸輪從動件)大體上在同一移動平面內移動。這使得機構可被制成較薄的機構。這一優(yōu)點可從圖31B中看出，圖31B示意性地顯示了該機構允許監(jiān)視器和鍵盤接近墻壁的程度。一種實施方式中，機構允許安裝的監(jiān)視器與墻壁之間距離不大于4英寸。其他實施方式提供其他不同距離。
在一種或多種實施方式中，幾種構件如托架、軸承、和凸輪由輕質材料形成。另一種選擇是，構件之間的配合面設置成光滑表面，使構件之間作相對運動時產生的摩擦力很小。其他不同的材料包括，例如熱塑性塑料。
上述的實施方式是可縮放的。換句話說，本發(fā)明的一種或多種實施方式并不受機構的相對尺寸、力、或重量范圍所限制。本實施方式的原理可應用于比所述示例性機構更大和更小的機構。此外，上述的一個或多個特征可以在其他實施方式中被結合或替換。
附加應用實施例一些實施方式中，上述機構可應用于家具系統(tǒng)來提供支撐和調節(jié)；其他實施方式將上述機構應用于健身設備來提供反作用于使用者載荷的力；一些實施方式還被應用于機器人技術、軍事裝備、機動車車窗、和其他使用升力或支撐力的設備。
家具系統(tǒng)的實施例圖32顯示根據(jù)一種實施方式構造的工作臺3210。呈現(xiàn)的特征可應用于多種家具，例如包括兒童桌。
工作臺3210包括主體3220和機構3230。主體3220包括第一部分3222和第二部分3224。部分3222包括工作面或支撐面3225。第二部分3224是支撐第一部分3222的基礎部分。一種方案是，第一部分3222沿著導向件3226滑動連接第二部分3224，導向件3226包含第二部分3224的垂直部分3228的內表面。作為選擇，第一部分3222可連接到垂直部分3228的外部。工作臺的其他選擇方案在本實施方式的范圍之內。
機構3230連接在第一部分3222與第二部分3224之間，以相對于第二部分3224支撐和調節(jié)第一部分3222。機構3230總體上包括連接到第一部分3222并在導向件3226內移動的托架3231，和連接到第二部分3224的凸輪3232。作為選擇，托架可連接到第二部分3224，凸輪可連接到第一部分3222。若對第一部分3222施加向下的力時，該力通過托架3231轉移到凸輪從動件3234上。托架3231在導向件3226內移動。凸輪3232通過凸輪從動件3234對第一部分3222施加相反的支撐力。
機構3230包括上述機構的一個或多個特征。一種實施方式中，其提供垂直方向的恒力，使使用者迅速、方便地調節(jié)臺面高度。一些實施方式包括如上所述的調節(jié)機構，使使用者能根據(jù)載荷來調節(jié)機構的整體強度。
圖33A顯示根據(jù)一種實施方式的可調物架3300。物架3300包括機構3330、第一部分3322、和第二部分3324。部分3322包括工作面或支撐面3325。第二部分3324為支撐第一部分3322的基礎部分。一種方案是，第一部分3322可沿著導向件3326滑動連接第二部分3324，該導向件3326包含第二部分3324的垂直部分的內表面。
機構3330連接在第一部分3322與第二部分3324之間，以便相對于第二部分3324支撐和調節(jié)第一部分3322。該實施方式中，當工作面3325下降時，凸輪通過一個或多個凸輪從動件來壓縮儲能件3340。
機構3330包括上述機構的一個或多個特征。一種實施方式中，其提供垂直方向的恒力，使使用者迅速、方便地調節(jié)物架表面的高度。一些實施方式包括如上所述的調節(jié)機構，使使用者能根據(jù)載荷來調節(jié)機構的整體強度。
圖33B顯示根據(jù)另一種實施方式的圖33A中的可調物架3300。該實施方式中，儲能件可以整合到或連接到凸輪，當工作面3325下降時，凸輪會產生變形或被移置。
有益的是，上述的家具支撐系統(tǒng)為調節(jié)位置或支撐家具提供了簡便、經(jīng)濟和可靠的方案。
健身器系統(tǒng)的實施例圖34顯示健身器3410。該實施方式中，健身器3410為劃船機。但呈現(xiàn)的特征可應用于多種健身器材，比如舉重器材，但不限于此。
健身器3410包括主體3420、連接件3430、和施力件3400。主體3420包括在導向件3423內與主體3420滑動連接的座位3422。主體3420還包括一對支腿3424和一對腳蹬3425。主體3420的其他可供選擇的構件屬于本實施方式的范圍之內。
連接件3430在使用者與施力機構3400之間提供可為使用者控制的連接。連接件3430總體上包括與主體3420相連的中心部分3437，和與機構3400在第一端3433相連的連接部分3431。構件3430還包括與中心部分3437轉動連接的動作件3435，這使得當動作件3435轉動時，與動作件3435相連的構件3434對連接件3431的第二端施加力，該力通過連接件轉移給機構3400。健身器3410還包括位于動作件3435兩端的一對手柄3436，使使用者能夠握緊并拉動作件。
機構3400與主體3400相連并包括與連接件3431相連的托架3490。當使用者拉動手柄3436時，動作件3435轉動，接著通過連接件3431對托架3490施加力。然后，托架3490在上述機構3400的導向件內移動。隨之，機構3400產生與使用者的作用力相反的力。如上所述，在一種實施方式中，當托架沿著導向件滑動時，機構3400提供恒定的阻力。
如上所述，機構3400能為健身器材如健身器3410提供纖細、簡化、可調、并能產生阻力的機構。
上述的一種或多種實施方式能為多種健身器提供相反的阻力。
圖35為根據(jù)一種實施方式的健身器3510的主視圖。該實施方式中，健身器為仰臥舉重系統(tǒng)。但就象關于圖34所述的，表達的特征可用于多種健身器材。
健身器3500包括主體3520、連接件3530、和施力件3540。主體3520包括與主體3520相連的長凳3522。主體3520還包括支腿3524。主體3520的其他可供選擇的機構為本領域所熟知的，屬于本實施方式的范圍之內。
連接件3530在使用者與施力機構3540之間提供可為使用者控制的連接。連接件3530總體上包括沿著支撐導向件3525與主體3520滑動連接的中心部分3537，和與機構3540相連的連接部分3531。構件3530還包括與中心部分3537相連的動作件3535，這使得當使用者推舉動作件3535時，其能對連接件3531施加力，該力通過連接件轉移給機構3400。健身器3540還包括位于動作件3535兩端的一對手柄3536，使使用者能夠握緊并推舉動作件。
機構3540與主體3524相連并包括與連接件3531相連的托架3590。當使用者推舉手柄3536時，動作件3535上升，接著通過連接件3531對托架3590施加力。然后，托架3590在上述機構3540的導向件內移動。隨之，機構3540產生與使用者的作用力相反的力。其他實施方式中，上述的其他機構可用于替換機構3540。
如上所述，在一種實施方式中，本系統(tǒng)可用于機器人系統(tǒng)。例如，一種或多種機構可用于警察或部隊的槍炮演習用的人體模型。在一種典型實施方式中，當人體模型被“擊中”后，機構能夠提供升起該人體模型所需的升力。由于該系統(tǒng)能提供儲存力，所以機構可通過很小的電機來驅動，因此能減小整個系統(tǒng)的尺寸和成本。
圖38為根據(jù)本發(fā)明一個典型實施例的設備4090的平面圖。設備4090包括凸輪4100和凸輪從動件4120。凸輪4100包括第一導面4102和第二導面4104。
應該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，凸輪4100可具有多種實施方式。例如，本發(fā)明的凸輪可具有一個、二個、和/或多于二個的導面。作為第二個例子，本發(fā)明的設備可包括具有大體為圓錐形外形的凸輪。
凸輪從動件4120包括第一從動子4122、第二從動子4126、和彈簧4132，其中，彈簧4132的第一端4134連接第一從動子4122，第二端4136連接第二從動子4126。第一從動子4122具有第一從動面4128，其至少在第一接觸點4124與凸輪4100的第一導面4102嚙合。第二從動子4126具有第二從動面4130，其與凸輪4100的第二導面4104嚙合。
應該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，第一從動子4122和第二從動子4126可具有多種不同的實施方式。例如，在某些實施方式中，第一從動子4122和第二從動子4126各包含適于圍繞樞軸轉動的滾子。作為第二個例子，第一從動子4122和第二從動子4126各包含不轉動的構件。
圖39是圖38中設備4090的另外的平面圖。從圖39中可以領悟到，第一從動子4122的接觸角4138由第一假想線4140與假象參考線4142定義，其中第一假想線4140經(jīng)過第一接觸點4124與第一從動子4122的中軸線4144，假想?yún)⒖季€4142在第一從動子4122的中軸線4144與第二從動子4126的中軸線4146之間延伸。
圖40是圖38中設備4090的另外的平面圖。在圖40的實施方式中，示出了作用于第一從動子4122與第二從動子4126上的各種力。如圖40所示，彈簧4132產生力Fs使第一從動子4122和第二從動子4126彼此相向。在圖40的實施方式中，凸輪從動件4120支撐載荷。由凸輪從動件4120所支撐的載荷通常對每個滾子施加向下的力Fw。
在圖40的實施方式中，第一從動子4122在第一接觸點4124接觸凸輪4100的第一導面4102。在優(yōu)選實施方式中，第一從動子4122的第一從動面4128與凸輪4100的第一導面4102在第一接觸點4124相切。如圖40所示，凸輪4100的第一導面4102對第一從動子4122的第一從動面4128施加反作用力F。
反作用力F可轉化為大體上平行于凸輪從動件4120軌跡的第一反作用分力，和大體上與第一反作用力正交的第二反作用分力。在圖40的實施方式中，凸輪從動件4120的軌跡大體上平行于凸輪4100的縱軸線4148。
圖41是圖38、圖39、和圖40中的第一從動子4122的自由體受力圖。在圖41的實施方式中，第一從動子4122可認為是平衡的。在垂直于縱軸線4148的方向，平衡作用于第一從動子4122上力可得Fs＝F cos Θ在大體平行于縱軸線4148的方向，平衡作用于第一從動子4122上的力可得Fw＝F sin Θ通過上述兩個公式，求解F可得F=FsCosΘ=FwSinΘ]]>在多種應用中載荷重量基本上保持恒定。求解Fw可得Fw＝TANΘ(Fs)圖42是圖38中設備4090的另外的平面圖。從圖42中可以理解，凸輪從動件4120至少可以在第一位置4168與第二位置4170之間運動。在圖42的實施方式中，第一從動子4122的第一位置用實線表示，第一從動子4122的第二位置用虛線表示。
在優(yōu)選實施方式中，凸輪4100的第一導面4102具有連續(xù)變化的斜率和/或連續(xù)變化的曲率半徑，因此當凸輪從動件4120沿著凸輪4100的縱軸線4148移動時，第一從動子4122的接觸角4138發(fā)生改變。在圖42的實施方式中，當凸輪從動件4120位于第一位置4168時，彈簧4132具有第一變形量；當凸輪從動件4120位于第二位置4170時，彈簧4132具有第二變形量。還是在圖42的實施方式中，當凸輪從動件4120位于第一位置4168時，第一從動子4122具有第一接觸角4138；當凸輪從動件4120位于第二位置4170時，第一從動子4122具有第二接觸角4158。如圖42所示，第一接觸角4138不同于第二接觸角4158，第一變形量不同于第二變形量。
彈簧施加的力(Fs)等于彈簧常數(shù)K乘以彈簧的總變形量(2δ)。將這種關系代入上述公式，可得Fw＝TANΘ(k)(2δ)平衡狀態(tài)下，機構產生的力等于載荷的重量。這在第一位置和第二位置成立TAN Θ1(k1)(2δ1)＝TAN Θ2(k2)(2δ2)TAN Θ1(k1)(δ1)＝TAN Θ2(k2)(δ2)TAN Θ1(δ1)＝TAN Θ2(δ2)δ1/δ2＝TANΘ2/TANΘ1在優(yōu)選實施方式中，凸輪4100的第一導面4102具有連續(xù)變化的斜率和/或連續(xù)變化的曲率半徑，從而當凸輪從動件4120沿著凸輪4100的縱軸線4148移動時，第一從動子4122的接觸角可以改變?？蛇x擇第一導面4102的斜率和/或曲率半徑來產生各種需要的力圖。
在圖42的實施方式中，在凸輪4100與凸輪從動件4120之間產生基本為縱向的恒力。在該實施方式中，凸輪4100設計成在凸輪從動件4120的整個運動過程中，彈簧4132的變形量基本上反比于接觸角4138的三角正切函數(shù)值的相關變化量。
應該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，本發(fā)明的設備可以包括各種不同類型的彈簧。適合于某些應用的彈簧例子包括卷簧、板簧、彈性彈簧、和氣動彈簧。還應該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，第一從動子4122及第二端4136可具有多種不同的實施方式。例如，從動子可包含具有低摩擦表面的構件，并設計成與凸輪的導面相嚙合。作為第二個例子，一些實施方式中的第一從動子4122和第二從動子4126各包含適于圍繞轉軸旋轉的滾子。
圖43為根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的設備4690的平面圖。本發(fā)明的方法可用于調節(jié)設備4690的作用力。設備4690包含凸輪件4600和凸輪從動件4620。凸輪件4600包括限定第一導面4602的第一凸輪件4676和限定第二導面4604的第二凸輪件4678。凸輪從動件4620包括第一滾子4622，第一滾子4622具有至少在第一接觸點與凸輪件4600的第一導面4602相嚙合的第一從動面4628。在圖43的實施方式中，凸輪從動件4620包括第二滾子4626，第二滾子4626具有與凸輪件4600的第二導面4604相嚙合的第二從動面4630。還是在圖43的實施方式中，凸輪從動件4620還包括彈簧4632，其第一端與第一滾子4622相連，第二端與第二滾子4626相連。
在優(yōu)選實施方式中，凸輪件4600的第一凸輪件4676和凸輪件4600的第二凸輪件4678可彼此作相對運動。在一個具體的優(yōu)選實施方式中，凸輪件4600的第一凸輪件4676與凸輪件4600的第二凸輪件4678均與基礎構件4680相連，使得凸輪件4600的第一凸輪件4676與凸輪件4600的第二凸輪件4678可彼此作相對轉動。
如圖43所示，第一滾子4622的第一接觸角4638由第一假想線4640與假想?yún)⒖季€4642定義，其中第一假想線4640經(jīng)過第一接觸點4624和第一滾子4622的中軸線，假想?yún)⒖季€4642在第一滾子4622的中軸線與第二滾子4626的中軸線之間延伸。在優(yōu)選實施方式中，凸輪件4600的第一凸輪件4676與凸輪件4600的第二凸輪件4678可彼此作相對轉動以調節(jié)接觸角4638。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，設備4690還具有其他的實施方式。例如在一些實施方式中，凸輪件4600的第一凸輪件4676與凸輪件4600的第二凸輪件4678均與基礎構件滑動連接，使得凸輪件4600的第一凸輪件4676與凸輪件4600的第二凸輪件4678可以沿著調節(jié)軸線彼此作相對運動。在本發(fā)明的一個方法中，通過使凸輪件4600的第一凸輪件4676與凸輪件4600的第二凸輪件4678沿著調節(jié)軸線彼此作相對運動，可以對設備4690產生的力進行調節(jié)。在這個典型的實施方式中，凸輪件4600的第一凸輪件4676與凸輪件4600的第二凸輪件4678可彼此作相對運動來調節(jié)彈簧4632的偏移。一些實施方式中，調節(jié)軸線可設計成基本上垂直于凸輪件4600的縱軸線4648。
圖44為根據(jù)本發(fā)明另一種典型實施方式的設備5100的立體圖。圖44中的設備5100包括發(fā)力機構5104和樞軸機構5102。在一種實施方式中，設備5100的發(fā)力機構5104設計成能在其縱向運動方向產生基本恒定的力。在優(yōu)選實施方式中，恒力的大小可使用調力機構5106進行調節(jié)。
在圖44的實施方式中，調力機構5106包括絲杠5108、第一調節(jié)齒輪5188、和第一蝸桿5120。第一調節(jié)齒輪5188固定到絲桿5108上并鄰近其一端。如圖44所示，第一蝸桿5120設置成與第一調節(jié)齒輪5188相互咬合。第一蝸桿5120具有扳手插孔，其優(yōu)選用于扳手，例如方孔內六角扳手。有一調節(jié)裝置5124與絲杠5108螺旋連接。
設備5100的發(fā)力機構5104包括凸輪5000和凸輪從動件5020。凸輪5000具有第一導面5002和第二導面5004。凸輪從動件5020包括第一滾子5022和第二滾子5026，其中，第一滾子5022的第一從動面5028至少在第一接觸點可與凸輪5000的第一導面5002相嚙合，第二滾子5026的第二從動面5030與凸輪5000的第二導面5004相嚙合。凸輪從動件5020還包括彈簧件5032，其能將第一滾子5022偏壓至凸輪5000的第一導面5002。彈簧件5032還優(yōu)選設置成將第二滾子5026偏壓至凸輪5000的第二導面5004。
彈簧件5032包括第一板簧5126A、第二板簧5126B、和調節(jié)裝置5124。如圖44所示，第一板簧5126A和第二板簧5126B均固定在調節(jié)裝置5124上。發(fā)力機構5106的絲杠5108設置成與調節(jié)裝置5124螺紋配合。在本發(fā)明的一個優(yōu)選方法中，調力機構5106可用于使調節(jié)裝置5124沿著發(fā)力機構5106的縱軸線產生移動。在一個優(yōu)選實施方式中，調節(jié)裝置5124沿著縱軸線的移動可以改變第一板簧5126和第二板簧5128的有效長度。在一個具體的優(yōu)選實施方式中，調節(jié)裝置5124沿著縱軸線的移動既可以改變第一板簧5126和第二板簧5128的有效長度，又可以改變他們的預緊力。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選方法中，可以改變第一板簧5126和第二板簧5128的預緊力，使設備5100能夠支撐不同重量的載荷。該優(yōu)選方法中，同一臺設備可以使用多種具有不同重量的裝置。
圖45為圖44中設備5100的平面圖。從圖45中應該理解到，樞軸機構5102包含軸5130和環(huán)繞軸5130設置的扭轉彈簧5140。轉動機構5192的安裝托架5132設置成與軸5130樞轉嚙合。扭轉彈簧5140的第一端5136連接到安裝托架5132。扭轉彈簧5140的第二端5134連接到第二調節(jié)齒輪5194。第二調節(jié)齒輪5194的多個輪齒與第二蝸桿5196的齒相互咬合。第二蝸桿5196包括調節(jié)工具接口。在該圖的實施方式中，調節(jié)工具接口包含適用于方孔內六角扳手的插孔。旋轉第二蝸桿5196導致扭轉彈簧5140的一端轉動。在該圖的實施方式中，可以使扭轉彈簧5140的一端相對于扭轉彈簧5140的另一端轉動，使扭轉彈簧5140產生預扭矩。
應該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，第一蝸桿5120和第二蝸桿5196可具有各種不同的實施方式。例如，盡管本發(fā)明典型實施方式包括的蝸桿具有適用于方孔內六角扳手的插孔，但也可使用其他實施方式的蝸桿。例如，本發(fā)明的設備包括的蝸桿設計成能與其他類型的工具相匹配(例如TORX工具)。作為第二個例子，本發(fā)明的設備包括與旋鈕相連的蝸桿。
在設備5100的其他實施方式中，調力機構5106與調扭矩機構5103同步。例如在一些實施方式中，第一調節(jié)齒輪5188的運動與第二調節(jié)齒輪5194的運動同步。例如，第一調節(jié)齒輪5188和第二調節(jié)齒輪5194均與單一蝸桿相咬合。
圖46為根據(jù)本發(fā)明的計算機監(jiān)視器組件5284的平面圖。計算機監(jiān)視器組件5284包括監(jiān)視器5286和支架組件5205。支架組件5205包括樞軸機構5202。在圖46的實施方式中，樞軸機構5202適于圍繞轉軸5207轉動。監(jiān)視器5286包括顯示面5237。
在圖46的實施方式中，樞軸機構5202適于使監(jiān)視器5286在不同的位置之間轉動，其中包括第一位置5239和第二位置5249。圖46中，第二位置5249用虛線表示。在圖46的實施方式中，當監(jiān)視器5286位于第一位置5239時，顯示面5237基本上垂直定向。還是在圖46的實施方式中，當監(jiān)視器5286位于第二位置5249時，顯示面5237向下傾斜，與垂直方向所成的角度大約為10°。
圖47為圖46中計算機監(jiān)視器組件5284的另一平面圖。從圖47中可以理解，使用樞軸機構5202對監(jiān)視器5286進行轉動還可獲得監(jiān)視器5286的第三位置5243。圖47中，第一位置5239用實線表示，第三位置5243用虛線表示。在圖47的實施方式中，當監(jiān)視器5286處于第三位置5243時，顯示面5237向上傾斜，與垂直方向所成的角度大約為30°。
在圖46和圖47的實施方式中，監(jiān)視器5286的重量對轉軸5207作用有扭矩。扭矩的大小可通過下面的關系式來表達T＝WL Cos θ該關系式中，W為監(jiān)視器的重量，L為力臂(如轉軸5207與監(jiān)視器5286重心5209之間的距離)，θ為監(jiān)視器5286相對于水平參考面的傾角。需要注意的是，在轉動監(jiān)視器5286的過程中，力臂的有效長度(L)會隨著監(jiān)視器5286重心5209與轉軸5207之間的距離的改變而發(fā)生變化。
在圖46和圖47的實施方式中，由監(jiān)視器5286的重量產生的扭矩基本上優(yōu)選通過扭矩產生機構5223平衡。
例如，扭矩產生機構5223產生的扭矩與由監(jiān)視器的重量產生的扭矩基本上大小相等、方向相反。在圖46、47的實施方式中，扭矩產生機構5223產生的響應扭矩包括由扭轉彈簧5240生成的扭矩和摩擦扭矩。樞軸機構5202還可以包括摩擦力產生機構5225。由扭轉彈簧5240產生的扭矩可通過下面的數(shù)學關系式來表達T＝Kα
該關系式中，K為扭轉彈簧的彈簧常數(shù)(例如每旋轉1°所產生的不到1磅的力)，α為旋轉的度數(shù)。在優(yōu)選實施方式中，通過對扭轉彈簧進行足夠的預扭曲，產生平衡監(jiān)視器重量所需的彈簧扭矩。
圖48為扭轉彈簧5240產生的扭矩和監(jiān)視器5286在其轉動時所產生的扭矩的曲線圖。圖48中的曲線表示由8種不同重量的監(jiān)視器所產生的扭矩。圖48中還包括8條直線，每條直線表示扭轉彈簧所產生的扭矩?？赏ㄟ^改變作用于扭轉彈簧上的預扭曲的量對扭轉彈簧進行調節(jié)，以平衡由8臺監(jiān)視器中的每一臺所產生的扭矩。
從圖48中可知，樞軸機構2502的扭轉彈簧5240所產生的扭矩與監(jiān)視器的角坐標基本上呈線性關系。而且從圖48中還可知，監(jiān)視器的重量圍繞樞軸所產生的扭矩基本上呈非線性變化。在優(yōu)選實施方式中，旋轉托架5227與框架5229之間的摩擦力相對很小。在本發(fā)明的優(yōu)選方法中，可以選擇摩擦力的大小，以便提供平穩(wěn)的操作并補償由重力在樞軸上所產生的扭矩的非線性偏差與扭轉彈簧所產生的扭矩之間的差距。下面將對摩擦力的大小作詳細說明。在本發(fā)明的一個方法中，扭轉彈簧5240所形成的直線僅在30°與-10°之間的角度可與監(jiān)視器的非線性扭矩曲線相交。
圖49為監(jiān)視器5286的角坐標與扭轉彈簧5240所產生的扭矩的曲線圖。曲線5233還表示由監(jiān)視器所產生的扭矩。如前面所述，樞軸機構5202還可以包括摩擦力產生構件。摩擦力產生構件的偏差如圖49所示。由于在監(jiān)視器的轉動過程中，有效力臂長度會發(fā)生改變，所以監(jiān)視器重量所產生的扭矩呈非線性變化。這種非線性變化可以使用線性變化的彈簧扭矩予以平衡。通過優(yōu)化扭轉彈簧常數(shù)和彈簧的預變形量，可實現(xiàn)非線性變化扭矩與線性變化扭矩之間的最佳匹配。樞軸機構的固定支座與樞軸機構的旋轉支座之間的相互接觸能夠產生摩擦力。如圖49所示，摩擦扭矩的偏差基本上呈線性。在優(yōu)選實施方式中，摩擦扭矩極小化。例如，摩擦扭矩可保持在不大于實現(xiàn)平穩(wěn)操作所需的水平。極小化摩擦扭矩可以減小使用者調節(jié)監(jiān)視器所需的調節(jié)力。
圖50A和圖50B為窗戶組件的平面圖，每個窗戶組件都包含具有凸輪和凸輪從動件的機構4182。凸輪可以包括第一導面和第二導面。凸輪從動件可以包括第一從動子和第二從動子，其中第一從動子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二從動子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。機構還可以包括彈簧，其第一端與第一從動子相連，第二端與第二從動子相連。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，窗戶4184可以固定到凸輪和凸輪從動件之一上。同樣，窗架4186也可以固定到凸輪和凸輪從動件的另一個上。在所示的實施方式中，窗戶4184固定到凸輪上，而窗架4186則固定到凸輪從動件上。
圖51A和圖51B為典型家具的立體圖，每套家具具有關抽屜組件，該組件包括具有凸輪和凸輪從動件的機構4188。凸輪可以包括第一導面和第二導面。凸輪從動件可以包括第一從動子和第二從動子，其中第一從動子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二從動子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。機構還可以包括彈簧，其第一端與第一從動子相連，第二端與第二從動子相連。
在圖51A和圖51B的實施方式中，抽屜4189固定到凸輪上，家具4190的架子4187固定到凸輪從動件上。其他實施方式中，抽屜4189可以固定到凸輪從動件上，而架子4187則固定到凸輪上。
圖52A-52D為根據(jù)本發(fā)明的關門組件的平面圖。每個關門組件包含具有凸輪和凸輪從動件的機構4190。凸輪可以包括第一導面和第二導面。凸輪從動件可以包括第一從動子和第二從動子，其中第一從動子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二從動子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。機構還可以包括彈簧，其第一端與第一從動子相連，第二端與第二從動子相連。
在圖52A的實施方式中，機構4190被設置在關門組件的鉸鏈內。在圖52B的實施方式中，機構4190被設置在關門組件的門4192內。在圖52C的實施方式中，機構4190被設置在關門組件的門框內。在圖52D的實施方式中，機構4190在門4192與門框4194之間延伸。
圖53為椅子組件的平面圖，包含具有凸輪和凸輪從動件的機構4196。凸輪可以包括第一導面和第二導面。凸輪從動件可以包括第一從動子和第二從動子，其中第一從動子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二從動子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。機構還可以包括彈簧，其第一端與第一從動子相連，第二端與第二從動子相連。
在所示的實施方式中，椅背4197連接凸輪從動件，椅架4198連接凸輪。在其他實施方式中，椅背4197連接凸輪，椅架4198連接凸輪從動件。
圖54為車門組件的平面圖，包含具有凸輪和凸輪從動件的機構4203。凸輪可以包括第一導面和第二導面。凸輪從動件可以包括第一從動子和第二從動子，其中第一從動子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二從動子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。機構還可以包括彈簧，其第一端與第一從動子相連，第二端與第二從動子相連。
在所示的實施方式中，窗戶4205連接凸輪從動件4120，門框4207連接凸輪4100。在其他實施方式中，窗戶4205連接凸輪4100，門框4207連接凸輪從動件4120。
圖55為籃球架組件的立體圖，包含具有凸輪4100和凸輪從動件4120的機構4903。凸輪可以包括第一導面和第二導面。凸輪從動件可以包括第一從動子和第二從動子，其中第一從動子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二從動子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。機構還可以包括彈簧，其第一端與第一從動子相連，第二端與第二從動子相連。
在所示的實施方式中，球桿4905連接凸輪4100，籃板4907連接凸輪從動件4120。在其他實施方式中，球桿4905連接凸輪從動件4120，籃板4907連接凸輪4100。
圖56為家庭娛樂組件的立體圖，包含具有凸輪和凸輪從動件的機構4923。凸輪可以包括第一導面和第二導面。凸輪從動件可以包括第一從動子和第二從動子，其中第一從動子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二從動子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。機構還可以包括彈簧，其第一端與第一從動子相連，第二端與第二從動子相連。
圖56中的家庭影院組件包括多個揚聲器4927。每個揚聲器4927通過機構4923與墻壁4925相連。每個機構4923使得連接的揚聲器4927可以選擇定位。例如，選擇定位每個揚聲器4927以獲得最佳的聲音品質。
圖57為家庭娛樂組件的立體圖，包含具有凸輪和凸輪從動件的機構4929。凸輪可以包括第一導面和第二導面。凸輪從動件可以包括第一從動子和第二從動子，其中第一從動子的第一從動面至少在第一接觸點與凸輪的第一導面嚙合，第二從動子的第二從動面與凸輪的第二導面嚙合。機構還可以包括彈簧，其第一端與第一從動子相連，第二端與第二從動子相連。
圖57的家庭娛樂組件包括顯示器4930，通過機構4929與墻壁4925相連。機構4929可用來選擇定位顯示器4930。例如，觀看者可對顯示器4930進行選擇定位以獲得最佳視角。
圖58為根據(jù)本發(fā)明其他實施方式的設備4499的平面圖。設備4499包括第一導向體4460和設置成沿著第一導向體4460移動的第一從動子4464。設備4499的第二從動子4466設置成沿著設備4499的第二導向體4462移動。在優(yōu)選實施方式中，設備4499包括能促使第一從動子4464和第二從動子4466彼此相向的機構。在圖58的實施方式中，有一彈簧4463在第一從動子4464與第二從動子4466之間延伸。
第一導向體4460限定第一弧線軌跡，第二導向體4462限定第二弧線軌跡。在優(yōu)選實施方式中，第一弧線軌跡具有連續(xù)變化的斜率和/或連續(xù)變化的曲率半徑。在具體的優(yōu)選實施方式中，第二弧線軌跡的半徑基本上為第一和弧線軌跡的鏡像。
圖59為根據(jù)本發(fā)明其他實施方式的設備5300的平面圖。設備5300包括與臂5350樞軸連接的安裝支座5332。臂5350與底座5348樞軸連接。臂5350包括凸輪面5352。設備5300還包括電纜5338，電纜5338具有第一端5336和第二端5334。第一端5336在第一位置5354固定到臂5350上。第二端5334與彈簧5340的一端相連。彈簧5340的另一端連接到調節(jié)螺釘5356。在圖59的實施方式中，調節(jié)螺釘5356通過調節(jié)零件5324與彈簧5340相連。該實施方式中，調節(jié)螺釘5356與調節(jié)零件5324螺紋配合。
圖60為根據(jù)本發(fā)明其他典型實施方式的設備5400的平面圖。設備5400包含與底座5448樞軸連接的臂5450。凸輪構件5458固定到臂5450上。設備5400還包括具有第一端5436和第二端5434的電纜5438。電纜5438的第二端5434與錨構件5446相連。電纜5438的第一端5436與彈簧5440的一端相連。彈簧5440的另一端連接臂5450。在圖60的實施方式中，臂5450包括銷釘5444，彈簧5440包括掛鉤5442掛在銷釘5444上。在圖60的實施方式中，錨構件5446適于選擇性地與底座5448連接或分離。例如，可以選擇性地將錨構件5446與底座5448分開，然后進行移動以改變彈簧5440的預緊力，最后再選擇性地固定到底座5448上。圖60中的設備5400還包括安裝支座5432，該支座與臂5450的一端樞軸連接。
圖61為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的樞軸機構的平面圖。樞軸機構4599包括凸輪4500和凸輪從動件4520。凸輪4500具有第一導面4502。凸輪從動件4520包括具有第一從動面4528的第一從動子4522，該第一從動面4528至少在第一接觸點4524處能與凸輪4500的第一導面4502嚙合。在圖61的實施方式中，凸輪從動件4520還包括偏壓機構，用于迫使第一滾子4522靠在凸輪4500的第一導面4502上。在圖61的實施方式中，偏壓機構包括彈簧4532。
第一滾子4522具有第一接觸角4538，其由第一假想線4540與假想?yún)⒖季€4542定義，其中第一假想線4540經(jīng)過第一接觸點4524與第一滾子4522的中軸線4544，而假想?yún)⒖季€4542基本水平。在優(yōu)選實施方式中，凸輪4500的第一導面4502具有連續(xù)變化的斜率和/或連續(xù)變化的曲率半徑，使得當凸輪4500繞其旋轉軸4554轉動時，第一滾子4522的接觸角4538改變。在具體的優(yōu)選實施方式中，凸輪4500設計成，凸輪4500繞著旋轉軸4554的轉動能使彈簧4532變形，并使第一滾子4522的接觸角4538改變，從而在凸輪4500的整個轉動過程中，作用在凸輪4500上的扭矩4556大小基本恒定。在有益的實施方式中，在凸輪從動件4520的整個運動過程中，彈簧4532的變形量基本上反比于接觸角4538的三角正切函數(shù)值的相關變化量。
圖62為根據(jù)本發(fā)明其他實施方式的樞軸機構5500的平面圖。樞軸機構5500包括定義導軌5574的導向構件5560，和包括滾子5564的從動件5568。從動件5568還包括偏壓機構5535，用來將滾子5564壓靠在導軌5574的一邊。在圖62的實施方式中，偏壓機構5535包含第一彈簧5540。如圖62所示，從動子5568與導向構件5560通過第一軸5582A樞軸連接。
如圖62所示，導向構件5560的導軌5574基本上定義一弧形路徑。滾子5564優(yōu)選設置成沿著該弧形路徑移動。滾子5564與導向構件5560之間形成接觸角。在優(yōu)選實施方式中，由導向構件5560的導軌5574所定義的弧形路徑具有連續(xù)變化的斜率和/或連續(xù)變化的曲率半徑，使第一滾子5564的接觸角隨著從動件5568繞著第一軸5582A相對于導向構件5574的轉動而變化。在具體的優(yōu)選實施方式中，導軌5574設計成，從動件5568繞著第一軸5582A的轉動能使彈簧5540變形，并使?jié)L子5564的接觸角改變，從而在從動件5568的整個轉動過程中，導向構件5574與從動件5568之間的作用的扭矩的大小基本恒定。在有益的實施方式中，在滾子5564于導軌5574內的整個移動過程中，彈簧5540的變形量基本上反比于接觸角的三角正切函數(shù)值的相關變化量。
圖63為圖62中樞軸機構5500的附加平面圖。從圖63中可以理解，樞軸機構5500包括第一軸5582A和第二軸5582B。從圖63中還可以理解，偏壓機構5535的第一彈簧5540在第一軸5582A與第二軸5582B之間延伸。如圖63所示，偏壓機構5535還包括在第一軸5582A與第二軸5582B之間延伸的第二彈簧5540。在圖63的實施方式中，從動件5568和導向構件5560圍繞第一軸5582A作相對轉動。還是在圖63的實施方式中，滾子5564繞著第二軸5582B轉動。
圖64為根據(jù)本發(fā)明其他典型實施方式的樞軸機構5602的平面圖。樞軸機構5602包括限定第一導軌的第一導向構件5560A和限定第二導軌的第二導向構件5560B。在圖64的實施方式中，樞軸機構5602包括具有第一滾子5664A和第二滾子5664B的從動件5668。如圖64所示，第一滾子5664A設置在第一導向構件556A所限定的第一導軌內。還是如圖64所示，第二滾子5664B設置在第二導向構件5660B所限定的第二導軌內。
從動件5668包括在第一滾子5664A與第二滾子5664B之間延伸的第二軸5678。從圖64中可以理解，樞軸機構5602包括第一軸5682。在圖64的實施方式中，第一導向構件5560A和第二導向構件5560B設置成圍繞第一軸5682轉動。
圖65為圖64中樞軸機構5602的另一平面圖。在圖65的實施方式中，第一導向構件5660A和第二導向構件5660B被繞著第一軸5682A轉動。從圖65中可以理解，樞軸機構5602包括偏壓機構5635。如該實施方式所示，偏壓機構包括多個彈簧5680。在優(yōu)選實施方式中，第一導向構件5660A和第二導向構件5660B各限定一弧形路徑。還是在該優(yōu)選實施方式中，第一滾子5664A、第二滾子5664B、和第二軸5678設置成沿著由第一導向構件5660A和第二導向構件5660B所限定的弧形路徑移動。在具體的優(yōu)選實施方式中，當?shù)谝粚驑嫾?660A和第二導向構件5660B圍繞第一軸5682A轉動時，第一滾子5664A、第二滾子5664B、和第一軸5682A沿著由第一導向構件5660A和第二導向構件5660B所限定的弧形路徑移動，使彈簧5680的變形量改變。
此處公開的內容所考慮的本發(fā)明的設備作為人們在操作裝置時能夠減少體力的輔助機構時很有用。例如，使用這里公開的裝置的輔助設備能使手上沒什么力氣的老人或其他一些手不太靈活的人也能容易地操作窗戶、門、碗櫥、及其他裝置或設備。已經(jīng)顯示和說明了本發(fā)明的幾種形式，對于本領域的技術人員來說，其他形式也是顯而易見的。應該理解的是，在附圖中和上文中所說明的實施方式僅作為描述性的目的，而并不是為了限制由下面權利要求所限定的本發(fā)明的范圍。
結論需要一種監(jiān)視器支撐機構，其機構緊湊、制造和維護成本低、可靠性高、調節(jié)方便、適于多種不同尺寸的監(jiān)視器、具有較長行程、并在定位監(jiān)視器時能提供恒定的支撐力。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人針對向監(jiān)視器提供力和定位控制的方法、系統(tǒng)、和機構進行了設計。在一種實施方式中，監(jiān)視器的支撐方法包括將上升力曲線儲能件中的力轉化為基本恒定的支撐力來支撐監(jiān)視器。
一方面，監(jiān)視器的支撐方法包括提供協(xié)同定位的儲能件和凸輪，使它們能沿著移動路徑彼此作相對運動。當儲能件沿著路徑相對于凸輪運動時，凸輪移動儲能件，從而改變儲能件對凸輪的作用力，然后凸輪將儲能件的作用力轉化為監(jiān)視器的支撐力。
一方面提供一種監(jiān)視器支撐機構。在一種實施方式中，監(jiān)視器支撐機構包括儲能件和凸輪。儲能件和凸輪協(xié)同定位，使得當儲能件沿著路徑相對于凸輪運動時，凸輪移動儲能件，從而改變儲能件的力，然后凸輪將儲能件的力轉化為基本恒定支撐力來支撐監(jiān)視器。
在機構的一個示例性應用中，安裝在機構上的組件的高度、位置、和/或水平位置可以調節(jié)。例如，為了移動監(jiān)視器，托架的一部分或監(jiān)視器被夾持，并施加力來克服組件之間的摩擦阻力，作為例子該摩擦阻力可以小到1或2鎊。去掉移動力后，組件在新位置被支撐住。因此，即便是很大的載荷，也能使用很小的力氣進行安全輕松地調節(jié)。
此外，在一種或多種實施方式中，沿著路徑每移動單位距離，儲能件便儲存(或消耗)恒定級別的能量。這能使沿著路徑的調節(jié)變得容易。
其他優(yōu)點是在于，本發(fā)明的監(jiān)視器支撐系統(tǒng)所提供的機構結構緊湊、可縮放、行程長、且外型纖細。而且，監(jiān)視器支撐機構成本低、重量輕。其它優(yōu)點是，多個組件可以同時安裝在一個機構上，以便組件作共同運動并能有效使用空間。在一種實施方式中，可對單一機構進行變化或調節(jié)，便于使該同一機構能平衡各種不同重量的組件。而且，本發(fā)明并不受機構的相對尺寸的限制。與那些作為例子的機構相比，本發(fā)明的實施原理可以應用于更小或更大的機構。此外，上述的一個或多個特征可以在其它實施方式中被結合或替換。
材料的其他變化包括熱成形塑料，僅作為例子。這能批量生產并降低成本。
此外，上述機構的一種或多種實施方式可用于多種不同應用。例如，計算機監(jiān)視器、鍵盤、家具、或健身器。
應該理解的是，上面的說明書僅作為一般性的描述而不作為限制。對于本領域的技術人員來說，通過閱讀上面的說明書并加以理解，多種其他實施方式將變的顯而易見。應該注意的是，說明書的不同部分所討論的實施方式或者不同附圖中所參考的實施方式可以通過結合來形成本發(fā)明的其他實施方式。本發(fā)明的范圍應該由附屬權利要求及其等價物的全部范圍加以限定。
權利要求
1.一種設備，包括凸輪(4200)，其至少具有第一導面(4202)；凸輪從動件(4220)，包括至少在第一接觸點(4224)能與凸輪(4200)的第一導面(4202)嚙合的第一從動面(4228)；和迫使第一從動面(4228)靠在凸輪(4200)第一導面(4202)上的裝置；第一從動面(4228)和凸輪(4200)的第一導面(4202)確定了一接觸角(4238)；以及凸輪(4200)的第一導面(4202)設計成，當凸輪從動件(4120)沿著凸輪(4100)的縱軸線(4148)移動時，第一從動子(4122)的接觸角(4138)基本連續(xù)改變。
2.如權利要求1所述的設備，其中凸輪(4100)的第一導面(4102)具有基本上連續(xù)變化的斜率。
3.如權利要求1所述的設備，其中凸輪(4100)的第一導面(4102)具有基本上連續(xù)變化的曲率半徑。
4.如權利要求1所述的設備，其中接觸角(4238)由第一假想線(4240)與假想?yún)⒖季€(4242)確定，第一假想線(4240)經(jīng)過第一接觸點(4224)和第一從動面(4228)的中軸線(4244)。
5.如權利要求1所述的設備，其中迫使第一從動面(4228)靠在凸輪(4200)第一導面(4202)上的裝置包含彈簧(4232)。
6.如權利要求5所述的設備，其中彈簧(4232)包含板簧。
7.如權利要求5所述的設備，其中彈簧(4232)包含卷簧。
8.如權利要求5所述的設備，其中彈簧(4232)包含氣動彈簧。
9.如權利要求5所述的設備，其中彈簧(4232)包含橡膠材料。
10.如權利要求5所述的設備，其中在凸輪從動件(4220)的整個運動過程中，彈簧(4232)的變形量基本上反比于接觸角(4238)的三角正切函數(shù)值的相關變化量。
11.如權利要求5所述的設備，其中凸輪(4200)設計成，在凸輪從動件(4220)的整個運動過程中，凸輪從動件(4220)沿著凸輪(4200)的縱軸線(4248)運動，使彈簧(4232)產生變形，并使第一從動面(4228)的接觸角(4238)改變，從而使作用在第一從動面(4228)上的反作用力(4250)的軸向分力(4252)的大小基本恒定。
12.一種設備，包括凸輪(4100)，其具有第一導面(4102)和第二導面(4104)；凸輪從動件(4220)，包括第一從動子(4122)，其具有至少在第一接觸點(4124)能與凸輪(4100)的第一導面(4102)嚙合的第一從動面(4128)；第二從動子(4126)，其具有與凸輪(4100)的第二導面(4104)嚙合的第二從動面(4130)；和彈簧(4132)，其第一端(4134)連接第一從動子(4122)，第二端(4136)連接第二從動子(4126)；第一從動子(4122)的接觸角(4138)由第一假想線(4140)與假想?yún)⒖季€(4142)定義，第一假想線(4140)經(jīng)過第一接觸點(4124)和第一從動子(4122)的中軸線(4144)，假想?yún)⒖季€(4142)經(jīng)過第一從動子(4122)的中軸線(4144)和第二從動子(4126)的中軸線(4146)；以及凸輪(4100)的第一導面(4102)設計成，隨著凸輪從動件(4120)沿著凸輪(4100)縱軸線(4148)的移動，第一從動子(4122)的接觸角(4138)基本上連續(xù)變化。
13.如權利要求12所述的設備，其中凸輪(4100)的第一導面(4102)具有基本連續(xù)變化的斜率。
14.如權利要求12所述的設備，其中凸輪(4100)的第一導面(4102)具有基本連續(xù)變化的曲率半徑。
15.如權利要求12所述的設備，其中凸輪(4100)設計成，在凸輪從動件(4120)的整個移動過程中，凸輪從動件(4120)沿著凸輪(4100)的縱軸線(4148)移動，使彈簧(4132)產生變形，并使第一從動子(4122)的接觸角(4138)改變，從而使作用在第一從動子(4122)上的反作用力(4150)的軸向分力(4152)的大小基本恒定。
16.如權利要求12所述的設備，其中凸輪(4100)設計成，在凸輪從動件(4120)的整個運動過程中，凸輪從動件(4120)沿著凸輪(4100)的縱軸線(4148)運動，使彈簧(4132)產生變形，并使第一從動子(4122)的接觸角(4138)改變，從而使作用在第一從動子(4122)上的反作用力(4150)的軸向分力(4152)的大小大體上可以變化。
17.如權利要求12所述的設備，其中凸輪(4100)設計成，在凸輪從動件(4120)的整個運動過程中，彈簧(4132)的變形量基本上反比于接觸角(4138)的三角正切函數(shù)值的相關變化量。
18.如權利要求12所述的設備，其中彈簧(4132)的彈簧(4132)常數(shù)基本上能反映變形量與彈簧(4132)力之間的線性關系。
19.如權利要求12所述的設備，其中彈簧(4132)的彈簧(4132)函數(shù)基本上能反映變形量與彈簧(4132)力之間的非線性關系。
20.如權利要求12所述的設備，其中凸輪(4100)關于其縱軸線(4148)基本對稱。
21.一種設備，包括凸輪(4300)，其具有第一導面(4302)、第二導面(4304)、和縱軸線(4348)；凸輪從動件(4320)，包括第一滾子(4322)，其具有至少在第一接觸點(4324)能與凸輪(4300)的第一導面(4302)嚙合的第一從動面(4328)；第二滾子(4326)，其具有與凸輪(4300)第二導面(4304)嚙合的第二從動面(4330)；和彈簧(4332)，其第一端(4334)連接第一滾子(4322)，第二端(4336)連接第二滾子(4326)；第一滾子(4322)的接觸角(4338)由第一假想線(4340)與假想?yún)⒖季€(4342)定義，第一假想線(4340)經(jīng)過第一接觸點(4324)和第一滾子(4322)的中軸線(4344)，假想?yún)⒖季€(4342)經(jīng)過第一滾子(4322)的中軸線(4344)和第二滾子(4326)的中軸線(4346)；凸輪從動件(4320)可以沿著縱軸線(4348)在第一位置(4368)與第二位置(4370)之間移動；彈簧(4332)在凸輪從動件(4320)處于第一位置(4368)時具有第一變形量，在凸輪從動件(4320)處于第二位置(4370)時具有第二變形量；當凸輪從動件(4320)位于第一位置(4368)時，第一滾子(4322)具有第一接觸角(4338)，當凸輪從動件(4320)位于第二位置(4370)時，第一滾子(4322)具有第二接觸角(4358)；以及第一接觸角(4338)不等于第二接觸角(4358)。
22.如權利要求21所述的設備，其中第一變形量不等于第二變形量。
23.如權利要求22所述的設備，其中第二變形量大于第一變形量，第二接觸角(4358)小于第一接觸角(4338)。
24.如權利要求22所述的設備，其中第二變形量大于第一變形量，第二接觸角(4358)的三角正切函數(shù)值小于第一接觸角(4338)的三角正切函數(shù)值。
25.如權利要求24所述的設備，其中第一變形量與第二變形量的第一比值基本等于第一接觸角(4338)的三角正切函數(shù)值與第二接觸角(4358)的三角正切函數(shù)值的第二比值。
26.一種可沿著運動軌跡活動的監(jiān)視器的支撐方法，該方法包含將儲能件的上升力曲線轉化為基本恒定的支撐力來支撐監(jiān)視器。
27.如權利要求26所述的方法，其中所述轉化包含凸輪面被定向成能沿著大體上為垂直方向的軌跡運動，并且不平行于儲能件的作用力。
28.一種用來支撐可沿著運動軌跡運動的監(jiān)視器的方法，該方法包含提供儲能件和凸輪，儲能件和凸輪協(xié)同定位，以便能沿著運動軌跡彼此作相對運動；其中，當儲能件沿著軌跡相對于凸輪運動時，凸輪移動儲能件，從而改變儲能件對凸輪的作用力，其中，凸輪將儲能件的作用力轉化為監(jiān)視器的支撐力。
29.如權利要求28所述的方法，其中支撐力平行于軌跡。
30.如權利要求28所述的方法，其中，當儲能件沿著軌跡運動時，凸輪移動儲能件的速率不同于儲能件沿著軌跡的運動速率。
31.如權利要求28所述的方法，其中，凸輪被定向成能夠基本上沿著運動軌跡的方向運動。
32.如權利要求28所述的方法，其中，儲能件的定位使儲能件的作用力方向不平行與軌跡方向。
33.一種用來支撐可沿著運動軌跡運動的監(jiān)視器的方法，該方法包含提供儲能件和凸輪，儲能件和凸輪協(xié)同設置，以便能彼此作相對運動，從而來限定一軌跡，其中，當儲能件相對于凸輪運動時，在基本正交的方向儲能件對凸輪施加第一變力，其中凸輪將所述第一變力轉化為運動軌跡方向的基本恒定的支撐力以支撐監(jiān)視器。
34.如權利要求33所述的方法，其中凸輪取向基本上相對于軌跡垂直。
35.如權利要求33所述的方法，其中儲能件第一作用力的方向基本上相對于軌跡為橫向。
36.如權利要求33所述的方法，其中在儲能件移動時，凸輪移動儲能件的速率不同于儲能件沿著軌跡的運動速率。
37.一種可沿著運動軌跡運動的監(jiān)視器的支撐方法，該方法包括提供儲能件，該儲能件的作用力方向不平行于軌跡，其中在儲能件相對于軌跡移動時，所述力是可變的；和提供凸輪，該凸輪將所述力轉化為與軌跡平行的第一反作用分力和與第一反作用力正交的第二反作用分力；其中，第一反作用分力支撐監(jiān)視器，并且當儲能件的力改變時，第一反作用分力基本上能保持在恒定水平。
38.如權利要求37所述的方法，其中不平行于軌跡的所述方向大體上與軌跡正交。
39.一種監(jiān)視器支撐機構，包括儲能件；和凸輪；其中，儲能件與凸輪被協(xié)同定位，使得在儲能件沿著軌跡相對于凸輪移動時，凸輪移動儲能件，從而改變儲能件的力，其中，凸輪將儲能件的力轉化為基本恒定的支撐力來支撐監(jiān)視器。
40.如權利要求39所述的監(jiān)視器支撐機構，其中支撐力平行于軌跡。
41.如權利要求39所述的監(jiān)視器支撐機構，其中隨著儲能件沿著軌跡移動，凸輪移動儲能件的速率不同于儲能件沿著軌跡的運動速率。
42.如權利要求39所述的監(jiān)視器支撐機構，其中凸輪的取向能使凸輪的運動方向基本上沿著運動軌跡。
43.如權利要求39所述的監(jiān)視器支撐機構，其中儲能件的位置使得儲能件的作用力方向不平行于軌跡。
44.一種監(jiān)視器支撐機構，用于支撐可沿著運動軌跡運動的監(jiān)視器，該監(jiān)視器支撐機構包括具有凸輪面的凸輪；沿著凸輪面移動的凸輪從動件；和以不平行于軌跡的方向對凸輪從動件施加力的儲能件，其中凸輪從動件以不平行于軌跡的方向將所述力轉移到凸輪面上；其中所述凸輪面將所述力轉化為與軌跡平行的第一反作用分力已經(jīng)與第一反作用力正交的第二反作用分力，其中，在儲能件沿著軌跡相對于凸輪移動時，所述儲能件的力改變，并且在儲能件的力改變時，所述第一反作用分力為支撐監(jiān)視器的基本恒定的支撐力。
45.如權利要求44所述的監(jiān)視器支撐機構，其中凸輪面的取向基本垂直。
46.如權利要求44所述的監(jiān)視器支撐機構，其中儲能件的位置使得儲能件的作用力方向不平行于軌跡。
47.一種監(jiān)視器支撐機構，包括具有相關的運動軌跡的導向件；具有凸輪輪廓的凸輪；適于在凸輪上移動的凸輪從動件；施力件，其對凸輪從動件施加力以迫使凸輪從動件靠在凸輪上，所述力的方向不平行于運動軌跡，凸輪對凸輪從動件施加一反作用力，其將施力件的力轉化為運動軌跡方向的第一反作用分力以及一第二反作用分力；和與監(jiān)視器連接的托架，其與至少一個凸輪從動件連接，并與導向件活動連接，且可沿著運動軌跡運動，隨著托架沿著運動軌跡運動，所述施力件作用在凸輪從動件上的力增加；其中，所述凸輪面輪廓包含一形狀，使第一反作用分力基本上為恒定的支撐力來支撐監(jiān)視器。
48.如權利要求47所述的監(jiān)視器支撐機構，進一步包括臂，該臂轉動連接到所述托架，并具有連接到至少一個凸輪從動件的遠端。
49.如權利要求48所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述臂包括多個沿著臂的長度設置的連接點，所述施力件為彈簧，該彈簧至少通過多個連接點中的一個連接到所述臂。
50.如權利要求47所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述凸輪輪廓通常面對運動軸線且不與其相交。
51.如權利要求47所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述運動軌跡的方向為垂直方向。
52.如權利要求47所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述凸輪包括一對面向內的對立凸輪面，它們之間的寬度朝著所述凸輪面的底端減小。
53.如權利要求47所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述凸輪包括一對面向外的凸輪面，它們之間的寬度朝著所述凸輪面的底端增加。
54.如權利要求47所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述托架、凸輪從動件以及儲能件均在一大致平面的結構內作相對運動。
55.如權利要求47所述的監(jiān)視器支撐機構，進一步包含一用于增加施力件上預載力的構件。
56.如權利要求47所述的監(jiān)視器支撐機構，其中摩擦力阻止托架的移動，除非該摩擦力被施加在托架上的預定外力所克服。
57.一種監(jiān)視器支撐機構，包含具有一導向件與其連接的支架；具有二個對立凸輪面的凸輪，凸輪面之間存在距離，該距離從凸輪的上部到下部發(fā)生變化，其中導向件在二個對立凸輪面之間；二個樞轉件，每個均具有一凸輪從動件與其連接，所述凸輪從動件適于在對立凸輪面上移動，且凸輪從動件與所述樞轉件連接；在二個樞轉件之間至少連接有一個彈簧；托架，其與所述二個樞轉件連接，并與所述監(jiān)視器連接，所述托架與所述導向件活動連接，其中當托架沿著導向件移動時，所述凸輪從動件沿著凸輪面移動。
58.如權利要求57所述的監(jiān)視器支撐機構，其中，所述至少一個彈簧毗鄰所述樞轉件的遠端設置。
59.一種監(jiān)視器支撐機構，包括具有一導向件與其連接的支架；具有凸輪面的凸輪，該凸輪具有圍繞所述導向件形成的曲面；至少一個凸輪從動件，其適于在所述凸輪面上移動；扭轉彈簧，其施加力以迫使所述凸輪從動件靠著所述凸輪面上，所述凸輪面將該力轉化為運動軸線方向的第一反作用分力和一第二反作用分力；和托架，其與至少一個凸輪從動件可操作地連接，并與監(jiān)視器連接，該托架與所述導向件活動連接，其中當所述托架沿著所述導向件移動時，所述凸輪從動件沿著所述凸輪面移動。
60.如權利要求59所述的監(jiān)視器支撐機構，其中，當托架沿著導向件上下移動時，所上第一反作用力基本恒定。
61.一種監(jiān)視器支撐機構，包括具有一導向件與其連接的支架；具有凸輪面的凸輪，該凸輪具有圍繞導向件形成的曲面；至少一個凸輪從動件，其適于在所述凸輪面上移動；一卷簧，其施加力以迫使所述凸輪從動件靠在所述凸輪面上，所述凸輪面將該力轉化為運動軸線方向的第一反作用分力和第二反作用分力；和托架，其與至少一個凸輪從動件連接，并與監(jiān)視器連接，該托架與所述導向件活動連接，其中當所述托架沿著所述導向件移動時，所述凸輪從動件沿著所述凸輪面移動。
62.如權利要求61所述的監(jiān)視器支撐機構，其中，當所述托架沿著所述導向件上下移動時，所述第一反作用力基本恒定。
63.如權利要求61所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述每個凸輪從動件在所述凸輪面上移動，并轉動凸輪以增加彈簧力。
64.一種監(jiān)視器支撐機構，包括具有一導向件與其連接的支架；具有一凸輪面的凸輪，該凸輪與所述支架相連；至少一個凸輪從動件，其適于在所述凸輪面上移動；板簧，其施加力以迫使所述凸輪從動件靠在所述凸輪面上，凸輪面將該力轉化為運動軸線方向的第一反作用分力和一第二反作用分力；和托架，其與至少一個凸輪從動件可操作地連接，并與監(jiān)視器連接，該托架與導向件活動連接，其中當托架沿著導向件移動時，凸輪從動件沿著凸輪面移動。
65.如權利要求64所述的監(jiān)視器支撐機構，進一步包括能改變板簧上的預載力的裝置。
66.一種監(jiān)視器支撐機構，包括具有凸輪從動件導向件的第一部分；相對于第一部分具有一運動軌跡的凸輪；在凸輪從動件導向件內可移動的凸輪從動件；儲能件，其向所述凸輪從動件施加力以迫使所述凸輪從動件靠在所述凸輪上，該力的方向不平行于所述運動軌跡；其中，所述監(jiān)視器連接到所述凸輪上，當凸輪沿著運動軌跡移動時，所述儲能件對凸輪從動件施加一變力，該凸輪將該變力轉化為基本恒定的支撐力以支撐監(jiān)視器。
67.如權利要求66所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述凸輪從動件導向件基本垂直于所述運動軌跡。
68.如權利要求66所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述凸輪從動件導向件相對于所述運動軌跡傾斜。
69.如權利要求68所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述凸輪從動件導向件基本上垂直于所述凸輪的一個表面。
70.一種監(jiān)視器支撐機構，包含具有一體形成的槽和凸輪的非金屬第一部分；在所述槽內沿著一運動軌跡移動的非金屬托架；連接所述托架的一凸輪從動件；和儲能件，其向所述凸輪從動件施加力以迫使凸輪從動件靠在凸輪上，該力的方向不平行于所述運動軌跡；其中，所述監(jiān)視器連接到所述托架上，當所述托架沿著所述運動軌跡移動時，所述儲能件對所述凸輪從動件施加一變力，該凸輪將所述變力轉化為一基本恒定的支撐力來支撐監(jiān)視器。
71.如權利要求70所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述非金屬第一部分包含注模成型的塑料部分。
72.如權利要求70所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述儲能件包含一玻璃纖維彈簧。
73.一種監(jiān)視器支撐機構，包含具有一對板簧臂的非金屬儲能件；一非金屬托架，其具有至少二個以固定距離彼此分開的凸輪從動件，所述托架相對于所述儲能件可沿著一運動軌跡移動，當所述儲能件沿著運動軌跡移動時，每個凸輪從動件沿著板簧臂移動，并移動所述板簧臂；其中，所述監(jiān)視器連接到托架上，當托架沿著所述運動軌跡移動時，所述板簧臂對所述凸輪從動件施加一變力，所述一對板簧臂將所述變力轉化為一基本恒定的支撐力來支撐所述監(jiān)視器。
74.如權利要求73所述的監(jiān)視器支撐機構，其中所述非金屬儲能件包含一注模成型的塑料部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種監(jiān)視器的支撐及位置控制系統(tǒng)。在一種實施方式中，監(jiān)視器的支撐方法包括將儲能件的上升力曲線轉化為基本恒定的支撐力來支撐監(jiān)視器。一方面，監(jiān)視器的支撐方法包括提供儲能件(14)和凸輪(320)，其協(xié)同定位，從而沿著運動軌跡彼此作相對運動。當儲能件運動并改變儲能件對凸輪的作用力時，凸輪能將儲能件的作用力轉化為對監(jiān)視器的支撐力。
文檔編號F16M11/24GK1488055SQ01822335
公開日2004年4月7日 申請日期2001年8月3日 優(yōu)先權日2000年11月28日
發(fā)明者哈麗·C·斯威勒, 哈麗 C 斯威勒, I 阿爾澤波德赫, 哈利德·I·阿爾澤波德赫, M 伊萊亞森, 杰弗里·M·伊萊亞森, J 舒瓦爾特爾, 馬修·J·舒瓦爾特爾, C 林德布拉德, 肖恩·C·林德布拉德, 法 A 艾哈邁德奧盧, 穆斯塔法·A·艾哈邁德奧盧 申請人:恒力技術公司