CN101403464B - 可移动的笔记本电脑托架装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动的笔记本电脑托架装置，包括底板、与底板活动连接的托架本体，以及安装于底板底部的支承万向轮，还包括设置于底板上的驱动机构以及与驱动机构相连接的、用于实现对驱动机构控制的控制器。通过控制器中的单片机对驱动机构中电机的转速和转向进行控制，以带动笔记本电脑托架装置按照设置的运动模式进行运动，从而使用者的工作姿势不断被调整，因而，可以更好的减少由于长时间使用笔记本电脑而带来的健康隐患。

Description

可移动的笔记本电脑托架装置

技术领域

本发明涉及笔记本电脑托架，尤其涉及一种可移动的笔记本电脑托架装置。

背景技术

笔记本电脑更以其轻便，携带方便的优势受到了人们越来越多的青睐。在使用笔记本电脑时，通常将笔记本电脑固定放置在工作台上，使用者在工作的时候，眼睛、颈部、腰部等部位长时间的处于一种状态，久而久之导致身体疲劳，视力下降，以及各种颈部疾病、腰部疾病的产生，再加之受笔记本电脑厚度的限制，笔记本电脑的键盘平平的放在工作台上，位置比较低，键盘与手的角度并不符合人体工程学的要求，因此，长时间使用也会使手腕感到不舒服。

针对上述问题，现有技术中提供了一些笔记本电脑托架，用于改变其相对于使用者的高度以及角度：如申请号为200620048260.7的中国专利，公公开了一种多功能笔记本电脑托架，电脑托架包括底座和设在底座上的托架本体，还包括一托架仰角调节机构和一多功能组件；托架仰角调节机构包括：一设在托架本体背面的滑块、和设在底座上配合滑块移动的仰角调节器；的滑块内部为空腔，底部为呈圆弧形的底板；该滑块呈圆弧形的底板上设有一滑槽，在滑槽的槽口上相对设有多对齿沟；仰角器可选择嵌设在滑块底板的任一对齿沟中，固定托架仰角的角度；的多功能组件包括设在底座内的至少一个集线器，以及设在底座侧边的与该集线器电连接的至少一个USB接口或读卡器接口。

或如，中国专利申请号为200420047370.2，公开日为2005年8月3日的专利申请公开了一种笔记本电脑托架，如图2所示，包括散热机构和支架倾角调节机构，支架倾角调节机构包括支架、支撑件、长轴、拉簧、扭簧、支架轴；支架轴穿过支架下端上的孔插插入底座的孔中，支架可绕支架轴转动而改变与底座上表面的倾角，从而可改变搁置在支架上的笔记本电脑的底面与底座上表面之间的散热空腔的容积；支架上设有数个用于确定支架倾角的阶梯形梯位，支撑件可在底座的平面上移动卡入支架上的不同梯位而支撑支架并确定支架倾角；长轴贯穿底座左右两侧的槽孔并可在该槽孔中位移，支撑件柄部的圆孔套入长轴上而使长轴与支撑件连接。

从上述的电脑托架来看，现有技术中的电脑托架的调节都是通过手动来完成的，现实的情况是，使用者在投入工作时往往容易忘记用手去调节托架，所以上述影响人们健康的问题依然存在。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何使笔记本电脑托架能够脱离使用者的手动控制，主动产生相对于使用者不同距离以及不同角度的运动，迫使使用者能够在不知何不觉间追随笔记本的运动而运动，从而调整使用者的姿势，由此减少长时间使用笔记本电脑带来的健康隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可移动的笔记本电脑托架装置，该装置能够脱离使用者的手动控制，主动产生相对于使用者不同距离和角度的运动。

为了解决上述问题，本发明公开了一种可移动的笔记本电脑托架装置，包括底板、与底板活动连接的托架本体，以及安装于底板底部的支承万向轮，还包括设置于底板上的驱动机构以及与驱动机构相连接的、用于实现对驱动机构控制的控制器，其中，驱动机构包括：

第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、处理器和电机驱动单元，第一驱动机构包括第一电机、第一主动轴和第一滚轮，并且，第一电机、第一主动轴、第一滚轮依次顺序连接；第二驱动机构与第一驱动机构对称布置于底板上，包括第二电机、第二主动轴和第二滚轮，并且，第二电机、第二主动轴、第二滚轮依次顺序连接；第三驱动机构，包括第三电机、传动螺杆、传动螺母以及连杆，第三电机与传动螺杆相连接，传动螺母与传动螺杆配合螺接以实现啮合直线传动，连杆的一端与传动螺母活动连接，另一端与托架本体固定连接；并且，控制器包括处理器和电机驱动单元，处理器具有至少三路PWM通道，至少三路外部中断、三路输入/输出接口，电机驱动单元与处理器相连接，包括驱动隔离电路以及电机驱动电路，处理器通过驱动隔离电路与电机驱动电路相连接。

优选地，第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构中分别包括一减速机构，减速机构与各个驱动机构中的电机相连接，处理器为单片机。

优选地，可移动的笔记本电脑托架装置还包括一与底板配合使用的托垫。

优选地，笔记本电脑托架不大于380mm×280mm。

优选地，底板侧面设置有USB接口，USB接口用于提供一个一扩四的USB扩展接口以及用于通过USB-232转换电路实现与单片机的通信。

优选地，单片机通过RS232接口/USB接口与上位机相连接。

优选地，单片机内还设置有轨迹存储单元，用于预置驱动机构运动时所依据的轨迹数据。

优选地，单片机通过输入/输出接口连接有控制面板，控制面板用于实现包括运动模式和运动速度的控制信息输入。

优选地，单片机还可以通过输入/输出接口与液晶显示器相连接，用于显示包括运动模式、运动速度的控制信息。

优选地，在托架本体上还设有用于给笔记本散热用的风扇。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

针对现有技术中的笔记本托架必须由使用者手工调节的问题，本发明一种可移动的笔记本电脑托架装置采用电机的运转带动托架装置按照设置的运动模式进行运动，使用者无需自己去调节笔记本电脑托架，而是在不知不觉中追随笔记本电脑而“被迫”进行运动，从而，使用者的工作姿势不断被调整，因而，可以更好的减少由于长时间使用笔记本电脑而带来的健康隐患。

附图说明

图1A是根据本发明实施例的托架本体和底板的连接关系立体结构示意图；

图1B是根据本发明实施例的右视剖面图；

图2是根据本发明实施例的第一驱动机构和第二驱动机构在底板上的布局示意图；

图3A是根据本发明实施例的第一驱动机构的立体结构示意图；

图3B是根据图3A所示的第一驱动机构的剖面图；

图4A是根据本发明实施例的第三驱动机构的立体结构示意图；

图4B是根据图4B所示的第三驱动机构的剖面图；

图5是根据本发明实施例的位于底板的万象支撑轮的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的整体控制框图；

图7是根据基于图6所示的整体控制框图的详细硬件框图；

图8是根据本发明实施例的驱动电路的结构示意图；

图9是根据本发明实施例的软件整体功能示意图；

图10是根据本发明实施例的单片机控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参阅图1A，本实施例一种可移动的笔记本电脑托架装置包括底板、与底板活动连接的托架本体，以及安装于底板底部的支承万向轮，还包括设置于底板上的驱动机构以及与驱动机构相连接的、用于实现对驱动机构控制的控制器。

其中，驱动机构包括：第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，其中，第一驱动机构为水平方向驱动机构一，第二驱动机构为水平方向驱动机构二，第三驱动机构为U方向驱动机构，由于水平方向驱动机构一和水平方向驱动机构二呈一字形相向排列，并且各连一个车轮，因此，可以通过调节2个电机，使各自的转速不同，从而可以实现水平方向的运动。

水平方向驱动机构一包括电机107、主动轴106和滚轮104，并且，上述电机107、主动轴106、滚轮104依次顺序连接；

水平方向驱动机构二，水平方向驱动机构一对称布置于底板上，与水平方向驱动机构一结构相同，包括电机、主动轴和滚轮，并且，上述电机、主动轴、滚轮依次顺序连接；各个组成部分未在图上示出。

U方向驱动机构，包括U方向电机108、传动螺杆109、传动螺母110以及连杆111，U方向电机108与传动螺杆109相连接，传动螺母110与传动螺杆配合以实现啮合直线传动，连杆111的一端与传动螺母110活动连接，另一端与托架本体固定连接。

控制器包括处理器和电机驱动单元，处理器具有至少三路PWM通道，至少三路外部中断、三路输入/输出接口；

电机驱动单元与处理器相连接，包括驱动隔离电路以及电机驱动电路，处理器通过驱动隔离电路与电机驱动电路相连接。

进一步地，上述水平方向驱动机构一、水平方向驱动机构二以及U方向驱动机构中各包括一个减速装置，该减速装置与各个驱动机构的电机相连接。

机械连接部分：

下面结合图1B至图5具体说明可移动的笔记本电脑托架装置中的机械结构。

参照图1A和图1B，图1A是根据本发明实施例的底板101和托架本体102的连接关系示意图，图1B是根据本发明实施例的右视剖面图，如图1A和图1B所示，底板101与托架本体102通过单耳座103活动连接，托架本体102可用于放置笔记本电脑或显示器，其在电脑移动平台的带动下，变换各种角度，调节与使用者的相对位置。

当然，在具体实现时，也可以采用其他的活动连接方式，比如铰接，本发明在此不做限定。

参照图2，图2是根据本发明实施例的第一驱动机构201和第二驱动机构202、底板203上的布局示意图，从图中可以看出，上述第一驱动机构201和第二驱动机构202位于底板203的中央，呈一字形相向排列。

参照图3A、图3B，图3A是根据本发明实施例的第一驱动机构的立体结构示意图，图3B是根据图3A所示的第一驱动机构的剖面图，如图3A和图3B所示，第一驱动机构包括：滚轮301、轴承座302、主动轴303和电机304。

其中，主动轴303的一端设有沿轴向的平键槽(未示出)，通过平键与滚轮301套接，并经由轴套固定在轴承座302上；主动轴303的另一端与电机304连接；电机304由四个沉头螺钉固定在轴承座302上；轴承座302上滚轮301、主动轴303和电机304依次顺序连接；轴承座302将所述第一驱动机构固定在底板的相应位置。

优选地，驱动电机304可以选用A17RU1833i电机，该电机带动电脑移动托架运动的最大速度为1.75mm/s，能满足系统对速度的要求。

第二驱动机构的结构与以上描述的第一驱动机构的结构相同，再次不再赘述，在具体实现本发明时，参见以上说明即可。

在实际控制过程中，设置第一驱动机构的电机转速与第二驱动机构的电机转速不同，即可以实现水平方向的两个自由度的控制。

参照图4A、图4B，图4A是根据本发明实施例的第三驱动机构的立体结构示意图，图4B是根据图4B所示的第三驱动机构的剖面图，第三驱动机构用于调节U向的运动，如图4A和图4B所示，该U向驱动机构包括：U向电机401、U向传动螺杆402、U向传动螺母403、连杆404、螺杆轴承座405和U向电机座407。

其中，U向电机401与U向传动螺杆402相连接，U向传动螺母403与U向传动螺杆402配合以实现啮合直线传动，U向连杆404的短杆端通过圆柱销与U向传动螺母403销轴连接，另一端与托架本体固定连接；并且，U向传动螺杆402经由滚动轴承安装在螺杆轴承座405上，螺杆轴承座405由沉头螺钉固定于底板上；U向电机401由沉头螺钉固定于U向电机座407上；利用螺杆轴承座405和U向电机座407将所述第三驱动机构固定在底板的相应位置。

在运转过程中，电机401通电转动，U向传动螺杆402转动，随之带动U向传动螺母403直线运动，传动螺母403带动连杆运动，从而实现U向的运动。

参考图5，示出了本发明的电脑移动托架的支承万向轮的结构示意图，包括：

万向轮底板501、万向轮支架502和万向轮脚轮503，万向轮底板501和万向轮支架502垂直固定，所述万向轮脚轮503与所述万向轮支502销轴连接，所述万向轮底板501固定于所述底板。

在电脑移动平台静止时，支承万向轮支撑移动平台；当驱动机构驱动移动平台运动时，支承万向轮在支撑移动平台的同时，协助水平方向第一驱动机构以及水平方向第二驱动机构完成特定的移动。

在实际应用中，支承万向轮需要根据驱动机构的高度，设定相应的大小和高度进行加工制作。

优选地，在所述托架本体上还设有用于给笔记本散热用的风扇。

优选地，可移动的笔记本电脑托架装置还包括一个托垫，托架装置能在托垫上带动负载，在由水平方向和U向进行各种轨迹的运动。在实际使用中，托垫可以有多种类型，例如有色差边界的专用垫，例如白色边框的黑色托垫；也可以是设置有色差边界的任何普通平面，如有黑色边框的白色桌面等。当然，所述托垫并不局限于上述提到的类型，本领域技术人员可以根据自己的需要选择任何合适的托垫。

优选的，所述笔记本电脑托架可以设置为不大于380mm×280mm，轻巧方便，占用很少的工作面积，节约了用户的工作空间，便于使用和携带。

控制电路部分：

下面结合图6至图9具体说明可移动的笔记本电脑托架装置中的控制结构。

参照图6，图6是根据本发明实施例的整体控制框图，包括处理器模块601，驱动隔离模块602和电机驱动电路模块603以及驱动机构模块604；其中，处理器模块601将控制信号通过驱动隔离模块602和电机驱动电路模块603发送至驱动机构模块604。上述控制信号主要包括用于控制电机转速的速度信号以及控制电机转向的方向信号，速度信号为PWM信号，方向信号是通过对处理器的IO接口进行编程来获取的。并且，驱动机构模块604还要将具体的速度信号、位置信号反馈给所述处理器以实现闭环控制。

参照图7，图7是根据基于图8所示的整体控制框图的详细硬件框图，如图7所示，处理器选用单片机701，单片机701产生的控制信号通过驱动隔离模块703传送至电机驱动电路模块704以驱动电机706按照设定的转速和转向进行运动，由于电机的转速比较快，为达到速度控制，电机706需要通过一个减速机构708才可以直接与负载709相连接。

本实施例采用的是闭环控制方式，速度反馈信号711通过驱动隔离703反馈给单片机701，速度反馈信号711源自电机轴，由于减速比比较高，在具体实施时，可以采用标准码盘方案，但从成本的角度考虑，采用自制建议码盘(8线)也可以实现比较理想的闭环控制效果。反馈信号采用脉冲信号，通过整形、滤波电路实现信号的可靠采集。另外，各个方向的机械负载都可以连接有限位开关710，限位开关可以将笔记本电脑托架装置的位置信号反馈回单片机。

单片机的输入电压采用开关电源模块705实现交流220V到直流12V之间的转换，与变压器方案相比，开关电源具有体积小的优势。

为了降低成本，只采用一个开关电源705。而在本发明中，包括三个驱动电机，因此，开关电源705要给3路电机供电，并且，开关电源其本身就有较大干扰，所以必须经过滤波处理才能用于给单片机701供电，因此在开关电源705与单片机之间增加了一个隔离、转换电路707，从而实现单片机5V电源的输入。电机驱动电路704的供电也是由开关电源705输出的直流12V电压来提供的。

优选地，针对本发明可移动笔记本电脑托架装置的控制需求，选用ATmega64单片机，8通道PWM、SCI、SPI、UART、ADC等功能模块。

例如，在具体实施时，可以选用如下引脚作为电机控制信号与速度信号的输出：

14号-水平方向驱动机构一速度控制信号输出；

33号-水平方向驱动机构一方向控制信号输出；

15号-水平方向驱动机构二速度信号输出；

34号-水平方向驱动机构二控制信号输出；

17号-U方向速度控制信号输出；

18号-U方向方向控制信号输出；

其他各个引脚的功能在此不一一列出。

为了进一步降低产品成本，电机驱动不采用集成电机驱动芯片的方案，而是采用如下图8所示的驱动方式，参照图8，

若方向控制信号为0，一方面，第一非门804的输入为0，则其输出为1，第一或门810的一个输入为1，因而，第一或门810的输出即为1，又由于场效应管Q1为P沟道场效应管，故Q1截止；与此同时，第三非门808的输出为0，Q4输入低电平，三级管Q4为N沟道场效应管，所以场效应管Q4被截止，因此Q1至Q4的电路不能导通。

另一方面，由于方向控制信号为0，第三非门808的输入为1，输出为0，因此第二或门802的一个输入为0，另外一个输入为速度信号，其中，当速度信号为0时，Q3的输入为高电平，Q3导通；与此同时，第一非门804的输出为1，Q2端的输入信号为高电平，Q2导通，处于对角线位置的高端场效应管Q3到低端场效应管Q2的电路导通，电流从右至左流过电机，电机旋转。

同理，如果方向信号为1，Q3至Q2的电路不能导通，处于对角线位置的高端场效应管Q1到低端场效应管Q4的电路导通，电流从左至右流过电机，电机反向旋转。

通过PWM速度控制信号与编程产生的方向信号的配合，实现了电机转向及转速的控制。

由于上述直流电机驱动电路不具备死区控制、过压/欠压、过流、过热等保护措施，但在正常的使用情况下，这些保护措施一般来说可以不要，因此，代之以一个总保险开关即可。

优选地，为了方便控制可移动的笔记本托架装置，本发明还可以包括一个控制面板，该控制面板可以通过输入/输出接口连接到单片机上，控包括选择运动轨迹的按键，选择运动速度档位的按键，通过上述按键向单片机发出控制指令以实现所需的运动；并且，控制面板可以通过LED指示灯将运行状态显示，或者，可以通过液晶显示器显示运行状态，在这种情况下，液晶显示器也是通过输入/输出接口与单片机相连接的。

优选地，笔记本托架装置的底板侧面设置有USB接口，所述USB接口有两个作用：一是提供一个一扩四的USB扩展接口，相当于一个USB扩展器；另一方面，还可以通过此USB接口经过USB-232转换电路实现与单片机的通信，完成轨迹下载、控制指令传输、状态信息上传等功能。

控制系统软件设计部分：

参照图9，图9是根据本发明实施例的软件整体功能示意图，如图10所示，整体软件架构包括两部分，位于PC侧的软件设计和单片机侧的软件设计，其中，PC侧的软件可以包括：生成本发明可移动的笔记本托架装置的轨迹数据，下载可移动笔记本托架装置的轨迹数据以及对可移动笔记本托架装置的运动的监控，还可以包括人机界面的开发；位于单片机侧的软件设计主要包括可移动笔记本托架装置的运动轨迹的保存；根据所需要的运动模式，对可移动的笔记本电脑托架装置进行速度、位置的闭环控制；检测外部通过控制面板发送的控制命令；将笔记本电脑托架的运动状态输出以及将所有的运行参数上传至PC，以使PC能够实现对笔记本电脑托架装置运行状态的监控。

其中，PC与单片机之间通过RS232或者USB通信，以实现轨迹数据下载、运动调试及监测等功能。

参照图10，图10是根据本发明实施例的单片机控制流程图，包括如下步骤：

步骤1001：单片机进行初始化；

步骤1002：单片机进行PC控制命令的检测，其中，控制命令可以为：保存PC发送的轨迹数据；或者，基于调试或者维护的需要重新寻找零位或者执行PC发送的其他控制命令。

步骤1003：单片机根据控制目标进行速度、位置的闭环控制；

步骤1004：单片机将运行状态输出显示至控制面板或者其他显示设备；

步骤1005：单片机将运行参数，例如电机转速、转向、位置等参数上传至PC以供PC对运动进行监视。

其中，在步骤1003中，单片机根据控制目标进行速度、位置的闭环控制主要包括如下步骤：首先，单片机读取轨迹下一点的目标速度和目标位置，然后，单片机读取当前速度和当前位置，通过比较，计算出输入控制量，最后将所述控制量传输至电机驱动电路。

通过控制系统的软件架构，可以看出，可移动的笔记本电脑托架装置的运动轨迹可以根据使用者实际的需要来进行编写，也可以通过下载的方式得到，或者预置存放于单片机中也可以，总之，轨迹的获取方式非常灵活。

综上：在本发明中，

可移动的笔记本电脑托架装置通过单片机控制电机的转速和转向，实现了水平方向移动以及绕固定轴U方向的转动；并且，能够根据目标运动轨迹和运动特性，通过各自由度的配合，实现三个自由度的联动，进而，由于笔记本电脑的运动，不断地改变了笔记本电脑显示屏幕与人眼的距离和角度，从而迫使使用者不断调整颈部和腰部姿态，改善颈椎、腰椎和周围肌肉的受力状况和肌肉状态，缓解相关病症的发生和发展。

以上对本发明所提供的一种可移动的笔记本电脑托架装置，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种可移动的笔记本电脑托架装置，其特征在于，包括底板、与所述底板活动连接的托架本体，以及安装于所述底板底部的支承万向轮，还包括设置于所述底板上的驱动机构以及与所述驱动机构相连接的、用于实现对所述驱动机构控制的控制器，其中，所述驱动机构包括：

第一驱动机构，包括第一电机、第一主动轴和第一滚轮，并且，所述第一电机、所述第一主动轴、所述第一滚轮依次顺序连接；

第二驱动机构，与所述第一驱动机构对称布置于所述底板上，包括第二电机、第二主动轴和第二滚轮，并且，所述第二电机、所述第二主动轴、所述第二滚轮依次顺序连接；以及

第三驱动机构，包括第三电机、传动螺杆、传动螺母以及连杆，所述第三电机与所述传动螺杆相连接，所述传动螺母与所述传动螺杆配合螺接以实现啮合直线传动，所述连杆的一端与所述传动螺母活动连接，另一端与所述托架本体固定连接；并且，所述控制器包括：

处理器，所述处理器具有至少三路PWM通道，至少三路外部中断、三路输入/输出接口；

电机驱动单元，与所述处理器相连接，包括驱动隔离电路以及电机驱动电路，所述处理器通过所述驱动隔离电路与所述电机驱动电路相连接。

2.根据权利要求1所述的托架装置，其特征在于，所述第一驱动机构、所述第二驱动机构、所述第三驱动机构中分别包括一减速机构，所述减速机构与所述各个驱动机构中的电机相连接，所述处理器为单片机。

3.根据权利要求2所述的托架装置，其特征在于，还包括一与所述底板配合使用的托垫。

4.根据权利要求1所述的托架装置，其特征在于，所述笔记本电脑托架不大于380mm×280mm。

5.根据权利要求2所述的托架装置，其特征在于，所述底板侧面设置有USB接口，所述USB接口用于提供一个一扩四的USB扩展接口以及用于通过USB-232转换电路实现与所述单片机的通信。

6.根据权利要求2所述的托架装置，其特征在于，所述单片机通过RS232接口/USB接口与上位机相连接。

7.根据权利要求6所述的托架装置，其特征在于，所述单片机内还设置有轨迹存储单元，用于预置所述驱动机构运动时所依据的轨迹数据。

8.根据权利要求7所述的托架装置，其特征在于，所述单片机通过输入/输出接口连接有控制面板，所述控制面板用于实现包括运动模式和运动速度的控制信息输入。

9.根据权利要求2所述的托架装置，其特征在于，所述单片机还可以通过输入/输出接口与液晶显示器相连接，用于显示包括运动模式、运动速度的控制信息。

10.根据权利要求1所述的笔记本电脑托架装置，其特征在于，在所述托架本体上还设有用于给笔记本散热用的风扇。

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