CN110792901A - 一种升降支撑机构及医疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种升降支撑机构，包括座体、第一连杆和第二连杆、部件承载体以及平衡构件，第一连杆和第二连杆铰接于座体上，第一连杆和第二连杆中至少一者为平衡杆A，平衡杆A的底端超出自身的铰接轴后形成第一延伸部；部件承载体的两端分别与第一连杆的顶端和第二连杆的顶端铰接；平衡构件向第一延伸部施加拉力，平衡构件在平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩与部件承载体以及待支撑部件在平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩相等。该升降支撑机构在待支撑部件升降的过程中始终能够平衡待支撑部件所产生的力矩，用户仅用很小的力就可以使待支撑部件到达合适的位置，同时具有结构简洁紧凑占用空间小的优点。本发明中还涉及一种医疗设备。

Description

一种升降支撑机构及医疗设备

技术领域

本发明涉及医疗器械设计生产技术领域，特别涉及一种升降支撑机构及医疗设备。

背景技术

以医疗器械领域中的超声扫描设备为例来进行说明，超声扫描设备中设置有人机交互面板，该人机交互面板采用升降支撑机构进行支撑。目前的升降支撑机构多为平行四连杆机构，由于平行四连杆机构在升降的过程中可以保证连杆的角度不变，因此将人机交互面板安装在该连杆上。为了提升用户体验，通常四连杆机构内还设置一个弹簧，以便能够抵消人机交互面板的自重，用户稍微用力即可使人机交互面板升降，当放开手时，人机交互面板可在调整好的位置悬停。

在目前的升降机构中，弹簧设置在接近四连杆机构对角线的位置，虽然其采用了弹力近乎为恒力的气弹簧，但是由于在人机交互面板升降过程中，四连杆机构内的角度始终在发生变化，气弹簧所产生的力矩与人机交互面板的重力所产生的力矩并不能始终保持相等，因此升降支撑机构内需要通过摩擦力来平衡这两个力矩之间的偏差，然而，该种方式却存在如下问题：

若两个力矩之间的偏差值较大，则需要较大的摩擦力来平衡两个力矩之间的偏差，这会非常影响用户的手感，降低用户使用满意度；

两个力矩偏差的测试计算以及摩擦力的设计调整非常复杂，增加了整个升降机构的设计、生产以及安装调试的难度。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种结构紧凑简洁，并在待支撑部件升降运动过程中始终能够平衡待支撑部件所产生的力矩的升降支撑机构。

本发明的另一目的还在于提供一种采用上述升降支撑机构的医疗设备。

为达到上述目的，本发明提供的升降支撑机构，包括：

座体；

第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆在竖直方向上相互间隔的铰接于所述座体上，所述第一连杆和所述第二连杆中至少一者为平衡杆A，所述平衡杆A的底端超出自身的铰接轴后形成第一延伸部；

部件承载体，所述部件承载体竖直方向上的两端分别与所述第一连杆的顶端和所述第二连杆的顶端铰接；

平衡构件，所述平衡构件通过向所述第一延伸部施加拉力，以使其自身在所述平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩与所述部件承载体以及待支撑部件在所述平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩相等。

优选的，还包括在竖直方向上相互间隔地铰接于所述座体上的第三连杆和第四连杆，所述第三连杆与所述第一连杆左右对称设置，所述第四连杆与所述第二连杆左右对称设置，所述部件承载体左右方向上的一侧与所述第一连杆的顶端和所述第二连杆的顶端铰接，左右方向上的另外一侧与所述第三连杆的顶端和所述第四连杆的顶端铰接。

优选的，所述座体上具有左右对称设置的两块耳板，所述第一连杆和所述第二连杆铰接于其中一块所述耳板上，所述第三连杆和所述第四连杆铰接于另外一块所述耳板上。

优选的，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆以及所述第四连杆均铰接于所述耳板的内侧。

优选的，所述第三连杆和所述第四连杆中与所述平衡杆A左右对称的一者为平衡杆B，所述平衡杆B的底端超出自身的铰接轴后形成第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部之间设置有一连接轴，所述平衡构件通过所述连接轴向所述第一延伸部和所述第二延伸部施加拉力。

优选的，所述连接轴上设置有一带有线槽的绕线轮，所述平衡构件包括：

滑动安装于所述座体上且位于所述第一延伸部和第二延伸部下方的滑块；

设置于所述滑块上的定滑轮；

固定于所述第一连杆和所述第三连杆之间，或者固定于所述第二连杆和所述第四连杆之间的恒力弹簧；

拉力线，所述拉力线的第一端与所述恒力弹簧相连，第二端由下方绕过所述定滑轮后固连于所述绕线轮的绕线槽上。

优选的，所述恒力弹簧沿着所述第一连杆、第二连杆、第三连杆以及所述第四连杆的延伸方向布置。

优选的，所述第一连杆和所述第二连杆所在的平面为基准面，与所述基准面平行并过所述恒力弹簧的中心轴线的平面为工作面，所述拉力线位于所述工作面上。

优选的，所述恒力弹簧为气弹簧，所述拉力线的第一端与所述气弹簧的推杆相连接。

优选的，所述滑块与所述气弹簧之间的所述拉力线上还套设有线鞘，所述线鞘的一端与所述滑块相连，另一端与所述气弹簧的缸体相连或者与用于固定所述气弹簧的固定件相连。

优选的，所述气弹簧的推杆顶端螺纹连接有调整螺帽，所述拉力线的第一端与所述调整螺帽固定连接。

优选的，所述平衡构件为悬吊于所述连接轴上的配重件，所述配重件自由转动地设置于所述连接轴上。

本发明中提供的医疗设备，包括人机交互面板以及上述任意一项所公开的升降支撑机构，并且所述人机交互面板安装在所述部件承载体上。

优选的，所述医疗诊断设备为超声诊断设备。

上述升降支撑机构中，座体、第一连杆、第二连杆以及部件承载体实际构成了平行四连杆机构，第一连杆和第二连杆中至少一者形成了平衡杆A，该平衡杆A的底端超出自身的铰接轴后形成第一延伸部，实际使用过程中，待支撑部件安装于部件承载体上，平衡杆A在作为连杆的同时还相对于自身的铰接轴构成了杠杆，并且平衡构件在平衡杆A的铰接轴处产生的力矩与部件承载体以及待支撑部件在平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩相等；

本领域技术人员能够理解的是，若杠杆两端相对于支点的力矩相等，则无论杠杆的角度如何变化，其两端的力矩可以始终保持平衡，不受杠杆角度变化的影响，因此本发明中所公开的升降支撑机构，在待支撑部件升降的过程中始终能够平衡待支撑部件所产生的力矩，无需摩擦力补充力矩偏差，用户仅用很小的力就可以使待支撑部件到达合适的位置，并且松手之后可以使待支撑部件悬停，有效改善了用户的手感，整个升降支撑机构采用四连杆机构结合杠杆原理即达到了力矩平衡的目的，具有结构简洁紧凑、占用空间小、设计生产以及安装调试难度低的优点。

附图说明

图1为本发明实施例所公开的升降支撑机构的一种角度的结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的升降支撑机构另外一种角度的结构示意图；

图3为力矩平衡示意图；

图4为本发明实施例中所公开的超声诊断设备的结构示意图。

其中，1为座体，2为第一连杆，3为第二连杆，4为第一延伸部，5为部件承载体，6为第三连杆，7为第四连杆，8为耳板，9为第二延伸部，10为连接轴，11为绕线轮，12为滑块，13为定滑轮，14为恒力弹簧，15为拉力线，16为线鞘，17为推杆，18为调整螺帽，001为人机交互面板，002为触摸屏，003为键盘，004为升降支杆，005为底座，006为升降支撑机构。

具体实施方式

本发明的核心之一是提供一种结构紧凑简洁，并在待支撑部件升降运动过程中始终能够平衡待支撑部件所产生的力矩的升降支撑机构。

本发明的另一核心是提供一种采用上述升降支撑机构的医疗设备。

请首先参考图1，本发明中所公开的升降支撑机构，包括座体1、第一连杆2、第二连杆3、部件承载体5以及平衡构件，第一连杆2和第二连杆3分别铰接在座体1上，并且第一连杆2和第二连杆3在竖直方向上间隔设置，第一连杆2和第二连杆3中至少一者为平衡杆A，平衡杆A的底端超出自身的铰接轴后形成第一延伸部4，部件承载体5供待支撑部件(例如人机交互面板)安装，部件承载体5竖直方向上的两端分别与第一连杆2的顶端和第二连杆3的顶端铰接，平衡构件用于向第一延伸部4施加拉力，并且平衡构件在平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩与部件承载体5以及待支撑部件在平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩相等。

实际上，第一连杆2、第二连杆3、座体1以及部件承载体5共同构成了一个平行四连杆机构，该平行四连杆机构可在座体1以及部件承载体5角度不变的情况下实现部件承载体5的上下升降运动；

与此同时，由于平衡杆A的底端超出自身的铰接轴后形成了第一延伸部4，因此平衡杆A在作为连杆的同时还相对于自身的铰接轴构成了杠杆，平衡构件在平衡杆A的铰接轴处产生的力矩与部件承载体5以及待支撑部件在平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩相等。

请结合图3进行理解，F代表平衡构件向平衡杆A施加的拉力，G代表部件承载体5以及待支撑部件向平衡杆A所施加的压力，平衡杆A的支点代表平衡杆A的铰接轴，虚线代表竖直方向，θ为平衡杆A与竖直方向的夹角，L1为平衡杆A第一延伸部4的端部至平衡杆A的铰接轴之间的距离，L2为平衡杆A的顶端至平衡杆A的铰接轴之间的距离，根据上述技术方案，有如下等式成立：

FL1×sinθ＝GL2×sinθ，也就是说，只要保证FL1＝GL2即可始终保持平衡杆A两侧的力矩平衡，该平衡状态不受平衡杆A角度变化的影响，因此，使平衡构件向平衡杆A施加的拉力F＝GL2/L1即可。

由此可见，若杠杆两端相对于支点(即平衡杆A的铰接轴)的力矩相等，则无论杠杆的角度如何变化，其两端的力矩可以始终保持平衡，不受杠杆角度变化的影响，因此上述实施例中所公开的升降支撑机构，在待支撑部件升降的过程中始终能够平衡待支撑部件所产生的力矩，无需摩擦力补充力矩偏差，用户仅用很小的力就可以使待支撑部件到达合适的位置，并且松手之后可以使待支撑部件悬停，有效改善了用户的手感，整个升降支撑机构采用四连杆机构结合杠杆原理即达到了力矩平衡的目的，具有结构简洁紧凑、占用空间小、设计生产以及安装调试难度低的优点。

通过第一连杆2、第二连杆3结合座体1以及部件承载体5形成的平行四连杆机构为单四连杆机构，为了进一步提高整个升降支撑机构的稳定性，本实施例中所公开的技术方案中还包括在竖直方向上相互间隔地铰接在座体上的第三连杆6和第四连杆7，第三连杆6与第一连杆2左右对称设置，第四连杆7与第二连杆3左右对称设置，请参考图1和图2，部件承载体5左右方向上的一侧与第一连杆2和第二连杆3的顶端铰接，左右方向上的另外一侧与第三连杆6和第四连杆7的顶端铰接，本领域技术人员能够理解的是，增加第三连杆6和第四连杆7后，整个升降支撑机构形成了双侧四连杆机构，这一方面增强了升降支撑机构的支撑能力，另一方面还提升了升降支撑机构的支撑稳定性。

需要进行说明的是，本案中的左右方向是按照如下方式定义的，当人站在升降支撑机构面前并面对部件承载体5站立时，左手一侧定义为升降支撑机构的左侧，右手一侧定义为升降支撑机构的右侧。

在一种实施例中，座体1上设置有左右对称的两块耳板8，第一连杆2和第二连杆3铰接在其中一块耳板8上，第三连杆6和第四连杆7铰接在另外一块耳板8上，两块耳板8相对的一面称为内侧面，耳板8的另外一侧为外侧面，不难理解的是，第一连杆2、第二连杆3、第三连杆6以及第四连杆7可以均设置于耳板8的外侧面，这样虽然能够实现本发明的技术方案，但是却会给平衡构件的布置带来困难，为此，在本实施例中第一连杆2、第二连杆3、第三连杆6以及第四连杆7均铰接在耳板8的内侧，如图1和图2中所示，该种设置可以为平衡构件的布置带来便利，通常情况下，座体1的内部可设置为空腔，平衡构件布置在空腔中以便于对平衡杆A施加拉力。

进一步的，第三连杆6和第四连杆7中与平衡杆A左右对称的一者为平衡杆B，平衡杆B的底端超出自身的铰接轴后形成第二延伸部9，第一延伸部4和第二延伸部9之间设置有一连接轴10，请参考图1和图2，平衡构件通过连接轴10向第一延伸部4和第二延伸部9施加拉力。

在一种实施例中，连接轴10上设置有一个带有线槽的绕线轮11，平衡构件具体包括滑块12、定滑轮13、恒力弹簧14以及拉力线15，请参考图1，恒力弹簧14优选的沿各个连杆的延伸方向设置，滑块12位于第一延伸部4和第二延伸部9的下方，并且该滑块12滑动安装在座体1上，滑块12的底部设置有定滑轮13，恒力弹簧14固定连接在第一连杆2和第三连杆6之间，或者固定连接在第二连杆3和第四连杆7之间，拉力线15的第一端与恒力弹簧14相连，第二端由下方绕过滑块12上的定滑轮13之后固定连接在绕线轮11的绕线槽上，拉力线15的第二端可通过销体或者螺钉等安装件固定在绕线槽上，也可以通过焊接的方式焊接在绕线槽上，为了保证在部件承载体5上升和下降过程中拉力线15能够始终与绕线槽相切，拉力线15至少应当在绕线槽上绕设半周(即180°的角度范围)，当绕线轮11随平衡杆A和平衡杆B升降时，拉力线15的第一端在第二端的拉动作用下在克服恒力弹簧14的弹力后缩短，或者拉力线15的第一端在恒力弹簧14的弹力作用下伸长，并且拉力线15始终与绕线槽相切，在绕线轮11随平衡杆A和平衡杆B升降的瞬间，绕线轮11与定滑轮13之间的拉力线15是处于倾斜状态的，拉力线15此时会通过定滑轮13对滑块12产生侧向拉力，拖动滑块12移动，当绕线轮11与定滑轮13之间的拉力线15达到竖直状态时，滑块12停止移动，整个升降支撑机构达到平衡状态。由于作为杠杆的平衡杆A和平衡杆B的长度不变，因此杠杆的铰接轴两侧的力臂的比例也不会发生变化，因而只要绕线轮11与定滑轮13之间的拉力线15达到竖直状态时，升降支撑机构即可达到平衡状态。

恒力弹簧14的作用在于为拉力线15提供恒定的拉力，根据上述实施例可知，当恒力弹簧14的弹力为F＝GL2/L1时即可平衡部件承载体5以及待支撑部件所产生的力矩，恒力弹簧14可以为螺旋弹簧，也可以为气弹簧，本实施例中的恒力弹簧14为气弹簧，并且拉力线15的第一端与气弹簧的推杆17相连接。

容易理解的是，拉力线15与恒力弹簧14的轴线平行是较为理想的布置方式，因此在本实施例中，第一连杆和第二连杆所在的平面为基准面，与基准面平行并且过恒力弹簧14的中心轴的平面为工作面，拉力线15位于该工作平面上，这可以保证拉力线与恒力弹簧14的轴线平行，从而使拉力线15更好的拉动恒力弹簧14，或者使恒力弹簧14更好的拉动拉力线15。

请参考图1和图2，在一种实施例中，滑块12与气弹簧之间的拉力线15上还套设有线鞘16，线鞘16的一端与滑块12固定相连，另一端与气弹簧的缸体固定相连或者与用于固定气弹簧的固定件相连，从图2中可以看出，固定气弹簧的固定件为一个环形固定件，线鞘的一端与滑块12固定相连，另一端则与该环形固定件相连。

考虑到拉力线15的长短需要进行适应性调整，本实施例中的气弹簧的推杆17顶端螺纹连接有一调整螺帽18，该拉力线15的第一端与调整螺帽18固定连接，通过旋转调整螺帽18可调节拉力线15的松紧度。

当然，平衡构件还具有其他的实现形式，例如在一个实施例中，平衡构件具体为悬吊在连接轴10上的配重件，该配重件可通过轴套或者滚子轴承自由转动地设置于连接轴10上，以保证配重件对连接轴10的拉力始终朝向铅垂方向，参考上述实施例进行理解，若该配重件的质量为m，g为重力加速度，则只要满足mg＝GL2/L1时，即可始终平衡部件承载体5以及待支撑部件5所产生的力矩。

本发明实施例中还公开了一种医疗设备，该医疗设备包括但不限于超声诊断设备，该医疗设备中包括人机交互面板以及上述任意一实施例中所公开的升降机构，其中，人机交互面板安装在上述部件承载体5上。

请参考图4，图4为一种超声扫描诊断设备，其至少包括带有滚轮的底座005、设置在底座005上的升降支杆004，升降支杆004安装有操作台，操作台上安装有键盘003、触摸屏002等输入装置，操作台上还设置有上述实施例中所公开的升降支撑机构006，并且该升降支撑机构006的部件承载体上还安装有人机交互面板001，在一种实施例方式中，人机交互面板001具体为超声诊断设备的显示面板，在上述升降支撑机构006的支撑作用下，操作人员可根据需要轻松调整人机交互面板001的位置。

需要进行说明的是，除了对人机交互面板进行支撑，上述实施例中的升降支撑机构还可以对其他需要升降的部件进行支撑，例如医疗设备中的操作台、放置物品的承载平台等。

以上对本发明所提供的升降支撑机构及医疗设备进行了详细介绍。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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种升降支撑机构，其特征在于，包括：

座体(1)；

第一连杆(2)和第二连杆(3)，所述第一连杆(2)和所述第二连杆(3)在竖直方向上相互间隔的铰接于所述座体(1)上，所述第一连杆(2)和所述第二连杆(3)中至少一者为平衡杆A，所述平衡杆A的底端超出自身的铰接轴后形成第一延伸部；

部件承载体(5)，所述部件承载体(5)竖直方向上的两端分别与所述第一连杆(2)的顶端和所述第二连杆(3)的顶端铰接；

平衡构件，所述平衡构件通过向所述第一延伸部(9)施加拉力，以使其自身在所述平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩与所述部件承载体(5)以及待支撑部件在所述平衡杆A的铰接轴处所产生的力矩相等。

2.根据权利要求1所述的升降支撑机构，其特征在于，还包括在竖直方向上相互间隔地铰接于所述座体(1)上的第三连杆(6)和第四连杆(7)，所述第三连杆(6)与所述第一连杆(2)左右对称设置，所述第四连杆(7)与所述第二连杆(3)左右对称设置，所述部件承载体(5)左右方向上的一侧与所述第一连杆(2)的顶端和所述第二连杆(3)的顶端铰接，左右方向上的另外一侧与所述第三连杆(6)的顶端和所述第四连杆(7)的顶端铰接。

3.根据权利要求2所述的升降支撑机构，其特征在于，所述座体(1)上具有左右对称设置的两块耳板(8)，所述第一连杆(2)和所述第二连杆(3)铰接于其中一块所述耳板(8)上，所述第三连杆(6)和所述第四连杆(7)铰接于另外一块所述耳板(8)上。

4.根据权利要求3所述的升降支撑机构，其特征在于，所述第一连杆(2)、第二连杆(3)、第三连杆(6)以及所述第四连杆(7)均铰接于所述耳板(8)的内侧。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的升降支撑机构，其特征在于，所述第三连杆(6)和所述第四连杆(7)中与所述平衡杆A左右对称的一者为平衡杆B，所述平衡杆B的底端超出自身的铰接轴后形成第二延伸部(9)，所述第一延伸部(4)和所述第二延伸部(9)之间设置有一连接轴(10)，所述平衡构件通过所述连接轴(10)向所述第一延伸部(4)和所述第二延伸部(9)施加拉力。

6.根据权利要求5所述的升降支撑机构，其特征在于，所述连接轴(10)上设置有一带有线槽的绕线轮(11)，所述平衡构件包括：

滑动安装于所述座体(1)上且位于所述第一延伸部(4)和第二延伸部(9)下方的滑块(12)；

设置于所述滑块(12)上的定滑轮(13)；

固定于所述第一连杆(2)和所述第三连杆(6)之间，或者固定于所述第二连杆(3)和所述第四连杆(7)之间的恒力弹簧(14)；

拉力线(15)，所述拉力线(15)的第一端与所述恒力弹簧(14)相连，第二端由下方绕过所述定滑轮(13)后固连于所述绕线轮(11)的绕线槽上。

7.根据权利要求6所述的升降支撑机构，其特征在于，所述恒力弹簧沿着所述第一连杆(2)、第二连杆(3)、第三连杆(6)以及所述第四连杆(7)的延伸方向布置。

8.根据权利要求7所述的升降支撑机构，其特征在于，所述第一连杆和所述第二连杆所在的平面为基准面，与所述基准面平行并过所述恒力弹簧的中心轴线的平面为工作面，所述拉力线位于所述工作面上。

9.根据权利要求6所述的升降支撑机构，其特征在于，所述恒力弹簧(14)为气弹簧，所述拉力线(15)的第一端与所述气弹簧的推杆相连接。

10.根据权利要求9所述的升降支撑机构，其特征在于，所述滑块(12)与所述气弹簧之间的所述拉力线(15)上还套设有线鞘(16)，所述线鞘(16)的一端与所述滑块(12)相连，另一端与所述气弹簧的缸体相连或者与用于固定所述气弹簧的固定件相连。

11.根据权利要求9所述的升降支撑机构，其特征在于，所述气弹簧的推杆(17)顶端螺纹连接有调整螺帽(18)，所述拉力线(15)的第一端与所述调整螺帽(18)固定连接。

12.根据权利要求5所述的升降支撑机构，其特征在于，所述平衡构件为悬吊于所述连接轴(10)上的配重件，所述配重件自由转动地设置于所述连接轴(10)上。

13.一种医疗设备，其特征在于，包括人机交互面板以及如权利要求1-12任意一项所述的升降支撑机构，所述人机交互面板安装于所述部件承载体上。

14.根据权利要求13所述的医疗设备，其特征在于，所述医疗设备为超声诊断设备。

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