CN114234010A - 显示器支架和控制显示器支架的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示器支架和控制显示器支架的方法，显示器支架包括：框架；致动旋转机构，其连接到框架，致动旋转机构包括显示器支座，显示器支座用于将一显示器安装到框架以及围绕一旋转轴线旋转显示器；配重，其连接到致动旋转机构并能在显示器围绕该旋转轴线旋转期间在垂直方向上移动，配重和显示器位于穿过该旋转轴线的垂直平面的相对两侧，使得该显示器、显示器支座和配重的组合质心位于该垂直平面上；升降机构，该升降机构用于上下移动该框架。由于组合质心位于穿过旋转轴线的平面上，显示器平行于竖直平面时，因包括显示器支座、配重和显示器的系统的重量而施加到显示器的围绕旋转轴线的净扭矩近似为零，这可避免对电机的侧向负载效应。

Description

显示器支架和控制显示器支架的方法

技术领域

本发明总体上涉及显示器支架，并且特别地涉及具有高度调节和倾斜调节功能的显示器支架以及控制显示器支架的方法。

背景技术

现有用于各种应用的多种显示器，例如机器人产业中使用的显示器。例如，一种服务机器人可以包括用于向用户呈现信息的显示装置。显示装置可以是触控式显示器，从而让显示器作为输入装置接收使用者的输入操作。可以通过编程使这种服务机器人与用户聊天、指路和回答问题，这使得它们可以部署在零售店、餐馆、购物中心、机场、医院等。

许多服务机器人通常包括具有固定高度的主体和牢固地定位在主体顶部的显示装置。这些服务机器人专为用户站在服务机器人前并通过手指触摸使用显示装置的场景而设计。由于主体高度固定，不同身高的用户可能会觉得难以舒适地使用显示器。也就是说，一些用户可能不得不低头来查看和操作显示器，而一些坐在轮椅上的用户可能不得不抬起头来查看和操作显示器。

此外，一些服务机器人可以包括可倾斜的显示器，其允许用户手动将显示器旋转到期望角度以获得更好的观看体验。但是，对于一些初次使用的用户来说，可能很难找到调整的方法并实际相应地调整显示器。

因此，需要提供一种显示器支架来克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种显示器支架，旨在解决现有上述问题。

本发明是这样实现的，一种显示器支架，包括：框架；致动旋转机构，其连接到该框架，该致动旋转机构包括显示器支座，该显示器支座被构造成将一显示器安装到该框架以及围绕一旋转轴线旋转该显示器；配重，其连接到该致动旋转机构并能在该显示器围绕该旋转轴线旋转期间在垂直方向上移动，该配重和该显示器位于穿过该旋转轴线的一垂直平面的相对两侧，使得该显示器、显示器支座和配重的组合质心位于该垂直平面上；以及升降机构，该框架连接到该升降机构，该升降机构被构造成上下移动该框架。

进一步地，显示器支架还包括包括定位在该框架上的滑轮和皮带，该皮带缠绕在该滑轮上并且包括分别连接到该致动旋转机构和配重的相对端。

进一步地，该皮带是同步带，该滑轮是同步带轮。

进一步地，该致动旋转机构包括连接到该框架的电机，该显示器支座可旋转地连接到该框架，该显示器连接到该显示器支座，并且该电机被构造成驱动该显示器支座绕该旋转轴线旋转。

进一步地，显示器支架还包括连接到该显示器支座的旋转阻尼器，该旋转阻尼器被构造成控制该显示器支座的旋转速度。

进一步地，显示器支架还包括连接到该框架的两个竖直直线导轨和连接到该配重的两个滑块，该两个滑块分别连接到该两个直线导轨并且可沿着该两个直线导轨滑动。

进一步地，显示器支架还包括连接到该框架的两个限位开关，所述两个限位开关被构造成当该显示器已经旋转到预定位置时被该致动旋转机构启动。

进一步地，该升降机构包括一致动器和一升降机构，该框架连接于该升降机构，该致动器被构造成驱动该升降机构在竖直方向上伸长或缩回。

进一步地，该致动器为线性致动器，该致动器被构造成对该升降机构施加推力或拉力，以驱动该升降机构沿垂直方向伸长或缩回。

本发明还提供一种显示器支架，包括：框架；致动旋转机构，其连接到该框架，该致动旋转机构包括一显示器支座，该显示器支座被构造成提供旋转运动以使得安装到该致动旋转机构的显示器能够围绕一旋转轴线旋转；配重，其连接到该致动旋转机构并能在显示器旋转期间沿垂直方向移动，该配重和显示器位于一垂直平面的相对两侧，该配重被构造成在该显示器上施加拉力以产生围绕该旋转轴线的扭矩以抵消由于该显示器和显示器支座的重量而施加到该显示器的围绕该旋转轴线的扭矩；升降机构，该框架连接至该升降机构，并且该升降机构被构造成上下移动该框架；以及接收命令指令的控制系统，响应命令指令，该控制系统被构造成旋转该显示器并致动该升降机构以上下移动该框架。

进一步地，显示器支架还包括电连接到该控制系统的相机，该控制系统被构造成响应从相机接收的输入旋转该显示器并致动该升降机构以上下移动该框架。

本发明还提供一种控制显示器支架的方法，包括：提供一框架；提供一连接到该框架的致动旋转机构，该致动旋转机构包括一显示器支座，该显示器支座被构造成将一显示器安装到该框架；提供连接到该致动旋转机构的配重，该配重在该显示器围绕一旋转轴线旋转期间可在垂直方向上移动，该配重和显示器位于穿过该旋转轴线的一垂直平面的相对两侧，使得该显示器、显示器支座和配重的组合质心位于该垂直平面上；提供一升降机构，该框架连接至该升降机构；使用该致动旋转机构驱动该显示器绕该旋转轴线旋转；以及使用该升降机构上下移动该框架。

本发明相对于现有技术的技术效果是：由于组合质心位于穿过旋转轴线的平面上，当显示器平行于竖直平面时，由于包括显示器支座、配重和显示器的系统的重量而施加到显示器的围绕旋转轴线的净扭矩近似为零，这可以避免对电机的侧向负载效应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一个实施例的显示器支架的立体图。

图2是图1所示的显示器支架的侧视图。

图3与图2相似，不同在于显示器的角度不同。

图4是图1所示的显示器支架的分解视图，其中一些元件被省略。

图5是图1所示的显示器支架的另一角度的分解视图，其中一些元件被省略。

图6图1所示的显示器支架的部分俯视图。

图7是图1所示的显示器支架的包括电机、旋转阻尼器和传动件的组件的分解视图。

图8是显示器支架的升降机构的原理示意图。

图9是显示驱动负载的电动机的模型的示意图。

图10是显示器支架的电机与显示器支座的角位置和速度的模拟结果示意图。

图11是根据一个实施例的机器人的示意框图。

图12是显示了一个计算与显示器支架的显示器调整相关参数的模型的示意图。

图13是根据一个实施例的控制机器人的方法的示意性流程图。

图14是显示器支架的显示器调整方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

显示器支架可以用在许多不同的应用中以支撑显示器。例如，图1和图2所示的说明性显示器支架，其可用于机器人(例如，服务机器人)。显示器支架可以独立站立，也可以容纳在机器人的外壳中，并允许显示器进行旋转和高度调整。机器人可以在检测到面对机器人的用户的出现时自动调整显示器的方向和高度。例如，图2中的显示器可以向下倾斜并向下移动到如图3所示的位置，使得用户在视线垂直于显示器时可以有舒适的观看体验。机器人可以是固定式(fixed-based)服务机器人或移动式服务机器人。然而，图1-3中的示例仅是说明性示例。显示器支架可用于其他应用，机器人可用于其他应用，例如建筑、远程医疗或教育。

参照图1-3，在一个实施例中，显示器支架100包括框架10、连接至框架10的致动旋转机构20、连接至致动旋转机构20的配重30和升降机构40。致动旋转机构20用于将显示器50(通过显示器支座23，参见图4)安装到框架10上并且围绕一旋转轴线L(参见图5)旋转显示器50。在显示器50旋转期间，配重30可在竖直方向上移动。配重30和显示器50位于穿过旋转轴线L的竖直平面P(见图5)的相对两侧。配重30、显示器支座23和显示器50以这样的方式配置：显示器50、显示器支座23和配重30的组合质心(combined center of mass)D始终位于竖直平面P上。框架10联接到升降机构40并且升降机构40用于上下移动框架10。

框架10为被致动旋转机构20提供直接支撑，并且可以为用于引导配重30上下移动的直线导轨提供支撑。通过升降机构40的致动，框架10可以向上或向下移动到确定的(determined)位置，使得显示器50可以移动到期望的高度。致动旋转机构20将显示器50连接到框架10，并且可以根据命令指令将显示器50向上或向下旋转(倾斜)到确定的位置。致动旋转机构20可以包括旋转阻尼器以控制显示器50的旋转速度并且当在显示器上操作时将显示器50保持在适当位置。配重30可以相对于框架10上下滑动。配重30的上端可以连接到致动旋转机构20，当显示器50向下旋转时，这导致配重30向上移动，并当显示器50向上旋转时，导致配重30向下移动。升降机构提供移动机构以驱动框架10沿垂直方向移动，使得显示器50可移动至期望高度。

参照图4和图5，在一个实施例中，框架10可以包括彼此固定的两个竖直杆11。杆11基本上彼此平行，并在垂直方向(例如，图5的y轴所指示的方向)上延伸。框架10可以通过顶板12固定到升降机构40，顶板12固定到所述竖直杆11的后侧。框架10还可以包括固定到杆11前侧的固定板13。固定板13可以是平板，致动旋转机构20固定在固定板13上。

致动旋转机构20包括联接到框架10的电机21和可旋转地联接到框架10的显示器支座23。显示器50连接到显示器支座23。电机21用于致动显示器支座23绕旋转轴线L旋转。具体地，电机21可以通过紧固件(例如螺钉)固定到固定板13上。电机21可以水平设置，使得电机21的输出轴211(见图6)在水平方向(例如，由图5的z轴指示的方向)上延伸。输出轴211可绕旋转轴线L旋转。

在一个实施例中，显示器支座23可以包括显示器安装板231和一对第一侧板232。显示器50安装到显示器安装板231。显示器安装板231可以是单个部件或者包括彼此固定的两个或更多个部件。在本实施例中，显示器安装板231包括在水平方向和垂直方向上延伸的两个板234和235。如此一来，显示器50便可竖直固定于如图1所示的竖直板235，或可以水平固定到水平板234。所述第一侧板232从垂直板235的两端突出并远离显示器50延伸。第一侧板232彼此大致平行且位于电机21的相对端。输出轴211通过连接件22固定到面向输出轴211的第一侧板232(见图6和图7)。具体地，连接件22可以包括主体221和突出部222。主体221的一个侧面固定于面向输出轴211的第一侧板232，突出部222从主体221的相对侧突出。突出部222可以限定容纳孔(未示出)以牢固地容纳输出轴211的一端。

在一个实施例中，致动旋转机构20还可以包括从固定板13突出的两个支撑壁24。支撑壁24彼此间隔开以提供足够的空间来容纳电机21和第一侧板232。致动旋转机构20还可包括两个轴25和两个轴安装件26。每个轴25的一端联接到一个轴安装件26。具体地，每个轴安装件26可以包括轴端接收部261(例如，安装轴承)和固定到固定板13的安装块262。每个轴25的一端连接到轴端接收部261，轴端接收部261固定到相关的安装块262。两个轴25穿过两个支撑壁24并且可以相对于两个支撑壁24旋转。以此方式，每个轴25由一个相关的轴安装件26和一个相关的支撑壁24支撑。

在一个实施例中，致动旋转机构20还可包括两个轴承27(见图7)。每个第一侧板232可以限定一个轴承孔236(见图5)。每个轴承27的内圈套在一个相关的轴25的端部，每个轴承27的外圈装配在一个相关的第一侧板232的轴承孔236中。如此，显示器支座23可旋转地联接到框架10并可与电机21的输出轴211一起转动。

参照图6，在一个实施例中，显示器支架100可以包括一个或两个连接到显示器支座23的旋转阻尼器60。旋转阻尼器60用于控制显示器支座23的旋转速度。下面对使用两个旋转阻尼器60的情况进行描述。在该示例中，显示器支座23可以包括从水平板234的相对端突出的两个第二侧板233。每个第二侧板233位于与一个相关的第一侧板232相对的相关支撑壁24的外侧。每个旋转阻尼器60固定在与一个相关的第一侧板232相对的相关支撑壁24的外侧。致动旋转机构20还可以包括两个传动件28，用于将显示器支座23的旋转运动传递给旋转阻尼器60。具体地，每个传动件28可以包括主体281和轴部282，该主体281固定在相关的一个第二侧板233的内侧，轴部282从主体281突出。每个传动件28可开设一贯穿本体281及轴部282的通孔。每个旋转阻尼器60开设一通孔61。每个轴25穿过一相关的第二侧板233的通孔237(见图5)、一相关传动件28的通孔及一相关的旋转阻尼器60的通孔61，并穿过一相关的支撑壁24。

参照图7，在本实施例中，通孔61设置在每个旋转阻尼器60的转子中，并且具有方形横截面。每个传动件28的轴部282的尺寸和形状根据通孔61确定。每个轴部282能够装配到一个相关的旋转阻尼器60的通孔61中。当传动件28与第二侧板233一起旋转时，旋转阻尼器60的转子被驱动旋转。现有各种类型的阻尼器。例如，旋转阻尼器60可以利用流体阻力原理来抑制运动。在该示例中，每个旋转阻尼器60可包括主体、转子、盖以及填充在由主体、转子和盖限定的空间中的油。油的粘性用来提供制动力以减慢显示器支座23的旋转运动，这可以确保显示器50的平稳和轻柔的旋转。应该注意的是，图7的阻尼器60仅为示意性示例，根据实际需要，其他类型的阻尼器可用于显示器50的速度控制。

再次参照图4和图5，显示器支架100还可包括连接到框架10的两个竖直直线导轨31和连接到配重30的两个或更多个滑块32。滑块32分别连接到两个直线导轨31并且可沿着两个直线导轨31滑动。下面以使用四个滑块32的情况进行说明。在本实施例中，每条直线导轨31固定在一个相关的杆11上并沿其延伸。配重30可以是设置在两个杆11之间的配重块，四个滑块32可以通过连接杆33间接固定在配重30的两端。在一个例子中，配重30可以是矩形块，其宽度小于两个杆11之间的水平距离。然而，配重30可以根据实际需要形成为其他形状，例如圆形。配重30可以设置在显示器50下方。配重30可以可滑动地连接到两个杆11并且可以沿着两个杆11滑动。具体地，每个连接杆33的一侧固定在配重30的一个相关端，两个滑块32固定在每个连接杆33的相对侧。通过这样的构造，配重30只能沿直线导轨31上下滑动。需要说明的是，滑块32的数量可根据实际需要而改变。如果使用两个滑块32，则两个滑块可以直接固定到配重30的相对端部，并且在这种情况下可以省略连接杆33。配重30的质量和相对于旋转轴线L位置需要满足预定要求，这将在后面详细描述。

在一个实施例中，配重30可以通过皮带(缆线)联接到致动旋转机构20。具体地，可以在固定板13的顶部设置滑轮34，滑轮34上缠绕有皮带35，皮带35的两端分别附接在致动旋转机构20和配重30上。当显示器50向下旋转时，配重30被皮带35拉动而向上移动，而当显示器50向上旋转时，配重30被其重量拉动而向下移动。配重30可以向显示器50施加通过显示器支座23传递的拉力。拉力可以产生抵消由显示器50和显示器支座23的重量产生的扭矩的扭矩。因此，不会对电机21的输出轴211产生侧向负载效应。在本实施例中，皮带35为同步带，皮带轮34为同步带轮。即，滑轮34和皮带35具有彼此啮合的多个齿。

在一个实施例中，显示器支座23、配重30和显示器50以这样的方式配置：包括显示器支座23、配重30和显示器50的系统的组合质心D(参见图1和2)位于通过旋转轴线L的垂直平面P上(见图5)。由于组合质心D位于穿过旋转轴线L的平面P上，当显示器50平行于竖直平面P时，由于包括显示器支座23、配重30和显示器50的系统的重量而施加到显示器50的围绕旋转轴线L的净扭矩近似为零，这可以避免对电机21的侧向负载效应。再次参照图1和2，在原点O位于旋转轴线L的坐标系中，当组合质心D位于平面P上时，组合质心D的x坐标等于0。组合质心D的x坐标可表示为：x＝(m1*x1+m2*x2+m3*x3)/(m1+m2+m3)，其中x表示组合质心D的x坐标，m代表显示器支座23的质量，x1代表显示器支座23质心的x坐标，m2代表配重30的质量，x2代表配重30的质心的x坐标，m3代表显示器50的质量，x3代表显示器50的质心的x坐标。因此，显示器支座23、配重30和显示器50的质量和位置可以根据以下等式确定：m1*x1+m2*x2+m3*x3＝0。

再次参照图4和5，在一个实施例中，显示器支架100还包括两个连接到框架10的限位开关14。两个限位开关14用于在显示器50已经旋转到预定位置时被致动旋转机构20启动。具体地，两个限位开关14可以固定在固定板13的上端和下端。显示器支座23还可以包括两个销钉29，它们固定在显示器支座23的板235的内侧。这两个销钉29与显示器支座23一起移动并且可以分别触发两个限位开关14。当限位开关14之一被触发时，电机21的输出轴211停止转动。限位开关14可以是机械式限位开关、光学式限位开关等。

参照图1、图2和图8，在一个实施例中，升降机构40包括致动器41和提升机构42。框架10连接到提升机构42，致动器41用于驱动提升机构42在竖直方向伸长或缩回。致动器41可以是线性致动器，用于对提升机构42施加推力或拉力，以驱动提升机构42在垂直方向上伸长或缩回。在一个实施例中，提升机构42可以包括连接到致动器41的输出轴的丝杠，以及连接到该丝杠并且可沿着该丝杠滑动的螺纹套环。通过螺纹套环与丝杠的啮合，来自致动器41的旋转运动被转换为平移运动。升降机构40然后可以带动框架10上下移动。在另一个实施例中，提升机构42可以是剪式升降机构。具体地，提升机构42包括一对或多对可旋转地相互连接的支撑件421和422，并且每对支撑件421和422形成十字交叉的“X”图案。这些对支撑件421和422的布置是众所周知的，这里不再详细描述。需要说明的是，丝杠螺纹套环、剪刀式升降机构只是提升机构42的一个示例，提升机构42可以根据实际需要采用其他构造。

升降机构40还包括下壳体43和上壳体44。下壳体44可以固定到可以安装致动器41的基座。框架10可以固定到上壳44。例如，框架10的顶板12可以固定到上壳44的上端。下壳43和上壳44都是中空的。下壳体43限定具有上开口端432的腔室431，上壳体44限定具有下开口端442的腔室441。下壳体43可滑动地容纳在腔室441中。提升机构42的下部容纳在下壳体43的腔室431中，最下面的一对支撑件421和422可滑动地连接到腔室的底部431。提升机构42的上部容纳在上壳体44的腔室441中，最上面的一对支撑件421和422固定在上壳体44上端的内表面。当最下面的一对支撑件421和422中的一个被致动器41推动时，最下面一对的支撑件421和422相对于彼此旋转并且支撑件421和422的上端朝向彼此移动，这导致提升机构42在竖直方向上伸长。然后上壳体44被驱动沿竖直方向(即，图8的y轴指示的方向)向上移动，导致框架10向上移动。当最下面的一对支撑件421和422中的一个被致动器41拉动时，最下面的一对支撑件421和422相对于彼此旋转并且支撑件421和422的上端彼此远离，这使提升机构42沿垂直方向缩回。然后上壳体44被驱动向下移动，导致框架10向下移动。

在一实施例中，电机21可为直流(DC)电机。图9示出了电机21驱动负载的简单模型，负载包括显示器支座23、配重30和显示器50。该模型的参数包括代表电机21的转动惯量的J_motor、代表负载的转动惯量的J_load、代表电机21的阻尼比的β_motor、代表负载的阻尼比的β_load、代表电机21的转速的θ_motor、代表负载的转速的θ_load、代表电机21的输入扭矩的τ_motor。电机21的输入扭矩等于代表模型弹性特性的弹簧、电机21的惯量和电机21的阻尼产生的扭矩。即电机21的输入扭矩可以表示为：

当负载旋转时，扭矩通过以下方式平衡：

在这两个方程中，k是一个常数。设θ_load＝x₁,

θ_motor＝x₃,

模型的状态方程可写为：

及

即状态空间形式的模型可以表示为：

其中，

C＝[1 0 00],X＝[x₁ x₂ x₃ x₄],τ＝τ_motor,y＝τ_load。状态方程的通解表示如下：

其中，t表示时间，t₀是表示开始时间的常数。

电机21和显示器支座23两者的角位置和速度可以根据以上方程计算。当给定与A相关联的参数J_motor、J_load、β_motor、β_load和k时，可以获得示出电机21以恒定扭矩输入时的动态响应的模拟数据。例如，图10示出了当J_motor＝1kg·m²,J_load＝1kg·m²,β_motor＝0.1N,β_load＝0.1N,k＝1/rad时的模拟结果。模拟有助于验证配重平衡设计的重要性，这会改变负载的惯性(J_load)和方程中使用的整体阻尼/弹簧参数。此外，模拟还有助于设计更好的电机控制器，以平滑显示器的旋转运动。

图11示出配备有显示器支架100的机器人200。机器人200可以包括控制系统70，该控制系统70包括处理器71和存储计算机可读指令73的存储器72。处理器71运行或执行各种软件程序和/或存储在存储器72中的指令集以执行机器人200的各种功能并处理数据。处理器71可以是中央处理单元(CPU)、通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件、离散门、晶体管逻辑器件、离散硬件组件，或这些组件中的一些或全部的组合。通用处理器可以是微处理器或任何常规处理器等。存储器72可以存储软件程序和/或计算机可读指令集并且可以包括高速随机存取存储器并且可以包括非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。

在一个实施例中，机器人200还可以包括相机80，其可以安装在显示器50上方的框架10上。电机21、显示器50和相机80电连接到处理器71，这允许处理器71向电机21、显示器50和相机80发送和接收信号。然后处理器71可以控制电机21、显示器50和相机80。例如，处理器71可以控制电机21驱动显示器支座23绕旋转轴线L旋转。相机80用于捕捉机器人200周围的真实世界环境的图像/视频。处理器71可以基于图像/视频来调整显示器50的高度和方向。应当注意，机器人200还可以包括额外的输入单元(例如，麦克风、红外接收器等)以接收来自用户的输入并且可以响应于来自额外的输入单元的命令(例如，语音命令)。

在一个实施例中，机器人200可以是轮式机器人并且可在支撑表面(例如，地板、地面等)上移动。机器人200可以具有人脸检测和跟踪能力。在检测到人脸后，可以控制机器人20原地绕竖直轴旋转以直接面对人脸。例如，在相机80拍摄的图像中包含人脸后，处理器71可以确定人脸中心点的坐标，并将人脸中心点的坐标与图像中心的坐标进行比较。然后处理器71控制机器人200原地旋转，直到人脸的中心点位于相机80所拍摄的图像的中心点之上、正上方或正下方，使机器人200面对人脸，这允许用户观看显示器50(对于这种场景，参见图2和图3)。应当注意，各种人脸检测/跟踪技术已经被提出，并且可以使用其他人脸检测/跟踪技术，使得处理器71能够控制机器人200面对检测到的用户。

图12是机器人200面向人脸的示意图。为了简化计算，与机器人200、显示器50和相机80相关联的三个坐标系被创建，它们的原点位于同一竖直线上。具体而言，与机器人200相关联的坐标系x₁y₁z₁的原点O位于机器人200所站立的支撑面(例如地板)上，坐标系x₁y₁z₁的x轴和y轴是水平和垂直的。与显示器50相关联的坐标系x₂y₂z₂具有位于原点O上方的原点S，并且坐标系x₂y₂z₂的y轴垂直于显示器50的显示表面。与相机80相关联的坐标系x₃y₃z₃具有位于原点S上方的原点C，坐标x₃y₃z₃的z轴穿过相机80的镜头中心并垂直于相机80的镜头，即坐标系x₃y₃z₃的z轴位于相机80的光轴上，坐标系x₁y₁z₁的x轴和z轴限定的平面、坐标系x₂y₂z₂的y轴和z轴限定的平面、坐标系x₃y₃z₃的y轴和z轴限定的平面重合。

如图12所示，可以评估线CP与坐标系x₃y₃z₃的z轴之间的角度θ_obj，其中点P可以代表人脸上的关键点。例如，关键点可以是眼睛之间的中心、嘴巴的中心、鼻尖等。角度θ_obj也可被称为人脸的俯仰角。在本实施方式中，角度θ_obj可以表示如下：

其中，y_obj表示点P到坐标系x₃y₃z₃的z轴的垂直距离，l_cp表示点P到原点C的距离。距离l_cp可以基于以下方程估算：l_cp＝l_known*l_imgknown/l_imgcp，其中l_known是一个常数，表示点P在前一个位置时点P到原点C的距离，l_imgknown是一个常数，表示点P在前一个位置时拍摄的图像中人脸的高度，l_imgcp表示点P在如图12所示的当前位置时拍摄的图像中人脸的高度。距离l_known和高度l_imgknown可以可在点P在前一位置时测量并预存于存储器72。类似地，垂直距离y_obj可以根据以下方程进行估算：y_obj＝k*y_imgobj，其中，k为常数，y_imgobj表示图像中点P的对应点到图像中心的垂直距离。

在确定人脸的俯仰角θ_obj之后，可以通过升降机构40上下移动相机80和显示器50以减小人脸的俯仰角θ_obj。在本实施例中，相机80和显示器50被配置为当俯仰角θ_obj大约等于0时，距机器人200确定的水平距离处的人脸可以处于与显示器50的高度相同的高度。即，在人脸的俯仰角θ_obj减小到大约为零之后，人脸可以面向显示器50。然而，如果人脸不在距机器人200的确定的水平距离处，则当人脸的俯仰角θ_obj减小到大约为零时，显示器50的高度可能不令人满意。在这种情况下，机器人200可以根据来自用户的命令(例如，语音命令)控制显示器50移动到期望位置(例如，与用户处于相同高度的位置)。

如图12所示，l_pp'是人脸到机器人200的最短距离，其可以根据下式确定：

其中，l_cp表示点P与原点C之间的距离，θ_cam表示相机80的俯仰角，θ_obj表示人脸的俯仰角。在本实施例中，相机80固定在框架上，因此θ_cam是一个常数。l_cp是显示器50和人脸之间的距离，可以根据下式确定：

其中，H₂表示显示器50和相机80之间的距离。显示器50的俯仰角θ_display可以根据下式来确定：

图13示出了用于控制机器人200的方法的流程图，其包括以下步骤。

步骤S101：初始化机器人200。机器人通电后，进行初始化。初始化是机器人200如何引导和加载。初始化过程为机器人200的操作系统准备硬件以进行控制。在该初始化处理中，必要的程序和数据被加载。在适当的初始化之后，机器人200处于准备运行状态。

步骤S102：接收涉及使用机器人200的显示器50的命令指令。机器人200的处理器71在运行过程中可以接收多个命令指令。例如，处理器71可以接收来自用户的指示机器人200移动到期望位置的远程控制或语音命令指令。这些命令指令中的一些可能涉及显示器的使用。例如，用户可以发送命令指令来发起需要在显示器50上显示多方视频的电话会议。

步骤S103：调整显示器50的方向和/或高度。在用户使用机器人200作为远程呈现机器人实现视频聊天和视频会议等目的的场景下，用户可以在视频聊天和视频会议期间选择坐在椅子上。在这种情况下，机器人200可以改变为了先前的目的显示器50的方向/高度以适应在视频聊天和视频会议期间坐在椅子上的用户。显示器50将被调整到与坐在椅子上的用户的头部高度相同的高度。显示器50可以被调整到基本上垂直的方向(orientation)，给用户一个舒适的观看体验。

在一个实施例中，步骤S103还可以包括以下步骤。

步骤S201：检测预定目标。在一个实施例中，预定目标是人脸。

步骤S202：移动机器人200以面对预定目标。在一个实施例中，面对人脸的机器人200如图2和图3所示。控制机器人200面对人脸已经在本文别处讨论过。然而，应注意，其他传统的人脸检测/追踪技术也可用于移动机器人200以面对人脸。

步骤S203：确定预定目标的俯仰角。在一个实施例中，这里的预定目标的俯仰角是指前面讨论(例如在图12的讨论)的人脸的俯仰角θ_obj。

步骤S204：沿竖直方向移动相机80和显示器50，直到俯仰角等于最小值。在一个实施例中，最小值等于零。如前所述，在人脸的俯仰角θ_obj减小到大约为零之后，距机器人200预定水平距离处的人脸可以面向显示器50。然而，如果人脸不在距机器人200的确定的水平距离处，则当人脸的俯仰角θ_obj减小到大约为零时，显示器50的高度可能不令人满意。在这种情况下，机器人200可以根据来自用户的命令(例如，语音命令)控制显示器50移动到期望位置(例如，与用户处于相同高度的位置)。

步骤S205：确定显示器50的倾角。在一个实施例中，倾角α_tilt可以根据下式确定：α_tilt＝90°-θ_display，其中θ_display表示之前已经讨论过的(例如在图12的讨论)显示器50的俯仰角。

步骤S206：处理器71判断倾角是否约等于0。如果是，则流程结束；否则，进入步骤S207。大约等于零的倾角意味着显示器50处于垂直方向。

步骤S207：旋转显示器50直到其倾角大约等于0。当倾角为零时，显示器50变为垂直方向，可以给用户带来舒适的观看体验。

应当理解，上面的公开详细描述了显示器支架100的几个实施例。如上所述，显示器支架可以用在允许视频聊天和视频会议等目的的移动机器人中。然而，本公开不限于此。在其他示例性使用场景中，显示器支架100可用于零售店、餐厅、购物中心、机场、医院等的固定式机器人。

为了解释的目的，前面的描述已经参考具体实施例进行了描述。然而，上面的说明性讨论并非旨在穷尽或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明和各种实施例，并对其进行各种修改，以适合所设想的特定用途。

Claims (20)

1.一种显示器支架，其特征在于，包括：

框架；

致动旋转机构，其连接到该框架，该致动旋转机构包括显示器支座，该显示器支座被构造成将一显示器安装到该框架以及围绕一旋转轴线旋转该显示器；

配重，其连接到该致动旋转机构并能在该显示器围绕该旋转轴线旋转期间在垂直方向上移动，该配重和该显示器位于穿过该旋转轴线的一垂直平面的相对两侧，使得该显示器、显示器支座和配重的组合质心位于该垂直平面上；以及

升降机构，该框架连接到该升降机构，该升降机构被构造成上下移动该框架。

2.如权利要求1所述的显示器支架，其特征在于，还包括包括定位在该框架上的滑轮和皮带，该皮带缠绕在该滑轮上并且包括分别连接到该致动旋转机构和配重的相对端。

3.如权利要求2所述的显示器支架，其特征在于，该皮带是同步带，该滑轮是同步带轮。

4.如权利要求1所述的显示器支架，其特征在于，该致动旋转机构包括连接到该框架的电机，该显示器支座可旋转地连接到该框架，该显示器连接到该显示器支座，并且该电机被构造成驱动该显示器支座绕该旋转轴线旋转。

5.如权利要求1所述的显示器支架，其特征在于，还包括连接到该显示器支座的旋转阻尼器，该旋转阻尼器被构造成控制该显示器支座的旋转速度。

6.如权利要求1所述的显示器支架，其特征在于，还包括连接到该框架的两个竖直直线导轨和连接到该配重的两个滑块，该两个滑块分别连接到该两个直线导轨并且可沿着该两个直线导轨滑动。

7.如权利要求1所述的显示器支架，其特征在于，还包括连接到该框架的两个限位开关，所述两个限位开关被构造成当该显示器已经旋转到预定位置时被该致动旋转机构启动。

8.如权利要求1所述的显示器支架，其特征在于，该升降机构包括一致动器和一升降机构，该框架连接于该升降机构，该致动器被构造成驱动该升降机构在竖直方向上伸长或缩回。

9.如权利要求8所述的显示器支架，其特征在于，该致动器为线性致动器，该致动器被构造成对该升降机构施加推力或拉力，以驱动该升降机构沿垂直方向伸长或缩回。

10.一种显示器支架，其特征在于，包括：

框架；

致动旋转机构，其连接到该框架，该致动旋转机构包括一显示器支座，该显示器支座被构造成提供旋转运动以使得安装到该致动旋转机构的显示器能够围绕一旋转轴线旋转；

配重，其连接到该致动旋转机构并能在显示器旋转期间沿垂直方向移动，该配重和显示器位于一垂直平面的相对两侧，该配重被构造成在该显示器上施加拉力以产生围绕该旋转轴线的扭矩以抵消由于该显示器和显示器支座的重量而施加到该显示器的围绕该旋转轴线的扭矩；

升降机构，该框架连接至该升降机构，并且该升降机构被构造成上下移动该框架；以及

接收命令指令的控制系统，响应命令指令，该控制系统被构造成旋转该显示器并致动该升降机构以上下移动该框架。

11.如权利要求10所述的显示器支架，其特征在于，还包括包括定位在该框架上的滑轮和皮带，该皮带缠绕在该滑轮上并且包括分别连接到该致动旋转机构和配重的相对端。

12.如权利要求11所述的显示器支架，其特征在于，该皮带是同步带，该滑轮是同步带轮。

13.如权利要求10所述的显示器支架，其特征在于，该致动旋转机构包括连接到该框架的电机，该显示器支座可旋转地连接到该框架，该显示器连接到该显示器支座，并且该电机被构造成驱动该显示器支座绕该旋转轴线旋转。

14.如权利要求10所述的显示器支架，其特征在于，还包括连接到该显示器支座的旋转阻尼器，该旋转阻尼器被构造成控制该显示器支座的旋转速度。

15.如权利要求10所述的显示器支架，其特征在于，还包括连接到该框架的两个竖直直线导轨和连接到该配重的两个滑块，该两个滑块分别连接到该两个直线导轨并且可沿着该两个直线导轨滑动。

16.如权利要求10所述的显示器支架，其特征在于，还包括连接到该框架的两个限位开关，所述两个限位开关被构造成当该显示器已经旋转到预定位置时被该致动旋转机构启动。

17.如权利要求10所述的显示器支架，其特征在于，该升降机构包括一致动器和一升降机构，该框架连接于该升降机构，该致动器被构造成驱动该升降机构在竖直方向上伸长或缩回。

18.如权利要求17所述的显示器支架，其特征在于，该致动器为线性致动器，该致动器被构造成对该升降机构施加推力或拉力，以驱动该升降机构沿垂直方向伸长或缩回。

19.如权利要求10所述的显示器支架，其特征在于，还包括电连接到该控制系统的相机，该控制系统被构造成响应从相机接收的输入旋转该显示器并致动该升降机构以上下移动该框架。

20.一种控制显示器支架的方法，包括：

提供一框架；

提供一连接到该框架的致动旋转机构，该致动旋转机构包括一显示器支座，该显示器支座被构造成将一显示器安装到该框架；

提供连接到该致动旋转机构的配重，该配重在该显示器围绕一旋转轴线旋转期间可在垂直方向上移动，该配重和显示器位于穿过该旋转轴线的一垂直平面的相对两侧，使得该显示器、显示器支座和配重的组合质心位于该垂直平面上；

提供一升降机构，该框架连接至该升降机构；

使用该致动旋转机构驱动该显示器绕该旋转轴线旋转；以及

使用该升降机构上下移动该框架。

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