CN102170810B - 婴儿照料设备 - Google Patents

Abstract

一种婴儿照料设备，包括：底座；驱动机构，其设置在所述底座上；控制器，其与所述驱动机构电连接；以及支撑装置，其与所述驱动机构相连。所述支撑装置构造为被所述驱动机构相对于所述底座沿着水平和竖直方向移动。所述驱动机构由所述控制器控制，以便相对于所述底座按照多个运动轨迹移动所述支撑装置。

Description

婴儿照料设备

相关申请的交叉引用

本专利申请基于2008年9月3日提交的美国临时专利申请No.61/093,764，本专利申请要求该美国临时专利申请的优先权并将其全文通过引用并入本专利申请。

发明背景

技术领域

本发明整体涉及婴儿照料设备，更具体地涉及可由驱动机构移动的供婴儿或幼儿用的座椅。

背景技术

多年以来，已经使用幼儿摇床和弹椅来保持、安抚和愉悦婴儿和幼儿。现有技术的弹椅通常用线材框架构成，该线材框架具有一定的变形阻力，该变形阻力小于或等于座椅中的儿童的重量。从而当把儿童置于座椅中时，儿童的重量使线材结构产生轻微的临时变形，该变形随后被线材框架的变形阻力抵消。最终的结果是，儿童相对于地板轻微地上下移动。这种运动可以由照看者施加给座椅，以便愉悦或安抚儿童。

幼儿摇床通常按照和供年龄大一点儿的儿童用的秋千大致相同的方式使用；但是，幼儿摇床通常具有自动的助力机构，该助力机构“推动”摇床以使摇床持续摆动，就像父母推动坐在秋千上的年龄大一点的儿童以使他们保持摆动到离地面一定高度一样。

最近进入市场的一些产品很难归入到弹椅类或摇床类中。一种这类产品具有能够横向移动婴儿的机动运动，但只具有单个机动自由度，从而可产生的运动轨迹是有限的。虽然座椅可以转动，从而使幼儿在不同方向上被来回移动，但仍然只有一种可能的运动轨迹。

需要一种这样的机动婴儿椅，其能够在两个维度上同时或独立地运动，并且能够以这两个维度再现大量的运动轨迹以更好地模仿父母或照看者的运动。

发明内容

本文公开了一种机动婴儿椅，其能够在至少两个维度上同时或独立地运动，并且能够以所述至少两个维度再现大量的运动轨迹，以便更好地模仿父母或照看者的运动。

相应地，在一个实施例中，一种婴儿照料设备包括：底座；驱动机构，其与所述底座相连；控制器，其与所述驱动机构电连接；以及支撑装置，其与所述驱动机构相连。所述支撑装置构造为由所述驱动机构相对于所述底座沿水平方向和竖直方向移动。所述驱动机构由所述控制器控制，以便相对于所述底座按照多个运动轨迹移动所述支撑装置。

所述控制器可安装在所述底座内，并可包括用户界面，所述用户界面用于接收来自用户的用于控制所述驱动机构的移动的输入。所述多个运动轨迹中的每个运动轨迹都包括水平移动和竖直移动。

所述驱动机构可包括水平往复运动组件和设置在所述水平往复运动组件上的竖直往复运动组件。所述水平往复运动组件可包括：第一马达，其具有驱动轴；滑动曲柄组件，其包括与所述第一马达的驱动轴相连的齿轮组件和与所述齿轮组件相连的曲柄部件；以及滑动平台，其与所述曲柄部件相连。所述第一马达的操作使得所述滑动曲柄组件旋转，从而向所述滑动平台施加水平往复运动。所述竖直往复运动组件包括：第二马达，其具有驱动轴；蜗轮组件，其与所述驱动轴的输出相连；以及竖直叉臂架，其具有与所述蜗轮组件的输出轴相连的第一端。所述第二马达的操作使得所述竖直叉臂架旋转，从而向所述支撑装置施加竖直往复运动。所述竖直往复运动组件还包括双剪刀型机构，所述双剪刀型机构与所述竖直叉臂架的构造为支撑所述支撑装置的第二端相连。

相应地，所述第一马达向所述支撑装置提供水平运动，所述第二马达向所述支撑装置提供竖直运动。具有单个槽的第一编码器可连接在所述第一马达的驱动轴上，具有单个槽的第二编码器可连接在所述第二马达的驱动轴上。控制器可至少部分地根据来自所述第一编码器和第二编码器的信息来确定所述支撑装置的位置信息。控制系统还可包括两个位置传感器，以便表明所述竖直往复运动组件何时到达其最低位置，以及所述水平往复运动组件何时到达其从前面观看时右侧的最远点。

所述支撑装置还可包括：座椅支撑管，其与所述驱动机构相连；大致椭圆形的座架部分，其与所述座椅支撑管的第一端和第二端相连；以及玩具杆，其具有与所述座椅支撑管的第二端相连的第一端和在所述座架部分上方延伸的第二端。所述支撑装置的座架部分的位置可通过如下方式调节，即：使所述座椅支撑管在所述驱动机构内滑动，并且将所述座椅支撑管锁定在希望的位置。所述玩具杆的第一端具有与所述座椅支撑管的第二端的弧形表面对应的弧形表面，从而使得当所述玩具杆的第一端连接到所述座椅支撑管的第二端上时，所述玩具杆的第二端在所述座架部分的上方居中。

本文还公开了控制婴儿照料设备的方法。所述方法可包括如下步骤：提供婴儿照料设备，所述婴儿照料设备包括底座、与所述底座相连的驱动机构、与所述驱动机构电连接的控制器以及与所述驱动机构相连的支撑装置；提供与所述驱动机构的第一马达的驱动轴相连的第一编码器；提供与所述驱动机构的第二马达的驱动轴相连的第二编码器。所述第一马达构造为向所述驱动机构提供水平运动，所述第二马达构造为向所述驱动机构提供竖直运动。所述方法还包括如下步骤：将来自所述第一编码器和第二编码器的位置信息传递到所述控制器；根据所述位置信息确定所述驱动机构的位置；以及相对于所述底座按照至少一个运动轨迹移动所述支撑装置。

所述第一编码器和所述第二编码器各自包括不多于一个的槽。所述多个运动轨迹中的每个运动轨迹都包括所述支撑装置相对于所述底座沿水平方向和竖直方向的运动。所述支撑装置沿水平方向的运动和所述支撑装置沿竖直方向的运动协调配合，以便获得可重复的、视觉上独特的运动轨迹。

所述支撑装置相对于所述底座按照多个运动轨迹移动。所述多个运动轨迹中的每个运动轨迹都可以是预先确定的，并且所述多个运动轨迹中的一个运动轨迹被用户选择。所述第一马达和第二马达的速度可由所述控制器调节。

本文还公开了一种婴儿照料设备，包括：驱动机构；以及支撑装置，其与所述驱动机构相连。所述驱动机构被构造为按照多个运动轨迹移动所述支撑装置，每个所述运动轨迹都包括所述支撑装置的竖直移动和水平移动。

本文还公开了一种婴儿照料设备，包括：底座；驱动机构，其与所述底座相连；控制器，其与所述驱动机构子连接；以及支撑装置，其与所述驱动机构相连。所述支撑装置构造为由所述驱动机构相对于所述底座沿水平方向和竖直方向移动。所述支撑装置沿水平方向和竖直方向的移动由所述控制器独立地控制。

所述支撑装置沿水平方向和竖直方向的移动被协调配合以获得至少一个运动轨迹。所述支撑装置可沿竖直方向移动的最大量为约1.5英寸，所述支撑装置可沿水平方向移动的最大量为约3.0英寸。所述支撑装置沿竖直方向移动的频率范围在每分钟约10到40循环之间，所述支撑装置沿水平方向移动的频率范围在每分钟约10到40循环之间。

通过参考附图阅读下面的描述和所附的权利要求书，将会更清楚本发明的这些和其它特征和特性，以及操作的方法、结构的相关部件和零件组合的作用、和制造的经济性，所有的附图、描述和权利要求书都构成了说明书的一部分，并且其中的类似附图标记表示各个附图中的对应零件。但是，应该明确地理解，附图仅仅用于展示和描述目的，而不应该被理解为对本发明的限制。在说明书和权利要求书中，除非有明确的相反说明，否则单数形式“a”、“an”和“the”还包括复数个所指对象。

附图说明

图1是根据一个实施例的婴儿照料设备的透视图；

图2是图1所示婴儿照料设备的侧视图；

图3是图1所示婴儿照料设备的后视图；

图4是图1所示婴儿照料设备的俯视图；

图5是图1所示婴儿照料设备的一部分的剖视图；

图6是图1所示婴儿照料设备的透视图，其中去掉了座椅框架、座椅支撑板、驱动机构盖和底座顶盖，以便显示水平往复运动组件和竖直往复运动组件；

图7是图6的一部分的放大透视图；

图8是图1所示的婴儿照料设备的透视图，其中去掉了座椅框架和驱动机构盖，以便显示处于完全降低位置的竖直往复运动组件；

图9是图8的一部分的放大透视图；

图10是示出图1所示婴儿照料设备的水平往复运动组件和竖直往复运动组件的侧视图，其中竖直往复运动组件处于部分升起的位置；

图11是图1所示婴儿照料设备的透视图，其中去掉了座椅框架和驱动机构盖，以便显示处于完全升起位置的竖直往复运动组件；

图12是图11的一部分的放大透视图；

图13A至13E是本发明的五个代表性运动轨迹的示意图；以及

图14是用于本发明的婴儿照料设备的示例性控制系统的框图。

具体实施方式

对于后面的描述来说，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“横向”、“纵向”和它们的派生词是指按照在附图中定向的本发明来说的。但是，应该理解，除了有明确相反说明的地方以外，本发明可采用替代的变型和步骤顺序。还应该理解，在附图中示出并在说明书中描述的具体装置和过程仅仅是本发明的示例性实施例。因此，与本文中公开的这些实施例相关的具体尺寸和其它物理特征不应被理解为限制性的。

在图1至14中示出了根据一个实施例的婴儿照料设备。

参考图1至4，整体以附图标记1表示的婴儿照料设备包括：底座3；驱动机构，其位于驱动机构壳体5内，驱动壳体5设置在底座3上；支撑装置7，其与驱动机构壳体5联结。支撑装置7包括座架部分9和座椅支撑管11。从上方观看，座架部分9为大致椭圆形，其具有上端13和下端15。如图2所示，从侧面观看，座架部分9的形状还类似于正弦波形。

如图2中的虚线所示，座架部分9设计为接收供婴儿用的织物座椅或其它类型的舒适的座椅17。座椅17可利用拉链、粘扣织物、按钮或任何其它合适的紧固机构与座架部分9联结。此外，如现有技术中已知的那样，座椅17还可包括带19以将幼儿或婴儿固定在座椅17上。带19利用设置在带固定件21上的夹子固定在座椅支撑管11上。带19穿过设置在座椅17中的槽(未示出)以便连接到座椅17的叉状支撑部(未示出)中，从而固定儿童。通过将带19固定到座椅支撑管11上，防止了座椅17上的幼儿或婴儿向前离开座椅17或从座椅17中掉出来。此外，父母或照看者可以容易地将带19从带固定件21上移除，以便将座椅17取下以进行清洁或更换。可取的是，座椅17做成各种颜色和图案，使得父母或照看者可以通过更换座椅17来改变婴儿照料设备1的美学外观，而不必更换婴儿照料设备1。

座椅支撑管11通过上连接件23与座架部分9的上端13相连，并且从上连接件23向座架部分9的下端15曲线延伸，并在下端15处与下连接件25联结。参考图5并继续参考图1至4，在上连接件23和下连接件25之间，座椅支撑管11由驱动机构壳体5的上部29中的弧形通道27支撑并与该弧形通道27滑动接合。后抵靠锁定件31和前抵靠锁定件33也位于驱动机构壳体5的上部29内。后抵靠锁定件31和前抵靠锁定件33各自包括锁定垫35。锁定垫35用橡胶或其它的合适材料制造。后抵靠锁定件31和前抵靠锁定件33按如下方式构造，即：通过移动从驱动机构壳体5的上部29伸出的凸轮机构37，来使锁定垫35与座椅支撑管11的位于弧形通道27内的部分可脱开地接合。凸轮机构37与后抵靠锁定件31机械联结，并且后抵靠锁定件31通过联动装置39与前抵靠锁定件33联结，使得凸轮机构37的移动导致后抵靠锁定件31和前抵靠锁定件33均移动。

在操作时，使用者向上推凸轮机构37，并且使座椅支撑管11在弧形通道27内移动，直到达到座架部分9的希望位置。然后，使用者向下按凸轮机构37，使得后抵靠锁定件31向前运动，前抵靠锁定件33向后运动。这样做的效果是将座椅支撑管11夹在弧形通道27的上表面与后抵靠锁定件31和前抵靠锁定件33的锁定垫35之间。这允许容易地改变座架部分9的定向，以使其中就座的婴儿或幼儿更舒服。设置了座椅抵靠安全开关40(参考图6)以检测使用者是否利用凸轮机构37正确地锁定了座架部分9。如果使用者未能正确地锁定座架部分9，则在控制面板53的显示器56上显示信息，并阻止使用者启动婴儿照料设备1。

此外，如图1至4所示，还设置了玩具杆41。玩具杆41包括与上连接件23联结的第一端43和在座架部分9上方延伸的第二端45。玩具杆41的第二端45包括设置于其上的玩具挂架47，玩具挂架47用于安装一个或多个玩具(未示出)以便愉悦婴儿。玩具杆41的第一端43具有与座椅支撑管11的上连接件23的弧形表面51对应的弧形表面49(参考图3)，从而当玩具杆41的第一端43与座椅支撑管11的上连接件23联结时，使得玩具杆41的第二端45在座架部分9的上方居中。

底座3包括底部支撑壳体50，顶部罩壳52位于底部支撑壳体50上方并覆盖底部支撑壳体50。驱动机构支撑在底部支撑壳体50上并从顶部罩壳52中的开口54伸出。底座3容纳控制面板53，如后面所详细描述的，控制面板53与控制器连接，用于查看和控制驱动机构的速度和运动。底座3还可包括便携式音乐播放器座55，其带有扬声器57和输入插孔58，用于播放音乐或其它预先录制的安抚声音。控制面板53还可具有显示器56，以便向使用者提供例如运动轨迹、正在通过扬声器57播放的音乐的音量、往复运动的速度等信息。

参考图6至7，并继续参考图1至5，婴儿照料设备1还包括整体用附图标记59表示的驱动机构，该驱动机构由底座3的底部支撑壳体50支撑并至少部分位于驱动机构壳体5内。驱动机构59包括用于提供水平运动的水平往复运动组件61和用于提供竖直运动的竖直往复运动组件63。

水平往复运动组件61包括刚性平台65。刚性平台65大致为I形，分别具有顶部侧67和底部侧69，以及左侧71和右侧73。刚性平台65的顶部侧67包括适当地置于其上的至少一个槽轮75，优选的是两个槽轮75，所述槽轮的功能和外观类似于滑轮，使得刚性平台65的顶部侧67由槽轮75滚动支撑。轨道77固定连接在底座3的底部支撑壳体50上。轨道77滚动接收位于刚性平台65的顶部侧67上的槽轮75。刚性平台65的底部侧69包括适当地置于其上的至少一个轮子76，优选的是两个轮子76，使得刚性平台65的底部侧69由轮子76滚动支撑。设置了槽78以便滚动接收位于刚性平台65的底部侧69上的轮子76。顶部侧67设置有位于轨道77上的槽轮75，而底部侧69设置有位于槽78内的轮子76以便补偿刚性平台65的任何制造误差。如果刚性平台65过长或过短，那么轮子76就会在槽78内稍稍“浮动”以补偿该制造误差。从而，在优选实施例中，水平往复运动组件61能够沿着轨道77和槽78来回滚动，从而使水平往复运动组件61可进行大约3英寸的水平移动。

水平往复运动组件61还包括安装在底部支撑壳体50上的具有驱动轴81的第一马达79，以及也安装在底部支撑壳体50上的整体用附图标记83表示的滑动曲柄组件。滑动曲柄组件83包括齿轮组件，该齿轮组件具有一组与第一马达79的驱动轴81操作联结的第一齿轮85和与第一齿轮85操作联结的大的第二齿轮87。滑动曲柄组件83还包括曲柄部件89，曲柄部件89具有第一端91和第二端93。曲柄部件89的第一端91旋转连接在第二齿轮87的外周上的一个点上，曲柄部件89的第二端93固定连接在大致位于刚性平台65的左侧71的中心处的一个点上。在操作时，启动第一马达79使得第一齿轮85旋转，这又使得第二齿轮87旋转。根据曲柄部件89的位置，第二齿轮87的旋转使得曲柄部件89推动或拉动刚性平台65。该操作使刚性平台65与安装在其上的所有部件一起沿轨道77来回地往复水平运动。相应地，该系统允许在单个马达仅向一个方向旋转的情况下，用单个马达(即第一马达79)来回移动刚性平台65，从而消除了系统中的齿间隙。在后面将会更详细地描述用于控制水平往复运动组件61以实现希望的运动轨迹的系统。

参考图8至12，并继续参考图1-7，竖直往复运动组件63位于刚性平台65上，并且构造成向支撑装置7提供竖直运动。竖直往复运动组件63包括双剪刀型机构，其具有与第二双剪刀型机构97操作联结的第一双剪刀型机构95，使得它们的移动是同步的。第一双剪刀型机构95和第二双剪刀型机构97连接在刚性平台65和支撑平台99之间。在图8、9、11和12中省去了第一双剪刀型机构95和第二双剪刀型机构97的各种连接件以便显示得更清楚，但在图10中提供了双剪刀型机构一侧的完整结构。

第一双剪刀型机构95包括第一对隔开的平行部件101、101’和第二对隔开的平行部分103、103’。第二双剪刀型机构97包括第三对隔开的平行部件105、105’和第四对隔开的平行部件107、107’。

第一对隔开的平行部件101、101’的下端101L和第四对隔开的平行部件107、107’的下端107L彼此可旋转地枢轴连接并与刚性平台65可旋转地枢轴连接。类似地，第二对隔开的平行部件103、103’的上端103U、103U’和第三对隔开的平行部件105、105’的上端105U、105U’彼此可旋转地枢轴连接并与支撑平台99可旋转地枢轴连接。

在第二对隔开的平行部件103、103’的下端之间和第三对隔开的平行部件105、105’的下端之间分别设置了横向延伸的第一水平杆109和第二水平杆111，以便获得额外的结构稳定性。此外，第一水平杆109和第二水平杆111还可在其端部包括支承轮113，支撑轮113用于支撑竖直往复运动组件63和支撑平台99，并使第一水平杆109和第二水平杆111在操作期间平稳地平移运动。

另外，第三水平杆115在第一对隔开的平行部件101、101’的上端101U、101U’之间横向延伸，第四水平杆117在第四对隔开的平行部件107、107’的上端107U、107U’之间横向延伸。第三水平杆115和第四水平杆117在其端部包括支承轮119，支撑轮119用于对支撑平台99进行支撑。

第一对隔开的平行部件101、101’在其中心部分通过水平枢销等可枢转地固定到第二对隔开的平行部件103、103’上。与此相应，第三对隔开的平行部件105、105’也在其各自的中心部分通过水平枢销等可枢转地固定到第四对隔开的平行部件107、107’上。

由于上述双剪刀型机构，如图8、10和11中的逐步增加的支撑平台99的高度所示，当设计成用于支撑座架部分9的支撑平台99向竖直向上的方向移动时，前后支撑和非支撑部件相对于枢销交叉运动，使得双剪刀型机构在刚性平台65和向上移动后的支撑平台99之间延伸。

此外，竖直往复运动组件63可设置有至少一个，优选的是两个约束机械元件123，例如拉伸弹簧等，所述约束机械元件123固定连接在第二对隔开的平行部件103、103’的下端103L和第三对隔开的平行部件105、105’的下端105L之间，由此竖直往复运动组件63的向上竖直运动得到约束机械元件123的辅助，因为约束机械元件123将双剪刀型机构的相关部分朝向彼此拉动。上述约束机械元件123的位置不应被理解成限制性的，因为只要其连接到随着支撑平台99远离底座3升起而相互靠近的位置、并且连接成辅助支撑平台99远离底座3升起的运动，那么约束机械元件123与双剪刀型机构的精确连接位置就是可以改变的并产生类似的结果。约束机械元件123还具有抵消重力作用的好处，因为当正确放置时，其起到减少向下运动的作用。

另一方面，约束机械元件123包括相对于竖直往复运动组件63置于有利位置(例如位于刚性平台65和支撑平台99之间)的压缩弹簧(未示出)，以便辅助双剪刀型机构的展开和抵抗双剪刀型机构的竖直收缩。

继续参考图8至12，第二马达125安装在刚性平台65上。第二马达125包括驱动轴127，驱动轴127与蜗轮驱动组件129操作联结。蜗轮驱动组件129把驱动轴127的旋转运动转换成与驱动轴127的旋转运动垂直的输出部件131的旋转运动。竖直叉臂架133在其第一端135以如下方式可旋转地连接在输出部件131上，即：使得竖直叉臂架133沿着图10所示的轴线y抬起和降低连接在其第二端139上的连接件137。连接件137固定连接到支撑平台99上。从而，该系统允许在马达仅向一个方向旋转的情况下，用单个马达(即第二马达125)上下移动支撑平台99，从而消除了系统中的齿间隙。在后面将会更详细地描述用于控制竖直往复运动组件63以实现希望的运动轨迹的系统。虽然这里将竖直往复运动组件63示出并描述为双剪刀型机构，但本领域的技术人员会认识到，存在能实现同一目的的许多其它构造。

参考图13A至13E，并继续参考图1至12，提供了控制系统以操作控制驱动机构59，使其能够沿着至少一个运动轨迹运动，并且可取的是沿着多个预先编程的运动轨迹运动，例如Car Ride(驾车式)200、Kangaroo(袋鼠式)202、Ocean Wave(海浪式)204、Tree Swing(树摇式)206、and Rock-A-Bye(挥别式)208等。这些运动轨迹是通过如下方式得到的，即：独立控制由水平往复运动组件61提供的水平运动和由竖直往复运动组件63提供的竖直运动，然后协调配合水平运动和竖直运动以获得视觉上独特的运动轨迹。但是，这些运动轨迹仅仅是示例性的，不应被理解成限制性的，因为可以使用包括水平和/或竖直运动的任何运动轨迹。

婴儿照料设备1的控制系统包括：控制器，例如微处理器、变阻器、电位器或任何其它合适的控制机构；一个或多个控制开关或手柄141，其用于启动驱动机构59；和与控制器操作连接的多种输入和输出设备。因为水平往复运动组件61和竖直往复运动组件63各自包括其自己的马达79和125，所以可以独立于竖直往复运动组件63来控制水平往复运动组件61，以便获得包括水平运动和竖直运动的多种运动轨迹。

控制系统可取地包括多种输入传感器。例如，控制系统可包括与第一马达79的后部轴145联结的水平编码器143。水平编码器143可包括红外(IR)传感器147和上面具有单个孔或槽151的盘149(参考图7)。水平编码器143使控制器能够确定第一马达79的转速和转数。还可设置构造成与第二马达125的后部轴155联结的竖直编码器153。竖直编码器153可包括IR传感器157和上面带有单个孔或槽161的盘159(参考图11)。竖直编码器153使控制器能够容易且低成本地确定第二马达125的转速和转数。

还设置了水平限位开关165和竖直限位开关167以便分别向控制器提供如下输入，即：刚性平台65越过了行程的末端和支撑平台99越过了行程的末端。此外，竖直限位开关167表明何时竖直往复运动组件63处于其最低位置，水平限位开关165表明何时水平往复运动组件61处于其从前面观看时右侧的最远点。如下面更详细地描述的，水平限位开关165和竖直限位开关167使控制系统能够快速地确定水平往复运动组件61和竖直往复运动组件63的初始位置，并且校准驱动机构59的误差。这些限位开关165、167可实施为光学开关。

还可以为控制器设置过电流保护电路检测输入(未示出)，以便防止电子装置被损坏。例如，如果消耗过多的电流，那么可以提供当电流超过阀值时从第二马达125转移电力供应的电路。另外的电路检测该保护电路是否跳闸。最后，控制开关141可包括用户输入按钮，例如主电源按钮、启动/停止按钮、运动增加按钮、运动减小按钮、速度增加按钮、速度减小按钮等等。

控制系统的控制器还可包括各种输出。这些输出包括但不限于：(1)用于第一马达79的脉冲宽度调制(PWM)，(2)用于第二马达125的PWM，(3)显示器56背光，其可独立地打开和关闭以便节约电能，(4)显示器56节段，(5)向编码器143、153的IR传感器147、157的IR灯的供电，其可打开和关闭，以便在婴儿照料设备1不使用时节省电能。

下面的解释有助于理解婴儿照料设备1的示例性控制系统。基于水平往复运动组件61的第一马达79和竖直往复运动组件63的第二马达125的物理限制，第一马达79的最大速度可以是约四秒周期，第二马达125的最大速度可以是约两秒周期。基于这些约束条件，可以建立下面的关系：

将第一马达79的速度独立地设置为正确的周期，并利用反馈控制回路确保第一马达79保持在恒定的速度，而不管婴儿照料设备1的部件的动态如何。如上所述，控制系统的输出是用于第一马达79的PWM。控制系统的一种可能输入是第一马达79的速度，其可以从由水平编码器143观察到的第一马达79的速度中观察出来。但是，为了避免消耗大量计算成本的计算，可以在频域内操作并使用水平编码器143的计数之间的处理器计数的数量作为输入变量。这允许将控制器的计算限制为整数而不是进行浮点运算。

水平往复运动组件61的物理驱动机构是上面更详细地描述的滑动曲柄组件83。滑动曲柄组件83允许使用单个马达(即第一马达79)在不用改变方向的条件下来回滑动刚性平台65。由于第一马达79只需向一个方向旋转，所以消除了系统中的齿间隙效应，从而消除了与第一马达79的后部轴145上的水平编码器143相关的问题。

已知人们用于使幼儿平静下来的自然安抚运动是至少两个运动的组合，其中各个运动按照往复运动的方式运动，该往复运动具有平稳变化的加速度和减速度，使得运动的极值在运动反向之前减速到停止并且在运动的中点最快。该运动和由滑动曲柄组件83与蜗轮驱动组件129的组合所产生的正弦运动产生的运动是相同的。滑动曲柄组件83和蜗轮驱动组件129允许驱动马达以恒定的转速旋转，而提供给座架部分9的输出运动减慢和加快，模仿了人们安抚儿童的运动。这些组件还允许驱动马达向一个方向旋转。

参考图14，第一马达79上的扭矩取决于整个系统的摩擦(其取决于重量)和曲柄部件89的角度。通过将PWM设置为根据使用者设定的希望速度而预先确定的值来控制第一马达79的扭矩。可利用带有前馈补偿的PID(比例积分微分)控制器163控制第一马达79的速度。

图14中的任何一个分量都可设为零。例如，仅使用比例项和积分项(其中常数K_p和K_i取决于输入速度)来获得合理的精度，而忽略前馈项和微分项。

根据来自水平编码器143和水平限位开关165的反馈，可在刚性平台65的运动范围内的任一点确定其精确位置(用“hPos”表示)。类似地，根据来自竖直编码器153和竖直限位开关167的反馈，可在支撑平台99的运动范围内的任一点确定其精确位置(用“vPos”表示)。

对刚性平台65的控制完全基于速度，而对支撑平台99的控制则基于位置和速度。对于给定的水平位置(hPos)和给定的运动，其表示如表1中所示的每水平循环(n)的竖直循环数和相位偏差(Ф)，可根据下式计算希望的vPos：

Desired_vPos＝hPos×v2h_ratio×n+Ф            (公式1)

其中v2h_ratio是常量，其定义为每循环竖直编码器计数的数值除以每循环水平编码器计数的数值。根据实际的竖直位置，可以根据下式计算误差的值：

posErr＝vPos-Desired_vPos                (公式2)

该误差项必须被正确地调整为±每循环竖直编码器计数/2。

作为题外话，如果Ocean Wave 204和Car Ride 200中的运动方向是无关的，那么对于hPos的每个值的Desired_vPos有两个可能值，并且我们可以把竖直误差项posErr基于这两个可能值中更接近的那个可能值。

然后，必须将位置误差项posErr结合到基于速度的反馈控制回路中。从逻辑上讲，如果竖直轴线落后(posErr＜0)，那么必须如下所示与误差成比例地提高速度；如果竖直轴线超前(posErr＞0)，那么必须如下所示与误差成比例地降低速度：

vSP＝posErr×K_vp+vBase                    (公式3)

其中

$\mathrm{vBase}=\frac{\mathrm{hSP}}{n}\×h2v\_\mathrm{ratio}$ (公式4)

h2v_ratio定义为每循环的水平计数/每循环的竖直计数。

上面的描述仅仅是示例性的，因为可以采用任何合适的控制方案。对该逻辑可做出多种可能的改进。例如，如果控制系统太落后以至于不能达到某些阈值内，那么控制器可以编程为减慢而不是加快竖直轴线。作为另外一种选择，在某些情况下，可能希望减慢水平轴线直到竖直轴线能够同步为止。此外，虽然在上面描述了水平编码器143和竖直编码器153，但这不应该被理解为限制性的，因为还可以使用磁性编码器以及本领域公知的其它类型的编码器。还可能希望提供一种这样的方案，其中，需要同时启动与各个马达相关的两个或更多个控制开关以实现向希望方向的速度控制。此外，虽然描述了水平编码器143和竖直编码器153仅包括单个槽，但这不应该被理解为限制性的，因为也可以使用包括多个槽的编码器。但是，本文有利地使用了具有单个槽的编码器以便在降低制造成本的同时获得高分辨率的反馈。

在示例性的实施例中，婴儿照料设备1构造为以1.5英寸的水平位移量和3.0英寸的竖直位移量来往复移动座椅，并且竖直位移频率范围在每分钟约10到40循环之间，水平位移频率范围在每分钟约10到40循环之间。

另一方面，可以增加第三往复运动装置(未示出)，以使座椅能够沿着与本文提及的水平和竖直方向都正交的第三方向往复运动。在一个这类实施例中，另外的平台将放置在水平往复运动组件61的上方或下方以使整个驱动机构59沿着与水平往复运动组件61的运动方向垂直的水平方向往复运动。通过使用从现有的马达或另外的马达获取动力的另一个滑动曲柄组件，婴儿照料设备1为婴儿提供了三维运动，实现了多种其它的运动轨迹，例如模仿传统摇床的运动。

尽管为展示目的已经基于目前最实际和优选的实施例详细描述了婴儿照料设备，但应该理解，这种细节仅仅是为了展示的目的，并且本发明不限于所述的实施例，相反，本发明覆盖了所有改型和等同方案。例如，应该理解，本文设想，在可能的情况下，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其它实施例的一个或多个特征相组合。

Claims (24)

1.一种婴儿照料设备，包括：

底座；

驱动机构，其与所述底座相连，所述驱动机构包括：

水平往复运动组件；和

竖直往复运动组件，其设置在所述水平往复运动组件上；

控制器，其与所述驱动机构电连接；以及

支撑装置，其与所述驱动机构相连，并且构造为被所述驱动机构的所述水平往复运动组件相对于所述底座沿着水平移动，和被所述驱动机构的所述竖直往复运动组件相对于所述底座沿着竖直方向移动，

其中，所述驱动机构由所述控制器控制，以便相对于所述底座按照多个视觉上独特的运动轨迹移动所述支撑装置，所述运动轨迹是通过如下方式获得的，即：通过所述控制器独立控制由所述水平往复运动组件提供的所述支撑装置的水平移动和由所述竖直往复运动组件提供的所述支撑装置的竖直移动，然后通过所述控制器协调配合所述水平移动和竖直移动，从而获得所述多个视觉上独特的运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的婴儿照料设备，其中，

所述控制器安装在所述底座内。

3.根据权利要求2所述的婴儿照料设备，其中，

所述控制器包括用户界面，所述用户界面构造为接收来自用户的用于控制所述驱动机构的移动的输入。

4.根据权利要求1所述的婴儿照料设备，其中，

所述水平往复运动组件包括：

第一马达，其具有驱动轴；

滑动曲柄组件，其包括与所述第一马达的所述驱动轴相连的齿轮组件和与所述齿轮组件相连的曲柄部件；以及

滑动平台，其与所述曲柄部件相连，

其中，所述第一马达的操作使得所述滑动曲柄组件旋转，从而向所述滑动平台施加水平往复运动。

5.根据权利要求1所述的婴儿照料设备，其中，

所述竖直往复运动组件包括：

第二马达，其具有驱动轴；

蜗轮组件，其与所述驱动轴的输出相连；以及

竖直叉臂架，其具有与所述蜗轮组件的输出轴相连的第一端，

其中，所述第二马达的操作使得所述竖直叉臂架旋转，从而向所述支撑装置施加竖直往复运动。

6.根据权利要求5所述的婴儿照料设备，其中，

所述竖直往复运动组件还包括双剪刀型机构，所述双剪刀型机构与所述竖直叉臂架的构造为支撑所述支撑装置的第二端相连。

7.根据权利要求1所述的婴儿照料设备，还包括向所述支撑装置提供水平运动的第一马达和向所述支撑装置提供竖直运动的第二马达。

8.根据权利要求7所述的婴儿照料设备，其中，

具有单个槽的第一编码器与所述第一马达的驱动轴相连，具有单个槽的第二编码器与所述第二马达的驱动轴相连。

9.根据权利要求8所述的婴儿照料设备，其中，

所述控制器至少部分地基于来自所述第一编码器和第二编码器的信息来确定所述支撑装置的位置信息。

10.根据权利要求1所述的婴儿照料设备，其中，

所述支撑装置包括：

座椅支撑管，其与所述驱动机构相连；

大致椭圆形的座架部分，其与所述座椅支撑管的第一端和第二端相连；以及

玩具杆，其具有与所述座椅支撑管的第二端相连的第一端和在所述座架部分上方延伸的第二端。

11.根据权利要求10所述的婴儿照料设备，其中，

所述支撑装置的座架部分的位置可通过如下方式调节，即：使所述座椅支撑管在所述驱动机构内滑动，并且将所述座椅支撑管锁定在希望的位置。

12.根据权利要求10所述的婴儿照料设备，其中，

所述玩具杆的第一端具有与所述座椅支撑管的第二端的弧形表面对应的弧形表面，从而使得当所述玩具杆的第一端连接到所述座椅支撑管的第二端上时，所述玩具杆的第二端在所述座架部分的上方居中。

13.一种控制婴儿照料设备的方法，包括：

提供婴儿照料设备，所述婴儿照料设备包括：

底座；

驱动机构，其与所述底座相连，所述驱动机构包括：

水平往复运动组件；和

竖直往复运动组件，其设置在所述水平往复运动组件上；

控制器，其与所述驱动机构电连接；以及

支撑装置，其与所述驱动机构相连；

提供与所述驱动机构的所述水平往复运动组件的第一马达的驱动轴相连的第一编码器，所述第一马达构造为向所述驱动机构提供水平运动；

提供与所述驱动机构的所述竖直往复运动组件的第二马达的驱动轴相连的第二编码器，所述第二马达构造为向所述驱动机构提供竖直运动；

将来自所述第一编码器和第二编码器的位置信息传递到所述控制器；

根据所述位置信息确定所述驱动机构的位置；

相对于所述底座按照至少一个运动轨迹移动所述支撑装置。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，

所述第一编码器和所述第二编码器各自包括不多于一个的槽。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，

所述至少一个运动轨迹包括所述支撑装置相对于所述底座沿水平方向和竖直方向的运动。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，

所述支撑装置沿水平方向的运动和所述支撑装置沿竖直方向的运动协调配合，以便获得可重复的、视觉上独特的运动轨迹。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，

所述支撑装置相对于所述底座按照多个运动轨迹移动。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，

所述多个运动轨迹中的每个运动轨迹都是预先确定的，并且所述多个运动轨迹中的一个运动轨迹被用户选择。

19.根据权利要求13所述的方法，其中，

所述第一马达和第二马达的速度可由所述控制器调节。

20.一种婴儿照料设备，包括：

底座；

驱动机构，其位于驱动机构壳体内，所述驱动机构壳体设置在所述底座上；以及

支撑装置，其与所述驱动机构相连，所述支撑装置包括座架部分和弧形的座椅支撑管，所述座椅支撑管从所述座架部分的上端延伸到所述座架部分的下端，所述座椅支撑管由所述驱动机构壳体的弧形通道支撑并与所述弧形通道滑动接合，

其中，所述驱动机构被构造为按照多个运动轨迹移动所述支撑装置，每个所述运动轨迹都包括所述支撑装置的竖直移动和水平移动。

21.一种婴儿照料设备，包括：

底座；

驱动机构，其与所述底座相连；

控制器，其与所述驱动机构电连接；以及

支撑装置，其与所述驱动机构相连，所述支撑装置构造为由所述驱动机构相对于所述底座沿水平方向和竖直方向移动，

其中，所述支撑装置沿水平方向和竖直方向的移动由所述控制器独立地控制，然后，所述控制器协调配合所述支撑装置沿水平方向和竖直方向的移动以获得多个视觉上独特的运动轨迹。

22.根据权利要求21所述的婴儿照料设备，其中，

所述支撑装置沿水平方向和竖直方向的移动被协调配合以获得至少一个运动轨迹。

23.根据权利要求21所述的婴儿照料设备，其中，

所述支撑装置沿竖直方向移动的最大值为约1.5英寸，所述支撑装置沿水平方向移动的最大值为约3.0英寸。

24.根据权利要求21所述的婴儿照料设备，其中，

所述支撑装置沿竖直方向移动的频率范围在每分钟约10到40循环之间，所述支撑装置沿水平方向移动的频率范围在每分钟约10到40循环之间。

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