CN1226024C - 波动产生机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在诸如床、椅子和类似物中产生波动的波动产生装置。本发明中的波动产生装置，包括一个柔性件、具有对置的第一和第二端部的至少一个连杆件、振动驱动装置，所述至少一个连杆件在其第二端部以可旋转的方式连接着振动驱动装置，以将振动传递到所述至少一个连杆件的第二端部，波动产生装置的特征在于：所述至少一个连杆件在其第一端部刚性连接着所述柔性件，其中当振动驱动装置启动后，所述至少一个连杆件的第二端部将进行振动，从而在柔性件中产生横向波。

Description

波动产生机构

技术领域

本发明涉及一种波动产生机构，具体地讲，涉及装有波动产生机构的床和椅子。

背景技术

因局部或全身瘫痪而不能动弹、大手术后恢复或因其他原因长时间卧床的患者通常不能够锻炼身体或更充分地支配自己的身体。在许多情况下这会引起问题并且可能导致诸如褥疮、关节和软组织废用萎缩等并发症。这种问题的大多数解决方法涉及通过支承着患者的床或躺椅向患者身体施加变化的压力。在结构中装有流化床的床垫或可充气/放气装置是常用的，但这些系统通常涉及复杂的机构和电路，而且非常昂贵。因此希望利用能在床垫支承中传播的波动以取代这些解决方法。

多种类型的波动产生装置已经被申请专利。颁发给Bunger等的美国专利No.3,981,612中涉及一种波动产生装置，其中使用了一组安装在托架上的滚轮，托架被沿着一组轨道驱动。一张柔性片材固定在一个框架的端部，随着托架被沿着轨道驱动，滚轮将向上移动片材，从而沿片材产生波动。这种装置非常笨重，而且其中的仅仅一组滚轮只能产生一种平移波动。

颁发给Kashubara的美国专利No.4,915,584中公开了一种装置，其利用一个能在竖直导轨上移动的翼片将流体的流动转换成机械运动。随着空气流过翼片，翼片将在竖直导轨中上下移动，从而将运动传递到一组曲柄臂上，以带动安装在两个曲柄臂端部的轴旋转。

颁发给Wilson等的美国专利No.4,465,941中涉及一种水压机，用于将水流转换成其他类型的机械能。流向装置一侧的水流将冲入一组蝶形阀中，一个轮形托架被推动着沿挡水板框架移动。

颁发给Hufton的美国专利No.3,620,651中公开了一种流体流动装置，其可以用作泵或马达。该装置包括被一个笨重的曲轴组件驱动着振动的多个柔性片材。

颁发给Huang的美国专利No.4,999,861中公开了一种治疗床，其带有一个波动表面，该表面是通过两个纵向轴、大量偏心凸轮和一个支承机构产生的。

颁发给Nestle S.A.的PCT专利申请PCT/EP98/01276中将类似于Huang的波动床的方法用在蠕动泵中。一根纵向轴驱动着若干凸轮，后者以类似于波浪的方式顺序压缩一根管。

颁发给Volk的美国专利No.5,267,364中还描述了一种通过对气囊充气和放气而驱动波动床的方法。美国专利No.3,964,316中公开了一种波动模拟器，其使用了一根主轴，该主轴连接着若干沿主轴相隔布置的齿轮箱。每个齿轮箱中分别沿着主轴的横向伸出副轴。连杆在一端连接着副轴，而连杆的另一端以可旋转的方式连接着柔性膜片。主轴的旋转运动被传递到副轴上，后者在膜片中产生波动。这种装置需要有很多昂贵的元件，如齿轮箱。

因此，希望能提供一种紧凑的波动产生装置，其可以用于在椅子、床或其他治疗装置中产生波动，或者可以用于将波动转换成其他类型的机械能或电能。

发明内容

本发明的目的是提供一种机构，其可以用于产生波动或者将波动转换成其他形式的有用功。

本发明的一个优点是提供了一种波动产生装置，该装置适用于多种用途，其中包括但不局限于波动床、波动椅子、波动表面和推进系统。该机构还可以总体上用于将波动转换成其他形式的有用功，其中包括但不局限于旋转运动和电能。

在本发明的一个方面，提供了一种装置，用于将旋转运动转换成波动，反之亦然。装置包括：一个柔性件，一个连杆件在其第一端部刚性连接在柔性件上并在第二端部以可旋转的方式连接在一个振动驱动装置上。当振动驱动装置旋转时，连杆第二端部将作振动，以在柔性件中产生行波，行波的波长与连杆件长度成正比。

在本发明的这个方面，装置包括多个连杆件，它们沿着柔性件附着并被振动驱动装置同步驱动，以形成连续的横向行波。

本发明中的波动产生装置，包括一个柔性件、具有对置的第一和第二端部的至少一个连杆件、振动驱动装置，所述至少一个连杆件在其第二端部以可旋转的方式连接着振动驱动装置，以将振动传递到所述至少一个连杆件的第二端部，波动产生装置的特征在于：所述至少一个连杆件在其第一端部刚性连接着所述柔性件，其中当振动驱动装置启动后，所述至少一个连杆件的第二端部将进行振动，从而在柔性件中产生横向波。

附图说明

下面参照附图而只以示例的形式对根据本发明而构造的波动产生装置作出说明，附图包括：

图1是包含有根据本发明而构造的波动产生装置的床的俯视图；

图2是图1所示床的局部剖切侧视图；

图3是图5至10中的各连杆臂断开后集中显示的底侧视图，

图4是一个从连杆臂上分解下来的承载板的透视图；

图5是图2中以5表示的部分的放大图；

图6是图5的底侧视图；

图7至12是图3所示连杆臂的竖直侧视图，显示了本波动发生器的一个工作循环；

图13(a)是用于产生不同波长的波动产生装置的侧视图；

图13(b)是用于产生不同波长的波动产生装置的另一个实施例的侧视图；

图14是根据本发明而构造的波动床的另一个实施例；

图15(a)至15(f)示出了一种双梁波动产生装置；

图16是根据本发明的用于产生波动的曲轴组件断开后的透视图；

图17是沿着图16中的线17-17所作剖视图；

图18(a)是用在图16所示曲轴组件中的圆筒轴承和夹持板的透视图；

图18(b)是沿着图18(a)中的线18(b)-18(b)所作剖视图；

图19是本发明的用于将柔性片材连接到梁形成件上的连接器的一个替换性实施例的断开透视图；

图20是根据本发明制造的波动椅子的侧向剖视图；

图21(a)是一只船和用作舵的波动产生装置的断开俯视图；

图21(b)是图21(a)中的船和舵的透视图；

图22示出了根据本发明的波动产生装置的一个替换性实施例；

图23是波动产生装置的一个替换性实施例的剖视图；

图24是装置静止时沿着图23中的线24-24的视图；

图25是装置操作时沿着图23中的线24-24的视图；

图26是装置操作时沿着图23中的线24-24的视图；

图27示出了波动产生装置的一个替换性实施例，其中波动表面用作活动广告牌或投影屏幕；

图28示出了波动产生装置的另一个替换性实施例，其中波动表面与行走底脚相组合；

图29示出了带有柔性梁和可变波动轨迹的波动产生装置的实施例；

图30示出了一个替换性实施例，其中波动通过枢点传递，从而在间壁上产生波的镜像投影。

具体实施方式

参照图1和2，根据本发明而构造的波动床总体上在20处示出。床20包括一个柔性板件22，该板件优选由柔性塑料片材和一个支承架24制成(图2)。参照图3，图中示出了床底侧的一部分，床20中产生的波动是由一个波动产生装置形成的，该装置包括由六个平行梁30、32、34、36、38和40构成的多个组，这些梁的一端连接在一个装于支承轨44和46之间的曲轴组件42上。这些梁的另一端连接在一个未被电机驱动并且装于支承轨44和46之间的空转曲轴组件48上。一个齿轮电机54附着在曲轴组件42上，以便将齿轮电机轴56的旋转运动同时转换成每个梁的侧向上下运动和与从动波切向倾角相等的角偏转运动。应当指出，电机不是必需的，因为可以通过手动旋转而获得相同的效果。还应当指出，当电机或发生器在曲轴的相应旋转连接点咬合着曲轴时，任何梁均可以用作电机或发生器的支承梁。

一个延伸轴58安装在支承轨46中并可以连接到附加波动产生连杆组上。附加波动产生连杆组可以遍布在床的整个宽度上。

图4是一个曲轴组件的简化示意图，该组件连接着各梁以将圆周运动施加到梁上并转换成沿柔性片材的波动。每个梁的一侧分别安装着一对承载板60和62，在图中这些梁是梁30、32和34。电机轴56附着在与第一梁30相连的板62的中心。所示的每个板60和62分别具有一个孔68，该孔与每个承载板的圆周相隔。一个曲柄销74穿过位于每个梁端部的孔70并且固定在位于梁30一侧的板62上的孔68和位于梁30另一侧的板60上的孔68中。在图4所示结构中，通过穿入梁的孔70中的曲柄销74而相连的每对圆盘60和62不会彼此相对运动。当传动轴56被电机驱动时，圆盘将绕着轴56的纵向轴线旋转，而且由于曲柄销从该轴线偏置出来，因此梁被驱动着在垂直于曲轴旋转轴线的平面内沿着圆形路径运动。由于每个梁组中包括六个梁，因此图示的曲轴组件是在相邻曲柄销彼此相隔60°的状态下组装的。

每个梁组中的各个梁的另一端以类似方式连接在空转曲轴组件48上，不同的是不带电机(图3)。六个梁30、32、34、36、38和40中的每个分别具有独一无二的相位，每个梁均与梁组中的其他梁相差60°的相位，因而梁组确定了360°的相位差。在每个梁上，两个承载板60和62彼此保持相对固定，因此在操作中，随着轴56被电机54带动着旋转，所有梁上的每个点均作圆周运动，而各个梁之间具有60°的相位差。

图5是图2中的区段5的放大图，示出了七个圆柱形连杆或传动杆80、82、84、86、88、90和91，它们分别在板100底侧连接在梁40、38、36、34、32、30和40上。这些传动杆不是必须是圆柱形的，如需要也可以是扁平的。每个传动杆在其一端以可旋转的方式连接着相关梁以便绕着枢点98作旋转运动，并且在梁运动平面内从梁处延伸出。图6示出了图5中放大区段的底侧。每个连杆分别在其一端连接着一个支架92，后者反过来又连接着板100的底侧。每个圆柱形臂上分别在其另一端带有一个一直延伸到虚线96处(图5)的槽94(图6)，该槽足够宽因而能够容纳相关联杆。板100沿横向延伸在柔性片材22的整个底侧，而且片材通过铆钉102连接着这些板，如图1中最佳显示。

由于每个梁上的每个点不论形状如何均在一个垂直于曲轴旋转轴线的平面内移过一个圆弧路径，因此以可旋转方式连接着每个梁的传动杆80、82、84、86、88和80′均在梁的圆周运动所在平面内旋转。这样，由于传动杆刚性连接着柔性片材22，因此当曲轴旋转时，梁的圆周运动将沿着柔性片材产生一个行波，如图2所示。当曲轴沿着一个方向旋转时，会在柔性片材22中产生以一个方向横向行波，而如果使曲轴组件反向旋转，则横向行波运动也会反向。

应当理解，空转曲轴组件48是可选项，而且即使被采用，也不是必须位于梁组另一端。它可以沿着梁长度位于任何位置上，只要能够与第一曲轴组件42相隔即可。当装有空转曲轴时，梁被迫平行布置，以使梁上的所有部位作圆周运动。被电机驱动的第一曲轴组件可以沿着梁安置在最方便的位置处，并且可以直接连接在一个梁上而用作一个支承。还可以理解，空转曲轴只是迫使梁平行布置的方式中的一种，也可以采用其他各种具有类似效果和功能的措施。例如，在各梁被一个曲轴同步驱动的情况下，任何两个平行梁将在所有点上绕着对方旋动，因而一个偏心铰接装置可以安装在位于任何两个梁之间的任何位置上以引起平行排列。

在一个优选实施例中，可以提供一种模块式波动床，它的床架带有一个中央切口部分，一个模块式波动床嵌块可以落入该切口部分中。模块式波动床嵌块包括两个比波动床表面略短的梁，小型电机附着在一个梁上，而曲轴咬合着第二个梁。电机和曲轴沿梁长度位于柔性塑料片材底侧中央。两个梁连接着一个曲轴，梁间的相位差为180°。图6所示的加强板100可以被替换为与片材整体成型的加强肋。例如，当利用塑料制造平面柔性支承22时，加强肋或板条可以制作成片材的整体部分。与此类似，刚性连接着支承22并且以可旋转的方式连接着梁的连杆可以与片材一起模塑成型为整体单元。这可以减少需要组装的零件数量，从而简化组装过程。

由于模块式波动床嵌块是整装式单元，因此易于运输。支承架本身并不需要，因为单元可以放在一块泡沫上运输，正如床垫运输中仍然采用的方法一样。

本领域的普通技术人员可以理解，本装置中的用于从旋转运动产生横波运动的基本元件包括一个旋转曲轴，其一端以可旋转的方式连接着一个连杆件，其第二端刚性连接着一个柔性件，通过曲轴旋转可以引起横波，波长与连杆长度成正比。多个这样的曲轴位置可以通过诸如梁等装置同步相连，每个梁附着在相距一个波长的枢点上并与其他梁异相，所有梁通过一个同步曲轴相连，曲轴用于保持梁间的相位差。这些梁可以是柔性的或具有复杂形状，以使波动改变方向。或者，同步装置可以是若干单独传动电机的电控装置，每个电机连接着一个曲轴位置，或者利用链条或皮带将各曲轴位置相连，或采用上述装置的任何组合方式。

如前所述，当空转曲轴组件或同等功能的机械装置用于约束梁时，振动为纯圆周运动。例如，当梁未被空转曲轴约束时，梁的运动可以被广泛地描述为振动，其中包括每个梁上的各个部位作圆形、往复和/或椭圆运动。例如，在梁的一端被约束着进行往复运动时(被梁一端的槽中安置的凸块约束着)，从动曲轴组件带动梁上的邻近于曲轴连接点处的部分作往复运动。在这个实例中，梁的约束端作往复运动，而梁的未约束端在大致垂直于旋转轴线的平面内作椭圆运动，从而在柔性片材中产生横波。

横跨柔性片材宽度的不同波幅的行波可以这样获得，即片材的一个边缘被约束着平行于梁的长度方向运行，以使波幅横跨柔性片材宽度逐渐增加，这非常类似于风扇。在这种情况下，梁可以沿着波的行进方向弯折成曲线，如图29所示。

图5示出了波动产生装置所产生的波的一个周期并示出了传动杆80、82、84、86、88和90的相对位置。中央传动杆86和端部传动杆80从图5和6中看是竖直的，而其他连杆相对于竖直方向倾斜不同的角度，这也能从图5和6中看出。每个单独梁上的连杆之间的间隔距离等于理想波长。例如，在图5和6中，梁40上的两个连杆件80之间相隔一个波长。六个不同梁上的传动杆或连杆以相等的相位差相隔，以便在柔性片材22中产生行波，从而随着曲轴组件42每旋转一整圈而行进一个完整的波。环绕着中点112的虚线圆110表示在波动发生器的操作过程中枢点98确定的圆周运动。

图7至12示出了图5和6中的不同连杆件在一个波周期中的各个位置。在每张图的右侧有一个十字(+)120，用以表示旋转的固定中心，活动连杆可以以该中心作为基准。所示的十字120位于安装着电机驱动曲轴组件42的床的相同端部。

在波浪产生装置的一个替换性实施例中，可以采用不同数量的梁。例如，当利用四个梁产生波动时，曲柄销可以呈90°分布。因此可以理解，角位移是这样计算的，即以360°除以理想梁数量而得到相邻梁间的所需角位移。还应当指出，角位移的不规则划分尽管是可行的，但为了保持同步运动必然导致连杆沿柔性件出现类似的不规则间隔。角位移的规则划分将导致连杆的规则间隔。

连杆82、84、86、88和90的长度决定了连杆角位移的量。应当理解，术语传动杆和连杆指的是相同零件。传动杆或连杆的长度被这样确定，即在任何曲轴角度下，所产生的角度几乎等于从动波的切向斜度。对于恒定波幅，波长与传动杆长度之间的关系显示于图13(a)和13(b)中，其中传动杆或连杆件160将柔性片材22连接到梁162和164。在图13(a)中，波长的递减与传动杆160递减的长度和连杆间的距离成正比。在图13(b)中，传动杆160随着连杆间距离的加大而加长，从而在柔性片材22中产生波长递增的波动。这显示出了在波幅保持恒定的条件下的波长与连杆长度之间的关系。还示出了如何通过一个单一的机构获得沿其长度方向波长变化的装置。由此还可以得出，由于不论波长如何，曲轴每旋转一圈波均向前行进一个波长，因此随着波长缩短波速将降低，而随着波长再次增加波速也再次提高。

因此，利用本装置通过调节连杆件长度、梁上的连杆间隔以及不同梁上的连杆件的空间交错关系，可以产生具有预选波长的横向行波。

横波的波幅是由曲轴长度确定的，曲轴长度定义为曲轴旋转中心至梁在曲轴上的连接点的距离，并且等于波峰至波谷的总波幅的一半。因此，在图4所示曲轴组件作圆周运动的情况下，从轴56的中心至销74的中心的距离增大将导致波幅增大。这对应于梁30的连接点沿着板60(62)的径向距离增大。

图14示出了波动床的一个替换性实施例，该波动床带有一个曲轴组件180(结构类似于图3中的曲轴组件42)，用以在两个梁组174和176之间起连接和传力作用。梁组174包括三个梁180、182和184，它们分别连接着梁组176中的梁180′、182′和184′。空转曲轴可以位于每个梁组的另一端。柔性片材22通过传动杆190连接着相应的梁。曲轴180的轴线192位于柔性片材22的平面内，因而在梁间枢点处的弯曲不会导致片材加长。梁和传动杆也位于柔性片材两侧，因而铰链和梁不会与柔性片材发生干涉。或者，该机构可以翻折过来，如侧视图中所示，以便更紧凑地包装。这个实施例允许在任何曲轴上安装单一驱动装置，以便通过(多个)铰接关节传力，而且柔性片材不但能够沿其长度传播波动，而且能够绕着铰接点弯曲。这一点对于波动床而言可能很重要，因为铰链使得床能够向上翻转而形成后背支承，如侧视图中所示医用床或靠椅等等所需要的那样。图14示出了一个六梁机构中的第二梁在一个公用曲轴上翻转的情景。在三梁机构中，曲柄销彼此相隔120度，而非图示的60度。

图15(a)至15(f)示出了一个以200表示的双梁系统，其包括一个单一的曲轴202和三个用于将每个梁206和208连接到柔性基片22上的传动杆204。可以理解，根据本发明的最简单的可行波动产生装置的每个梁上只有两个传动杆。图15(a)至15(f)显示了一个进程，相邻图之间的曲轴角度前进了60度，在该进程中波前进了一个完整波长而返回起点。柔性片材22附着在2 1 0处，以限制其水平移动，因而它只能竖直移动。梁沿着圆弧旋转，从而向柔性片材传递竖直偏移并同时产生一个斜度，该斜度等于拟正弦波表面的标准正切角。由于每个传动杆向柔性片材22施加两个约束(竖直偏移和倾斜)，因此可以利用最少的活动零件、最佳的机械效益和最低的机械复杂性产生波动。

图16、17、18(a)和18(b)中示出了曲轴组件的一个优选实施例，其适用于四梁组，梁组中的每个梁之间带有90°相位差。特别参照图16和17，所示曲轴400的一段上带有四个从轴上切出的开槽段。每个开槽切口段分别包括一个弯曲槽部402和位于弯曲部402两侧的两个平直台肩段404。带有内部圆筒段410和外部圆筒段412的圆筒轴承组件408安置在每个开槽段中，圆筒轴承组件的内部段410上的弯曲表面的一部分安置在被加工得具有匹配曲率的弯曲段402中。通过将月牙形夹持件412插入轴与段410的内部弯曲表面之间，轴承组件408被保持在位于轴400上的这个位置上。图16中所示的轴用在四梁组中，以使轴承相对于相邻轴承旋转偏移90°的相位差，从而构成总体360°。

参照图18(a)和18(b)，梁424的一端具有一个切口段422，通过将紧固件428穿过夹持盘426和梁中的孔，一个轴承组件408被夹持在两个夹持盘426之间，从而被保持在切口段中。通过将轴承组件408固定到轴400上(图16)并连接到梁424上，当电机驱动轴400(图16)时，轴和内部圆筒段410将在球轴承414上相对于外部段412旋转，从而带动每个梁在圆形轨道上绕着附着在梁上的轴承的中心作运动，每个梁分别与前一梁具有90°的相位差。

尽管前面根据优选实施例描述和显示了用于在床、椅子和类似物中产生波动的波动产生装置，但本领域的普通技术人员可以理解，可以对本发明作出各式各样的改型，这些改型也落在这里所述发明的范围内。例如，由于连杆只旋转通过小角度，因此它们可以被替换为柔性指，以取代以可旋转方式连接着梁的刚性连杆。这样还能进一步简化结构并减少零件数量。参照图19，梁32′通过柔性弹簧件140附着在肋100上，从而将梁连接到柔性片材22上。梁上切出了槽142，弹簧件140上的一个支架段144插入槽中以形成摩擦配合，从而将弹簧件连接到梁上。在操作中，随着梁被驱动，弹簧140将弯曲，而梁将基本上绕着圆形区域146旋转。

此外，刚性装置可以被替换为柔性传力装置，例如在各个曲轴位置连接并同步驱动连杆的链条或齿形带。

细长梁和柔性片材可以被仿形加工，以遵循于一个结构特征，例如适合于人体解剖学的装置，其中平面柔性件可以提供结构支承表面。梁可以是柔性的，从而在垂直于波行进轨迹的任何轴线上随动于可变弯曲路径。

参照图20，根据本发明而构造的波动椅子总体上在130处显示出来，其具有一个后背倚靠部分132和一个就座部分134。梁136、148、150、152、154和156是大致L形的，以使后背倚靠部分132和就座部分134中的梁被类似于图4所示机构42的驱动机构158驱动。由于每个梁中的每个点也是进行圆周运动(不论点的形状如何)，因此会产生沿后背倚靠部分向下和沿着椅子130的就座部分134的行波。椅子还可以构造得类似于图14中的床170，即两组梁以可旋转的方式相连，其中一组梁对应于后背倚靠部分，而另一组梁对应于椅子的就座部分。曲轴和电机可以安置在两组梁的铰接点处，而空转曲轴安置在每组梁的自由端。应当理解，电机可以安装在任何曲轴上，非驱动曲轴被称作空转曲轴。

本领域的普通技术人员可以理解，只需两组梁即可产生同步波动，然而为了在电机驱动曲轴与空转曲轴之间传递旋转运动，需要有三个梁。双梁机构在两个梁排列成一条直线时存在一个不稳定点。在这个位置上，曲轴的进一步旋转不一定能导致空转曲轴的任何旋转。当双梁系统排列在不稳定点时，机构可能会被锁住，或者空转曲轴可能反转。在包括至少三个梁的系统中，这些梁永远不会同时排列在一条直线上，而且各梁被迫处于平行位置，因此不存在不稳定点。

图21(a)和21(b)显示的是利用本发明的波动产生机构构造船224的推进系统中的自动推进式舵222。自动推进式舵包括两个梁226和228，其中一个驱动电机和一个曲轴组件230用于驱动这两个梁并在柔性片材232上产生正弦波动，柔性片材通过至少两个传动杆234连接着梁226并通过至少两个传动杆236连接着梁228。一个电机安装梁238连接着船224，用以支承电机和曲轴组件。柔性片材232的大部分浸入水中并被用作舵，舵222以可旋转的方式在238处连接着船224并且通过一个舵柄240而手动操作。电机/曲轴机构230位于水位上方，因而只有薄柔性片材232浸入水中，以使阻力最小化。本申请包括这种舵用于水、空气或其他介质中的所有情况。

带有单一曲轴的系统受到限制，即波形不一定是正弦曲线，这是因为梁没有被迫平行排列。通过按下柔性片材的一端，另一端将抬起而波会变形。这在基于本波动产生装置的推进系统中具有优势。在推进系统中，波采用水阻力最小的形状，以将更多的波能直接转化成推进力。这样可以产生形状和波幅沿行进方向变化的波动。

图22示出了一种波动产生装置300，其毗邻一个刚性表面302，从而在装置操作时使得形成在柔性膜片308与平坦表面之间的空腔304、306随着波移动。在这种结构中，系统的功能类似于蠕动泵。在与图13(a)和13(b)中的特征组合时，空腔304、306的容积可以沿着波动路径变化，从而对诸如压气机或真空泵等中的流体进行压缩和解压。通过例如将柔性片材308更换为柔性管，可以获得穿过柔性管的蠕动泵。因此可以理解，本发明提供了在任何柔性件中产生横波的途径，而不是局限于平面片材。

横向行波定义为这样的波，即波的扰动上下移动，同时波沿着与扰动方向呈直角的方向移动。横波产生机构包括用于确定波动表面的柔性件以及从波动表面伸向局域曲轴连接枢点的至少一个直角凸块(连杆)。为了产生横向行波，多个从柔性件伸向连接枢点的凸块被局域曲轴同步驱动。以可旋转方式连接在梁上的每个连杆件的端部振动位于正交轴线所确定的平面内，其中一根轴线平行于横向行波的行进方向，而另一根轴线平行于波的扰动方向，该扰动方向垂直于波的行进方向。

从波动表面伸出的凸块被这样选择，以使凸块端点的运动轨迹为近乎圆形。图22最清楚地示出了这种情况。在图11中，元件100、92和88一起构成了从波动表面22伸向梁3 8远端枢点的凸块。用在床和椅子中的连杆是一种专用装置，用以构成从波动表面所在平面伸出的刚性凸块。在波幅(±a)相对于波长(w)而言很小的情况下，即a＜＜w，轨迹几乎是精确的圆形。在波幅a＜w/10的情况下，即这里公开的床和椅子的典型情况，轨迹是非圆形的，因此被沿着圆形路径驱动的曲轴将产生拟正弦波，换言之，不是精确的正弦波，而是功能仍与正弦波相同的波。对于更大的相对波幅，曲轴必须被驱动着以非线性速度通过非圆形弧线，否则波动表面的变形会变得太大而无法保持功能波动分布。非线性转速是必需的，这是因为对于较大波幅而言，凸块端部在其相轨迹中的某些时间内的移动速度远大于其他时间内的速度。波动表面上的凸块在相对波幅的有限范围内通过这样一个点，即轨迹是拟圆形的而且旋转速率是非恒定的，这个事实对于这种机构的功能和限制而言是一个关键。

传动杆(两个或多个)是可选项。它们是使两个或多个彼此同相的曲轴同步运行的实现措施，而且可能是由单一动力源驱动多个这种曲轴的最简单途径。在驱动平面传动杆时，单一曲轴可以有效地提供一种非常简便的途径，以将曲轴旋转运动传递到相连的任何点上，特别是那些波动凸块轨迹为拟圆形的伸出连接点。这种同步曲轴方法的缺点是它是刚性的。波必须随动于一个预定路径，除非波中的一些部分被解耦。从原理上讲，可以在每个曲轴位置安装并同步电气驱动一个齿轮/电机，以产生波动。在这样的实施例中，可以获得柔性波动路径。各曲轴还可以通过皮带或链条相连，从而被一个公用动力源驱动。

还可以理解，不是必须利用一个公用动力源驱动所有传动杆。对于较高的相对波幅，优选采用解耦传动杆，从而可以以更精确的轨迹和相位可调的角速度驱动各个单独的连杆。对于大功率、大波幅推进器，优选采用这种构造。

参照图23至26，用于产生变波幅波动的装置的一个实施例总体上在600处示出。变波幅波动产生装置包括用以产生横波的柔性片材602。两个同步梁604和606上带有若干连杆608，每个连杆在其一端以可旋转的方式连接着梁，并在另一端连接着柔性片材602。各个连杆608沿着每个梁而彼此相隔，连杆之间的间隔确定了片材602中所产生的横波的波长。一个齿轮电机610刚性连接着梁604，而且电机具有一个旋转输出传动端612。机构中包括一个变波幅曲轴机构，后者包含一个板614，该板刚性连接着齿轮电机610的输出传动端612，以使板614能够随着输出传动端旋转。一个承载板616包括一个轴620和一个手柄622，一个中心槽624沿着轴向下延伸。轴620穿过一个轴承619，该轴承安装在一个穿通梁606的孔中，而且板616可以相对于梁606自由旋转。

通过将一个销26穿入两个板上的从板中心偏置的孔中，板614和616以可旋转的方式附着在一起。这样，销626确定出一个枢点，以使板614和616彼此相对旋转。板614包括一个位于板中心的孔，一个安置在轴620中的锁销628如图所示咬合在每个板的中心孔中，以使片材如图24所示处于平坦状态。锁销628包括一个把手630，用于将锁销从板中抽出。特别参照图26，板614包括多个孔634、636和638，它们足够大，因而锁销628能够插入每个孔中。

当通过将锁销628咬合在每个板的中心孔中而使板614和616彼此同心对齐后，如图23和24所示，柔性片材602是平坦的。现在参照图25和26，通过拉动把手630而将销628从板614和616的中心孔中抽出，可以调节片材602所产生横波的波幅。一旦各板被松开而能够彼此相对旋转，手柄622即可以旋转，以使板616绕着销626确定的枢点相对于板614旋转。板616旋转直至其中心孔624(图23)与板614上的孔634、636和638(图24)中的一个对准，之后销628插入孔中，以将各板锁定在一起。随着手柄622的旋转，梁606相对于梁604旋转，从而在片材602中产生波动，波幅取决于板614上的哪个孔与板616的中心孔对准。手柄622旋转得越多，则波幅越大。图25和26示出了随着曲轴偏心增大，波幅也成比例增大。当齿轮电机610启动后，输出传动端612将带动承载板614旋转，后者又驱动板616。由于板616相对于板614非同心安置，因此当板616在一个环绕着输出传动端612旋转轴线的圆周上旋转时，梁606上的部分将产生绕着被轴620穿过的孔的圆周运动。因此梁上的所有点均作圆周运动。由于梁604也以与梁606相同方式连接着片材602，因此梁上的所有点也同样被迫作圆周运动，但梁604相对于梁606有一个相位差，从而在片材602中产生横波。

图23至26中所示的变波幅波动产生机构用于增大曲轴的偏心，以使横波的波幅增大。偏心是通过将两个偏心圆盘相连并彼此相对旋转而实现的。应当理解，可以利用多种不同方法实现相同的效果。

图27示出了位于500处的广告牌，其使用了这里公开的波动产生装置，其中波动表面502用作活动广告牌、镜面或投影屏幕。利用波动产生装置可以从静态图像产生活动图像。在波动表面上涂覆上全息花纹，可以获得视觉趣味和目光吸引效果。

图28示出了波动产生装置510，其与行走底脚512组合，从而在操作中使装置基本上沿着箭头所示行波方向“行走”。512处的行走底脚表示从波动表面伸向诸如地面等表面上接触点的凸块。在接触点处，底脚512的端点向着波动行进方向的反向移动，而当底脚从表面抬升起来后会改变移动方向，从而获得沿波动行进方向的行走或履带式运动。

图29示出了本波动产生装置520装有柔性梁522和524并且具有变化波动轨迹时的情况。

图30示出了位于540处的波动产生装置的一个替换性实施例，其中波动通过枢点542传递，从而在间壁上产生波的镜像投影。

本领域的普通技术人员可以理解，在将本发明的基本方面推广到范围非常宽广的实施例和应用时，具有巨大的灵活性，而且这里包含的各实施例只是多种可能性中的少量几个。

因此，前面对本发明的优选实施例所作描述是用于解释本发明的原理，而非将本发明限制在所示的特定实施例。可以认为所有这些实施例中确定的本发明范围包括在权利要求书及其等效物中。

Claims (35)

1.一种波动产生装置(20)，其包括一个柔性件(22)、具有对置的第一和第二端部的至少一个连杆件(80)、振动驱动装置(30，54，42)，所述至少一个连杆件(80)在其第二端部以可旋转的方式连接着振动驱动装置(30，54，42)，以将振动传递到所述至少一个连杆件(80)的第二端部，波动产生装置(20)的特征在于：

所述至少一个连杆件(80)在其第一端部刚性连接着所述柔性件(22)，其中当振动驱动装置(30，54，42)启动后，所述至少一个连杆件(80)的第二端部将进行振动，从而在柔性件(22)中产生横向波。

2.根据权利要求1所述的装置(20)，其特征在于，至少一个连杆件(80)是多个连杆件(80，82，84，86，88，90，91)，而且所述振动驱动装置(30，54，42)同步驱动所述多个连杆件(80，82，84，86，88，90，91)，各个连杆件之间具有有效相位，从而在柔性件(22)中产生横向行波。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每个连杆件(80，82，84，86，88，90，91)的第二端部的振动位于一个由正交轴线确定的平面内，其中一根轴线平行于波的行进方向，另一根轴线垂直于波的行进方向并且平行于波的扰动方向。

4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述振动驱动装置(30，54，42)产生圆周运动。

5.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，柔性件是大致平面柔性件(22)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，振动驱动装置(54，42)包括一个电机(54)和一个具有旋转轴线的曲轴组件(42)，该组件包含至少两个细长梁(30，32)，每个梁分别具有一个从所述旋转轴线径向偏置的曲轴连接位置并且在所述曲轴连接位置连接着所述曲轴组件(42)，位于所述至少两个梁(30，32)上的所述曲轴连接位置彼此偏置一个预定角位移，多个连杆件沿所述至少两个细长梁(30，32)彼此相隔，每个连杆件分别在其第二端部以可旋转的方式连接着它的相关梁，而且所述振动驱动装置同步驱动两个细长梁(30，32)，各个梁之间具有有效相位，从而在平面柔性件(22)中产生横向行波。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，曲轴组件(42)可以沿顺时针和逆时针方向转动，而且当所述曲轴组件顺时针转动时，横向行波沿一个方向产生于所述平面柔性件(22)中，当所述曲轴组件(42)逆时针转动时，横向行波沿相反方向产生于所述平面柔性件(22)中。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，每个所述连杆件(80，82，84，86，88，90，91)分别具有一个有效长度，波长与有效长度成正比，而且以可旋转方式连接在任一梁上的各连杆件彼此相隔一个波长并且相对于其余梁上的连杆以预定的相隔空间形态安置，以产生预定波长的横向行波。

9.根据权利要求6或7的装置，包括一个床架(24，44，46)，所述振动驱动装置(30，54，42)被床架(24，44，46)支承着，而且所述平面柔性件(22)大得足以形成供使用者躺卧的波动床表面。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，平面柔性件(22)和连杆件(80，82，84，86，88，90，91)由塑料制成并且模塑或挤出为单件整体结构。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述曲轴组件(202)沿着梁连接在至少两个梁(206，208)的大致中央。

12.根据权利要求9的装置，包括与至少两个梁相连并与所述曲轴组件相隔的至少一个空转曲轴组件(48)。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电机(54)和所述曲轴组件(42)在所述至少两个细长梁的一个端部连接在所述梁上。

14.根据权利要求13的装置，包括与至少两个梁相连并与所述曲轴组件(42)相隔着安置在所述细长梁另一端部的至少一个空转曲轴组件(48)。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，振动驱动装置产生圆周运动，而且所有所述连杆件具有大致相等的长度，以产生波长恒定的大致正弦行波。

16.根据权利要求6或7的装置，包括一个椅架，平面柔性件(22)被椅架支承着并且大得足以形成供使用者就座或倚靠的波动支承表面。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述至少两个梁(136，148，150，152，154)是弯曲的，从而提供出一个就座部分(134)和一个后背倚靠部分(132)。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述电机和曲轴组件连接在梁的一个端部，一个空转曲轴(48)安置在梁的另一端部。

19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述至少两个梁包括至少第一组梁件(176)和第二组梁件(174)，所有所述第一组梁件确定出第一支承段，而所有所述第二组梁件确定出第二支承段，第一支承段(176)可以相对于第二支承段(174)旋转移动和锁定。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，第一支承段是后背倚靠部分(132)，而第二支承段是就座部分(134)。

21.根据权利要求19或20所述的装置，其特征在于，所述电机和所述曲轴组件(180)在两组梁间的枢轴连接处与所述第一组梁件(176)和第二组梁件(174)相连。

22.根据权利要求20或21的装置，包括在第一组梁件的一个端部与第一组梁件(176)相连的第一空转曲轴组件(48)和在第二组梁件的一个端部与第二组梁件(174)相连的第二空转曲轴组件(48)。

23.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，平面柔性件(22)和连杆件(80，82，84，86，88，90，91)由塑料制成并且模塑或挤出为单件整体结构。

24.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述至少两个细长梁是两个细长梁。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，振动驱动装置(230)安装在一个支架件(238)上，该支架件连接着一个可以附着到船(224)上的舵柄(240)，而且所述柔性件(232)从所述梁向下降低，当所述装置连接到位于水域中的船(224)上时，所述平面柔性膜片(232)的一部分位于水域表面之下而且沿所述平面柔性件(232)产生的横向行波可以产生推进力。

26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述电机和曲轴组件沿着梁连接在两个梁的大致中央。

27.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述连杆件是柔性弹簧连接器(140)，它们每个分别在其一个端部刚性连接着平面柔性件(22)并在其另一端部连接着一个相关细长梁(32′)，而且每个弹簧连接器在端部之间的枢点(146)处弯折。

28.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，大致平面柔性件(502)是具有视觉特征的广告牌、镜面和投影屏幕中的任何一种。

29.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，柔性件(308)是用于使材料从中抽吸通过的细长柔性管。

30.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，从平面柔性件的有效位置伸向一个支承表面的凸块(512)可以使装置产生在支承表面上的行走运动。

31.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，每个细长梁(522，524)分别具有一个沿其长度的曲率，从而随动于与波的行进轨迹相垂直的任何轴线上的弯曲路径。

32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，细长梁(522，524)和柔性件(22)被仿形加工而遵循于人体解剖学轮廓，而且平面柔性件是一个解剖学支承表面。

33.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，梁随动于与波的行进轨迹相垂直的任何轴线上的可变弯曲路径。

34.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，振动驱动装置包括一个具有旋转轴线的曲轴组件，而且曲轴组件包括调节装置，用于在至少第一和第二细长梁之间提供曲轴长度调节，以调节横向行波的波幅。

35.根据权利要求34所述的装置，其特征在于，调节装置包括第一驱动板(614)和第二驱动板(616)，它们每个分别具有一个旋转轴线，第一驱动板(614)刚性连接着振动驱动装(610)的传动轴(612)，该传动轴具有与第一驱动板(614)的旋转轴线共线的旋转轴线，第二驱动板(616)在从两个驱动板的旋转轴线径向偏置的位置上以可旋转的方式连接着所述第一驱动板(614)，并且包括锁定装置(628，630)，以将第二驱动板(616)相对于第一驱动板(614)锁定在至少一个位置上。

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