阅读说明：本技术 可折叠灯塔 (Foldable lighthouse ) 是由 保罗·布拉斯弗德·布莱克韦尔德 安德鲁·保罗·沃森 于 2018-11-15 设计创作，主要内容包括：一种折叠灯塔,设置为利用四杆连接机构,使用一个致动器使塔完全竖直的延伸。该示例性塔总体上包括基部、下提升臂和上提升臂。在塔的下提升臂和上提升臂的旋转接合部附近使用弹簧元件。该弹簧元件起到向接合部预加载的作用并在塔展开时/在竖直延伸过程期间有助于消除游隙和移动。(A folding lighthouse is provided that utilizes a four bar linkage mechanism, using an actuator to extend the lighthouse substantially vertically. The exemplary tower generally includes a base, a lower lift arm, and an upper lift arm. Spring elements are used near the swivel joints of the lower and upper lift arms of the tower. The spring element acts to preload the engagement and helps to eliminate play and movement when the tower is deployed/during vertical extension.)

可折叠灯塔

相关申请的引证

本申请要求提交于2017年11月16日的美国临时专利申请第62/586,941号的权益，其全部内容通过引证结合于本文。

背景技术

本示例性实施例涉及可竖直延伸的机构。结合用于不同类型的光源的便携式或固定式折叠塔来发现具体应用并且将具体参考其进行描述。然而，应领会，本示例性实施例还适用于其他类似的应用，诸如用于天线、监视设备和其他有效载荷。

灯塔(light tower)在不同设置中提供场景照明的解决方案，诸如紧急恢复搜索和操作、监视、或街道和工作场所，以提高夜间操作生产率并确保安全性。塔具有用于安装的多个选项，包括固定式地面安装塔或安装在车辆的侧部或顶部的便携式塔。灯塔还可包括多种不同的设备或传感器(诸如安全相机、扬声器系统、红外检测器等)，各种应用可能需要这些设备或传感器。

然而，现有的用于折叠灯塔的可延伸机构是复杂且昂贵的，需要使用至少两个致动器来实现完全延伸的竖直配置。因此，所需要的是提供一种折叠灯塔，该折叠灯塔提供较少的复杂性、易于制造以及成本较低。

发明内容

根据本公开的一个方面，折叠塔灯利用四杆连接机构而使得灯塔能够通过使用一个致动器来完全竖直的延伸。弹簧元件用于预加载塔的铰链或接合部，并且当塔展开时/在竖直延伸过程期间帮助移除游隙和移动。折叠塔具有嵌套或回缩构造，该嵌套或回缩构造合理地覆盖常用的可延伸机构的现有占地面具并且具有完全延伸的竖直构造，该构造比常用的可延伸机构更快地展开。

根据本公开的另一个方面，公开了一种用于使光源上升的折叠塔系统。该折叠塔系统包括：固定的基部，其具有第一端和第二端；下提升臂，其具有第一端和第二端，下提升臂的第一端部连接到基部；致动器，附接到基部和下提升臂；上提升臂，其具有第一端和第二端，光源适于安装在上提升臂的第一端上；以及四杆连接机构，其将下提升臂的第二端部以彼此旋转的关系连接到上提升臂的第二端。在一些实施例中，销组件可枢转地连接固定的基部和下提升臂，并且致动器的另一端可枢转地连接到下提升臂。可包括调节机构，其适于调节致动器相对于基部和下提升臂的角度。在处于回缩构造时，固定的基部以及下提升臂和上提升臂可设置为彼此水平地平行。在处于竖直延伸构造时，下提升臂和上提升臂可设置为竖直地垂直于基部。此外，可包括一个或多个支撑柱，这些支撑柱可旋转地连接到基部和上提升臂。一个或多个支撑柱可包括设置在折叠塔系统的相对侧上的第一支撑柱和第二支撑柱。第一支撑柱可具有旋转地连接到基部的一侧的第一球状接合部和旋转地连接到上提升臂在四杆连接机构上的一侧的第二球状接合部。第二支撑柱可具有旋转地连接到基部的相对侧的第一球状接合部和旋转地连接到上提升臂在四杆连接机构上的相对侧的第二球状接合部。四杆连接机构还可包括旋转地连接到下提升臂和上提升臂的至少一个提升连杆和转向节。该转向节还可包括通过上桥壁和下桥壁连接的第一侧壁和第二侧壁。上桥壁和下桥壁适于防止折叠塔系统的过度旋转。还可包括附连到基部的一个或多个弹簧元件，这些弹簧元件在基部与下提升臂之间提供预加载的接合部。此外，可包括附接到上提升臂的一个或多个弹簧元件，这些弹簧元件在上提升臂与四杆连接机构之间提供预加载的接合部。此外，灯箱可安装到上提升臂。在一些实施例中，第一支撑柱旋转地连接到基部和上提升臂的一侧，而第二支撑柱旋转地连接到基部和上提升臂的相对侧。在一些实施例中，折叠塔灯系统包括机械线缆，其中，机械线缆的一端通过滑轮附接到在上提升臂内部伸缩的第二方管，机械线缆的另一端附接到固定的基部，并且其中，第二方管构造为在将四杆连接机构拉离基部时延伸。

根据本公开的另一个方面，公开了一种用于使光源上升的折叠塔系统。该折叠灯塔系统包括：固定基部，其具有第一端和第二端；下提升臂，其具有第一端和第二端，该下提升臂的第一端连接到基部。致动器附接到基部和下提升臂，其中，致动器的一端附接到基部而致动器的另一端枢转地连接到下提升臂。该折叠灯塔系统还包括：上提升臂的，其具有第一端和第二端的上提升臂，该上提升臂的第一端适于将光源安装在其上；以及四杆连接机构，其将下提升臂的第二端以彼此相对旋转的关系连接到上提升臂的第二端。调节机构适于调节致动器相对于基部和下提升臂的角度。至少两个支撑柱可旋转地连接到基部和上提升臂，其中，至少两个支撑柱包括设置在折叠塔系统的相对侧上的第一支撑柱和第二支撑柱。一个或多个弹簧元件附接到上提升臂，以提供上提升臂与四杆连接机构之间的预加载接合部。

根据本公开的又一个方面，公开了一种用于使光源上升的方法，该方法包括提供一种折叠塔系统，该折叠塔系统具有固定的基部、下提升臂、致动器、上提升臂、安装到上提升臂上的灯箱以及将下提升臂与上提升臂旋转地相连接的四杆连接机构。用致动器向下臂施加力。下臂相对于基部旋转到竖直延伸的构造中。上提升臂通过四杆连接机构旋转到竖直延伸的构造中。在一些实施例中，致动器向下提升臂施加线性力，并且上提升臂的旋转还包括将线性力转变为角旋转。下提升臂和上提升臂可从回缩构造升高到竖直延伸的构造中，其中，在处于回缩构造时，基部以及下提升臂和上提升臂设置为彼此水平地平行，并且其中，在处于竖直延伸的构造时，下提升臂和上提升臂设置为垂直于基部。

附图说明

图1A是根据本公开的示例性折叠塔灯组件处于折叠或回缩构造中的侧视图；

图1B是图1A的示例性折叠塔灯组件的后视图；

图1C是图1A的示例性折叠塔灯组件的立体图；

图2A是根据本公开的基部的立体图；

图2B是图2A所示的基部的一端的立体图，其示出了相关联的枢转块和调节机构的附加细节；

图3A是根据本公开的图2A所示的基部和下提升臂的第一分解立体图；

图3B是基部和下提升臂的第二分解立体图；

图3C是基部和下提升臂的一端的立体图，其示出了致动器和图2B所示的枢转块之间的连接布置的附加细节；

图4是示出了根据本公开的图3A中的基部和下提升臂与四杆连接机构和上提升臂所处于的组装构造的分解立体图；

图5是根据本公开的示例性折叠塔灯组件和四杆连接机构处于回缩构造中的立体图；

图6A是根据本公开的示例性折叠塔灯组件处于完全延伸的竖直构造中的立体图；

图6B是示例性折叠塔灯组件处于完全延伸的竖直构造中的侧视图；

图7是根据本公开的四杆连接机构的可替代的实施例的立体图；

图8A是根据本公开的折叠塔灯组件的可替代的实施例处于完全延伸的竖直构造的立体图；以及

图8B是图8A的折叠塔灯组件的侧视图。

具体实施方式

用于折叠塔灯的常用提升系统依赖于使用两个致动器来实现塔灯的完全竖直延伸。具体地，第一致动器用于升高附接有光树(light tree)的提升臂。然后第二致动器用于升高光树。

相比之下，根据本公开的示例性折叠塔灯组件利用四杆连接机构(4-bar linkagemechanism)，该四杆连接机构能够使用一个致动器来使得塔灯完全竖直的延伸。示例性塔总体上包括基部、下提升臂和上提升臂。在塔的下提升臂与上提升臂的旋转接合部附近使用弹簧元件。弹簧元件起到向接合部预加载的作用并在塔展开时/在竖直延伸过程期间帮助移除游隙和移动。上提升臂和下提升臂可以是提供内部通道的中空管，以用于简化塔灯的灯的内部布线。用于塔的另外的结构支撑来自两个平行的、张开的支撑件或柱。由于张开的柱的非正交的几何结构，每个柱的端部设置有球状接合部以使得塔能够在竖直延伸期间移动。

如前述的，优选利用四杆连接机构来使得塔灯能够完全竖直延伸。在本公开中，四杆连接机构通常设置在下提升臂和上提升臂中的每个的一端之间。在折叠或回缩构造中，塔的基部以及下提升臂和上提升臂设置为彼此水平地平行。单个致动器机构向塔的下臂施加线性力，并且通过使用销组件来使得下提升臂可相对于基部围绕销组件旋转，致动器的线性运动转变为下提升臂的角旋转运动。四杆连接机构能够使致动器活塞的线性运动转变为上提升臂围绕四杆连接机构的角旋转。通常，下提升臂和上提升臂从它们在折叠构造中的水平位置旋转到完全延伸的竖直构造。逆向进行该过程使得下提升臂和上提升臂回到它们在折叠构造中的水平位置。

现在转到图1A至图1C，示出了处于折叠或回缩构造的示例性折叠塔灯100。图5还示出了处于回缩构造中的示例性折叠塔灯。折叠塔灯100的主要部件总体上包括基部110、下提升臂140、线性致动器170、四杆连接机构190、上提升臂200、包括一个或多个灯的灯箱216以及分别平行的第一支撑柱218a和第二支撑柱218b。基部110通常相对于基部附接到或位于其上的安装表面固定，该安装表面可包括地面或诸如车辆或拖车的便携式装置。基部110和下提升臂140通常通过柱销组件160彼此枢转地连接。线性致动器170的一端附接到基部110，并且致动器的另一端枢转地连接到下提升臂140。具体地，致动器170经由致动器销组件156在凸缘部分152的一端处枢转地连接到下提升臂140。凸缘部分152通常从下提升臂140向上延伸，以接收致动器170并将其对角地定位在下提升臂与基部110之间。此外，在凸缘部分152的另一端且邻近凸缘部分的支脚部分166处，下提升臂140经由柱销组件160枢转地连接到基部110。下提升臂140和上提升臂200通过四杆连接机构190旋转地连接到彼此。

当处于回缩构造中时，基部110以及下提升臂140和上提升臂200设置为彼此水平地平行。下提升臂140通常也位于基部110的通道部分(图2A中的122)内。致动器170通常还设置在一个下提升臂140的开放的中间区段(图3中的150)中。当处于竖直延伸构造中时，如图6A和图6B所示，下提升臂140和上提升臂200设置为竖直地垂直于基部110。

四杆连接机构总体上由参考标号190表示并且适于将下提升臂140和上提升臂200以彼此旋转的关系连接。如上述的，致动器170向下提升臂140施加线性力，并且四杆连接机构190使得上提升臂200能够从水平折叠构造角旋转至竖直延伸构造。此外，当处于图1A至图1C和图5所示的回缩构造时，四杆连接机构190限定折叠塔的高度H。四杆连接190包括四个主接合部A、B、C和D，分别由下柱销组件164、上柱销组件204、上连杆销组件198和下连杆销组件192限定。销组件164、204、198和192还可包括本领域技术人员已知的用于创建可旋转的接合部或铰链的各种其他部件，诸如衬套、轴承、垫圈、保持环等。下柱销组件164和上柱销组件204经由转向节部件188(也示出为连杆AB)连接。转向节部件188包括两个侧壁(图4中的189和191)，其能够使得转向节装配在下提升臂140和上提升臂200的左侧和右侧两侧上，使得AB连杆设置在塔的两侧上。下连杆销组件192和上连杆销组件198经由左侧提升连杆194a和右侧提升连杆194b连结，使得连杆DC设置在塔的两侧上。

该示例性折叠灯具还包括第一平行支撑柱218a和第二平行支撑柱218b，每个位于塔的一侧上。当处于折叠构造时，支撑柱218a和218b在基部110与上提升臂200之间对角地延伸，并且旋转地连接到基部和上提升臂。支撑柱218a和218b的对角取向大体上与致动器170的对角取向相反。此外，每个支撑柱218a、218b从其在上提升臂200处的相应连接点向外张开到位于基部110上的相应锚定件118、120。具体地，第一平行支撑柱218a具有第一端220a和第二端222a，每端包括相应的球状接合部224a和226a。球状接合部224a旋转地附接到第二侧锚定件120，而球状接合部226a将邻近的接合部B旋转地附接到转向节188的侧壁191(图4)。第二平行支撑柱218b具有第一端220b和第二端222b，每端包括相应的球状接合部224b和226b。球状接合部224b旋转地附接到第一侧锚定件118，而球状接合部226b将邻近的接合部B旋转地附接到转向节188的侧壁193(图4)。当处于竖直延伸构造时，支撑柱218a、218b向折叠塔添加了额外的结构支撑，如图6A和图6B所示，尽管支撑柱是非正交的取向的，也能够使其旋转运动。

现在参考图2A至图2B和图3A至图3C来示出示例性折叠灯塔的基部110和下提升臂140的附加特征。所示的基部110具有T形，T形的顶部112具有第一侧114和第二侧116。第一侧114包括适于接收第二支撑柱218b的球状接合部224b的锚定件118。第二侧116包括适于接收第一支撑柱218a的球状接合部224a的锚定件120。

可选地，第一平行支撑柱218a和第二平行支撑柱218b可通过旋转支撑柱来在长度上进行调节。图1A示出了平行的支撑柱螺纹调节接合部228a和228b，其中在每个支撑柱的端部处附接有锁紧螺母。更具体地，调节接合部228a和228b相应地具有右手螺纹和左手螺纹(未示出)以允许旋转以增加或减小支撑柱长度。支撑柱长度调节允许上提升臂200在延伸位置中调节角度，以实现与基部110垂直。

基部110还包括在第一端124和第二端126之间延伸并居中地定位的通道部分122。通道122设置在第一侧壁128与第二侧壁130之间，并且通道的尺寸通常设计为在塔处于回缩构造时在第一侧壁与第二侧壁之间接收下提升臂140。接收孔132a和132b分别靠近基部110的第二端126设置在第一侧壁128和第二侧壁130中，并且适于接收致动器尾销182。致动器170的尾端174包括接收孔184，该接收孔接收尾销182，以便将致动器的尾端枢转地连接到枢转块136。枢轴块136附接在基部110的第二端126处，并且由附接在基部的第二端部处的调节机构138包括并作为其一部分。调节机构138适于调节致动器170相对于基部110和下提升臂140的期望角度。致动器角度调节能可替代地通过附接到致动器170的端部176上的可调节的U形夹或类似的装置来实现。接收孔132c和132d也分别设于第一侧壁128和第二侧壁130中，并且定位于靠近基部110的第一端124。接收孔132c和132d适于接收将下提升臂140枢转地连接到基部110的柱销组件160。

基部110还包括一个或多个弹簧元件134，该一个或多个弹簧元件居中地设置在第一侧壁128与第二侧壁130之间的通道122内。弹簧元件134在大致第一端124与接收孔132c和132d之间的位置处附接到通道122，使得当塔处于完全延伸的竖直构造时，如图6A和图6B所示，下提升塔140上的凸缘152的支脚部分166邻接地接合一个或多个弹簧元件。为此，由柱销组件160产生的接合部或铰链使下提升臂140枢转地连接到基部110，该接合部或铰链被视作与由支脚166压缩的弹簧元件134面对面的预加载接合部或铰链。使用一个或多个弹簧元件134来提供预加载的接合部，在致动器将下提升臂从其回缩构造移动到其延伸构造时有利地移除下提升臂140的游隙和移动，由此与现有折叠塔相比增加塔的稳定性。

图3A至图3C中示出了下提升臂140的附加特征，该下提升臂包括第一端142、第二端144、第一侧臂146和第二侧臂148。第一侧臂146和第二侧臂148附接到第二端枢转块149和凸缘部分152的外侧以限定开放中间区段150。致动器170大体上设置在开放中间区段150中。如在图3B中特别地示出的，侧臂146、148是提供内部通道的中空管或通道，以用于简化相关联的灯箱或其他装置的内部布线。用于下柱销组件160的凸缘部分152、支脚166和接收孔158通常设置在下提升臂140的第一端142附近。凸缘部分152包括用于接收致动器销组件156的接收孔154。撑杆销接收孔158位于致动器销接收孔154的下后方(即，朝向第一端142)并布置为穿过第一侧臂146和第二侧臂148以及支脚166。致动器销接收孔154位于撑杆销接收孔158的上前方(即，朝向第二端144)，并布置为穿过凸缘152的升高部分的侧部。致动器的前端172通常包括气缸或活塞176，该气缸或活塞包括孔178以接收致动器销组件156，从而将致动器的前端枢转地连接到下提升臂140的凸缘152。

下提升臂140的第二端144通常包括枢轴块149，该枢轴块具有接收孔162以接收柱销组件(图4中的164)以用于将下提升臂枢转地连接到转向节188上的下接收孔193。该枢转连接部还被示为四杆连接机构190中的接合部A。第二端144上的枢轴块149还包括销块168以接收连杆销组件(图4中的192)以用于将提升连杆194a、194b枢转地连接到下提升臂。该枢转连接部还被示为四杆连接机构190中的接合部D。销块168位于接收孔162上后方(即，朝向第一端142)，并且设置在枢转块149的上表面上。接收孔162位于销块168下前方(即，朝向第二端144)，并且设置为穿过枢转块149的侧部。

现在参考图4，示出了四杆连接机构190和上提升臂200的附加细节。上提升臂200是具有第一端206和第二端208的矩形管或通道构件。上提升臂200的中空内部部分提供用于内部布线的内部通道，该内部通道可从下提升臂140的中空臂构件146和148延续并连接到灯箱(图1A中的216)。灯箱216适于安装到上提升臂200的第一端206。

在上提升臂200的第二端208处，孔202适于接收柱销组件204，并且由此将上提升臂枢转地连接到转向节188上的上接收孔195。该枢转连接部还被示出为四杆连接机构190中的接合部B。第二端208还包括销块196，以接收连杆销组件198从而用于将提升连杆194a、194b枢转地连接到上提升臂200。该枢转连接部还被示出为四杆连接机构190中的接合部C。销块196位于接收孔202的上前方(即，朝向第二端208)，并且设置在上提升臂200的上表面上。接收孔202位于销块168下后方(即，朝向第一端206)，并且设置为穿过上提升臂200的侧部。

上提升臂200还包括在第二端208处的一个或多个弹簧元件210，该弹簧元件附连到上提升臂的与销块196所位于的上表面大致相背对的下表面。当塔处于完全延伸的竖直构造时，如图6A和图6B所示，一个或多个弹簧元件210邻接地接合转向节188上的上桥壁199。为此，由上撑杆销204和上连杆销198产生的接合部或铰链分别将上提升臂200枢转地连接到下提升臂140和转向节188，该接合部或铰链被视作相对于由与上桥壁199压缩的一个或多个弹簧元件210面对面的的预加载接合部或铰链。使用一个或多个弹簧元件210来提供预加载的接合部在四杆连接机构190使上提升臂从其回缩构造移动到其延伸构造时有利地消除上提升臂200的游隙和移动，由此与现有折叠塔相比增加塔的稳定性。端盖212设置在第二端208处并且适于装配在上提升臂200的中空管部分的内部通道内。对此，端盖212用作密封件以保护可位于上提升臂200的内部通道内的任何内部布线。

转向节188还包括下桥壁197，该下桥壁与上桥壁199一起连接转向节的两个侧壁189和191。下桥壁197和上桥壁199大体上沿着平行的平面布置，但是定位在转向节188上的不同位置处。具体地，桥壁197位于下接收孔193附近，而桥壁199位于上接收孔195附近。除了连接侧壁189、191之外，下桥接壁197和上桥接壁199还适于防止塔过度旋转。例如，在塔的使用过程中，当塔从其回缩构造移动到其延伸的竖直构造时，或者被施加外力(如风)时，可能发生过度旋转。

在展开过程中，四杆连接转向节188通常行进远离固定的基部110。因此，可选地，机械线缆302的一端通过滑轮304附接到在上元件管200内部伸缩的第二(或多个)方管306。参看图7、图8A、图8B。机械线缆302的另一端附接到基部110。线缆302在名称板(nameplate)308后方延伸。线缆302通过转向节188被定线到基部附接点310。线缆302在管306之间延伸到外管200的顶部处的附加滑轮(未示出)。线缆302然后在管之间向下延伸回到内管306的底部处的固定点。当从基部110拉离转向节188时，迫使内管306延伸。在展开期间，四杆连接机构与基部之间的相对运动将使得新的一个或多个内管306从上管200向上延伸。然后，新的一个或多个管306将通过例如机械弹簧(未示出)回缩，该机械弹簧将新的一个或多个管附接到现有管200上。该方式的优点在于在与现有机构相同的机械占地面积中实现有效载荷312的更高的升高高度。有效载荷312被附接到新的一个或多个管306上。否则，将需要扩大占地面具以实现更高的升高高度。此外，增加伸缩管特征而基部的占地面积不变。例如，该方式在相同的占地面具中允许2.0米高的杆延伸到2.65米。虽然该实施例描述一个伸缩管，但是可使多个管伸缩并且驱动线缆以达到更高的高度。

回到参考图1C，上提升臂200具有在其第一端206与第二端208之间所测量到的总长度L_u和宽度W_u。四杆连接机构190的接合部B与上提升臂的第一端206间隔开距离D_B，该距离小于总长度L_u。在回缩构造中，致动器170在小于长度L_u和D_B的长度L_a上延伸。在一些具体实施例中，总长度L_u为约40英寸，接合部B的距离DB为约34英寸，致动器的长度La为约25英寸。此外，当处于回缩构造时，如图1A所示，四杆连接机构190限定高度H。在具体实施例中，高度H为约12英寸。然而，应理解的是，该示例性折叠塔的前述部件可在不脱离本公开范围的情况下具有任何所需要的尺寸。

本文中所描述的示例性折叠塔灯的部件(包括但不限于基部110、下提升臂140、线性致动器170、四杆连接机构190、上提升臂200、包括一个或多个灯的灯箱216、以及第一平行支撑柱218a和第二平行支撑柱218b的主要部件)可由本领域技术人员已知的任何适合的材料制成。例如，示例性折叠灯塔的不同部件可由所期望的提供足够的结构强度、耐用性、可靠性等的任何材料制成。这样的材料可包括但不限于金属、合金、塑料和其他聚合物、木材等。

与现有系统中通常实践上使用两个致动器不同，本文所描述的示例性折叠灯塔有利地利用四杆连接机构来实现下提升臂和上提升臂的完全延伸的竖直构造。该四杆连接与致动器相比制造相对更容易且更便宜，从而使得总体上的设备比现有塔灯系统更便宜。此外，与依赖于使用两个致动器的现有设计相比，四杆连接实现更快的展开时间，这有益于对时间敏感的应用。此外，该四杆连接是纯机械的，这消除了从额外的致动器泄漏的风险。

此外，与已知的灯塔相比，使用预加载的弹簧接合部能够获得更大的稳定性，这有益于某些应用(诸如监视)。此外，该示例性折叠塔中的所有铰链或接合部都是旋转的而不是滑动的，从而能够简化通电停电操作使其更能容忍来自冰或其他污染物的复杂情况。

进一步地，应领会，本示例性实施例还适用于其他类似的应用，诸如用于上升天线、监控设备、和其他有效载荷。

已经参考优选实施例来描述了示例性实施例。明显地，其他人在阅读和理解前述详细描述时可对其进行修改和改变。当这些修改和变改变在所附权利要求或其等同物的范围内时，示例性实施例在这个程度上旨在被解释为包括所有这些修改和改变。