[发明专利]一种支撑臂关节装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能垂直转动的支撑臂关节装置，特别是涉及一种能够依据被支撑对象的重量和关节装置前臂部的垂直转动位置，分别对支撑臂张力系统进行静态和动态调节的关节装置。

背景技术

支撑臂是常见的机械设施，具有关节结构，能调整被支撑对象的位置，在人体工学领域，提供便利性、舒适性、节约空间、提高工作效率。支撑臂应用甚广，例如显示器、液晶电视、医用无影灯，都经常配备支撑臂。由于显示器、液晶电视，经常出现在家居、办公室等与生活密切相关的环境中，选用支撑臂时，除了功能性以外，价格和美观，也是重要的考虑因素。

传统的显示器和液晶电视支撑臂，比较多的是只提供水平位置移动，例如美国专利文献US 7028961 B1、US 7513469 B1。

能提供高低位置垂直移动的支撑臂，就比较复杂。究其原因，能提供高低位置垂直移动的支撑臂，会受到地心引力产生的力矩作用的影响，而被支撑对象的重量又比较重时，这种地心引力产生的影响，会更显突出。

支撑臂停留在水平位置时，地心引力对支撑臂产生的力矩最大，此时支撑臂应有足够的支撑力，以抵抗地心引力产生的力矩，使支撑臂能静止而不下垂。但是传统被动式支撑臂，利用拉伸弹簧和拉索组成的张力系统提供支撑张力，其张力系统的张力与拉伸弹簧被拉伸的长度成正比关系，但是这种正比关系，与地心引力对支撑臂产生的力矩变化关系，有时是背道而驰的。例如，当支撑臂位置低于水平面位置时，地心引力对支撑臂产生的力矩减小，拉伸弹簧被拉伸的长度却反而增加。这种背道而驰的变化关系，在设计上造成许多困扰，使利用传统金属弹簧提供支撑力的支撑臂变得复杂，或必须改用价格比较高，又容易磨损的空气弹簧又称气压棒(gas spring)。

在此支撑臂技术领域，被提出的技术解决方案也非常多，例如：美国专利文献US 5826846，虽然采用了许多机械结构对策，其上下俯仰角度，也只有正负各15度；US 6012693，则是将机构分为抬举和悬吊两个模式，但是使用时不能兼顾；US 7252277 B2，则是强调使用普通金属弹簧，取代价高易磨损的空气弹簧，并利用弹簧力作用于凸轮面上产生的分力，达到不同位置需要不同支撑力的效果。

上述专利文献显示，支撑臂是一个不易处理的问题，各种解决方案，都无法根本克服地心引力对支撑对象变换位置时造成的动态影响。

发明内容

本发明的目的，是针对传统被动式支撑臂的缺点，提出一种解决方案。由于本发明根据的原理，在特定的水平面以下空间中，具有比较小的金属弹簧长度变化特性，金属弹簧的长度变化甚至是负值的，因此能将完整的支撑臂支撑功能，建构于空间比较局限的关节结构中，使建构支撑臂时，更具弹性。

为解决上述问题及达到本发明的目的，本发明的技术手段是这样实现的，为一种支撑臂关节装置，其特征在于包括：一关节主体部、一水平转轴、一前臂连结部、一垂直转轴、一后臂连结部、一可调节拉索张力系统，所述可调节拉索张力系统，包括一拉索、一金属弹簧装置、一拉索长度动态调节机构、一拉索长度静态调节机构；

所述水平转轴，垂直于所述前臂连结部的转动平面，前臂连结部刚性固定连结于水平转轴；

所述垂直转轴是一圆柱形转轴，具有一圆柱形中空内轴与一圆柱形轴套，圆柱形中空内轴与关节主体部刚性固定连结，圆柱形轴套与后臂连结部刚性固定连结，圆柱形中空内轴能在圆柱形轴套中作水平方向转动；

所述拉索长度动态调节机构，设置于关节主体部，是一直角三角形机构，包括：一拉索力矩支柱、一拉索长度动态调节机构活动臂、一拉索长度动态调节机构固定臂；所述拉索力矩支柱、拉索长度动态调节机构活动臂、拉索长度动态调节机构固定臂长度相等，以水平转轴为轴心，径向设置，其端末位置，分别设置有拉索力矩支柱滑轮、拉索长度动态调节机构活动臂滑轮、拉索长度动态调节机构固定臂滑轮；

上述拉索力矩支柱、拉索长度动态调节机构固定臂，以水平转轴为中心，呈一对称直线结构，拉索力矩支柱位于水平转轴的上方，构成拉索长度动态调节机构直角三角形的弦边；

上述拉索力矩支柱滑轮与拉索长度动态调节机构活动臂滑轮之间的连线、拉索长度动态调节机构活动臂滑轮与拉索长度动态调节机构固定臂滑轮之间的连线，构成拉索长度动态调节机构直角三角形的两股，该直角三角形的两股，由所述可调节拉索张力系统的局部拉索构成；