CN1488055A - 产生力和扭矩的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监视器的支撑及位置控制系统。在一种实施方式中，监视器的支撑方法包括：将储能件的上升力曲线转化为基本恒定的支撑力来支撑监视器。一方面，监视器的支撑方法包括提供储能件(14)和凸轮(320)，其协同定位，从而沿着运动轨迹彼此作相对运动。当储能件运动并改变储能件对凸轮的作用力时，凸轮能将储能件的作用力转化为对监视器的支撑力。

Description

产生力和扭矩的方法和设备

技术领域

本发明总体上涉及一种提供线性力和/或旋转扭矩的设备。更具体地说，本发明涉及一种可用来定位各种不同装置的设备。在某些应用中可以适用的装置包括作为例子的篮板、计算机监视器、抽屉、门等。

背景技术

本发明总体上涉及一种提供线性力和/或旋转扭矩的设备。更具体地说，本发明涉及一种可用来定位各种不同装置的设备。该装置的一个例子是个人计算机的显示器。个人计算机和/或显示器经常是直接放在桌子上或电脑架上。但为了增加桌子空间，或者能适应不同操作者的人体工程学的需要，有时候会将计算机监视器安放在能升降的结构上。作为选择，也可将监视器安装在诸如墙壁等平面上，而不是将其放在桌子上或者手推车上。

但在一天当中的不同时间经常会有多个操作者使用个人计算机和/或显示器。在有些场合，一台计算机和/或监视器在一天当中可能会有多人使用，而这些人的体型和偏好不尽相同。由于各人的体形和偏好互不相同，所以为一个人在一种场合下所调节好的监视器或显示器很可能并不适合于另一个人。例如，对于使用同一台计算机和监视器来说，儿童所需要的身体空间就不同于成年人。

此外，对长时间使用计算机的操作者来说，舒适性尤为重要。操作者可以选择使用由前一位使用者所留下的监视器，而不管不舒适、麻烦和不便，但这台监视器的设置是为其他人优化的，所以经过长时间的使用之后很可能会对其造成伤害。

此外，随着监视器的尺寸和重量的增加，调节的方便性需要着重考虑。对于需要频繁调节的监视器，已经使用了与气动弹簧相连的臂来对监视器进行调节，其中臂铰接到桌子上或者竖直平面上。但气动弹簧价格昂贵，并且使用一段时间后会磨损。并且气动弹簧需要相当大的空间，例如满足臂长，这在特定应用当中非常重要，如用在医院中。

因此，需要这样一种监视器支撑机构，其机构紧凑、制造和维护成本低、可靠性高、调节方便、可针对多种不同尺寸的监视器进行缩放、具有较长行程、并在定位监视器时能提供恒定的支撑力。

                         发明内容

本发明总体上涉及一种提供线性力或旋转扭矩的设备。更具体地说，该设备可用来定位多种不同装置。根据本发明一种典型实施方式的设备包括：具有第一导面和第二导面的凸轮，和具有第一滚子的凸轮从动件，其中第一滚子具有与凸轮的第一导面啮合的第一从动面。第一滚子的第一从动面至少在第一接触点可以方便地接触凸轮的第一导面。

凸轮从动件可以进一步包括第二滚子，第二滚子具有与所述凸轮的第二导面相啮合的第二从动面。在这种情况下，凸轮从动件还可以包括弹簧构件，该弹簧构件设计成将第一滚子朝着凸轮的第一导面压迫，并将第二滚子朝着凸轮的第二导面偏压。作为例子，凸轮从动件可以包括弹簧，该弹簧的第一端连接第一滚子，第二端连接第二滚子。

第一滚子的接触角可通过第一假想线和假想参考线来定义，其中第一假想线经过第一接触点与第一滚子的中轴线，假想参考线则在第一滚子的中轴线与第二滚子的中轴线之间延伸。凸轮的第一导面可有益地具有连续变化的斜率和/或连续变化的曲率半径，使得第一滚子的接触角能随着凸轮从动件沿着凸轮纵轴线的移动而改变。

在优选实施方式中，凸轮设计成：凸轮从动件沿着凸轮纵轴线的移动能导致弹簧变形，并改变第一滚子的接触角，从而使得作用在第一滚子上的反作用力的轴向分力的大小能根据需要的力的分布而改变。在具体的优选实施方式中，凸轮设计成：凸轮从动件沿着凸轮纵轴线的移动导致弹簧变形，并改变第一滚子的接触角，从而使得作用在第一滚子上的反作用力的轴向分力的大小能在凸轮从动件的整个运动过程中基本上保持恒定。作为例子，凸轮还可以设计成：在凸轮从动件的整个运动过程中，使弹簧的变形量基本上反比于接触角的三角正切函数值的相关变化量。

在本发明的一些应用当中，弹簧的弹性常数基本上能反映变形量与弹簧力之间的线性关系。在本发明的其他一些应用当中，弹簧的弹性函数基本上能反映变形量与弹簧力之间的非线性关系。

根据本发明的典型实施方式，凸轮的凸轮主体具有第一导面、第二导面、和二者之间的纵轴。在有益的应用中，第一导面呈弧形，具有连续变化的斜率和/或连续变化的曲率半径。在特定应用中，凸轮基本上关于纵轴对称。

有益的是，凸轮从动件可以沿着纵轴线至少在第一位置与第二位置之间移动。当凸轮从动件处于第一位置时，弹簧有利地具有第一变形量；当凸轮从动件处于第二位置时，弹簧具有第二变形量。此外，对第一滚子来说，在凸轮从动件处于第一位置时，其具有第一接触角；在凸轮从动件处于第二位置时，其具有第二接触角。

在一个有用的应用当中，第一接触角可以不等于第二接触角。在一个有益的应用当中，第二变形量大于第一变形量，第二接触角小于第一接触角。在某些应用中，第二变形量大于第一变形量，第二接触角的三角正切函数值小于第一接触角的三角正切函数值。在这些应用当中，第一变形量与第二变形量的第一比值基本上等于第一接触角的三角正切函数值与第二接触角的三角正切函数值的第二比值。

在本发明的其他典型应用中，还包括第一导向件，和设置成沿着第一导向件运动的第一从动子。在某些应用当中，该设备可以包括第二导向件，和设置成沿着第二导向件运动的第二从动子。可以设置弹簧构件将第一从动子与第二从动子朝着彼此相互偏压。

第一导向件可有益地限定第一弧形轨迹，第二导向件可有益地限定第二弧形轨迹。在特定应用当中，第一弧形轨迹具有连续变化的斜率和/或连续变化的曲率半径。在一个有益的应用当中，第二弧形轨迹基本上为第一弧形轨迹的镜像。

根据本发明典型实施方式的枢轴机构包括：具有第一导面的凸轮，和凸轮从动件。凸轮从动件有益地具有：第一滚子，其具有至少在第一接触点与凸轮第一导面啮合的第一从动面；和能迫使第一滚子靠在凸轮第一导面上的装置。第一滚子具有通过第一假想线和假想参考线来定义的接触角，第一假想线经过第一滚子的第一接触点和中轴线，假想参考线则基本水平。在一个特别有益的应用当中，凸轮的第一导面具有连续变化的斜率和/或连续变化的曲率半径，从而能使第一滚子的接触角随着凸轮围绕其旋转轴的转动而发生改变。

在特定应用中，迫使第一滚子靠在凸轮第一导面上的装置包含弹簧。凸轮可有益地设计成：凸轮围绕其旋转轴的转动导致弹簧变形，并改变第一滚子的接触角，从而使作用在凸轮上的扭矩大小在凸轮的整个转动过程中基本上保持恒定。例如，凸轮可设计成：凸轮围绕其旋转轴的转动导致弹簧变形，并改变第一滚子的接触角，从而使作用在凸轮上的扭矩大小在凸轮的整个转动过程中基本上保持恒定。在一个应用中，在凸轮从动件的整个运动过程中，弹簧的变形量基本上反比于接触角的三角正切函数值的相关变化量。

根据本发明另外的典型设备包括凸轮构件，该凸轮构件包括：限定第一导面的第一凸轮件，和限定第二导面的第二凸轮件。凸轮构件的第一凸轮件和第二凸轮件可有益地彼此作相对运动。

该设备还包括凸轮从动件，凸轮从动件包括第一滚子和第二滚子，第一滚子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮构件的第一导面啮合，第二滚子的第二从动面与凸轮构件的第二导面啮合。一个弹簧的第一端连接第一滚子，第二端连接第二滚子，该弹簧驱使第一滚子和第二滚子彼此相向。

在特定应用中，凸轮构件的第一凸轮件和凸轮构件的第二凸轮件均与底座构件转动连接，使得凸轮构件的第一凸轮件与凸轮构件的第二凸轮件能彼此作相对转动。

在这些应用当中，通过凸轮构件的第一凸轮件与凸轮构件的第二凸轮件之间的相对转动，可对第一滚子和第二滚子的接触角进行调节。

第一滚子的接触角可由第一假想线和假想参考线定义，第一假想线经过第一接触点和第一滚子的中轴线，假想参考线在第一滚子的中轴线与第二滚子的中轴线之间延伸。

在其他应用中，凸轮构件的第一凸轮件和凸轮构件的第二凸轮件都与底座构件滑动连接，使得凸轮构件的第一凸轮件与凸轮构件的第二凸轮件能彼此沿着调节轴作相对运动。在这些应用当中，可通过凸轮构件的第一凸轮件与凸轮构件的第二凸轮件互相沿着调节轴作相对运动，来调节连接在第一滚子和第二滚子之间的弹簧的偏置。

根据本发明一个应用的典型的窗户组件包括具有凸轮和凸轮从动件的机构。该凸轮有益地具有第一导面和第二导面。该凸轮从动件包括第一滚子和第二滚子，第一滚子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二滚子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。可以在第一滚子与第二滚子之间连接弹簧，用于驱使滚子彼此相向。窗户组件的窗户有利地固定到凸轮与凸轮从动件之一上，窗户组件的窗架则固定到凸轮与凸轮从动件的另一个之上。

根据本发明一个应用的家具包括具有凸轮和凸轮从动件的机构。凸轮有益地具有第一导面和第二导面。凸轮从动件包括第一滚子和第二滚子，第一滚子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二滚子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。可以在第一滚子和第二滚子之间连接弹簧，用于驱使第一滚子和第二滚子彼此相向。家具的抽屉可有益地固定到凸轮与凸轮从动件之一上，家具框架则固定到凸轮与凸轮从动件的另一个之上。

根据本发明一个应用的关门组件包括具有凸轮和凸轮从动件的机构。凸轮有益地具有第一导面和第二导面。凸轮从动件包括第一滚子和第二滚子，第一滚子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二滚子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。可在第一滚子与第二滚子之间连接弹簧，用于驱使第一滚子和第二滚子彼此相向。

门组件的门可有益地连接到凸轮和凸轮从动件之一上，而门框可以连接到凸轮和凸轮从动件的另一个之上。在特定应用中，门枢轴连接到凸轮与凸轮从动件之一上。在其他应用中，门固定到凸轮与凸轮从动件之一上。在特定应用中，门框枢轴连接到凸轮与凸轮从动件之一上，而在其他应用中，门框固定到凸轮与凸轮从动件的另一个上。

根据本发明一个应用的椅子组件包括带有凸轮和凸轮从动件的机构。凸轮有益地具有第一导面和第二导面。凸轮从动件包括第一滚子和第二滚子，第一滚子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二滚子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。可在第一滚子与第二滚子之间连接弹簧，用于驱使第一滚子和第二滚子彼此相向。椅背有益地连接到凸轮与凸轮从动件之一上，椅架则连接到凸轮与凸轮从动件的另一个上。

根据本发明一个应用的车门组件包括带有凸轮和凸轮从动件的机构。凸轮有益地具有第一导面和第二导面。凸轮从动件包括第一滚子和第二滚子，第一滚子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二滚子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。在第一滚子与第二滚子之间连接有弹簧，用于驱使滚子彼此相向。车门组件的车窗连接到凸轮与凸轮从动件之一上，车门组件的车门框则连接到凸轮与凸轮从动件的另一个上。

根据本发明一个应用的篮球架组件包括具有凸轮和凸轮从动件的机构。凸轮有益地具有第一导面和第二导面。凸轮从动件包括第一滚子和第二滚子，第一滚子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二滚子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。在第一滚子与第二滚子之间连接有弹簧，用于驱使滚子彼此相向。篮球架组件的篮球杆可有益地连接到凸轮与凸轮从动件之一上，篮球架组件的蓝板则连接到凸轮与凸轮从动件的另一个上面。

根据本发明一个应用的家庭影院组件包括具有凸轮和凸轮从动件的机构。凸轮有益地具有第一导面和第二导面。凸轮从动件包括第一滚子和第二滚子，第一滚子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二滚子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。在第一滚子与第二滚子之间连接有弹簧，用于驱使滚子彼此相向。

墙壁有益地与凸轮和凸轮从动件之一相连，扬声器则连接到凸轮与凸轮从动件的另一个上面。根据本发明另一应用的家庭影院组件包括带有凸轮和凸轮从动件的机构。

凸轮有益地具有第一导面和第二导面。凸轮从动件包括第一滚子和第二滚子，第一滚子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二滚子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。在第一滚子与第二滚子之间连接有弹簧，用于驱使滚子彼此相向。墙壁可有益地连接到凸轮与凸轮从动件之一上，显示器则连接到凸轮与凸轮从动件的另一个上面。

在一种实施方式中，监视器的支撑方法包括将储能件的上升力曲线转化为基本恒定的支撑力来支撑监视器。

一方面，监视器的支撑方法包括设置储能件和凸轮，其协同定位并能沿着运动轨迹作相对运动。当储能件沿着轨迹相对于凸轮运动时，凸轮移动储能件，从而改变储能件对凸轮的作用力，其中凸轮将储能件的作用力转化为对监视器的支撑力。

一方面提供一种监视器支撑机构。在一种实施方式中，监视器支撑机构包括储能件和凸轮。储能件和凸轮协同定位，从而在储能件沿着轨迹相对于凸轮运动时，凸轮移动储能件，从而改变储能件的力，其中凸轮将储能件的力转化为基本恒定的支撑力来支撑监视器。

在机构的使用过程中，例如，安装在机构上的构件的高度、位置、和/或水平位置可调节。例如，为移动监视器，托架或监视器的一部分被夹持，可通过很小的作用力，例如1或2镑，便可克服构件间的摩擦阻力。取消移动力后，构件继续被支撑在新的位置上。因此，即便是很大的载荷也能通过很小的力来进行安全轻松地调节。

此外，在一种实施方式中，储能件沿着轨迹的每单位移动距离所储存(或消耗)的能量是一定的。这使得在整个轨迹上的调节都很方便。

该监视器支撑系统的其他一些优点是其提供的机构紧凑、可缩放、行程较长、且轮廓细小。而且该监视器支撑机构成本低，重量轻。其他优点是，多个构件同时固定在同一机构上，在提供构件一般运动时能提高空间的利用率。在一种实施方式中，为了平衡不同重量的构件，可对单一机构进行变化或调节。

该系统的这些和其他实施方式、方面、优点、和特征的一部分列举在下面的说明书中，通过参考本发明的说明书和附图以及实施本发明，另一部分对本领域的技术人员来说将是显而易见的。

                     附图说明

图1A为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的后视图。

图1B为图1A中监视器支撑系统的侧视图。

图2为根据本发明一种实施方式的监视器支撑方法的流程图。

图3A为图1A中监视器支撑机构的主视图。

图3B为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的主视图。

图3C为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的主视图。

图3D为图3C中监视器支撑机构的侧视图。

图4A为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的立体图。

图4B为图4A中监视器支撑机构的主视图。

图5A为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的主视图。

图5B为图5A中监视器支撑机构的侧视图。

图6为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的主视图。

图7为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的主视图。

图8A为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的主视图。

图8B为图8A中监视器支撑机构的侧视图。

图9A为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的主视图。

图9B为图9A中监视器支撑机构的俯视图。

图9C为图9A和图9B中监视器支撑机构的立体图。

图10为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的立体图。

图11A为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图11B为图11A中机构的另一视图。

图12A为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图12B为图12A中机构的调节带的侧视图。

图13A为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图13B为图13A中机构的另一视图。

图13C为图13A中机构的凸轮的斜视图。

图14A为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图14B为图14A中机构的另一视图。

图15为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图16为图15中机构的另一视图。

图17为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图18为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图19A为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图19B为图19A中机构的另一视图。

图20为根据一种实施方式所构造的机构的立体图。

图21A为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图21B为图21A中机构的另一视图。

图22A为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图22B为图22A中机构的另一视图。

图23A为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图23B为图23A中机构的另一视图。

图24A为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图24B为根据一种实施方式所构造的机构的示意图。

图24C为根据一种实施方式的机构导向件的立体图。

图25显示根据一种实施方式的机构弯曲支撑件。

图26显示根据一种实施方式的带有调节构件的机构。

图27显示根据一种实施方式的带有调节构件的机构。

图28显示根据一种实施方式的带有调节构件的机构。

图29显示根据一种实施方式的带有调节构件的机构。

图30为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的主视图。

图31A为根据一种实施方式所构造的监视器支撑机构的主视图。

图31B为图31A中监视器支撑机构的侧视图。

图32为根据一种实施方式所构造的家具支撑机构的主视图。

图33A为根据一种实施方式所构造的家具支撑机构的斜视图。

图33B为根据一种实施方式所构造的家具支撑机构的斜视图。

图34为根据一种实施方式所构造的健身器材的立体图。

图35为根据一种实施方式所构造的健身器材的立体图。

图36A为根据一种实施方式的储能件的力曲线图表。

图36B显示根据一种实施方式的压缩率曲线。

图37A为图示根据一种实施方式的储能件的力曲线图表。

图37B显示根据一种实施方式的压缩率曲线。

图38为根据本发明一种典型实施方式的设备的平面图。

图39为图38中设备的另一平面图。

图40为图38中设备的另一平面图。

图41为图38、39、40中第一滚子的自由体图。

图42为包含图38中设备的另一平面图。

图43为根据本发明一种典型实施方式的设备的平面图。

图44为根据本发明另一典型实施方式的设备的立体图。

图45为图44中设备的平面图。在图45中，枢轴机构具有轴和围绕轴设置的扭转弹簧。

图46为根据本发明的计算机监视器组件的平面图。

图47为图46中计算机监视器组件的另一平面图。

图48为扭转弹簧产生的力和监视器转动时产生的力的图表。

图49为监视器的角坐标和扭转弹簧产生的扭矩的图表。

图50A为窗户组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图50B为窗户组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图51A为一件家具的立体图，其具有包括机构的关抽屉件。

图51B为一件家具的立体图，其具有包括机构的关抽屉件。

图52A为关门组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图52B为关门组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图52C为关门组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图52D为关门组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图53为椅子组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图54为车门组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图55为篮球架组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图56为家庭影院组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图57为家庭影院组件的立体图，其包含具有凸轮和凸轮从动件的机构。

图58为根据本发明另一实施方式的设备的平面图。

图59为根据本发明另一实施方式的设备的平面图。

图60为根据本发明另一实施方式的设备的平面图。

图61为根据本发明另一实施方式的枢轴机构的平面图。

图62为根据本发明另一实施例的枢轴机构设备的平面图。

图63为图62中枢轴机构的另一平面图。

图64为根据本发明另一实施例的枢轴机构的平面图。

图65为图64中枢轴机构的另一平面图。

                     具体实施方式

在下面详尽的说明书中，附图中使用了标记数字，附图作为说明书的一部分，用于说明实践本发明的特定实施方式。这些实施方式的详细说明足以使本领域的技术人员实施本发明。应该理解的是，在不偏离本发明范围的前提下，还可以使用其他实施方式，并对结构进行变化。因此，下面的详细说明并不具有限定性意义，本发明的范围是通过附属的权利要求及其等价物加以限定。在该说明书中，关于附图和说明书正文中监视器支撑机构的位置如“垂直”、“水平”、“横向”、“上”、“下”、“上升”、“下降”等具有相对意义，而不具有绝对意义。

                     系统概论

在一种或多种实施方式中，本发明的监视器支撑系统：能在任意方向或轴向控制监视器移动；能在行程内提供恒力；能在行程内提供变力或预定力；适用于各种不同的应用；尺寸和力的大小可缩放；可在多种不同方位使用；可随意调节；可在直线方向移动载荷；可在三维或其他预定方向移动载荷；适于使用的弹簧范围广泛。

总体上，该系统所使用的方法是利用储存在弹簧中的能量在弹簧变形时能以上升力曲线的形式释放。该力曲线通过凸轮转化为恒力、和/或变力、和/或其他预定力，该凸轮设计成能控制弹簧在行程上每单位移动距离的变形(或压缩)率。

图1A、1B分别为根据本发明一种实施方式所构造的监视器支撑机构10的典型应用的后视图和侧视图。

如图1A所示，平面监视器2连接到与底座6相连的监视器支撑机构10的活动支架或托架4的一部分上。托架4可相对于底座6活动，从而使监视器2能相对于底座6上下移动。在该实施方式中，底座6固定，托架4上下移动。需要注意的是，若监视器连接到底座上，而托架固定，如安装在墙壁上，则机构10和下述的其他机构也能提供支撑。

监视器支撑机构10大体上包括：凸轮12；储能件如弹簧14；储能件/凸轮的连接件如凸轮从动件16；和限定监视器2运动轨迹的导向件18。下面将对其作详细说明。在该例子中，由导向件18所限定的轨迹方向提供垂直方向的线性移动。如下面将要讨论的，其他实施方式提供水平方向的移动。水平与垂直之间的其他方位也在本系统的范围之内。而且，一些实施方式还提供三维的曲线运动。

一般来说，监视器支撑机构10的构件被协同定位，使得在监视器2沿着导向件18移动时，凸轮12能增加或降低储存在弹簧14中的能量。然后凸轮12将该能量转化为基本恒定的支撑力，通过凸轮从动件16作用在托架4上。好处是，由于凸轮与弹簧作相对运动，直接移动弹簧，并将弹簧能量转化为升力和/或支撑力，所以采用这种结构的机构紧凑且设计精美。

在一种实施方式中，凸轮12的凸轮表面或轮廓通常垂直定向，并且基本上面向导向件18所限定的轨迹。该实施方式中，凸轮表面与轨迹之间的距离是变化的，且与轨迹不相交。在一种或多种实施方式中，凸轮表面的取向有助于提供可缩放的设计，这是因为如图所示的监视器支撑机构可在垂直方向伸长或缩短，而不必进行横向扩展或增加其厚度。好处是，这将增加监视器的有效行程。需要注意的是，这里使用的垂直定向并不意味着整个凸轮表面是垂直的，而是相对于横向或水平取向而言，该表面更接近垂直而非平行，且大体上具有与横向轮廓相对的上/下轮廓。

在该实施方式中，凸轮12的凸轮形状或轮廓与运动轨迹相关，使轮廓直接对应平衡监视器所需的弹簧的能量大小。因此，随着监视器沿着运动轨迹下降，能量被储存在储能件中。储存的能量之后用于帮助监视器上升。因此，若弹簧力减弱，则压缩率大；若弹簧力增强，压缩率则随着弹簧沿凸轮下降的每单位距离而减小。通过改变弹簧的压缩率，凸轮将弹簧的上升力曲线力转化为恒定或预定大小的支撑力，该支撑力作用在监视器的运动方向。这里使用的支撑力是指直接或间接支撑物体重量的力。

换句话说，由弹簧施加在凸轮表面上的始终增加的力通过凸轮表面转化为作用在凸轮从动件上的反作用力。该实施方式中，反作用力包括平行于轨迹方向的第一反作用分力，和基本上与第一反作用分力正交的第二反作用分力。第一、第二反作用分力根据凸轮表面的斜率而改变。

在该实施方式中，凸轮表面设计成能保持支撑力的垂直分力恒定，即使正交分力增大或减小。因此，凸轮表面的外形结合弹簧在托架4和监视器2的移动中能提供恒定的支撑力来支撑托架4。

在其他实施方式中，还可使用下面讨论的其他监视器支撑机构来代替监视器支撑机构10，可以在下面将要讨论的系统的范围之内对上述凸轮和储能件进行各种变化。

图1B显示在一种实施方式中，在平面监视器2与监视器支撑机构10的托架之间设置枢轴3，使平面监视器2能相对于监视器支撑机构的托架旋转或枢转，而托架也能相对于监视器支撑机构10的支撑件作垂直移动。如图1B所示，在一种实施方式中，监视器支撑机构10相对细小，因此监视器可以靠近墙壁放置，以节省桌子空间或工作站空间。

方法和系统

图2为根据该监视器支撑系统的一种实施方式的方法20的流程图。方法20包括在单元22中提供储能件和凸轮。在一种实施方式中，凸轮和储能件设置成能沿着运动轨迹作相对运动。储能件如弹簧在沿着轨迹相对于凸轮移动时，其具有的力和储存的能量增加。随着储能件沿着轨迹相对于凸轮移动时，凸轮使储能件产生移动，从而增加储能件中的能量，并改变储能件对凸轮的作用力。在一种实施方式中，不断增加的弹簧力的方向一般垂直于轨迹方向。在一种实施方式中，弹簧力的方向不平行于轨迹。

在单元24中，凸轮将弹簧能量转化为第一反作用分力和第二反作用分力。在该实施方式中，第一反作用分力平行于运动轴线的方向且支撑着监视器的重量，而第二反作用分力与第一反作用分力垂直。

在一种实施方式中，凸轮轮廓呈曲面，并大体上沿着垂直方向的运动轨迹形成。在一种实施方式中，凸轮表面与轨迹之间的距离可变，且与运动轨迹不相交。在一种实施方式中，弹簧力直接作用于凸轮表面。

在单元26中，方法20包括在弹簧与凸轮彼此作相对运动时改变弹簧的能量，其中第一反作用分力在弹簧力沿着凸轮曲面变化时可以是一个或多个预定力。在一个实施方式中，一个或多个预定力包含基本恒定的力。在其他实施方式中，一个或多个预定力为变力。在一种实施方式中，单元26包括，在载荷沿着运动轴线移动时，第一反作用分力基本保持恒定，而第二反作用分力可变。

不同的实施方式中可以结合单元22-26，也可以省略一些单元。例如在一个实施方式中，方法包括结合使用施力件和凸轮，其中施力件在载荷沿着运动方向移动时能施加升力，而凸轮具有一定的轮廓，能结合所选的施力件来产生基本恒定的支撑力来支撑监视器。

在一些实施方式中，方法包括将储能件和凸轮分别与第一构件如托架或支架以及第二构件如底座或墙壁相连。第一构件和第二构件彼此可活动地连接，从而使一个构件在另一构件内沿着限定运动方向的轨迹平移。当第一构件沿着第二构件移动时，通过凸轮直接或间接地压缩(或拉伸)储能件，并通过凸轮外形或轮廓控制压缩率。例如在一种实施方式中，方法提供恒力来支撑监视器。因此，选择合适的凸轮轮廓，在弹簧的作用力增加时，能使作用在监视器上的力基本保持恒定。

参考图36A和36B，示出了根据本发明的一种或多种实施方式的示例性弹簧力的二个图表。图36A显示一般压缩弹簧的典型力曲线3。图表36A的纵坐标表示弹簧力，横坐标表示弹簧压缩量。弹簧的特性如下：自由长度4英寸，最大压缩量2英寸，每英寸的力(force rate)44镑，和最大力87镑。弹簧仅作为例子，并不限制该实施方式。需要注意的是，横坐标表示的弹簧压缩量是指，在示例弹簧上施加预载荷来压缩0.5英寸之后的弹簧压缩量。这仅作为例子，其他预载荷也落入该系统的范围之内。

图表36B的纵坐标表示弹簧压缩率，横坐标表示沿着运动轴线的轨迹距离。在一种实施方式中，压缩率曲线5由凸轮实现，凸轮轮廓与曲线5基本相似，弹簧压缩率作为横坐标上距离的函数，能通过凸轮的轮廓外形加以控制。在该例子中，弹簧在5英寸行程内被压缩0.5-1英寸。通过结合，将图36B中的压缩率用在图36A中的弹簧曲线3上，就能得到如图36A中所显示的基本恒定的轴向力曲线4。应该理解的是该设计可缩放，图36B的横坐标可以延长，使储能件沿着运动轨迹具有更长的行程。

图37A、37B是描绘根据该系统另一实施方式的示例性弹簧力的图表。图37A、37B是显示沿着运动轴线提供变力的方法。

图37A显示弹簧曲线14。图37B显示变压缩率曲线14。在一个实施方式中，曲线14由凸轮产生，该凸轮的轮廓具有可变斜率，其表面呈弧形。通过结合，将图37B中的压缩率作用到图37A中的弹簧曲线14上，就能获得如图37A中所示的变轴向力曲线12。

                         附加实施方式

上述方法和系统可以在各种监视器定位和支撑机构中实施。

图3A显示图1A中监视器支撑机构10的具体细节。监视器支撑机构10大体上包括第一部分301，和沿着运动轴线α方向滑动连接到第一部分的第二部分302，其中运动轴线α限定运动轨迹。如上所述，在各种实施方式中轴线α可以是垂直的、倾斜的、水平的、和三维的。第一部分301至少包括一凸轮320。第二部分302包括：至少一个凸轮从动件355；储能件14如弹簧；和能够沿着第一部分301的轴线α移动的托架4。如图1A所示，监视器可以安装到托架4上。

在该实施方式中，凸轮320大体上垂直取向，并基本上面向运动轨迹；而弹簧14一般相对于轨迹水平取向。该结构有助于使上述二构件的相对行程较长，这是由于弹簧能垂直移动较长距离，而横向扩展宽度较小。而且，该结构还可使弹簧在沿着运动轨迹下降时能够扩展以储存能量，然后在沿着轨迹上升时储存的能量被转化为升力。

在一种实施方式中，监视器支撑机构10包括二个臂360、362。每个臂360、362从近端352伸到远端354，在远端354处，凸轮从动件355提供凸轮320与储能件14之间的联系。因此，当载荷沿着轴线α相对凸轮320移动时，凸轮推动凸轮从动件355并展开弹簧14，从而增加弹簧的能量和力。

在该实施方式中，每个臂360、362都适于在近端352的铰接点358处转动，而近端352转动连接到托架4。例如，近端352穿有孔353，在孔352内设置有机械紧固件。紧固件和孔353的尺寸设计成使臂360、362能绕着紧固件自由转动。作为选择，紧固件和孔353的尺寸还可以设计成与臂360或362摩擦接合。摩擦阻力的大小可以改变，以改变移动监视器所需的力。摩擦力能起到稳定支撑构件的作用，并在调节或移动构件时能实现控制。在一种实施方式中，提供的摩擦力约为2.5镑。根据机构10的使用及其所用的材料，可以相应改变摩擦力。

托架4通过臂构件360、362与凸轮从动件355连接，且能够沿着导向件392移动，导向件392限定监视器的运动轨迹并与轴线α共线。这里使用的托架包括监视器支撑机构与载荷连接的部分。在一些实施方式中，具有活动保持架，或者与载荷连接、能沿着导向件392移动的监视器支撑机构的其他部分。

在一种实施方式中，导向件392包括轨道394，而轨道394选择包括多条轨道。在一种实施方式中，轨道394为抽屉滑轨。轨道394可以连接到托架310，或者与托架310形成一体。作为示例，轨道394包括至少一个设在托架310内的切口，使得托架390的延伸部分能在里面移动。作为选择，在轨道394内设置一个或多个轨道托架，进一步方便托架4的移动。在另一实施方式中，导向件392包含与托架4的一部分相匹配的突出部，而托架4适于沿着导向件392的突出部滑动。

在二个臂360，362之间设置储能件如弹簧14。在一种实施方式中，弹簧14包含至少一个拉伸或扩张弹簧，或其他增力件。这里所用的增力件是一个在压缩或拉伸时能增加储存力(能量)的构件。其他类型的增力件也适用于监视器支撑机构10，如扭转弹簧、气动弹簧、或压缩弹簧，但不限于此。该实施方式中，弹簧14这样定向：当弹簧沿着轨迹相对凸轮下降时，弹簧力增强，且弹簧力垂直或正交地直接作用在凸轮表面上。弹簧14适于储存能量并提供支撑载荷的力，载荷是来自安装在托架4上的承重构件如监视器。

在一种实施方式中，弹簧14靠近二个臂360、362的远端354设置。弹簧14机械连接到二个臂360、362，例如通过机械构件，或粘接连接如焊接。

在一种实施方式中，凸轮320与托架3 10连接。凸轮320包括凸轮表面322，凸轮从动件355在该表面上移动，下面将作进一步说明。在一种实施方式中，凸轮表面322通常具有曲线轮廓。凸轮表面322源于上面关于图36A-37B的说明。

在一种实施方式中，监视器支撑机构10包括二个对立的凸轮324、326，每个凸轮具有凸轮表面322，并分别在轴线α与二个对立凸轮324、326的凸轮表面之间限定距离323a、323b。二个对立凸轮324、326的凸轮表面322是从第一上端328延伸到第二下端330。从第一上端328延伸到第二下端330的凸轮表面322一般是弯曲的。在一种实施方式中，凸轮表面322设计成从第一上端328到第二下端330，距离323a、323b逐渐增加。

在一种实施方式中，凸轮表面322设计成使距离323a、323b在凸轮上端328的变化率相对较大；当托架向凸轮下端330下降时，变化率逐渐下降为相对较小的伸长率。变化率直接对应弹簧的能量，该能量用来平衡托架上的监视器。因此，当弹簧力减弱时，伸长率大；当弹簧力增强时，沿着凸轮下降的每单位距离的伸长率减小。通过改变弹簧的伸长率，能产生平行于轴线α方向的恒定或预定大小的力。

因此，在一种实施方式中，凸轮表面322的外形能改变弹簧的压缩(伸长)率，从而在运动方向提供平衡力。压缩(伸长)的变化率将弹簧14的上升力曲线转化为作用在运动方向的恒力。换句话说，作用在凸轮表面上的弹簧力通过凸轮表面转化为对凸轮从动件355的反作用力。在一种实施方式中，反作用力包括轴线α方向的第一反作用分力(这里称为轴向分力)，和通常与第一反作用分力正交的第二反作用分力(这里称为垂直分力)。第一、第二反作用分力的改变取决于凸轮表面的斜率。

在一种实施方式中，凸轮表面设计成能保持轴向分力恒定，而不管垂直分力是增加还是减小。因此，凸轮表面322的外形结合弹簧14，在托架和监视器沿着轴向(这里是垂直方向)移动时，能提供恒定的轴向力支撑托架4。在其他实施方式中，凸轮表面322的外形结合弹簧，在水平移动托架时能提供恒定的水平力。

在一种实施方式中，该实施方式的示例性凸轮表面322提供图36B中的示例性压缩率曲线5。该压缩率能产生图36A中的恒定轴向力曲线4。其他实施方式能提供沿着移动位置的改变而变化的预定力，如上面针对图37A-37B的描述和说明。例如在一些实施方式中，凸轮表面在凸轮的轴向长度上提供可变的轴向力。例如，凸轮表面322的上部328设计成能支撑20镑的载荷，下部330外形设计成能支撑15镑的载荷，反之亦然。

在本发明的范围之内，可以对上述凸轮进行变化。例如，对立凸轮324、326的斜率可以不同，或者相同但不同于上述斜率。下面将要说明的一些实施方式中，仅提供一个凸轮。在一些实施方式中，还使用内向凸轮，储能件是一压缩弹簧。在其他实施方式中，使用多于一个弹簧以提供可变的弹性常数。其他实施方式包括扭转弹簧和转动凸轮。

构件如导向件392和托架14的相对尺寸可以修改，以影响导向件392和托架14作相对运动时产生的摩擦力的大小。摩擦力会改变移动托架14和其他安装在托架上的构件时所需的力。在典型实施方式中，托架14与导向件392之间的摩擦力最小，与设计者希望使用者移动静止的平衡载荷所用的“停止”力或手动力的大小一致。典型地，在监视器支撑机构的其他构件之内具有足够的固有摩擦力来稳定载荷。

有益的是，在该实施方式和下面将要讨论的其他实施方式中，监视器支撑机构10的活动构件(即枢轴臂、弹簧、托架、凸轮从动件)互相连接且大体上在同一平面内移动，由此能制造出相对细小的监视器支撑机构10。

在一种实施方式中，通过改变弹簧的位置或凸轮表面之间的距离，可以改变系统提供的力，由此，使用者可以将不同大小和重量的监视器安放在机构上，而不必替换机构本身。此外，厂家还可以制造同一尺寸的机构，然后对单一机构进行调节以适合大范围的监视器，而不必重新装备组装线。

例如在一种实施方式中，每个臂360、362都包括弹簧轴或其他连接件，用以将弹簧构件14连接在臂上。对于可调机构的情况，凸轮表面弯曲以提供预期的最大平衡力，通过改变弹簧构件在臂360、362上的位置以增加或减小力臂(弹簧力与枢轴点353之间的长度)来实现载荷重量的调节。例如在一种实施方式中，这是通过沿着臂360、362上下移动弹簧轴或其他连接件到各个连接点来实现。

作为选择，在一种实施方式中，载荷重量的调节可通过改变凸轮表面之间的间隔来实现，详细情况将在下面讨论。例如，凸轮324、326之一或全部被连接到托架310上，从而使使用者能够在水平方向或横向将凸轮朝向轴线α或远离轴线移动。通过移动凸轮，使用者能够改变系统的几何体系，从而影响弹簧14的作用力。

在一些实施方式中，凸轮、托架、或机构10的其他部分连接到能提供动力的电机上。有益的是，由于该系统是利用在弹簧沿着轨迹向下运动时所储存的能量来帮助升高监视器，所以该系统仅需使用者克服很小的摩擦力便能移动很大的监视器。因此，可使用廉价的小载荷电机来移动监视器。在一种实施方式中，设置一按钮来启动电机。

在其他实施方式中，监视器支撑机构10包括一个或多个下述的其他机构的特征。因此，在其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图3B显示根据本发明一种实施方式的监视器支撑机构10’。监视器支撑机构10’总体上包括第一部分301’，和沿着轴线α方向滑动连接到第一部分以限定运动轨迹的第二部分302’。如上所述，轴线α在不同实施方式中可以是垂直、倾斜、水平、和三维的。第一部分301’包括凸轮320’。第二部分302’包括连接到臂350’的一端的凸轮从动件355’；储能件370’如拉伸弹簧；和可以沿着第一部分301’的轴线α运动的托架390’。

监视器支撑机构10’基本相似于监视器支撑机构10，且上述讨论通过参考而包含于此。监视器支撑机构10’使用单一凸轮来替换二个对立凸轮。

图3C、3D是说明根据一种实施方式的监视器支撑机构380的主视图和侧视图。机构380的一个或多个方面与机构10相似，固出于清楚性目的而将其省略。在一种实施方式中，机构380包括第一部分381、和与第一部分形成一体的导轨槽382和凸轮383。机构383的第二部分389包括一个或多个连接到托架386上的导向件387，用于引导托架沿着槽382运动。一个或多个臂384连接到托架386上，在臂的远端连接有凸轮从动件385。储能件如拉伸弹簧388连接到每个臂384上，使凸轮从动件385与凸轮表面383产生作用力。

参考图3D，在该实施方式中，臂384在其远端分叉，在机构380中使用二个弹簧388，以此来支撑和平衡机构。

在一种实施方式中，第一部分381、托架386、臂384、凸轮从动件385、和/或弹簧388之中的一个或多个是由非金属材料制成。例如在一种实施方式中，第一部分381是注模成型的塑料件，其带有一体成型的槽382和凸轮383。同样，托架386也可注模成型。在不同实施方式中，构件是由不同的塑料、塑料组合物、聚合物、玻璃纤维、和其他非金属材料制成。在一个实施例中，弹簧388是玻璃纤维合成材料。有益的是，使用非金属材料能提供轻质、低成本、批量生产的机构。

监视器支撑机构10’总体上包括第一部分301’，和沿着轴线α方向滑动连接到第一部分以限定运动轨迹的第二部分302’。如上所述，轴线α在不同实施方式中可以是垂直、倾斜、水平、和三维的。第一部分301’包括凸轮320’。第二部分302’包括连接到臂350’的一端的凸轮从动件355’；储能件370’如拉伸弹簧；和可以沿着第一部分301’的轴线α移动的托架390’。

监视器支撑机构10’基本相似于监视器支撑机构10，上述讨论通过参考而结合在这里。监视器支撑机构10’使用单一凸轮来替换二个对立凸轮。

图4A说明根据一种实施方式的监视器支撑机构400。

监视器支撑机构400总体上包括第一部分401和第二部分402。第二部分沿着限定轴线α运动方向的运动轨迹滑动连接到第一部分401。在一种实施方式中，运动方向为垂直方向的线性运动。其他实施方式可提供水平运动方向。水平与垂直之间的其他方位也落在本系统的范围之内。此外，一些实施方式还提供三维的运动轴线。第一部分401包括至少一个凸轮420。第二部分402包括至少一个臂450；储能件470如压缩弹簧；和可以沿着第一部分401的轴线α运动的托架490。

该实施方式中，凸轮420一般是垂直定向，且通常面对运动轨迹；而储能件470一般是相对于轨迹水平定向。这种结构有助于提供二个构件之间相对较长的相对行程，这是由于弹簧可以垂直移动较长距离，而横向压缩量相对很小。

凸轮420与连接到臂450的凸轮从动件455结合工作。诸如轴承的凸轮从动件455设置在臂450的远端434，并适于在凸轮420上运动。在不同实施方式中，凸轮从动件455为滚轮。在一些实施方式中，凸轮从动件为臂450的远端部分，其直接在凸轮表面上移动。

在一种实施方式中，至少一个凸轮420与托架410连接。该至少一个凸轮420包括凸轮表面422，至少有一个臂450在该表面上运动，下面将作进一步讨论。在一种实施方式中，凸轮表面422通常具有曲面轮廓。凸轮表面422还可选择地包括多种凸轮轮廓。凸轮表面422源于上面关于图36A-37B的说明。

在一种实施方式中，监视器支撑机构400包括二个对立的凸轮424、426，每个凸轮具有凸轮表面422，且分别在轴线α与二个对立凸轮424、426之间限定距离423a、423b。二个对立凸轮424、426的凸轮表面422从第一上端428向第二下端430延伸，而凸轮表面422从第一上端428到第二下端430通常呈曲面。凸轮表面422通常面向轴线α，并与轴线之间的距离可变，且与轴线不相交。在一种或多种实施方式中，这有助于提供可缩放的设计，这是由于如图所示的监视器支撑机构可在轴向进行伸长或缩短，而不必横向扩展或向系统增加额外的支撑件。

在一种实施方式中，凸轮表面422设计成使距离423a、423b由上端428到第二下端430逐渐减小。选择地，凸轮表面422可进行随意设计，在储能件470被很大程度地压缩时，能适于调节储能件470上的载荷。

在一种实施方式中，凸轮表面422设计成能使距离423a、423b在凸轮上端428的变化率较大，当托架向凸轮下端430下降时，能逐渐减小为较小的压缩率。

因此，在一种实施方式中，凸轮表面422的外形能改变弹簧的压缩率，从而在监视器运动方向提供监视器的平衡力。

在一种实施方式中，相似于机构10，凸轮表面422设计成能保持轴向(这里是垂直)分力恒定，而垂直分力则可以增大或减小。因此，在轴向移动托架和监视器时，凸轮表面422的外形结合储能件470能提供恒定的轴向力支撑托架490。

在一种实施方式中，凸轮表面422的外形结合储能件470，在水平移动托架时能提供恒定的水平力。例如在一种实施方式中，该实施方式的示例性凸轮表面422提供图36B中示例性压缩率曲线5。该压缩率则产生图36A中的恒定轴向力曲线4。随着移动位置的改变，其他实施方式能提供可变的预定力，如关于图37A-37B所描绘和说明的。例如在一些实施方式中，在凸轮的轴向长度上，凸轮表面能提供可变的轴向力。例如，凸轮表面422的上部432外形可设计成能支撑20镑的载荷，而下部434设计成能支撑15镑的载荷，反之亦然。

在一种实施方式中，监视器支撑机构400包括二个活动臂450，如臂460、462。每个臂460、462从近端452延伸到远端454。每个臂460、462都适于在近端452的铰接点处转动，而近端452与托架490枢轴连接。例如，近端452穿有孔453，在孔453内设置有机械紧固件456。紧固件456和孔453的尺寸设计成使臂460、462能绕着紧固件456自由转动。作为选择，紧固件456和孔453的尺寸还可以设计成与臂460、462摩擦接合。而摩擦阻力的大小可以变化，以改变移动监视器支撑机构所需的力。例如，摩擦力能起到稳定支撑构件的作用，并在调节或移动构件时能实现控制。在一种典型实施方式中，提供的摩擦力约为2.5镑。根据监视器支撑机构400的使用及其所用的材料，可以相应改变摩擦力。

在二个臂460、462之间设置施力件或弹簧构件470。一种选择是，弹簧构件470靠近二个臂460、462的远端454设置。弹簧构件470机械连接到二个臂460、462上，例如通过机械零件，或粘接接头如焊接。作为选择，每个臂460、462都包括弹簧轴464，其可以连接到臂460、462上的连接点465、466、或467之中的任何一个上。弹簧轴464适于将弹簧构件连在其上。

在一种实施方式中，监视器支撑机构400为力可调机构。对于力可调机构的情况，凸轮表面422弯曲以提供最大的预期平衡力，通过改变弹簧构件在臂460和/或462上的位置以增大或减小力臂(弹簧力与枢轴点453之间的长度)来实现载荷重量的调节。例如在一种实施方式中，这是通过沿着臂460、462上下移动弹簧轴464到不同连接点465、466、或467来实现的。这些臂460、462上的连接点仅为示例，其数目可以增加或减少。

作为选择，在一种实施方式中，载荷重量的调节可通过改变凸轮表面之间的间隔来实现。因此，凸轮424、426之一或全部连接到托架410上，从而使使用者能够在水平方向将凸轮朝向轴线α或远离轴线α移动。通过移动凸轮，使用者能够改变系统的几何体系，从而影响储能件470的作用力。

有益的是，在该实施方式和上面及下面讨论的其他实施方式中，监视器支撑机构400的活动构件(即枢轴臂、弹簧、托架、凸轮从动件)互相连接且大体上在同一平面内移动。由此能制出相对细小的监视器支撑机构400。

参考图4A、4B，在监视器支撑机构400的一个典型应用中，监视器的位置可调。在该例子中，监视器在垂直方向移动，在下面将要讨论的其他实施方式中，可以沿着水平轨迹、垂直与水平之间的倾斜轨迹、曲线轨迹、和具有三维和三个自由度的其他轨迹移动监视器。

作为示例，一种方法包括：在托架490的枢轴点453处连接转动件460、462；每个转动件460、462从枢轴点453处的近端452伸到远端454。在转动件460、462之间设置压缩弹簧470，该压缩弹簧470靠近转动件460、462的远端454设置。此外，在每个转动件460、462的远端434设置凸轮从动件455。在不同的实施方式中，凸轮从动件包括轴承、滚轮、和滑块，例如带有涂层。

托架490与轴向导向件492活动连接，并连接到载荷如平面监视器上。为了移动监视器，托架490的一部分或监视器被夹持，通过作用力来克服机构各构件之间的摩擦阻力，例如该摩擦阻力大约是2.5镑。(通过紧固或松动各个构件或使用具有特定摩擦分力的不同零件便可轻松调节摩擦力)。当每个凸轮从动件455在凸轮表面422上滑动时，作为示例，压缩弹簧470或者被压缩，如图4A所示，或者被拉伸，如图4B所示。

在该实施例中，凸轮表面422设计成，在凸轮的整个轴向范围内，使托架490对载荷的作用力大约等于载荷本身的力。因此，无论载荷处于导向件492何处，都能被平衡。为了移动载荷如构件，必须克服摩擦阻力，但当载荷最终被移动后，又会再次被平衡。因此，大小载荷都能使用本系统进行简单、平稳地调节。在其他实施方式中，通过改变凸轮轮廓和/或弹簧类型能获得可变的预定力。

在一些实施方式中，机构400包括如上文和下文所述机构的一个或多个特征。因此，如其他实施方式中所述的特征通过参考而包含于此。

图5A、5B说明根据一种实施方式的监视器支撑机构500。图5A是主视图，图5B为监视器支撑机构500的侧视图。监视器支撑机构500总体上包括第一部分501和第二部分502。第二部分502沿着运动轨迹滑动连接到第一部分，运动轨迹由轴线α方向限定。在该实施方式中，运动轴线α为线性垂直轴线。其他实施方式包括水平轴线和垂直与水平之间的轴线。一些实施方式具有三维轴线。第一部分501包括凸轮520。第二部分502包括连接到臂550的凸轮从动件555；和可以沿着第一部分501的轴线α运动的托架590。臂550固定到托架590上，且臂本身包含储能件如板簧。弹簧构件或臂550的远端570抵抗作用于其上的运动。弹簧构件通过凸轮从动件555将弹簧力作用在凸轮520上。弹簧构件适于提供能平衡载荷的能量，其中载荷来自于安装在托架590上的构件如监视器。

凸轮520与托架510连接。凸轮520包括凸轮表面522，臂550的远端570在该表面上移动。一种实施方式中的凸轮表面522一般具有曲面轮廓。在一个实施方式中，凸轮表面522设计成能提供平衡力，如上所述。

凸轮的凸轮表面522从第一上端528延伸到第二下端530，从第一上端528到第二下端530的凸轮表面522一般呈曲面。在一种实施方式中，凸轮表面522设计成，使凸轮表面与轴线α之间的距离从上端528到第二下端530逐渐增加。一种实施方式中的凸轮表面522能提供轴线α方向的恒力。其他实施方式中的表面能提供沿着轴线α的可变预定力。

在一种实施方式中，凸轮表面522被设计成，在凸轮的上端528距离523的变化率较高，随着托架向凸轮的下端530下降，其逐渐下降到较低比值。该变化率直接对应用于平衡托架上载荷的弹簧能量。因此，当板簧力减小时，变形率高；而当弹簧力增强时，对于沿着凸轮每下降的单位距离而言，变化率降低。通过改变板簧的变形率，弹簧能通过凸轮沿着轴线α产生恒定或预定力。

因此，弹簧表面522的形状会改变板簧的变形率，从而提供载荷的平衡力。在一种实施方式中，这种变形率的改变能将弹簧构件550的上升力曲线转化为恒力。其他实施方式能提供变力。因此，在托架沿着运动方向移动时，通过结合储能件或板簧臂550，凸轮表面522能在运动方向提供预定力。一般来说，凸轮表面522的外形轮廓的其他细节与上述凸轮表面322相同并通过参考而包含于此。

凸轮520结合臂550工作。在臂550的远端570设置凸轮从动件，如臂的端部的一部分、轴承、或适于在凸轮520上移动的滚轮555。在一种实施方式中，监视器支撑机构500包括二个对立凸轮，每个凸轮都具有凸轮表面522。

托架590适于沿着导向件592移动。一种实施方式中，导向件592包含托架510的外周边。一种实施方式中，轨道如抽屉滑轨可以固定到托架上，或者与托架形成一体。

一种实施方式中，监视器支撑机构500包括旋钮560或其他施力件，用来改变作用在弹簧构件550上的预载荷。可通过旋紧旋钮560来增加作用在弹簧上预载荷，从而增加终端的重力载荷，或者松动旋钮来提供小的重力载荷。

在一些实施方式中，机构500包括如上文和下文所述其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图6显示根据一种实施方式的监视器支撑机构600。监视器支撑机构600总体上包括第一部分601和第二部分602。第二部分602沿着限定线性轴线α的运动轨迹滑动连接到第一部分。第一部分601包括凸轮620。第二部分602包括托架690，该托架690可以沿着第一部分601轴线α的运动方向在导向件680上移动。

该实施方式中，凸轮620包括转动连接到托架610上的凸轮臂650，且具有凸轮表面622。一种实施方式中的监视器支撑机构600包括二个对立的凸轮624、626，每个凸轮都具有凸轮面622，并分别在轴线α与二个对立的凸轮表面624、626之间限定距离623a、623b。该二个对立凸轮624、626的凸轮表面622从第一上端628到第二下端630一般呈曲面。在一种实施方式中，凸轮表面622设计成，使距离623a、623b从上端628向第二下端630逐渐减小。

上升的储能件如拉伸弹簧670连接到凸轮上，并使凸轮620与托架590上的凸轮从动件如滚轮655接触。

一般来说，凸轮表面622的轮廓与监视器支撑机构10的凸轮表面322相似。监视器支撑机构600的拉伸弹簧670通过凸轮624、626提供与监视器支撑机构10的拉伸弹簧14相似的轴向力。监视器支撑机构600的其他细节基本相似于这里所讨论的其他监视器支撑机构，工作原理大体相同，上述说明通过参考而包含于此。

该实施方式中，托架690沿着轴线运动，使得凸轮从动件655相应地驱动凸轮624、626转动。当凸轮(或一个凸轮)转动时，储能件或弹簧670被拉伸，该储能件会生成对凸轮从动件的反作用力。弹簧力通过凸轮表面转化为垂直(轴向)分力和水平(正交)分力。一种实施方式中，在托架沿着导向件680作上下移动时，采用的凸轮表面外形能使凸轮作用在凸轮从动件655上的轴向分力恒定，但正交分力可变。一种实施方式中，在托架沿着导向件680作上下移动时，采用的凸轮表面外形能使凸轮作用在凸轮从动件655上的轴向分力可变，正交分力也可变。

在一些实施方式中，机构600包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中的所述细节和特征通过参考而包含于此。

图7显示根据一种实施方式的监视器支撑机构700。监视器支撑机构700总体上包括第一部分701和第二部分702，其中第二部分702沿着限定轴线α运动方向的运动轨迹滑动连接到第一部分。如上所述，在不同的实施方式中，轴线α可以是垂直、倾斜、水平、和三维的。第二部分702包括凸轮720和托架790，该托架790可以沿着第一部分701的轴线α移动。

该实施方式中，凸轮720包括一对面向外的凸轮表面722a、722b，分别与轴线α形成可变距离723a、723b。施力件770如拉伸弹簧连接到一对凸轮从动件如滚轮或轴承755的任何一端。凸轮从动件连接到活动件756，该活动件756滑动结合在凸轮从动件的导向件760内。在一个实施方式中，导向件760大致水平定向，如图7所示。在一个实施方式中，导向件以大致与凸轮720的凸轮表面正交的方位向下倾斜。这被示为导向件760’。施力件770迫使滚轮755与凸轮表面722接触。托架790沿着轴线α上下移动，凸轮表面722a和722b迫使滚轮755在导向件760内移动，从而改变施力件770的压缩或拉伸。在一个实施方式中，使用诸如轨道的导向件来将凸轮720保持在一个笔直的轴向位置。

在一种实施方式中，凸轮表面722弯曲，使距离723a、723b在凸轮第一下端728的变化率相对较大；当托架向凸轮第二上端730移动时，逐渐下降为相对较小的比值。该变化率直接对应弹簧的能量，该能量用来平衡托架上的载荷。因此，当弹簧力减弱时，弹簧伸长率大；当弹簧力增强时，对于沿着凸轮上升的单位距离而言，弹簧伸长率减小。通过改变板簧的伸长率，弹簧通过凸轮沿着轴线α产生恒定或可变预定大小的垂直(或其他轴向)力，而水平(或其他正交)分力可以增加或减小。

一种实施方式中，机构700的一个或多个构件是塑料、聚合物、或其他非金属复合材料。一些实施方式中，其他凸轮如凸轮790安装在部分701的背面，且凸轮相互之间连在一起，这有助于稳定地引导凸轮移动。

在一些实施方式中，监视器支撑机构700包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图8A、8B是分别显示根据一种实施方式的监视器支撑机构800的主视图和侧视图。监视器支撑机构800总体上包括第一部分801和第二部分802。第二部分802沿着限定轴线α运动方向的运动轨迹滑动连接到第一部分，且围绕轴线β转动连接。如上所述，在不同的实施方式中，轴线α可以是垂直、倾斜、水平、和三维的。第一部分801包括凸轮820。第二部分802包括施力件如扭力杆弹簧870，和托架890，该托架890可以沿着第一部分801的轴线α在导向件如轨道810上移动。

该实施方式中，凸轮820的凸轮表面822大体为围绕轴线β定位的圆形或曲面，在该实施方式中其平行于轴线α的运动方向。施力件870压迫凸轮从动件如滚轮855与凸轮表面822接触。当托架890沿着轴线α上下移动时，凸轮表面822压迫滚轮822围绕轴线β转动，以此来改变施力件870中的张力。

一种实施方式中，凸轮表面822设计成，使弹簧张力系数在凸轮第一上端828处变化相对较快，并随着托架向凸轮第二下端830移动而逐渐将为相对较小的系数。该系数的变化直接对应来自扭转弹簧的能量，其中能量是用来平衡托架上的载荷。因此，若弹簧力弱，弹簧张力系数就高；若弹簧力增强，弹簧张力系数对于沿着凸轮上升的单位距离而言将随之降低。在一种实施方式中，通过变化弹簧的伸长系数，弹簧能通过凸轮沿着轴线β产生恒定或预定大小的垂直或其他轴向力，即使水平分力增加或减小。

凸轮表面822外形轮廓的其他细节以及监视器支撑机构800的其他细节与其他凸轮表面以及上述监视器支撑机构大体相同，并通过参考而将其包含于此。

图9A、9B、9C分别是显示根据一种实施方式的监视器支撑机构900的主视图、俯视图、和立体图。监视器支撑机构900总体上包括第一部分901和第二部分902，其中第二部分902沿着限定线性轴线α的运动轨迹滑动连接到第一部分。第一部分901包括凸轮920。第二部分902包括施力件如卷簧970，和可以沿着第一部分901的轴线α移动的托架990。

该实施方式中，凸轮920的凸轮表面922围绕轴线α呈曲面结构。如上所述，在不同的实施方式中，轴线α可以是垂直、倾斜、水平、和三维的。施力件970压迫凸轮从动件955与凸轮表面922接触。当托架990沿着导向件910在轴线α上下移动时，凸轮表面922压迫凸轮从动件955围绕轴线α转动，以此来改变施力件970中的张力。一种实施方式中的表面922外形能使弹簧通过凸轮表面对凸轮从动件955(和托架990)施加恒定轴向分力。一种实施方式中的表面922外形能使弹簧通过凸轮表面对凸轮从动件955(和托架990)施加可变的预定轴向分力。

一些实施方式中的监视器支撑机构900包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图10显示根据一种实施方式的监视器支撑机构1000。监视器支撑机构1000总体上包括关于监视器支撑机构的其他实施方式所讨论的一个或多个特征，并且这些讨论通过参考而包含于此。该实施方式中的监视器支撑机构1000包括托架1090、臂1060、凸轮1020、和气动弹簧1070，其中气动弹簧1070能为系统提供储存的动力。

图11A、11B是显示根据一种实施方式的机构1100的总体示意图。机构1100包括支架或托架1102和储能件1104。该实施方式中的储能件1104包括第一构件1104a和第二构件1104b。储能件1104的构件1104a、1104b连接到底座1106的一端。

参考图11A、11B可以看出，托架1102可相对储能件1104沿着轴线α限定的轨迹移动。当托架移动时，间隔距离固定的凸轮从动件1108、1110压迫储能件1104a、1104b向内弯曲或变形。这种移动将分别增加构件1104a、1104b对凸轮从动件1108、1110的作用力，然后凸轮从动件支撑托架1102。臂1104a、1104b的弯曲程度决定有多少储存在臂中的能量和力被转移到凸轮从动件1108、1110上。在一些实施方式中，凸轮从动件1108、1110和臂1104a、1104b设置成，当托架沿着轴线α上下移动时，能提供恒定的支撑力支撑托架1102。一些实施方式中提供可变的预定力。

在一种实施方式中，在构件1104a、1104b之间设置辅助弹簧1120，这有助于增加机构的总力。有益的是，构件1104a、1104b在该实施方式中既用作托架导向件，又用作储能件。这使机构紧凑。

不同实施方式中的构件1104a、1104b根据其使用而具有不同外形。例如在一种实施方式中，每个构件的宽度大约为1或2英寸，其剖面一般为矩形。一种实施方式中，每个构件的宽度大约为4英寸。一种实施方式中，构件的底部较宽，并朝着顶部逐渐变细，所以其剖面为梯形。

一些实施方式中的机构1100包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图12A、12B是显示根据一种实施方式的机构1200的总体示意图。机构1200包括支架或托架1202、储能件1204、和底座/凸轮的结合体1206。监视器1208连接到托架1202上，而托架1202可以相对凸轮1206沿着轴线α所限定的运动轨迹移动。在一种实施方式中，储能件1204连接到托架1202上，且包括一个或多个臂1210，其中臂1210在沿着凸轮表面向下移动时能增加力和能量。凸轮从动件1212连接到每个臂1210的一端，并由储能件1204压向凸轮1206表面。

当托架1202相对凸轮1206沿着轴线α移动时，构件1204中的能量增加。在一种实施方式中，凸轮1206外形能提供平行于轴线α方向的恒定支撑力，这使使用者仅需克服各构件之间的摩擦力，便能在轴线α的运动轨迹上轻松完成监视器1208的上下移动。其他实施方式提供可变的预定力。在一种实施方式中，底座/凸轮1206设计成三维的，这使监视器1208在转动时也能通过凸轮表面支撑。

在图12B显示的实施方式中，动力件1204带有环绕该构件的臂1210设置的调节带1214。在臂1210试图向外张开时，该调节带1214提供反作用力，这使使用者能根据作用在机构1200上的重量或载荷来调节该机构1200的支撑力。

一种实施方式中，机构1200的凸轮可以颠倒。换句话说，凸轮表面可以位于底座内，而储能件1204就在底座内移动并向外施加力。

一种实施方式中，储能件1204包括能相对凸轮1206沿着轴线α移动的旋转伸缩弹簧。一种实施方式中，储能件1204包括能沿着凸轮滚动的形成一体的多个球轴承，这使得载荷被转动时也能通过凸轮表面支撑。

一些实施方式中的机构1200包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图13A、13B、13C是显示根据一种实施方式的机构1300的总体示意图。机构1300包括托架或托架1302，该托架1302与储能件1304如板簧臂1310连接并连接到一个或多个导向滚轮1308。机构1300还包括设置成剪式凸轮结构的一对凸轮1306、1307。凸轮1306、1307具有面向内且大体垂直定向的凸轮表面。该表面彼此重叠并与轴线α重叠，这在允许托架具有较长行程的前提下能使结构紧凑。

该实施方式中，一个或多个导向滚1308沿着限定运动轴线α的运动轨迹来引导托架1302。监视器或其他载荷连接到托架1302上，而托架1302可以相对凸轮1306、1307沿着轴线α移动。该实施方式中，臂1310在沿着凸轮表面向下移动时能增加力和能量。凸轮从动件1312连接到每个臂1310的一端，并通过储能件1304压向凸轮1306、1307的表面。凸轮表面将储能件的力和能量转化为支撑力。

当托架1302沿着轴线α(参考图13B)移动时，构件1304中的能量增加。在一种实施方式中，凸轮外形能提供平行于轴线α方向的恒定支撑力。其他实施方式能提供可变的预定力。

图13C是显示根据一种实施方式的凸轮1306、1307的斜视图。

一些实施方式中的机构1300包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图14A、14B是显示根据一种实施方式的机构1400的总体示意图。机构1400包括支架或托架1402、储能件1404如板簧臂1410a，1410b、和与托架1402连接的二组凸轮从动件1412-1415。

凸轮从动件连接到托架1402，并且在托架沿着限定轴线α的运动轨迹向下移动时，其彼此之间的分开距离保持固定。一种实施方式中，臂1410a、1410b既充当托架的轴向导向件，又充当储能件。

臂1410a、1410b连接到底座1420的一端。参考图14A、14B可以看出，当托架移动时，凸轮从动件使臂1410a、1410b向外弯曲或变形。该动作能增加臂1410a、1410b作用在凸轮从动件1412-1415上的力。于是凸轮从动件能支撑托架1402。臂1410a、1410b的弯曲程度决定储存在臂中的能量和力有多少被转移到凸轮从动件上。在有些实施方式中，凸轮从动件1412-1415和臂1410a、1410b如此设置，使得当托架沿着轴线α上下移动时，能提供恒定的支撑力支撑托架1402。有些实施方式中，能提供预定变化的力。凸轮面将储能件的力和能量转化为支撑力。

一些实施方式中的机构1400包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图15、16显示根据一种实施方式的机构1500的总体示意图。机构1500包括支架或托架1502、储能件1504如板簧臂1510a、1510b、和连接到托架1502的凸轮从动件1506和1508。

凸轮从动件连接到托架1502，并且当托架沿着限定轴线α的运动轨迹向下移动时，彼此分开的距离保持固定。

臂1510a、1510b连接到底座1520的一端。参考图15、16可以看出，当托架移动时，凸轮从动件使臂1510a、1510b向外变形。该动作能增加臂1510a、1510b作用在凸轮从动件1504、1506上的力。于是凸轮从动件能支撑托架1502。臂1510a、1510b的变形程度决定储存在臂中的能量和力有多少被转移到凸轮从动件上。在有些实施方式中，凸轮从动件1506、1508和臂1510a、1510b被如此设置，使得当托架沿着轴线α上下移动时，能提供恒定的支撑力支撑托架1502。有些实施方式中，能提供预定变化的力。凸轮面将储能件的力和能量转化为支撑力。

一些实施方式中的机构1500包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图17显示根据一种实施方式的机构1 700的总体示意图。机构1700包括支架或托架1702、第一储能件1704、第二储能件1705、和凸轮1706。托架1702相对于凸轮1706沿着限定轴线α的运动轨迹移动。在该实施方式中，储能件1704为压缩弹簧，并被连接到托架1702的臂1710的下部。储能件1705为拉伸弹簧，并被连接到臂的上端。凸轮从动件1712连接到每个臂1710的一端，并通过储能件1704、1705压靠在凸轮1706的表面上。

当托架1702相对于凸轮1706沿着轴线α移动时，凸轮增加构件1704中的能量。然后凸轮面将该能量转化为支撑力。在一种实施方式中，凸轮1706的外形能提供平行于轴线α方向的恒定的支撑力。一些实施方式中能提供预定变化的支撑力。机构1700在诸多方面都相似于图4A、4B中的机构400，除了该机构1700包括弯成一定角度的臂1710和一对弹簧1704、1705以外。

一些实施方式中的机构1700包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图18显示根据一种实施方式的机构1800的总体示意图。机构1800包括具有臂1814的支架或托架1802、储能件1804、和凸轮1806，凸轮1806包括一对大体为垂直取向且面向内的表面。托架1802相对于凸轮1806沿着轴线α限定的运动轨迹移动。托架1802的上部设计成能容纳储能件1804。

该实施方式中，储能件1804包括大体为M-形(或W-形)的塑料弹簧，其位于托架1802的上部之内。储能件1804包括一个或多个臂1810，当托架和弹簧相对于凸轮面向下移动时，其中的力和能量降低。一个或多个凸轮从动件1812连接到每个臂1810的一端。储能件1804对臂1814施加向外的力，臂1814又依次对凸轮从动件1812施加向外的力，其中凸轮从动件是沿着凸轮1806的凸轮面移动。一种实施方式中，凸轮从动件1812是沿着凸轮面移动的滑块。可以对滑块与凸轮面之间的摩擦力进行设计，为机构中的停止或控制提供合适大小的力。

当托架1802相对于凸轮1806沿着轴线α移动时，构件1804中的能量降低。但是，凸轮1806表面的外形能将该能量转化为平行于轴线α的第一支撑力、和与第一力正交的第二力。在一种实施方式中，凸轮1806的外形能提供平行于轴线α方向的恒定的支撑力，这使得使用者仅需克服部件之间的摩擦力，便能在轴线α的运动轨迹上轻松地上下移动载荷。一些实施方式中能提供预定变化的力。

一种实施方式中，储能件1804包括突出部1818，其与托架1802中对应的切口匹配，这使得构件1804既能向上也能向下定位。换句话说，构件1804既可以为W-形取向1804b，也可以为M-形取向1804a。这些不同取向可以改变储能件施加的弹簧力，并允许使用者对机构进行调节。一种实施方式中，整个机构1800本质上是由塑料或聚合物部件构成。例如，凸轮1806、托架1802、凸轮从动件1812、和/或弹簧1804之中的一个或多个是由非金属材料制成。例如，在一个实施例中凸轮1806被注射成型为塑料件。同样托架1802可以通过注模而成。在不同实施方式中，构件由不同的塑料、塑料组合物、聚合物、玻璃纤维、和其他非金属材料制成。一种实施方式中，弹簧1804的材料是玻璃纤维组合物。有益的是，使用这些非金属材料能提供轻质、低成本、可批量生产的机构。

一些实施方式中的机构1800包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图19显示根据一种实施方式的机构1900的总体示意图。机构1900包括支架或托架1902、储能件1904、和一对凸轮1906、1907，其中凸轮如此设置，即凸轮1906包括一个或多个面向外的凸轮面；而凸轮1907则提供一个或多个面向内的凸轮面。每个凸轮面都相对于运动轴线α所限定的轨迹为大体垂直取向。

该实施方式中，一个或多个凸轮从动件1910被连接到托架1902，并压靠在凸轮1907上。一个或多个凸轮从动件1912也连接到托架1902，并沿着凸轮1906移动。一种实施方式中，凸轮从动件1912连接到托架转动臂1918的一端；而凸轮从动件1910则连接到臂1918的另一端。当托架相对于凸轮1906、0907沿着轴线α移动时，凸轮从动件有助于引导托架。监视器或其他载荷可以连接到托架1902。该实施方式中，储能件1904包括膨胀弹簧，并连接到托架1902，且通常位于臂1918的枢轴点之上、臂1918之间。当托架和储能件沿着凸轮面向下移动时，储能件1904的力和能量增加。凸轮面将储能件的力和能量转化为支撑力。一种实施方式中，在臂1918之间、臂1918的枢轴点之下设置压缩弹簧1905。

当托架1902沿着轴线α移动时，(参考图9B)，凸轮1906、1907使构件1904中的能量增加。然后凸轮1906、1907将储能件的力转化为平行于轴线α方向的第一力、和与第一力正交的第二力。一种实施方式中，凸轮的外形能提供平行于轴线α方向的恒定的第一支撑力。一些实施方式中能提供预定变化的力。

一些实施方式中的机构1900包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图20显示根据一种实施方式的机构2000的斜视图。机构2000包括支架或托架2002、储能件2004如钢弹簧、和凸轮2006。托架2002和储能件2004相对于凸轮2006沿着轴线α所限定的运动轨迹移动。该实施方式中，储能件2004与托架2002形成一体并具有臂2010，当它们沿着凸轮面向下移动时，能增加臂的力和能量。凸轮从动件2012连接到每个臂2010的一端，并通过储能件2004压靠在凸轮2006表面上。

当托架2002相对于凸轮2006沿着轴线α移动时，构件2004中的能量增加。一种实施方式中，凸轮2006的外形能提供平行于轴线α方向的恒定的支撑力，这使得使用者仅需克服凸轮从动件2012与凸轮面之间的摩擦力，便能在轴线α的运动轨迹上轻松地上下移动监视器或其他载荷。一些实施方式中能提供预定变化的力。

一些实施方式中的机构2000包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图21A、21B为根据一种实施方式的机构2100的总体示意图。机构2100包括支架或托架2102和储能件2104。该实施方式中，储能件2104包括连接到底座2106的第一构件2104a和第二构件2104b。

参考图21A、21B可以看出，托架2102相对于储能件2104沿着轴线α所限定的轨迹移动。当托架移动时，以固定距离分开的凸轮从动件2108、2110迫使储能件2104a、2104b向内弯曲或变形。该动作增加了构件2104a、2104b分别对凸轮从动件2110、2108的作用力。然后凸轮从动件支撑托架2102。臂2104a、2104b的弯曲程度决定有多少储存在臂中的能量和力被转移到凸轮从动件2108、2110上。有些实施方式中，凸轮从动件2108和臂2104a、2104b设计成，当托架沿着轴线α上下移动时，能提供恒定的支撑力支撑托架2102。有些实施方式能提供预定变化的力。在不同的实施方式中，根据使用条件，构件2104a、2104b可具有不同形状。有些实施方式中，构件2104a、2104b具有向内倾斜的侧面，如图21A所示。

有些实施方式中，整个结构2100基本上都是由塑料或聚合物构件构成。例如，储能件2104和/或托架2102中的一个或多个是由非金属材料所制。例如，一种实施方式中的储能件2104为注模成型塑料构件。同样，托架2102也可通过注模而成。在不同的实施方式中，构件由不同的塑料、塑料组合物、聚合物、玻璃纤维、以及其他非金属材料所制。有益的是，使用这些非金属材料可提供轻质、低成本、能批量生产的机构。

一些实施方式中的机构2100包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图22为根据一种实施方式的机构2200的总体示意图。机构2200包括支架或托架2202、储能件2204、和凸轮2206。托架2202包括在凸轮2206的内表面上轴线α所限定的运动轨迹进行移动的轴。该实施方式中，储能件2204连接到托架2202并包括一个或多个臂2210，当臂沿着凸轮面向下移动时，臂的力和能量增加。凸轮从动件2212连接到每个臂2210的一端，并通过储能件2204被迫靠在凸轮2206表面上。一种实施方式中，凸轮从动件2212包括球轴承。

一种实施方式中，凸轮2206的整体外形为管状，其直径2206d大约为1英寸。其他实施方式中的直径包括2英寸、3英寸、或更大尺寸。一些实施方式中，凸轮2206的长度大约为4英寸。其他实施方式中的长度包括6、9、12、15、20、24英寸、和更大尺寸。

当托架2202的轴相对于凸轮2206沿着轴线α移动时，构件2204中的能量增加。一种实施方式中，凸轮2206的形状能提供平行于轴线α方向的恒定支撑力。一些实施方式还能提供预定变化的力。

一种实施方式中，轴的下部包括密封件，并在凸轮2206内提供气体，从而能提供缓冲力或附加的支撑力。

一些实施方式中的机构2200包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图23A、23B为根据一种实施方式的机构2300的总体示意图。机构2300包括支架或托架2302、储能件2304、和凸轮2306、2307。

凸轮2306、2307包括笔直的凸轮导轨。托架2302与至少一个滑块2320或2321相连接或形成一体。第一滑块2320包括诸如球轴承或线性轴承2330等轴承，并在凸轮2307内移动。第二滑块2321包括诸如球轴承或线性轴承2330等轴承，并在凸轮2306内移动。该实施方式中，储能件2304包括拉伸弹簧，其第一端连接到第一滑块2320，第二端连接到第二滑块2321。

托架2302相对于凸轮2306、2307沿着轴线α所限定的轨迹移动。当托架移动时，凸轮2306、2307拉伸储能件2304。一种实施方式中，储能件2304选择非线性弹簧，并结合凸轮2306、2307结构，以提供平行于轴线α的恒定的平衡力。一些实施方式中还能提供预定变化的力。

一些实施方式中的机构2300包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图24A为根据一种实施方式的机构2400的总体示意图。机构2400包括支架或托架2402、储能件2404、和凸轮2406、2407。

凸轮2406、2407包括笔直的凸轮导向件。托架2402与至少一个滑块2420或2421相连接或形成一体。第一滑块2420包括球轴承并靠在凸轮2407上移动。第二滑块2421包括球轴承并靠在凸轮2406上移动。该实施方式中，储能件2404包括压缩弹簧，其第一端连接到第一滑块2420，第二端连接到第二滑块2421。一种实施方式中，增加了第二弹簧2404’。一种实施方式中，机构2400的所有构件都是钢制的，这样能提供稳固、经济的机构。

托架2402相对于凸轮2406、2407沿着轴线α所限定的轨迹移动。当托架移动时，凸轮2406、2407压缩储能件2404(和2404’)。一种实施方式中，储能件2404选择非线性弹簧并结合凸轮2406、2407结构，以提供平行于轴线α的恒定的平衡力。一些实施方式中还能提供预定变化的力。

一些实施方式中的机构2400包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图24B为根据一种实施方式的机构2400’的总体示意图。机构2400’基本上相似于机构2400。一种实施方式中，机构2400’具有平行导轨2420、2421以及轴承2440以引导托架2402’。机构2400’还具有凸轮2406’、2407’  装于其内部，使储能件2404产生力。图24B中，托架可位于上部的A点和下部的B点。

一些实施方式中的机构2400’包括如上文和下文所述的其他机构的一个或多个特征。因此，其他实施方式中所述的细节和特征通过参考而包含于此。

图24C显示根据一种实施方式的导轨2450。导轨2450包括一对平行的直线导轨2451、2452。底面2453相对于直线导轨2451、2452成一角度，因此当凸轮从动件2454和储能件2455沿着导轨移动时能提供一凸轮面。例如，支架或托架连接到凸轮从动件2454，并沿着导轨从第一点A向第二点B移动。

图25为根据一种实施方式的监视器支撑与储能结合件2500的侧视图。这一实施例说明了一些实施方式能够为部件如监视器2501提供倾斜或弯曲的轨迹。例如，图11A中的构件1104a、1104b可被弯曲成如图25所示。

图26显示调节机构2602，针对所述的一个或多个支撑机构上的可变载荷进行调节。该机构包括具有枢轴点2605的转动凸轮2604。调节机构2602对一个或两个凸轮施加力使其转动，从而产生不同的凸轮廓面。一种实施方式中，机构2602包括手动调节的螺杆。一种实施方式中，机构2602包括弹簧，这能实现凸轮轮廓的自动调节。其他实施方式包括弹簧和螺杆。

图27显示调节机构2702，针对所述的一个或多个支撑机构上的可变载荷进行调节。调节机构2702对一个或两个凸轮2705施加力，使其围绕枢轴点转动，从而产生不同的凸轮廓面。一种实施方式中，机构2702包括锁定凸轮位置的棘轮机构2704。使用者可通过调节该棘轮来控制凸轮的角度和轮廓。一种实施方式中，凸轮包括代替枢轴点的联动插槽来提供其他的凸轮轮廓(即凸轮的顶部也可活动)。

图28显示根据一种实施方式的包括调节机构2802的机构2800。一种实施方式中，调节机构2802使凸轮2806相互靠近或分离。调节机构2802包括第一链轮2808，其能转动丝杠2809来调节凸轮之间的距离。链条2814连接第一链轮2808与第二链轮2810。第二链轮2802由旋钮2812驱动。还有一丝杠2811连接到旋钮2812以调节凸轮之间的距离。使用者通过转动旋钮2812使调节机构工作。一些实施方式使用电机来驱动调节机构。相似于图27，凸轮使用连杆插槽代替枢轴点2820以提供其他的凸轮轮廓。

图29显示具有调节机构2902的机构2900，其中调节机构2902针对所述的一个或多个支撑机构上的可变载荷进行调节。调节机构2902对板簧2904施加力来调节作用在凸轮2906上的预载力。

         支撑监视器和其他计算机组件的实施例

一些实施方式中，如上所述的监视器支撑机构用于支撑和升起多种监视器和计算机组件。

例如，图30显示根据一种实施方式的计算机监视器支撑系统3010。系统3010包括监视器3020、键盘3050、工作中心支架3030、和监视器支撑机构3040。

支架3030包括底座部分3032和上部3031。上部3031滑动连接到底座部分。监视器3020和键盘3050连接到上部3031。该实施方式中，底座部分3032的侧面提供有导向件3026，用于在上部3031上升或下降时能保持笔直。上述的抽屉滑轨或其他滑轨也可使用。用于工作中心的其他选择方案落入本实施方式的范围之内。

监视器支撑机构3040连接在上部3031与下部3032之间，以提供支撑，并相对于下部3032对上部3031进行调节。机构3040总体上包括：连接到上部303 1并在导向件3026内移动的支架或托架3042；和连接到下部3032的凸轮3041。凸轮3041包括二个面向外的凸轮面3043、3044。

若对上部3031施加向下的力，该力通过托架转移到凸轮从动件3034上，并通过储能件如弹簧3035将凸轮从动件压靠在凸轮3041上。然后托架3042在导向件内移动。凸轮通过凸轮从动件和弹簧3035对上部3031施加相反的支撑力。在一种实施方式中，凸轮设计成能提供与凸轮从动件在凸轮上的位置无关的恒定的平衡力，因此能提供简单的系统来调节和保持监视器和/或键盘的位置。

有益的是，凸轮面3043、3044大体上为垂直取向，而弹簧3035的作用力为水平方向。这种结构使监视器3020相对于支架3032具有较长的行程。在一种实施方式中，提供24英寸的行程。一种实施方式提供36英寸的行程。一种实施方式提供大于36英寸的行程。

其他实施方式中，图31A、31B是分别显示监视器支撑机构的其他示例性应用的主视图和侧视图。图31A、31B中，监视器支撑机构3100用于垂直高度为20英寸的数据录入工作站，工作站具有连接到支架3101的平板监视器3102和键盘3103。其他实施方式中，可使用上述其他监视器支撑机构来替换监视器支撑机构3100。

如上所述，一些实施方式中机构的所有活动构件(即转动臂、弹簧、托架、凸轮从动件)大体上在同一移动平面内移动。这使得机构可被制成较薄的机构。这一优点可从图31B中看出，图31B示意性地显示了该机构允许监视器和键盘接近墙壁的程度。一种实施方式中，机构允许安装的监视器与墙壁之间距离不大于4英寸。其他实施方式提供其他不同距离。

在一种或多种实施方式中，几种构件如托架、轴承、和凸轮由轻质材料形成。另一种选择是，构件之间的配合面设置成光滑表面，使构件之间作相对运动时产生的摩擦力很小。其他不同的材料包括，例如热塑性塑料。

上述的实施方式是可缩放的。换句话说，本发明的一种或多种实施方式并不受机构的相对尺寸、力、或重量范围所限制。本实施方式的原理可应用于比所述示例性机构更大和更小的机构。此外，上述的一个或多个特征可以在其他实施方式中被结合或替换。

                         附加应用实施例

一些实施方式中，上述机构可应用于家具系统来提供支撑和调节；其他实施方式将上述机构应用于健身设备来提供反作用于使用者载荷的力；一些实施方式还被应用于机器人技术、军事装备、机动车车窗、和其他使用升力或支撑力的设备。

家具系统的实施例

图32显示根据一种实施方式构造的工作台3210。呈现的特征可应用于多种家具，例如包括儿童桌。

工作台3210包括主体3220和机构3230。主体3220包括第一部分3222和第二部分3224。部分3222包括工作面或支撑面3225。第二部分3224是支撑第一部分3222的基础部分。一种方案是，第一部分3222沿着导向件3226滑动连接第二部分3224，导向件3226包含第二部分3224的垂直部分3228的内表面。作为选择，第一部分3222可连接到垂直部分3228的外部。工作台的其他选择方案在本实施方式的范围之内。

机构3230连接在第一部分3222与第二部分3224之间，以相对于第二部分3224支撑和调节第一部分3222。机构3230总体上包括连接到第一部分3222并在导向件3226内移动的托架3231，和连接到第二部分3224的凸轮3232。作为选择，托架可连接到第二部分3224，凸轮可连接到第一部分3222。若对第一部分3222施加向下的力时，该力通过托架3231转移到凸轮从动件3234上。托架3231在导向件3226内移动。凸轮3232通过凸轮从动件3234对第一部分3222施加相反的支撑力。

机构3230包括上述机构的一个或多个特征。一种实施方式中，其提供垂直方向的恒力，使使用者迅速、方便地调节台面高度。一些实施方式包括如上所述的调节机构，使使用者能根据载荷来调节机构的整体强度。

图33A显示根据一种实施方式的可调物架3300。物架3300包括机构3330、第一部分3322、和第二部分3324。部分3322包括工作面或支撑面3325。第二部分3324为支撑第一部分3322的基础部分。一种方案是，第一部分3322可沿着导向件3326滑动连接第二部分3324，该导向件3326包含第二部分3324的垂直部分的内表面。

机构3330连接在第一部分3322与第二部分3324之间，以便相对于第二部分3324支撑和调节第一部分3322。该实施方式中，当工作面3325下降时，凸轮通过一个或多个凸轮从动件来压缩储能件3340。

机构3330包括上述机构的一个或多个特征。一种实施方式中，其提供垂直方向的恒力，使使用者迅速、方便地调节物架表面的高度。一些实施方式包括如上所述的调节机构，使使用者能根据载荷来调节机构的整体强度。

图33B显示根据另一种实施方式的图33A中的可调物架3300。该实施方式中，储能件可以整合到或连接到凸轮，当工作面3325下降时，凸轮会产生变形或被移置。

有益的是，上述的家具支撑系统为调节位置或支撑家具提供了简便、经济和可靠的方案。

                   健身器系统的实施例

图34显示健身器3410。该实施方式中，健身器3410为划船机。但呈现的特征可应用于多种健身器材，比如举重器材，但不限于此。

健身器3410包括主体3420、连接件3430、和施力件3400。主体3420包括在导向件3423内与主体3420滑动连接的座位3422。主体3420还包括一对支腿3424和一对脚蹬3425。主体3420的其他可供选择的构件属于本实施方式的范围之内。

连接件3430在使用者与施力机构3400之间提供可为使用者控制的连接。连接件3430总体上包括与主体3420相连的中心部分3437，和与机构3400在第一端3433相连的连接部分3431。构件3430还包括与中心部分3437转动连接的动作件3435，这使得当动作件3435转动时，与动作件3435相连的构件3434对连接件3431的第二端施加力，该力通过连接件转移给机构3400。健身器3410还包括位于动作件3435两端的一对手柄3436，使使用者能够握紧并拉动作件。

机构3400与主体3400相连并包括与连接件3431相连的托架3490。当使用者拉动手柄3436时，动作件3435转动，接着通过连接件3431对托架3490施加力。然后，托架3490在上述机构3400的导向件内移动。随之，机构3400产生与使用者的作用力相反的力。如上所述，在一种实施方式中，当托架沿着导向件滑动时，机构3400提供恒定的阻力。

如上所述，机构3400能为健身器材如健身器3410提供纤细、简化、可调、并能产生阻力的机构。

上述的一种或多种实施方式能为多种健身器提供相反的阻力。

图35为根据一种实施方式的健身器3510的主视图。该实施方式中，健身器为仰卧举重系统。但就象关于图34所述的，表达的特征可用于多种健身器材。

健身器3500包括主体3520、连接件3530、和施力件3540。主体3520包括与主体3520相连的长凳3522。主体3520还包括支腿3524。主体3520的其他可供选择的机构为本领域所熟知的，属于本实施方式的范围之内。

连接件3530在使用者与施力机构3540之间提供可为使用者控制的连接。连接件3530总体上包括沿着支撑导向件3525与主体3520滑动连接的中心部分3537，和与机构3540相连的连接部分3531。构件3530还包括与中心部分3537相连的动作件3535，这使得当使用者推举动作件3535时，其能对连接件3531施加力，该力通过连接件转移给机构3400。健身器3540还包括位于动作件3535两端的一对手柄3536，使使用者能够握紧并推举动作件。

机构3540与主体3524相连并包括与连接件3531相连的托架3590。当使用者推举手柄3536时，动作件3535上升，接着通过连接件3531对托架3590施加力。然后，托架3590在上述机构3540的导向件内移动。随之，机构3540产生与使用者的作用力相反的力。其他实施方式中，上述的其他机构可用于替换机构3540。

如上所述，在一种实施方式中，本系统可用于机器人系统。例如，一种或多种机构可用于警察或部队的枪炮演习用的人体模型。在一种典型实施方式中，当人体模型被“击中”后，机构能够提供升起该人体模型所需的升力。由于该系统能提供储存力，所以机构可通过很小的电机来驱动，因此能减小整个系统的尺寸和成本。

图38为根据本发明一个典型实施例的设备4090的平面图。设备4090包括凸轮4100和凸轮从动件4120。凸轮4100包括第一导面4102和第二导面4104。

应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，凸轮4100可具有多种实施方式。例如，本发明的凸轮可具有一个、二个、和/或多于二个的导面。作为第二个例子，本发明的设备可包括具有大体为圆锥形外形的凸轮。

凸轮从动件4120包括第一从动子4122、第二从动子4126、和弹簧4132，其中，弹簧4132的第一端4134连接第一从动子4122，第二端4136连接第二从动子4126。第一从动子4122具有第一从动面4128，其至少在第一接触点4124与凸轮4100的第一导面4102啮合。第二从动子4126具有第二从动面4130，其与凸轮4100的第二导面4104啮合。

应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，第一从动子4122和第二从动子4126可具有多种不同的实施方式。例如，在某些实施方式中，第一从动子4122和第二从动子4126各包含适于围绕枢轴转动的滚子。作为第二个例子，第一从动子4122和第二从动子4126各包含不转动的构件。

图39是图38中设备4090的另外的平面图。从图39中可以领悟到，第一从动子4122的接触角4138由第一假想线4140与假象参考线4142定义，其中第一假想线4140经过第一接触点4124与第一从动子4122的中轴线4144，假想参考线4142在第一从动子4122的中轴线4144与第二从动子4126的中轴线4146之间延伸。

图40是图38中设备4090的另外的平面图。在图40的实施方式中，示出了作用于第一从动子4122与第二从动子4126上的各种力。如图40所示，弹簧4132产生力Fs使第一从动子4122和第二从动子4126彼此相向。在图40的实施方式中，凸轮从动件4120支撑载荷。由凸轮从动件4120所支撑的载荷通常对每个滚子施加向下的力Fw。

在图40的实施方式中，第一从动子4122在第一接触点4124接触凸轮4100的第一导面4102。在优选实施方式中，第一从动子4122的第一从动面4128与凸轮4100的第一导面4102在第一接触点4124相切。如图40所示，凸轮4100的第一导面4102对第一从动子4122的第一从动面4128施加反作用力F。

反作用力F可转化为大体上平行于凸轮从动件4120轨迹的第一反作用分力，和大体上与第一反作用力正交的第二反作用分力。在图40的实施方式中，凸轮从动件4120的轨迹大体上平行于凸轮4100的纵轴线4148。

图41是图38、图39、和图40中的第一从动子4122的自由体受力图。在图41的实施方式中，第一从动子4122可认为是平衡的。在垂直于纵轴线4148的方向，平衡作用于第一从动子4122上力可得：

    Fs＝F cos Θ

在大体平行于纵轴线4148的方向，平衡作用于第一从动子4122上的力可得：

    Fw＝F sin Θ

通过上述两个公式，求解F可得：

$F=\frac{\mathrm{Fs}}{\mathrm{Cos\Θ}}=\frac{\mathrm{Fw}}{\mathrm{Sin\Θ}}$

在多种应用中载荷重量基本上保持恒定。求解Fw可得：

    Fw＝TANΘ(Fs)

图42是图38中设备4090的另外的平面图。从图42中可以理解，凸轮从动件4120至少可以在第一位置4168与第二位置4170之间运动。在图42的实施方式中，第一从动子4122的第一位置用实线表示，第一从动子4122的第二位置用虚线表示。

在优选实施方式中，凸轮4100的第一导面4102具有连续变化的斜率和/或连续变化的曲率半径，因此当凸轮从动件4120沿着凸轮4100的纵轴线4148移动时，第一从动子4122的接触角4138发生改变。在图42的实施方式中，当凸轮从动件4120位于第一位置4168时，弹簧4132具有第一变形量；当凸轮从动件4120位于第二位置4170时，弹簧4132具有第二变形量。还是在图42的实施方式中，当凸轮从动件4120位于第一位置4168时，第一从动子4122具有第一接触角4138；当凸轮从动件4120位于第二位置4170时，第一从动子4122具有第二接触角4158。如图42所示，第一接触角4138不同于第二接触角4158，第一变形量不同于第二变形量。

弹簧施加的力(Fs)等于弹簧常数K乘以弹簧的总变形量(2δ)。将这种关系代入上述公式，可得：

            Fw＝TANΘ(k)(2δ)

平衡状态下，机构产生的力等于载荷的重量。这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

在优选实施方式中，凸轮4100的第一导面4102具有连续变化的斜率和/或连续变化的曲率半径，从而当凸轮从动件4120沿着凸轮4100的纵轴线4148移动时，第一从动子4122的接触角可以改变。可选择第一导面4102的斜率和/或曲率半径来产生各种需要的力图。

在图42的实施方式中，在凸轮4100与凸轮从动件4120之间产生基本为纵向的恒力。在该实施方式中，凸轮4100设计成在凸轮从动件4120的整个运动过程中，弹簧4132的变形量基本上反比于接触角4138的三角正切函数值的相关变化量。

应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，本发明的设备可以包括各种不同类型的弹簧。适合于某些应用的弹簧例子包括卷簧、板簧、弹性弹簧、和气动弹簧。还应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，第一从动子4122及第二端4136可具有多种不同的实施方式。例如，从动子可包含具有低摩擦表面的构件，并设计成与凸轮的导面相啮合。作为第二个例子，一些实施方式中的第一从动子4122和第二从动子4126各包含适于围绕转轴旋转的滚子。

图43为根据本发明典型实施方式的设备4690的平面图。本发明的方法可用于调节设备4690的作用力。设备4690包含凸轮件4600和凸轮从动件4620。凸轮件4600包括限定第一导面4602的第一凸轮件4676和限定第二导面4604的第二凸轮件4678。凸轮从动件4620包括第一滚子4622，第一滚子4622具有至少在第一接触点与凸轮件4600的第一导面4602相啮合的第一从动面4628。在图43的实施方式中，凸轮从动件4620包括第二滚子4626，第二滚子4626具有与凸轮件4600的第二导面4604相啮合的第二从动面4630。还是在图43的实施方式中，凸轮从动件4620还包括弹簧4632，其第一端与第一滚子4622相连，第二端与第二滚子4626相连。

在优选实施方式中，凸轮件4600的第一凸轮件4676和凸轮件4600的第二凸轮件4678可彼此作相对运动。在一个具体的优选实施方式中，凸轮件4600的第一凸轮件4676与凸轮件4600的第二凸轮件4678均与基础构件4680相连，使得凸轮件4600的第一凸轮件4676与凸轮件4600的第二凸轮件4678可彼此作相对转动。

如图43所示，第一滚子4622的第一接触角4638由第一假想线4640与假想参考线4642定义，其中第一假想线4640经过第一接触点4624和第一滚子4622的中轴线，假想参考线4642在第一滚子4622的中轴线与第二滚子4626的中轴线之间延伸。在优选实施方式中，凸轮件4600的第一凸轮件4676与凸轮件4600的第二凸轮件4678可彼此作相对转动以调节接触角4638。

在不偏离本发明的精神和范围的前提下，设备4690还具有其他的实施方式。例如在一些实施方式中，凸轮件4600的第一凸轮件4676与凸轮件4600的第二凸轮件4678均与基础构件滑动连接，使得凸轮件4600的第一凸轮件4676与凸轮件4600的第二凸轮件4678可以沿着调节轴线彼此作相对运动。在本发明的一个方法中，通过使凸轮件4600的第一凸轮件4676与凸轮件4600的第二凸轮件4678沿着调节轴线彼此作相对运动，可以对设备4690产生的力进行调节。在这个典型的实施方式中，凸轮件4600的第一凸轮件4676与凸轮件4600的第二凸轮件4678可彼此作相对运动来调节弹簧4632的偏移。一些实施方式中，调节轴线可设计成基本上垂直于凸轮件4600的纵轴线4648。

图44为根据本发明另一种典型实施方式的设备5100的立体图。图44中的设备5100包括发力机构5104和枢轴机构5102。在一种实施方式中，设备5100的发力机构5104设计成能在其纵向运动方向产生基本恒定的力。在优选实施方式中，恒力的大小可使用调力机构5106进行调节。

在图44的实施方式中，调力机构5106包括丝杠5108、第一调节齿轮5188、和第一蜗杆5120。第一调节齿轮5188固定到丝杆5108上并邻近其一端。如图44所示，第一蜗杆5120设置成与第一调节齿轮5188相互咬合。第一蜗杆5120具有扳手插孔，其优选用于扳手，例如方孔内六角扳手。有一调节装置5124与丝杠5108螺旋连接。

设备5100的发力机构5104包括凸轮5000和凸轮从动件5020。凸轮5000具有第一导面5002和第二导面5004。凸轮从动件5020包括第一滚子5022和第二滚子5026，其中，第一滚子5022的第一从动面5028至少在第一接触点可与凸轮5000的第一导面5002相啮合，第二滚子5026的第二从动面5030与凸轮5000的第二导面5004相啮合。凸轮从动件5020还包括弹簧件5032，其能将第一滚子5022偏压至凸轮5000的第一导面5002。弹簧件5032还优选设置成将第二滚子5026偏压至凸轮5000的第二导面5004。

弹簧件5032包括第一板簧5126A、第二板簧5126B、和调节装置5124。如图44所示，第一板簧5126A和第二板簧5126B均固定在调节装置5124上。发力机构5106的丝杠5108设置成与调节装置5124螺纹配合。在本发明的一个优选方法中，调力机构5106可用于使调节装置5124沿着发力机构5106的纵轴线产生移动。在一个优选实施方式中，调节装置5124沿着纵轴线的移动可以改变第一板簧5126和第二板簧5128的有效长度。在一个具体的优选实施方式中，调节装置5124沿着纵轴线的移动既可以改变第一板簧5126和第二板簧5128的有效长度，又可以改变他们的预紧力。

在本发明的一个优选方法中，可以改变第一板簧5126和第二板簧5128的预紧力，使设备5100能够支撑不同重量的载荷。该优选方法中，同一台设备可以使用多种具有不同重量的装置。

图45为图44中设备5100的平面图。从图45中应该理解到，枢轴机构5102包含轴5130和环绕轴5130设置的扭转弹簧5140。转动机构5192的安装托架5132设置成与轴5130枢转啮合。扭转弹簧5140的第一端5136连接到安装托架5132。扭转弹簧5140的第二端5134连接到第二调节齿轮5194。第二调节齿轮5194的多个轮齿与第二蜗杆5196的齿相互咬合。第二蜗杆5196包括调节工具接口。在该图的实施方式中，调节工具接口包含适用于方孔内六角扳手的插孔。旋转第二蜗杆5196导致扭转弹簧5140的一端转动。在该图的实施方式中，可以使扭转弹簧5140的一端相对于扭转弹簧5140的另一端转动，使扭转弹簧5140产生预扭矩。

应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，第一蜗杆5120和第二蜗杆5196可具有各种不同的实施方式。例如，尽管本发明典型实施方式包括的蜗杆具有适用于方孔内六角扳手的插孔，但也可使用其他实施方式的蜗杆。例如，本发明的设备包括的蜗杆设计成能与其他类型的工具相匹配(例如TORX工具)。作为第二个例子，本发明的设备包括与旋钮相连的蜗杆。

在设备5100的其他实施方式中，调力机构5106与调扭矩机构5103同步。例如在一些实施方式中，第一调节齿轮5188的运动与第二调节齿轮5194的运动同步。例如，第一调节齿轮5188和第二调节齿轮5194均与单一蜗杆相咬合。

图46为根据本发明的计算机监视器组件5284的平面图。计算机监视器组件5284包括监视器5286和支架组件5205。支架组件5205包括枢轴机构5202。在图46的实施方式中，枢轴机构5202适于围绕转轴5207转动。监视器5286包括显示面5237。

在图46的实施方式中，枢轴机构5202适于使监视器5286在不同的位置之间转动，其中包括第一位置5239和第二位置5249。图46中，第二位置5249用虚线表示。在图46的实施方式中，当监视器5286位于第一位置5239时，显示面5237基本上垂直定向。还是在图46的实施方式中，当监视器5286位于第二位置5249时，显示面5237向下倾斜，与垂直方向所成的角度大约为10°。

图47为图46中计算机监视器组件5284的另一平面图。从图47中可以理解，使用枢轴机构5202对监视器5286进行转动还可获得监视器5286的第三位置5243。图47中，第一位置5239用实线表示，第三位置5243用虚线表示。在图47的实施方式中，当监视器5286处于第三位置5243时，显示面5237向上倾斜，与垂直方向所成的角度大约为30°。

在图46和图47的实施方式中，监视器5286的重量对转轴5207作用有扭矩。扭矩的大小可通过下面的关系式来表达：

            T＝WL Cos θ

该关系式中，W为监视器的重量，L为力臂(如转轴5207与监视器5286重心5209之间的距离)，θ为监视器5286相对于水平参考面的倾角。需要注意的是，在转动监视器5286的过程中，力臂的有效长度(L)会随着监视器5286重心5209与转轴5207之间的距离的改变而发生变化。

在图46和图47的实施方式中，由监视器5286的重量产生的扭矩基本上优选通过扭矩产生机构5223平衡。

例如，扭矩产生机构5223产生的扭矩与由监视器的重量产生的扭矩基本上大小相等、方向相反。在图46、47的实施方式中，扭矩产生机构5223产生的响应扭矩包括由扭转弹簧5240生成的扭矩和摩擦扭矩。枢轴机构5202还可以包括摩擦力产生机构5225。由扭转弹簧5240产生的扭矩可通过下面的数学关系式来表达：

        T＝Kα

该关系式中，K为扭转弹簧的弹簧常数(例如每旋转1°所产生的不到1磅的力)，α为旋转的度数。在优选实施方式中，通过对扭转弹簧进行足够的预扭曲，产生平衡监视器重量所需的弹簧扭矩。

图48为扭转弹簧5240产生的扭矩和监视器5286在其转动时所产生的扭矩的曲线图。图48中的曲线表示由8种不同重量的监视器所产生的扭矩。图48中还包括8条直线，每条直线表示扭转弹簧所产生的扭矩。可通过改变作用于扭转弹簧上的预扭曲的量对扭转弹簧进行调节，以平衡由8台监视器中的每一台所产生的扭矩。

从图48中可知，枢轴机构2502的扭转弹簧5240所产生的扭矩与监视器的角坐标基本上呈线性关系。而且从图48中还可知，监视器的重量围绕枢轴所产生的扭矩基本上呈非线性变化。在优选实施方式中，旋转托架5227与框架5229之间的摩擦力相对很小。在本发明的优选方法中，可以选择摩擦力的大小，以便提供平稳的操作并补偿由重力在枢轴上所产生的扭矩的非线性偏差与扭转弹簧所产生的扭矩之间的差距。下面将对摩擦力的大小作详细说明。在本发明的一个方法中，扭转弹簧5240所形成的直线仅在30°与-10°之间的角度可与监视器的非线性扭矩曲线相交。

图49为监视器5286的角坐标与扭转弹簧5240所产生的扭矩的曲线图。曲线5233还表示由监视器所产生的扭矩。如前面所述，枢轴机构5202还可以包括摩擦力产生构件。摩擦力产生构件的偏差如图49所示。由于在监视器的转动过程中，有效力臂长度会发生改变，所以监视器重量所产生的扭矩呈非线性变化。这种非线性变化可以使用线性变化的弹簧扭矩予以平衡。通过优化扭转弹簧常数和弹簧的预变形量，可实现非线性变化扭矩与线性变化扭矩之间的最佳匹配。枢轴机构的固定支座与枢轴机构的旋转支座之间的相互接触能够产生摩擦力。如图49所示，摩擦扭矩的偏差基本上呈线性。在优选实施方式中，摩擦扭矩极小化。例如，摩擦扭矩可保持在不大于实现平稳操作所需的水平。极小化摩擦扭矩可以减小使用者调节监视器所需的调节力。

图50A和图50B为窗户组件的平面图，每个窗户组件都包含具有凸轮和凸轮从动件的机构4182。凸轮可以包括第一导面和第二导面。凸轮从动件可以包括第一从动子和第二从动子，其中第一从动子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二从动子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。机构还可以包括弹簧，其第一端与第一从动子相连，第二端与第二从动子相连。

在不偏离本发明的精神和范围的前提下，窗户4184可以固定到凸轮和凸轮从动件之一上。同样，窗架4186也可以固定到凸轮和凸轮从动件的另一个上。在所示的实施方式中，窗户4184固定到凸轮上，而窗架4186则固定到凸轮从动件上。

图51A和图51B为典型家具的立体图，每套家具具有关抽屉组件，该组件包括具有凸轮和凸轮从动件的机构4188。凸轮可以包括第一导面和第二导面。凸轮从动件可以包括第一从动子和第二从动子，其中第一从动子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二从动子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。机构还可以包括弹簧，其第一端与第一从动子相连，第二端与第二从动子相连。

在图51A和图51B的实施方式中，抽屉4189固定到凸轮上，家具4190的架子4187固定到凸轮从动件上。其他实施方式中，抽屉4189可以固定到凸轮从动件上，而架子4187则固定到凸轮上。

图52A-52D为根据本发明的关门组件的平面图。每个关门组件包含具有凸轮和凸轮从动件的机构4190。凸轮可以包括第一导面和第二导面。凸轮从动件可以包括第一从动子和第二从动子，其中第一从动子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二从动子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。机构还可以包括弹簧，其第一端与第一从动子相连，第二端与第二从动子相连。

在图52A的实施方式中，机构4190被设置在关门组件的铰链内。在图52B的实施方式中，机构4190被设置在关门组件的门4192内。在图52C的实施方式中，机构4190被设置在关门组件的门框内。在图52D的实施方式中，机构4190在门4192与门框4194之间延伸。

图53为椅子组件的平面图，包含具有凸轮和凸轮从动件的机构4196。凸轮可以包括第一导面和第二导面。凸轮从动件可以包括第一从动子和第二从动子，其中第一从动子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二从动子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。机构还可以包括弹簧，其第一端与第一从动子相连，第二端与第二从动子相连。

在所示的实施方式中，椅背4197连接凸轮从动件，椅架4198连接凸轮。在其他实施方式中，椅背4197连接凸轮，椅架4198连接凸轮从动件。

图54为车门组件的平面图，包含具有凸轮和凸轮从动件的机构4203。凸轮可以包括第一导面和第二导面。凸轮从动件可以包括第一从动子和第二从动子，其中第一从动子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二从动子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。机构还可以包括弹簧，其第一端与第一从动子相连，第二端与第二从动子相连。

在所示的实施方式中，窗户4205连接凸轮从动件4120，门框4207连接凸轮4100。在其他实施方式中，窗户4205连接凸轮4100，门框4207连接凸轮从动件4120。

图55为篮球架组件的立体图，包含具有凸轮4100和凸轮从动件4120的机构4903。凸轮可以包括第一导面和第二导面。凸轮从动件可以包括第一从动子和第二从动子，其中第一从动子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二从动子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。机构还可以包括弹簧，其第一端与第一从动子相连，第二端与第二从动子相连。

在所示的实施方式中，球杆4905连接凸轮4100，篮板4907连接凸轮从动件4120。在其他实施方式中，球杆4905连接凸轮从动件4120，篮板4907连接凸轮4100。

图56为家庭娱乐组件的立体图，包含具有凸轮和凸轮从动件的机构4923。凸轮可以包括第一导面和第二导面。凸轮从动件可以包括第一从动子和第二从动子，其中第一从动子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二从动子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。机构还可以包括弹簧，其第一端与第一从动子相连，第二端与第二从动子相连。

图56中的家庭影院组件包括多个扬声器4927。每个扬声器4927通过机构4923与墙壁4925相连。每个机构4923使得连接的扬声器4927可以选择定位。例如，选择定位每个扬声器4927以获得最佳的声音品质。

图57为家庭娱乐组件的立体图，包含具有凸轮和凸轮从动件的机构4929。凸轮可以包括第一导面和第二导面。凸轮从动件可以包括第一从动子和第二从动子，其中第一从动子的第一从动面至少在第一接触点与凸轮的第一导面啮合，第二从动子的第二从动面与凸轮的第二导面啮合。机构还可以包括弹簧，其第一端与第一从动子相连，第二端与第二从动子相连。

图57的家庭娱乐组件包括显示器4930，通过机构4929与墙壁4925相连。机构4929可用来选择定位显示器4930。例如，观看者可对显示器4930进行选择定位以获得最佳视角。

图58为根据本发明其他实施方式的设备4499的平面图。设备4499包括第一导向体4460和设置成沿着第一导向体4460移动的第一从动子4464。设备4499的第二从动子4466设置成沿着设备4499的第二导向体4462移动。在优选实施方式中，设备4499包括能促使第一从动子4464和第二从动子4466彼此相向的机构。在图58的实施方式中，有一弹簧4463在第一从动子4464与第二从动子4466之间延伸。

第一导向体4460限定第一弧线轨迹，第二导向体4462限定第二弧线轨迹。在优选实施方式中，第一弧线轨迹具有连续变化的斜率和/或连续变化的曲率半径。在具体的优选实施方式中，第二弧线轨迹的半径基本上为第一和弧线轨迹的镜像。

图59为根据本发明其他实施方式的设备5300的平面图。设备5300包括与臂5350枢轴连接的安装支座5332。臂5350与底座5348枢轴连接。臂5350包括凸轮面5352。设备5300还包括电缆5338，电缆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与弹簧5340的一端相连。弹簧5340的另一端连接到调节螺钉5356。在图59的实施方式中，调节螺钉5356通过调节零件5324与弹簧5340相连。该实施方式中，调节螺钉5356与调节零件5324螺纹配合。

图60为根据本发明其他典型实施方式的设备5400的平面图。设备5400包含与底座5448枢轴连接的臂5450。凸轮构件5458固定到臂5450上。设备5400还包括具有第一端5436和第二端5434的电缆5438。电缆5438的第二端5434与锚构件5446相连。电缆5438的第一端5436与弹簧5440的一端相连。弹簧5440的另一端连接臂5450。在图60的实施方式中，臂5450包括销钉5444，弹簧5440包括挂钩5442挂在销钉5444上。在图60的实施方式中，锚构件5446适于选择性地与底座5448连接或分离。例如，可以选择性地将锚构件5446与底座5448分开，然后进行移动以改变弹簧5440的预紧力，最后再选择性地固定到底座5448上。图60中的设备5400还包括安装支座5432，该支座与臂5450的一端枢轴连接。

图61为根据本发明另一实施方式的枢轴机构的平面图。枢轴机构4599包括凸轮4500和凸轮从动件4520。凸轮4500具有第一导面4502。凸轮从动件4520包括具有第一从动面4528的第一从动子4522，该第一从动面4528至少在第一接触点4524处能与凸轮4500的第一导面4502啮合。在图61的实施方式中，凸轮从动件4520还包括偏压机构，用于迫使第一滚子4522靠在凸轮4500的第一导面4502上。在图61的实施方式中，偏压机构包括弹簧4532。

第一滚子4522具有第一接触角4538，其由第一假想线4540与假想参考线4542定义，其中第一假想线4540经过第一接触点4524与第一滚子4522的中轴线4544，而假想参考线4542基本水平。在优选实施方式中，凸轮4500的第一导面4502具有连续变化的斜率和/或连续变化的曲率半径，使得当凸轮4500绕其旋转轴4554转动时，第一滚子4522的接触角4538改变。在具体的优选实施方式中，凸轮4500设计成，凸轮4500绕着旋转轴4554的转动能使弹簧4532变形，并使第一滚子4522的接触角4538改变，从而在凸轮4500的整个转动过程中，作用在凸轮4500上的扭矩4556大小基本恒定。在有益的实施方式中，在凸轮从动件4520的整个运动过程中，弹簧4532的变形量基本上反比于接触角4538的三角正切函数值的相关变化量。

图62为根据本发明其他实施方式的枢轴机构5500的平面图。枢轴机构5500包括定义导轨5574的导向构件5560，和包括滚子5564的从动件5568。从动件5568还包括偏压机构5535，用来将滚子5564压靠在导轨5574的一边。在图62的实施方式中，偏压机构5535包含第一弹簧5540。如图62所示，从动子5568与导向构件5560通过第一轴5582A枢轴连接。

如图62所示，导向构件5560的导轨5574基本上定义一弧形路径。滚子5564优选设置成沿着该弧形路径移动。滚子5564与导向构件5560之间形成接触角。在优选实施方式中，由导向构件5560的导轨5574所定义的弧形路径具有连续变化的斜率和/或连续变化的曲率半径，使第一滚子5564的接触角随着从动件5568绕着第一轴5582A相对于导向构件5574的转动而变化。在具体的优选实施方式中，导轨5574设计成，从动件5568绕着第一轴5582A的转动能使弹簧5540变形，并使滚子5564的接触角改变，从而在从动件5568的整个转动过程中，导向构件5574与从动件5568之间的作用的扭矩的大小基本恒定。在有益的实施方式中，在滚子5564于导轨5574内的整个移动过程中，弹簧5540的变形量基本上反比于接触角的三角正切函数值的相关变化量。

图63为图62中枢轴机构5500的附加平面图。从图63中可以理解，枢轴机构5500包括第一轴5582A和第二轴5582B。从图63中还可以理解，偏压机构5535的第一弹簧5540在第一轴5582A与第二轴5582B之间延伸。如图63所示，偏压机构5535还包括在第一轴5582A与第二轴5582B之间延伸的第二弹簧5540。在图63的实施方式中，从动件5568和导向构件5560围绕第一轴5582A作相对转动。还是在图63的实施方式中，滚子5564绕着第二轴5582B转动。

图64为根据本发明其他典型实施方式的枢轴机构5602的平面图。枢轴机构5602包括限定第一导轨的第一导向构件5560A和限定第二导轨的第二导向构件5560B。在图64的实施方式中，枢轴机构5602包括具有第一滚子5664A和第二滚子5664B的从动件5668。如图64所示，第一滚子5664A设置在第一导向构件556A所限定的第一导轨内。还是如图64所示，第二滚子5664B设置在第二导向构件5660B所限定的第二导轨内。

从动件5668包括在第一滚子5664A与第二滚子5664B之间延伸的第二轴5678。从图64中可以理解，枢轴机构5602包括第一轴5682。在图64的实施方式中，第一导向构件5560A和第二导向构件5560B设置成围绕第一轴5682转动。

图65为图64中枢轴机构5602的另一平面图。在图65的实施方式中，第一导向构件5660A和第二导向构件5660B被绕着第一轴5682A转动。从图65中可以理解，枢轴机构5602包括偏压机构5635。如该实施方式所示，偏压机构包括多个弹簧5680。在优选实施方式中，第一导向构件5660A和第二导向构件5660B各限定一弧形路径。还是在该优选实施方式中，第一滚子5664A、第二滚子5664B、和第二轴5678设置成沿着由第一导向构件5660A和第二导向构件5660B所限定的弧形路径移动。在具体的优选实施方式中，当第一导向构件5660A和第二导向构件5660B围绕第一轴5682A转动时，第一滚子5664A、第二滚子5664B、和第一轴5682A沿着由第一导向构件5660A和第二导向构件5660B所限定的弧形路径移动，使弹簧5680的变形量改变。

此处公开的内容所考虑的本发明的设备作为人们在操作装置时能够减少体力的辅助机构时很有用。例如，使用这里公开的装置的辅助设备能使手上没什么力气的老人或其他一些手不太灵活的人也能容易地操作窗户、门、碗橱、及其他装置或设备。已经显示和说明了本发明的几种形式，对于本领域的技术人员来说，其他形式也是显而易见的。应该理解的是，在附图中和上文中所说明的实施方式仅作为描述性的目的，而并不是为了限制由下面权利要求所限定的本发明的范围。

                             结论

需要一种监视器支撑机构，其机构紧凑、制造和维护成本低、可靠性高、调节方便、适于多种不同尺寸的监视器、具有较长行程、并在定位监视器时能提供恒定的支撑力。

因此，本发明的发明人针对向监视器提供力和定位控制的方法、系统、和机构进行了设计。在一种实施方式中，监视器的支撑方法包括将上升力曲线储能件中的力转化为基本恒定的支撑力来支撑监视器。

一方面，监视器的支撑方法包括提供协同定位的储能件和凸轮，使它们能沿着移动路径彼此作相对运动。当储能件沿着路径相对于凸轮运动时，凸轮移动储能件，从而改变储能件对凸轮的作用力，然后凸轮将储能件的作用力转化为监视器的支撑力。

一方面提供一种监视器支撑机构。在一种实施方式中，监视器支撑机构包括储能件和凸轮。储能件和凸轮协同定位，使得当储能件沿着路径相对于凸轮运动时，凸轮移动储能件，从而改变储能件的力，然后凸轮将储能件的力转化为基本恒定支撑力来支撑监视器。

在机构的一个示例性应用中，安装在机构上的组件的高度、位置、和/或水平位置可以调节。例如，为了移动监视器，托架的一部分或监视器被夹持，并施加力来克服组件之间的摩擦阻力，作为例子该摩擦阻力可以小到1或2镑。去掉移动力后，组件在新位置被支撑住。因此，即便是很大的载荷，也能使用很小的力气进行安全轻松地调节。

此外，在一种或多种实施方式中，沿着路径每移动单位距离，储能件便储存(或消耗)恒定级别的能量。这能使沿着路径的调节变得容易。

其他优点是在于，本发明的监视器支撑系统所提供的机构结构紧凑、可缩放、行程长、且外型纤细。而且，监视器支撑机构成本低、重量轻。其它优点是，多个组件可以同时安装在一个机构上，以便组件作共同运动并能有效使用空间。在一种实施方式中，可对单一机构进行变化或调节，便于使该同一机构能平衡各种不同重量的组件。而且，本发明并不受机构的相对尺寸的限制。与那些作为例子的机构相比，本发明的实施原理可以应用于更小或更大的机构。此外，上述的一个或多个特征可以在其它实施方式中被结合或替换。

材料的其他变化包括热成形塑料，仅作为例子。这能批量生产并降低成本。

此外，上述机构的一种或多种实施方式可用于多种不同应用。例如，计算机监视器、键盘、家具、或健身器。

应该理解的是，上面的说明书仅作为一般性的描述而不作为限制。对于本领域的技术人员来说，通过阅读上面的说明书并加以理解，多种其他实施方式将变的显而易见。应该注意的是，说明书的不同部分所讨论的实施方式或者不同附图中所参考的实施方式可以通过结合来形成本发明的其他实施方式。本发明的范围应该由附属权利要求及其等价物的全部范围加以限定。

Claims (74)

1、一种设备，包括：

凸轮(4200)，其至少具有第一导面(4202)；

凸轮从动件(4220)，包括：至少在第一接触点(4224)能与凸轮(4200)的第一导面(4202)啮合的第一从动面(4228)；和迫使第一从动面(4228)靠在凸轮(4200)第一导面(4202)上的装置；

第一从动面(4228)和凸轮(4200)的第一导面(4202)确定了一接触角(4238)；以及

凸轮(4200)的第一导面(4202)设计成，当凸轮从动件(4120)沿着凸轮(4100)的纵轴线(4148)移动时，第一从动子(4122)的接触角(4138)基本连续改变。

2、如权利要求1所述的设备，其中凸轮(4100)的第一导面(4102)具有基本上连续变化的斜率。

3、如权利要求1所述的设备，其中凸轮(4100)的第一导面(4102)具有基本上连续变化的曲率半径。

4、如权利要求1所述的设备，其中接触角(4238)由第一假想线(4240)与假想参考线(4242)确定，第一假想线(4240)经过第一接触点(4224)和第一从动面(4228)的中轴线(4244)。

5、如权利要求1所述的设备，其中迫使第一从动面(4228)靠在凸轮(4200)第一导面(4202)上的装置包含弹簧(4232)。

6、如权利要求5所述的设备，其中弹簧(4232)包含板簧。

7、如权利要求5所述的设备，其中弹簧(4232)包含卷簧。

8、如权利要求5所述的设备，其中弹簧(4232)包含气动弹簧。

9、如权利要求5所述的设备，其中弹簧(4232)包含橡胶材料。

10、如权利要求5所述的设备，其中在凸轮从动件(4220)的整个运动过程中，弹簧(4232)的变形量基本上反比于接触角(4238)的三角正切函数值的相关变化量。

11、如权利要求5所述的设备，其中凸轮(4200)设计成，在凸轮从动件(4220)的整个运动过程中，凸轮从动件(4220)沿着凸轮(4200)的纵轴线(4248)运动，使弹簧(4232)产生变形，并使第一从动面(4228)的接触角(4238)改变，从而使作用在第一从动面(4228)上的反作用力(4250)的轴向分力(4252)的大小基本恒定。

12、一种设备，包括：

凸轮(4100)，其具有第一导面(4102)和第二导面(4104)；

凸轮从动件(4220)，包括：第一从动子(4122)，其具有至少在第一接触点(4124)能与凸轮(4100)的第一导面(4102)啮合的第一从动面(4128)；第二从动子(4126)，其具有与凸轮(4100)的第二导面(4104)啮合的第二从动面(4130)；和弹簧(4132)，其第一端(4134)连接第一从动子(4122)，第二端(4136)连接第二从动子(4126)；

第一从动子(4122)的接触角(4138)由第一假想线(4140)与假想参考线(4142)定义，第一假想线(4140)经过第一接触点(4124)和第一从动子(4122)的中轴线(4144)，假想参考线(4142)经过第一从动子(4122)的中轴线(4144)和第二从动子(4126)的中轴线(4146)；以及

凸轮(4100)的第一导面(4102)设计成，随着凸轮从动件(4120)沿着凸轮(4100)纵轴线(4148)的移动，第一从动子(4122)的接触角(4138)基本上连续变化。

13、如权利要求12所述的设备，其中凸轮(4100)的第一导面(4102)具有基本连续变化的斜率。

14、如权利要求12所述的设备，其中凸轮(4100)的第一导面(4102)具有基本连续变化的曲率半径。

15、如权利要求12所述的设备，其中凸轮(4100)设计成，在凸轮从动件(4120)的整个移动过程中，凸轮从动件(4120)沿着凸轮(4100)的纵轴线(4148)移动，使弹簧(4132)产生变形，并使第一从动子(4122)的接触角(4138)改变，从而使作用在第一从动子(4122)上的反作用力(4150)的轴向分力(4152)的大小基本恒定。

16、如权利要求12所述的设备，其中凸轮(4100)设计成，在凸轮从动件(4120)的整个运动过程中，凸轮从动件(4120)沿着凸轮(4100)的纵轴线(4148)运动，使弹簧(4132)产生变形，并使第一从动子(4122)的接触角(4138)改变，从而使作用在第一从动子(4122)上的反作用力(4150)的轴向分力(4152)的大小大体上可以变化。

17、如权利要求12所述的设备，其中凸轮(4100)设计成，在凸轮从动件(4120)的整个运动过程中，弹簧(4132)的变形量基本上反比于接触角(4138)的三角正切函数值的相关变化量。

18、如权利要求12所述的设备，其中弹簧(4132)的弹簧(4132)常数基本上能反映变形量与弹簧(4132)力之间的线性关系。

19、如权利要求12所述的设备，其中弹簧(4132)的弹簧(4132)函数基本上能反映变形量与弹簧(4132)力之间的非线性关系。

20、如权利要求12所述的设备，其中凸轮(4100)关于其纵轴线(4148)基本对称。

21、一种设备，包括：

凸轮(4300)，其具有第一导面(4302)、第二导面(4304)、和纵轴线(4348)；

凸轮从动件(4320)，包括：第一滚子(4322)，其具有至少在第一接触点(4324)能与凸轮(4300)的第一导面(4302)啮合的第一从动面(4328)；第二滚子(4326)，其具有与凸轮(4300)第二导面(4304)啮合的第二从动面(4330)；和弹簧(4332)，其第一端(4334)连接第一滚子(4322)，第二端(4336)连接第二滚子(4326)；

第一滚子(4322)的接触角(4338)由第一假想线(4340)与假想参考线(4342)定义，第一假想线(4340)经过第一接触点(4324)和第一滚子(4322)的中轴线(4344)，假想参考线(4342)经过第一滚子(4322)的中轴线(4344)和第二滚子(4326)的中轴线(4346)；

凸轮从动件(4320)可以沿着纵轴线(4348)在第一位置(4368)与第二位置(4370)之间移动；

弹簧(4332)在凸轮从动件(4320)处于第一位置(4368)时具有第一变形量，在凸轮从动件(4320)处于第二位置(4370)时具有第二变形量；

当凸轮从动件(4320)位于第一位置(4368)时，第一滚子(4322)具有第一接触角(4338)，当凸轮从动件(4320)位于第二位置(4370)时，第一滚子(4322)具有第二接触角(4358)；以及

第一接触角(4338)不等于第二接触角(4358)。

22、如权利要求21所述的设备，其中第一变形量不等于第二变形量。

23、如权利要求22所述的设备，其中第二变形量大于第一变形量，第二接触角(4358)小于第一接触角(4338)。

24、如权利要求22所述的设备，其中第二变形量大于第一变形量，第二接触角(4358)的三角正切函数值小于第一接触角(4338)的三角正切函数值。

25、如权利要求24所述的设备，其中第一变形量与第二变形量的第一比值基本等于第一接触角(4338)的三角正切函数值与第二接触角(4358)的三角正切函数值的第二比值。

26、一种可沿着运动轨迹活动的监视器的支撑方法，该方法包含将储能件的上升力曲线转化为基本恒定的支撑力来支撑监视器。

27、如权利要求26所述的方法，其中所述转化包含：凸轮面被定向成能沿着大体上为垂直方向的轨迹运动，并且不平行于储能件的作用力。

28、一种用来支撑可沿着运动轨迹运动的监视器的方法，该方法包含：

提供储能件和凸轮，储能件和凸轮协同定位，以便能沿着运动轨迹彼此作相对运动；

其中，当储能件沿着轨迹相对于凸轮运动时，凸轮移动储能件，从而改变储能件对凸轮的作用力，其中，凸轮将储能件的作用力转化为监视器的支撑力。

29、如权利要求28所述的方法，其中支撑力平行于轨迹。

30、如权利要求28所述的方法，其中，当储能件沿着轨迹运动时，凸轮移动储能件的速率不同于储能件沿着轨迹的运动速率。

31、如权利要求28所述的方法，其中，凸轮被定向成能够基本上沿着运动轨迹的方向运动。

32、如权利要求28所述的方法，其中，储能件的定位使储能件的作用力方向不平行与轨迹方向。

33、一种用来支撑可沿着运动轨迹运动的监视器的方法，该方法包含：

提供储能件和凸轮，储能件和凸轮协同设置，以便能彼此作相对运动，从而来限定一轨迹，其中，当储能件相对于凸轮运动时，在基本正交的方向储能件对凸轮施加第一变力，其中凸轮将所述第一变力转化为运动轨迹方向的基本恒定的支撑力以支撑监视器。

34、如权利要求33所述的方法，其中凸轮取向基本上相对于轨迹垂直。

35、如权利要求33所述的方法，其中储能件第一作用力的方向基本上相对于轨迹为横向。

36、如权利要求33所述的方法，其中在储能件移动时，凸轮移动储能件的速率不同于储能件沿着轨迹的运动速率。

37、一种可沿着运动轨迹运动的监视器的支撑方法，该方法包括：

提供储能件，该储能件的作用力方向不平行于轨迹，其中在储能件相对于轨迹移动时，所述力是可变的；和

提供凸轮，该凸轮将所述力转化为与轨迹平行的第一反作用分力和与第一反作用力正交的第二反作用分力；

其中，第一反作用分力支撑监视器，并且当储能件的力改变时，第一反作用分力基本上能保持在恒定水平。

38、如权利要求37所述的方法，其中不平行于轨迹的所述方向大体上与轨迹正交。

39、一种监视器支撑机构，包括：

储能件；和

凸轮；

其中，储能件与凸轮被协同定位，使得在储能件沿着轨迹相对于凸轮移动时，凸轮移动储能件，从而改变储能件的力，其中，凸轮将储能件的力转化为基本恒定的支撑力来支撑监视器。

40、如权利要求39所述的监视器支撑机构，其中支撑力平行于轨迹。

41、如权利要求39所述的监视器支撑机构，其中随着储能件沿着轨迹移动，凸轮移动储能件的速率不同于储能件沿着轨迹的运动速率。

42、如权利要求39所述的监视器支撑机构，其中凸轮的取向能使凸轮的运动方向基本上沿着运动轨迹。

43、如权利要求39所述的监视器支撑机构，其中储能件的位置使得储能件的作用力方向不平行于轨迹。

44、一种监视器支撑机构，用于支撑可沿着运动轨迹运动的监视器，该监视器支撑机构包括：

具有凸轮面的凸轮；

沿着凸轮面移动的凸轮从动件；和

以不平行于轨迹的方向对凸轮从动件施加力的储能件，其中凸轮从动件以不平行于轨迹的方向将所述力转移到凸轮面上；

其中所述凸轮面将所述力转化为与轨迹平行的第一反作用分力已经与第一反作用力正交的第二反作用分力，其中，在储能件沿着轨迹相对于凸轮移动时，所述储能件的力改变，并且在储能件的力改变时，所述第一反作用分力为支撑监视器的基本恒定的支撑力。

45、如权利要求44所述的监视器支撑机构，其中凸轮面的取向基本垂直。

46、如权利要求44所述的监视器支撑机构，其中储能件的位置使得储能件的作用力方向不平行于轨迹。

47、一种监视器支撑机构，包括：

具有相关的运动轨迹的导向件；

具有凸轮轮廓的凸轮；

适于在凸轮上移动的凸轮从动件；

施力件，其对凸轮从动件施加力以迫使凸轮从动件靠在凸轮上，所述力的方向不平行于运动轨迹，凸轮对凸轮从动件施加一反作用力，其将施力件的力转化为运动轨迹方向的第一反作用分力以及一第二反作用分力；和

与监视器连接的托架，其与至少一个凸轮从动件连接，并与导向件活动连接，且可沿着运动轨迹运动，随着托架沿着运动轨迹运动，所述施力件作用在凸轮从动件上的力增加；

其中，所述凸轮面轮廓包含一形状，使第一反作用分力基本上为恒定的支撑力来支撑监视器。

48、如权利要求47所述的监视器支撑机构，进一步包括臂，该臂转动连接到所述托架，并具有连接到至少一个凸轮从动件的远端。

49、如权利要求48所述的监视器支撑机构，其中所述臂包括多个沿着臂的长度设置的连接点，所述施力件为弹簧，该弹簧至少通过多个连接点中的一个连接到所述臂。

50、如权利要求47所述的监视器支撑机构，其中所述凸轮轮廓通常面对运动轴线且不与其相交。

51、如权利要求47所述的监视器支撑机构，其中所述运动轨迹的方向为垂直方向。

52、如权利要求47所述的监视器支撑机构，其中所述凸轮包括一对面向内的对立凸轮面，它们之间的宽度朝着所述凸轮面的底端减小。

53、如权利要求47所述的监视器支撑机构，其中所述凸轮包括一对面向外的凸轮面，它们之间的宽度朝着所述凸轮面的底端增加。

54、如权利要求47所述的监视器支撑机构，其中所述托架、凸轮从动件以及储能件均在一大致平面的结构内作相对运动。

55、如权利要求47所述的监视器支撑机构，进一步包含一用于增加施力件上预载力的构件。

56、如权利要求47所述的监视器支撑机构，其中摩擦力阻止托架的移动，除非该摩擦力被施加在托架上的预定外力所克服。

57、一种监视器支撑机构，包含：

具有一导向件与其连接的支架；

具有二个对立凸轮面的凸轮，凸轮面之间存在距离，该距离从凸轮的上部到下部发生变化，其中导向件在二个对立凸轮面之间；

二个枢转件，每个均具有一凸轮从动件与其连接，所述凸轮从动件适于在对立凸轮面上移动，且凸轮从动件与所述枢转件连接；

在二个枢转件之间至少连接有一个弹簧；

托架，其与所述二个枢转件连接，并与所述监视器连接，所述托架与所述导向件活动连接，其中当托架沿着导向件移动时，所述凸轮从动件沿着凸轮面移动。

58、如权利要求57所述的监视器支撑机构，其中，所述至少一个弹簧毗邻所述枢转件的远端设置。

59、一种监视器支撑机构，包括：

具有一导向件与其连接的支架；

具有凸轮面的凸轮，该凸轮具有围绕所述导向件形成的曲面；

至少一个凸轮从动件，其适于在所述凸轮面上移动；

扭转弹簧，其施加力以迫使所述凸轮从动件靠着所述凸轮面上，所述凸轮面将该力转化为运动轴线方向的第一反作用分力和一第二反作用分力；和

托架，其与至少一个凸轮从动件可操作地连接，并与监视器连接，该托架与所述导向件活动连接，其中当所述托架沿着所述导向件移动时，所述凸轮从动件沿着所述凸轮面移动。

60、如权利要求59所述的监视器支撑机构，其中，当托架沿着导向件上下移动时，所上第一反作用力基本恒定。

61、一种监视器支撑机构，包括：

具有一导向件与其连接的支架；

具有凸轮面的凸轮，该凸轮具有围绕导向件形成的曲面；

至少一个凸轮从动件，其适于在所述凸轮面上移动；

一卷簧，其施加力以迫使所述凸轮从动件靠在所述凸轮面上，所述凸轮面将该力转化为运动轴线方向的第一反作用分力和第二反作用分力；和

托架，其与至少一个凸轮从动件连接，并与监视器连接，该托架与所述导向件活动连接，其中当所述托架沿着所述导向件移动时，所述凸轮从动件沿着所述凸轮面移动。

62、如权利要求61所述的监视器支撑机构，其中，当所述托架沿着所述导向件上下移动时，所述第一反作用力基本恒定。

63、如权利要求61所述的监视器支撑机构，其中所述每个凸轮从动件在所述凸轮面上移动，并转动凸轮以增加弹簧力。

64、一种监视器支撑机构，包括：

具有一导向件与其连接的支架；

具有一凸轮面的凸轮，该凸轮与所述支架相连；

至少一个凸轮从动件，其适于在所述凸轮面上移动；

板簧，其施加力以迫使所述凸轮从动件靠在所述凸轮面上，凸轮面将该力转化为运动轴线方向的第一反作用分力和一第二反作用分力；和

托架，其与至少一个凸轮从动件可操作地连接，并与监视器连接，该托架与导向件活动连接，其中当托架沿着导向件移动时，凸轮从动件沿着凸轮面移动。

65、如权利要求64所述的监视器支撑机构，进一步包括能改变板簧上的预载力的装置。

66、一种监视器支撑机构，包括：

具有凸轮从动件导向件的第一部分；

相对于第一部分具有一运动轨迹的凸轮；

在凸轮从动件导向件内可移动的凸轮从动件；

储能件，其向所述凸轮从动件施加力以迫使所述凸轮从动件靠在所述凸轮上，该力的方向不平行于所述运动轨迹；

其中，所述监视器连接到所述凸轮上，当凸轮沿着运动轨迹移动时，所述储能件对凸轮从动件施加一变力，该凸轮将该变力转化为基本恒定的支撑力以支撑监视器。

67、如权利要求66所述的监视器支撑机构，其中所述凸轮从动件导向件基本垂直于所述运动轨迹。

68、如权利要求66所述的监视器支撑机构，其中所述凸轮从动件导向件相对于所述运动轨迹倾斜。

69、如权利要求68所述的监视器支撑机构，其中所述凸轮从动件导向件基本上垂直于所述凸轮的一个表面。

70、一种监视器支撑机构，包含：

具有一体形成的槽和凸轮的非金属第一部分；

在所述槽内沿着一运动轨迹移动的非金属托架；

连接所述托架的一凸轮从动件；和

储能件，其向所述凸轮从动件施加力以迫使凸轮从动件靠在凸轮上，该力的方向不平行于所述运动轨迹；

其中，所述监视器连接到所述托架上，当所述托架沿着所述运动轨迹移动时，所述储能件对所述凸轮从动件施加一变力，该凸轮将所述变力转化为一基本恒定的支撑力来支撑监视器。

71、如权利要求70所述的监视器支撑机构，其中所述非金属第一部分包含注模成型的塑料部分。

72、如权利要求70所述的监视器支撑机构，其中所述储能件包含一玻璃纤维弹簧。

73、一种监视器支撑机构，包含：

具有一对板簧臂的非金属储能件；

一非金属托架，其具有至少二个以固定距离彼此分开的凸轮从动件，所述托架相对于所述储能件可沿着一运动轨迹移动，当所述储能件沿着运动轨迹移动时，每个凸轮从动件沿着板簧臂移动，并移动所述板簧臂；

其中，所述监视器连接到托架上，当托架沿着所述运动轨迹移动时，所述板簧臂对所述凸轮从动件施加一变力，所述一对板簧臂将所述变力转化为一基本恒定的支撑力来支撑所述监视器。

74、如权利要求73所述的监视器支撑机构，其中所述非金属储能件包含一注模成型的塑料部分。

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