TWI302975B - Movable arm and design method of movable arm - Google Patents

Description

1302975 22400pif.doc 九、發明說明:·· I發明所屬之技術領域】 本發明是有關於—種用於支承例如照明裝置等物體 白:移動臂，.以及對此可移動臂進行方法。 I先前技術3 現有技術中已經使用這樣的可移動臂，其包括：基部 ase)和可移動體（movablebody),其中，基部是固定 ^緊=到安衣表面上。可移動體具有可樞轉地連接於基部 一t部，而該可移動體的相對端部與被支承的物體相 F ^可移動臂適合於支承例如照明裝置（lighting 使得所述物體可相對於安襄 門的移㈣中作用在可移動體和基部之 :本體相對於基部齡置（例如參見 #其f且^可移動體每次姆於基部位移時，可移動體 部都會發生磨損°因此’或早或晚地會 動體不部之間，這使得可移 延伸且被卡住而_移::=#:==絲地 動體.，祕了⑲崎岭輕r轉動此可移 【發明内容] 對：動 1302975 22400pif.doc 根據本發明的第__ 臂，包括：基部—方面’本發明提供了一種可移動 承物體，該可移動^f安裝表面上；可移動體.，用於支 改變物體麵於基ϋ叫鱗制基部上轉動，從而 體相對於基部返^丨^立置；以及回復體，沿著使可移動 復體在和可移動鹏w、立1的額而偏置可雜體，該回 可移動體上，並隔 開的弟一連接位置處連接到 接位置處連_在和可移動體__ _的第二連 和第二速接位置回復體沿著使第—連接位置 其中，回復體的或您離的方向而施加彈性力， .以及與基部、可移動=模數，回復體在原位置的變形量， 連接#番$ 置的同％，將回復體連接到基部上的第-，立置和可移動體的樞軸位於共用的豎直平而，- 方；物體的整個重心設置成位於可移動體的樞軸的上 不管可移輪目對於基部的位置如何 以及一位置之間，由 在原位置 的位移的力盎由m 移動體離開原位置 力平衡，直中 ==脰％加而使可移動體返回到原位置的 動雕述位置時，可移動體的樞轴、以及可移 肢ϋ务肢的整個重心並排地位於水平方向上。 ，據本發明的第一方面，不管摩擦力如何，。利 版性力來轉可移誠相對於基部的位置 二 了此消除或減少磨損的影響，與利用摩擦力維持可移二體 1302975 22400pif.doc 移動d，可移動臂還包括滑動體，其插人在基部‘ 版所述滑動體的製成材料的摩 土 和可移動體的摩擦係數。 蹲擦係數低於基部 捧力了 ΐ=有Γ能減少作用在基部和可移動體之間的摩 U進而減少操作可移動體所需的動力。 手 明第根ίί發明的第二方面，本發明提供了-種設叶本於 相對於基部的位置的參數的恆等式的牛=出代t可移動體 的彈性模數’回復體在原位置的變形量復體 移動體和回復體相關的尺寸。 .及一基郃、可 體在原位置的變形量，.以及性模數，回復 關的尺寸。進而，不管可移動可㈣體和回復體相 至少在原位置以及一位置之二二基部：置如何， 置的位移的力與由回復體 _原位置的力平衡，其中在所述 返 軸、以及可移動體和物體的敕 可私動體的樞 上。 ^的整個重心並排地位於水平方向 結果是，不管摩擦力如何， 維持可移動體相對於基部的位。後脰的彈性力來 磨損的影響;與利用摩擦力維持可消除或減少 比，能夠使得可移動臂的工作壽命U w立置的情況相 1302975 22400pif.doc 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點鈐 明 旨 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作 二、 明如下。 坪、、、田說 ί實施方式j 以下參考附圖來描述本發明的較佳實施例。 在圖1所示的實施例中，可移動臂包括：基部1 置在用作安裝表面的地面上；可移動體2，，一端部3。叹 轉地連接到基部1上，用.以在垂直於地面的平面内樞 且相反端部上連接有將進行支承的物體〇B (例如解日μ 具）；以及，，回復體3，在比可移動體2的樞軸要态 置處可樞轉地連接到基部〗上，且在比可移動體2 立 更罪近物體ΟΒ的位置處可枢轉地連接到可移動體2】軸 而‘回復體3在可移動體2轉動的共用平面内轉動。以下， 俯仰方向（top_bottom direction)，，基於圖]進行 從圖1中的左頂部延伸到右底部的方向稱為“左右^ ^eft-right direction) ”，且從圖！中的左底部延2 了、口卩的方向稱為“前後方向（fr〇m_reardir⑽i〇n)，，。 更具體地說，如圖2所示，基部！包括：放置在地 二形的底ί部11;可移動體連接部12，其從底座部11 、、向上突伸且具有大致為長方形六面體的形狀，而 移動體2連_可義體連接部12的 / 接部η，其突伸地設置在可移動體連接部;2及的 納六面體形狀，而回復體3連接到回復體連 ^後表面上。回復體連接部13具有左右表面， 1302975 22400pif.doc 其分麟著這樣的方向傾斜，亦即，逐漸地減少回復體連 接部13從底部到頂部的左右尺寸。 ㈣此二ΓίΓ接部13的前後尺寸小於可移動體連接 4 C献寸’麵使得可移_連接部12和回復體 連接部U的絲面之間和後表面之間都具有肩部。 "r’JTf Μ㈣個細長的、薄的可移動 =2丨而形成。可移動板21設置成其厚度方向位於前後方 向上。可移動板.2i在-端部連接到物體你上，以 體趟是沿前後方向夾在所述一端部之間。可移動板21的 相反端部料樣-種方式可轉地連接基部〗上，， 基^时移動體連接部12沿前後方向夾在所述相反 之間。母一個可移動板2U列如由金屬板製成。第 孔21a和12a分別沿厚度方向穿過可、、 端部和基部1的可移動體連接部12而形成。第=== 插入穿過第-轴插入孔21a和12a，從^ 轉地連接職部1上，用以沿左右方垂 平面内轉動。 丄直於基邛1的 回復體3包括：基部側部件31 , A 部1 ;可移動體側部件32，其將在連接到基 動體二上「以及，回復彈菁33，其由2 =連接到可移 部側部件31和可移動體侧部件32之間了 7且插入在基 可移動體側部件32具有：筒形的胃轴 回復彈簧33 ;以及，盤形的彈菩座 \32a，插入穿過 的外徑大於軸部32a的外徑，彈变’该彈簧座部32b 育座$細的-個表面的 1302975 22400pif.doc 中心部連接到軸部32a的一個軸向端部上，回復彈笼 的一個，向端部彈性地抵靠在彈簧座部32b的上述一尹個夺 面上。第二軸插入孔3义和21b分別沿前後方向穿過轴部 3fa的末稍端部（此末稍端部遠離彈簧座部和穿過 移動板.21白勺更中心部（此更中心部在長度方向上比第—產 插入孔21 a更靠近中心）而形成。 弟二轴桿42插入穿過第二轴插入孔32c和2ib，以 得可移動體侧部件32沿前後方向夾在可移動板21之間， 攸而可移動體㈣件32可樞轉地連_可移動體2上 以在沿左右方向平行於可移動體2延伸的平面内轉動。 入屋fr側部件31包括：兩個外部體3ia，其例如分別由 j板Μ，且適合於沿前後方向包縣可雜體侧部件 主:sm。每一個外部f31a具有：細長薄板形的 旱度方向位於前後方向，主體部31b的一 t 基部1上；彈簧座部31C，其從主體部讯的 糕石别後方向朝内地突伸。回復彈簧33 上的輸部则反繼麵㈣抵靠 =31C上；以及，殼套部31d，其從主體部训的寬度 向相反端沿前後方向朝内地突伸，以包封著回復彈菩汨 和可移動體側部件32。 〃 彈33讀壓地沿軸向夾持在基部側部件31的 :座|31c和可移動體侧部件32的彈簧座部观之間， “====於擠壓狀態的擠壓彈菁，其擠壓後 又于/、自由長度。弟三軸孔31e和13a沿前後方向 1302975 22400pif.doc 牙過外部體31a的末稍端部（此末稍端部遠離對應主體部 31b的彈簧座部31c)和基部1的回復體連接部13而形成。 第三軸桿43沿前後方向插入穿過第三軸孔31e和13a，從 而基部侧部件31可樞轉地連接到基部1上.，用以沿左右方 向在垂直於基部1的平面内轉動。 上述轴桿41、42、43例如可由螺栓製成，其中的每 個螺栓具有頭部（headp〇rti〇n)、和僅形成在遠離頭部的 φ 軸向末稍端部處的陽螺紋部（male thread portion )。在嫘 栓己經插入穿過轴插入孔12a、13a、21a、21b、3le和32c 之後’通過將螺母（树示）歡連接_螺紋部上來防 止移去螺检。 每個殼套部31d距主體部Slb t突伸尺寸約等於基; 立的回復體連接部I3的前後尺寸的一半。因此，在基部名 =31連接到基部！的狀態下，外部體以下述二 行設置’亦即，殼奈邦lid 、， 體側部件增細 =:;=='的軸:相，基部側部衫 方式如何’可祕_部件的轉® 簧33的軸向總是彼此—致。泰M2a的轴向和回復拜 此外，回復彈簧33的軸向相 離回復體3和基部！的連接_ ，即遠 彈性地崎隸部侧部件3】；_向端，其 相反端中的另―端’即遠離 的軸向 私動體2的連接 12 1302975 22400pif.doc 部的回復彈簧33的軸向端，其彈性地抵靠著可移動體侧部 件32。這確保了用作擠壓彈簧的回復彈簧％的彈性力沿 通樣的方向作用，·以使得回復體3連接到基部丨和可移動 體2上的連接部更加靠近，亦即，在該方向中縮短了回復 體3的整體尺寸。 此外，第一軸插入孔12a和第三軸插入孔13a的轴彼 行地延伸，且其中的—個軸設置在另一個軸的上方。 第一軸桿41的中心軸（即可移動體2相對於基部】轉動的 樞軸）和第三軸桿43的中心軸（即回復體3相對於基部1 轉動的樞軸）被設置在垂直於基部1的底座部U的底表面 的同—個平面上。在基部1放置在水平表面上的狀能下， 1轉動的樞軸沿豎直方向位於回復 相對於基部1轉動的樞軸的下方。 部1 ti’ll滑動體的筒形的第—滑練承51插入到基 I上的乐一軸插入孔12a内，且篦一座萨 滑動軸承5卜 N且$軸才干4i插入穿過第一 32的形的第二滑動轴承52設置在可移動體側部件 32 32a ^ 野應的可移動板21之間。第萨 轴承52。每個笛-、心±轴才干42插入穿過第二滑動 側部件32相部弟：二動軸承52的-個軸向端和可移動體 靠近Z個可同 入到基部"心軸承53插 過第三滑動軸承53。 内且弟二軸桿43插入穿 13 1302975 22400pif.doc ^就各個滑動軸承51、52、53的材料而言，可使用摩擦 係f文小於基部1、可移動體2和回復體3的材料。更具體 =，可使用具有摩擦係數相對較小的合成樹脂，例如聚 對本一甲酸乙二醇酿（PET)、聚縮酸（polyaceta〇等。 /月動車^承51、52、53用於減少作用在基部】、可移動體2 和回後體3之間的摩擦力，以減少在相對於基部1轉動可 移動體'2時所需的操作力。 以下苓考不意性描述本實施例的可移動臂結構的圖 的以描述基部1安裝在水平表面上時該實施例 ”方向作用以縮短回復體3的整體尺寸有^，使ς ft部1 一側的回復體3的枢軸A3 (第三軸桿43的中心 轴可移動體2 一側上的回復體3的樞車由A2 (第二 轴杯42的中心轴）變得更靠近。 ^ 1 2 恆定。這异 夂杜3的樞軸A3之間的距離大致 此外，在美部為广2和基部1承受的彈性變形較小。 於可移 在基蝴可能位置中， 轴A2之間距離成為 和可移動體2的插 形量最小的位置，其是圖4/所亦， 所不的直立位置（upright 14 1302975 22400pif.doc P〇SltlOI〇，其中在可移動體2 —调⑻j，艰釉A〕 沿豎直方向位於在基部1 一侧的可移動體2的樞軸ai上 方。換句話說，回復體3的彈性力以這樣—種方式作用， 以使得可移動體2返回到圖4A所示的直立位置；並且， 在該實施例中，如圖4A所示的直立位置是可移動=2可 以處於的各種位置當中的原位置。此外，儘管回復g箬％ ί ΐ开f量在原位置最小，但是可以說：即使在原位置男，回 復彈簧33也從其自由長度保持受到擠壓。 此外，在該實施例中，可移動體2相對於包含在美 1 一侧的可移動體2的樞軸A1和回復體3的樞軸Α2 ς ^ 面而對稱地成形。並且，將被支承的物體0 二顺對稱，且物體〇Β的重心位於該平面？： !=f2和物體〇β的整個重心沿豎直方向放置在基部 1 —侧上的可移動體2的樞軸上方。 置，2 _ 4Α 至圖4Β的位 μ#/基 側的回復體3的樞軸Α3和可移動體2 的樞軸Α2之間的距離變大，曰其却船^不场動版2 31c和可私叙姊彳目丨加从大且基〇卩侧部件31的彈簧座部 私動組側〇卩件32的彈簧座部32b之門的 小，從而進__步擠^ 丨⑽之間的距_ (_量）射Γ回復彈簧％的變形量 加，而I 版離開原位置的位移成比例地增 移動體2受到的=2體〇B上的重力而言，可減少可 賴斜的方向進行作“^力=增加沿著使得可移動體2 15 1302975 22400pif.doc 該⑽例中的可移動臂被 決於可移嫌2相對料，卩丨細下狀L不取 動雕罢,，、基邛的位置（以下簡稱為“可移 ^ ，進行作用以使得可移動體2返回到；f 重力，兩者是在如圖从所=㈣使可移動體2傾斜的 移動體.2的長度二斤示的可 下描述實現上述平衡作用所需條件的詳=互平衡。以 假設回復彈簧33的自由， 在原位置時的擠壓量為v ::彈a”;二:㈣簧33 的回復體3的樞軸Aq ^ ^ 置了在基邛1 —侧 彈簧33之間的距離為“ :设體3的樞軸A2和回復 樣，在原位置時.，在基Cl+C2，，等於“c”。這 可移動體.2的樞軸A2 則的= 是體3的樞軸A3和 等於回復彈簧33的長i d，可表示為”，其 之外其他部分的長度（即;=)和除了回復彈簧33 在如圖5所示位置，1r々 得相對於水平面成一個U移動體2離開原位置以使 位置，，），並且，設定以下簡稱為“離開 轴A3和可移動體2的 一側的回復體3的樞 —側的可移動體2的以及包含在基部1 之間的角度為“a(rad)，，:回復肢3的檀轴A2的平面 侧的回復體3的樞轴 ° =開位置時，在基部I - 可矛夕動體2的樞軸A2之間的距 16 1302975 22400pif.doc 離值大於在原位置時的距離值。設定增加的距離為“d” 也就是說’在_位置時’在基部丨—侧的回復體3 轴A3和可移動體2的樞軸A2之間的距離表示為 “a-b+c+d”。在回復體3從原位置離開至離開位置輾 值“d”是回復體3變形量的增量，亦即，回復彈菩33數 變形量（擠壓量）。 i ^ 包含在基部1 一 _可移動體2的樞車由A i和回復 的樞轴A2的平面、以及在基部！ 一侧的回復體3的^車 A3之間的距離“L”，可以利用θ表示為：L = xsin⑺2 e)=xc〇se，或利用α表示為Ca_b+c+d) _。從所 L = xcos6= (a-b+c+d ) sina 等式（！） 假定作用在減QB、可移紐2、^ % 桿4=第二滑動軸承52上的重力以大小“g”繞= 一側的可移動體2的樞軸A2而施加， 版 可移動體2位移的力Η可表示為卜^進订A作用双增加 地，通過計算力矩可得":為^ :==/，），則進行作用使可移== 可表不為 P2==k(b+d)sina，其中、二口 :彈餐33在離開位置時的位移。使得 : 。'從，式⑴中得出公式_=sina (二+d )2) 可代入等式（2)中以消去_，從而得出以下等式⑶： 17 1302975 22400pif.doc v a-b+c+d 如果等式（3)成立，等式（3) 力::力朽，和進行作用以朝:原:::可軸體2位移增 力Ρ2相互平衡，進而 i置使可移動體2返回的 回‘復彈簧33在離開位置處二:，的位置。此處， d取決於可移動體2離開原位^位置的额外變形量 動體2相對於基部1的位置岐、位移，錢代表可移 施例的可移動臂時，不管可移i體ϋ應地，在設計該實 出用於d的恆等式的等式 "9位置如何，通過解 所需的條件。 ’可發現滿足平衡P1和p2 上述條件是G = x k以及 的彈簧常數k和每個部分的尺+、;a+C/如果回復彈簧33 上述條件的可移動臂中，不管相對、】=’在滿足 體OB的位置，這意味著不恭 也了 乂、准#物 OB的位置。 者不而要連績地施加力以維持物體 .的發明人發現，在物體〇B的重量大約為150 g’ 個移動臂，在可移動體2的長度為·咖第 由^^2a和第二軸插入孔13a之間的距離為10 mm，弹黃吊數為2 N/mm ;回復彈簧33的自由長度“a” 為如麵；以及回復彈* 33在原位置時的_^為: mm)的情況下’可確保進行作用以增加可移動體2的位 18 1JU2^75 22400pif.doc 移的力PI為i 使可移動體2細的力拉^仃作用使得在如ϋ 4C的位置 體.2的位置如何都使得;、、U kg力，從而不管可移動 板據上述的結構，·^大致彼此平衡。 不管可移動體2在圖4A的位返回的力P2平衡，而 方位。再者，與康板 和圖4C所不的位置之間的 彈性力（即回復彈菩33^ 動體2由回復體3的 有助於消除或減少磨損的景^ )而維持在所需位置。這 體2的位置的情況 利用摩擦力維持可移動 命更長。 k ‘犯夠使得可移動臂的工作壽 此外，基部1或回復體3的形狀 狀，而可-以具有如圖6々7私 狀不限於該只施例的形 位之外’或7所不的形狀。除螺紋孔la的方 4之卜如圖6和7所示之修改 結構上大致相同。儘管在㈣審^ 中的了私動臂在 在回復體3的一側上，中’可移動體2設置 邻件31 曰+H和回後體3的基部側 口Ρ件31疋同形，但是在該修改實施例中採用的實質性姓 與圖1中所示的實施例的結構相同。具體而言，可移動娜 2通過插入到第一軸插入孔（未繪示）内的第一軸桿4ι : 可樞轉地連制基部i上，其中，第軸插入孔是分別穿 過可移動體2和基部1而形成。 回復體3包括：中空筒形的基部侧部件31，其—端通 過第三軸桿43而可樞轉地連接到基部1上；筒形的可移動 體侧部件32，其插入到基部侧部件31内用於沿基部侧部 19 1302975 22400pif.doc 件31的軸向而滑動移動，且在其一端處 而可樞轉地連接到可移動體2上； 在^^桿42 於石這樣一個方向施加笠 曰丁），用 從基部側始1彳部件32 整體具有沿著使得第_缸4曰勺話祝，回復體3 向而進行作用的彈^格和弟三轴桿43更靠近的方 三軸=3 ’，= r可樞轉地連接到基部1上的第 基部1上的第—#^416f將可移^體2可樞轉地連接到 沿著使可移動體2直立起來的方方ft進:的弹性力 孔la在^31所不的修改實施例中’基部1設置有螺紋 安壯^ 、螺釘被擰緊，以通過螺紋連接而將基部1 部^固^二面上i換句話說，可以通過以下方式來將基 釘穿過:成表面上:從安裝表面的後側驅動螺 j I、文孔la内，或者，通過螺紋連接地驅 、畜^I牙&連接面板（未繪示）而進入螺紋孔1a内，然後 t壯=附加的固定I置，例如螺釘，來將連接面板緊固 t衣、面上。在圖6所示的實施例中，螺紋孔以在基部 辟表，開:’以使得基部1可連接到用作安裝表面的 i 衣4示）上。在圖7所示的實施例中，螺紋孔la ^Μ _表面上開口，以使得基部1可連接到用作安 衣表面的天花板表面（未繪示）上。 20 1302975 22400pif.doc 此外，不像上述的實施例一樣，回復體3可^、e 的一種類型，其沿著使回復體3的整體尺寸辦力以是這樣 亦即，沿著使得在基部】一側称回復體场’ 移動體2的樞軸A2遠離彼此地移動的方向， 和可 力。在這種情況下，如果回復體3的樞轴A3 加彈性 施例相反的方式被設置成沿著豎直方向而位於可°士述實 的樞轴Α1的下方，則可移動體2可在原位置維夕動體2 雖然本發明已.以較佳實施例揭露如上，然苴、直立。 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離:笋明以 和範圍内，當可作些許之更動與潤#&此本發 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為 ，之保瘦 ί圖式簡單說明】 ^ ° 立體矛圖^顯示了根據本發明的-個實施例的可移動臂的 意圖圖2是顯示了圖1中的可移動臂的主要部分的立體示 示意圖圖。3是描述了圖1中可移動臂的主要部分的分解立體 了位移離開原位置的可移動體;圖4 c :二】:Β顯示 置處位移進—步增加的可移動體。 了攸圖犯的位 件：=可移動臂具有理想性能所需的條 21 1302975 22400pif.doc 圖6是顯示了根據本發明的另一實施例的可移動臂的 立體示意圖。 圖7是顯示了根據本發明的又一實施例的可移動臂的 立體示意圖。 ;【主要元件符號說明】 1 :基部 la :螺紋孔 11 :底座部 ® 12 :可移動體連接部 12a、13a、21a、21b、31e、32c :軸插入孔 13 :回復體連接部 2 ::可移動體 21 :可移動板 3 :回復體 31 :基部侧部件 31a :外部體 • 31b :主體部 31c :彈簧座部 31d:殼套部 32 :可移動體侧部件 32a :軸部 32b :彈簧座部 33 ··回復彈簧 41、42、43 :轴桿 22 1302975 22400pif.doc 51、52、.53 :滑動軸承 Al、A2、A3 :樞軸

Cl、C2、X、（ a-b十c+d)、L、Η :距離 G :重力 ΟΒ :物體 PI、Ρ2 :力 θ、α ··角度

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Claims (1)

1302975 22400pif.doc 十、申請專利範圍： 1·一種可移動臂，包括： 一基部，安裝在-安襞表面上； 一可移動體，用丨V 士 7 連接到該基部上 7物體’該可移動體可樞轉地 位置；以及° H從而改變該物體相對於該基部的 原位動體相對於該基部返回到-髓的樞轴，該回復體在和該可移動 上，並且，在和兮可# 4接位置處連接到該可移動體 置處連接到該基：開的一第二連接位 該第二連接位f # 士 ^口设脰^者使該第一連接位置和 A中，兮i #近或遠離的方向而施加彈性力； 的變形量.，===彈性模數’該回復體在該原位置 尺寸是確定為使得〜和該可移動體和該回復體相關的 以:該且第:連接位置和該可移動體：=: 該可移動體的;=和該物體的整個重心設置成位於 原位1:::移動體相對於該基部的位置如何，至少在該 :該房位置的位移的力與，體離 返，原位置的力平衡，其中在該二使=動動體 24 1302975 22400pif.doc 的樞轴、錢該可移_和_體的 水平方向上。 ^固重心並排地位於 2.如申請專利範圍第丨項所述之 一滑動體，敏在絲部和射移M還包括.： ::製成材料的摩擦係數低於該基 :體=動 係數。 〒夕動體的摩擦 3·二種毁計如申請專利範圍第i項所述 方法，包括·· 動臂的 解=表該可移動體相對於該 怪等=驟’以確定該回復體的彈性模數，ΐ:數的一 原位置2形量’以及與該基部、該可移動體二後體在 相關的尺寸。 镑回復體

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