CN107110423B - 拉伸平行四边形臂 - Google Patents

Abstract

一种拉伸平行四边形臂，其模仿平行四边形平衡结构并且可以将其折叠成紧凑形式。组合件包含万向节，所支撑的有效负载附接到所述万向节。

Description

拉伸平行四边形臂

此申请要求在2014年11月16日申请的美国临时申请62/080,372和2014年11月17日申请的美国临时申请62/080,721的优先权，所述两个美国临时申请的标题都是拉伸平行四边形臂(Tensile Parallelogram Arm)。

背景技术

显示视觉材料的书本、电子阅读器、平板计算机和其它装置需要持久的固持或支撑、定位和定向来观看显示器。

为了人体解剖学的长期健康，最佳观看角度通常在一个人的水平“眼线”下方10°与20°之间。这对于手握来说是个费力的位置，并且“有效负载”会很快沦落为被支撑在膝盖或桌面上，这两者对于阅读来说都没有得到最佳定位或成角度，并且向用户的颈椎强加持续的应变。可以放置装置的表面并非一直可用或者位于最佳高度或位置处。

因此，需要一种使这些装置“浮”在便利位置处并且在观看者需要时将它们重新定位并重新定向的方式。

发明内容

本发明的说明性实施例针对于拉伸平行四边形臂组合件，其中近端臂段组合件和远端臂段组合件实际上形成串联悬臂式悬索桥状结构，其模仿平行四边形支撑臂(一种类型的平衡臂)。所述结构适配成优选折叠成紧凑的大致圆柱形的形状。

用于描述所公开的拉伸臂的特征的术语“平行四边形”是在广义上使用，并且不一定是指存在四个可识别的平行四边形边。虽然本发明以许多方式模仿现有技术平行四边形臂的功能，但不需要存在两组不同的平行段来形成发明性臂的平行四边形结构。术语“平行度”和“平行”不一定指示组件是确切平行的，而是将通常包含与实际平行配置的角度偏差，这将在下文进一步描述。

拉伸臂结构附接到例如三轴夹具组合件等安装系统，或附接到加重基座。可以可调整地定位所述臂结构以在所述安装系统与有效负载之间延伸不同量。有效负载优选由附接到拉伸平行四边形臂的万向节结构支撑。如本文所使用，近端是更接近安装系统的端，且远端是更接近有效负载的端。

拉伸平行四边形臂可以适配成支撑有效负载，所述有效负载例如为电子阅读器和平板计算机、镜子、灯或需要固定在所要位置中并且从多个角度进行观测或研究的其它对象。拉伸平行四边形臂的说明性实施例可以具有比等效质量的常规支撑臂更大的硬度，并且不含有需要释放、重新拧紧和锁定的接头，但可以包含此类特征。

所述臂在本发明的说明性实施例中被描绘为具有两个“平行四边形”的臂段或连杆，但所述臂结构可以含有(例如)两个或三个发明性臂段且在需要时可能更多。具有如本文中所描述的一个平行四边形结构的臂也是可能的。通过张力线来控制所述臂段的相对位置和平行度，所述张力线终止于在两个大致平行的支柱的顶部处或附近的终止点，并且穿过连接所述支柱的底部部分的翼梁。在本发明的说明性实施例中，臂组合件包含两个平行四边形段，每个平行四边形段具有一对支柱、连接所述支柱的翼梁，和终止于臂段的相对支柱处的张力线。在拉伸臂接头周围以固定角度关系维持支柱。如本文使用的术语“翼梁”可以包含不具有圆形横截面的组件。应进一步注意，术语“支柱”是在广义上使用，并且可以包含非竖直地安置的结构。实际上，在本发明的说明性实施例中，在翼梁的相对端处的“支柱”朝向彼此成角度，但彼此大体上保持在相同的相对位置，从而获得与使用平行四边形结构的常规平衡或均衡支撑臂类似的效果。平行支柱是指从支柱枢轴到支柱上的张力线终止点的线关于另一支柱上的类似线的位置。

张力线穿透翼梁中的中心通孔或钩。穿过几何形状或张力线通过的或在其周围的其它摩擦组件之间的关系，且张力线在负载下产生摩擦，其有助于臂平衡能力。可以通过在穿过管内并入主动销来增加摩擦。如果臂结构包含一个以上臂段，那么可以在所述段中的一者或多者中包含销。通过添加扭转弹簧来抑制围绕接头的移动可以辅助臂结构的平衡能力。

还可以通过增加轴向扭矩的扭转弹簧来产生摩擦。所述扭转弹簧安置在一个或多个臂接头周围，使得臂可以容易适配成保持其位置。这甚至在零g环境中(例如，空间站)也可为有效的。实际上，可以在围绕翼梁的纵轴的120°移位处使支柱和相关联的张力线相乘，因此从三个角度而不是仅一个角度来支撑臂，以便增大侧向以及竖直硬度。

因此，本发明适配成通过摩擦来维持位置，在其旋转接头中不是连续地维持位置，而是在支撑和平行四边形维持“线”中不连续地维持位置，这可以容易解除以准许定位。

在本发明的说明性实施例中，例如，电缆可以从充电器铺设到平板计算机，而不需要重新铺设电缆或需要额外的夹子，因为平板计算机位置在支撑臂的整个提升和延伸范围内得到调整。

可以向上文描述的拉伸平行四边形支撑臂段添加弹性组件，以添加支撑性升力并且进一步减少锁定位置所需的摩擦量。

可以按比例增加所述拉伸“准”平行四边形以悬置并且定向较重的有效负载，例如工业机械和医疗装置，并且与等效质量的常规臂相比，仍然可以通常提供更好的或更合意的硬度和定位精度。

附图说明

下列附图描绘了本发明的说明性实施例和特征：

图1描绘与有效负载万向节组合件一起延伸的拉伸平行四边形臂。

图2描绘经过调整以使得有效负载更接近结构的近端的图1的拉伸平行四边形臂。

图3示出处于折叠位置的拉伸平行四边形臂组合件的等距视图。

图4是万向节组合件和有效负载的俯视图。

图5是转环连接的万向节组合件和有效负载的后视图。

图6是中间接头以及第一和第二中间支柱的近视图。

图7是主要接头、主要支柱和穿过了张力线的近端翼梁的近视图。

图8是在三轴安装夹具组合件中对接的主要接头和近端翼梁的局部侧视图。

图9是三向安装夹具组合件的等距视图。

图10是示出为啮合管子的三向安装夹具组合件的版本的侧视图。

图11是折叠的拉伸平行四边形臂组合件的端视图。

图12a、b从中间接头支柱的两侧示出等距视图，其描绘了凸出部和狭槽特征。

图13描绘平行四边形臂的图形表示。

图14a、b图解在平行四边形分别成45°和60°时的线长度改变。

图15示出线附件和中间线穿过的偏移。

图16图解大体上一致的线长度的水平和竖直偏移的选定值。

图17提供用于在给定尺寸下计算平行四边形的水平偏移距离的公式。

图18a、b图解本发明的替代性实施例的选定线路径。

图19图解机动化的平行四边形臂。

图20描绘具有用于进一步抵消有效负载重量的附属弹性组件的拉伸平行四边形臂段。

图21描绘具有线拉紧、扩增、扭转弹簧的臂接头。

图22是具有扭转弹簧的臂接头的分解视图。

图23描绘具有相关联的主动销的翼梁横管，张力线通过并且围绕所述主动销而穿过。

图24描绘有效负载接头的一部分的单独视图。

图25是螺丝扣组合件的横截面视图。

具体实施方式

图1描绘根据本发明的说明性实施例的拉伸平行四边形臂组合件1。近端组合件2和远端组合件3实际上形成模拟平行四边形的串联连接的悬臂式桥状结构。臂结构可以含有(例如)两个或三个臂段。近端臂组合件2附接到安装系统(例如，三轴夹具组合件6)，或附接到加重基座。远端臂组合件3附接到万向节组合件4，所述万向节组合件继而附接到有效负载5，或所述远端臂组合件可以附接到有效负载固持器。拉伸平行四边形组合件1可以相对于安装组合件6旋转。安装系统6可以连接到对象，将在所述对象附近使用有效负载。可以将臂结构可调整地定位在安装系统6与有效负载5之间。拉伸平行四边形臂组合件1可以适配成支撑有效负载，所述有效负载例如为电子阅读器和平板计算机以及吹风机、镜子、灯、指针、工具或需要固定在所要位置中并且从多个角度进行观测或研究的对象。拉伸平行四边形臂的说明性实施例可以具有比等效质量的常规支撑臂更大的硬度，并且不含有需要释放、重新拧紧和锁定的接头，但可以包含此类特征。

通过近端张力线12和远端张力线13来控制臂结构的相对位置和平行度。近端张力线12从臂的主要支柱16延伸到近端翼梁10中的中心通孔14且直达第一中间支柱17。相应地，远端张力线13从第二中间支柱18延伸到远端翼梁11中的中心通孔15且直达有效负载支柱19。如本文所使用，段的近端是更接近安装系统的端，且远端是更接近有效负载的端。张力线优选为相对低伸展或不伸展的材料，并且可以例如为纤维线。

主要支柱16通过凸出部和狭槽特征(例如，如将在下文更详细地描述)或其它旋转限位挡块而与主要安装销35(参看图7)维持于固定角度关系。通过近端张力线12来定位近端段2，所述近端张力线12实际上从近端支柱16悬置整个拉伸平行四边形臂结构1。近端张力线12还通过在近端通孔14处引发的线摩擦来维持主要支柱16与第一中间支柱17之间的平行度，但仅在通过由连续臂段产生的接头扭矩或在远端组合件3的情况下通过由有效负载重量对有效负载支柱19作用的围绕有效负载接头9的扭矩(这可选地通过扭转弹簧85进行扩增)来拉紧近端张力线12时是如此，这将在下文关于图21和图22更详细地描述。

中间支柱17例如通过凸出部和狭槽特征与第二中间支柱18维持于固定角度关系，使得其张力线13可以同样地悬置其臂组合件和有效负载。第一中间支柱17例如通过凸出部和凹槽特征围绕中间接头8与第二中间支柱18维持于固定角度关系，使得第二中间支柱18维持远端张力线13的原点与第一中间支柱17处的终止近端张力线12之间的一致的间隔距离。远端张力线13还通过在其通孔15处引发的线摩擦来维持第二中间支柱18与有效负载支柱19之间的大致平行度，如同臂段2和3两者是真正连续平行四边形一样。

主要支柱16和有效负载支柱19各自分别与固定接头组件35、88成固定角度关系。在此说明性实施例中，固定接头组件35、88分别是有效负载转环组件和主要安装销。

每个臂段2、3由通向其相应通孔14、15的张力线12、13的近端部分悬置，且臂段的支柱16、17或18、19通过从近端和远端翼梁通孔14、15延伸到远端支柱17、19的张力线12、13的远端部分而彼此维持于固定角度。每个张力线12、13是由围绕其相应远端支柱17、19的由下一个臂段的重量或由其悬臂式有效负载加上(可选地)扭转弹簧85产生的扭矩而被拉紧。此张力导致通孔14、15处的增加的摩擦。这是因为拉紧的线在通孔14、15处实际上在两个方向上拉动，所以摩擦上的小量增加足以维持臂位置。通过借助略微地提升后续臂区段或有效负载来略微地减轻围绕远端支柱17、19的扭矩来选择性地减小线12、13上的张力会允许线行进穿过通孔14、15，且因此更改臂角度。

因此可以在略微地提升远端臂段3的重量的情况下动态地上下重新定位近端臂段2，且允许线12自由地行进穿过其通孔14(在一侧上缩短且在另一侧上加长)。在恢复线张力时(例如，在允许远端臂3再次向中间接头8施加扭矩、向近端线12施加近端张力，且因此在近端通孔14处施加摩擦时)，近端臂2将锁定位置。

同样地，如果暂时减轻远端臂3的有效负载以及可选的弹簧扭矩，那么可以动态地重新定位远端臂3，且允许远端张力线13自由地行进穿过其通孔15。在有效负载5和扭转弹簧85重新开始在有效负载接头9处施加扭矩从而在近端线12上产生张力且因此在远端通孔15处产生摩擦时，远端臂3将再次锁定位置。

因此，线摩擦是始自由作用在有效负载接头9的有效负载5产生的扭矩的线张力的结果。那个扭矩拉紧远端线13，所述远端线13通过第二中间支柱18和有效负载支柱19传输扭矩，从而围绕中间接头8作用，且因此拉紧近端线12。此连续拉紧在通孔15、14处产生维持臂位置所需的操作性摩擦。

因此，拉伸平行四边形臂组合件1实际上是动态悬索桥的串联悬臂对，其选择性地锁定位置，或者通过释放由通孔管14、15的大体上“直角弯曲”导致的线摩擦的用户相互作用而得到释放以进行移动。张力线越接近直角弯曲，通孔的直径将越小，这是因为张力线在通孔的长度上是成角度的。近端臂2和远端臂3因此模拟平行四边形，其在没有定位常规的平行四边形臂通常所依赖的接头摩擦的情况下起作用。只要线摩擦维持在它们的相应通孔孔口14、15处，近端组合件2和远端组合件3两者便将保持它们的角度位置。

因此，近端线和远端线12、13分别执行常规的反力臂中的弹簧的悬置功能，以及缺失的平行四边形连杆或边的平行度功能。结果是新颖的支撑臂结构，其在许多情况下可以被构造成在给定有效负载下比常规的平行四边形臂更轻且更硬。另外，在一些实施例中，所述新颖的臂可以被同轴地折叠在其自身的夹具内。

通过转环接头7、8、9连接不必竖直以便维持在并行布置中的支柱16、17、18、19，从而准许与常规的平行四边形臂一样接合并且延伸连续臂段2、3。

如将在下文参考图21进一步描述，同步地收线和释放张力线12、13的近端段和远端段的机动化绞盘或其它类型的绞车可以适配成在近端或远端翼梁10、11上的通孔14或15处起作用。具体来说，远端翼梁10自身具有与其相关联的机动化装置。

图2示出经过“上下”调整的拉伸平行四边形臂组合件1，其中近端臂2后仰于夹具组合件6上方，且远端臂3朝向近端臂2紧缩。在此说明性位置中，远端张力线13的近端部分先前已经加长且远端部分缩短，直到远端臂3成大约60°的向下角度为止。这是通过以下操作来实现：略微提升万向节组合件4，直到远端线13暂时放松并且可以自由地行进穿过远端通孔15为止。

图3和图11描绘处于折叠位置的拉伸平行四边形臂1和万向节组合件4。图3是等距视图且图11是拉伸平行四边形臂组合件1的端视图，两者都示出为处于说明性折叠位置。在展开位置中分别安置在拉伸平行四边形臂组合件1的近端和远端处的主要接头7和有效负载接头9在折叠位置中合在一起，并且由于并入到接头组件中的远端翼梁10、11之间的相对偏移而在它们之间具有最小的空间。

图24示出有助于紧凑折叠结构的偏移。图24是水平有效负载转环20的组件88的单独视图，所述组件为不可以关于支柱19旋转的有效负载接头9的一部分。示出横向偏移9b，其为从环绕孔口9a的外部面延伸的偏移。竖直偏移9c是有效负载转环组件20的延伸的纵向中心线89与孔口9a的径向中心之间的偏移。主要接头7和中间接头8还可以含有偏移以便紧密地对准翼梁10、11、安装销35和有效负载接头9，以用于折叠在最小横截面区域内。

安装销35、螺丝扣组合件24和夹具组合件6的额外偏移提供紧凑的折叠布置。折叠的有效负载21a、b恰好紧缩在近端和远端翼梁10、11旁边，且安装夹具组合件6恰好在相对的一对接头上滑动，直到主安装夹具轴杆26触碰或几乎触碰到螺丝扣组合件24为止。在本发明的说明性实施例中，拉伸平行四边形臂组合件1折叠成大约2"×2"×14"的大致圆柱形包壳，其重量可以例如在约10oz至14oz的范围内，或在特定实施例中为约12oz。可以提供织物或刚性管来收容折叠好的设备。

图4是万向节组合件4的俯视图，其示出可以使整个万向节组合件4向(例如)平行四边形臂1的长轴的边摆动约90°的有效负载主转环20。转环或枢轴20、22、23具有彼此成正交关系的旋转轴。转环20与转环23垂直地枢转地连接有效负载接头9，且因此连接远端翼梁11。转环23进一步连接到万向节杆37。万向节杆37通过转环22枢转地连接到螺丝扣组合件24，如图5中所示。在竖直地安置有效负载5的面时，转环20表示平移运动，转环22表示滚动运动，且转环23表示倾斜运动。因此，有效负载5可以定位在大体上任何倾斜或滚动角度下，其中其净重心大致与倾斜转环23的轴成一直线，使得万向节接头需要很小的摩擦或不需要摩擦来维持它们的位置。这允许被夹在有效负载抓钩21a、b内的有效负载5进行重新定向，而不需要对固定接头进行锁定或解锁，但可以任选地将锁并入到所述组合件中以维持特定的有效负载位置。

除了图5中示出的螺丝扣组合件24之外，有效负载万向节组合件4可以包含有效负载固持器。有效负载固持器可以是将有效负载充分紧固到设备的任何组件，其允许在需要时或在要求时可以调整，并且不干扰组合件的操作。

图5和图25描绘万向节组合件4和相关联的螺丝扣组合件24。图5是万向节组合件4和有效负载5的背面透视图，其详述转环连接20向边摆动几乎90°。图25是螺丝扣组合件24的剖视图。有效负载5被夹在附接到螺丝扣组合件24的延长器24b、c的抓钩21a、b内。使用螺丝扣调整旋钮25例如通过带螺纹驱动器24d将延长器24b、c拖拉进管筒24a中。螺丝扣外部管筒24a可以具有与延长器24b、c上的互补边齐平的平坦边，以抑制外部管筒24a与延长器24a、b、c之间的相对旋转。大致通过24e来识别所述平坦边。应注意，有效负载5可以围绕转环22的轴滚动，且围绕转环23的轴倾斜，同时通过主转环20关于臂轴适当地定位。在平行四边形臂1展开时，通过凸出部和狭槽布置或其它机构来限制有效负载支柱19与有效负载接头9中的孔眼(分别等效于翼梁10、11中的中间接头孔眼8a、b，如图6中所示)之间的角度关系，使得转环20的轴保持大体上竖直。进一步关于图12a、b来描述所述凸出部和狭槽机构。

图6是中间接头8以及第一和第二中间支柱17、18的近视图。近端线12从第一中间支柱17延伸，并且被源结头17a捕获。对于已经打结的线，可以提供狭槽而不是孔。说明性狭槽是张力线12穿过的主要张力线源狭槽38。可以形成近端线和远端线12、13的终止，其可以包含除了结头之外增加张力线12的末端的直径。同样地，远端线13从第二中间支柱18延伸、被安置在狭槽中的源结头18a捕获。孔和狭槽可以互换，对其的选择可以取决于车螺纹和维修考虑因素。中间接头8包括附接到翼梁10的接头孔眼8a，和附接到翼梁11的接头孔眼8b，和中间接头缆线孔口8c。此实施例的特征在于，缆线(例如，用于向有效负载和它们的配件供电或充电的缆线)可以双重弯曲或者另外自身弯曲，并且插入到每个臂接头中的类似孔口中，并且将受到保护且不受影响，或者对臂位置的角度调整有最小影响，所述缆线可以在不需要穿过连接器通孔的情况下插入并立即移除。

图7是主要接头7的近视图，其使用线通孔和终止细节来示出主要支柱16和近端翼梁10。主要接头7包含分别连接到近端翼梁10和主要安装销35的缆线孔口7c和主要接头孔眼7a、7b。翼梁可以通过不是图6和7中描绘的孔眼配置而在功能上连接到所述接头。翼梁接头连接组件必须在功能上将翼梁紧固到接头，并且允许所连接的翼梁关于支柱旋转。主要安装销35中的咬边35a啮合锁定帽32(图9中示出)以保持主要安装销35啮合在夹具组合件6内(参看图8)。通过凸出部和狭槽组合或与主要接头孔眼7a和主要安装销35成受限旋转关联的其它连接(例如图12a、b中示出)来固持主要支柱16。因此，主要支柱16用作到近端张力线12的主要附件，其支撑平行四边形臂组合件1的整体。替代性线原点和长度调整配置包含使张力线12延伸到近端线终止螺杆12b。指示线12a示出近端张力线12的隐藏的路径。近端张力线12穿过邻近于带螺纹孔的通道，并且被近端线终止螺杆12b捕获。可以向额外的线提供源结头17a和标记或其它特征，其指示或限制线将在12b处被拉动穿过孔多远，以便确保在近端翼梁10侧面的主要支柱16与第一中间支柱17之间的平行度。近端线12在这里示出为进入近端翼梁通孔14。在拉紧近端张力线12时，通孔14处的所得的两个直角弯曲可以提供所需的摩擦来锁定臂位置，并且将在放松线以用于调整时释放臂位置且使线自由地“穿过”。如将在下文描述，可以使用用于产生所需的摩擦或阻力的其它机构来实现前述效果。

图8和图9描绘夹具组合件6。图8是在三轴安装夹具组合件6中对接的主要接头7和近端翼梁10的局部侧视图。图9是三向安装夹具组合件6的详细等距视图。主要安装孔30和十字安装孔31被配置成接受图7中示出的主要安装销35。锁定帽32具有啮合十字安装孔31内的螺纹的带螺纹柄，和端制动表面，其啮合销咬边35a(还可以在图7中看到)，以防止主安装销35从主安装孔30中拔出。在将主安装销35安装在十字安装孔31中在示出为被图9中的帽32占据的位置处时，随后将锁定帽32旋拧到主安装孔30中以同样地防止主安装销35在向上拉动的情况下脱离。固定框架27形成顶部夹具表面(或在安装到竖直表面的情况下形成侧表面)。可以通过主夹具轴杆26上的外部平坦表面使滑动框架28齐平，并且所述滑动框架可以向上滑动，直到夹具衬垫33a、b啮合夹住设备的表面的下侧为止。随后围绕主夹具轴杆26拧紧拼合夹具29，且通过夹具衬垫螺杆34a、b与所述表面相抵地拉紧夹具衬垫33a、b(由夹具衬垫保持器33c、d保持)。夹具衬垫34a、b可以是完全刚性的，或者在顶部上包含缓冲材料。此新颖的夹具设计准许从“顶部”、“底部”和“侧面”将力施加到在上面夹住组合件的结构。术语“顶部”、“底部”和“侧面”仅用作相对术语，且未将组合件限制于被夹到定向成使得不存在明显的顶部、底部或侧面的结构。夹持设备可以被设计成适应各种大小的结构。所述设备可以夹持的对象厚度的说明性范围是约0.25英寸到4英寸，说明性厚度是大约3英寸。

可以包含O形环87或其它止挡件以防止拼合夹具29与组合件分离。可以包含夹具轴杆26中的凹槽以容纳并且定位O形环87。应注意，夹具29不需要是拼合夹具。将可以沿着主夹具轴杆26调整和紧固的其它组件可以替代所述拼合夹具配置。

图10是示出为啮合管子36的三向安装夹具组合件6的说明性版本的侧视图。分别在图9和图10中示出的管安装凹口36a、b和36c、d有助于将管子36定位在合意的位置中。凹口的任一侧上的平坦部分有助于夹持到平坦表面上。

图12a、b示出从中间接头支柱17、18的两侧的等距视图，其详述了凸出部39和狭槽40特征，所述特征提供双向旋转界限。所述界限维持串联邻近的平行四边形臂段的支柱17、18之间的最大角度关系，并且可以被设计成准许折叠。在上面定位凸出部和狭槽中的每一者的支柱可以互换。可以使用其它类似的配置，只要它们允许所要的旋转界限即可。可以在其它接头处使用这些配置。

图13是平行四边形结构的示意图。如果张力线41常规上从上部平行四边形枢轴42延伸穿过与下部平行四边形枢轴44、45成一直线的中间通孔43且向上回到相对的上部平行四边形枢轴46，那么在下文提供说明性尺寸和张力线长度。张力线41的功能是产生桥状结构，其为动态的而不是固定的，其中单个线从第一支柱48上的枢轴42处的高点延伸穿过可移动翼梁47的中心处的通孔43，且向上回到第二支柱48上的枢轴46处的高点，其中第一支柱48是固定的，且第二支柱49和翼梁47是可移动的。此单个张力线41将固定翼梁47的高程和第二支柱49的平行度两者。然而，如果在竖直时第一和第二支柱48、49上的张力线41的附接点也竖直地与枢轴成一直线，且翼梁47的中心中的孔与下部枢轴44、45成一直线，那么保持支柱48、49平行所需的弦的长度会随着翼梁47升高或降低而改变(参看图14a、b)。在翼梁47水平的情况下，中间通孔43的任一侧上的张力线41的段是相等的。

线部分的端点	长度(英寸)
		43-45	6
43-44	6
		45-46	2
44-42	2
		42-43	6.235
46-43	6.235

图14a、b图解在图13的平行四边形结构分别与水平位置成45°和60°的角度时线长度的改变。随着翼梁47升高，理想的弦长度减小。在45°时，如图14a中所示，为了保持第一和第二支柱48、49平行，在此实例中，张力线41的长度必须为12.347英寸，其中第一支柱48上的张力终止点与中间通孔43之间的长度是4.799英寸，且第二支柱49上的张力终止点与通孔43之间的长度是7.548英寸。在总张力线长度是12.470的情况下，第一和第二支柱48、49是不平行的。在与水平面成60°的情况下，如图14b中所示，为了保持第一和第二支柱48、49平行，在此实例中，张力线41的长度必须为12.180英寸，其中第一支柱48上的张力终止点与中间通孔43之间的长度是4.384英寸，且第二支柱49上的张力终止点与通孔43之间的长度是7.796英寸。在总张力线长度是12.470的情况下，线将松弛且第一和第二支柱48、49将不平行。

图15图解分别与第一和第二支柱48、49垂直地测得的张力线41附接点的水平偏移50、51。还示出张力线41与中间通孔43的与可移动翼梁47垂直的竖直偏移52。适当的偏移值可以防止或大体上抑制在可移动翼梁47和因此平行四边形结构的整个向上或向下漂移中张力线41的长度的任何改变。

图16图解水平和竖直偏移选定值，其在本发明的说明性实施例中在平行四边形的整个向上和向下角度漂移中产生一致或大体上一致的线长度。

图17识别用于计算以下各者的公式的变量：在相对的枢轴53、54之间的给定尺寸下的平行四边形的水平偏移距离50、51(通过“H”示出)；以及偏移通孔55与枢轴53、54之间的线之间的竖直偏移距离52(通过“V”示出)，所述偏移距离用于防止或大体上抑制在可移动翼梁47的整个向上或向下漂移中张力线41的长度的任何改变。这在臂段的整个偏移路径中维持了实质性平行度。所述公式如下：

H＝水平偏移 选择臂长度L，和臂高度E

V＝竖直偏移 选择V

E＝平行四边形的高度 计算初始弦角度，臂处于90°，如所示

L＝平行四边形的长度 S_ang＝arctan(2x(E+V)/L)

S＝弦长度 计算H偏移：

S＝Sa+Sb H＝E×sin(S_ang)

计算最终的弦长度(使用勾股定理)

S＝2×平方根({E+V)^2+(L/2

-Η)^2)

注意：^是指值的平方

在图17中图解和在此段落中描述的偏移可以代替通常通过传统的平行四边形臂结构提供的使翼梁的相对端处的支柱朝向彼此向内成角度来实现所要的平衡或均衡功能。如果使用成角度，那么在翼梁与支柱之间将通常略小于90°的角度，其中与垂线的说明性角度小于5°或5°。还可以使用成角度与偏移的组合。

图18a、b图解根据本发明的说明性实施例的替代性线路径，其还可以通过选择性地减少朝向有效负载成直线作用在下一个支柱上的扭矩或拉力而提供来自各个通孔点的拉伸摩擦的减轻。这准许在平行四边形升高或降低时张力线容易横越通孔。在重新建立通孔摩擦时，将平行四边形有效地锁定于其瞬时姿势。图18a描绘分别具有支柱59、60上的终止点57、58的张力线56。在可移动翼梁63的向上和向下漂移期间，将需要适当的水平偏移来保持支柱59、60平行。

图18b描绘在张力线的两端具有单个终止点62的张力线61。通过使张力线61延伸穿过支柱59上的上部孔眼且继续延伸到支柱60的顶部以在其开始的地方终止，在支柱将在任何向上或向下偏移下都显得几乎平行的程度上，会吸收小的线长度差异。

图19图解机动化的平行四边形臂段64，其采用绞盘布置以通过在中间通孔的任一侧上相等地缠起并释放一定量的线来升高和降低臂。柱杆65延伸穿过翼梁66，使得柱杆65上的孔67、68跨着翼梁66。图19包含柱杆65的插图。使张力线70穿过柱杆65中的孔，使得当通过旋转柱杆65而在柱杆的一侧上增加线的长度时，会在另一侧上收起线。这改变“通孔”的任一侧上的线的相对量。可以包含旋钮71，可以使用所述旋钮来手动地旋转柱杆65。

图20描绘具有用于抵消有效负载5的重量的附属弹性组件72的本发明的说明性实施例。弹性组件72在添加到平行四边形结构时可以减小固持可移动翼梁11和因此拉伸平行四边形臂的位置所需的张力线摩擦。

图21、图22描绘可以实施以增大将平行四边形臂维持于所要位置所需的扭矩的扭转弹簧组合件。图21示出组装好的扭转弹簧设备的局部剖视图，且图22是扭转弹簧组合件的分解视图。穿过支柱75、转环组合件78(其在此实施例中提供两个垂直的旋转轴76、77)、扭转弹簧85和固定元件或接头79(例如，翼梁)而安置轴84，且所述轴将以上各者连接起来。张力线80连接在支柱75的顶部处或朝向所述顶部而连接。例如这个扭转弹簧等扭转弹簧可以增大由负载在有效负载接头9或拉伸平行四边形臂中的其它接头处提供的扭矩。通过箭头81表示来自弹簧85的扭矩。扭转弹簧用于增加围绕接头的轴向扭矩，使得臂可以容易适配成固持位置，包含有可能在零g环境中(例如，空间站)也如此。可以在围绕翼梁10或11的纵轴的120°移位处使支柱和相关联的张力线相乘，例如，因此从三个角度而不是仅一个角度来支撑臂，以便增大侧向以及竖直硬度。

图23描绘针对张力线12、13穿过通孔14、15而产生摩擦或阻力的另一方法。穿过例如翼梁10、11等翼梁与所述翼梁的纵轴垂直地安置横管82。张力线83不是直接穿过横管82，其缠绕在销86周围，因此比张力线83笔直穿过管产生更多的摩擦。横管82的末端优选是倒圆或浑圆的，以便减小张力线83的磨损。

已经描述了本发明的各种实施例，每个实施例具有元件的不同组合。本发明不限于所公开的特定实施例，并且可以包含所公开的元件的不同组合，或省略一些元件和此类结构的等效物。

虽然已经通过说明性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将想到额外的优势和修改。因此，本发明的更广方面不限于本文中所示出和描述的特定细节。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出对(例如)尺寸的修改，并且并入等效的组件。因此，希望本发明不限于特定说明性实施例，而是在所附权利要求书及其等效物的整个精神和范围内进行理解。

Claims (20)

1.一种有效负载支撑组合件，其包括：

近端和远端，所述近端具有安装组件，且所述远端具有有效负载固持器；

平衡臂，其具有：

第一臂段，其具有近端和相对的远端；

第二臂段，其具有近端和相对的远端；

所述第一臂段的远端通过中间接头组合件连接到所述第二臂段的所述第二臂段近端；

所述第一臂段具有翼梁，所述翼梁具有近端和相对的远端；

所述第一臂段翼梁的近端围绕垂直于所述第一臂段翼梁的轴旋转地连接到主要支柱，且所述第一臂段翼梁的远端经由所述中间接头组合件旋转地连接到第一中间支柱；

所述第二臂段具有翼梁，所述翼梁具有近端和相对的远端；

所述第二臂段翼梁的近端围绕垂直于所述第二臂段翼梁的轴旋转地连接到第二中间支柱，且所述第二臂段翼梁的远端经由所述中间接头组合件旋转地连接到有效负载支柱；

所述第一臂段的所述第一臂段近端连接到主要接头组合件；

所述第二臂段的所述第二臂段远端连接到有效负载接头组合件；

所述第一臂段具有第一摩擦组件；

所述第二臂段具有第二摩擦组件；

第一张力线将所述主要支柱连接到所述第一中间支柱且受到所述第一摩擦组件作用；

第二张力线将所述第二中间支柱连接到所述有效负载支柱且受到所述第二摩擦组件作用；

所述第一中间支柱和所述第二中间支柱具有由限位挡块提供的彼此固定的最大角度关系，但另外能够朝向彼此折叠；

所述第一中间支柱与第二翼梁成固定的最大角度关系，但能够相对于所述第二翼梁折叠；

所述第二中间支柱与第一翼梁成固定的最大角度关系，但能够相对于第一翼梁折叠；

所述安装组件附接到所述主要接头组合件，所述安装组件与所述主要支柱成固定的最大角度关系，但能够相对于所述主要支柱折叠；

所述有效负载固持器附接到所述有效负载接头组合件，所述有效负载固持器与所述有效负载支柱成固定的最大角度关系，但能够相对于所述有效负载支柱折叠；以及

其中所述安装组件大致垂直于从所述有效负载接头组合件延伸的远端组件；

其中所述有效负载支撑组合件平衡所述有效负载；以及

其中在所述第一臂段和所述第二臂段的整个移动中，维持所述主要支柱相对于所述第一中间支柱的近似平行度和所述第二中间支柱相对于所述有效负载支柱的近似平行度。

2.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其中所述有效负载接头组合件具有在功能上安置在其中以增加轴向扭矩的扭转弹簧。

3.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其中：

所述第一或第二中间支柱中的一个具有狭槽，且所述第一或第二中间支柱中的另一者具有延伸到所述狭槽中且与所述狭槽互补的凸出部；以及

其中在所述第一和第二中间支柱相对旋转之后，所述凸出部和狭槽进行啮合以提供对旋转程度的双向限制。

4.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其中：

所述第一或第二臂段中的至少一个中的所述摩擦组件是通孔，其呈穿过所述翼梁而安置的孔的形式，所述张力线穿过所述孔。

5.根据权利要求4所述的有效负载支撑组合件，其进一步包括安置在所述翼梁中以形成所述孔的管，其中所述管与所述翼梁的纵轴垂直地安置。

6.根据权利要求5所述的有效负载支撑组合件，其进一步包括：

销，其从所述管的内表面固定地延伸，所述张力线缠绕在所述管周围。

7.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其进一步包括被配置成连接到所述安装组件的安装组合件，其中在连接时，所述有效负载支撑组合件能够围绕大体上垂直轴相对于所述安装组合件而旋转。

8.根据权利要求7所述的有效负载支撑组合件，其中：

所述安装组件是安装销，其近端从所述平衡臂延伸；以及

所述安装组合件包含：

主轴杆；

所述主轴杆被配置成接受所述安装销纵向地进入所述轴杆中；

所述主轴杆具有十字安装孔以与所述轴杆的纵轴垂直地接受所述安装销；

固定框架，其紧固到主轴杆；以及

滑动框架，其紧固到所述主轴杆，能够沿着所述主轴杆朝向所述固定框架滑动并且能够紧固到所述主轴杆；

其中所述固定框架和滑动框架能够形成夹具以将所述安装组合件附接到对象。

9.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其进一步包括万向节组合件，其中所述万向节组合件包括：

有效负载转环，具有以固定角度关系附接到所述有效负载支柱的转环组件；

所述有效负载转环组件附接到有效负载倾斜转环；

所述有效负载倾斜转环附接到万向节杆；

所述万向节杆附接到有效负载滚动转环；以及

所述有效负载滚动转环附接到有效负载固持器。

10.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其中所述有效负载固持器包括：

螺丝扣组合件，其具有：

外部管筒；

所述外部管筒内的驱动器；

所述外部管筒的第一端处的第一延长器和所述外部管筒的第二端处的第二延长器；

其中所述第一延长器的内端在功能上连接到驱动器，且所述第二延长器的内端在功能上连接到所述驱动器，因此驱动器能够将所述第一和第二延长器拉进和拉出所述外部管筒；

螺丝扣调整组件，其在功能上连接到所述驱动器以调整所述第一和第二延长器在所述外部管筒内的位置；

第一抓钩，其附接到所述第一延长器的外端且被配置成固持有效负载；以及

第二抓钩，其附接到所述第二延长器的外端且被配置成抓住有效负载。

11.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其中为了有助于折叠所述支撑组合件，所述组合件进一步包括：

至少一个固定接头组件中的横向偏移；以及

至少一个固定接头组件中的竖直偏移；

其中与没有所述偏移的相同组合件相比，所述横向和竖直偏移减小了所述折叠组合件的总大小。

12.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其进一步包括在至少一个臂段中：

在所述翼梁下方延伸且所述张力线穿过的竖直偏移；

在所述翼梁的所述近端处在支柱上的近端水平偏移；

在所述翼梁的所述远端处在支柱上的远端水平偏移；

其中所述近端和远端水平偏移朝向彼此延伸；

其中与所述至少一个臂段相关联的所述张力线在所述近端水平偏移上具有近端终止点，且远端终止点在所述远端水平偏移上；以及

其中所述偏移足以在所述臂段的整个所述移动中维持近似平行度。

13.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其包括：

孔口，其在所述主要接头、中间接头和有效负载接头组合件中的至少一者中以容纳缆线。

14.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其在所述第一和第二臂段中的至少一者中进一步包括绞盘，所述绞盘安置在所述翼梁中的通孔处且在功能上连接到所述张力线。

15.根据权利要求14所述的有效负载支撑组合件，其中所述绞盘是机动的。

16.根据权利要求1所述的有效负载支撑组合件，其进一步包括附属弹性组件，所述附属弹性组件从所述主要支柱中的一个延伸到所述第一臂段翼梁以进一步平衡所述有效负载的重量。

17.根据权利要求1所述的支撑组合件，其中在所述第一臂段或所述第二臂段中的至少一个中，相关联的所述张力线从附接到所述翼梁的第一支柱上的终止点延伸、延伸到所述翼梁的枢轴点和相对的第二支柱、延伸到所述翼梁的枢轴点和所述第一支柱，随后延伸到所述第二支柱上的终止点。

18.根据权利要求1所述的支撑组合件，其中在所述第一臂段或所述第二臂段中的至少一个中，相关联的所述张力线从第一支柱上的终止点延伸、延伸到所述翼梁的枢轴点和相对的第二支柱、延伸到所述翼梁的枢轴点和所述第一支柱、延伸到所述第二支柱，且随后延伸到所述第一支柱上的终止点。

19.一种有效负载支撑组合件，其包括：

所述支撑组合件具有近端和远端；

平衡臂，其具有：

一个或多个臂段，每个臂段具有近端和远端；

至少一个臂段具有：

翼梁，其在近端接头组合件与远端接头组合件之间延伸并且在功能上附接到所述近端接头组合件和远端接头组合件；

所述近端接头组合件具有近端支柱，其中所述近端支柱能够围绕垂直于所述翼梁的轴相对于所述翼梁旋转，并且具有相对于固定的近端接头组件的固定最大角度；

所述远端接头组合件具有远端支柱，其中所述远端支柱能够围绕垂直于所述翼梁的轴相对于所述翼梁旋转，并且具有相对于固定的远端接头组件的可以旋转的固定最大角度；以及

摩擦组件，其定位在所述翼梁的近端和远端之间；

张力线，其将所述近端支柱连接到所述远端支柱且受到所述摩擦组件作用。

20.一种产生平衡臂段的方法，其包括：

提供臂段，所述臂段具有：

翼梁，其在近端接头组合件与远端接头组合件之间延伸并且在功能上附接到所述近端接头组合件和所述远端接头组合件；

所述近端接头组合件具有近端支柱，其中所述近端支柱可以围绕垂直于所述翼梁的轴相对于所述翼梁旋转，并且与固定的近端接头组件成固定的最大角度关系；

所述远端接头组合件具有远端支柱，其中所述远端支柱可以围绕垂直于所述翼梁的轴相对于所述翼梁旋转，并且与固定的远端接头组件成固定的最大角度关系；

摩擦组件，其定位在所述翼梁的近端和远端之间；

张力线，其将所述近端支柱连接到所述远端支柱且受到所述摩擦组件作用；

在所述翼梁下方延伸且所述张力线穿过的竖直偏移；

在所述翼梁的所述近端处在支柱上的近端水平偏移；

在所述翼梁的所述远端处在支柱上的远端水平偏移；

其中所述近端和远端水平偏移朝向彼此延伸；

其中与所述至少一个臂段相关联的所述张力线在所述近端水平偏移上具有近端终止点，且远端终止点在所述远端水平偏移上；以及

计算所述竖直和水平偏移的大小，使得在所述臂段的整个漂移中维持所述支柱的近似平行度。