CN112316444B - 一种跷跷板自平衡装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种跷跷板自平衡装置及其控制方法，包括固定安装在地面内的底座，通过螺栓固定安装在底座上的支撑架及与支撑架活动连接的摇摆杆，所述摇摆杆两端通过螺栓安装有坐具，所述摇摆杆内还设有用于调节其平衡重心的平衡调节机构，平衡调节机构还包括用于检测儿童坐上坐具后的压力检测装置及防止平衡调节机构误启动的人体感应装置来提供一种结构简单、即满足两体重相差过大的儿童玩耍又保证了儿童玩耍的安全的跷跷板自平衡装置及其控制方法。

Description

一种跷跷板自平衡装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及娱乐设备技术领域，特别涉及一种跷跷板自平衡装置及其控制方法。

背景技术

在游乐园或者公园内，跷跷板是比较受儿童欢迎的娱乐项目，在玩跷跷板时可能会应为儿童和儿童的体重相差过大使跷跷板无法正常的摇摆，发明专利公开号CN109200589公开一种可提高安全性能的跷跷板，通过儿童向下拉动第一插杆使第一插杆不在卡住移动杆，接着拉动座板至合适的位置，再松开第一插杆，第一弹簧随之带动第一插杆向上移动固定住移动杆，如此是的两个体重相差较大的儿童也可以通过调节移动杆的长度一起玩跷跷板，但该跷跷板调节时需要儿童用手操作，容易夹到手受伤。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、即满足两体重相差过大的儿童玩耍又保证了儿童玩耍的安全的跷跷板自平衡装置及其控制方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种跷跷板自平衡装置，包括固定安装在地面内的底座，通过螺栓固定安装在底座上的支撑架及与支撑架活动连接的摇摆杆，所述摇摆杆两端通过螺栓安装有坐具，所述摇摆杆内还设有用于调节其平衡重心的平衡调节机构，平衡调节机构还包括用于检测儿童坐上坐具后的压力检测装置及防止平衡调节机构误启动的人体感应装置。

通过采用上述技术方案，通过设置平衡调节装置来进行自动感应调节使两位体重差距较大的儿童也能正常的使用跷跷板，且全程都由平衡调节装置自动调节不需要用手操作，避免儿童用手操作是受伤，通过设置人体感应装置来防止在儿童在跷跷板上未呈坐姿状态下活动触发平衡调节机构而受伤，具有较高的安全性。

本发明进一步设置为：人体检测装置为固定安装在摇摆杆上端中部的红外感应探头。

通过采用上述技术方案，红外感应探头用于检测人体高度数据。

本发明进一步设置为：两坐具的椅背内分别开设有第一空腔和第二空腔，摇摆杆内开设有与第一空腔和第二空腔连通的第三空腔，第三空腔中部设有用于切断第一空腔与第二空腔之间的连通性的第一塞体，第一空腔与第二空腔内分别设有第二塞体和第三塞体，第一空腔和第二空腔内均设有与第二塞体和第三塞体滑动密封连接的连接杆，第一空腔及第二空腔与第三空腔连通的折角处分别固定安装有第一传动辊和第二传动辊，第一传动辊、第一塞体和第二传动辊之间分别通过第一拉绳及第二拉绳固定，第一塞体、第二塞体及第三塞体的空腔内填充有液压油和平衡球。

通过采用上述技术方案，第二塞体和第三塞体通过连接杆均能在其所处的空腔内上下移动，第一塞体能在第三空腔内左右移动，当第一塞体、第二塞体和第三塞体相互配合移动使平衡球按一个方向移动来改变摇摆杆的重心以此来调节两不同体重的儿童坐上坐具后摇摆杆的平衡，空腔内填充的液压油用来减少腔内塞体和平衡球与腔壁之间的摩擦力便于塞体和平衡球的移动。

本发明进一步设置为：压力检测装置包括底座两侧延伸至两坐具所处位置摇摆杆下端的固定板，固定板上端固定安装有压力感应单元。

通过采用上述技术方案，当两儿童在坐具上时，较重的一方向下倾斜，摇摆杆向下倾斜的一侧与其下端的压力感应单元接触，以此来测得摇摆杆向下作用于压力感应单元的力。

本发明进一步设置为：平衡调节机构还包括安装在底座内的气泵、固定安装在椅背上端的气动杆，两气动杆的活动端均贯穿椅背上端面并分别与第二塞体和第三塞体固定连接，两气动杆的活动端与椅背滑动密封连接，第一拉绳及第二拉绳两端分别设有辅助拉绳，两辅助拉绳分别延伸连接至第二塞体与第三塞体，气泵通过橡胶软管与气动杆连通。

通过采用上述技术方案，通过气泵及气动杆作为控制摇摆杆内平衡球及塞体的移动执行机构，当对其中一根气动杆增压，另一根气动杆同时减压，使气动杆带动第二活塞和第三活塞移动，再通过第一拉绳、第二拉绳及辅助拉绳带动第一活塞，使各活塞推动平衡球来改变摇摆杆的重心。

本发明进一步设置为：控制单元分为信号接收单元与信号处理单元，压力感应单元的输出端与信号接收单元电性相连，信号处理单元的输出端与气泵的输入端电性相连。

通过采用上述技术方案，压力感应单元测得摇摆杆向下倾斜一侧的下压的压力信号传输至信号接收单元，信号传输单元将压力信号反馈至信号处理单元，计算得出使摇摆杆接近或达到平衡状态时气动杆所需的压力数值D，压力数值D通过信号处理单元的输出端传输至气泵的输入端，气泵开始执行调整两气动杆内的气压，达到所需压力数值后摇摆杆呈接近平衡或平衡状态后，压力感应单元锁定，防止儿童在玩耍时摇摆杆的重心不断变化发生危险，直至其中一位儿童从坐具上下来下一位儿童上去。

本发明进一步设置为：平衡球分为两层，外层的橡胶球壳和内层的铅制球芯。

通过采用上述技术方案，通过设置橡胶球壳具有一定的减震作用，减缓平衡球在移动时相互碰撞时产生的震动。

本发明进一步设置为：红外感应探头的信号输出端与信号接收单元的输入端电性相连，信号处理单元内预设值为各年龄段儿童在跷跷板上为坐姿状态下所测得的高度数值即坐姿高度预设值Y和与其站立状态下所对应的高度数值Z，红外感应探头测得以坐具为中心半径0.5米内的人体高度。

通过采用上述技术方案，红外感应探头对以坐具为中心半径0.5米范围内进行不间断的探测扫描，当儿童进入红外感应探头扫描范围内时，首次扫描测得的人体高度为C，并通过红外感应探头的输出端传输至信号接收单元，信号接收单元将信号反馈给信号处理单元，信号处理单元调出与人体高度C相匹配的数值Z,得到与其相对应的测试数值Y作为对比数值，当第二次扫描及之后扫描测得的人体高度数值B与数值Y进行比对，当B等于

时信号处理单元判断儿童的姿态为坐下状态，当两坐具上的儿童均被信号处理单元判定为坐姿状态时，压力感应单元启动，反之为锁定状态，防止儿童未处于坐姿状态下误触发跷跷板的平衡调节机构而受伤。

一种跷跷板自平衡装置的控制方法，包括如下步骤：

S1、红外感应探头对以坐具为中心半径0.5米范围进行不间断的探测扫描；

S2、红外感应探头将儿童进入其扫描范围内首次测得的人体高度数值C通过其输出端传输至信号接收单元，信号接收单元将首次测得人体高度数值C反馈至信号处理单元内进行比对调出与其相对应的坐姿高度预设数值Y；

S3、当第二次扫描及之后扫描测得的人体高度数值B与坐姿高度预设数值Y进行比对；

S4、当

且两位儿童分别坐上坐具，压力感应单元启动，反之为锁定状态；

S5、若两位儿童体重相差过大；

S6、较重的一方的摇摆杆向下倾斜并与固定杆上的压力感应单元相接触；

S7、压力感应单元所测得的压力数据通过压力感应单元的输出端传输至控制器的信号接收单元；

S8、信号处理单元根据所接收的压力数据值计算使摇摆杆达到平衡状态时推动气动杆的所需气压数值D；

S9、通过气泵使摇摆杆向下倾斜的一端的气动杆增压，向上倾斜的一端的气动杆减压，此时第二塞体和第三塞体通过拉绳使第一塞体、液压油及平衡球向摇摆杆向上倾斜的一端推动，使摇摆杆的重心向摇摆杆倾斜向上的一端移动；

S10、此时摇摆杆呈左右平衡状态，压力感应单元锁定，直至其中一位儿童从坐具上离开后下一位儿童坐上去。

通过上述技术方案，当两体重相差较大的儿童相玩耍跷跷板时无需儿童自己动手操作，通过红外线感应与压力感应单元相互配合完成数值检测，然后控制单元配合气泵和气动杆推动各塞体完成摇摆杆重心偏移，使跷跷板接近平衡或达到平衡状态，即满足了两体重相差过大想玩耍跷跷板的需求又保证了儿童的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式跷跷板自平衡装置结构示意图；

图2为本发明具体实施方式跷跷板自平衡装置平衡球剖视图；

图3位本发明具体实施方式跷跷板自平衡装置的控制方法流程图。

附图标记：1、底座；2、支撑架；3、摇摆杆；4、坐具；6、红外感应探头；7、第一空腔；8、第二空腔；9、第三空腔；10、第一塞体；11、第二塞体；12、第三塞体；13、连接杆；14、第一传动辊；15、第二传动辊；16、第一拉绳；17、第二拉绳；18、液压油；19、平衡球；20、压力感应单元；21、塞体移动装置；22、气泵；23、气动杆；26、辅助拉绳；27、橡胶软管；28、信号接收单元；29、信号处理单元；30、橡胶球壳；31、铅制球芯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明公开了一种跷跷板自平衡装置，包括固定安装在地面内的底座1，通过螺栓固定安装在底座1上的支撑架2及与支撑架2活动连接的摇摆杆3，所述摇摆杆3两端通过螺栓安装有坐具4，所述摇摆杆3内还设有用于调节其平衡重心的平衡调节机构，平衡调节机构还包括用于检测儿童坐上坐具4后的压力检测装置及防止平衡调节机构误启动的人体感应装置。

通过采用上述技术方案，通过设置平衡调节装置来进行自动感应调节使两位体重差距较大的儿童也能正常的使用跷跷板，且全程都由平衡调节装置自动调节不需要用手操作，避免儿童用手操作是受伤，通过设置人体感应装置来防止在儿童在跷跷板上未呈坐姿状态下活动触发平衡调节机构而受伤，具有较高的安全性。

人体检测装置为固定安装在摇摆杆3上端中部的红外感应探头6，红外感应探头用于检测人体高度数据。

两坐具4的椅背内分别开设有第一空腔7和第二空腔8，摇摆杆3内开设有与第一空腔7和第二空腔8连通的第三空腔9，第三空腔9中部设有用于切断第一空腔7与第二空腔8之间的连通性的第一塞体10，第一空腔7与第二空腔8内分别设有第二塞体11和第三塞体12，第一空腔7和第二空腔8内均设有与第二塞体11和第三塞体13滑动密封连接的连接杆13，第一空腔7及第二空腔8与第三空腔9连通的折角处分别固定安装有第一传动辊14和第二传动辊15，第一传动辊14、第一塞体10杆和第二传动辊15之间分别通过第一拉绳16及第二拉绳17固定，第一塞体10、第二塞体11及第三塞体12的空腔内填充有液压油18和平衡球19，第二塞体11和第三塞体12通过连接杆13均能在其所处的空腔内上下移动，第一塞体10能在第三空腔9内左右移动，当第一塞体10、第二塞体11和第三塞体12相互配合移动使平衡球19按一个方向移动来改变摇摆杆3的重心以此来调节两不同体重的儿童坐上坐具4后摇摆杆3的平衡，空腔内填充的液压油18用来减少腔内塞体和平衡球19与腔壁之间的摩擦力便于塞体和平衡球19的移动。

压力检测装置包括底座1两侧延伸至两坐具4所处位置摇摆杆3下端的固定板，固定板上端固定安装有压力感应单元20，当两儿童在坐具4上时，较重的一方向下倾斜，摇摆杆3向下倾斜的一侧与其下端的压力感应单元20接触，以此来测得摇摆杆3向下作用于压力感应单元20的力。

平衡调节机构还包括安装在底座1内的气泵22、固定安装在椅背上端的气动杆23，两气动杆23的活动端均贯穿椅背上端面并分别与第二塞体11和第三塞体12固定连接，两气动杆23的活动端与椅背滑动密封连接，第一拉绳16及第二拉绳17两端分别设有辅助拉绳26，两辅助拉绳26分别延伸连接至第二塞体11与第三塞体12，气泵22通过橡胶软管27与气动杆23连通，通过气泵22及气动杆23作为控制摇摆杆3内平衡球19及塞体的移动执行机构，当对其中一根气动杆23增压，另一根气动杆23同时减压，使气动杆23带动第二活塞和第三活塞移动，再通过第一拉绳16、第二拉绳17及辅助拉绳26带动第一活塞，使各活塞推动平衡球19来改变摇摆杆3的重心。

控制单元分为信号接收单元28与信号处理单元29，压力感应单元的输出端与信号接收单元28电性相连，信号处理单元29的输出端与气泵22的输入端电性相连，压力感应单元测得摇摆杆3向下倾斜一侧的下压的压力信号传输至信号接收单元28，信号传输单元将压力信号反馈至信号处理单元29，计算得出使摇摆杆3接近或达到平衡状态时气动杆23所需的压力数值D，压力数值D通过信号处理单元29的输出端传输至气泵22的输入端，气泵22开始执行调整两气动杆23内的气压，达到所需压力数值后摇摆杆3呈接近平衡或平衡状态后，压力感应单元锁定，防止儿童在玩耍时摇摆杆3的重心不断变化发生危险，直至其中一位儿童从坐具4上下来下一位儿童上去。

平衡球19分为两层，外层的橡胶球壳30和内层的铅制球芯31案，通过设置橡胶球壳30具有一定的减震作用，减缓平衡球19在移动时相互碰撞时产生的震动。

红外感应探头6的信号输出端与信号接收单元28的输入端电性相连，信号处理单元29内预设值为各年龄段儿童在跷跷板上为坐姿状态下所测得的高度数值即坐姿高度预设值Y和与其站立状态下所对应的高度数值Z，红外感应探头6测得以坐具4为中心半径0.5米内的人体高度，红外感应探头对以坐具4为半径0.5米范围内进行不间断的探测扫描，当儿童进入红外感应探头扫描范围内时，首次扫描测得的人体高度为120CM，并通过红外感应探头的输出端传输至信号接收单元28，信号接收单元28将信号反馈给信号处理单元29，信号处理单元29调出与人体高度120CM相匹配的数值Z,得到与其相对应的测试数值60CM作为对比数值，当第二次扫描及之后扫描测得的人体高度数值B与数值Y进行比对，当B等于

即50CM～70CM的范围内时信号处理单元29判断儿童的姿态为坐下状态，当两坐具4上的儿童均被信号处理单元29判定为坐姿状态时，压力感应单元启动，反之为锁定状态，防止儿童未处于坐姿状态下误触发跷跷板的平衡调节机构而受伤。

一种跷跷板自平衡装置的控制方法，包括如下步骤：

S1、红外感应探头对以坐具4为中心半径0.5米范围进行不间断的探测扫描；

S2、红外感应探头将儿童进入其扫描范围内首次测得的人体高度数值C通过其输出端传输至信号接收单元28，信号接收单元28将首次测得人体高度数值C反馈至信号处理单元29内进行比对调出与其相对应的坐姿高度预设数值Y；

S3、当第二次扫描及之后扫描测得的人体高度数值B与坐姿高度预设数值Y进行比对；

S4、当

且两位儿童分别坐上坐具4，压力感应单元启动，反之为锁定状态；

S5、若两位儿童体重相差过大；

S6、较重的一方的摇摆杆3向下倾斜并与固定杆上的压力感应单元20相接触；

S7、压力感应单元20所测得的压力数据通过压力感应单元的输出端传输至控制器的信号接收单元28；

S8、信号处理单元29根据所接收的压力数据值计算使摇摆杆3达到平衡状态时推动气动杆23的所需气压数值D；

S9、通过气泵22使摇摆杆3向下倾斜的一端的气动杆23增压，向上倾斜的一端的气动杆23减压，此时第二塞体11和第三塞体12通过拉绳使第一塞体10、液压油18及平衡球19向摇摆杆3向上倾斜的一端推动，使摇摆杆3的重心向摇摆杆3倾斜向上的一端移动；

S10、此时摇摆杆3呈左右平衡状态，压力感应单元锁定，直至其中一位儿童从坐具4上离开后下一位儿童坐上去。

通过上述技术方案，当两体重相差较大的儿童相玩耍跷跷板时无需儿童自己动手操作，通过红外线感应与压力感应单元相互配合完成数值检测，然后控制单元配合气泵22和气动杆23推动各塞体完成摇摆杆3重心偏移，使跷跷板接近平衡或达到平衡状态，即满足了两体重相差过大想玩耍跷跷板的需求又保证了儿童的安全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种跷跷板自平衡装置，包括固定安装在地面内的底座，通过螺栓固定安装在底座上的支撑架及与支撑架活动连接的摇摆杆，其特征在于：所述摇摆杆两端通过螺栓安装有坐具，所述摇摆杆内还设有用于调节其平衡重心的平衡调节机构，平衡调节机构还包括用于检测儿童坐上坐具后的压力检测装置及防止平衡调节机构误启动的人体感应装置；

人体检测装置为固定安装在摇摆杆上端中部的红外感应探头；

两坐具的椅背内分别开设有第一空腔和第二空腔，摇摆杆内开设有与第一空腔和第二空腔连通的第三空腔，第三空腔中部设有用于切断第一空腔与第二空腔之间的连通性的第一塞体，第一空腔与第二空腔内分别设有第二塞体和第三塞体，第一空腔和第二空腔内均设有与第二塞体和第三塞体滑动密封连接的连接杆，第一空腔及第二空腔与第三空腔连通的折角处分别固定安装有第一传动辊和第二传动辊，第一传动辊、第一塞体和第二传动辊之间分别通过第一拉绳及第二拉绳固定，第一塞体、第二塞体及第三塞体的空腔内填充有液压油和平衡球；

压力检测装置包括底座两侧延伸至两坐具所处位置摇摆杆下端的固定板，固定板上端固定安装有压力感应单元；

平衡调节机构还包括安装在底座内的气泵、固定安装在椅背上端的气动杆，两气动杆的活动端均贯穿椅背上端面并分别与第二塞体和第三塞体固定连接，两气动杆的活动端与椅背滑动密封连接，第一拉绳及第二拉绳两端分别设有辅助拉绳，两辅助拉绳分别延伸连接至第二塞体与第三塞体，气泵通过橡胶软管与气动杆连通；

控制单元分为信号接收单元与信号处理单元，压力感应单元的输出端与信号接收单元电性相连，信号处理单元的输出端与气泵的输入端电性相连；

平衡球分为两层，外层的橡胶球壳和内层的铅制球芯；

红外感应探头的信号输出端与信号接收单元的输入端电性相连，信号处理单元内预设值为各年龄段儿童在跷跷板上为坐姿状态下所测得的高度数值即坐姿高度预设值Y和与其站立状态下所对应的高度数值Z，红外感应探头测得以坐具为中心半径0.5米内的人体高度。

2.一种如权利要求1所述的跷跷板自平衡装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、红外感应探头对以坐具为中心半径0.5米范围进行不间断的探测扫描；

S2、红外感应探头将儿童进入其扫描范围内首次测得的人体高度数值C通过其输出端传输至信号接收单元，信号接收单元将首次测得的 人体高度数值C反馈至信号处理单元内进行比对调出与其相对应的坐姿高度预设数值Y；

S3、当第二次扫描及之后扫描测得的人体高度数值B与坐姿高度预设数值Y进行比对；

S4、当

且两位儿童分别坐上坐具，压力感应单元启动，反之为锁定状态；

S5、若两位儿童体重相差过大；

S6、较重的一方的摇摆杆向下倾斜并与固定板 上的压力感应单元相接触；

S7、压力感应单元所测得的压力数据通过压力感应单元的输出端传输至控制单元 的信号接收单元；

S8、信号处理单元根据所接收的压力数据值计算使摇摆杆达到平衡状态时推动气动杆的所需气压数值D；

S9、通过气泵使摇摆杆向下倾斜的一端的气动杆增压，向上倾斜的一端的气动杆减压，此时第二塞体和第三塞体通过拉绳使第一塞体、液压油及平衡球向摇摆杆向上倾斜的一端推动，使摇摆杆的重心向摇摆杆倾斜向上的一端移动；

S10、此时摇摆杆呈左右平衡状态，压力感应单元锁定，直至其中一位儿童从坐具上离开后下一位儿童坐上去。

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