用于處理目標(biāo)表面且具有符合人體工程學(xué)地樞轉(zhuǎn)的柄部的裝置制造方法
【專利摘要】一種用于處理目標(biāo)諸如清潔窗戶的裝置。該裝置具有以樞轉(zhuǎn)關(guān)系安裝到彼此的柄部和頭部。當(dāng)頭部被放置成與目標(biāo)表面呈滑動接觸關(guān)系時(shí)，所述柄部能夠相對于頭部樞轉(zhuǎn)以為使用者提供符合人體工程學(xué)的便利性。
【專利說明】用于處理目標(biāo)表面且具有符合人體工程學(xué)地樞轉(zhuǎn)的柄部的
裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可用于處理目標(biāo)表面的裝置。此類裝置可用于清潔窗戶、為地板除塵、施用表面處理物、整平混凝土等。
【背景技術(shù)】
[0002]用于處理目標(biāo)表面的裝置是本領(lǐng)域熟知的。此類裝置包括橡皮掃帚、油漆滾筒、清潔頭部、混凝土浮體、具有可更新的表面的除塵拖把、具有可替換的表面的除塵拖把，諸如由本受讓人出售的Swiffer Sweeper。
[0003]這些裝置通常具有接觸目標(biāo)表面的刀片或其它邊緣。刀片可用于鋪展用于處理目標(biāo)表面或用于從目標(biāo)表面除去液體的液體。例如，橡皮掃帚刀片可用于除去清潔溶液，并且同時(shí)從窗戶除去污垢?；蛩龅镀捎糜趯⒅珓┗蚱徜佌沟接材镜匕迳?。
[0004]當(dāng)使用這種裝置時(shí)，使用者可能遇到的一個(gè)問題是，難以保持對刀片或接觸目標(biāo)表面的其它組件的控制。當(dāng)目標(biāo)表面的尺寸增加時(shí)，該困難可加劇。尤其是，當(dāng)使用者遇到豎直目標(biāo)表面并且希望在頭部上方開始行程并靠近地板結(jié)束所述行程時(shí)，可能難以在整個(gè)行程中保持對目標(biāo)表面的適當(dāng)壓力。
[0005]例如，使用者可能試圖清潔豎直地從地板延伸至天花板的窗戶。如果清潔裝置的頭部設(shè)置在使用者的腰部和肩部之間，則使用者通常能夠施加足夠的壓力。同樣，當(dāng)清潔裝置的頭部設(shè)置在使用者的腰部和膝部之間時(shí)，使用者通常能夠?qū)δ繕?biāo)表面施加足夠的壓力。然而，在圍繞腰部水平的某處，使用者可能在過渡中遇到困難因而不能夠?qū)δ繕?biāo)表面施加足夠的壓力以使清潔裝置以最佳功效操作。該困難可導(dǎo)致顫動或甚至與目標(biāo)表面分離。
[0006]簡單的平面柄部和刮刀示出于US4，200, 948和5，009, 009中。平面地設(shè)置的柄部和頭部的另一個(gè)例子存在于常見的油漆滾筒中。對該系統(tǒng)進(jìn)行改善的嘗試見于5，666，685和US7，308，729B2,前者示出了一種具有彎曲柄部的清潔工具，后者示出了一種具有整體橡皮掃帚的真空吸嘴。但這些裝置均保持頭部與柄部呈固定關(guān)系。因此，它們不能針對所有條件均提供最佳的符合人體工程學(xué)的效果。
[0007]—種對該系統(tǒng)進(jìn)行改善的嘗試見于在頭部上具有樞轉(zhuǎn)接頭或萬向接頭的裝置，如公開于 US D622, 463S、5, 175，902,5, 549，167,5, 862，562,7, 007，338 以及共同轉(zhuǎn)讓的專利Des.409，343、D615, 260S、5, 888，006,6, 842，936B2 和 7，516，508B2 中。但結(jié)果證明這些僅
針對頭部所作出的嘗試并未完全成功。
[0008]也作出了通過提供不同的柄部排列來補(bǔ)償人體工程學(xué)上的缺點(diǎn)的嘗試。例證性柄部排列示出于 US2008/0265536A1、2008/0236972A1、7, 124，474B2 和 7，571，945B2 中。還可見其它柄部排列。例如，Lowes推出了一種具有滾筒軸的油漆滾筒柄部，所述滾筒軸相對于柄部的縱向軸線呈可調(diào)節(jié)的非平面關(guān)系。
[0009]但結(jié)果證明單獨(dú)形式的改善柄部的嘗試，如同單獨(dú)形式的改善頭部的嘗試一樣，也不是完全令人滿意的。因此，需要一種新的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明包括具有柄部和頭部的裝置。柄部和頭部以樞轉(zhuǎn)關(guān)系安裝到彼此。當(dāng)頭部被放置成與目標(biāo)表面呈接觸關(guān)系時(shí)，柄部和頭部能夠有利地相對于另一個(gè)樞轉(zhuǎn)以便為使用者提供符合人體工程學(xué)的便利性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施例的后部透視圖。
[0012]圖1A為圖1的裝置的對前臂角度、長度D1-D6和施加的力矩進(jìn)行的裝置角度迭代的效應(yīng)表。
[0013]圖2為抵靠目標(biāo)表面設(shè)置的圖1的裝置的側(cè)正視圖，其以實(shí)線示出了柄部的第一位置并且以虛線示出了柄部隨后的第二位置。
[0014]圖3A為圖1-2的裝置的后正視圖。
[0015]圖3B為抵靠目標(biāo)表面設(shè)置的圖1-2的裝置的垂直截面圖，其是沿圖1的線3-3截取的并且示出了凸形齒輪齒條。
[0016]圖4為根據(jù)本發(fā)明的且抵靠目標(biāo)表面設(shè)置的裝置的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的垂直截面圖，示出了凹形齒輪齒條。
[0017]圖5為一個(gè)可供選擇的實(shí)施例裝置的側(cè)正視圖，所述裝置具有設(shè)置在頭部中的滾筒和頭部后面的曲率中心。
[0018]圖6為沿圖5的線6-6截取的圖5的裝置的水平截面圖。
[0019]圖7為根據(jù)本發(fā)明的且具有設(shè)置在頭部上的凸形軌道的裝置的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的后部透視圖。
[0020]圖8為圖7的裝置的側(cè)正視圖。
[0021]圖9為沿圖8的線9-9截取的水平截面圖。
[0022]圖10為根據(jù)本發(fā)明的且具有設(shè)置在柄部上的凹形軌道的裝置的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的后部透視圖。
[0023]圖11為圖10的裝置的側(cè)正視圖。
[0024]圖12為沿圖11的線12-12截取的水平截面圖。
[0025]圖13為根據(jù)本發(fā)明的在頭部中具有跟蹤輪和滾筒的裝置的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的前部透視圖。
[0026]圖14為根據(jù)本發(fā)明的具有彎曲的固定長度柄部的裝置的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的后部透視圖，其以實(shí)線示出了柄部的第一位置并且以虛線示出了柄部隨后的第二位置。
[0027]圖14A為圖14的裝置的對前臂角度、長度D1-D6和施加的力矩進(jìn)行的裝置角度迭代的效應(yīng)表。
[0028]圖15為抵靠目標(biāo)表面設(shè)置的圖14的裝置的后正視圖。
[0029]圖16為沿線16-16截取的圖15的裝置的垂直截面圖。
[0030]圖16A、16B和16C為具有包括可變曲率半徑的弓形固定長度的柄部的裝置的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的側(cè)正視圖，其示出了曲率半徑的中心分別從目標(biāo)表面的后面移動到目標(biāo)表面上并移動到目標(biāo)表面的使用者側(cè)。[0031]圖16D為具有弓形伸縮式套疊柄部的可供選擇的裝置的透視圖，所述裝置被示出處在延伸位置，如在行程開始時(shí)可發(fā)生的那樣。
[0032]圖16E為圖16D的裝置的側(cè)正視圖，所述裝置被示出處在延伸位置。
[0033]圖16F為圖16D的裝置的透視圖，所述裝置被示出處在回縮位置，如在行程要結(jié)束時(shí)可發(fā)生的那樣。
[0034]圖16G為圖16F的裝置的側(cè)正視圖，所述裝置被示出處在回縮位置。
[0035]圖17為根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的截面圖，所述裝置在頭部中具有滾筒和橡皮掃帚并且在頭部中具有凸形軌道。
[0036]圖17A為圖17的裝置的對前臂角度、長度D1-D6和施加的力矩進(jìn)行的裝置角度迭代的效應(yīng)表。
[0037]圖17B、17C、17D和17E為在柄部中具有可壓縮彈簧的圖17的裝置的一個(gè)變體實(shí)施例的順序側(cè)正視圖，并且示出了該彈簧在行程期間的壓縮。
[0038]圖18為具有形成了閉環(huán)的大致曲線的柄部的裝置的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的側(cè)正視圖，并且其以實(shí)線示出了柄部的第一位置并且以虛線示出了隨后的第二位置。
[0039]圖18A、18B和18C為具有閉環(huán)柄部和樞轉(zhuǎn)地接合到其上的頭部的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的側(cè)正視圖，其分別示出了行程的開始、行程的隨后一部分和行程的隨后另一部分(頭部塌縮成抵罪柄部)。
[0040]圖19為圖1-3的裝置的自由體受力圖。
[0041]圖19A為可用于分析本文所述且受權(quán)利要求保護(hù)的裝置的廣義自由體受力圖。
[0042]圖20A為圖1-3的裝置的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的側(cè)正視圖，所述裝置被示出處在靠近豎直取向的目標(biāo)表面的頂部的例證性起始位置并且在頭部和柄部中間具有傳動裝置，并且被示出處于行程的開始。
[0043]圖20B為圖20A的裝置的側(cè)正視圖，所述裝置被示出處在靠近豎直取向的目標(biāo)表面的底部的例證性最終位置。
[0044]圖20C為圖20A-20B的裝置的側(cè)正視圖，所述裝置被示出處在靠近豎直取向的目標(biāo)表面的頂部的例證性起始位置。
[0045]圖20D為圖20A的裝置的側(cè)正視圖，示出了例證性90度對著的裝置角度而未遇到
前臂不穩(wěn)定性。
[0046]圖21A為圖20A-20D的裝置的后部透視圖。
[0047]圖21B為圖21A的裝置的側(cè)正視圖。
[0048]圖21C為圖21A的裝置的后部透視圖，所述裝置具有相對于彼此處在中間位置的柄部和頭部。
[0049]圖21D為圖21C的裝置的側(cè)正視圖。
[0050]圖21E為圖21A的裝置的后部透視圖，所述裝置具有相對于彼此處在更推進(jìn)位置的柄部和頭部。
[0051]圖21F為圖21E的裝置的側(cè)正視圖。
[0052]圖21G為沿圖21A的線21G-21G截取的圖21A-21F的裝置的垂直截面圖，其以實(shí)線示出了圖21B的頭部/柄部關(guān)系并且以虛線示出了圖21F的頭部/柄部關(guān)系。
[0053]圖21H為可供選擇的傳動裝置的片段側(cè)正視圖，所述傳動裝置可用于圖21A-G的>J-U ρ?α裝直。
[0054]圖22為針對正交于圖20-21的裝置的目標(biāo)表面輸入的單位力的所施加的力矩的圖形關(guān)系，示出了柄部和頭部之間的扭轉(zhuǎn)彈簧的影響，假定抵靠目標(biāo)表面無摩擦。
[0055]圖23為針對正交于圖20-21的裝置的目標(biāo)表面輸入的單位力的所施加的力矩的圖形關(guān)系，示出了頭部和目標(biāo)表面之間的摩擦的影響，假定無扭轉(zhuǎn)彈簧。
[0056]圖24為圖17的裝置和示意性的使用者腕部和用通過垂直于目標(biāo)表面的柄部所施加的力進(jìn)行抓持的側(cè)正視圖。
[0057]圖25為圖24的裝置、腕部和用如下力進(jìn)行抓持的側(cè)正視圖，所述力是通過垂直于目標(biāo)表面的使用者的腕部和前臂施加的。
[0058]圖26為圖17和24-25的裝置的側(cè)正視圖，其中所述力通過垂直于目標(biāo)表面的使用者的腕部施加，并且該圖示出了有效柄部長度和從柄部的有效中點(diǎn)至介于裝置頭部的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離。
[0059]圖27為圖1-3的裝置的側(cè)正視圖，其中所述力通過垂直于目標(biāo)表面的使用者的腕部施加，并且該圖示出了有效柄部長度和從柄部的有效中點(diǎn)至介于裝置頭部的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離。
[0060]圖28為取自專利文獻(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)裝置的側(cè)正視圖，其中所述力通過垂直于目標(biāo)表面的使用者的腕部施加，并且該圖示出了有效柄部長度和從柄部的有效中點(diǎn)至介于裝置頭部的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離。
[0061]圖28Α為圖28的裝置的對前臂角度、長度D1-D6和施加的力矩進(jìn)行的裝置角度迭代的效應(yīng)表。
[0062]圖29為可商購獲得的現(xiàn)有技術(shù)真空吸塵器頭部裝置的側(cè)正視圖，其中所述力通過垂直于目標(biāo)表面的使用者的腕部施加，并且該圖示出了有效柄部長度和從柄部的有效中點(diǎn)至介于裝置頭部的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離。
[0063]圖29Α為圖29的裝置的對前臂角度、長度D1-D6和施加的力矩進(jìn)行的裝置角度迭代的效應(yīng)表。
[0064]圖29Β為具有附接到其上的真空軟管的圖29的裝置的側(cè)正視圖，示出了其中由使用者將所述力矩施加到裝置的點(diǎn)。
[0065]圖29C為在圖29Β的裝置的整個(gè)行程中所施加的力矩的變化的圖示。
[0066]圖29D為具有附接到其上的延伸棒的圖29的裝置的側(cè)正視圖，示出了其中由使用者將所述力矩施加到裝置的點(diǎn)。
[0067]圖29Ε為在圖29D的裝置的整個(gè)行程中所施加的力矩的變化的圖示。
[0068]圖29F為不具有附接到其上的延伸柄部的圖29的裝置的側(cè)正視圖，示出了其中由使用者將所述力矩施加到裝置的點(diǎn)。
[0069]圖29G為在圖29F的裝置的整個(gè)行程中所施加的`力矩的變化的圖示。
[0070]圖30為圖14-16的裝置的側(cè)正視圖，其中所述力通過垂直于目標(biāo)表面的使用者的腕部施加，并且該圖示出了有效柄部長度和從柄部的有效中點(diǎn)至介于裝置頭部的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離。
[0071]圖30Α為作為圖30的裝置的裝置角度和前臂角度的函數(shù)的有效柄部長度(D2)、從目標(biāo)表面至柄部的有效中點(diǎn)的垂直距離(D5)和從柄部的有效中點(diǎn)至介于裝置頭部的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離(D6)的圖形關(guān)系。
[0072]圖30B為圖30A所分析的裝置的側(cè)正視圖，示出了 D2和D5尺寸。
[0073]圖31為裝置的側(cè)正視圖，其中所述力通過垂直于目標(biāo)表面的使用者的腕部施加，并且該圖示出了有效柄部長度和從柄部的有效中點(diǎn)至介于裝置頭部的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離。
[0074]圖31A為圖31的裝置的側(cè)正視圖，示出了其中由使用者將所述力矩施加到裝置的點(diǎn)。
[0075]圖31B為在圖31A的裝置的整個(gè)行程中所施加的力矩的變化的圖示。
[0076]圖31C為圖31的裝置的對前臂角度、長度D1-D6和施加的力矩進(jìn)行的裝置角度迭代的效應(yīng)表。
[0077]圖32為各種裝置圖形關(guān)系，示出了作為柄部相對于目標(biāo)表面的角度(“裝置角度”)的函數(shù)的從目標(biāo)表面至柄部的有效中點(diǎn)的垂直距離(D5)。
[0078]圖33為各種裝置的圖形關(guān)系，示出了作為柄部相對于目標(biāo)表面的角度(“裝置角度”)的函數(shù)的從柄部的有效中點(diǎn)至介于裝置頭部的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離(D6)。
[0079]圖34為各種裝置的圖形關(guān)系，示出了作為使用者的前臂相對于目標(biāo)表面的角度(“前臂角度”)的函數(shù)的從目標(biāo)表面至柄部的有效中點(diǎn)的垂直距離(D5)。
[0080]圖35為各種裝置的圖形關(guān)系，示出了作為使用者的前臂相對于目標(biāo)表面的角度(“前臂角度”)的函數(shù)的從柄部的有效中點(diǎn)至介于裝置頭部的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離(D6)。
[0081]圖36為根據(jù)本發(fā)明的在頭部中具有滾筒和橡皮掃帚且在頭部中具有凸形軌道的圖17、24和25的裝置的側(cè)正視圖，示出了從行程開始直到垂直時(shí)前臂不穩(wěn)定點(diǎn)所對著的角度。
[0082]圖37為圖1-3和27的在頭部上具有凸形齒輪齒條的裝置的側(cè)正視圖，并且該圖示出了從行程開始直到垂直時(shí)前臂不穩(wěn)定點(diǎn)所對著的角度。
[0083]圖38為圖14-16和30的具有伸縮式套疊的弓形柄部的現(xiàn)有技術(shù)裝置的側(cè)正視圖，并且該圖示出了從行程開始直到垂直時(shí)前臂不穩(wěn)定點(diǎn)所對著的角度。
[0084]圖39為圖31的裝置的側(cè)正視圖，并且該圖示出了從行程開始直到垂直時(shí)前臂不穩(wěn)定點(diǎn)所對著的角度。
[0085]圖40為取自專利文獻(xiàn)的圖28的裝置的側(cè)正視圖，并且該圖示出了從行程開始直到垂直時(shí)前臂不穩(wěn)定點(diǎn)所對著的角度。
[0086]圖41為取自專利文獻(xiàn)的圖29的可商購獲得的現(xiàn)有技術(shù)裝置的側(cè)正視圖，并且該圖示出了從行程開始直到垂直時(shí)前臂不穩(wěn)定點(diǎn)所對著的角度。
[0087]圖42A、42B和42C為分別對應(yīng)于95、102和109度的抓持角度的圖36_41所示對著的裝置角度的條形圖。
[0088]圖43為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置和根據(jù)本發(fā)明的裝置的柄部的作為裝置角度的函數(shù)的有效中點(diǎn)處的施加的力矩的圖形關(guān)系。
[0089]圖44示出了相對于圖43所示曲線的裝置角度的導(dǎo)數(shù)，示出了裝置力矩的變化率?！揪唧w實(shí)施方式】
[0090]參見圖1、1A、2和3，本發(fā)明包括一種用于處理目標(biāo)表面的裝置10。裝置10將被描述為適用于清潔窗戶且尤其是豎直取向的窗戶的裝置，所述豎直取向的窗戶從使用者的肩部上方延伸至使用者的膝部下方，雖然技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明的裝置10可用于對目標(biāo)表面進(jìn)行其它處理。
[0091]裝置10可包括柄部12和通過樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)樞轉(zhuǎn)地接合到其上的頭部14。所述樞轉(zhuǎn)運(yùn)動可提供圍繞單一軸線的關(guān)節(jié)運(yùn)動，所述軸線大致垂直于圖2的紙面平面。預(yù)言地，可使用球窩接頭以用于該目的。
[0092]更仔細(xì)地檢查各組件，頭部14可在大致橫向(width-wise)方向上延伸。頭部14可包括一個(gè)或多個(gè)元件以接觸并處理目標(biāo)表面。例如，頭部14可具有施用裝置諸如滾筒以向目標(biāo)表面施用液體。所述液體可包括清潔劑、消毒劑、溶劑、漆、染色劑、香料、涂料等。作為另外一種選擇或除此之外，液體還可通過從獨(dú)立分配器或其它施用裝置噴涂而施加到目標(biāo)表面。
[0093]施用裝置可用液體浸透。作為另外一種選擇或除此之外，獨(dú)立基底可交叉于施用裝置以便在切線處抵靠目標(biāo)表面進(jìn)行壓縮。抵靠目標(biāo)表面進(jìn)行壓縮可導(dǎo)致施用裝置從預(yù)潤濕的基底或飽和的滾筒擠出液體并施用到目標(biāo)表面上。
[0094]頭部14也可包括橡皮掃帚。橡皮掃帚可由橡膠(如本領(lǐng)域已知的那樣)、彈簧鋼刀片制成，或可為由纖維素材料或合成非織造材料制成的簡單擦拭物。橡皮掃帚可移除和/或鋪展施用到目標(biāo)表面的液體。
[0095]頭部14可包括一個(gè)或多個(gè)接觸表面13。所述一個(gè)或多個(gè)接觸表面13為頭部14的如下部分，所述部分在使用期間接觸目標(biāo)表面。例如，頭部14可具有包括橡皮掃帚、和施用裝置等的單一接觸表面13。作為另外一種選擇，頭部14可具有多個(gè)接觸表面13，所述多個(gè)接觸表面包括橡皮掃帚、施用裝置和用于頭部14的機(jī)架或外殼。接觸表面13可包括橡皮掃帚、滾筒、施用裝置、擦拭物等。
[0096]頭部14的接觸表面13可在主要橫向方向上延伸，如圖所示。如果利用多個(gè)接觸表面13，則接觸表面13可在它們之間限定間隔。間隔正交于橫向方向并且可平行于柄部12的縱向。間隔是從接觸表面13元件的外邊緣至外邊緣測量的。間隔及相關(guān)尺寸可在靜止?fàn)顟B(tài)中測量，即不考慮由于抵靠目標(biāo)表面進(jìn)行壓縮而導(dǎo)致的變形。
[0097]如果接觸表面13不是如圖所示地直的或平行的，則將間隔測量為這些元件之間的最大距離。用于本文所述且受權(quán)利要求保護(hù)的裝置10的間隔可為至少2、3、4、或5cm且小于12、10、8、或6cm。所述間隔在相關(guān)圖中被標(biāo)記為D3。
[0098]如果需要，可使用可縱向移動的片材來覆蓋面向外的接觸表面13中的任一者或兩者。所述片材可為預(yù)潤濕的以向窗戶或其它目標(biāo)表面施用清潔劑或其它液體。作為另外一種選擇或除此之外，所述片材可用于保護(hù)橡皮掃帚或其它面向外的接觸表面13，并且為橡皮掃帚或其它面向外的接觸表面13提供可更新的表面。此類裝置10可根據(jù)2011年4月21日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請13/091,297的教導(dǎo)內(nèi)容來制備。
[0099]柄部12可包括閉環(huán)。所述環(huán)的一部分可大致平行于裝置10在目標(biāo)表面上的移動方向。作為另外一種選擇，柄部12可包括單一心軸，如常見的油漆滾筒的情況那樣，或可為T形。[0100]尤其參見圖1、3A和3B，樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在頭部14和柄部12之間提供移動界面。頭部14或柄部12中的任一個(gè)能夠保持固定不動，并且另一個(gè)與其相對地作關(guān)節(jié)運(yùn)動。例如，可使頭部14沿著目標(biāo)表面移動。在此類運(yùn)動期間，柄部12可作關(guān)節(jié)運(yùn)動以與頭部14成不同的角關(guān)系。
[0101]樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可包括互補(bǔ)的凸形部分和凹形部分。凸形部分可包括一個(gè)或多個(gè)溝槽，所述溝槽設(shè)置在頭部14上并且被取向成從目標(biāo)表面凸出。凹形部分可包括一個(gè)或多個(gè)滑塊26，所述滑塊嵌在溝槽中并且可被取向成朝目標(biāo)表面凹入。
[0102]溝槽/滑塊26界面允許頭部14和柄部12之間的關(guān)節(jié)運(yùn)動，同時(shí)也防止它們分離。溝槽的有效半徑?jīng)Q定了樞轉(zhuǎn)運(yùn)動的中心，即頭部14和柄部12在關(guān)節(jié)運(yùn)動的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動期間圍繞其旋轉(zhuǎn)的軸線。
[0103]溝槽的有效半徑應(yīng)當(dāng)足夠大使得旋轉(zhuǎn)中心即樞轉(zhuǎn)軸線設(shè)置在頭部14及其組件的凹陷外側(cè)的方向上。該幾何形狀提供設(shè)置在目標(biāo)表面平面后面的旋轉(zhuǎn)軸線。應(yīng)當(dāng)理解，如果目標(biāo)表面具有顯著的厚度，即相對厚的玻璃面、加固壁等，則僅考慮如呈現(xiàn)給使用者的表面。不考慮被本文的受權(quán)利要求書保護(hù)的裝置10接觸的表面后面的玻璃、壁等的厚度。
[0104]通過增加樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的曲率半徑，柄部12/頭部14圍繞其相對于彼此旋轉(zhuǎn)的軸線被移動得更遠(yuǎn)離樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。因此，柄部12在關(guān)節(jié)運(yùn)動期間所對著的弧具有相對更大的曲率半徑。通過增加由柄部12對著的弧的曲率半徑，能夠增加所述半徑的長度直到旋轉(zhuǎn)中心超過并處在頭部14的外側(cè)。
[0105]該排列有利地使旋轉(zhuǎn)中心設(shè)置在接觸目標(biāo)表面的頭部14的部分以外并超過所述部分。通過將旋轉(zhuǎn)軸線設(shè)置在頭部14的接觸表面13以外，在裝置10的使用期間產(chǎn)生了未預(yù)計(jì)到的穩(wěn)定性。
[0106]樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還可包括齒條20和小齒輪22系統(tǒng)。凸形齒輪齒條20可設(shè)置在頭部14上?；パa(bǔ)小齒輪22可設(shè)置在柄部12上。齒條和小齒輪22在使用者處理目標(biāo)表面期間可提供改善的關(guān)節(jié)運(yùn)動。
[0107]當(dāng)頭部14和柄部12在行程期間相對于彼此移動時(shí)，小齒輪22可減少頭部14和柄部12之間的結(jié)合。該實(shí)施例還可具有設(shè)置在頭部14和柄部12之間的回復(fù)彈簧?；貜?fù)彈簧幫助裝置10達(dá)到整個(gè)行程范圍，而不從被處理的目標(biāo)表面移除頭部14的接觸表面13。
[0108]圖1-3的實(shí)施例提供了如下有益效果:如果期望模塊化構(gòu)造，則柄部12可由于缺乏齒條而相對不太昂貴。同樣，下圖4的實(shí)施例提供了如下有益效果:如果期望模塊化構(gòu)造，則頭部14可由于缺乏齒條而相對不太昂貴。在這兩個(gè)實(shí)施例中的任一個(gè)中，小齒輪均可用于不具有齒條的互補(bǔ)組件。
[0109]參見圖4，在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，裝置10可包括樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)大致反相于前述樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。在該裝置10中，可在柄部12上設(shè)置至少一個(gè)凹形溝槽和齒輪齒條20?；パa(bǔ)小齒輪22和滑塊26系統(tǒng)可設(shè)置在頭部14上。可如上所述地使用互補(bǔ)溝槽和滑塊26系統(tǒng)以防止頭部14和柄部12分離。
[0110]溝槽和滑塊26系統(tǒng)以及齒條20和小齒輪22系統(tǒng)可再次被設(shè)置成使得溝槽和軌道被取向成凹出于頭部14以外并朝向目標(biāo)表面。如果曲率半徑相對于垂直于橫向方向獲取的頭部14的厚度足夠大，則旋轉(zhuǎn)中心將在目標(biāo)表面后面。同樣，預(yù)言地，將旋轉(zhuǎn)中心設(shè)置在目標(biāo)表面后面將在使用期間提供未預(yù)計(jì)到的改善的穩(wěn)定性的結(jié)果。[0111]參見圖5-6，示出了裝置10，其不受本文的權(quán)利要求書保護(hù)且大致反相于圖4所示的裝置。該裝置10具有溝槽和滑塊26系統(tǒng)，所述系統(tǒng)被取向成朝向柄部12且背離目標(biāo)表面為凹形的。
[0112]該裝置10提供柄部12相對于頭部14圍繞位于頭部14后面的軸線的旋轉(zhuǎn)。即旋轉(zhuǎn)軸線不在頭部14的接觸表面13的外側(cè)。相反，旋轉(zhuǎn)軸線略微位于樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的后面，并且處在柄部12自身內(nèi)。
[0113]參見圖7-9，在一個(gè)可供選擇的裝置10中，可利用不太復(fù)雜的樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。該樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括軌道28和滑塊26?；瑝K26在軌道28中捕獲，同樣防止頭部14和柄部12分離。
[0114]軌道28可為凸形的并設(shè)置在頭部14上。軌道28可被取向成凸形地朝向柄部12，如上文關(guān)于圖1-3所述。只要曲率半徑足夠大，旋轉(zhuǎn)中心就將處在頭部14的接觸表面13的外側(cè)并且在目標(biāo)表面的后面。同樣，預(yù)言地，將產(chǎn)生未預(yù)計(jì)到的穩(wěn)定性的改善。
[0115]圖7-9的實(shí)施例提供了如下構(gòu)造的有益效果，所述構(gòu)造避免了齒條和小齒輪22的成本。軌道28和滑塊26可按已知型式按扣在一起。作為另外一種選擇，下圖7-9和圖10-12的實(shí)施例可由塑料部件諸如注塑部件裝配成。聚碳酸酯、聚丙烯、乙縮醛共聚物和ABS塑料可適用于根據(jù)本發(fā)明的裝置10。這些部件可使用螺絲、粘合劑、溶劑焊接、超聲結(jié)合等來接合，如本領(lǐng)域已知的那樣。
[0116]參見圖10-12，在另一個(gè)可供選擇的裝置10中，可同樣利用前述不太復(fù)雜的樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。該樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也包括軌道28和滑塊26?；瑝K26同樣在軌道28中捕獲，同樣防止頭部14和柄部12分離。該實(shí)施例可被認(rèn)為是采用了選自圖4和圖7-9的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
[0117]圖10-12的實(shí)施例具有設(shè)置在柄部12上的凹形軌道28。與該軌道28互補(bǔ)的凸形滑塊26設(shè)置在頭部14上。該排列允許頭部14和柄部12相對于彼此作關(guān)節(jié)運(yùn)動而不分離，如上所述。同樣，只要軌道28/滑塊26系統(tǒng)的有效曲率半徑足夠大，此類曲率的中心就將處在裝置10尤其是頭部14的外面，并且處在被頭部14的接觸表面13接觸的任何目標(biāo)表面的后面。
[0118]參見圖13，如果需要，頭部14還可包括一個(gè)或多個(gè)跟蹤輪34。每個(gè)跟蹤輪34均可設(shè)置在柱上。柱可從與頭部14并置的近端延伸至與遠(yuǎn)離其的遠(yuǎn)端。每個(gè)臂的遠(yuǎn)端可具有輪軸，跟蹤輪34圍繞所述輪軸旋轉(zhuǎn)。這些軸線可為共線的且大致平行于橫向。
[0119]跟蹤輪34提供如下有益效果:在頭部14的接觸表面13上具有多個(gè)接觸點(diǎn)。同樣，當(dāng)裝置10在使用時(shí)，跟蹤輪34可提供更線性的直線跟蹤。
[0120]參見圖14、14A、15和16，柄部12的整體或大部分可為曲線的。在特定情況下，所述曲線的柄部12可為圓形的。此類柄部12具有滑動組件和固定組件。彎曲柄部12可具有固定長度，其上具有滑塊26。使用者在使用中可用一只手抓持滑塊26。在使用中，滑塊26沿彎曲柄部12的固定部分向上從與柄部12的遠(yuǎn)端(即自由端)并置的位置行進(jìn)至與柄部12的近端(靠近頭部14)并置的位置。
[0121]參見圖16A、16B和16C，如果需要，弓形柄部12可具有可變的曲率半徑。該排列提供如下有益效果:抓持者的結(jié)合隨著曲率半徑的增加而減小。
[0122]重新參見圖14-16，滑動組件且更具體地固定組件的曲率可足夠大使得同樣地曲率半徑的中心位于頭部14的外側(cè)，甚至位于整個(gè)裝置10的外側(cè)。該實(shí)施例的曲率中心同樣位于目標(biāo)表面的后面。[0123]作為另外一種選擇，如圖16A、16B和16C所示，當(dāng)使用者開始行程時(shí)所述半徑的中心可處在目標(biāo)表面的后面，并且當(dāng)行程發(fā)生時(shí)移動到目標(biāo)表面的使用者側(cè)上。該排列在整個(gè)行程范圍內(nèi)提供平滑過渡的有益效果。
[0124]曲率半徑的范圍可為從幾厘米至幾米，尤其是至少2、5或15cm但小于3米、2米或30cm。如果期望更長的弓形柄部12，則此類柄部12可例如預(yù)言地用來清潔第二層樓的窗戶，同時(shí)使用者安全地站在地面上。
[0125]滑動組件和固定組件可按已知型式使用軌道28和溝槽接合在一起，如上所述。尤其是，可利用多個(gè)軌道，它們被設(shè)置成在柄部12的固定不動的組件的不同側(cè)面上間隔開180。。
[0126]該裝置10也可具有形成接觸表面13的一部分的跟蹤輪34，如上文關(guān)于圖13的實(shí)施例所述。然而，在該裝置10中，每個(gè)跟蹤輪34的輪軸可直接設(shè)置在頭部14上，而不使用前述臂。與具有專用于安裝跟蹤輪34的獨(dú)立臂的裝置10相比，該排列提供了復(fù)雜性較小的構(gòu)造。
[0127]參見圖16D、16E、16F和16G，并且更仔細(xì)地檢查該實(shí)施例，能夠看出柄部12可由多個(gè)片段15構(gòu)成。片段15可伸縮式套疊起來?？衫脙蓚€(gè)，三個(gè)或更多個(gè)伸縮式套疊柄部12片段15，只要半徑和貼合性允許發(fā)生伸縮式套疊即可。如果選擇伸縮式套疊的彎曲柄部12，則柄部12的遠(yuǎn)側(cè)片段15可伸縮式套疊到下一個(gè)柄部12片段15上等，直到達(dá)到鄰近于頭部14的柄部12片段15。如果需要，柄部12可被彈簧偏置以回復(fù)至延伸的起始位置。
[0128]該排列提供如下有益效果:在開始頭部上方14行程時(shí)，提供相對更長的柄部12，從而改善了作用范圍。在行程期間，柄部12可塌縮到自身上。該塌縮允許使用者的手在行程期間接近目標(biāo)表面。通過接近目標(biāo)表面，可改善控制。下文參照各圖中所包括的圖形進(jìn)一步討論了該現(xiàn)象。
[0129]如果需要，該實(shí)施例可具有任選的閂鎖30以將柄部12片段15固定在固定不動的位置。閂鎖30可為彈簧加載的，如人們所熟知的那樣，以防止一個(gè)柄部12片段15相對于另一個(gè)滑動，從而為使用者提供固定長度柄部12的便利性。所述固定長度可為相對更長或更短的長度以適應(yīng)于手上的任務(wù)。同樣，閂鎖30能夠使片段15固定在是適當(dāng)?shù)奈恢?，使得使用者在整個(gè)行程或行程的一部分期間不必克服彈簧力。
[0130]實(shí)例1
[0131]參見圖17和17A，示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性裝置10。該裝置10被示出在使用中處于水平目標(biāo)服務(wù)中，雖然本發(fā)明不限于水平目標(biāo)表面和豎直目標(biāo)表面。
[0132]該裝置10具有兩個(gè)組件，它們構(gòu)成頭部14的接觸表面13。一個(gè)組件為具有大約
9.98mm半徑的基底滾筒。另一個(gè)組件為橡皮掃帚，當(dāng)裝置10用于豎直位置時(shí)，其位于基底滾筒的上方。該裝置10在頭部14中具有凸形軌道28并且在柄部12中具有互補(bǔ)滑塊26。凸形軌道28和滑塊26具有32.5mm的有效曲率半徑。
[0133]該幾何形狀提供了樞轉(zhuǎn)軸線，其位于目標(biāo)表面后面大約2mm處。樞轉(zhuǎn)軸線位于從接觸表面13的橡皮掃帚部分朝向基底滾筒的大約12.5mm處。另外，樞轉(zhuǎn)軸線位于介于構(gòu)成頭部14的接觸表面13的所述兩個(gè)組件之間大約中途。
[0134]參見圖17B-17E，如果需要，可將壓縮彈簧36安裝在裝置10的柄部12中。對該彈簧36的壓縮允許柄部12在使用期間縮短。尤其是從柄部12的有效中點(diǎn)至設(shè)置在介于頭部14的接觸表面13之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的有效距離可在單一行程期間縮短?？墒勾祟愋谐滔蛳伦饔糜谪Q直目標(biāo)表面，或可使其朝向使用者作用于水平目標(biāo)表面。
[0135]參見圖18，示出了可供選擇的裝置10，并且其不受本文的權(quán)利要求書保護(hù)。該裝置10也具有曲線的伸縮式套疊柄部12。柄部12形成閉環(huán)，并且在特定情況下形成圓。該裝置10的曲率中心設(shè)置在柄部12的所述環(huán)內(nèi)。該裝置10提供如下有益效果:對柄部12的抓持可設(shè)置在頭部14的接觸表面13的上方。通過將對柄部12的抓持設(shè)置在頭部14的上方，裝置10可用于各種位置和構(gòu)型，如可期望其符合人體工程學(xué)。
[0136]參見圖18A、18B和18C，可供選擇的裝置10可具有包括樞轉(zhuǎn)地附接到其上的頭部14的閉環(huán)柄部12。盡管所示出的是具有三個(gè)頂點(diǎn)的等邊三角形柄部12，但技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明不限于此?？墒褂镁哂泄潭ǖ谋?2的任何閉環(huán)。可使用等腰三角形，或可使用具有四個(gè)或更多個(gè)邊的閉環(huán)。
[0137]該幾何形狀提供如下有益效果:當(dāng)頭部14的接觸表面13在行程期間追蹤目標(biāo)表面時(shí)，對柄部12的抓持更快速地接近窗戶，從而減小了力矩臂并增加了控制。
[0138]參見圖19，示出了圖1-3的裝置10的自由體受力圖。該裝置10在接觸表面13上的被標(biāo)記為FRX1和FRX2的所述兩個(gè)點(diǎn)處具有水平反作用力。
[0139]參見圖19A，示出了廣義自由體受力圖，如可用于表示圖19和本文所述的其它裝置10。由于所有水平力和豎直力的總和為零，因此未示出這些力。但由于需要施加的力矩來保持頭部14與目標(biāo)表面接觸，因此示出了施加的力矩。
[0140]本文所述且受權(quán)利要求書保護(hù)的裝置10幾何形狀的尺寸和確定被示出為用于對平坦且平面的目標(biāo)表面使用的裝置10。技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明不限于此。本文所述且受權(quán)利要求書保護(hù)的裝置10能夠與曲線的目標(biāo)表面一起使用。盡管下述尺寸中的一些涉及目標(biāo)表面，例如與其平行或垂直，但裝置10獨(dú)立于抵靠它的或使用它的目標(biāo)表面及其任何放置。
[0141]以下距離被認(rèn)為是剖面上的，或垂直于頭部14和柄部12之間的旋轉(zhuǎn)軸線。結(jié)合附圖所示的表，技術(shù)人員將認(rèn)識到角度^、02、05和06在整個(gè)行程中是變化的。相反，D1、D3、D4在整個(gè)行程中保持恒定。
[0142]如本文所用，D1為垂直于目標(biāo)表面獲取的從頭部14和柄部12之間的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)和頭部14的接觸表面13的距離。如果旋轉(zhuǎn)中心在目標(biāo)表面的后面，則D1被獲取為穿過并垂直目標(biāo)表面至頭部14的接觸表面13的距離。如果頭部14具有兩個(gè)接觸表面13，則接觸表面13被對齊使得它們兩者均接觸目標(biāo)表面。
[0143]D2值由該構(gòu)型確定。如果頭部14具有三個(gè)或更多個(gè)接觸表面13，并且此類接觸表面13不是共平面的，則考慮產(chǎn)生最大D2值的接觸表面13。
[0144]不考慮接觸表面13由于抵靠目標(biāo)表面進(jìn)行壓縮而造成的變形，因?yàn)椴煌氖褂谜呖赡軐δ繕?biāo)表面施加不同量的力。相同的使用者可能在相同行程的不同部分施加不同量的力，和/或可能在不同的行程中施加不同量的力。此類不同水平的力導(dǎo)致不同的變形量和變形程度。因此，為一致起見，本文所考慮的距離是在裝置10處于其自由狀態(tài)且不受壓縮力的情況下獲取的。
[0145]D2被獲取為從頭部14和柄部12之間的樞軸至柄部12上的點(diǎn)(力矩被認(rèn)為施加在所述點(diǎn))的距離。柄部12上的 點(diǎn)(認(rèn)為力矩施加在所述點(diǎn))稱為柄部12的有效中點(diǎn)，如下所述。
[0146]D3為沿平行于目標(biāo)表面的平面在接觸表面13的最外邊緣之間獲取的距離。如果頭部14具有多個(gè)接觸表面13，則D3被獲取為與介于外位接觸表面13的最外邊緣之間相距的最大距離。
[0147]D4為沿平行于目標(biāo)表面的平面獲取的介于接觸表面13的最外邊緣間的至頭部14和柄部12之間的樞軸的距離。如果頭部14具有多個(gè)接觸表面13，則D4被獲取為與朝裝置10的頂部獲取的距柄部12最遠(yuǎn)的外位接觸表面13的最外邊緣相距的最大距離。
[0148]D5為從柄部12上的有效中點(diǎn)(力矩被認(rèn)為施加在所述點(diǎn))至接觸表面13的最外邊緣的距離。該距離是垂直于目標(biāo)表面獲取的。
[0149]D6為從柄部12上的有效中點(diǎn)(力矩被認(rèn)為施加在所述點(diǎn))至介于頭部14的接觸表面13之間中途的目標(biāo)表面上的點(diǎn)的距離。如果頭部14具有僅單一接觸表面13，則該點(diǎn)被當(dāng)作該接觸表面13的中心。
[0150]角度α為柄部12在單一行程期間所擺動經(jīng)過的弧。該角度是在如下方向上從目標(biāo)表面的部分測量的，裝置10在使用期間朝所述方向被移動。對于清潔豎直窗戶的典型使用者，假定使用者從窗戶的頂部開始，并且在行程期間向下移動裝置10。因此，角度α為兩條線之間的角度。第一條線處在頭部14和柄部12之間的樞軸或旋轉(zhuǎn)中心和柄部12上的點(diǎn)(認(rèn)為力矩由使用者施加在所述點(diǎn))之間。第二條線為由目標(biāo)表面形成的平面。技術(shù)人員將認(rèn)識到，兩個(gè)互補(bǔ)角由目標(biāo)表面潛在地限定。角度α被選擇為在行程期間增加的角度。
[0151]由使用者的手所施加的力矩在附圖中被獲取為逆時(shí)針的并被標(biāo)記為ΜΑ。對于本公開，利用了在目標(biāo)表面的位置輸入的且在朝目標(biāo)表面的方向上在FX處獲取的單位力。認(rèn)為力矩施加在柄部12的有效中點(diǎn)。
[0152]柄部12的有效中點(diǎn)被獲取為介于柄部12的頂點(diǎn)和柄部12的遠(yuǎn)端之間中途的柄部12上的點(diǎn)。如果柄部12具有多個(gè)彎曲部并因此具有多個(gè)頂點(diǎn)，則考慮將最靠近頭部14的頂點(diǎn)用于確定該距離。
[0153]下述所有運(yùn)動學(xué)分析均是使用Excel“進(jìn)行的以使計(jì)算自動化。也可利用可商購獲得的軟件，諸如購自 SolidWorks? Corporation (Concord, MA)的CT)S\H')S 軟件。除
非另外特別說明，下文的所有運(yùn)動學(xué)分析均受到以下邊界條件的限制:剛體運(yùn)動、行程期間的恒定的頭部14速度、整個(gè)行程中的恒定的1單位的水平輸入力、以及柄部12和頭部14之間的無摩擦樞轉(zhuǎn)。
[0154]參見圖20A-20B，裝置10被示出分別處于其初始位置和最終位置。初始位置起始于當(dāng)柄部12相對于目標(biāo)表面的下部成39°度的角度時(shí)，裝置10在使用期間朝所述下部被移動。最終位置具有呈141°的角度的柄部12，所述角度以相同方式測量。因此，在單一行程中，柄部12從頭部14下方的接觸點(diǎn)至頭部14上方的不同接觸點(diǎn)擺動經(jīng)過102°的弧。
[0155]參見圖20A、20B、20C、20D、21A、21B、21C、21D、21E、21F 和 21G，如果需要，齒輪系 24可置于裝置10的頭部14和柄部12之間，其在這些組件之一上具有齒輪齒條20。第二齒輪齒條20可設(shè)置在另一個(gè)組件上并且與其成互補(bǔ)且可操作的關(guān)系。此類系統(tǒng)可具有兩個(gè)凸形互補(bǔ)齒輪齒條20,它們被設(shè)置成與它們之間的齒輪之一成面對關(guān)系。第一齒輪齒條20可設(shè)置在頭部14上，并且第二齒輪齒條20可設(shè)置在柄部12上。
[0156]齒輪系24可包括多個(gè)齒輪，如圖所示。作為另外一種選擇，齒輪系24可包括單一齒輪。在任一種情況下，齒輪系24用作第一齒輪齒條20和第二齒輪齒條20之間的傳動裝置25。與如果使用單一齒輪齒條20或單一軌道28/滑塊26排列將發(fā)生的情況相比，傳動裝置25允許裝置10的頭部14和柄部12相關(guān)于彼此移動得更遠(yuǎn)。尤其是，當(dāng)柄部12移動經(jīng)過頭部14上的弧時(shí)，傳動裝置25允許柄部12和頭部14彼此的角關(guān)系改變。
[0157]因此兩個(gè)角關(guān)系在該裝置10的行程期間改變。柄部12和頭部14的絕對位置相對于彼此改變。并且柄部12和頭部14的角位置相對于彼此的改變隨著絕對位置的改變而改變。
[0158]該排列在頭部14和柄部12之間的相對移動中提供受控滑動。置于其中的齒輪系24提供如下有益效果:頭部14和柄部12之間的復(fù)合相對移動在行程期間允許更大范圍的運(yùn)動。
[0159]所述更大范圍的運(yùn)動在達(dá)到前臂不穩(wěn)定性之前為裝置10提供角度以對著超過30、35、40、50、60、70、80、90、100、120、130或140度。在達(dá)到前臂不穩(wěn)定性之前，裝置10角度的運(yùn)動范圍可小于180、170、160或150度。隨著前臂不穩(wěn)定性之前的運(yùn)動范圍的增加，使用者的控制量得到改善?？砂l(fā)生更長的行程，而不經(jīng)過不穩(wěn)定區(qū)域。隨著行程長度的增力口，可清潔更大的表面積，而不經(jīng)過不穩(wěn)定區(qū)域。通過在行程期間避免不穩(wěn)定性，在整個(gè)所考慮的區(qū)域中改善了對目標(biāo)表面的清潔或其它處理。
[0160]參見圖21H，如果需要，傳動裝置25可包括帶驅(qū)動器32。帶傳動32提供頭部14和柄部12之間的復(fù)合差異移動。即頭部14和柄部12能夠用頭部14和柄部12之間的這種傳動裝置25來移動絕對位置和彼此的角關(guān)系。
[0161]參見圖22-23，使用所述可商購獲得的運(yùn)動學(xué)模擬軟件來分析圖19所示的裝置
10。該分析假定對于圖22的模擬無摩擦，并且對于圖23的模擬無彈簧力。
[0162]參見圖22，示出了在MA處獲取的三個(gè)不同的力矩曲線，所述曲線示出了所得力矩。所述三條曲線示出了任選的扭力彈簧的效應(yīng)，所述扭力彈簧被插入在柄部12和頭部14之間以在使用期間提供阻抗柄部12相對于頭部14的旋轉(zhuǎn)的力。
[0163]第一曲線或上曲線為對照曲線，其示出了在柄部12和頭部14之間無添加的彈簧彈出時(shí)的情況。力矩總是正的，認(rèn)為是發(fā)生在逆時(shí)針方向上。在使用中，力矩在102°的行程內(nèi)從0.28減小至0.5。
[0164]在第一試驗(yàn)中，添加0.0023牛頓X米/度的扭力彈簧不改變起始點(diǎn)處的力矩。然而，在119°時(shí)力矩確實(shí)從正的轉(zhuǎn)變成了負(fù)的。在第二試驗(yàn)中，將彈簧力增加至0.0034牛頓X米/度同樣不改變起始點(diǎn)處的力矩。然而，在90°時(shí)力矩確實(shí)從正的轉(zhuǎn)變成了負(fù)的。相對于第一試驗(yàn)，負(fù)力矩的量級不可預(yù)見地增加了超過五的因數(shù)。
[0165]因此，能夠看出，在使用者在力矩從正的轉(zhuǎn)變成負(fù)的之前能夠遇到的行程量和最終力矩量級之間存在折衷。如果使用者期望保持力矩不轉(zhuǎn)變，這也是可能的。然而，較早在行程中將力矩從正轉(zhuǎn)變成負(fù)的裝置10將導(dǎo)致使用者在行程結(jié)束時(shí)施加更大的力矩。
[0166]參見圖23，重復(fù)了該分析，假定在頭部14和目標(biāo)表面之間存在不同的摩擦阻力。最下方的曲線為對照曲線，并且是在零摩擦下運(yùn)行的。該曲線示出了大約0.28牛頓X米的起始力矩和大約-0.30牛頓X米的最終力矩。正力矩和負(fù)力矩之間的轉(zhuǎn)變在90°時(shí)發(fā)生。然而，具有零摩擦的裝置10可能是不現(xiàn)實(shí)的。
[0167]第一試驗(yàn)假定了 0.075的摩擦阻力。在94°時(shí)轉(zhuǎn)變的情況下，初始施加的力矩增加至0.31，并且最終施加的力矩減小至大約-0.27牛頓X米。因此，對力矩的摩擦效應(yīng)不顯著。
[0168]第二試驗(yàn)將摩擦阻力增加至0.500。并非令人驚訝地，在116°時(shí)轉(zhuǎn)變的情況下，初始施加的力矩增加至0.4，但最終力矩減小至大約0.16牛頓X米。因此，能夠看出摩擦效應(yīng)增加了起始力并因此增加了用以相對于目標(biāo)表面移動裝置10所需的起始力矩，然而，所述增加的摩擦延遲了力矩從正的至負(fù)的正負(fù)號(符號)的轉(zhuǎn)變。
[0169]第三試驗(yàn)證實(shí)了在第一試驗(yàn)和第二試驗(yàn)之間所看出的趨勢。第三試驗(yàn)將摩擦力增加至1.000。初始力矩增加至大約0.53并且在衰減之前保持在大約該水平大約10°，并且在135°時(shí)轉(zhuǎn)變成負(fù)的。最終力矩為大約0.04。因此，能夠看出，在起始力矩量級和使用者在力矩的正負(fù)號從正的轉(zhuǎn)變成負(fù)的之前能夠遇到的行程量之間存在折衷。
[0170]參見圖24-25，已發(fā)現(xiàn)裝置10可不相同地匹配使用者的前臂角度。前臂角度為前臂相對于柄部12所構(gòu)成的角度。前臂角度對于本文所述且受權(quán)利要求書保護(hù)的裝置10的性能是顯著的，因?yàn)橐殉龊跻饬系匕l(fā)現(xiàn)，當(dāng)前臂角度穿過垂直于目標(biāo)表面的線時(shí)，產(chǎn)生了不穩(wěn)定性。
[0171]即當(dāng)前臂角度正交于目標(biāo)表面時(shí)，裝置10在使用中可出乎意料地顫動并遇到不穩(wěn)定性。因此，如下所述，將有利地具有如下裝置10，其在前臂角度達(dá)到垂直之前提供相對長的行程。
[0172]如下確定用于特定裝置10的前臂角度。The Department of Defense Handbookfor Human Engineering Guidelines, MIL-HDBK-759C, 1991,第 139-140 頁表明，人通常以范圍為95至109度的抓持角度來抓持裝置10諸如本文所述且受權(quán)利要求保護(hù)的裝置；其中102度為平均值，并且除非另外指明，將其用于本文。
[0173]參見圖24-29，如下確定前臂角度。在柄部12的有效中點(diǎn)和柄部12的遠(yuǎn)端之間作出一條線。從該線朝裝置10的底部作出對著102度的角度的線，并且在相關(guān)聯(lián)的圖中稱為前臂線。前臂線的關(guān)節(jié)運(yùn)動對著前臂角度。
[0174]圖24表明，當(dāng)裝置10角度垂直于目標(biāo)表面時(shí)，前臂可處在垂線上方，并且相對于目標(biāo)表面呈銳角或鈍角關(guān)系。在該情況下，在使用中由于裝置10角度正交于目標(biāo)表面，可產(chǎn)生不穩(wěn)定性。
[0175]圖25不出了一種不同形式的不穩(wěn)定性。在圖25中，前臂角度正交于目標(biāo)表面。但裝置10角度為銳角。因此，可能希望在使用期間協(xié)調(diào)裝置10和前臂角度之間的關(guān)系。
[0176]圖26表明，對于圖17的裝置10，當(dāng)前臂角度正交于目標(biāo)表面時(shí)，裝置10角度為垂線下方的銳角。相反，圖27表明，對于圖1-3的裝置10，當(dāng)前臂角度正交于目標(biāo)表面時(shí)，裝置10角度為垂線上方的銳角。
[0177]參見圖28、28A、29和29A，兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)裝置10的行為類似于圖26的裝置10。SP，當(dāng)前臂角度正交于目標(biāo)表面時(shí)，裝置10角度為垂線下方的銳角。圖29B、29D和29F示出了用于圖29的裝置10的各種有效柄部12對自由體受力圖的效應(yīng)。圖29C、29E和29G示出了分別用于圖29B、29D和29F的裝置10的所述各種柄部12對由使用者施加的力矩的效應(yīng)。
[0178]參見圖30，當(dāng)前臂角度正交于目標(biāo)表面時(shí)，裝置10角度為垂線下方的銳角。參見圖30A和30B，并且更仔細(xì)地檢查圖30的裝置10，能夠看出，裝置10角度和前臂在整個(gè)行程中不相等地增加。另外，還能夠看出，有效柄部12長度(D2)、和從柄部12的有效中點(diǎn)至目標(biāo)表面上介于裝置10頭部14的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的點(diǎn)的距離(D6)作為裝置10角度和前臂角度兩者的函數(shù)單調(diào)地減小。
[0179]從目標(biāo)表面至柄部12的有效中點(diǎn)的垂直距離(D5)在行程期間改變比降，并且是該裝置10的裝置10角度和前臂角度的函數(shù)。該距離與從柄部12的有效中點(diǎn)至頭部14的面向外的接觸表面13的距離(也是D5)相同。
[0180]參見圖31A、31B、31C和31D，示出了另一個(gè)裝置10。在該裝置10中，當(dāng)前臂角度正交于目標(biāo)表面時(shí)，裝置10角度同樣為垂線下方的銳角。
[0181]因此，能夠看出，圖27的裝置10意想不到地表現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)的裝置10相比在質(zhì)量上不同的性能。尤其是，當(dāng)前臂角度正交于所述表面時(shí)，圖27的裝置10具有垂線上方的銳角的裝置10角度。
[0182]參見圖32，示出了在行程期間作為裝置10角度的函數(shù)的從目標(biāo)表面至柄部12的有效中點(diǎn)的垂直距離(D5)的改變。尤其是，該距離單調(diào)地增加或增加，然后在所述90度裝置10不穩(wěn)定角度時(shí)或在此之前減小。
[0183]圖32表明，根據(jù)圖1的裝置可有利地且預(yù)想不到地延遲經(jīng)過裝置不穩(wěn)定點(diǎn)之后的前臂不穩(wěn)定性的發(fā)生。圖34也表明，根據(jù)圖31的裝置示出了單調(diào)增加的D5值，并且在發(fā)生30、35、40或45度的裝置角度時(shí)不遇到前臂不穩(wěn)定性。
[0184]參見圖33，示出了從柄部12的有效中點(diǎn)至目標(biāo)表面上介于裝置10頭部14的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的點(diǎn)的距離(D6)。意想不到地，圖33表明，對于圖14-16的裝置10，該距離在整個(gè)行程中單調(diào)地減小。圖33也意想不到地表明，對于圖1-3的裝置10，前臂不穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)生在裝置10不穩(wěn)定點(diǎn)之后。該裝置10為如下的僅一個(gè)裝置，其示出了同類性能的這種定性差異。
[0185]參見圖34，并且再次檢查對于這些裝置10的前臂角度的改變，看出一些裝置10示出了在行程期間單調(diào)地增加的從目標(biāo)表面至柄部12的有效中點(diǎn)的垂直距離(D5)的差值，一些增加了，然后在90度時(shí)發(fā)生前臂不穩(wěn)定性之前減小，并且一個(gè)裝置10示出了前臂不穩(wěn)定點(diǎn)發(fā)生之后的略微的減小。
[0186]圖34-35示出了兩個(gè)裝置的裝置不穩(wěn)定性。對于剩余的裝置不發(fā)生裝置不穩(wěn)定性，因?yàn)槟切┭b置的裝置角度達(dá)不到90度。
[0187]但是參見圖35，并再次檢查對于這些裝置10的柄部12的有效中點(diǎn)和目標(biāo)表面上介于裝置10頭部14的所述兩個(gè)接觸點(diǎn)之間中途的點(diǎn)之間的距離(D6)的改變，出乎意料地出現(xiàn)了清楚的圖案。圖14-16的裝置10意想不到地示出了單調(diào)地減小的值。
[0188]聯(lián)合參見圖33和35，能夠看出，具有曲線的伸縮式套疊柄部12的實(shí)施例僅為具有顯著比降的實(shí)施例，并且還僅為具有顯著負(fù)比降的實(shí)施例。如上所述，負(fù)比降的減小的值提供了改善的控制的有益效果。
[0189]參見圖36-37，能夠看出，根據(jù)本發(fā)明的裝置10不可預(yù)見地在不穩(wěn)定性發(fā)生之前掃掠范圍為30至65度的角度。所述相對大的角度提供如下有益效果:在越過前臂垂直點(diǎn)之前，使用者能夠?qū)⒀b置10在目標(biāo)表面上牽拉更大的距離。因接觸表面13的更大的區(qū)域而產(chǎn)生了改善的性能。
[0190]尤其是，圖36-37的裝置10掃過其運(yùn)動范圍，從而導(dǎo)致裝置10角度和前臂角度均發(fā)生改變。當(dāng)裝置10角度越過了與目標(biāo)表面的垂直時(shí)，產(chǎn)生裝置10不穩(wěn)定性。當(dāng)前臂角度越過了與目標(biāo)表面的垂直時(shí)，對于特定抓持角度，產(chǎn)生前臂不穩(wěn)定性。這兩種形式的不穩(wěn)定性中的任一種均可導(dǎo)致頭部14相對于目標(biāo)表面的顫動和/或不均勻的運(yùn)動，從而導(dǎo)致劣化的性能。
[0191 ] 因此，期望隨著裝置10角度在整個(gè)行程中增加并逼近90度，前臂角度不過早地遇到垂直，并且不當(dāng)?shù)叵拗苹蚩s短可用的裝置10行程，并且反之亦然。因此，提供更大的裝置10角度或前臂角度范圍的裝置10，在達(dá)到前臂不穩(wěn)定性之前，提供如下有益效果:增加行程長度并因此增加表面區(qū)域處理，而不遇到劣化的性能。
[0192]參見圖38-39，如果需要，可調(diào)節(jié)所述性能以提供37至44度的掃掠角度。因此，技術(shù)人員將會理解，通過對本文所述且受權(quán)利要求書保護(hù)的裝置10進(jìn)行適當(dāng)?shù)膸缀涡螤畹恼{(diào)整，能夠?qū)χ辽?0、35、40、45、50、55、60、65或70度，或小于這些值中任何值的前臂角度，而前臂線不越過與目標(biāo)表面的垂直。
[0193]相比之下，參見圖40-41，在出現(xiàn)前臂垂直之前，現(xiàn)有技術(shù)的裝置10僅對著范圍為18至25度的角度。在使用者遇到前臂不穩(wěn)定性之前，發(fā)生更短的行程并降低了性能。
[0194]參見圖42A、42B和42C，能夠看出，即使抓持角度的變化是假定的，在利用本發(fā)明的情況下，也不可預(yù)見地發(fā)生改善的運(yùn)動范圍。同樣，甚至在多種抓持角度內(nèi)和使用條件下，也不可預(yù)見地發(fā)生改善的性能。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置10能夠適應(yīng)于使用者習(xí)慣的相對寬的變化，而不脫離受權(quán)利要求書保護(hù)的本發(fā)明的有益效果。
[0195]更具體地，對于前述Department of Defense Handbook for Human EngineeringGuidelines所指定的抓持角度的整個(gè)范圍，根據(jù)本發(fā)明的裝置10可表現(xiàn)出有利的裝置10角度范圍，而未遇到前臂不穩(wěn)定性。結(jié)果示于下表1中。
[0196]Μ 1
_7] 逼近的裝置10角度在前臂不穩(wěn)定性發(fā)生之前掃掠
`[0198](以度計(jì))
[0199]
【權(quán)利要求】
1.一種用于清潔窗戶的裝置10，所述裝置10包括: 用于清潔所述窗戶的頭部14，所述頭部14具有至少一個(gè)橫向且面向外的接觸表面13，所述接觸表面用于接觸所述窗戶并處理所述窗戶上的液體；和 柄部12，所述柄部能夠關(guān)節(jié)運(yùn)動地接合到所述頭部14并對著關(guān)節(jié)運(yùn)動角度，所述柄部12限定相對于所述接觸表面13的前臂角度，所述前臂角度從30至70度作關(guān)節(jié)運(yùn)動，而不垂直地交叉于所述窗戶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置10，其特征在于所述前臂角度的范圍為40至65度。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置10，其中所述面向外的接觸表面13包括橡皮掃帚。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置10，其中柄部12和所述頭部14由凸形或凹形軌道20接合，所述軌道在其中具有互補(bǔ)滑塊26。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置10，還包括齒條20和與所述軌道20并置的小齒輪22，其中所述齒條20和小齒輪22之一設(shè)置在所述頭部14上，所述齒條20和所述小齒輪22中的另一個(gè)接合到所述柄部12，以便于兩者間的相對運(yùn)動。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置10，還包括至少兩個(gè)橫向且面向外的接觸表面13，所述接觸表面用于接觸所述目標(biāo)表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置10，其中所述頭部14具有至少兩個(gè)橫向且面向外的接觸表面13，所述接觸表面用于接觸所述目標(biāo)表面并處理所述目標(biāo)表面上的液體；所述接觸表面13限定它們之間的間隔；其中所述間隔在3至IOcm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置10，其中所述間隔在4至8cm之間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置10，其特征在于所述裝置10對著范圍為30至70度的前臂角度，而不以102度的抓持角度垂直地交叉。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3和4所述的裝置10，所述裝置10對著58至72度的裝置10角度，而不引起前臂不穩(wěn)定性，所述前臂不穩(wěn)定性在所述前臂角度垂直于所述目標(biāo)表面時(shí)發(fā)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3和4所述的裝置10，所述裝置10對著64至146度的裝置10角度，而不引起前臂不穩(wěn)定性，所述前臂不穩(wěn)定性在所述前臂角度垂直于所述目標(biāo)表面時(shí)發(fā)生。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置10，其中所述柄部12具有有效柄部12長度，所述柄部12從第一裝置10角度至第二裝置10角度作關(guān)節(jié)運(yùn)動，所述第二裝置10角度大于所述第一裝置10角度，其特征在于所述有效柄部12長度以至少Imm/度關(guān)節(jié)運(yùn)動的比降減小。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置10，其中所述柄部12具有有效柄部12長度，所述柄部12從第一裝置10角度至第二裝置10角度作關(guān)節(jié)運(yùn)動，所述第二裝置10角度大于所述第一裝置10角度，所述有效柄部12長度以至少3mm/度關(guān)節(jié)運(yùn)動的比降減小。
【文檔編號】B25G3/38GK103747924SQ201280040819
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月22日
【發(fā)明者】M·J·斯坦哈特, W·M·坎農(nóng), J·D·雅瑞特 申請人:寶潔公司