專利名稱：顯示器的三自由度控制裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種顯示器的三自由度控制裝置，并特別涉及一種采用單一動 力源控制顯示器在三個自由度上運動的控制裝置。
背景技術(shù)：
液晶顯示產(chǎn)品正逐漸成為消費者首選的顯示產(chǎn)品，由于其視角范圍有限且姿態(tài) 固定，人們的觀看位置和觀看姿勢受到一定的限制，不能充分滿足人們的視覺享受需 求，因此產(chǎn)生了液晶屏姿態(tài)可控裝置的需求。 一般而言，對液晶屏姿態(tài)的控制包括升 降、轉(zhuǎn)動和俯仰三個自由度的運動。
在機構(gòu)學的發(fā)展史上，為了實現(xiàn)多個自由度，人們主要通過多個舵機或電動機、 液壓缸、氣缸以及柱塞、馬達等來實現(xiàn)。這種機構(gòu)每個自由度的實現(xiàn)基本都需要一個 動力機構(gòu)，其費用昂貴且需要較多的固定部件，因此多自由度的實現(xiàn)很大程度都是多 個動力機構(gòu)的堆砌。
目前常用的可作為單動力源實現(xiàn)多自由度的方式是通過液壓缸以及柱塞、馬達、 電磁閥來實現(xiàn)的，但其費用非常高。僅通過機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)多個自由度的方法還非常 少，沒有受到足夠的重視及深入的研究。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種顯示器的三自由度控制裝置，使用一個電機或 其他動力源，通過該控制裝置實現(xiàn)多個自由度輸出。本實用新型中所提及的多個自由 度運動，具體而言為三個自由度，即轉(zhuǎn)動、升降運動和俯仰運動。
為了實現(xiàn)該目的，考慮釆用螺旋傳動。參考圖l，在螺旋傳動中，在絲杠作為主 動件的情況下，當絲母不受外切向力時，利用絲杠對絲母的切向力帶動同絲母連接的 機構(gòu)可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。當絲母受到切向力時，絲母不能轉(zhuǎn)動只能相對絲杠直線運動實現(xiàn) 絲母及其搭載平臺的升降。利用可控閉鎖裝置決定絲母外切向力的施加與否，分別實 現(xiàn)轉(zhuǎn)動和升降運動。俯仰運動可以通過相對直線運動實現(xiàn)，通過再加一個絲母，利用其中一個絲母不受切向力時發(fā)生空轉(zhuǎn)且高度不變來保持平臺的穩(wěn)定，另一個絲母施加
外切向力使其發(fā)生直線運動，實現(xiàn)與平臺的相對直線運動，進而通過直線運動轉(zhuǎn)化為 轉(zhuǎn)動的機構(gòu)如連桿或齒條齒輪轉(zhuǎn)化得到俯仰運動。
本實用新型的顯示器的三自由度控制裝置包括支撐部分，包括底座、轉(zhuǎn)動盤、 外支架、平臺；螺旋傳動部分，包括絲杠和分別與絲杠螺紋嚙合的上絲母和下絲母； 運動轉(zhuǎn)化部分，包括與下絲母固定連接的外筒，與上絲母固定連接的內(nèi)筒，可相對于 支撐部分升降的升降軸和俯仰運動生成機構(gòu)，其中，內(nèi)筒套在外筒內(nèi)，兩者互不接觸； 閉鎖控制部分，包括第一閉鎖開關(guān)和第二閉鎖開關(guān)，第一閉鎖開關(guān)用于閉鎖所述外筒， 第二閉鎖開關(guān)用于閉鎖所述支撐部分；其中，通逝空制第一閉鎖開關(guān)和第二閉鎖開關(guān)的打 開或閉鎖實珊空制裝置輸出f^、升,動或俯仰運動。
其中，所述，部分還包括下壓力軸承和上壓力軸承，轉(zhuǎn)動盤通過下壓力軸承置 于底座上，可相對底座轉(zhuǎn)動；外支架固定在轉(zhuǎn)動盤上；升降軸下部置于外支架的內(nèi)孔 中，可相對于外支架做升降運動；升降軸上部固定連接平臺；平臺通過上壓力軸承支 撐在外筒上。
本實用新型通過一個動力源和一根絲杠，兩個絲母以及運動轉(zhuǎn)化機構(gòu)和閉鎖機 構(gòu)實現(xiàn)了顯示器在三個自由度上的運動，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟性好，提高了電機的利用率。 其簡單的結(jié)構(gòu)以及動力源的減少有利于提高裝置的可維修性。從一定程度上克服了現(xiàn)
有技術(shù)中布線復雜的問題。相對于多個動力源的裝置，其機械的可靠性更好，所占空 間相對較小，采用螺旋傳動，輸出力大，因此更有利于工程應用。本實用新型除可用 于電視或計算機液晶屏遙控裝置的搭載平臺外，還可作為搭載平臺應用于需要三自由 度的機械結(jié)構(gòu)中，如自動跟蹤太陽能儀器的機械平臺、大型或小型機械手臂，在軍事 上還可作為無人戰(zhàn)車的遙控機槍平臺等。


圖1是絲母外切向力施加與否的不同運動狀態(tài)說明圖2是本實用新型所述控制裝置的正視圖3是圖2中所示本實用新型控制裝置的D-D向剖面圖4是圖2中所示本實用新型控制裝置的T-T和0-0俯視剖面圖;
圖5是本實用新型所述控制裝置的示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行說明。
參考圖2-4，本實用新型提供一種采用單一動力源控制顯示器在三個自由度上運 動的控制裝置，所述的多個自由度輸出包括轉(zhuǎn)動、升降運動和俯仰運動。該控制裝置 包括支撐部分，螺旋傳動部分，運動轉(zhuǎn)化部分和閉鎖控制部分。其中，支撐部分主要 包括底座l、轉(zhuǎn)動盤4、外支架5、平臺11以及下壓力軸承3和上壓力軸承9。螺旋 傳動部分包括絲杠12、上絲母14和下絲母13。運動轉(zhuǎn)化部分包括外筒6、內(nèi)筒15、 升降軸8、俯仰運動生成機構(gòu)16和平臺橫軸10。閉鎖控制部分包括第一閉鎖開關(guān)7 和第二閉鎖開關(guān)2。動力源通過減速機構(gòu)向絲杠12提供動力。動力源是可以輸出動 力的機構(gòu)，例如電機。減速機構(gòu)可以是齒輪機構(gòu)、皮帶輪機構(gòu)或者蝸輪蝸桿機構(gòu)等。 動力源輸入的運動通過控制裝置的轉(zhuǎn)換得到各個自由度的運動，這些運動最終通過平 臺橫軸10輸出，顯示器安裝在平臺橫軸10上。
底座1用于支撐整個機構(gòu)，主要由三根螺桿、兩個托盤、十二個螺母構(gòu)成，其 功能是調(diào)節(jié)高度及水平度。該底座結(jié)構(gòu)僅是示例，可以根據(jù)實際應用場合的需求選擇 合適的底座形式，例如平板形式、箱體形式等等，也可以直接將承載該控制裝置的裝 置作為底座。轉(zhuǎn)動盤4通過下壓力軸承3置于底座1上，底座1與轉(zhuǎn)動盤4構(gòu)成轉(zhuǎn)動 副，并且轉(zhuǎn)動盤4上的卡環(huán)與底座1上的突出部分連接，固定轉(zhuǎn)動盤4在水平位置。 兩個外支架5固定在轉(zhuǎn)動盤4上。兩個升降軸8的下部分別置于兩個外支架5的內(nèi)孔 中，并可在外支架5中升降。升降軸8的上部與平臺11固定連接。平臺橫軸10以可 轉(zhuǎn)動的方式被支撐在平臺11上。
動力源提供的動力，經(jīng)過減速機構(gòu)傳遞到絲杠12。下絲母13和上絲母14分別 嵌套在絲杠12外周，并與絲杠12螺紋嚙合。下絲母13與外筒6固定連接，下絲母 13可以是一個單獨的絲母部件通過一定的連接方式固定到外筒6上，也可以是直接 在外筒6的內(nèi)壁上加工出的螺紋段。外筒6上端通過上壓力軸承9搭載平臺11，平 臺11可相對于外筒6轉(zhuǎn)動。上絲母14與內(nèi)筒15固定連接，上絲母14可以是一個單 獨的絲母部件通過一定的連接方式固定到內(nèi)筒15上，也可以是直接在內(nèi)筒15的內(nèi)壁 上加工出的螺紋段。內(nèi)筒15在徑向上位于外筒6內(nèi)，兩者之間無接觸，內(nèi)筒15可從 外筒6上部伸出。內(nèi)筒15的外周下部為圓柱狀上部為多邊形，平臺ll上開有與內(nèi)筒15的多邊形外周相配合的多邊形孔，內(nèi)筒15從平臺11的孔中伸出，可相對平臺11 升降但不能轉(zhuǎn)動。從平臺11上伸出的內(nèi)筒15經(jīng)過由兩個連桿組成的俯仰運動生成機 構(gòu)16與平臺橫軸10連接。內(nèi)筒15也可通過由齒輪齒條組成的俯仰運動生成機構(gòu)與 平臺橫軸10連接，即內(nèi)筒15與齒條連接，齒輪與齒條嚙合，平臺橫軸10固定在齒 輪中心處，隨齒輪一起轉(zhuǎn)動。
第一閉鎖開關(guān)7安裝在外支架5上，也可安裝在升降軸8上，隨之一起升降。 第二閉鎖開關(guān)2安裝在底座1上。第一閉鎖開關(guān)7和第二閉鎖開關(guān)2為改裝的電磁鐵， 在其鐵芯上安裝彈簧，通電時，電磁鐵克服彈簧彈力將鐵芯吸回；斷電時鐵芯在彈簧 彈力的作用下彈回閉鎖。外筒6為外圍具有多個長槽的圓筒狀結(jié)構(gòu)，第一閉鎖開關(guān)7 閉鎖外筒6，限制外筒6的轉(zhuǎn)動，但不會阻止外筒6的升降。轉(zhuǎn)動盤4為外圍具有多 個槽的圓盤，第二閉鎖開關(guān)2閉鎖轉(zhuǎn)動盤4，使轉(zhuǎn)動盤4不能轉(zhuǎn)動。
下面參考附圖5分別描述轉(zhuǎn)動、升降和俯仰運動的實現(xiàn)過程。
轉(zhuǎn)動此時第一閉鎖開關(guān)7閉鎖外筒6，第二閉鎖開關(guān)2解鎖。動力源經(jīng)減速機 構(gòu)帶動絲杠12轉(zhuǎn)動，絲杠12的轉(zhuǎn)動通過下絲母13和上絲母14分別傳遞到外筒6 和內(nèi)筒15上，然后分別通過第一閉鎖開關(guān)7和平臺帶動外支架5、轉(zhuǎn)動盤4、升降軸 8和平臺11一起轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)整體轉(zhuǎn)動。由于轉(zhuǎn)動盤4下面裝有下壓力軸承3，因 此絲杠12僅需提供給下絲母13和上絲母14很小的切向力即可實現(xiàn)整體轉(zhuǎn)動。
升降此時第一閉鎖開關(guān)7和第二閉鎖開關(guān)2均為閉鎖狀態(tài)，外筒6和轉(zhuǎn)動盤4 被閉鎖不能轉(zhuǎn)動。由于轉(zhuǎn)動盤4不能轉(zhuǎn)動，使得與其相連的外支架5、升降軸8和平 臺11均不能轉(zhuǎn)動。由于平臺11內(nèi)的孔與內(nèi)筒15的上部之間是多邊形的配合關(guān)系， 兩者不能相對轉(zhuǎn)動，因此內(nèi)筒15也不能轉(zhuǎn)動。動力源經(jīng)由減速機構(gòu)帶動絲杠12轉(zhuǎn)動， 第一閉鎖開關(guān)7經(jīng)外筒6提供給下絲母13以切向力，第二閉鎖開關(guān)2經(jīng)轉(zhuǎn)動盤4、 外支架5、升降軸8、平臺11和內(nèi)筒15提供給上絲母14以切向力，因此上絲母14 和下絲母13均不能轉(zhuǎn)動，絲杠12的轉(zhuǎn)動對下絲母13和上絲母14產(chǎn)生豎直的力進而 實現(xiàn)上下絲母14和下絲母13、內(nèi)筒15和外筒6及其搭載平臺11的整體升降。
俯仰此時第一閉鎖開關(guān)7解鎖，第二閉鎖開關(guān)15閉鎖。由于外筒6與平臺11 間是上壓力軸承16，第一閉鎖開關(guān)7解鎖使外筒6和下絲母13不受外切向力，下絲 母13在絲杠12的帶動下連同外筒6 —起空轉(zhuǎn)，進而使得平臺11高度保持穩(wěn)定。第 二閉鎖開關(guān)2閉鎖轉(zhuǎn)動盤4，使得與其相連的外支架5、升降軸8、平臺11和內(nèi)筒15均不能轉(zhuǎn)動，從而通過內(nèi)筒15提供給上絲母14以外切向力，使上絲母14和內(nèi)筒15 相對于絲杠12產(chǎn)生直線運動，內(nèi)筒15相對平臺11的豎直運動通過連桿機構(gòu)16轉(zhuǎn)換 為平臺橫軸10繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動，即俯仰運動。
權(quán)利要求1、顯示器的三自由度控制裝置，包括支撐部分(1、3、4、5、9、11)，包括底座(1)、轉(zhuǎn)動盤(4)、外支架(5)、平臺(11)；螺旋傳動部分(12、13、14)，包括絲杠(12)及與其通過螺紋嚙合的上絲母(14)和下絲母(13)；運動轉(zhuǎn)化部分(6、8、15、16)，包括與下絲母(13)固定連接的外筒(6)，與上絲母(14)固定連接的內(nèi)筒(15)，可相對于支撐部分(5)升降的升降軸(8)和俯仰運動生成機構(gòu)(16)，其中，內(nèi)筒(15)套在外筒(6)內(nèi)，兩者互不接觸；閉鎖控制部分，包括第一閉鎖開關(guān)(7)和第二閉鎖開關(guān)(2)，第一閉鎖開關(guān)(7)用于閉鎖所述外筒(6)，第二閉鎖開關(guān)(2)用于閉鎖所述支撐部分(4，5，11)；其中，通過控制第一閉鎖開關(guān)(7)和第二閉鎖開關(guān)(2)的打開或閉鎖實現(xiàn)控制裝置輸出轉(zhuǎn)動、升降運動或俯仰運動。
2、 如權(quán)利要求l戶腿的顯示器的三自由度控制裝置，其中，戶;M下絲母(13)可以是 一個單獨的絲母部件通過一定的連接方式固定到外筒(6)上，也可以是直接在外筒(6)的內(nèi)壁上加工出的螺紋段；所述上絲母(14)可以是一個單獨的絲母部件通過 一定的連接方式固定到內(nèi)筒(15)上，也可以是直接在內(nèi)筒(15)的內(nèi)壁上加工出的 螺紋段。
3、 如權(quán)利要求i戶腿的顯示器的三自由se制體，其中，戶;f3i雄部分(1、 3、 4、5、 9、 11)還包括下壓力軸承(3)和上壓力軸承(9)，轉(zhuǎn)動盤(4)通過下壓力軸承 (3)置于底座(1)上，可相對底座(1)轉(zhuǎn)動；外支架(5)固定在轉(zhuǎn)動盤(4)上； 升降軸(8)下部置于外支架(5)的內(nèi)孔中，可相對于外支架(5)做升降運動；升 降軸(8)上部固定連接平臺(11);平臺(11)通過上壓力軸承(9)支撐在外筒(6) 上。
4、 如權(quán)利要求3戶腿的顯示器的三自由魁空制體，其中，平臺(11)內(nèi)開有與內(nèi)筒 (15)的外周^K配合的孔，內(nèi)筒(15)上tlW在平臺(11)的孔內(nèi)升降，但是不能相對于平臺(11)糊。
5、 如權(quán)利要求l"4中ft"項戶脫的顯示器的三自由度控制驢，其中，)^iS動轉(zhuǎn)化部 分還包括平臺橫軸(10)，戶腿的平臺橫軸(10)以可糊的方鼓驗平臺(11)上，戶腿 俯仰運動^a構(gòu)(16)連接平臺橫軸(10)和內(nèi)筒(15)。
6、 如權(quán)利要求14中任一IMM的顯示器的三自由度控制裝置，其中，戶服俯仰運動生 淑幾構(gòu)(16)為連桿機構(gòu)或識縱條機構(gòu)。
7、 如權(quán)利要求14中ft^J砂腿的顯示器的三自由度控制驢，其中，戶腿第一閉鎖開 關(guān)(7)閉牽j^S帝隨動轉(zhuǎn)化部分中的夕卜筒(6),戶/f^二閉鎖開關(guān)(2)閉鎖支撐部分中的糊 盤(4)。
8、 如權(quán)利要求i4中任一;c^脫的顯示器的三自由度控制裝置，其中，戶;M第一閉鎖開關(guān)(7)和第二閉鎖開關(guān)(2)為改裝的電磁鐵，在其鐵芯上安裝彈簧，通電時，電 磁鐵克服彈簧彈力將鐵芯吸回；斷電時鐵芯在彈簧彈力的作用下彈回閉鎖。
9、 如權(quán)利要求14中任一項戶脫的顯示器的三自由^g制驢，其中，當?shù)谝婚]鎖開 關(guān)(7)閉鎖并且第二閉鎖開關(guān)(2)解鎖時，輸出轉(zhuǎn)動；當?shù)谝婚]鎖開關(guān)(7)和第 二閉鎖開關(guān)(2)均閉鎖時，輸出升降運動；當?shù)谝婚]鎖開關(guān)(7)解鎖并且第二閉鎖 開關(guān)(2)閉鎖時，輸出俯仰運動。
專利摘要本實用新型涉及一種采用單一動力源控制顯示器在三個自由度上運動的控制裝置。該控制裝置采用絲杠絲母結(jié)構(gòu)產(chǎn)生并輸出轉(zhuǎn)動和升降運動，并且通過在一個絲杠上配合設置兩個絲母，通過兩個絲母的相對直線運動產(chǎn)生并輸出俯仰運動。本實用新型的控制裝置中還包括兩個閉鎖開關(guān)，通過對閉鎖開關(guān)的打開和閉鎖進行控制，控制控制裝置輸出不同自由度的運動。本實用新型僅用一個動力源及絲杠絲母和一些機構(gòu)就實現(xiàn)了轉(zhuǎn)動、俯仰、升降三個自由度，具有結(jié)構(gòu)簡單，工程應用方便的特點，可作為搭載平臺應用在需要多自由度的結(jié)構(gòu)中。
文檔編號G06F1/16GK201232833SQ200820117789
公開日2009年5月6日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者馮輔周, 江鵬程, 魏振升 申請人:馮輔周