专利名称：秋千控制装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及儿童玩具领域，更具体地说，涉及一种控制秋千的摆幅的秋千摆 幅控制装置。
背景技术：
婴儿秋千，以及控制秋千的马达系统都在现有技术中有记载。一般地，秋千由座椅 组成，该座椅由一个或多个秋千臂的远端支撑。直流电机固定在支撑架和秋千臂之间，以至 于电机在秋千臂上(其它被动地驱动)提供扭矩，以在座椅上形成秋千运动。现有技术描 述的电机控制器能有多种运动轮廓，这通过用户界面进行调节。以前，这是通过提供电机完 成的，该电机设有多种预先设定的电压值，每种电压值从电机产生不同的转矩，且每种电压 对应一种运动轮廓。然而，秋千运动基于如单摆运动的原理进行操作的，因此，从电机获得 的转矩以维持所选择的速度，直接取决于小孩的体重和小孩在位置上的地点。结果是，连续 的转动秋千不仅在每个设置上产生不同的运动轮廓，而且在不同的载重条件如不同大小的 小孩下，产生相同速度的可变化的运动控制轮廓。最近的技术描述了使用反馈系统在任何的载重条件下都试图在每种设置产生相 同的运动轮廓。该系统监测每个周期结束时秋千的高度，并与使用者选择的运动轮廓的所 需要的秋千高度进行比较。通过比较所需要的秋千弧和实际的秋千弧，电机控制器可调整 电机的电压，因此在连续的秋千上得到转矩。尽管这个系统给相同的秋千在不同的载重条 件下提供更为一致的运动轮廓，但这种系统仍然是基于单摆的原理操作，因此，座椅的速度 在它离开运动路径的短点后不断加快。由于这样的系统限于在每个周期只改变运动转矩一 次，电机相对于运动路径有不一致的速度分布，导致在顶点和最低点的速度不相同。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种控制秋千的摆幅的秋千摆幅控制装 置，其中所述秋千由电机驱动，所述秋千摆幅控制装置包括秋千摆幅传感器，其配置成输出表示所述秋千的摆幅的电信号；秋千摆幅控制电路，其配置成从所述秋千摆幅传感器接收所述电信号；将所述电信号与目标摆幅信号进行比较；当所述秋千摆幅传感器的所述电信号大于所述目标摆幅信号时，对所述电信号做 出响应以每隔一个半周期，至多一次地把减小信号输出到电机以减小所述秋千的摆幅；以 及当所述秋千摆幅传感器的所述电信号小于所述目标摆幅信号时，对所述电信号做 出响应以每隔一个半周期，至多一次地把增大信号输出到电机以增大所述秋千的摆幅。为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种控制秋千速度的秋千速度控制装 置，其中所述秋千用电机驱动，所述秋千速度控制装置包括
4[0012]秋千速度传感器，其配置成输出表示所述秋千的速度的电信号；秋千速度控制电路，其配置成从所述秋千速度传感器接收所述电信号；将所述电信号与目标速度信号进行比较；当所述秋千速度传感器的所述电信号大于所述目标速度信号时，对所述电信号做 出响应以每隔一个半周期，至多一次地把减小信号输出到电机以减小所述秋千的速度；以 及当所述秋千速度传感器的所述电信号小于所述目标速度信号时，对所述电信号做 出响应以每隔一个半周期，至多一次地把增大信号输出到电机以增大所述秋千的速度。为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种控制秋千速度的秋千速度控制装 置，其中所述秋千由电机驱动，所述秋千速度控制装置包括秋千速度传感器系统，其包括有/无传感器；以及槽盘，所述槽盘具有多个径向突出、沿圆周间隔设置的尖状物，所述槽盘配置成与 所述秋千一起旋转，其中所述有/无传感器配置成输出电信号，以响应至少一个所述靠近 传感器移动的尖状物；秋千速度控制电路，其配置成从所述有/无传感器接收所述电信号；测出在连续的所述电信号之间的流逝时间；比较最短的测得的流逝时间与目标流逝时间；当所述最短的测出的流逝时间长于所述目标流逝时间，对所述测出的流逝时间做 出响应以每隔一个半周期，至少一次地把减小信号输出到所述电机，以减小所述秋千的速 度；以及当所述最短的测出的流逝时间短于所述目标流逝时间，对所述测出的流逝时间做 出响应以每隔一个半周期，至少一次地把增大信号输出到所述电机，以增大所述秋千的速度。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述槽盘安装在所述电机的轴的端部。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述槽盘安装在所述秋千的轴的端部。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述有/无传感器是基于其对接收的少 量光所做出响应而输出电信号的光学传感器。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述有/无传感器是磁接近传感器。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述电机在一个完整的周期内被驱动， 接着再自由旋转半个周期。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，在所述自由旋转的半个周期内，所述秋 千速度控制电路配置成用于比较所述最短的测出的流逝时间和所述目标流逝时间。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述电机在一个半周期内被驱动，并接 着自由旋转半个周期。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，在所述自由旋转的半个周期内，所述秋 千速度控制电路配置成将所述最短的测出的流逝时间和所述目标流逝时间进行比较。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述秋千速度控制电路包括微控制器。[0036]在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述目标时间对应于使用者可选的多个 速度中的一个。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述装置进一步包括用户界面，通过该 界面，使用者可对所述多个速度进行选择，所述用户界面与所述秋千速度控制电路通信。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述减小信号包括较短的脉宽调制信 号，且所述增加的信号包括较长的脉宽调制信号。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述电信号是脉冲，且所述测得的流逝 时间通过识别每个所述脉冲信号来测量。在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述电信号是脉冲，且所述测得的流逝 时间是通过识别连续的脉冲信号之间的宽度来测定。 在本实用新型所述秋千速度控制装置中，所述秋千速度控制电路配置成在至少一 个完整的摆动周期内驱动所述电机，并使所述电机自由旋转至少半个摆动周期，以及在所 述自由旋转的半个周期内，所述秋千速度控制电路配置成用于比较所述最短的测出的消耗 和所述目标流逝时间。本实用新型的各个实施例都包括驱动婴儿或小孩秋千的电机，以及调节秋千的摆 动的装置。特别地，根据各个实施例，秋千包括反馈系统，其在任何载重条件下提供更为一 致的运动轮廓并相对于运动路径提供更平稳的速度分布。在特别的实施例中，秋千相对于 整个运动路径产生稳定的速度，这样就产生更平稳和更轻柔的运动，以至于产生比现有技 术中的秋千运动的更平稳的效果。各个实施例也允许使用者从多种运动轮廓中进行选择， 通过比较测量的秋千速度和所选择的目标轮廓相关的唯一的目标速度，秋千可实现所选的 运动轮廓。根据各个实施例，对于独立于由单摆或者单摆的方向而形成的运动路径的角度 的任意预先编程的运动轮廓，实现了选择的运动轮廓。本实用新型的各个实施例涉及使婴儿或小孩秋千产生摇摆运动的电机系统，更为 具体的是，涉及调节秋千的运动路径的电机控制系统。在各个实施例中，秋千包括支撑在地 面上的基架。基架包括多个从基部延伸的直柱，且多个秋千臂可转动地安装在基架直柱的 连接点上。座椅安装在秋千臂上，且位于该连接点之下。在特别的实施例中，每个秋千臂支 撑座椅的每一侧。直流电机附在基架上，电机向围绕所述连接点的一个或多个秋千臂提供 转矩。根据各个实施例，电机系统包括直流电机、电源以及电机控制器。电机控制器用 于调节供给电机的电压。在一个实施例中，电机反馈由光断续检测器(light interrupter detector)提供，该光断续检测器由槽盘和光源/传感器组成。这些槽盘直接安装在电机轴 上或间接通过齿轮箱或类似物安装。光源和传感器设置成在电机轴和盘转动时，盘中的槽 间歇地打断从光源发射到传感器的光。通过电机控制器中的微控制器来测量在光源/传感 器路径打断之间的时间，并使该时间与选择的运动轮廓的目标时间进行比较，因为这个时 间对应于电机的速度。因此，微控制器增大或减小电机提供的速度，相应地增大或减小由电 机产生的转矩。这种速度调节使得秋千的速度接近或等于目标速度。在各个实施例中，每个周期的反馈采样的数量根据槽盘的几何形状和运动轮廓的 幅度而变。由于秋千运动是基于单摆原理，秋千必须在运动路径的端点达到有效地的停顿。 因此，尽管电机的电压增加，当秋千接近运动路径的端点之时，座椅的速度不断地偏离目标速度，。这种偏离可作为中断之间增加的时间从微控制器上读出，，这样当偏离变得相当大 (有效地等于目标速度的负值)时，向电机提供相反的电压，从而使得电机的转矩反向。通 过这种方式，秋千沿着运动路径作往复运动，得到相对一致的速度分布。各个实施例可以包括基架、秋千臂和座椅的形状、材料、构成方法以及尺寸和结构 的各种变形。各个实施例也允许电机控制器中使用的电子元件的设计的变化。例如，在一 个实施例中，秋千可包括用户界面系统，其能使用户选择秋千的多个运动轮廓中的其中一 种和摆动的时间。在多个实施例中，用户界面通过机械或电子开关调节，且用户界面系统 可安装在支撑结构上。此外，秋千的各个实施例包括玩具或者音乐，以供坐在座椅上的小孩 娱乐。
因此，在总体上描述了本实用新型的各个实施例之后，以下将参照按照比例绘制 的附图作进一步的描述，其中图1所示为根据本实用新型的各个实施例的婴儿秋千；图2所示为根据本实用新型的各个实施例的秋千速度控制器的原理框图；图3所示为根据本实用新型的各个实施例的电机驱动电路的实施例；图4所示为根据本实用新型的各个实施例的秋千路径的摆弧的示意图；图5所示为根据本实用新型的各个实施例，由示波器记录以指示一般的脉冲序列 的特征的编码波形；图6所示为图5的摆动周期的一半编码波形的扩展波形图；图7所示为根据本实用新型的一个实施例，经图2所示的控制器执行的软件算法 的流程图；图8所示为根据本实用新型的一个实施例，图7中的步骤511称作反馈秋千控制 子程序的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的多个实施例做更为完整的描述，其中，图中只给出 了本实用新型的一些并非全部的实施例。事实上，这些发明可以很多不同的方式实现，且不 应对本文所阐述的实施例的限制；而且，提供的这些实施例，以使这些公开满足法律要求之用。图1所示为本实用新型的一个实施例。如图所示，婴儿秋千包括安装在两个秋千 臂上的座椅，所述的秋千臂可旋转地安装在基架的右和左端(apex)上。在此所述基架一般 指的是“A”框架，其中基底的侧视图呈现出“A形或倒“V”形。进一步，由于没有固定，硬性 件横向地安装在右和左顶点上，框架呈现为“开放的顶部”。尽管图中示出了特别型的秋千， 本实用新型的各个实施例中可包括其它的秋千类型，例如滑行机型的秋千。图2所示为根据本实用新型的各个实施例的秋千速度控制器的原理框图。秋千速 度控制器包括6v直流电源、直流电机、减速系统(如传输)、速度传感系统以及电子控制 单元。直流电源可以是碱电池，可充电电池或插入IlOV壁插孔的交流-直流电源转换器的 6v直流输出电压。减速系统把电机动力转移到秋千上以使秋千作前后运动。在一个实施例中，传输器包括减速器包括减速齿轮组。速度传感器系统提供一个测量摆动速度的装置并输出表示摆动速度的电信号。在 一个实施例中，速度传感器系统包括光学传感器和轮式编码器。光学传感器包括光源和光 敏二极管。光敏二极管的输出信号对应于摆动速度信息，且把该输出信号输入电子控制电 路。在一个实施例中，轮式编码器直接安装电机轴的一端。然而，在替代性的实施例中，轮 式编码器安装在秋千轴上，以直接测量摆动速度。此外，在另一实施例中，速度传感器系统 包括其它类型的传感器，如磁传感器。根据各个实施例，电子控制电路模块包括微控制器、马达驱动电路、设速电路以及 低电压检测器。微控制器可选自任何数量的现存的8位微控制器市售产品，其包括中央处 理器(CPU)、储存软件程序的只读存储器(ROM)、随机存书器(RAM)输入/输出(I/O)端口。图3所示为马达驱动电路的实施例，其与直流电机连接。在图3的实施例中，采用 具有四个开关管、晶体管或其它电路实现器件的H-桥电路来控制电机驱动电路，以便驱动 直流电机。在图3中，开关管标上A、B、C和D。每个开关管都可以是断开或闭合，则会有16 中可能的开关管设置。以下的表1列出了用于本实用新型的一个实施例的3种组合。根据 所要求的操作，通过控制不同组合的开关管的断开或闭合，直流电机可被向前或后驱动，或 者自由转动以驱动秋千。表 1 设速电路允许使用者输入所需要的摆动速度。例如，在一个实施例中，设速电路包 括6个速度和一个“关”位，可以供使用者选择。通过以上识别的硬件元件，速度可控的秋 千可以使用者从六个速度选出的一个速度摆动。低压检测电路也与设速电路一起执行，以当电池供电时，监测直流电源的电压。低 压检测功能作为电子开关，且一旦电源电压下降到预先设定的电位，低压检测器关闭直流 电源。图4所示为根据本实用新型的各个实施例的秋千路径的摆弧的示意图。点M和N 表示最高的摆动位置，此时的摆动速度接近0。点Q表示摆动垂直于地面的点，此时的速度 是整个摆弧中最大的。根据一个实施例，电机轴至少通过至少一个全摆周期(从M到N，再 从N到M)驱动，且经过下一个摆动周期的半个周期，电机可自由转动。在一个实施例中，电 机由一个完整周期的脉冲宽度调制(PWM)来驱动，且允许半个摆动周期的自由转动。或者， 电机可由半个摆动周期的PWM驱动，并允许另半个周期的自由转动或者经1. 5个摆动周期的PWM驱动，且下半个周期进行自由转动。根据一个实施例，当电机自由转动时，测试摆动垂直于地面的Q点的摆动速度。通 过速度传感系统实现速度的测量和表征。根据图5的实施例，速度传感系统的输出是一串 含有摆动速度信息的脉冲或脉冲序列。脉冲用传感器的输出信号表示，该信号源于轮式编 码器相对于传感器的旋转。由于轮式编码器相应地相对秋千旋转，传感器输出的脉冲对应 于秋千的运动。在一个实施例中，轮式编码器的齿均勻地分布，如果秋千的摆动速度一致的 话，所有脉冲的脉冲宽度在整个脉冲序列上是相同的。然而，由于秋千的速度是从零(点M 或N)到最大(点Q)，再返回到零(点N或M)，脉冲宽度也随摆动成比例变化。这种变化提 供了摆动速度信息的契机。特别地，在一个实施例中，当光敏二极管输出在逻辑0时(例如 由于从轮式编码器延伸的槽阻止放光体的光传输到光敏二极管)，测量脉冲宽度。图5所示为根据本实用新型的各个实施例，由示波器记录以指示一般的脉冲序列 的特征的编码波形。两个最宽的脉冲之间的时间表示秋千从图4中的M到N的摆动的半个 周期。图6所示为图5所示的半个摆动周期在50-100ms时间段之间的编码波形的放大图。 该放大的图更清楚。微控制器可以通过连续测量电机速度来确定摆动周期。当秋千向上振荡并受重力 作用时，秋千开始减速，并接近零速。由于秋千的速度在它的轨迹的顶点接近零，控制电路 对检测装置的对应信号起反应，并使电机转向。而且，当秋千的形成向下时，它的速度从零 增大到最大值，监视装置持续地把该对应的速度信号传输到控制电路。控制电路连续地处 理监视装置的速度信号，且当速度值达到最大时，控制电路可将这个值与设定的最大值比 较，并相应地调整传输电机的输出。通过测定秋千速度和控制驱动振荡的秋千座椅的旋转 轴，控制电路可在两个方向上一致且连续地驱动秋千。秋千速度信息用半个摆动周期的最短的脉冲宽度表示，而且这个信息由微控制器 接收，作为反馈信息。基于该信息，微控制器调节PWM，控制驱动电路的电流，因此增大或较 小传递到秋千的转矩，以维持选择的摆动速度。通过这种方式，秋千能够在由乘坐者确定的 各种载重下实现并维持较佳的运动。图7所示为根据本实用新型的一个实施例，图2所示的控制器执行的软件模块的 流程图。模块501开始于步骤502，其设立输入/输出(ΙΥ0)，设置变量并清零。接着在步 骤503，读取输入端口，其含有在步骤504检查的设速信息。如果速度设为0，不需要任何的 动作，且模块501 —直会读取这个输入端口并在步骤503和504之间循环执行。一旦设定 速度变为1-6 (每一个都对应于多个选择的速度或者秋千的摆幅的其中一个)中的任意一 个值，程序转到步骤5，称作子程序秋千_驱动_1。子程序秋千_驱动_1产生合适的电机 驱动力。在步骤506中，检测电机速度，得出速度是否为0。如果电机速度为0，在步骤507 中，电机将反向转动以运行另外半个周期。当完成下一个的半个周期驱动后，电机接着在另 一个周期转动，如步骤509所示。在步骤510，测定最大的摆动速度。接着步骤510，执行如 步骤511所示的反馈秋千控制子程序，以维持期望的已设定的秋千的速度。图8所示为图7中的步骤511的称作反馈秋千控制子程序的流程图。在步骤521， 使测定的秋千速度与使用者设立的速度进行比较。如果测得的秋千速度比使用者设立的速 度快，在步骤523执行子程序秋千_驱动_3。如果测得的秋千速度比使用者设立的速度慢， 在步骤522执行子程序秋千_驱动_2。子程序秋千_驱动_3提供相对小的电机电流，子程序秋千_驱动—2提供相对大的电机电流。子程序秋千_驱动_1提供的电流的大小在子程 序秋千_驱动3_和子程序秋千_驱动—2提供的电流之间。接着，在步骤524，电机在两个 半个周期内驱动秋千，接下来，在步骤525，电机自由转动半个周期。在这个自由转动的半个 周期中，在步骤526测量最大的摆动速度。在测得最大的速度之后，在步骤527达到设立的 速度，看看使用者是否改变速度。如果把设定的速度改为0，子程序返回到主程序。结论尽管结合特定的实施例对本实用新型进行了详细的描述，但是应该理解，对本实 用新型作的任何的改型和变型都在本实用新型的精神和权利要求书的范围之内。
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权利要求一种控制秋千的摆幅的秋千摆幅控制装置，其中所述秋千由电机驱动，所述秋千摆幅控制装置包括秋千摆幅传感器，其配置成输出表示所述秋千的摆幅的电信号；秋千摆幅控制电路，其配置成从所述秋千摆幅传感器接收所述电信号；将所述电信号与目标摆幅信号进行比较；当所述秋千摆幅传感器的所述电信号大于所述目标摆幅信号时，对所述电信号做出响应以每隔一个半周期，至多一次地把减小信号输出到电机以减小所述秋千的摆幅；以及当所述秋千摆幅传感器的所述电信号小于所述目标摆幅信号时，对所述电信号做出响应以每隔一个半周期，至多一次地把增大信号输出到电机以增大所述秋千的摆幅。
2.一种控制秋千速度的秋千速度控制装置，其中所述秋千用电机驱动，所述秋千速度 控制装置包括秋千速度传感器，其配置成输出表示所述秋千的速度的电信号； 秋千速度控制电路，其配置成 从所述秋千速度传感器接收所述电信号； 将所述电信号与目标速度信号进行比较；当所述秋千速度传感器的所述电信号大于所述目标速度信号时，对所述电信号做出响 应以每隔一个半周期，至多一次地把减小信号输出到电机以减小所述秋千的速度；以及当所述秋千速度传感器的所述电信号小于所述目标速度信号时，对所述电信号做出响 应以每隔一个半周期，至多一次地把增大信号输出到电机以增大所述秋千的速度。
3.—种控制秋千速度的秋千速度控制装置，其中所述秋千由电机驱动，所述秋千速度 控制装置包括秋千速度传感器系统，其包括有/无传感器；以及槽盘，所述槽盘具有多个径向突出、沿圆周间隔设置的尖状物，所述槽盘配置成与所述 秋千一起旋转，其中所述有/无传感器配置成输出电信号，以响应至少一个所述靠近传感 器移动的尖状物；秋千速度控制电路，其配置成 从所述有/无传感器接收所述电信号； 测出在连续的所述电信号之间的流逝时间； 比较最短的测得的流逝时间与目标流逝时间；当所述最短的测出的流逝时间长于所述目标流逝时间，对所述测出的流逝时间做出响 应以每隔一个半周期，至少一次地把减小信号输出到所述电机，以减小所述秋千的速度；以 及当所述最短的测出的流逝时间短于所述目标流逝时间，对所述测出的流逝时间做出响 应以每隔一个半周期，至少一次地把增大信号输出到所述电机，以增大所述秋千的速度。
4.如权利要求3所述秋千速度控制装置，其特征在于，所述槽盘安装在所述电机的轴 的端部。
5.如权利要求3所述秋千速度控制装置，其特征在于，所述槽盘安装在所述秋千的轴 的端部。
6.如权利要求3所述秋千速度控制装置，其特征在于，所述有/无传感器是基于其对接 收的少量光所做出响应而输出电信号的光学传感器。
7.如权利要求3所述秋千速度控制装置，其特征在于，所述有/无传感器是磁接近传感器。
8.如权利要求3所述秋千速度控制装置，其特征在于，所述秋千速度控制电路包括微 控制器。
专利摘要本实用新型涉及秋千控制装置，该秋千控制装置的各个实施例包括用于驱动秋千和控制秋千的速度和/或摆幅的电机系统。在一个实施例中，电机系统包括直流电机、秋千速度传感器系统和秋千速度控制电路。直流电机在至少一个完整摆动周期内驱动秋千，接着，电机自由旋转至少半个摆动周期。在自由旋转的半个周期内，秋千速度传感器系统测量秋千的速度，并对测出的速度与目标速度进行比较。控制电路根据比较的结果增大或减小速度。在另外的实施例中，系统包括测量秋千的摆弧的秋千摆弧传感器系统和秋千摆弧控制电路，该电路用来比较测定的摆弧和目标摆弧。
文档编号G05D13/62GK201662720SQ20092017922
公开日2010年12月1日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者D·杰克逊 皮特, P·库珀 詹森 申请人:克兹二世有限公司