一种仿生可变频率亲子摇篮及摇篮控制方法与流程

本发明涉及一种仿生可变频率亲子摇篮控制系统，属于家用消费类电子控制领域。

背景技术：

随着大众家庭生活水平的提高，年轻父母对照顾婴幼儿过程中的舒适性也有了较高的要求。现阶段的传统摇篮功能已经无法满足人们在照顾婴幼儿过程中的多样化功能需求。为了解决这个问题，有些新型摇篮已经被设计，并取得一定效果。

有一种通过驱动电机驱动摇篮的吊臂实现自动摇摆的自动摇篮；有一种可折叠的通过双联气缸升降实现摇篮平稳均衡摇动的自动摇篮；有全自动摇篮式动态沙发。以上专利要么仅是简单的电机驱动摇篮进行简单的单向摆动，要么通过气缸机械冲程来平衡摇篮的达到自动摇摆的目的，要么将沙发做成摇篮式进行产品延伸，但是均无法模拟母亲行走时子宫的动态环境，也即无法改变摇摆频率、无法改变摇摆幅度、无法四向摆动控制、无法可视操作、无法声音模糊化处理并不支持操作人员语音录入等。

技术实现要素：

根据现有技术的不足，提供一种结构简单，设计新颖，控制稳定的一种仿生可变频率亲子摇篮。

本发明按以下技术方案实现：

一种仿生可变频率亲子摇篮，包括底板Ⅰ，所述底板Ⅰ的一侧安装有推手，所述底板Ⅰ的中间处设置有一个连接件，所述连接件上安装有一个摇篮；所述底板Ⅰ的上表面一侧滑动连接一个纵向直线步进电机，所述纵向直线步进电机通过传动结构Ⅰ与摇篮连接，在位于与纵向直线步进电机的轴线相垂直方向的底板Ⅰ的上表面滑动连接一个横向直线步进电机，所述横向直线步进电机通过传动结构Ⅱ与摇篮连接；所述纵向直线步进电机和横向直线步进电机分别通过连接控制系统进行传动。

优选的是，所述连接件为十字形卡槽，所述摇篮的底面中心处安装有一个倒T型圆柱，所述十字形卡槽内的底部嵌入间隔安装有多个滚轮，倒T型圆柱插入到十字形卡槽内，实现摇篮在十字形卡槽内的滑动；所述十字形卡槽的中间位置安装有一个电动插销Ⅲ，倒T型圆柱的中心处设置有一个凹孔Ⅲ，通过控制电路控制电动插销Ⅲ的伸缩来实现摇篮在十字形卡槽内的滑动与固定；所述摇篮的底面处的四个夹角处各安装有一个万向轮Ⅰ，用于进一步加强摇篮的稳定。

优选的是，所述传动结构Ⅰ包括齿轮Ⅰ、锯齿导轨Ⅰ和横向滑道；所述齿轮Ⅰ以紧的配合方式安装在纵向直线步进电机的转轴上或者与纵向直线步进电机的转轴固定连接在一起；所述锯齿导轨Ⅰ安装在摇篮侧面上，通过与齿轮Ⅰ相啮合来实现摇篮纵向来回摇摆；所述横向滑道的底面固定安装在底板Ⅰ上，横向滑道的顶面为一个凹形槽状面，凹形槽状的顶面底部嵌入间隔安装有多个滚筒Ⅰ，所述纵向直线步进电机的底座呈倒T型状，倒T型底座插入到凹形槽内实现纵向直线步进电机在横向滑道上的往复摇摆；所述横向滑道的中间位置安装有一个电动插销Ⅰ，纵向直线步进电机的底座设置有一个凹孔Ⅰ，通过控制电路控制电动插销Ⅰ的伸缩来实现纵向直线步进电机在横向滑道上的滑动与固定。

优选的是，所述传动结构Ⅱ包括齿轮Ⅱ、锯齿导轨Ⅱ和纵向滑道；所述齿轮Ⅱ以紧的配合方式安装在横向直线步进电机的转轴上或者与横向直线步进电机的转轴固定连接在一起；所述锯齿导轨Ⅱ安装在摇篮侧面上，通过与齿轮Ⅱ相啮合来实现摇篮横向来回摇摆；所述纵向滑道的底面固定安装在底板Ⅰ上，纵向滑道的顶面为一个凹形槽状面，凹形槽状的顶面底部嵌入间隔安装有多个滚筒Ⅱ，所述纵向直线步进电机的底座呈倒T型状，倒T型底座插入到凹形槽内实现横向直线步进电机在纵向滑道上的往复摇摆；所述纵向滑道的中间位置安装有一个电动插销Ⅱ，横向直线步进电机的底座设置有一个凹孔Ⅱ，通过控制电路控制电动插销Ⅱ的伸缩来实现横向直线步进电机在纵向滑道上的滑动与固定。

优选的是，所述底板Ⅰ的底面中间部位通过承重弹簧固定连接一块底板Ⅱ，在底板Ⅱ的任一组对角处各安装一个电机，位于底板Ⅱ的另一组对角中的任一个夹角处的底板Ⅰ底面上安装有一根销轴，所述电机的转轴上固定安装有一个转轮，所述转轮上缠绕有拉绳，所述拉绳自由端固定连接在销轴上。

优选的是，所述控制系统包括控制器Ⅰ，可视操作屏，继电器组，控制器Ⅱ；所述控制器Ⅰ设置在可视操作屏内并与其相连，用于判断和输出可视操作屏的操作信息；所述控制器Ⅰ分别与电机Ⅰ、电机Ⅱ、纵向直线步进电机和横向直线步进电机相连，分别控制各个电机的正反转与转速；所述控制器Ⅰ又与控制器Ⅱ相连，所述控制器Ⅱ又分别与电动插销Ⅰ、电动插销Ⅱ和电动插销Ⅲ相连，用于控制各个电动插销的伸缩。

优选的是，所述摇篮上还安装有与控制器Ⅰ相连的扬声器，所述可视操作屏上设置有与之相连的语音录入装置。

优选的是，所述底板Ⅰ下的前端安装有两个万向轮Ⅱ，底板Ⅰ下的后端安装有两个带刹车功能的滚轮。

一种仿生可变频率亲子摇篮的摇篮控制方法，该方法为：当操作人员通过可视操作屏中控制纵向直线步进电机控制信号输入端时，控制器Ⅱ控制电动插销Ⅲ和电动插销Ⅱ处于缩回状态，控制电动插销Ⅰ处于伸出状态，控制器Ⅰ使得横向直线步进电机、电机Ⅰ、电机Ⅱ处于停机状态，控制纵向直线步进电机旋转，实现对摇篮纵向摇摆频率和摇摆幅度的控制，仿生孕妇行走期间的子宫纵向运动状态；当操作人员通过可视操作屏中控制横向直线步进电机控制信号输入端时，控制器Ⅱ控制电动插销Ⅲ和电动插销Ⅰ处于缩回状态，控制电动插销Ⅱ处于伸出状态，控制器Ⅰ使得纵向直线步进电机、电机Ⅰ、电机Ⅱ处于停机状态，控制横向直线步进电机旋转，实现对摇篮横向摇摆频率和摇摆幅度的控制，仿生孕妇行走期间的子宫横向运动状态。

优选的是，当操作人员通过可视操作屏中控制电机Ⅰ和电机Ⅱ控制信号输入端时，控制器Ⅱ控制电动插销Ⅲ、电动插销Ⅰ和电动插销Ⅱ处于伸出状态，控制器Ⅰ使得纵向直线步进电机和横向直线步进电机处于停机状态，控制电机Ⅰ和电机Ⅱ旋转，承重弹簧就会受到一个横向和纵向共同作用的合力，合力的方向随着控制信号的不同，其方向范围发生变化，模拟孕妇行走过程中子宫重心的动态变化。

本发明有益效果：

操作人员通过可视操作屏中的横向直线步进电机控制信号输入端，输入横向直线步进电机的控制信号，实现对摇篮横向摇摆频率和摇摆幅度的控制，仿生孕妇行走期间的子宫横向运动状态；

操作人员通过可视操作屏中的纵向直线步进电机控制信号输入端，输入纵向直线步进电机的控制信号，实现对摇篮纵向摇摆频率和摇摆幅度的控制，仿生孕妇行走期间的子宫纵向运动状态；

当横向直线步进电机的驱动力和纵向直线步进电机的驱动力同时作用的时候，摇篮和车体之间起连接作用的承重弹簧就会受到一个横向和纵向共同作用的合力，合力的方向随着控制信号的不同，其方向范围发生变化，模拟孕妇行走过程中子宫重心的动态变化；

操作人员可以将胎教过程中使用的声音信号，以声音录入储存到控制器中，并经过控制器的模糊化处理，通过扬声器实现声音的仿生输出。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为底板Ⅰ俯视图；

图3为底板Ⅱ俯视图；

图4为摇篮侧视图；

图5为摇篮主视图；

图6为本发明控制原理框图；

图7为纵向直线步进电机、横向直线步进电机电气原理图；

图8为电机Ⅰ，电机Ⅱ电气原理图；

1—底板Ⅰ，2—底板Ⅱ，3—推手，4—摇篮，5—纵向直线步进电机，6—横向直线步进电机，7—承重弹簧，8—扬声器，9—语音录入装置，10—万向轮Ⅱ，11—滚轮，12—蓄电池，101—齿轮Ⅰ，102—锯齿导轨Ⅰ，103—横向滑道，104—电动插销Ⅰ，105—凹孔Ⅰ，106—滚筒Ⅰ，201—齿轮Ⅱ，202—锯齿导轨Ⅱ，203—纵向滑道，204—电动插销Ⅱ，205—凹孔Ⅱ，206—滚筒Ⅱ，301—销轴，302—转轮，303—拉绳，304—电机Ⅰ，305—电机Ⅱ，401—十字形卡槽，402—倒T型圆柱，403—滚轮，404—电动插销Ⅲ，405—凹孔Ⅲ，406—万向轮Ⅰ，501—控制器Ⅰ，502—可视操作屏，503—控制器Ⅱ。

具体实施方式

以下结合附图1至附图6，通过具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例一：

一种仿生可变频率亲子摇篮，包括底板Ⅰ1，底板Ⅰ1的一侧安装有推手3，底板Ⅰ1的中间处设置有一个连接件，连接件上安装有一个摇篮4；底板Ⅰ1的上表面一侧滑动连接一个纵向直线步进电机5，纵向直线步进电机5通过传动结构Ⅰ与摇篮4连接，在位于与纵向直线步进电机5的轴线相垂直方向的底板Ⅰ1的上表面滑动连接一个横向直线步进电机6，横向直线步进电机6通过传动结构Ⅱ与摇篮4连接；纵向直线步进电机5和横向直线步进电机6分别通过连接控制系统进行传动。

连接件为十字形卡槽401，摇篮4的底面中心处安装有一个倒T型圆柱402，十字形卡槽401内的底部嵌入间隔安装有多个滚轮403，倒T型圆柱402插入到十字形卡槽401内，实现摇篮4在十字形卡槽401内的滑动；十字形卡槽401的中间位置安装有一个电动插销Ⅲ404，倒T型圆柱402的中心处设置有一个凹孔Ⅲ405，通过控制电路控制电动插销Ⅲ404的伸缩来实现摇篮4在十字形卡槽401内的滑动与固定；摇篮4的底面处的四个夹角处各安装有一个万向轮Ⅰ406，用于进一步加强摇篮4的稳定。

传动结构Ⅰ包括齿轮Ⅰ101、锯齿导轨Ⅰ102和横向滑道103；齿轮Ⅰ101以紧的配合方式安装在纵向直线步进电机5的转轴上或者与纵向直线步进电机5的转轴固定连接在一起；锯齿导轨Ⅰ102安装在摇篮4侧面上，通过与齿轮Ⅰ101相啮合来实现摇篮4纵向来回摇摆；横向滑道103的底面固定安装在底板Ⅰ1上，横向滑道103的顶面为一个凹形槽状面，凹形槽状的顶面底部嵌入间隔安装有多个滚筒Ⅰ106，纵向直线步进电机5的底座呈倒T型状，倒T型底座插入到凹形槽内实现纵向直线步进电机5在横向滑道103上的往复摇摆；横向滑道103的中间位置安装有一个电动插销Ⅰ104，纵向直线步进电机5的底座设置有一个凹孔Ⅰ105，通过控制电路控制电动插销Ⅰ104的伸缩来实现纵向直线步进电机5在横向滑道103上的滑动与固定。

传动结构Ⅱ包括齿轮Ⅱ201、锯齿导轨Ⅱ202和纵向滑道203；齿轮Ⅱ201以紧的配合方式安装在横向直线步进电机6的转轴上或者与横向直线步进电机6的转轴固定连接在一起；锯齿导轨Ⅱ202安装在摇篮4侧面上，通过与齿轮Ⅱ201相啮合来实现摇篮4横向来回摇摆；纵向滑道203的底面固定安装在底板Ⅰ1上，纵向滑道203的顶面为一个凹形槽状面，凹形槽状的顶面底部嵌入间隔安装有多个滚筒Ⅱ206，纵向直线步进电机5的底座呈倒T型状，倒T型底座插入到凹形槽内实现横向直线步进电机6在纵向滑道203上的往复摇摆；纵向滑道203的中间位置安装有一个电动插销Ⅱ204，横向直线步进电机6的底座设置有一个凹孔Ⅱ205，通过控制电路控制电动插销Ⅱ204的伸缩来实现横向直线步进电机6在纵向滑道203上的滑动与固定。

控制系统包括控制器Ⅰ501，可视操作屏502，继电器组，控制器Ⅱ503；控制器Ⅰ501设置在可视操作屏502内并与其相连，用于判断和输出可视操作屏502的操作信息；控制器Ⅰ501分别与纵向直线步进电机5和横向直线步进电机6相连，分别控制各个电机的正反转与转速；控制器Ⅰ501又与控制器Ⅱ503相连，控制器Ⅱ503又分别与电动插销Ⅰ104、电动插销Ⅱ204和电动插销Ⅲ404相连，用于控制各个电动插销的伸缩。

蓄电池12设置在底板Ⅰ1上，蓄电池12通过连接逆变器，将直流电逆变成交流的后为整个系统供电。

如图7所示，当操作人员通过可视操作屏502中控制纵向直线步进电机5控制信号输入端时，控制器Ⅱ503控制电动插销Ⅲ404和电动插销Ⅱ204处于缩回状态，控制电动插销Ⅰ104处于伸出状态，控制器Ⅰ501将其上的触点P1闭合P2断开，此时，继电器KM1得电并自锁，继电器KM1常开触点闭合、常闭触点打开（与继电器KM2形成互锁），纵向直线步进电机5（即图中M1）正向转动，当齿轮Ⅰ101转动到锯齿导轨Ⅰ102的行程开关SL1位置时，行程开关SL1一个触点断开，继电器KM1失电，纵向直线步进电机5停机。

控制器Ⅰ501将其上的触点P1断开P2闭合，此时继电器KM2得电并自锁，继电器KM2常开触点闭合、常闭触点打开（与继电器KM1形成互锁），纵向直线步进电机5（即图中M1）反向转动，当齿轮Ⅰ101转动到锯齿导轨Ⅰ102的行程开关SL2位置时，行程开关SL2一个触点断开，继电器KM2失电，纵向直线步进电机5停机。

然后控制器Ⅰ501又将其上的触点P1闭合P2断开，重复进行上述动作，实现摇篮4在纵向方向的摇摆；纵向直线步进电机5又串接一个调速器T1，调速器T1与控制器Ⅰ501相连，用于控制纵向直线步进电机5（即图中M1）的转速。

当操作人员通过可视操作屏502中控制横向直线步进电机6控制信号输入端时，控制器Ⅱ503控制电动插销Ⅲ404和电动插销Ⅰ104处于缩回状态，控制电动插销Ⅱ204处于伸出状态，控制器Ⅰ501将其上的触点P3闭合P4断开，此时，继电器KM3得电并自锁，继电器KM3常开触点闭合、常闭触点打开（与继电器KM4形成互锁），横向直线步进电机6（即图中M2）正向转动，当齿轮Ⅱ201转动到锯齿导轨Ⅱ202的行程开关SL3位置时，行程开关SL3一个触点断开，继电器KM3失电，横向直线步进电机6停机。

控制器Ⅱ503将其上的触点P3断开P4闭合，此时继电器KM4得电并自锁，继电器KM4常开触点闭合、常闭触点打开（与继电器KM3形成互锁），横向直线步进电机6（即图中M2）反向转动，当齿轮Ⅱ201转动到锯齿导轨Ⅱ202的行程开关SL4位置时，行程开关SL4一个触点断开，继电器KM4失电，横向直线步进电机6停机。

然后控制器Ⅰ501又将其上的触点P3闭合P4断开，重复进行上述动作，实现摇篮4在横向方向的摇摆；横向直线步进电机6又串接一个调速器T2，调速器T2与控制器Ⅰ501相连，用于控制横向直线步进电机6（即图中M2）的转速。

实施例二：

在实施例一的基础上，底板Ⅰ1的底面中间部位通过承重弹簧7固定连接一块底板Ⅱ2，在底板Ⅱ2的任一组对角处各安装一个电机，位于底板Ⅱ2的另一组对角中的任一个夹角处的底板Ⅰ1底面上安装有一根销轴301，电机的转轴上固定安装有一个转轮302，转轮302上缠绕有拉绳303，拉绳303自由端固定连接在销轴301上。

如图8所示，当操作人员通过可视操作屏502中控制电机Ⅰ304和电机Ⅱ305（即图中M3和M4）控制信号输入端时，控制器Ⅱ503控制电动插销Ⅲ404、电动插销Ⅰ104和电动插销Ⅱ204处于伸出状态，控制器Ⅰ501使得纵向直线步进电机5和横向直线步进电机6处于停机状态，控制器Ⅰ501将其上的触点P5、P7闭合，P6、P8断开，继电器KM5、KM7得电，继电器KM5、KM7常开触点闭合，控制电机Ⅰ304和电机Ⅱ305正向旋转，承重弹簧7就会受到一个横向和纵向共同作用的合力，合力的方向随着控制信号的不同，其方向范围发生变化。

当转到M3的行程开关SL5，M4的行程开关SL7位置时，行程开关SL5和行程开关SL7的一个触点断开，继电器KM5、KM7失电，电机Ⅰ304和电机Ⅱ305（即图中M3和M4）停机。

然后控制器Ⅰ501又将其上的触点P5、P7断开，P6、P8闭合，继电器KM6、KM8得电，继电器KM6、KM8常开触点闭合，控制电机Ⅰ304和电机Ⅱ305反向旋转，当转到M3的行程开关SL6，M4的行程开关SL8位置时，行程开关SL6和行程开关SL8的一个触点断开，继电器KM6、KM8失电，电机Ⅰ304和电机Ⅱ305停机，在承重弹簧7的弹力下，摇篮4恢复到初始位置。

然后控制器Ⅰ501又将其上的触点P5、P7闭合，P6、P8断开，重复进行上述动作，实现摇篮4在合力方向的摇摆；M3和M4分别又串接一个调速器T3，调速器T3与控制器Ⅰ501相连，用于控制M3和M4的转速。

实施例三：

在实施例一或实施例二的基础上，摇篮4上还安装有与控制器Ⅰ501相连的扬声器8，所述可视操作屏502上设置有与之相连的语音录入装置9。操作人员可以将胎教过程中使用的声音信号，以声音录入储存到控制器Ⅰ501中，并经过控制器Ⅰ501的模糊化处理，通过扬声器8实现声音的仿生输出

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。