DE69018181T2

DE69018181T2 - System und Methode zur Überführung von Neugeborenen in einer künstlichen Umgebung.

Info

Publication number: DE69018181T2
Application number: DE69018181T
Authority: DE
Inventors: Edward M Buckley; James D Gatts; John W Jamieson
Original assignee: Infant Advantage Inc
Current assignee: Parentech Inc San Ramon Calif Us
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2010-09-22
Also published as: DE69018181D1; EP0420065A3; CA2022866C; JP3239165B2; JPH03222950A; US5183457A; US5385153A; ATE120360T1; CA2022866A1; AU6254590A; EP0420065B1; US5037375A; EP0420065A2

Description

Tiere haben die Fähigkeit, sich an viele und unterschiedliche Umgebungsbedingungen anzupassen. Die Grenze dieser Anpassung hängt hauptsächlich van den absoluten physiologischen Beschränkungen des Tieres und von der Geschwindigkeit der Änderung der Ungebung oder dem Anpassungsdruck ab, welchem das Tier ausgesetzt wird.
Der vielleicht schwierigste Übergang, welchen ein Säugetier in seinem Leben durchläuft, ist die Veränderung von der Gebärmutterumgebung (intrauterin) zur Außenwelt (extrauterin) bei der Geburt. Jeder Parameter der Umgebung des Säuglings ändert sich abrupt. Dramatische Verschiebungen, der Temperatur, des taktilen Empfindens, der Hörreize, der Bewegung und des Lichts werden durch die Bedingungen in der Entbindungsstation eines Krankenhauses verschärft, wo die meisten Frauen in modernen Gesellschaften ihre Kinder zur Welt bringen. Selbst die Umgebung in einem liebevollen Heim ist erschreckend ungewohnt, und viele Säuglinge durchgehen lange Phasen von Schreien und Schlaflosigkeit, welche mit der Belastung bei dieser Umstellung in Verbindung stehen können. Man nimmt an, daß diese abrupten Veränderungen der Umgebung den Übergang des Säuglings von der intrauterinen zur extrauterinen Welt intensivieren und Schaden anrichten können, welcher die emotionalen und physischen Reaktionen der Person auf Anpassungsänderungen oder Anderungen der Umgebung während des Restes ihres oder seines Lebens beeinflussen kann. Ein allmählicher und wirksamer Übergang des Säuglings von der intrauterinen Umgebung zu der extrauterinen Umgebung kann daher erhebliche langfristige und kurzfristige Vorteile haben.
Ein wirksames Übergangssystem würde die intrauterinen Bedingungen, welche der Säugling unmittelbar vor der Geburt wahrnimmt, so gut wie irgend möglich nachbilden. Es würde auch Mittel zum allmählichen Andern der Umgebungsreize über der Zeit vorsehen, bis sie der natürlichen extrauterinen Umgebung entsprechen.
Die Umgebungsreize variieren in ihrer Komplexität und der Leichtigkeit, mit der sie simulierbar oder steuerbar sind. Licht und Temperatur können relativ leicht simuliert und verändert werden. Der Parameter Geräusch kann, obwohl er naturgemäß komplex ist, von Standardeinrichtungen erzeugt und gesteuert werden. Der Parameter Bewegung ist jedoch ziemlich spezifisch. Fig. 1 zeigt die charakteristischen Muster der Beckenverschiebung einer schwangeren Frau beim Gehen. Das Nachbilden der linearen und rotatorischen Komponenten dieser Bewegungen ist schwierig und erfordert ein hochentwickeltes Steuer- und Antriebssystem für die Aufhängung und Bewegung.
Die US-A-4,079,728 offenbart ein programmierbares UmgebungsÜbergangssystem mit Mitteln zum Vorsehen und Steuern von zwei oder mehr der obengenannten Umgebungsreize und zum Modifizieren dieser Reize über der Zeit ausgehend von Anfangswerten, welche den Zustand gut annähern, den der Fötus unmittelbar vor der Geburt in der Gebärmutter wahrnimmt, bis zu Endwerten, welche für die extrauterine Umgebung typisch sind. Anstatt ein bestimmtes Bewegungsmuster nachzubilden, überträgt das System eine allgemeine Schaukelbewegung auf den Säugling, der in dem System in einer netzartigen Schlinge aufgehängt ist.
Aus der US-A-2,897,518 ist eine motorisch betriebene Schaukeleinrichtung bekannt, welche die Merkmale des ersten Teils von Anspruch 1 aufweist.
Die vorliegende Erfindung verkörpert eine bewegungsorientierte. Umgebung mit einem Steuer- und Antriebssysten für die Aufhängung und Bewegung, welche sehr gut die intrauterine Bewegung nachbildet, welche der Fötus beim Gehen der Mutter erfährt. Ein Mikroprozessor integriert erwünschte Änderungen der Bewegung und anderer Reize (Stimuli), um den Übergang des Säuglings von der simulierten intrauterinen Umgebung zu der extrauterinen Umgebung allmählich zu vollziehen und um eine weitreichende Flexibilität des Systems vorzusehen.
Frühere Aufhängungssysteme, wie die oben beschriebenen, haben im allgemeinen relativ einfache Bewegungsmuster erzeugt. Sie wiesen auch ein unerwünschtes axiales und radiales Spiel auf, das mit der Zeit zugenommen hat, litten unter übermäßigem Verschleiß (der Abrieb verursachte und Schmierung und Wartung erforderte) und erzeugten unannehmbare Geräuschpegel. Frühere Systeme haben auch einfache intrauterine Geräuschparameter erzeugt, welche bezüglich ihrer Lautstärke und Einsatzzeit variabel waren.
Die vorliegende Erfindung überwindet mit den Merkmalen von Anspruch 1 diese erheblichen Nachteile und erzeugt eine komplexe, natürlichere Bewegung, die vollständig ruhig, glatt und kontinuierlich ist, mit einer minimalen oder keiner Reibung, hoher Sicherheit und Zuverlässigkeit und geringen Anforderungen an die Wartung. Zusätzlich variiert die vorliegende Erfindung automatisch die Umgebungsparameter, um normale Veränderungen der täglichen Aktivität der Mutter zu simulieren, einschließlich einer Veränderung der Einschaltzeit und der Lautstärke und der Geschwindigkeit der Schallimpulse, ähnlich wie bei solchen Parametern, die in der biologischen Umgebung angetroffen werden, so daß eine noch gewohntere und beruhigendere Umgebung für den Säugling vorgesehen wird. Ein grundlegendes zyklisches Rhythmusmuster wird für den Tag eingerichtet, und ein anderes ähnliches Muster wird für die Nacht eingerichtet. Zusätzlich variiert die Impulsfrequenz (Herzfrequenztöne, welche durch das hydraulische Herzmuskel- und Plazenta-Zirkulationssystem gedämpft werden) mit dem Bewegungszustand der Wiege (so wie dies bei der intrauterinen Umgebung der Mutter der Fall wäre). Während die komplexe Schaukelbewegung langsam beschleunigt wird, nimmt dann die Schallimpulsfrequenz gemäß einem Muster zu, daß dem zufälligen Bewegungsmuster durch Beschleunigung und Verlangsamung folgt. Wenn das Wiegensystem nicht in Bewegung ist, kehrt die Schallfrequenz langsam zu ihrem grundlegenden zyklischen Rhythmusmuster (für den Tag oder die Nacht) zurück. Dieses Schallerzeugungssystem folgt also genau den biologischen Mustern, welche dem Säugling bekannt sind. Ein Solarsensor (oder ein manueller Schalter) arbeitet in Verbindung mit der elektronischen Schaltung, vermindert die Geschwindigkeit der Bewegung bei Nacht, um die schlafende Mutter zu simulieren, und er kann auch dazu verwendet werden, die Intensität der Umgebungsgeräusche zu verändern. Das System integriert schließlich die obigen Aspekte: Schall, Bewegung und Tag/Nacht-Variationen, und es vermindert diese Reize über der Zeit von einer Anfangssimulation der intrauterinen Bedingungen bis zu den natürlichen extrauterinen Bedingungen.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm der charakteristischen Muster der Beckenbewegung einer schwangeren Frau beim Gehen, wobei die Muster von den Bewegungsparametern gemäß der vorliegenden Erfindung emuliert werden,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Simulators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine Stirnansicht des Simulators von Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Simulator von Fig. 2, wobei Teile weggeschnitten sind,
Fig. 5 eine Seitenansicht des Simulators gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine Stirnansicht des Simulators von Fig. 5,
Fig. 7 eine Draufsicht auf den Simulator von Fig. 5, wobei Teile weggeschnitten sind,
Fig. 8 eine Stirnansicht einer nochmals anderen Ausführungsforn der vorliegenden Erfindung in Querschnitt, welche breite Biegeelemente und eine flache Membran als Sicherheitsmerkmale aufweist,
Fig. 9 eine Seitenansicht noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt, welche breite Biegeelenente und eine gekrümmte Membran als Sicherheitsmerkmale aufweist,
Fig. 10(a) bis 10(m) ein Flußdiagramm des elektronischen Steuersystems für das Umgebungs-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 11(a) und 11(b) Diagramme, welche die Veränderungen des Schalls und der Bewegung als eine Funktion des Alters des Säuglings und der Tageszeit beim Betrieb einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen,
Fig. 12(a) bis 12(c) Diagramme, welche die charakteristischen 24-Stunden- Muster des Schalis und der Bewegung für drei Einstellungen des Alters des Säuglings gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, und
Fig. 13 ein schenatisches Blockdiagramm einer Ausführungsform der elektronischen Steuereinrichtung für das System gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren ist, zunächst mit Bezug auf Fig. 2, 3, 4, 5, 6 und 7, ein Umgebungs-Übergangssystem gezeigte mit einem Steuer- und Antriebssystem für die Aufhängung und Bewegung und mit einem System zum Integrieren und Modulieren von Reizen gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System sieht einen allmählichen gesteuerten Übergang für den Säugling vor, indem es zunächst dessen intrauterine Umgebung sinuliert und dann nach und nach zu der extrauterinen oder täglichen Umgebung übergeht, wodurch der Anpassungsschock vermindert wird und eine gesunde und allmähliche Anpassung ermöglicht wird. Dieser Übergang wird mit dem vorliegenden System erreicht, welches am Anfang die Ungebungsparameter reproduziert, welche von dem Säugling unmittelbar vor der Geburt erfahren werden. Insbesondere sieht das System eine Bewegung vor und überträgt diese über die Steuer- und Antriebssysteme für die Aufhängung und Bewegung auf den Säugling, welche die Bewegung sehr gut annähert, die einem Fötus beim Gehen der Mutter mitgeteilt wird. Das System wird so gesteuert, daß es Umgebungsparameter in einem Tag-Nacht-Zyklus variiert und die Reize über der Zeit vermindert, bis das Kind solchen Parametern ausgesetzt ist, welche die tägliche Umgebung annähern.
Das System umfaßt eine Wiege 1 auf einer beweglichen Plattform 30, welche für eine Bewegung längs mehrerer Achsen von dem Aufhängesystem getragen wird, das untere Biegestützen 11 und obere Biegestützen 3 aufweist. Die Wiege 1 umfaßt eine weiche, sich an die Form anpassende Matratze 33, auf welcher der Säugling liegt und die Kissen 31 mit Kissengurten 32 aufweist, um die einschließende, intrauterine taktile Umgebung zu simulieren.
Das System umfaßt ferner einen Schallwandler 2, der in der Wiege 1 unterhalb des Niveaus des Säuglings angeordnet ist, der auf der Matratze 33 in der Wiege liegt. Der Schallwandler 2 kann eine oder mehrere Signalquellen aufweisen, die mit diesem verbunden sind, wie einen Plattenspieler, einen Kassettenrekorder, einen elektronischen Signalgenerator oder eine ähnliche steuerbare Vorrichtung zum Erzeugen von Geräuschen. Das so erzeugte Schallprofil kann eine Vielzahl von unterschiedlichen simulierten Tönen oder tatsächlichen Aufzeichnungen der Geräusche enthalten, die in der Gebärmutter einer hochschwangeren Frau vorkommen. Es kann auch andere Geräusche, wie Musik oder in Haus auftretende Geräusche, umfassen, welche elektronisch erzeugt werden können, auf einem Band aufgezeichnet werden können oder von einem Sender gespielt und über einen Empfänger als einer Signalquelle in der Wiege 1 wiedergegeben werden. Die Geräusche werden von den Wandler oder Lautsprecher 2 reproduziert, der geeignet unter der Matratze 33 angebracht ist. Der zu dem Säugling hin gerichtete Schall, wie andere Umgebungsfaktoren, kann über eine Zeitspanne von einigen Monaten allmählich von intrauterinen Geräuschen zu solchen Geräuschen verändert werden, die typisch für die Außenwelt sind.
Die Wiege 1 wird von einem Aufhängesystem gehalten, das vier dünne rechteckige untere Biegestützen 11 umfaßt, die aus Federstahl oder dergleichen gebildet sind und deren untere Enden mit einen Sockel 27 über untere Montageklammern 29 verbunden sind und deren obere Enden an der beweglichen Plattform 30 über obere Montageklammern 29 angebracht sind. Dieser spezielle Aufbau erlaubt, daß die Plattform 30 eine im wesentlichen lineare Bewegung längs der Längsachse der Wiege 1 erfährt, während die sich bewegende Plattform 30 parallel zu dem Sockel 27 gehalten und an einer seitlichen Bewegung gehindert wird. Wenn sich die Plattform 30 relativ zum Sockel 27 bewegt, verbiegen sich die unteren Biegestützen 11 wie durch die gestrichelten Linien 39 gezeigt.
Die Plattform 30 unterstützt und trägt die Wiege 1 über die oberen Biegestützen 3 und zugehörige Teile, welche weiter unten beschrieben sind. Die oberen Biegestützen 3 sind aus einem dünnen Federstahl oder dergleichen hergestellt, und sie sind in der Mitte der sich bewegenden Plattform 30 über Klemmplatten 34 befestigt. Die Enden der oberen Biegestützen 3 sind an dem Boden der Wiege 1 über obere Klemmplatten 35 befestigt. Die Wiege 1 wird von den beiden Wiegen-Drehzapfen 23 unterstützt, welche an dem Boden der Wiege 1 befestigt sind. Wie in den Fig. 3 und 6 gezeigt, ermöglichen es diese oberen Biegestützen 3 und Wiegen-Drehzapten 23 der Wiege 1, um die Unterseite der Wiegen-Drehzapfen 23 zu drehen, während die oberen Biegestützen 3 sich nach Bedarf verbiegen, um eine seitliche und Längsbewegung der Wiege 1 auf der Plattform 30 zu verhindern. Der spezielle Aufbau und die Geometrie des Systems ist so gestaltet, daß das Gewicht der sich bewegenden Masse fast der gesamten Kraft entgegenwirkt, welche zum Auslenken der unteren Biegestützen 11 benötigt wird. Die tatsächliche Kraft, welche zum Bewegen der Masse benötigt wird, wobei die Masse die Wiege und den Säugling umfaßt, ist daher sehr gering. Dies vermindert die Anforderungen an den Motor und die Herstellungskosten, und es erhöht die Gleichmäßigkeit der sich ergebenden Bewegung.
Die charakteristische Bewegung der Wiege 1, welche aus linearen und rotatorischen Komponenten zusammengesetzt ist, wie in Fig. 1 gezeigt, kann gemäß einer im folgenden beschriebenen Ausführungsform erzeugt werden.
Gemäß den Fig. 2, 3 und 4, steuert das Bewegungs-Steuer- und Antriebssystem für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowohl die linearen als auch die Winkel-Bewegungen, entsprechend den Pfeilen in den Fig. 2 und 3, mit Hilfe eines Niederspannungs-Wechselstrommotors 12 an, der von der elektronischen Schaltung in einem Modul 28 gesteuert wird. Aus der Verwendung des Niederspannungs-Wechselstrommotors 12 ergibt sich, daß in keinem Teil dieser Ausführungsform eine hohe Spannung erforderlich ist, Wodurch eine erhöhte Produktsicherheit entsteht. Ferner sind keine Kommutatoren und Bürsten von Gleichstrommotoren mehr notwendig, wodurch die Möglichkeiten eines Stromschlages, eines Feuers oder einer Explosion vermindert werden.
Von den Komponenten für die lineare Bewegung steuert der Motor 6 12 eine Motorriemenscheibe 13 an, welche einen primären Riemen 14 antreibt, der wiederum eine angetriebene primäre Riemenscheibe 15 antreibt. Dieses primäre Geschwindigkeit-Untersetzungssystem sieht die gewünschte Schwingungsgeschwindigkeit für die lineare Bewegung der Wiege 1 vor. Der vorliegende Aüfbau umfaßt einen Motor, welcher 300 Umdrehungen pro Minute liefert, für eine Geschwindigkeit der Wiege am Tage von etwa 30 lineare Zyklen pro Minute. Die Größe oder Frequenz des Ansteuersignals, welches an den Motor 12 angelegt wird, kann verändert werden, um die gewünschte Geschwindigkeit der Wiegen vorzusehen.
Wieder in Fig. 2 ist ein Drehzapfen 19 für den linearen Antrieb, der auf der angetriebenen Riemenscheibe 15 liegt, mit einem Verbindungselement 20 für den linearen Antrieb verbunden, welches wiederum mit einem Stift 25 für den linearen Antrieb verbunden ist, der an der beweglichen Plattform 30 befestigt ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, treibt die Drehung eines Drehzapfens 19 für linearen Antrieb um das Zentrum der Riemenscheibe 15 die Wiege 1 in linearen Schwingungen längs der Längsachse der Wiege 1 an. Die Verschiebung der Wiege 1 in Längsrichtung kann verändert werden, indem der Antriebsdrehzapfen 19 bei verschiedenen Radien auf der angetriebenen Riemenscheibe 15 positioniert wird.
Bei den Komponenten für die Drehbewegung treibt, wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, eine sekundäre Antriebsriemenscheibe 16 einen sekundären Riemen 17 an, der wiederum eine angetriebene sekundäre Riemenscheibe 18 antreibt, die mit einer Welle 36 verbunden ist, welche wiederum mit einer Antriebsscheibe 37 verbunden ist. Ein Drehzapfen 21 für den Drehantrieb ist an der Antriebsscheibe 37 befestigt, welche mit einem Verbindungselement 22 für den Drehantrieb verbunden ist, das wiederum mit einem Zapfen 24 für den Antrieb der Wiege verbunden ist, welcher am Boden der Wiege 1 befestigt ist. Eine Antriebsklammer 26 trägt und schafft die Drehpunkte für die Riemenscheibe 15, die Riemenscheibe 18, die Welle 36 und die Antriebsscheibe 37. Riemen 14 und 17 werden dazu verwendet, sowohl die primäre als auch die sekundäre Untersetzung ohne wesentliche Geräuschbildung vorzusehen. Der Grad der Drehung der Wiege relativ zur Plattform 30 kann verändert werden, indem der Antriebsdrehzapfen 21 bei unterschiedlichen Radien auf der Antriebsscheibe 37 angeordnet wird.
Das Verhältnis zwischen der Riemenscheibe 16 und der Riemenscheibe 18 kann darauf zugeschnitten werden, daß es die gewünschte Beziehung zwischen der linearen und der rotatorischen Bewegung der Wiege 1 schafft. Der vorliegende Aufbau verwendet ein Verhältnis von 2:1, welches eine maximale oder Tages-Drehbewegung der Wiege von etwa 15 Schwingungen pro Minute vorsieht, selbstvetständlich können jedoch auch andere geeignete Werte eingesetzt werden. Das kombinierte Steuer- und Antriebssystem für die Bewegung gemäß dieser Ausführungsform erzeugt eine lineare Bewegung von etwa 1,5 Inch und eine Drehbewegung von etwa 9,5 Grad. Diese Bewegung bildet sehr gut die intrauterinen Bewegungen nach, welche ein Fötus beim Gehen der Mutter erfährt, wie in Fig. 1 gezeigt und um 90 Grad gegenüber der üblichsten intrauterinen "Kopf unter" Position des Fötus zu der Position des in der Wiege 1 liegenden Säuglinges verschoben.
Wie in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigt, sieht das Bewegüngs-Steuer- und Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die lineare und die rotatorische Bewegung unter Verwendung getrennter linearer Aktivierungsmittel oder Motoren 41 bis 44 und 45 vor.
Der Motor 41 bis 44 für die lineare Bewegung besteht aus einem beweglichen Spulenmotor, wobei der bewegliche Elektromagnet 43 an einem Arm 44 befestigt ist, der an der beweglichen Plattform 30 angebracht ist. Der Motormagnet 42 ist an einem Arm 41 angebracht, der fest mit dem Sockel 27 verbunden ist. Der Magnet 42 kann ein Elektromagnet sein, der vorliegende Aufbau verwendet jedoch einen Permanentmagneten. Der Magnet 42 ist wie gezeigt polarisiert, wobei der Arm 41 einen zylindrischen Mittelteil aufweist, der den kreisförmigen Rückweg für den Magnetfluß vorsieht. Der Elektromagnet 43 wird von einer elektronischen Schaltung in dem Modul 28 angeregt und gesteuert. Wenn der Elektromagnet 43 angeregt wird, bewirkt das sich ergebende Magnetfeld, daß die bewegliche Plattform 30 sich nach rechts oder links bewegt, abhängig von der Richtung des in der Spule fließenden Stromes, als ein Ergebnis des Magnetfeldes, welches das Magnetfeld des Magneten 42 entweder anzieht oder abstößt. Ein Bewegungssensor 48 ist vorgesehen, um die Bewegung zu erfassen. Der Bewegungssensor 48 kann ein einfacher Einstufensensor oder eine Nehrstufeneinrichtung zum Erfassen der Bewegung, Richtung der Bewegung, Geschwindigkeit und dergleichen sein. Solche Bewegungssensoren 48 können aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Vorrichtungen gewählt werden, wie ein einfacher mechanischer Schalter, ein optischer oder magnetischer Sensor, ein linearer variabler Differentialübertrager, ein Codierer und dergleichen, die mit der elektronischen Schaltung in dem Modul 28 verbunden werden, um die Grenzen der Bewegung einzustellen, eine herkömmliche Rückführungsregelung vorzusehen oder dergleichen.
Die Steuerung des Elektromagneten 43 durch das Elektronik-Modul 28 in Verbindung mit dem Bewegungssensor 48 ermöglicht eine einfache oder eine hochentwickelte Steuerung der linearen Bewegung der Wiege 1. Die Bewegung der Wiege 1 kann verstärkt oder anders modifiziert werden, indem der Strom, die Spannung, die Dauer der Impulse oder dergleichen, welche an den Elektromagneten 43 angelegt werden, in einer Betriebsart mit "offener" oder "geschlossener Schleife" gesteuert werden. Ferner können unterschiedliche Phasenbeziehungen und unterschiedliche relative Geschwindigkeiten der translatorischen und der rotatorischen Bewegung der Wiege 1 unter der Steuerung unabhängiger Signale realisiert werden, welche von der elektronischen Schaltung in dem Modul 28 an die zwei Motoren für die lineare Bewegung übergeben werden.
Die Drehbewegung der Wiege 1 wird von einem Drehbewegungsmotor 45 angetrieben, der mit der Wiege 1 durch einen Zapfen 47 für den Drehantrieb über ein Verbindungselement 46 für den Drehantrieb verbunden ist. Der Motor 45 kann ähnlich wie der Motor 41 bis 44 aufgebaut sein, und er arbeitet in Verbindung mit einem Drehbewegungssensor, der ähnlich wie der Bewegungssensor 48 (oben beschrieben) ist und nicht dargestellt ist. Der Motor 45 kann entweder in einem "offenen" oder "geschlossenen Schleifen"-Modus angetrieben werden, um ein Bewegungssteuersystem vorzusehen.
Der Motor 41 bis 44 und der Motor 45 können vollständig unabhängig voneinander gesteuert werden, um zahlreiche Kombinationen von linearen und rotatorischen Bewegungen der Wiege vorzusehen. Daraus ergibt sich, daß zusätzlich zu der Nachbildung der Bewegung, welche der Fötus innerhalb der Gebärmutter beim Gehen der Mutter erfährt, das System auch einen Übergang zwischen vielen anderen Arten von Bewegungen simulieren kann, die der Fötus während der Schwangerschaft wahrnimmt. Das System kann beispielsweise eine Bewegung simulieren, die der Fötus wahrnimmt, wenn die Mutter schläft, und es kann dann die Bewegungsamplituden und Phasenbeziehungen der linearen und der rotatorischen Bewegungen variieren, um besser die Bewegung anzunähern, welche beim Gehen der Mutter wahrgenommen wird. Die gesteuerten Übergänge sind ruhig und glatt, indem beispielsweise über mehrere Minuten verteilt zwischen Betriebsbedingungen (rampenförmig) auf- oder abgefahren wird, um den Säugling nicht zu belasten oder aufzuwecken.
Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform des Aufhängesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ersetzen zwei breite Biegestützen 58 die vier schmalen unteren Biegestützen 11, welche in den Fig. 2, 3, 5 und 6 gezeigt sind. Die breiten Biegestützen 58 sind an der beweglichen Plattform 52 befestigt, welche die Wiege 1 trägt, die in wesentlichen um den Wiegendrehpunkt 23 schwenkt. Eine flache Membran 49 ist an der beweglichen Plattform 52 mit einer Membranklemmplatte 53 befestigt. Das äußere Ende der flachen Membran 49 ist mit einem Membranbefestigungselenent 50 fest an der Wiege 1 befestigt, welches im Preßsitz in eine Membranrille 51 in der Wiege 1 eingesetzt ist, so daß niemand und nichts zwischen der sich bewegenden Wiege 1 und der sich bewegenden Plattform 52 eingeklemmt oder eingeschlossen werden kann. Wie durch die strichpunktierten Linien in Fig. 8 gezeigt, bewirkt die schaukelnde Drehbewegung der Wiege 1, daß die flache Membran 49 aufgrund der spezifischen Geometrie welche die flache Membran 49 in die horizontale Achse des Drehpunktes der Wiege 1 legt, nur eine geringe Dehnung erfährt, weniger als 6 Prozent. Daraus ergibt sich, daß die Dehnung der flachen Membran 49 auf die Differenz zwischen dem Radius, welches ihr äußeres, an der Wiege 1 befestigtes Ende durchläuft, und dem Radius, welches das innerste Ende der flachen Membran 49 durchläuft, begrenzt wird. Eine Minimierung der Dehnung der Membran fördert eine lange Lebensdauer und macht es möglich, kostengünstige flache elastomerische Werkstoffe für die Membran 49 einzusetzen.
Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführungsform des Sicherheitsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet eine gebogene Membran 54, die an der Wiege 1 mit einer oberen Klemmplatte 56 befestigt ist und an der beweglichen Plattform 57 mit einer unteren Klemmplatte 55 befestigt ist. Die Schaukelbewegung der Wiege 1 bewirkt, daß sich die gebogene Membran 54 öffnet und schließt. Die daraus resultierenden Kräfte werden über ein großes Stück der gebogenen Membran 54 verteilt, wodurch eine lange Lebensdauer der Membran gefördert wird. Der Aufbau der gebogenen Membrane 54 verhindert, daß irgend jemand oder irgend etwas zwischen der sich bewegenden Wiege 1 und der sich bewegenden Plattform 57 eingeklemmt oder eingeschlossen wird, wodurch die Sicherheit bei der vorliegenden Erfindung verbessert wird.
Das oben beschriebene System variiert automatisch die Umweltreize der Wiege in einem Tag-Nacht-Zyklus, um die Aktivitäten der Mutter während des Wachens oder des Schlafens zu simulieren. Dies wird mit einem Solarsensor 4 erreicht, der in Verbindung mit der elektronischen Schaltung in dem Modul 28 auf die in den Fig. 10(a) bis (m) gezeigte Weise arbeitet. Der Solarsensor 4 erfaßt eine Verminderung des Umgebungslichtes und schaltet auf das "Nacht"-Programm für die Bewegung und die Geräusche. Selbstverständlich können solche Tag- oder Nacht- Betriebsprogramme auch gesteuert durch einen Zeitgeber oder einen manuellen Schalter realisiert werden. Die vorliegende Erfindung stellt eine Nachtgeschwindigkeit von etwa 50 bis 60% der Tagesgeschwindigkeit ein, selbstverständlich können jedoch auch andere Verhältnisse eingesetzt werden. Alternativ können einzelne Betätigungsmittel, die mit der Plattform 30 und der Wiege 1 verbunden sind, unabhängige Bewegungen längs ausgewählter Bewegungsachsen, gesteuert durch die elektronische Schaltung in dem Modul 28, in einem Tagesbetrieb und einem Nachtbetrieb auslösen. Die vorliegende Erfindung sieht ferner während des Nachtbetriebs eine Geräuschlautstärke vdr, die etwa 85 bis 90% der Lautstärke während des Tages beträgt, selbstverständlich können jedoch auch andere Verhältnisse eingesetzt werden.
Die Integration der unterschiedlichen oben beschriebenen Aspekte bei der Erzeugung von Bewegung und Schall, Tag- und Nacht-Variationen und einer vom Alter des Säuglings abhängigen Verminderung der Reize über der Zeit, von intrauterinen Anfangswerten zu natürlichen extrauterinen Werten, wird gesteuert durch die elektronische Schaltung in dem Modul 28 erreicht, wie in den Fig. 10 (a) bis (m) und 12 gezeigt. Bei einer Ausführungsform kann ein Mikroprozessor Eingangssignale von einen Halt/Rücksetz-Schalter 6, einem Startschalter 7, einen über das Alter gesteuerten Schiebepotentiometer 9, einen Solarsensor 4 und einem Bewegungssensor, beispielsweise einem Schalter, der ein Fotodioden/Fotosensor-Paar aufweist (nicht gezeigt), erhalten. Der Mikroprozessor erzeugt Ausgangssignale, welche die Schallerzeugung über Lautsprecher oder Wandler 2 steuern, und welche die Geschwindigkeiten des Motors 12 oder der Motoren 41 bis 44 und 45 (abhängig von der jeweiligen Ausführungsform), den Zustand der Anzeigelampe 5 und die Funktion eines Zeitgebers steuern.
Mit Bezug zunächst auf Fig. 10 (a) soll das Steuerverfahren der Elektronik mit weiteren Einzelheiten betrachtet werden; das Programm beginnt mit einem Zurücksetzen beim Einschalten oder bei einer Bewegungsunterbrechung. Auch wenn der Halt/Rücksetz-Schalter 6 gedrückt wird, geht das Programm zu "Zurücksetzen", sobald der Schall und der Motor abgestellt sind. Ein Zeitgeber löst einen erneuten Start des Betriebszyklus aus, wenn er abgelaufen ist. Das Steuerprogramm initialisiert den Mikroprozessor und sein internes RAM, um den Betrieb zu beginnen. Das Programm überprüft die Testschalter, um festzustellen, ob ein Prüfmodus gewählt wurde. Wenn ja, wird ein Prüfprogramm ausgeführt. Wenn nein, muß dann der Startschalter 7 gedrückt-werden. Wenn der Startschalter 7 gedrückt wurde, wird die Haupt folge für den normalen Betrieb der Wiege aus geführt.
Mit Bezug auf Fig. 10 (b) bis (c) fühlt das Programm die über das Alter gesteuerte Impulsbreite von dem über das Alter gesteuerten Potentiometer 9 ab und erzeugt eine Zahl zwischen 0 und 255, welche der Einstellung des Alters entspricht. Dann werden die Geräusch-, Motor- und Tag-Nacht-Zustandsprozessoren initialisiert. Abhängig von dem Zustand der Wiege führt jeder Prozessor eine seiner vier Funktionen aus. Wenn man beispielsweise den Geräusch-Zustandsprozessor betrachtet, ist der Schall entweder ausgeschaltet, er wird eingeschaltet, er ist eingeschaltet oder er wird ausgeschaltet, und der Prozessor führt das entsprechende Unterprogramm aus, wie in Fig. 10 (d) bis (e) gezeigt. Ännlich ist der Motor entweder ausgeschaltet, er wird eingeschaltet, er ist eingeschaltet oder er wird ausgeschaltet, und das geeignete Unterprogramm wird, wie in den Fig. 10 (f) bis (g) gezeigt, ausgeführt. Für den Tag-Nacht- Zustandsprozessor gilt, daß die vier Zustände: Tag ist ausgeschaltet (was bedeutet, daß es Nacht ist), Tag wird eingeschaltet (was bedeutet, daß aus der Nacht Tag wird), Tag ist eingeschaltet (was bedeutet, daß es Tag ist) oder Tag wird ausgeschaltet (was bedeutet, daß aus den Tag Nacht wird) sind, wie in den Fig. 10 (h) bis (i) gezeigt.
Die Einschalt- und Ausschaltfunktionen führen das allmähliche Anwachsen oder Abfallen des Geräuschpegels, der Motorgeschwindigkeit und der Tag-Nacht-Übergänge aus. Die Ein-Aus-Rampen (linearer Anstieg ode Abfall) für den Schall und den Motor verlaufen wesentlich schneller als die Tag-Nacht-Übergänge, welche etwa fünf Minuten dauern.
Während sich die Wiege im normalen Betrieb befindet, führt der Mikroprozessor kontinuierlich das Hauptsteuerprogramm aus. Nach der Einstellung des geeigneten Geräuschzustands, Motorzustands oder Tag-Nacht-Zustands aktualisiert das System die Zeitabschaltwerte des Bewegungsdetektors jedesmal dann, wenn sich die Motordrehzahl ändert, und sucht dann eine Zeitabschaltung 8Time Out) des Bewegungsdetektors. Wie in Fig. 10 (c) gezeigt, tastet das Hauptsteuerprogramm auch den Zeitgeber ab, und es tastet den Halt/Rücksetz-Schalter 6 ab, um festzustellen, ob dieser anzeigt, daß abgeschaltet werden muß, und es schaltet die Anzeigelampe 5 einmal pro Sekunde um, falls dies notwendig ist.
Wie in den Fig. 10 (d) bis (e) gezeigt, führt die vorliegende Erfindung eines von vier Geräuschzustands-Unterprogrammen aus, abhängig von dem Zustand des Schalls, der über der Verweilzeit dargestellt ist. Die Verweilzeit ist die zeitliche Länge, während derer Schall eingeschaltet ist, ausgedrückt entweder in Prozent oder als eine Zahl zwischen 0 und 255, wobei 255 100% entspricht, 128 entspricht 50% usw. Wenn die Verweilzeit gleich 0 ist, ist der Schall abgeschaltet und wird nie eingeschaltet, d.h. die Schleife "Schall aus" wird jedesmal dann fortlaufend ausgeführt, wenn eine Verweilzeit von 0 erfaßt wird (beispielsweise bei einem Alter von vier Monaten). Wenn die Verweilzeit größer als null ist, ist der Schall während eines Teils der Zeit eingeschaltet, und das System sucht die geeignete Abschaltzeit.
Die Einschaltzeitpunkte werden willkürlich auf die Zeitpunkte eingestellt, zu denen der Motor eingeschaltet wird. Die erste Einschaltzeit wird beim Zurücksetzen/Initialisieren eingestellt, wenn das System das erste Mal das Hauptsteuerprogramm ausführt. Wenn die erste Einschaltzeit erreicht ist, ändert sich der Schallzustand von SNDS-OFF (Schall aus) zu T-ON (Schall einschalten), und neue Ausschalt- und Einschaltzeitpunkte werden wahlfrei erzeugt. Das System führt das T-ON-Unterprogramm in der Hauptschleife aus, wobei die Lautstärke des Schalis jede Sekunde um einen gegebenen Schritt (Inkrement) zunimmt. Das System überprüft dann, ob die Lautstärke der Soll-Lautstärke entspricht, die abhängig davon unterschiedlich ist, ob die Wiege in dem Tageszustand oder dem Nachtzustand betrieben wird. Wenn die Lautstärke nicht gleich der Soll- Lautstärke ist, wird das Unterprogramm erneut ausgeführt. Wenn die Lautstärke gleich der Soll-Lautstärke ist, dann ist der Schall so laut wie er sein soll, und der Schallzustand ändert sich zu SNDS-ON (Schall ein). Selbstverständlich kann die Soll-Lautstärke des Schalls eingestellt werden, oder das oben beschriebene Schallprofil-Verfahren kann durch eine herkömmliche manuelle Lautstärkesteuerschaltung ersetzt werden.
In dem Zustand SNDS-ON überprüft das System, ob die Verweilzeit geringer als die maximale Verweilzeit ist. Wenn der Schall gleich der maximalen Verweilzeit ist, bleibt das System in dem Zustand SNDS-ON und schaltet nie ab. Wenn die Verweilzeit geringer als das Maximum ist, schaltet der Schall ab, wenn ein Minutenzählwert in Echtzeit gleich der Abschaltzeit für den Schall ist, die wahlfrei eingestellt wurde, wie oben beschrieben. Bei diesem Punkt ändert sich der Zustand zu Schall T-OFF (Schall abschalten), und der Schall nimmt jede Sekunde ab, bis die Lautstärke gleich 0 ist, wobei das System bei diesem Punkt zu dem Zustand SNDS-OFF zurückkehrt.
Fig. 10 (f) bis (g) zeigen die Unterprogramme für den Motorzustand. Die Unterprogramme für den Motorzustand arbeiten unabhängig von den Unterprogrammen für den Schallzustand, sie sind darüberhinaus jedoch sehr ähnlich. In dem Zustand MOTS-OFF (Motor aus) ermittelt das System, ob die Verweilzeit größer als 0 ist. Wenn nein, bleibt der Motor ausgeschaltet. Wenn ja, überprüft das System, ob der momentane Minutenzählwert in Echtzeit gleich der wahlfrei voreingestellten Einschaltzeit ist. Wenn nein, kehrt es einfach zurück. Wenn ja, stellt es willkürlich neue Ausschalt- und Einschaltzeiten ein, stellt die Sollgeschwindigkeit abhängig davon ein, ob der Tag-Nacht- Zustand auf Tag oder Nacht eingestellt ist und ändert den Notorzustand auf MOTS-TON (Motor einschalten). Das Programm MOTS-TON überprüft, ob die momentane Geschwindigkeit gleich der Sollgeschwindigkeit ist. Wenn ja, geht das System zu den Zustand MOTS-ON (Motor ein) über, in dem überprüft wird, ob die momentane Zeit gleich der willkürlich eingestellten MOTS- TOFF-Zeit (Motorabschaltzeit) ist. Wenn nein, geht das System zurück und prüft erneut den nächsten Zeitdurchlauf. Wenn ja, stellt es die Sollgeschwindigkeit auf die Haltegeschwindigkeit ein, die nicht vollständig aus ist, und wartet darauf, daß der Auslöser des Bewegungsdetektors abschaltet. Wenn dies geschieht, verändert sich der Systemzustand zu MOTS-TOFF, wobei das System dann versucht, die Bewegung in der Mitte zu unterbrechen, bevor es vollständig abschaltet. Die Routine MOTS- TOFF sucht eine Geschwindigkeit, die gleich der Einstellung für die Sollgeschwindigkeit ist, bevor sie anhält. Wenn die Sollgeschwindigkeit einmal zum ersten Mal erreicht worden ist, wartet die Routine auf den Bewegungs-Unterbrechungszählwert der von dem Echtzeit-Zählungs-Unterbrechungsprogramm (Interrupt Routine) erzeugt wird.
Da der Anstieg/Abstieg (die Rampe) für die Motorgeschwindigkeit schneller verläuft als der Anstieg/Abstieg für die Lautstärke des Schalls, ist es am einfachsten, die Übergänge der Motordrehzahl in dem Echtzeit-Zählung-Unterbrechungsprogramm zu behandeln. Das in Fig. 10 (m) gezeigte Bewegungserfassungs- Unterbrechungsprogramm ist sehr einfach. Jedesmal, wenn der Bewegungsdetektor kippt oder umschaltet, inkrementiert er ein Byte in einem Speicher oder einem Register. Der Motorzustandsprozessor erfaßt dieses Byte in dem Speicher als eine Anzeige, daß der Bewegungsdetektor umgeschaltet hat.
Jeder Überlauf des Taktzeitgebers führt zu einer Taktunterbrechung und einer Ausführung des Motorsteuerungs-Unterbrechungsprogramms, wie in Fig. 10 (1) gezeigt. Die Überlauf ist momentan auf etwa alle 50 Millisekunden eingestellt. Die Unterbrechung inkrementiert Bytes in einem Speicher. Ein Byte zählt die Unterbrechungen von 50 Millisekunden. Wenn in dem System einmal 20 solche Unterbrechungen zusammengekommen sind, aktualisiert es das Byte, welches mit "Sekunden" bezeichnet ist. Wenn 60 "Sekunden" zusammengekommen sind, inkrementiert es das Byte, welches mit "Minuten" bezeichnet wird; nachdem 60 "Minuten" zusammengekommen sind, inkrementiert es das Byte, welches mit "Stunden" bezeichnet ist; nachdem 24 "Stunden" zusammengekommen sind, inkrementiert es das Byte, welches mit "Tage" bezeichnet ist. Das System umfaßt auch ein Byte, welches mit "10 Tage" bezeichnet wird (dieses wird momentan jedoch nicht genutzt). Nach dem Inkrementieren der Echtzeit-Taktbytes, nach Bedarf, überprüft das System, ob es Zeit ist, den Motor anzusteuern. Wenn ja, erhöht oder senkt das System die Motordrehzahl, abhängig davon, ob der Motorzustand MOTS-TON oder MOTS- TOFF ist.
Fig. 10 (h) bis (i) zeigen die Unterprogramme für den Tag- Nacht-Zustand. Der Tag-Nacht-Zustandsprozessor liest das Ausgangssignal des Solarsensors 4. Wenn das Ausgangssignal anzeigt, daß Licht erfaßt wurde, inkrementiert er ein Byte, welches mit "Tagzählung" bezeichnet ist; ansonsten dekrementiert er die Tagzählung. Ein Tagzählungswert von 5000 zeigt an, daß der Solarsensor Licht 5000 mal öfter erfaßt hat als kein Licht. Ännlich zeigt ein Tagzählwert von -5000 an, daß der Solarsensor 4 kein Licht 5000 mal öfter erfaßt hat als Licht.
Der Zustand DAYS-OFF ist äquivalent der Nacht. Wenn die Tag- Zählung 5000 erreicht, was bedeutet, daß Licht wesentlich häufiger erfaßt wird als kein Licht, inkrementiert das System die Motorverweilzeit auf den Wert für die Tagesverweilzeit. Es ändert auch den Zustand auf DAYS-TON (Tage einschalten), wodurch die Lautstärke des Schalls, welcher Herztöne umfaßt, schrittweise erhöht wird (wobei die Herzschlagfrequenz ebenfalls erhöht wird) und die Motordrehzahl jede Minute schrittweise erhöht wird, bis sie die voreingestellten Tageswerte erreichen. Bei diesem Punkt ändert das System den Zustand auf DAYS-ON (Tage ein), wo es fortlaufend das Ausgangssignal von dem Solarsensor 4 liest, bis dieser anzeigt, daß er kein Licht 5000 mal öfter als Licht erfaßt hat, Wenn dies der Fall ist, stellt das System die Motorverweilzeit auf den Verweilzeitwert für die Nacht ein und ändert den Zustand auf DAYS-TOFF (Tag abschalten). Während des Zustands DAYS-TOFF vermindert das System die Lautstärke des Schalls, die Herzschlagrate und die Motordrehzahl, bis diese ihre voreingestellten Nachtwerte, innerhalb von etwa 5 Minuten, erreichen. Das System geht schließlich zurück zu dem Zustand DAYS-OFF (Nacht). Es sei bemerkt, daß der Solarsensor 4 wiederholt überprüft wird, um eine fehlerhafte Erfassung eines "Tages"-Zustands zu gewährleisten, beispielsweise aufgrund einer Erfassung eines vorübergehenden kurzen Einschaltens einer Lampe in der Nähe der Wiege.
Fig. 10 (j) zeigt die Unterprogramme SLOW-STOP (langsam anhalten) und CHECK-MOTOR (Motor prüfen). Das System gibt das Unterprogramm SLOW-STOP aus dem Hauptsteuerprogramm ein, wenn der Halt/Rücksetz-Schalter 6 gedrückt wird. Zunächst erhöht das Unterprogramm die Steilheit der Rampe des Motors, so daß der Motor schneller (jedoch nicht sofort) abschaltet, als er normalerweise würde. Dann stellt es die Solldrehzahl des Motors auf die Haltedrehzahl ein, die eingesetzt wird, um eine Zentrierung der Wiege zu sichern. Wenn dann der Motor und der Schall beide abgeschaltet sind, springt das System zurück zur Position 0, welche die Rücksetzposition in Fig. 10 (a) ist. Wenn der Motor oder der Schall oder beide weiterhin eingeschaltet sind, setzt das System die Programme MOT-TOFF und SNDS-TOFF ein, um die Motordrehzahl und die Lautstärke des Schalis zu vermindern und die Wiege zu zentrieren.
Das Motorüberprüfungs-Unterprogramm, welches im Prüfmodus ignoriert wird, wird dazu verwendet, eine Zeitabschaltung vorzusehen, wenn kein Signal vom Bewegungsdetektor erfaßt wird.
In normalen Betrieb der Wiege, wenn die Motordrehzahl größer als 0 ist (d.h. der Motor ist tatsächlich eingeschaltet), überprüft das System, ob das Bewegungsende (das Byte, welches inkrementiert wird, wenn eine Auslöseunterbrechung durch den Bewegungsdetektor ausgeführt wird) größer als 0 ist. Wenn ja, zeigt dieser ein Auslösen an, und das System führt die Routine TO-CHECK (Zeitabschaltung überprüfen) aus, um einen Zeitwert einzustellen, um anzuzeigen, wann in der Zukunft eine Zeitabschaltung des Systems auftritt. Wenn der Wert der momentan bereits verstrichenen Sekunden von der Unterbrechung der Echtzeituhr gleich der Abschaltzeit ist, setzt das System zurück, d.h., es geht zu der Rücksetzposition in Fig. 10 (a) zurück und zeigt so an, daß das System abgelaufen ist und angehalten hat. Wenn der Wert der momentan bereits verstrichenen Sekunden von der Unterbrechung der Echtzeituhr nicht gleich der Abschaltzeit ist, kehrt das System zurück, und die Routine wird ignoriert.
Fig. 10 (k) zeigt die Schallerzeugungs-Unterbrechung. Die Unterbrechungsfrequenz bestimmt die Herzfrequenz. Bei der Schallunterbrechung wird der nächste Datenwert aus einer Schalldatentabelle gelesen und in einen Schall-Digital-Analog- Wandler (Schall-DAC) geschrieben, nachdem er auf die momentane Einstellung für die Lautstärke des Schalls skaliert wurde. Wenn das Ende der Tabelle erreicht wird, setzt das System seinen Zeiger zurück und beginnt erneut am Anfang.
Die Einrichtung zur Erzeugung der Bewegung, unter der Steuerung der zuvor beschriebenen elektronischen Schaltung in den Modul 28, arbeitet mit den folgenden allgemeinen Parametern. Der Wiegenmotor 12, oder die Wiegenmotoren 41 bis 44 und 45, abhängig von der jeweiligen Ausführungsform, werden wahlfrei ein- und ausgeschaltet, während die Wiege 1 im Betrieb ist. Die minimale Einschaltzeit beträgt etwa 5 Minuten, und die maximale Einschaltzeit beträgt etwa 45 Minuten. Der allmähliche Übergang zwischen dem Einschalten und dem Ausschalten dauert etwa 30 Sekunden. (Die Motoreinschaltzeit wird ab dem Zeitpunkt gezählt, zu den der Motor das erste Mal mit dem Einschalten beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem er wieder vollständig ausgeschaltet ist.) Die Motorverweilzeit nimmt linear von etwa 50% bei dem minimalen Alter bis 0% bei dem maximalen Alter ab. Selbstverständlich können auch andere Zeitintervalle und Verweilzeitverhältnisse gewählt werden.
Die Einrichtung zum Erzeugen des Schalis arbeitet ähnlich innerhalb der folgenden allgemeinen Parameter. Der Schall wird wahlfrei ein- und ausgeschaltet, während die Wiege 1 im Betrieb ist. Die minimale Einschaltzeit beträgt etwa 5 Minuten, und die maximale Einschaltzeit beträgt etwa 45 Minuten. Der allmähliche Übergang zwischen dem eingeschalteten und ausgeschalteten Zustand dauert etwa 30 Sekunden. (Die Einschaltzeit für den Schall wird ab dem Zeitpunkt gezählt, bei dem das erste Einschalten des Schalls beginnt, bis zu den Zeitpunkt, zu dem er vollständig abgeschaltet ist.) Die Schallverweilzeit nimmt linear von etwa 100% bei dem minimalen Alter bis 0% bei dem maximalen Alter ab. Die sinulierte Herzschlagrate beträgt etwa 80 Schläge pro Minute im Tagesbetrieb und etwa 62 Schläge pro Minute in Nachtbetrieb, um übliche aktive und Ruhe-Herzfrequenzen zu simulieren. Selbstverständlich können auch andere Frequenzen eingesetzt werden, und der Übergang von der Tages- zur Nachtfrequenz dauert etwa 15 Minuten.
Die charakteristischen Beziehungen zwischen den Parametern sind graphisch in den Fig. 11 und 12 dargestellt.
Die Fig. 11 (a) und (b) zeigen die allmähliche Veränderung in der Dauer und Frequenz des Schalls und der Bewegung als eine Funktion des Alters des Säuglings (von 0 bis 4 Monaten) für den Tages- und den Nachtbetriebsmodus gemäß der vorliegenden Erfindung. Im allgemeinen ist im Tagesmodus die Bewegung schneller, und der Herzschlag ist schneller und lauter als in Nachtmodus. Wenn der Säugling älter wird, nimmt die Zeit, während derer die Bewegungs- und Schallparameter EIN sind, allmählich ab, die Frequenzen der Bewegung und der Herzschläge bleiben jedoch dieselben. Am Ende der Übergangsperiode, das hier bei einem Alter von 4 Monaten gezeigt ist, hören die Bewegung und die Geräusche der Wiege vollständig auf.
Fig. 12 (a) bis (c) zeigen charakteristische Ein-Aus- und Intensitätszyklen für eine übliche Einstellung für eine Periode von 24 Stunden für einen neugeborenen Säugling, einen 2 Monate alten und einen 3 Monate alten Säugling. Die Bewegung und der Schall beginnen beide, wenn der Startschalter 7 gedrückt wird. Danach können jedoch die Ein-Ausschaltzeiten für die Bewegung und den Schall unabhängig voneinander wahlfrei eingestellt werden (wie im linken Teil der Fig. 12 (a) gezeigt) oder sie können zumindest dem Anstieg und Abfall zwischen einem Grundpegel (Tag oder Nacht) und einen erhöhten Pegel folgen, welcher einer erhöhten Herzfrequenz entspricht, die bei Bewegungen entsteht (wie in den übrigen Teilen der Fig. 12 (a), (b) und (c) gezeigt). Die speziellen, in den Fig. 12 (a) bis (c) gezeigten Muster stellen daher lediglich übliche Zufallsmuster dar sowie die Abnahme der (Zufalls-) Aktivität mit dem Alter des Kindes.
Zusätzlich zu den in den Fig. 11 (a) und (b) und 12 (a) bis (c) gezeigten Nustern und den oben beschriebenen allgemeinen Parametern gibt es weitere Alternativen für die Steuerung von Schall und Bewegung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese umfassen (1) die allmähliche Verminderung der Schallamplitude auf lineare oder nicht lineare Weise während der 4-monatigen Periode, anstelle von vollständigen Ein-Aus-Zyklen; (2) die allmähliche Verminderung der Rate (Zyklen pro Minute) und/oder der Amplitude (Hublänge) der Bewegung, anstelle von Ein-Aus- Zyklen; (3) die Veränderung der "normalen" Schallfrequenz (80 Schläge pro Minute am Tag, 62 Schläge pro Minute in der Nacht) und der "normalen" Bewegungsfrequenz (30 Zyklen pro Minute am Tag, 15 Zyklen pro Minute in der Nacht) als eine Funktion der Grundherzschlagrate der Mutter; (4) eine Veränderung der Einsatzperiode von 4 Monaten; und (5) eine Veränderung der Schall- und Bewegungsfrequenzen als eine Funktion spezieller Aktivitäten des Säuglings (beispielsweise das Drücken eines Hebels).
In dem schematischen Blockdiagramm von Fig. 13 ist die Schaltung gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 28 gezeigt, welche den Mikroprozessor 61, den Speicheradreßspeicher (Speicheraddreßlatch) 62, den EPROM-Speicher 63 und den Quarztaktgeber 71 umfaßt, welche die Programmausführung steuern. Die Hauptausgangssignale sind Geräusche oder Schall über einen Digital-Analog-Wandler 64 und einen Verstärker 65 an einen Lautsprecher 66 und die Bewegung des Motors 12, der von einen Verstärker 68 und einem Digital-Analog-Wandler 67 angetrieben wird. Selbstverständlich sind für getrennte Motoren oder lineare Betätigungseinrichtungen, wie die Betätigungseinrichtungen 41 bis 44 und 45, zwei derartige Motorsteuerschaltungen vorgesehen. Der Mikroprozessor 61 steuert diese Ausgangssignale auf herkömmliche Weise unter Verwendung von Steuerwörtern mit einer Länge von 8 Bit, welche an die Digital- Analog-Wandler 64 und 67 angelegt werden. Das Ausgangssignal von dem Digital-Analog-Wandler 64 wird an den Tonverstärker 65 angelegt, der den Lautsprecher 66 ansteuert. Der Motor 12 (oder 41 bis 44 und 45) wird über den Digital-Analog-Wandler 67 gesteuert, der ein Steuerwort mit einer Länge von 8 Bit von dem Mikroprozessor 61 empfängt und der ein Ausgangssignal an den Leistungsverstärker 68 liefert, welcher den Motor ansteuert.
Die speziellen von dem Lautsprecher 66 abgegebenen Schallmuster sind den Geräuschen zuordenbar, welche in dem EPROM-Speicher 63 digitalisiert und gespeichert sind, wobei diese Geräusche vorher aufgezeichnete tatsächliche intrauterine Geräusche sein können. Die spezielle Zeitspanne, während derer die Geräusche und die Motorbewegungen eingeschaltet sind, und die Amplituden sowie die Dauer werden über Algorithmen gesteuert, welche in dem Speicher 63 gespeichert sind.
In Betrieb des Systems kann der Algorithmus zum Steuern der Zeitspanne, während derer die Geräusche und der Motor / die Motoren eingeschaltet sind, durch eine Eingabe verändert werden, welche über einen Zeitgeber 74 für das Alter und dessen zugeordnetes Schiebepotentiometer 9, 77 vorgesehen wird. Das Schiebepotentiometer 9, 77 liegt bequenerweise auf einer Frontsteuerplatte 8 der Wiege, und es wird von dem Benutzer betätigt. Andere Eingaben, die der Benutzer beeinflussen kann, umfassen einen Start/Stopp-Schalter 75 und einen Tag/Nacht- Schalter 76. Der Start/Stopp-Schalter 75 steuert das Starten und das Anhalten des Systems, und der Tag/Nacht-Schalter 76 bestimmt, ob das System in dem Tagesmodus oder in den Nachtmodus arbeiten soll. Jeder der Schalter 75 und 76 weist ein zugehöriges Anzeigelicht 78 und 79 auf. Das den Start/Stopp- Schalter 75 zugeordnete Licht 78 zeigt somit an, ob das System läuft, oder ob es in einem Haltemodus ist. Wenn das System läuft oder in den Haltemodus ist, blinkt die Anzeige 78 langsam, beispielsweise einmal pro Sekunde. Wenn das System angehalten hat (und daher bereit ist, erneut zu beginnen), ist das Licht 78 dauernd an. Das Anzeigelicht 79 zeigt den Betrieb des Systems im Tagesmodus an, wenn das Licht aus ist, und in Nachtmodus, wenn das Licht an ist. Zusätzlich zu den beschriebenen Einstellmitteln für den Benutzer und den Ausgaben, weist das System auch eine Fotodetektoranordnung 72 mit einen optischen Sender und Empfänger auf, die so angeordnet sind, daß sie die Bewegung der Wiege überwachen, welche beispielsweise durch die Drehung einer der von dem Motor 12 angetriebenen sekundären Räder repräsentiert wird. Die so von der Fotodetektoranordnung 12 erzeugten Signale werden den Mikroprozessor 61 fortlaufend zugeführt, um eine Unterbrechung oder ein anderes Steuersignal in dem Mikroprozessor 61 zu erzeugen. Wenn ein derartiges Steuersignal nicht mehr auftritt, läuft ein Verzögerungsintervall in dem Mikroprozessor 61 ab, nach den der Mikroprozessor 61 das gesamte System abschaltet, indem er als eine Sicherheitsreaktion, beispielsweise auf die Überlastung des Motors 12 oder das Reißen eines Riemens, welcher eines der sekundären Räder antreibt, den Motor abschaltet und den Schall abschaltet. Ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal wird von einer Zeitüberwachung (Watch Dog) 73 vorgesehen, welche fortlaufend den ordnungsgemäßen Betrieb der Programmausführung durch den Mikroprozessor 61 überwacht. Diese Zeitüberwachung 73 schaltet den Mikroprozessor 61 automatisch aus, wenn die Zeitüberwachung nicht innerhalb eines Intervalls von 2 Sekunden zurückgesetzt wird, das in den normalen programmgesteuerten Betrieb des Mikroprozessors 61 vorgesehen ist. Im normalen Betrieb wird die Zeitüberwachung 73 also immer innerhalb des 2- Sekunden-Intervalls zurückgesetzt. Wenn jedoch ein Leistungsausfall oder Leistungsabfall auftritt, der bewirken könnte, daß der Mikroprozessor 61 von seiner normalen Programmausführung abweicht, stoppt die Zeitüberwachung 73 automatisch den Mikroprozessor 61 beim Ablauf des 2-Sekunden-Intervalls. Verschiedene Prüfschalter 70 sind als Eingabemittel zum Steuern des Betriebs des Mikroprozessors 61 in verschiedenen Prüfmoden vorgesehen, um eine Fehlersuche während der Herstellung und der Überprüfung des Systems bei der Wartung zu erleichtern.
Aus dem oben Gesagten erkennt man, daß die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren vorsehen, welche am Anfang die Umgebungsparameter, insbesondere die Bewegung und den Schall in der Gebärmutter einer hochschwangeren Frau, simulieren und dann den Säugling von der simulierten intrauterinen Umgebung zu einer extrauterinen Umgebung führen können. Andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen eine Plattform, welche die oben beschriebene zweiachsige Bewegung auf einen Brutkasten (Inkubator) für einen Säugling übertragen kann, oder auf eine andere Unterbringung für ein Individuum, welche von einer solchen Plattform getragen wird. Ferner können die Schall-Bewegungs- und Schallprofile, welche oben beschrieben wurden, manuell gesteuert oder fortwährend vorgesehen werden, je nach dem wie es für einen bestimmten Säugling oder ein bestimmtes Individuum gewünscht wird.

Claims

1. Umgebungs-Steuersystem für einen Säugling, mit einem Gehäuse zum Lagern des Säuglings, der im wesentlichen zu einer Längsachse des Gehäuses ausgerichtet ist, wobei das Gehäuse zur Translationsbewegung längs einer zu der Längsachse im wesentlichen ausgerichteten Achse und zur gleichzeitigen Drehbewegung um eine zu der Längsachse im wesentlichen ausgerichteten Achse gehalten wird, und einer mit dem Gehäuse verbundenen Bewegungsvorrichtung, um diesem die Translationsbewegung und Drehbewegung mitzuteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsvorrichtung dem Gehäuse die Translationsbewegung und die Drehbewegung mit im Verhältnis zueinander unterschiedlichen Raten mitteilt, um die Bewegung anzunähern, welche ein Fötus beim Gehen seiner Mutter spürt.

2. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsvorrichtung dem Gehäuse im wesentlichen nur eine Translationsbewegung ohne eine Neigungskomponente längs der Längsachse des Gehäuses mitteilt.

3. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Bewegungsvorrichtung eine Steuervorrichtung verbunden ist, um die dem Gehäuse mitgeteilte Bewegung uber eine Zeitspanne selektiv zu modifizieren.

4. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gehäuse mitgeteilte Bewegung innerhalb eines Betriebsintervalls variiert und sich über mehrere Betriebsintervalle von einem Anfangsbetriebszustand der Bewegung, die dem Gehäuse pro Zeiteinheit mitgeteilt wird, bis zu einem Betriebszustand verändert, bei dem dem Gehäuse eine geringere Bewegung pro Zeiteinheit mitgeteilt wird.

5. Umgebungs-Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schallwandler in dem Gehäuse bei einer Stelle angeordhet ist, bei der die Lagerung des Säuglings in dem Gehäuse vorgesehen ist, und daß eine Schallerzeugungsvorrichtung mit dem Schallwandler verbunden ist, um selektiv von einer Stelle unter den Säugling Töne zu den Säugling zu übertragen.

6. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 5 für einen Säugling, bei dem die übertragenen Töne mindestens eines der folgenden Geräusche annähern: intrauterine Herzgefäßtöne, Verdaungsgeräusche und Atmungsgeräusche.

7. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb mindestens der Bewegungsvorrichtung oder der Schallerzeugungsvorrichtung abhängig von dem Helligkeitsgrad der Umgebung selektiv verändert wird.

8. Umgebungs-Steuersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung in dem Gehäuse zur Betätigung durch den Säugling angeordnet und so angeschlossen ist, daß sie mindestens die Bewegung oder die Töne abhängig von der Betätigung der Steuereinrichtung selektiv verändert.

9. Umgebungs-Steuersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zu der Person übertragenen Töne Impulse umfassen, welche Herzschläge bei einer Wiederholungsrate ähneln, die sich im-Verhältnis zu der dem Gehäuse mitgeteilten Bewegung erhöht.

10. Umgebungs-Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Gestell für das Gehäuse, das eine Basis und eine Zwischenstütze aufweist, daß untere Unterstützungen zwischen der Basis und der Zwischenstütze angebracht sind, daß obere Unterstützungen zwischen der Zwischenstütze und dem Gehäuse angebracht sind, um dessen Translationsbewegung längs einer zu der Längsachse im wesentlichen parallelen Achse zu unterstützen und um dessen Drehbewegung um eine zu der Längsachse im wesentlichen parallelen Achse zu unterstützen, und daß mindestens eine der oberen und unteren Unterstützungen Biegeelemente aufweist, welche an der Zwischenstütze befestigt sind, um das Gehäuse während seiner Translationsbewegung zu unterstützen.

11. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Unterstützungen Biegeelemente aufweisen, welche an der Basis und der Zwischenstütze befestigt sind, um deren Bewegung längs einer Längsachse relativ zu der Basis zu unterstützen, und daß die oberen Unterstützungen Biegeelemente aufweisen, welche an der Zwischenstütze und dem Gehäuse befestigt sind, um dessen Drehbewegung um eine zur Längsachse im wesentlichen parallelen Achse zu unterstützen.

12. Steuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente der unteren Unterstützungen federnde, im wesentlichen ebene Bauteile aufweisen, welche an der Basis und der Zwischenstütze befestigt sind, und daß die Biegeelemente der oberen Unterstützungen federnde, im wesentlichen gebogene Biegeelemente aufweisen, welche an der Zwischenstütze und dem Gehäuse befestigt sind, und Drehpunkte haben, die zwischen dem Gehäuse und der Zwischenstütze liegen, um Hebestabilität für das Gehäuse relativ zu der Zwischenstütze zu schaffen.

13. Umgebungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsvorrichtung mit der Zwischenstütze verbunden ist, um dieser eine Translationsbewegung relativ zu der Basis mitzuteilen und um dem Gehäuse eine Drehbewegung um eine zu der Längsachse der Zwischenstütze im wesentlichen parallele Achse mitzuteilen.

14. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Motor so angeschlossen ist, daß er der Zwischenstütze eine Translationsbewegung mitteilt, und daß ein zweiter Motor angeschlossen ist, daß er dem Gehäuse eine Drehbewegung mitteilt.

15. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Motor lineare Stellantriebe aufweisen.

16. Umgebungs-Steuersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Membran an dem Gehäuse und an entweder der Zwischenstütze oder der Basis befestigt ist, um sich relativ bewegende äußere Begrenzungen dieser Komponenten zu bedecken.

17. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung mit entweder der Bewegungsvorrichtung oder der Schallerzeugungsvorrichtung verbunden ist, um deren Betrieb abhängig von der Betätigung der Steuereinrichtung zu steuern.

18. Umgebungs-Steuersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so angeordnet ist, daß sie von einem Säugling in dem Gehäuse 6 betätigbar ist.

19. Verfahren zum Handhaben eines Gehäuses, um eine stimulierende Umgebung für einen Säugling innerhalb des Gehäuses vorzusehen, bei dem das Gehäuse für eine Translationsbewegung längs seiner Längsachse unterstützt wird, wobei der Säugling in dem Gehäuse im wesentlichen zu dessen Längsachse ausgerichtet ist, und bei dem das Gehäuse für eine Drehbewegung um eine zu der Längsachse im wesentlichen ausgerichteten Achse unterstützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationsbewegung dem Gehäuse in wesentlichen längs der Längsachse mitgeteilt wird und die Drehbewegung in wesentlichen um die Längsachse dem Gehäuse im wesentlichen gleichzeitig mit einer im Verhältnis zur Längsbewegung unterschiedlichen Rate mitgeteilt wird, um die Bewegung anzunähern, welche ein Fötus beim Gehen seiner Mutter spürt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationsbewegung den Gehäuse im wesentlichen ohne eine Neigungskomponente längs der Längsachse des Gehäuses mitgeteilt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gehäuse mitgeteilte Bewegung über eine Zeitspanne selektiv modifiziert wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gehäuse mitgeteilte Bewegung innerhalb eines Betriebsintervalls variiert und sich über mehrere Betriebsintervalle von einem Anfangsbetriebszustand der Bewegung, die dem Gehäuse pro Zeiteinheit mitgeteilt wird, bis zu einem Betriebszustand verändert, bei dem dem Gehäuse eine geringere Bewegung pro Zeiteinheit mitgeteilt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22 zum Vorsehen einer stinulierenden Umgebung für einen Säugling innerhalb eines Gehäuses, welches einen in dem Gehäuse angeordneten Schallwandler aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler in dem Gehäuse bei einer Position angebracht wird, bei der eine Lagerung des Säuglings vorgesehen ist, und daß dem Wandler Schallsignale zugeführt werden, um selektiv Töne von einer Stelle unter dem Säugling zu dem Säugling zu übertragen.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Töne mindestens eines der folgenden Geräusche annähern: intrauterine Herzgefäßtöne, Verdauungsgeräusche und Atmungsgeräusche.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Bewegung oder die Töne abhängig von dem Helligkeitsgrad der Umgebung selektiv verändert wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Bewegung oder der Schall durch den Säugling in dem Gehäuse selektiv veränderbar sind.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Töne Impulse umfassen, welche den Herzschlägen bei einer Wiederholungsrate ähneln, welche sich im Verhältnis zu der dem Gehäuse mitgeteilten Bewegung erhöht.