儿童运动装置的制作方法

专利名称：儿童运动装置的制作方法
技术领域：
本发明大体来说针对儿童运动装置，且更特定来说针对将摆动、弹跳、摇摆、滑动 或其它运动赋予儿童占用者的儿童运动装置。
背景技术：
市售儿童运动装置包含摆式秋千及婴幼蹦床座位。这些类型的装置通常力图用于 娱乐、哄慰儿童或使儿童安静。一开始，通常将儿童放置于装置的座位上。对于常规儿童秋 千，所述装置接着使坐着的儿童以往复单摆运动方式移动。典型蹦床装置的座位由挠性导 线框架支撑。接着，儿童自身的移动或看护者所施加的外部力导致儿童的弹跳式振荡。儿童运动装置的实例包含在儿童头顶上方具有电机的Fisher-Price (费雪儿)摆 式秋千。可通过使悬吊式摆型秋千臂旋转通过90度的角度来沿两个任选面向座位的方向 中的一者定向所述秋千的座位。此外，第6，811，217号美国专利揭示一种儿童就座装置，其 可用作摇椅且具有弯曲底部轨道使得所述装置可模拟摇动椅。第4，911，499号美国专利揭 示一种具有基底及可附接到所述基底的座位的电机驱动式摇椅。所述基底并入有可以摇动 椅型运动方式移动。第4，805，902号美国专利揭示一种摆型秋千中的复杂设备。所述秋千 的座位以如下方式移动其行进路径的分量包含本专利的图9中所示的左右弧形路径。第 6，343，994号美国专利揭示另一种儿童秋千，其中基底形成有第一固定部分及在所述第一 部分内的可由父母转动或旋转的第二部分。座位围绕水平轴以常规类摆方式摆动且父母可 使装置在固定基底部分内旋转以改变坐在座位中的儿童的视野。尽管存在各种儿童运动装置的可用性，但遗憾地，由于哄慰儿童的不成功的尝试 而使看护者经常发现可用装置并不尽如人意。


在结合绘图阅读以下说明后，本发明的目标、特征及优点将变得显而易见，图中图1是具有在分解图中的座位且根据本发明一个方面构造的实例性儿童运动装 置的透视图。图2到图5是图1中所示的儿童运动装置的透视图，其中每一视图显示以多个任选就座定向中的不同就座定向安装的儿童座位。图6A是根据本发明一个方面的经配置以为摆动臂提供轨道或圆周弧形运动路径 的实例性儿童运动装置的示意性俯视图。图6B及6C是根据本发明教示内容的经配置以提供替代摆动臂运动路径的儿童运 动装置的另外实例的示意性侧视图。图7A及7B是根据本发明教示内容的经配置以提供另外替代摆动臂运动路径的儿 童运动装置的又一些实例的示意性正视图。图8A及8B是根据本发明教示内容的经配置以提供又一些替代摆动臂运动路径的 儿童运动装置的又一些实例的示意性侧视图。图9是根据本发明一个方面的经配置以提供具有方位角改变及标高改变两者的 摆动臂运动路径的另一实例性儿童运动装置的立面侧视图。图10是根据本发明一个方面的图9的儿童运动装置的透视剖面图，其显示驱动系 统的从垂直偏移的旋转轴。图11到图13是用于根据本发明教示内容构造的儿童运动装置的数个配置参数的 固有共振频率响应比的图表。图14是根据本发明一个方面的再一实例性儿童运动装置的透视图，其用具有用 于界定复摆运动路径的三个坐标轴的参考框架来显示。图15到图17是用于相对于图11中所界定的参考框架坐标轴的复摆运动路径的 实例性加速度数据的图表。图18是根据本发明供电的蹦床方面构造的儿童运动装置的实例性支撑结构及实 例性驱动系统的剖面图。图19及20是根据本发明一个方面的经配置以提供弹跳移动的儿童运动装置的基 于凸轮的驱动系统的实例的透视剖面图。图21是根据本发明一个方面的经配置以提供弹跳移动的儿童运动装置的基于偏 转的径向振荡器驱动系统的一个实例的立面侧视图。图22是根据本发明一个方面的经配置以提供弹跳移动的儿童运动装置的基于螺 旋弹簧的驱动系统的示意性表示。图23是根据本发明的一个或一个以上方面的经配置以驱动往复移动的实例性驱 动系统电路的示意图。图24A及24B是根据本发明的一个或一个以上方面由图23的驱动系统电路产生 的实例性电机驱动电压序列的图表。
具体实施例方式研究已显示，许多婴儿或儿童并不能通过常规儿童秋千及弹跳座位所提供的运动 来哄慰或使其安静。相反，可仍通过抱住儿童的父母或看护者所赋予的运动而容易地使儿 童安静或哄慰儿童。看护者经常用其胳膊且在其躯体前面抱住儿童并以使儿童安静及/或 哄慰儿童的方式移动。此类移动可包含看护者来回摆动其胳膊、左右地旋转其躯体或以组 合这些移动的方式移动时的左右摇动、轻微上下弹跳或轻微旋转摆动。本发明大体针对经构造以模仿由看护者提供给婴幼儿的哄慰移动的运动装置。在一些情况下，哄慰运动涉及摇动式摇摆运动路径。另一选择为或另外，哄慰运动并入有大体 垂直的弹跳移动，像提供给依靠在看护者的肩膀处或附近的儿童的运动。更一般来说，所揭 示的儿童运动装置通常基于父母通常用来哄慰其孩子的移动的特性。因此，所揭示的装置 经配置以准确地模仿此运动的一个或一个以上特性。为这些目的，所揭示的装置可经配置 而用于在对应频率下的具有各种往复运动路径的操作。举例来说，摇动式摇摆运动路径可 涉及在发现为此类父母哄慰移动特性的第一频率范围内的频率下的往复运动。大体垂直的 弹跳移动可涉及在发现为由父母提供时的此移动的特性的第二频率范围内的频率下的振 荡。如以下所述描述，这些频率范围由实验运动数据支持，所述实验运动数据是从在哄慰孩 子的同时被监测的父母组中的在统计上显著大多数的父母中采集的。在一些实施例中，儿童运动装置可为可定制或以其它方式可调整以允许看护者选 择运动路径及提供最有效哄慰的对应频率。看护者所选择的操作设定可提供根据摇摆及弹 跳运动中的一者或两者的移动，且因此可涉及所述频率范围中的一者或两者。所揭示的装置通常展示出模仿父母的运动或运动特性的运动或运动特性。在一些 情况下，所揭示的装置经配置以提供在统计上类似于大多数父母移动其孩子所处于的频率 的频率下的移动。替代在以下所描述的最佳频率窗口外移动儿童的秋千及蹦床产品，所揭 示的装置经配置以递送与父母所提供的移动的特性对应的一个频率(或多个频率)下的移 动。父母通常以两种不同的技术来哄慰其孩子。第一运动技术涉及低频摇摆/摆动运 动，其由具有大约0. 5Hz (0. 4973Hz)的中频及0. 1244Hz的标准偏差的正态分布(即，贝尔 曲线)恰当地表示或进行近似。在一个数据集中，所述中频是0.48Hz。第二运动技术涉及 具有大约3. OHz的主频与0. 15Hz的标准偏差的高频弹跳运动。此实验数据识别两个主要 运动频率窗口或范围(即，约0. 37Hz到约0. 62Hz，及约2. 85到约3. 15Hz)作为用于某些类 型的移动的操作的所需频率。以下所描述的儿童运动装置经配置以提供这些最佳频率范围 中的每一者内的对应移动。在一些方面中，本发明大体针对复摆运动路径，其使得可能通过具有合理装置尺 寸的系统的固有共振来实现所需的运动频率。举例来说，可经由具有大体垂直旋转轴的摆 式移动来提供低频范围内的移动。为配置在低速频率范围内操作的装置，常规摆式(即，单 摆式)秋千将通过将摆臂长度调整为1 英尺而具有0. 5Hz的固有共振频率(单摆固有频 率通过下式来计算ω = sqrt(g/L))0但此长度对于典型的全尺寸幼儿秋千可能是较长而 不方便。其它选项包含形成可以除产品固有频率以外的频率驱动所述产品的直接驱动秋千 运动机构，如以下所描述。在一些情况下，此方法可需要极高的能级。在其它情况下且如以 下所描述，复摆运动路径可涉及从垂直偏移的轴，使得所述移动包含垂直及水平分量两者。 因此，装置可具有更方便的摆臂长度但仍以其固有共振频率移动。以此方式，所述装置依赖 于系统的固有共振，且因此仅利用有限的电力来克服任何阻尼。本文中所描述的运动路径还使得可能提供平滑的往复移动。在一些情况下，运动 路径包含方位角改变及标高改变两者，借此使用重力作为平稳方法来使摇摆运动的方向反 转。标高改变可由偏移的旋转轴产生，其单独作用将产生位于从水平倾斜的平面内的运动 路径。标高改变还可由摆臂相对于旋转轴的定向产生。在一些情况下，所述定向的锐角产 生可沿运动路径进一步引入标高改变的圆锥形路径。由于这些类型的标高改变，不合需要
6的较高频率分量并未引入到移动中，从而使运动曲线(例如，移动的频率分布)主要在固有 共振频率下或由固有共振频率支配。本文中相对于各种组件的垂直或水平定向所应用的术语大体、大致及类似词打算 意指所述组件具有主要垂直或水平的定向，但在定向上不需要是精确地垂直或水平。所述 组件可相对于垂直或水平成角度，但并非到其中其远离所提及的参考大于45度的程度。在 许多实例中，术语“大体”及“大致”打算准许从这些类型的修饰词在本文中所应用到的参 考的某一许可偏移或甚至暗示某一既定偏移。现在转到图式，图1显示根据本发明的教示内容构造的儿童运动装置20的一个实 例。此实例中的装置20大体包含框架组合件22，所述框架组合件具有经配置以搁置在地 表面沈上的基底区段对。在本实施方式通篇中，术语“地表面”用于界定所述装置在使用 中配置中时搁置于其上的表面及为易于说明而用于与本发明的其它方面、部分或方向(例 如，垂直、水平等)进行比较的参考平面或表面两者。然而，本发明不打算局限于仅与具体 地基于地面或者其框架组合件的基底区段或参考表面的其它水平定向一起使用。而是，所 述地表面及所述参考平面用于帮助描述装置20的各种组件之间的关系。图1中所示的儿童运动装置20还具有从基底区段M的一部分向上延伸的竖直立 管、柱或脊状柱观。在此实例中，脊状柱观相对于其纵向长度沿大体垂直的定向而定向。 本文中所揭示的脊状柱中的任一者可具有以任一所需或适合的方式配置的外壳或盖。所述 外壳可以是装饰性、功能性或两者。所述盖还可以是可移除的以接近所述装置的内部工作 区(如果需要)。所述脊状柱可在定向、形状、大小、配置及来自本文中所揭示实例的类似物 上可显著变化。在此实例中，支撑臂30从脊状柱观悬臂伸出且从所述脊状柱沿径向方向大体向 外延伸。在此实例中，支撑臂30具有耦合到脊状柱观的一部分的受驱动端32。支撑臂30 经安装而用于围绕其受驱动端进行枢转左右移动以通过大致水平的行进路径。如以下所描 述，所述支撑臂可行进通过预定角度的部分轨道或弧段且可围绕旋转轴R旋转(例如，参见 图6A到图6C)。在一些情况下且如以下所描述，所述旋转轴可从垂直参考偏移且其可从所 述脊状柱的轴偏移。或者，所述旋转轴可与所述垂直参考、所述脊状柱的轴或如果需要则两 者对准。如以下所描述，所述受驱动端耦合到经设计以使所述支撑臂往复运动或振荡的驱 动系统。此实例中的支撑臂30还具有远端33，所述远端具有经配置以支撑儿童座位36以 与所述支撑臂一起移动的座位夹持架34。图1中所示的儿童运动装置20及本文中所描述的儿童运动装置的各种替代实施 例的各种组件可显著变化且仍归属于本发明的精神及范围内。揭示少量的实例来图解说明 组件配置的性质及变化。在图1的实例中，框架组合件22的基底区段M呈经定大小以为 装置20在使用中时提供稳定基底的圆箍的形式。基底区段M的配置可与图1中所示的筛 不同，如稍后所论述。基底区段M大体定位在座位夹持架M下方以抵消施加到所述脊状 柱及放置在悬臂伸出的支撑臂的座位上的儿童所形成的负载或力矩。类似地，座位夹持架 34可显著变化且仍归属于本发明的精神及范围内。在此实例中，座位夹持架34是环绕开 口 38的材料的正方形或矩形环。还可能有座位夹持架34的其它配置及构造，且本文中图 解说明各种替代实例。在此实例中，脊状柱观包含外部外壳39，所述外部外壳可经配置以 提供悦目或所需的美感外观。外壳39还可充当装置20的内部组件(例如，驱动系统)的保护盖。在一个实例中，座位夹持架34经配置以准许儿童座位36以若干任选定向安装于 支撑臂30上。如图1中所示，儿童座位36可具有仿形底部或基底40，所述底部或基底具有 经配置以啮合座位夹持架34的若干部分使得当儿童座位36搁置于所述座位夹持架上时其 牢固地固持在适当位置中的特征。在此实例中，所述座位夹持架由管状线性侧段形成。所 述座位底部在搁置于夹持架34的一个线性侧段上的一个端上具有平坦区域42。座位基底 40的悬垂区域44经定大小以装配于所述夹持架的开口 38内。基底40的另一端具有一个 或一个以上对准凹口 46，所述凹口经配置以接纳所述夹持架的相对线性侧段。悬垂区域44 及凹口 46将儿童座位36在所述夹持架上固持于适当位置中。还可依赖于重力自身将所述 座位保持于适当位置中。在另一实例中，一个或一个以上强制手功或自动闩48可用于所述 座位的一部分中，用在所述座位的一个或两个端处作为座位夹持架34的一部分，及/或用 在所述座位夹持架的一个或两个端处以将儿童座位36在座位夹持架34上牢固地固持于适 当位置中。闩48可以是弹簧偏压的以在所述座位放置于所述夹持架上时进行自动啮合。可将几何性及对称性设计到所述夹持架及座位中以准许所述座位以多个任选座 位定向放置于所述夹持架上。如图1中的虚线所表示，所述座位及/或所述座位夹持架还 可经配置以准许所述座位或夹持架偏斜以调整到各种斜向角度。在另一实例中，所述夹持 架及/或所述座位可经配合设计以准许所述座位或其它儿童支撑装置在放置于所述夹持 架上时在少于四个、多于四个或甚至无限数目的面向座位的定向之间旋转。两个部分上的 协作盘可用于实现无限的定向调整。图2到图5图解说明此实例中的座位夹持架34的正方形形状所许可的任选儿童 座位定向阵列的一个实例。如图2中所示，儿童座位36可定位在支撑臂30的座位夹持架 34上，其中旋转轴R定位在儿童的右手侧上。图3显示其中旋转轴R的位置位于所述儿童 座位后面的另一任选就座定向。图4显示其中旋转轴R的位置在所述儿童座位的左手侧上 的另一任选就座定向。图5显示其中所述儿童座位面向所述支撑臂的旋转轴R的位置的另 一替代就座定向。通过将座位36以不同的定向放置于所述夹持架中，儿童可在不改变支撑 臂行进特性的情况下体验不同的相对运动及各种不同的视觉环境。图1到图5中所大体描绘的实例性儿童运动装置根据本发明的一个方面来构造以 模拟或模仿可由母亲或父亲在其用其胳膊抱住孩子时采用的各种移动。抱住儿童的成年人 将经常交替地升高及降低其肩膀或左右枢转其躯体以模拟摇动移动。其它时候，成年人可 用其胳膊包住儿童并左右扭转其躯体以为儿童产生通过一段弧的摇摆运动。其它时候，成 年人可通过在抱住儿童的同时左右地横向移动其肘部而仅来回地摇摆儿童。有时成年人可 采用此类移动的组合及/或可在做这些运动时向前屈身并使其脊柱朝向儿童倾斜成一角 度。在任一情形中，成年人可容易地更改抱在其胳膊中的孩子的位置。有时成年人可 抱住儿童在有几分坐着的位置中而孩子背对其胸膛。在另一实例中，可抱住儿童在直接面 对成年人的位置中。在另一实例中，可抱住儿童以使其腿在一侧而头在另一侧并由成年人 摇动所述儿童。所揭示的儿童运动装置可模拟这些各种已证明的、自然的、安静及哄慰移动 中的任一者或全部的特性。一个特性涉及振荡的频率。父母通常抱住孩子并以缓慢均勻的 节奏移动孩子以帮助使孩子安静或哄慰孩子。如以下进一步描述，所揭示的装置可经构造以便以还模仿儿童可在被抱在成年人的胳膊中时体验的运动的程度及频率的方式操作。可以各种各样的方式来实现本文中所揭示装置的各种运动。图6A到图8B图解说 明替代儿童运动装置构造及布置的几个实例。图6A显示儿童装置20的俯视图。如图所示， 支撑臂30可旋转并往复运动通过小于整圆的行进弧。在一个实例中，支撑臂30可在两个 极端E之间旋转通过120度的角度β。此角度可变化、可大于360度、可小于120度，且仍 可归属于本发明的精神及范围内。本文中将支撑臂30描述为大致水平且本文中将旋转轴 R描述为大致垂直，即使其可从这些参考有角度地偏移，如本文中的若干绘图所图解说明。图6Β及6C显示用于装置20的替代布置以产生稍微不同的运动路径。如图6Β及 6C中所示，支撑臂30可围绕旋转轴R旋转。旋转轴R可相对于参考平面与垂直轴V对准， 如图6C中所示。然而，在图6Β中所示的实例中，支撑臂30相对于水平参考H倾斜成角度 α且垂直于其旋转轴R。因此，旋转轴R也相对于垂直参考V倾斜成角度a。在其它实例 中，包含以下所描述的实例中的一些实例，所述两个角度可不同以产生另外的变化的运动 路径。在一个实例中，角度α可以是约15度，但所述角度可小于15度、0度或大于15度， 且仍归属于本发明的精神及范围内。如果需要，所述支撑臂及/或所述旋转轴甚至可远离 行进弧倾斜。在垂直偏移的布置(例如，图6Β)中，所述支撑臂将扫掠通过其弧或在相对于水平 倾斜的平面中行进。因此，座位夹持架34的实际运动将围绕其轴R具有旋转运动路径，所 述旋转运动路径包含水平分量以及垂直分量。在夹持架34沿倾斜的行进平面T内的路径 移动时，其位置高度(或标高)将在低高程点与高高程点之间变化。这些高程可经设定以 在沿所述行进弧的任何位置处出现，此视所述座位夹持架的行进弧的中点M经设计以出现 的位置而定。如果所述行进弧的中点M被设定在由座位夹持架行进弧界定的行进平面T的 最低高程处，那么相等的高点将出现在所述弧的相对极端E处。此配置可最佳地模拟儿童 可在被抱在其父母的胳膊中时体验的运动。在图6C中，显示另一替代运动路径。在此实例中，旋转轴R为精确地垂直且与垂 直参考轴V(以及此实例中的脊状柱轴)共线性。然而，在此实例中，所述支撑臂从水平参 考H向下倾斜成角度α。因此，所述座位夹持架将在水平平面中行进通过圆弧。因此，支撑 臂30将移动通过圆锥形C的一段弧且不在平面中。此实例中的儿童座位夹持架34稍微远 离脊状柱观倾斜。或者，视需要，座位夹持架34可平行于水平参考H定向或从水平参考H 向上倾斜成一角度。对于图6Β的实例也是如此。在这些实例中的任一者中，支撑臂30可经折弯或定向，使得至少在行进弧的低高 程点或中点处所述座位经定向而与地表面或水平齐平。图6Α及6Β以虚线显示此座位夹持 架定向。相对于所述支撑臂的座位夹持架角度可变化且甚至可以是可调整的以为座位占用 者提供额外运动路径替代方案。图7Α及7Β是也描绘可并入到装置20中或由装置20提供的替代运动路径的正视 图。图7Α的正视图在一个实例中表示图6Β中所示的装置的儿童座位的行进路径。座位夹 持架因其运动的水平分量及垂直分量两者而既将左右行进又将扫掠通过一弧。这是因为支 撑臂30在相对于水平参考倾斜成角度α的行进平面T中移动。图7Β的正视图表示图6C 中所示的装置的儿童座位的行进路径。此装置的儿童座位将在水平行进平面中移动。图7Α也可表示其它运动路径替代方案。可在装置20中设计支撑臂30的受驱动
9端32处的凸轮表面或可采用其它机械构件以在所述支撑臂扫掠通过其行进弧时赋予所述 支撑臂的任选垂直移动。在所述臂左右地且根据沿其行进弧的位置往复运动时，可致使所 述臂沿其旋转轴R的方向垂直移动(参见图8A作为所述运动的表示)或垂直枢转(参见图 8B作为表示)。在一个实例中，四杆或其它机械链接布置可用于驱动系统中或甚至用于支 撑臂及/或夹持架构造中。此类链接布置可用于产生沿不同方向的任选运动，包含所述臂 的枢转垂直移动、所述臂的线性垂直移动、所述臂的纵向移动、所述臂的纵向旋转等等。下 文结合图18到图22描述这些类型的大体垂直移动的另外的实例。图8A及8B还表示垂直往复或弹跳运动。可使用弹簧来来赋予弹跳或振荡垂直运 动，如下文还将描述。可任选地设计弹跳运动特征作为所述装置的单独运动选项，使得儿童 座位甚至可在所述支撑臂不以旋转方式往复运动时弹跳，或者作为可连同所述支撑臂的旋 转移动一起同时发生的额外运动。同样垂直运动可如图8B中所示为有角度的或可如图8A 中所示为线性的。赋予本文中所揭示支撑臂的运动特性的类型及复杂性可变化且仍归属于本发明 的精神及范围内。如果需要，那么所述支撑臂(举例来说)还可经设计以在改变方向之前 行进通过360度或更多。如果需要，那么座位夹持架34及/或支撑臂30还可以是可有角 度地调整，以进一步更改座位占用者所体验的运动。图8B还表示可任选地添加到所揭示装 置的此类型调整特征的一个实例。另外，如果需要，那么所述支撑臂可以是长度可调整，以 在装置20中产生甚至更多的运动多样性。如以下所描述，此类型的调整可给用户提供修改 系统的固有共振频率的选项，此又改变了装置的操作(例如，振荡)频率。另一选择为或另 外，座位位置可以是沿所述支撑臂从远端向内朝向受驱动端可以滑动方式调整或特定位置 可调整。此类基于座位位置的调整还可用于实现上述频率调整。图9及10描绘根据本发明一个方面的实例性儿童运动装置，其通常以50来指示， 经配置而用于所需频率下的振荡。装置50的配置定向儿童占用者，使得移动的特性(且明 确地说，频率)模仿由看护者提供给儿童的哄慰运动。下文对装置50进行描述以提供关于 具有复合运动路径(例如，而非单摆式)的儿童运动装置的一个实例以及在一些情况下所 述复合运动路径可如何支持所需频率范围内的移动的另外的细节。下文说明是基于以下理 解提供的所述细节中的许多细节(如果不是全部)同样地或类似地可应用于上文所描述 的装置及装置配置中的一者或多者。可以类似于上文所描述的装置的方式大体地构造儿童运动装置50。举例来说，此 实例中的装置50大体包含框架组合件51，所述框架组合件经配置以将占用者座位52支撑 于装置50安置于其上的表面上面。框架组合件51的基底区段M搁置于所述表面上以为 装置50在使用中时提供稳定基底。框架组合件51还包含座位52安装于其上的座位支撑 框架56。可如上文所描述来配置座位52及座位支撑框架56以支持若干任选座位定向。座 位框架56大体悬吊于基底区段M上方以允许座位52在操作期间的往复移动。为此目的， 框架组合件51的直立柱58从基底区段M向上延伸以充当提升器或脊状柱，支撑臂60从 所述提升器或脊状柱径向向外延伸以与座位框架56会和。在此实例中，柱或脊状柱58相对于其纵向长度沿大体垂直的定向而定向。柱58 可具有外部外壳59，所述外部外壳可以任一所需或适合的方式配置以提供悦目或所需的美 感外观。
在外壳59内，装置50包含通常以62指示且示意性地显示于图10中的驱动系统。 驱动系统62大体界定旋转轴R(图9)，支撑臂60从所述旋转轴悬臂伸出且支撑臂60围绕 所述旋转轴往复运动，如上文所描述。为此目的，驱动系统62包含驱动轴件64。在此实例 中，轴件62是连接在框架组合件51内的管状杆以将运动从驱动系统62传送到支撑臂60。 轴件62、且因此旋转轴R相对于垂直参考向上延伸成角度θ。在操作中，电动机66(例如， DC电动机)驱动具有(例如)蜗轮68及蜗轮从动件70的齿轮系，为易于图解说明而示意 性地描绘所述蜗轮及所述蜗轮从动件。在一些情况下，蜗轮从动件70可携载充当曲柄轴件的销或栓(未显示)。在此情 况下，电机66始终沿相同方向转动，且所述销从齿轮从动件70的旋转轴发生位移(即，偏 移)，使得齿轮从动件70的旋转致使所述销沿圆形或旋转路径前进。所述销的自由端延伸 到耦合到轴件62的U形或有凹口的托架(未显示)的垂直定向的凹槽中。以此方式，所述 销沿所述圆形路径的移动从纯粹的旋转运动变换为轴件62的振荡或往复运动。尽管电机 66为单个方向，但所述有凹口的托架在一个半循环期间沿一个方向且在另一半循环期间沿 相反方向发生位移。接着，所述曲柄轴件的传送到所述有凹口的托架的能量经由弹簧(未 显示)作用于摆动枢转轴件(未显示)上。接着，所述摆动枢转轴件链接或耦合到驱动轴 件62以使支撑臂60振荡通过其运动图案。在此实例中，所述弹簧可充当旋转阻尼机构以 及蓄能器。所述弹簧可经实施以用作类离合器元件以通过允许电机66与轴件62之间的不 同步运动来保护所述电机。因此，在此情况下，轴件62并非直接连接到电机66，借此形成间 接驱动机构。所揭示的儿童运动装置可但不需要利用间接驱动技术以允许所述电机支持装置 的固有共振频率下的运动。如上文所描述，通常施加间接驱动以克服系统中存在的阻尼， 同时以其它方式允许所述系统在共振下移动。适合电机驱动系统的实例及相关技术描述 于美国专利第5，525，113号(“敞顶式秋千及控制(Open Top Swing andControl) ”)、第 6，339，304号(“用于在每一摆动循环后更改到驱动电机的电力的秋千控制(Swing Control for Altering Power to Drive 电机 After Each Swing Cycle)”)以及第 6，875，117 号 (“秋于驱动机构(Swing Drive Mechanism)")中，所述专利的揭示内容以全文引用的方式 并入本文中。所揭示装置及方法的实践不限于上述间接驱动技术，而是可替代地涉及若干不同 电机驱动方案及技术中的任一者。因此，驱动系统的组件可显著变化且仍归属于本发明的 精神及范围内。实例性驱动系统62提供非常适合结合儿童运动装置50 —起使用的往复运 动，因为驱动机构及其机械链接允许在电机到占用者座位的耦合中存在某一滑动量。然而， 肯定存在可替代地用于将所需的振荡或往复运动赋予给本文中所揭示装置的支撑臂的许 多其它可能的驱动机构或系统。一种此类技术涉及其中电机轴件以机械方式链接到摆动枢转轴件而不允许任何 滑动的直接驱动机构。在此情况下，可经由切换的电机电压极性(即，正向及反向驱动信 号)沿不同方向驱动所述电机以实现往复运动。接着，所述机械链接经配置以适应双向运 动，不同于上文所描述的实例性驱动系统中的窝轮及其它机械链接组件。可以开放回路或 闭合回路方式给所述电机供电。在开放回路系统中，以交替的极性向所述电机施加电力，使 得可通过调整所施加的电压、电流、频率或工作循环来控制摆动速度(或摆动角振幅)。替代系统以固定的极性施加电力，其中经由机械链接形成往复运动。直接驱动系统的闭合回 路控制可涉及与开放回路控制中所实施的控制技术类似的控制技术，尽管可经由位置反馈 技术来优化。借助反馈信息，可调整并优化所施加的电压及其它参数以最高效地获得或控 制到所需的摆动振幅。其它任选驱动技术可包含或涉及弹簧操作的上发条机构、磁系统、电磁系统或用 以将驱动机构能量及运动转换为所揭示装置的往复或振荡运动的其它装置。根据本发明的一个方面，装置50通常经配置以支持模仿父母所提供的摇摆运动 的频率下的移动。为此目的，驱动系统62，不论是间接还是直接，使支撑臂60移动使得座 位52沿运动路径以发现为在提供摇动式摇摆运动以哄慰儿童的看护者中在统计上普遍的 频率范围内的频率往复运动。如上文所描述，本文中所描述的装置通常经配置以模仿还可 涉及标高改变的左右摇摆移动。对于此类型的哄慰移动，父母通常用低速摇摆/摆动运动 来哄慰其孩子，所述低速摇摆/摆动运动由具有大约0.5Hz (0.4973Hz)的中频及0. 1244Hz 的标准偏差的正态分布(即，贝尔曲线)恰当地表示或进行近似。在一个数据集中，所述中 频是0. 48Hz。因此，此实验数据识别从约0. 37Hz到约0. 62Hz的一个所需频率窗口或范围。 由所述实验数据支持的第二所需频率范围从约0. 4Hz达到约0. 5Hz。尽管准确的频率可取 决于座位52的定向，但显示为有效的一个实例性频率是约0. 4Hz。不同于直接驱动系统(其中驱动系统可经配置以使支撑臂以所需频率移动)，具 有间接驱动系统的装置经设计以通过固有共振以所需频率往复运动。为此目的，本发明的 一个方面大体针对复摆运动路径，其使得可能通过具有合理装置尺寸的系统的固有共振来 实现所需的运动频率。遗憾地，单摆式配置将需要1 英尺的摆臂来获得大约0. 5Hz的固 有共振频率。因此，可经由从所述支撑臂及旋转轴的配置及定向产生的经修改摆式移动来 提供低频范围内的移动，如下文所描述。装置50的频率由于其经修改的摆式几何性而接近类似大小的常规摆式秋千的一 半频率。更具体来说，所述几何性通常支持具有方位角改变及标高改变两者的秋千臂运动 路径。所述标高改变是驱动系统的旋转轴从垂直偏移的结果，使得座位在其接近往复运动 行程的每一端点时克服重力而升高。所述几何性的促成所述方位角改变及标高改变两者的 另一特征是支撑臂与旋转轴的角度，其致使所述支撑臂的轨迹为圆锥形，如上文所描述。在 图9及10的实例中，所述角度是锐角，使得圆锥形路径朝向端点产生较陡峭(即，较快速) 的标高改变(相对于具有90度的角度的定向)。由于前述原因，装置50的固有频率保持为重力及摆臂长度的函数，但还取决于秋 于旋转轴与垂直形成的角度θ及摆臂与所述旋转轴的角度Φ。如下界定共振频率
0064
权利要求
1.一种儿童运动装置，其包括框架，其相对于参考表面提供结构支撑件且包含以可枢转方式耦合到所述结构支撑件 以用于随着共振频率进行往复移动的臂；儿童支撑装置，其耦合到所述臂且通过所述框架与所述参考表面间隔开；及驱动系统，其包含电机，所述电机经配置以驱动所述臂使得所述儿童支撑装置以与所 述共振频率匹配的频率沿运动路径往复运动，所述驱动系统经配置以调整所述电机的工作 循环以控制所述」L童支撑装置沿所述运动路径移动的速度。
2.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述驱动系统包含控制器，所述控制器 经配置以用具有与固有频率匹配的频率的驱动电压来驱动所述电机。
3.根据权利要求2所述的儿童运动装置，其中所述驱动电压包含脉冲序列，每一脉冲 具有经配置而以与所述共振频率匹配的速度驱动所述电机的振幅。
4.根据权利要求2所述的儿童运动装置，其中所述控制器经配置以响应于用户速度选 择而调整所述工作循环。
5.根据权利要求2所述的儿童运动装置，其进一步包括用以提供反馈数据的传感器， 所述控制器响应于所述反馈数据而使所述驱动电压与所述往复移动同步。
6.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述驱动系统经配置以使所述臂以在从 约0. 37Hz到约0. 62Hz的范围内的频率移动。
7.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述共振频率在所述从约0.37Hz到约 0. 62Hz的范围内。
8.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述驱动系统界定大体垂直的旋转轴， 且其中所述臂从所述旋转轴悬臂伸出。
9.根据权利要求8所述的儿童运动装置，其中所述旋转轴从垂直偏移，使得所述运动 路径具有水平分量及垂直分量两者。
10.根据权利要求9所述的儿童运动装置，其中所述臂具有相对于所述旋转轴的长度 及定向，使得固有共振频率在所述从约0. 37Hz到约0. 62Hz的范围内。
11.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述驱动系统界定大体垂直的旋转轴， 且其中所述臂以锐角从所述旋转轴悬臂伸出。
12.一种儿童运动装置，其包括框架，其相对于参考表面提供结构支撑件且包含以可枢转方式耦合到所述结构支撑件 以用于随着共振频率进行往复移动的臂；儿童支撑装置，其耦合到所述臂且通过所述框架与所述参考表面间隔开；及驱动系统，其包含电机，所述电机响应于驱动电压而驱动所述臂，使得所述儿童支撑装 置沿运动路径往复运动，所述驱动系统进一步包含控制器，所述控制器用以使所述驱动电 压的频率与所述共振频率匹配且控制所述驱动电压的工作循环以控制所述儿童支撑装置 沿所述运动路径移动的速度。
13.根据权利要求12所述的儿童运动装置，其中所述驱动电压包含脉冲序列，每一脉 冲具有经配置而以与所述共振频率匹配的速度驱动所述电机的振幅。
14.根据权利要求12所述的儿童运动装置，其中所述控制器经配置以响应于用户速度 选择而调整所述工作循环。
15.根据权利要求12所述的儿童运动装置，其进一步包括用以提供反馈数据的传感 器，所述控制器响应于所述反馈数据而使所述驱动电压与所述往复移动同步。
16.根据权利要求12所述的儿童运动装置，其中所述驱动系统经配置以使所述臂以在 从约0. 37Hz到约0. 62Hz的范围内的频率移动。
17.根据权利要求12所述的儿童运动装置，其中所述共振频率在所述从约0.37Hz到约 0. 62Hz的范围内。
18.根据权利要求12所述的儿童运动装置，其中所述驱动系统界定大体垂直的旋转 轴，且其中所述臂从所述旋转轴悬臂伸出。
19.根据权利要求18所述的儿童运动装置，其中所述旋转轴从垂直偏移，使得所述运 动路径具有水平分量及垂直分量两者。
20.根据权利要求19所述的儿童运动装置，其中所述臂具有相对于所述旋转轴的长度 及定向，使得固有共振频率在所述从约0. 37Hz到约0. 62Hz的范围内。
21.根据权利要求12所述的儿童运动装置，其中所述驱动系统界定大体垂直的旋转 轴，且其中所述臂以锐角从所述旋转轴悬臂伸出。
22.—种控制具有儿童支撑装置的儿童运动装置的方法，所述儿童支撑装置耦合到用 于使所述儿童支撑装置沿运动路径进行具有共振频率的往复移动的臂，所述方法包括以下 步骤产生用于驱动所述臂以支持所述往复移动的电机的驱动电压；及调整所述驱动电压的工作循环以控制所述儿童支持装置沿所述运动路径移动的速度；其中所述驱动电压具有与所述往复移动的所述共振频率匹配的频率。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述驱动电压包含脉冲序列，每一脉冲具有经 配置而以与所述共振频率匹配的速度驱动所述电机的振幅。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述调整步骤响应于用户速度选择。
25.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括基于指示沿所述运动路径的位置的反 馈数据而使所述驱动电压与所述往复移动同步的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种儿童运动装置，其包含框架，其相对于参考表面提供结构支撑件且包含以可枢转方式耦合到所述结构支撑件以用于随着共振频率进行往复移动的臂；儿童支撑装置，其耦合到所述臂且通过所述框架与所述参考表面间隔开；及驱动系统，其包含电机，所述电机经配置以驱动所述臂使得所述儿童支撑装置以与所述共振频率匹配的频率沿运动路径往复运动。所述驱动系统经配置以调整所述电机的工作循环以控制所述儿童支撑装置沿所述运动路径移动的速度。
文档编号A47D13/10GK102058278SQ201010261068
公开日2011年5月18日 申请日期2010年8月23日 优先权日2009年11月11日
发明者乔舒亚·E·克拉珀, 马修·费尔德尔曼 申请人:葛莱儿婴儿产品股份有限公司