專利名稱：可伸縮的機械臂、可變換造型的屏幕陣列及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可伸縮的機械臂、可變換造型的屏幕陣列及其控制方法。
背景技術：
現(xiàn)在，在很多公共場合都需要將多個屏幕組合在一起來顯示需要展示的內容，例 如展覽會，演唱會等場合。這些屏幕只是簡單地組合在一起，不能活動，因而不能變換組合 造型。因此，需要提供一種能變換造型的屏幕陣列，以及實現(xiàn)這種造型變換的機械系統(tǒng) 和控制方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一是提供一種可變換造型的屏幕陣列，以便同一屏幕陣列能夠產 生多種造型，例如圓柱造型，鳥巢造型，更復雜的如天安門造型，國家大劇院造型。該可變換造型的屏幕陣列采用如下的技術方案該屏幕陣列包括多個屏幕；多個可伸縮的機械臂；以及控制系統(tǒng)；其中，屏幕可樞 轉地安裝在機械臂的可伸縮的端部上，使得屏幕可以進行來回運動和俯仰運動；屏幕與機 械臂一起形成具有造型的屏幕陣列；以及控制系統(tǒng)可控制屏幕的來回運動和俯仰運動，并 且能夠協(xié)調屏幕的來回運動和俯仰運動，以改變屏幕陣列的造型。通過控制系統(tǒng)對屏幕的來回運動和俯仰運動的協(xié)調，整個屏幕陣列可實現(xiàn)各種預 定造型的變換。作為可變換造型的屏幕陣列的進一步發(fā)展，控制系統(tǒng)還使屏幕陣列的造型變換與 屏幕上的圖像變化相配合。本發(fā)明的目的之二是提供上述可變換造型的屏幕陣列的控制方法，其包括如下的 步驟提供可供選擇的造型模式；選擇造型模式；以及根據(jù)選定的造型模式，協(xié)調地控制所 述屏幕的移動和/或俯仰運動，以形成所述屏幕陣列的選定造型。本發(fā)明的目的之三是提供一種幫助屏幕陣列變換造型的可伸縮機械臂，其包括固 定的第一臂；平行于該第一臂的第二臂；以及可驅動第二臂沿著第一臂的縱向移動以便伸 出和縮回第二臂的驅動機構。作為可伸縮機械臂的一個優(yōu)選實施例，第一臂和第二臂均由鋁型材制成，并且每 個臂的縱向邊緣上固定有鋼條以增加臂的強度。第一臂與第二臂之間構成滑動連接。鋼條 還充當滑動導軌，以便第二臂相對于第一臂進行滑動。驅動機構則包括齒輪、與該齒輪嚙合 的齒條和驅動齒輪旋轉的電機，所述齒條固定在所述第二臂上，使得齒輪在電機驅動下的
4旋轉促使齒條和第二臂一起移動。機械臂還包括限位開關和防撞塊。機械臂的可伸縮的端部上還安裝有角度俯仰機構以控制每個屏幕的俯仰角度。作 為一個優(yōu)選實施例，角度俯仰機構包括伺服電機、拉索和拉索卷輪，伺服電機和拉索卷輪固 定在所述第二臂上，拉索的端部固定在所述屏幕的背面上的連接座上，使得在伺服電機的 作用下，拉索通過拉索卷輪的轉動拉著屏幕向上轉或向下轉。特別地，當拉索上的拉力消失 時，屏幕在重力的作用復位。通過閱讀下列的詳細描述及參考附圖，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將變得很明顯。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的可變換造型的屏幕陣列的一個優(yōu)選實施例的部分屏幕陣列 的示意圖；圖2為圖1所示屏幕陣列的處于不同伸長位置的部分屏幕的示意圖；圖3為圖1所示屏幕陣列的處于不同俯仰角度的部分屏幕的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的可變換造型的屏幕陣列的第二個優(yōu)選實施例的局部示意圖；圖5為沿圖4中的線A-A的截面圖；圖6為沿圖4中的線B-B的截面圖；圖7為沿圖4中的線C-C的截面圖；圖8為沿圖4中的線D-D的截面圖；圖9為沿圖4中的線E-E的截面圖；圖10顯示屏幕處于不同的俯仰角度。
具體實施例方式作為本發(fā)明的可變換造型的屏幕陣列，主要包括三部分屏幕，支撐屏幕并支持屏 幕進行平移和旋轉運動的機械系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)。其中，機械系統(tǒng)主要由長度伸縮機構和 角度俯仰機構組成。在本發(fā)明中，長度伸縮機構為可伸縮的機械臂。本發(fā)明的屏幕陣列通 過上述的機械系統(tǒng)可以組成各種造型，并且通過控制系統(tǒng)可以隨意變換這些造型，同時通 過將這些造型與屏幕上顯示的畫面相結合，營造出更加立體而生動的顯示效果。圖1為本發(fā)明的可變換造型的屏幕陣列的一個優(yōu)選實施例的一部分的示意圖。如 圖1所示，每個屏幕4可樞轉地安裝在每個機械臂2的可伸出的端部上，屏幕4在初始位置 與機械臂2大致垂直；角度俯仰機構5也安裝在機械臂2上靠近屏幕4，并與屏幕4形成連 接，從而角度俯仰機構5可以促使屏幕4相對于機械臂進行俯仰運動；機械臂2則安裝在支 架1上，形成懸臂式安裝方式。圖2顯示了圖1中的機械臂1處于不同伸長長度，相應地，屏幕4處于不同的平移 位置。該機械臂包括固定在支架1上的第一臂21 (固定臂)和相對于第一臂21可伸出和 縮回的第二臂22 (滑動臂)，屏幕4安裝在第二臂22的可伸出的端部上(即圖2中位于右 邊的端部)。第一臂21與第二臂22通過兩個滑動套筒31和32形成滑動連接，以減少第二 臂移動的阻力?；瑒犹淄矁鹊幕瑒蛹蔀闈L輪，將在下文描述更詳細的內容。圖3顯示了圖1的屏幕4相對于機械臂處于不同的俯仰角度。作為本發(fā)明的可變換造型的屏幕陣列的另一個實施例，除了機械臂安裝在基座上
5(即基座式安裝方式)以外，其它方面與上述實施例基本相同。下面將參照圖4-10對本發(fā) 明的各方面作詳細的描述。首先描述可伸縮的機械臂2。如圖4所示，機械臂2的兩端分別安裝在基座11和12中。具體地，第一臂21的后 端部(即位于圖中左邊的端部)固定地安裝在后基座11上。圖9為沿圖1的穿過后基座 11的線E-E的截面圖。因此，在圖9中可以清楚地看到，后側護板111、112和后頂護板113 將第一臂21的后端部固定地圍住，形成后保護框。第一臂21的前端部則固定在前基座12 上。圖7為沿圖1的穿過前基座12的線C-C的截面圖。因此，在圖7中可以清楚地看到， 前側護板121、122和前頂護板123將第一臂21的前端部固定地圍住，從而形成前保護框。仍如圖4所示，第二臂22的前端部(即圖中位于右邊的端部)從前保護框中穿過。 如圖7所示，第二臂22通過四個滾針軸承611可滑動地支撐在前保護框中。滾針軸承611 則通過螺栓分別安裝在前側護板121、122上，這樣也可以防止第二臂22在前保護框中左右 偏擺。第二臂的后端部(即圖中位于左邊的端部)上固定有滑動套筒23，第一臂21從該 滑動套筒23中穿過。圖5為沿圖1中穿過該滑動套筒23的線A-A的截面圖。因此，在圖 5中可以清楚地看到，滑動套筒23包括側護板231、232和頂護板233，并且每個側護板上都 使用螺栓安裝兩個滾針軸承611。這樣，當滑動套筒23隨第二臂22移動時，既允許第二臂 相對于第一臂進行滑動，又能夠防止第一臂21在該滑動套筒23中左右偏擺。另外，滑動套 筒23還能阻止第二臂22的后端部下墜。第一臂21與第二臂22之間采用滑動連接方式能夠保證兩個臂之間的摩擦力最 小。在現(xiàn)有技術中，這樣的滑動連接方式有很多種，例如采用滾輪和相應導向槽的方式，因 此在此不再贅述。驅動第二臂22相對于第一臂移動的驅動機構則顯示在圖7中。如圖7所示，作為 本發(fā)明的機械臂的驅動機構的優(yōu)選實施例，該驅動機構主要包括電機633，固定在電機633 伸出的軸上的齒輪644，與齒輪644嚙合的齒條622。電機633通過軸承655固定在前側護 板121和122上，齒條622則固定在第二臂22的面向齒輪644的一側上，例如通過螺釘。當 電機633驅動齒輪644轉動時，齒條622則在齒輪的作用下帶動第二臂22 —起移動。齒輪 齒條傳動方式的優(yōu)點是傳動平穩(wěn)，裝配方便，具齒輪、齒條屬于標準件，采購容易。另外，這 種傳動方式使第二臂的移動速度容易控制。當然，在本發(fā)明的其它實施例中，也可采用絲桿 傳動方式。為了減輕機械臂的重量，第一臂和第二臂均由帶空腔的鋁型材制成，這樣所需的 電線等可埋在該空腔中，免于暴露。當然，第一臂和第二臂也可以由其它材料制成。在本發(fā) 明的一個實施例中，第一臂和第二臂的鋁型材的截面均為大致矩形。如圖6所示，為了增加 第一臂和第二臂的強度，第一臂21的四個縱向邊緣上均固定一條鋼條211、212、213、214; 同樣地，第二臂22的四個縱向邊緣上也各固定一條鋼條221、222、223、224。這些鋼條分別 通過螺釘固定到第一臂和第二臂上。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，這些鋼條同時還起到 滑動導軌的作用，如圖5和圖7所示，滾針軸承611可以在這些鋼條上滑動。在本發(fā)明的一個實施例中，第二臂22的后端部處設有防撞塊(圖中未示出)，第二 臂22的前面則裝有螺釘檔位行程開關(圖中未示出)，以在第二臂移動的過程中保護其不 受fe舍。
現(xiàn)在描述屏幕4與第二臂22之間的連接結構。參見圖4，作為本發(fā)明的一個實施例，屏幕4的背面上設有鉸接座42，相對應的，第 二臂22的可伸出的前端部上裝有樞軸座221。樞軸600分別穿過鉸接座42和樞軸座221 上的孔而將屏幕4可樞轉地安裝在第二臂22上?，F(xiàn)在描述角度俯仰機構5。參見圖4和圖8，作為本發(fā)明的一個實施例，角度俯仰機構5主要包括高精度伺服 電機52，安裝在電機52的伸出軸上的拉索轉輪53，纏繞在拉索轉輪53上的拉索51和安裝 在第二臂22上的被掏空的型材54。型材54被兩個夾板541、542夾住，電機52通過兩個 球軸承666固定在夾板541、542上，電機52的伸出軸穿過該型材54。該掏空的型材54方 便各種相關構件從其中穿過以及方便它們安裝到第二臂或屏幕上。拉索51在當前實施例 中為鋼絲繩，其分為上下兩條，分別固定到屏幕4背面的連接座41上，每條鋼絲繩靠近屏幕 4的一端上都裝一個鋼絲繩鎖緊扣511，以在需要時鎖緊鋼絲繩。在伺服電機52的作用下， 鋼絲繩通過拉索卷輪的轉動拉著所述屏幕4向上轉或向下轉。圖10中a-e分別顯示了屏 幕相對于第二臂的不同俯仰角度。當撤去鋼絲繩上的拉力時，屏幕4在重力的作用下復位 到基本豎直的位置。作為角度俯仰機構的另一個實施例，只設一條上拉索用來拉住屏幕4的上部(未 圖示)，即省去下拉索。這樣，屏幕的向下翻轉以及復位都通過重力來實現(xiàn)，從而有助于提高 系統(tǒng)的安全性。在本實施例中，拉索仍為鋼絲繩，其它方面則同上述的實施例?，F(xiàn)在描述上述屏幕陣列的控制系統(tǒng)及其控制方法在本發(fā)明的一個實施例中，控制系統(tǒng)包括電動屏幕控制模塊，VGA電腦信號切換模 塊，控制接口處理模塊，設備電源管理模塊，電源模塊，音視頻切換模塊，音色、音量處理模 塊和紅外學習及發(fā)射模塊。這些模塊涉及的電子器件都屬于現(xiàn)有技術，因此在此不再贅述。 上述所有模塊都通過中央控制主機進行一鍵式控制。換言之，在操作時，先選擇可運行的模 式，然后只需點擊該模式，控制系統(tǒng)就會自動控制所有相關設備的動作，例如，機械臂的移 動，屏幕的上下翻轉，屏幕上顯示的畫面內容，燈光等等。該控制系統(tǒng)采用觸摸屏作為操作 中心，集中控制各個設備的操作，從而實現(xiàn)全面的、模塊化、一體化的智能控制。需要說明的，本發(fā)明的控制系統(tǒng)的最大特征在于其能夠協(xié)調屏幕的來回運動和俯 仰運動，從而改變所述屏幕陣列的造型。不僅如此，該控制系統(tǒng)還能夠使屏幕陣列的造型變 換與屏幕上的圖像變化相配合。在屏幕陣列的造型變換方面，控制系統(tǒng)采用如下的操作步驟首先要在控制系統(tǒng) 的存儲裝置保存可供選擇的造型模式；然后就可以選擇造型模式；當造型模式選定時，控 制系統(tǒng)就開始協(xié)調地控制所述屏幕的移動和/或俯仰運動，以形成所述屏幕陣列的選定造 型。如果屏幕陣列的造型變化還需要與屏幕上的畫面變化相配合，那么控制系統(tǒng)則采取這 樣的步驟。雖然已經描述了本發(fā)明的典型實施例，但應該明白本發(fā)明不限于這些實施例，對 本專業(yè)的技術人員來說，本發(fā)明的各種變化和改進都能實現(xiàn)，但這些都在本發(fā)明權利要求 的精神和范圍之內。
權利要求
一種可變換造型的屏幕陣列，其包括多個屏幕；多個可伸縮的機械臂；以及控制系統(tǒng)；其中，所述屏幕可樞轉地安裝在所述機械臂的可伸縮的端部上，使得所述屏幕可以進行來回運動和俯仰運動；所述屏幕與機械臂一起形成具有造型的屏幕陣列；以及所述控制系統(tǒng)可控制所述屏幕的來回運動和俯仰運動，并且能夠協(xié)調所述屏幕的來回運動和俯仰運動，以改變所述屏幕陣列的造型。
2.根據(jù)權利要求1所述的屏幕陣列，其特征在于所述控制系統(tǒng)還能夠使所述屏幕陣 列的造型變換與所述屏幕上的圖像變化相配合。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的屏幕陣列，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括電動屏幕控 制模塊，VGA電腦信號切換模塊，控制接口處理模塊，設備電源管理模塊，電源模塊，音視頻 切換模塊，音色、音量處理模塊和紅外學習及發(fā)射模塊，所有模塊可通過中央控制主機進行 控制。
4.根據(jù)權利要求3所述的屏幕陣列，其特征在于所述中央控制主機可預先設定多種 操作模式，每種操作模式都采用一鍵式操作方式。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的屏幕陣列，其特征在于每個機械臂包括固定的第一臂、 平行于該第一臂的第二臂、以及可驅動第二臂沿著第一臂的縱向移動以便伸出和縮回第二 臂的驅動機構。
6.根據(jù)權利要求5所述的屏幕陣列，其特征在于所述第一臂與第二臂之間形成滑動 連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的屏幕陣列，其特征在于所述第一臂和第二臂均由鋁型材制 成，并且每個臂的縱向邊緣上固定有鋼條以增加臂的強度。
8.根據(jù)權利要求7所述的屏幕陣列，其特征在于所述鋼條還充當滑動導軌，以便所述 第二臂相對于第一臂進行滑動。
9.根據(jù)權利要求5所述的屏幕陣列，其特征在于所述驅動機構包括齒輪、與該齒輪嚙 合的齒條和驅動齒輪旋轉的電機，所述齒條固定在所述第二臂上，使得所述齒輪在電機驅 動下的旋轉促使齒條和第二臂一起移動。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的屏幕陣列，其特征在于所述機械臂的可伸縮的端部上 還安裝有角度俯仰機構，所述角度俯仰機構控制每個屏幕的俯仰角度。
11.根據(jù)權利要求10所述的屏幕陣列，其特征在于所述角度俯仰機構包括伺服電機、 拉索和拉索卷輪，所述伺服電機和拉索卷輪固定在所述第二臂上，所述拉索的端部固定在 所述屏幕的背面上的連接座上，使得在伺服電機的作用下，所述拉索通過拉索卷輪的轉動 拉著所述屏幕向上轉或向下轉。
12.根據(jù)權利要求11所述的屏幕陣列，其特征在于當拉索上的拉力撤去時，所述屏幕 在重力的作用下復位。
13.根據(jù)權利要求5所述的屏幕陣列，其特征在于所述機械臂還包括限位開關和防撞塊。
14.根據(jù)權利要求1-13任一項所述的可變換造型的屏幕陣列的控制方法，包括以下步驟提供可供選擇的造型模式； 選擇造型模式；以及根據(jù)選定的造型模式，協(xié)調地控制所述屏幕的移動和/或俯仰運動，以形成所述屏幕 陣列的選定造型。
15.根據(jù)權利要求14所述的控制方法，還包括使屏幕陣列的造型變換與屏幕上顯示的 圖像變化相配合的步驟。
16.一種可伸縮的機械臂，其包括 固定的第一臂；平行于該第一臂的第二臂；以及可驅動第二臂沿著第一臂的縱向移動以便伸出和縮回第二臂的驅動機構。
17.根據(jù)權利要求16所述的機械臂，其特征在于所述第一臂與第二臂之間形成滑動 連接。
18.根據(jù)權利要求17所述的機械臂，其特征在于所述第一臂與第二臂之間通過雙節(jié) 滑式套筒機構形成滑動連接。
19.根據(jù)權利要求17所述的機械臂，其特征在于所述第一臂和第二臂均由鋁型材制 成，并且每個臂的縱向邊緣上固定有鋼條以增加臂的強度。
20.根據(jù)權利要求17所述的機械臂，其特征在于所述鋼條還充當滑動導軌，以便所述 第二臂相對于第一臂進行滑動。
21.根據(jù)權利要求16所述的機械臂，其特征在于所述驅動機構包括齒輪、與該齒輪嚙 合的齒條和驅動齒輪旋轉的電機，所述齒輪和電機固定在所述第一臂上，所述齒條固定在 所述第二臂上，使得所述齒輪在電機驅動下的旋轉促使齒條和第二臂一起移動。
22.根據(jù)權利要求16所述的機械臂，其特征在于所述機械臂還包括限位開關和防撞塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了可伸縮的機械臂、可變換造型的屏幕陣列及其控制方法。可變換造型的屏幕陣列包括多個屏幕；多個可伸縮的機械臂；以及控制系統(tǒng)；其中，屏幕可樞轉地安裝在機械臂的可伸縮的端部上，使得屏幕可以進行來回運動和俯仰運動；屏幕與機械臂一起形成具有造型的屏幕陣列；以及控制系統(tǒng)可控制屏幕的來回運動和俯仰運動，并且能夠協(xié)調屏幕的來回運動和俯仰運動，以改變屏幕陣列的造型?？缮炜s的機械臂包括固定的第一臂；平行于該第一臂的第二臂；以及可驅動第二臂沿著第一臂的縱向移動以便伸出和縮回第二臂的驅動機構。通過機械臂的伸縮運動和屏幕的俯仰運動，可實現(xiàn)屏幕陣列的多種造型，并可以在這些造型之間進行任意的轉換。
文檔編號F16M11/18GK101916532SQ201010245930
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權日2010年8月3日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:北京華毅東方展覽有限公司