本发明涉及家具智能技术领域，尤其是涉及一种使圆弧摇脚类摇动用具自动摇动的方法及智能驱动器。
背景技术：
摇椅是世人特别喜欢的一种优雅享受级的家庭用具，民间称其为“神仙椅”“逍遥椅”“安乐椅”。其属性既属于家具，又远远高于家具。但当下，市面上的摇椅都只是一群“僵尸摇椅”！说是摇椅，但根本不能自动摇动。而“摇动”才是摇椅深受世人喜欢的灵魂价值！只有摇动才能带给世人优雅愉快舒畅惬意的乐趣享受。
物体的摇动有若干种形式，其动态规律都是不一样的，比如，常见的“荡秋千”形式的摇动、平移形式的摇动以及摇椅形式的摇动等。秋千形式的摇动和平移形式的摇动，其动态规律比较规则，要想使这两种形式的摇动保持自动摇动状态，对其施加机械驱动，比较简单，易于控制。但是，“荡秋千”式的摇动虽然有比较好的快乐喜悦价值因素，但由于动作幅度比较大，比较适合热闹兴奋人多的场合；而“平行摇动”因其摇动的运动规律不适合人类的娱乐性活动，所以极少被利用为世人的康乐游戏活动。而“摇椅”的摇动具有优雅舒畅镇静乐趣的特点，特别适合人类在雅静的室内休闲安静舒适的享受，所以深受人类喜欢。但因其在摇动时的运动规律却比较特殊(物理学用“运动焦点”和“运动轨迹”来描述)，呈“线状焦点”和“面状轨迹”，这种特殊的运动规律，很难通过直接施加机械驱动力使其保持自然不停地摇动。试验证明，对这种摇动方式直接施加机械的驱动力与摇椅的摇动规律会产生相互严重干扰，是行不通的！此发明之前的技术为空白。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能够使圆弧摇脚类摇动用具自动智能摇动的方法，以解决现有圆弧摇脚类摇动用具存在无法自动摇动的技术问题，该方法可以应用到摇椅、躺椅、摇床或其他圆弧摇脚类摇动用具上。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案，包括如下步骤：
本发明提供的一种使圆弧摇脚类摇动用具自动摇动的方法：
a：在圆弧摇脚类摇动用具上安装智能驱动器；
b：智能驱动器的适用范围：所有圆弧摇脚类摇动用具；
c：智能驱动器的安装位置：包括：摇椅静态着地点处且驱动杆指向摇椅前端、摇椅静态着地点处且驱动杆指向摇椅后端、摇椅静态着地点前侧30cm处且驱动杆指向摇椅后端或摇椅静态着地点后侧25cm处且驱动杆指向摇椅前端；
d：智能驱动器的结构和组成：包括驱动电机、驱动杆、感应装置、plc控制模块、电源控制组件；所述驱动电机与所述驱动杆传动连接，所述plc控制组件与所述驱动电机、电源控制器和感应装置均电连接，所述驱动电机为正反转步进电机。
e：智能驱动器驱动摇椅自动摇动的具体工作方法步骤：
(1)、启动智能驱动器，然后进行摇动强度的选择；
(2)、智能驱动器中的驱动杆在驱动电机的带动下转动并支撑在位于摇椅静态着地点左侧或右侧的地面上，通过地面反作用力撑起摇椅向一端倾斜，使摇椅的着地点向远离地面的方向转动；
(3)、当摇椅受到驱动电机提供的最大峰值驱动力撑向远离地面方向摇动时，摇椅会在惯性力的作用下继续向右侧摇动，而智能控制器会适时终止驱动力；当摇椅摇向右侧的惯性力消失后，摇椅在失衡状态下又自然回落，并由于惯性的作用而摇向另一端；当惯性力消失后、摇椅又会向反方向回落，此时，驱动器内置的感应装置会将摇椅所处的位置、角度传递给内置的plc组件，并通过内置的plc组件结合使用者设定的强度参数，实时计算并判断出本轮摇动循环摇动力的衰减后，需补充的驱动力，并实时将所需补充的驱动力的量传递给电源控制器，电源控制器便会给驱动电机施加一个合适的电量，以补充前一个摇动循环衰减的动能，如此循环往复，使摇椅保持智能持续摇动；
(4)、驱动力的中止与驱动杆的收起：当摇椅受到驱动电机提供的最大峰值驱动力撑向远离地面方向摇动时，驱动器在智能控件的工作下，会适时终止驱动力，驱动电机中止转动，此时智能驱动器中的智能机构会给驱动电机一个反向旋转指令和电流，让驱动电机反向旋转一定角度，将驱动杆收回到静止状态的位置，即驱动杆复位到初始抬起状态；
(5)、当摇椅向一端摇动的惯性力衰减变小，摇椅的摇动强度达不到用户设定的强度时，智能驱动器将根据感应装置获取的参数，在下一个摇动循环里给予摇椅补充施加一个适量的驱动力，让智能驱动器再次控制驱动杆支撑地面并提供驱动力使摇椅再次以设定强度摇动，如此往复循环。
作为本发明的技术要点，智能驱动器在批量生产出厂之前，已在实验室环境条件下将摇椅摇动时的多维动态参数通过实验室取样定型，分组存储在不同类型摇动家具驱动器的控制器的存储模块内，每组参数对应控制器中一个摇动强度模式，并通过控制器运算后转化为驱动电机的指令和电流强度。摇动强度包括强、中、弱多档模式。
作为本发明的技术要点，多维动态参数包括摇幅、摇频和摇动中的瞬时焦点位置。
本发明提供的使圆弧摇脚类摇动用具自动摇动的智能驱动器，包括驱动电机、驱动杆、控制器和感应装置，所述驱动电机与所述驱动杆传动连接，所述控制器与所述驱动电机和所述感应装置均电连接，所述驱动电机为正反转步进电机。本发明智能驱动器的名称还可以换成摇椅自动智能驱动器、摇椅自动智能摇动器、摇椅自动智能摇动装置、摇椅自动智能驱动装置、自动智能摇动器、自动智能驱动器、自动智能摇动装置、智能自动驱动器、智能自动摇动器、智能自动摇动装置、自摇动器、自摇动装置、摇动用具、驱动器、智能自动、摇动器、驱动装置等。
作为本发明的技术要点，所述感应装置为红外、微波或激光技术传感器。
作为本发明的技术要点，所述感应装置安装在智能驱动器的底部、摇椅底撑前后附近，并与地面垂直。
作为本发明的技术要点，所述驱动杆末端设置有着地滚轮。也可不设置着地滚轮，以驱动杆的一端直接着地，当驱动杆的一端直接着地时，作为技术细节，驱动杆着地端与地面接触部位为光滑表面，所述驱动杆撑在地面给摇椅提供驱动力。
作为本发明的技术要点，所述控制器包括输入装置、采集模块、存储模块、运算模块、信息输出模块、和电源控制模块，所述输入装置通过所述运算模块与所述存储模块电连接，所述感应装置与所述采集模块电连接，所述采集模块与所述运算模块和所述存储模块均电连接，所述运算模块通过所述信息输出模块与所述电源控制模块连接，所述电源控制模块与所述驱动电机电连接。
作为本发明的技术要点，所述存储模块内存储有对应于多组多维动态参数数据以及对应于多组数据的不同摇动强度的驱动指令，所述输入装置包括手控板和声控识别模块，所述手控板和所述声控识别模块分别与所述运算模块电连接。
本发明的摇动方法适用于圆弧摇脚类摇动用具，包括摇椅、躺椅、摇床等。
本发明的技术核心为：智能自动驱动器采用智能感应技术，将摇椅摇动时的多维动态数据(摇幅、摇频、摇动中的瞬时焦点等)在生产定型时，就于实验室条件下定点取样确定参数，并存储于智能控制机构的存储模块中。使用中，智能机构又对摇椅在摇动中的动态进行实时取样，并通过plc可编程逻辑控制器与预存储的参数进行比较、运算、判断后，转化为指令，实时传达给电源控制模块及驱动电机，让驱动电机在合适的时间、合适的位置、给摇椅施加一个合适的驱动力，使摇椅在各种摇动幅度和频率下都保持智能自然持续摇动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明使摇椅自动摇动的方法中智能驱动器的第一种安装位置图；
图2是本发明使摇椅自动摇动的方法中智能驱动器的第二种安装位置图；
图3是本发明使摇椅自动摇动的方法中智能驱动器的第三种安装位置图；
图4是本发明使摇椅自动摇动的方法中智能驱动器的第四种安装位置图；
图5是本发明使摇椅自动摇动的方法中摇椅处于静态时的示意图；
图6是本发明使摇椅自动摇动的方法以第一种安装位置为例智能驱动器刚启动的示意图；
图7是本发明使摇椅自动摇动的方法以第一种安装位置为例摇椅初次被摇动起来向右侧倾斜的示意图；
图8是本发明使摇椅自动摇动的方法以第一种安装位置为例驱动杆复位时的示意图；
图9是本发明使摇椅自动摇动的方法以第一种安装位置为例在惯性力作用下向左侧摇动的示意图；
图10是摇椅在摇动时的运动规律呈现的“线状焦点”和“面状轨迹”图；
图11是摇频摇幅施力关系图；
图12是本发明智能驱动器的控制原理图；
图13是本发明智能驱动器一种实施例的安装位置图。
图中1、智能驱动器；11、驱动杆；12、滚轮；13、驱动电机；14、感应装置；100、弧形摇脚；200、底横撑。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的摇椅实例仅为本发明一部分实例，而不是全部的实例。本发明可运用于所有圆弧摇脚类摇动家具，因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它同类实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种使圆弧摇脚类摇动用具自动摇动的方法，包括如下步骤：
a：在圆弧摇脚类摇动用具上安装智能驱动器；
b：智能驱动器的适用范围：所有圆弧摇脚类摇动用具；
c：智能驱动器的安装位置：包括：摇椅静态着地点处且驱动杆指向摇椅前端、摇椅静态着地点处且驱动杆指向摇椅后端、摇椅静态着地点前侧30cm处且驱动杆指向摇椅后端或摇椅静态着地点后侧25cm处且驱动杆指向摇椅前端；
d：智能驱动器的结构和组成：包括驱动电机、驱动杆、感应装置、plc控制模块、电源控制组件；所述驱动电机与所述驱动杆传动连接，所述plc控制组件与所述驱动电机、电源控制器和感应装置均电连接，所述驱动电机为正反转步进电机。
e：智能驱动器驱动摇椅自动摇动的具体工作方法步骤：
(1)、启动智能驱动器，然后进行摇动强度的选择；
(2)、智能驱动器中的驱动杆在驱动电机的带动下转动并支撑在位于摇椅静态着地点左侧或右侧的地面上，通过地面反作用力撑起摇椅向一端倾斜，使摇椅的着地点向远离地面的方向转动；
(3)、当摇椅受到驱动电机提供的最大峰值驱动力撑向远离地面方向摇动时，摇椅会在惯性力的作用下继续向右侧摇动，而智能控制器会适时终止驱动力；当摇椅摇向右侧的惯性力消失后，摇椅在失衡状态下又自然回落，并由于惯性的作用而摇向另一端；当惯性力消失后、摇椅又会向反方向回落，此时，驱动器内置的感应装置会将摇椅所处的位置、角度传递给内置的plc组件，并通过内置的plc组件结合使用者设定的强度参数，实时计算并判断出本轮摇动循环摇动力的衰减后，需补充的驱动力，并实时将所需补充的驱动力的量传递给电源控制器，电源控制器便会给驱动电机施加一个合适的电量，以补充前一个摇动循环衰减的动能，如此循环往复，使摇椅保持智能持续摇动；
(4)、驱动力的中止与驱动杆的收起：当摇椅受到驱动电机提供的最大峰值驱动力撑向远离地面方向摇动时，驱动器在智能控件的工作下，会适时终止驱动力，驱动电机中止转动，此时智能驱动器中的智能机构会给驱动电机一个反向旋转指令和电流，让驱动电机反向旋转一定角度，将驱动杆收回到静止状态的位置，即驱动杆复位到初始抬起状态；
(5)、当摇椅向一端摇动的惯性力衰减变小，摇椅的摇动强度达不到用户设定的强度时，智能驱动器将根据感应装置获取的参数，在下一个摇动循环里给予摇椅补充施加一个适量的驱动力，让智能驱动器再次控制驱动杆支撑地面并提供驱动力使摇椅再次以设定强度摇动，如此往复循环。
如图1和图2所示，作为可选的实施方式，智能驱动器1安装位置包括：摇椅静态着地点处且驱动杆指向摇椅前端a1、摇椅静态着地点处且驱动杆指向摇椅后端a2、摇椅静态着地点前侧30cm处且驱动杆指向摇椅后端b或摇椅静态着地点后侧25cm处且驱动杆指向摇椅前端c。
如图3所示，摇椅静态着地点a点为摇椅的圆弧脚上的中间点；如果从侧面看，还可以安装位于a点前30cm左右的b点，如图4所示，和a点后25cm左右的c点位置，其中a点位置的安装还具有可以朝前或是朝后的两种安装方法，如图1和图2。
本申请以安装在a点朝前位置(驱动杆朝前安装为例)即a1点为实施例，驱动方法：
1)如图5，当摇椅处于未动状态时，摇椅的着地点是位于中间点的位置；
2)如图6所示，当启动智能驱动器时，驱动电机输出扭力给驱动杆11，驱动杆11的一端支撑于地面，地面的反作用力通过固定在摇椅底横撑200上的智能驱动器1产生反作用扭力将摇椅撑起向右侧一端倾斜，此时，摇椅的着地点已经随着摇动远离地面并移向右侧(如图7)，这时，智能驱动器1的智能控制机构会根据使用者选择的不同摇动强度，适时中止驱动扭力，驱动杆11会自动收起(如图8)，摇椅在继续一段惯性之后，在摇椅处于失衡状态下，会自动向左端回落，由于惯性规律，摇椅的重心会惯向左侧，摇椅的右侧会翘起(如图9)。当摇椅的惯性力消失后，摇椅又会因不平衡而向右侧的头部方向回摇，当摇椅回摇至大约接近中间着地点a点附近时，智能驱动器1在智能系统的控制下又会驱动驱动杆11着地施力(重复进入如图6的状态)，此时的驱动杆11会根据智能控制机构给出的施力量，顺势给摇椅补充一个适当的推力。如此循环，便可以保持摇椅往复不断地循环摇动。
智能驱动器的预先取样与存储：智能驱动器1在生产时就以在实验室环境下针对不同型号进行预先试验取样，将摇椅摇动时的多维动态参数(摇频、摇幅、和瞬时焦点位置等)取样并分组存储在控制器的存储模块内，每组参数对应控制器中一个摇动强度模式。摇椅在使用中，智能驱动器又实时对摇椅的摇动参数(摇频、摇幅、和瞬时焦点位置等)进行实时感应，并将数据与存储在模块中的预取样数据通过智能控制机构进行比较运算判断后转化为控制指令和电流强度传递给驱动电机进行工作。
如图11所示，智能驱动器的取样方法是：将摇椅的一个摇动循环分划为若干种状态，分若干个取样点(本实施例中分为13个取样点，静态着地点为0点或中间平衡点，左右两端各6个取样点，分别为-6到-1、+1到+6)，在实验室条件下采下感应器测得的各个取样点的离地距离和位置数据作为原始参数存储在控制器的存储模块里；
驱动力与量的补偿原理：在工作中，智能驱动器的感应装置以上述方式动态捕捉(摇频、摇幅、瞬时焦点位置等)动态数据，并将这两组数据进行比较运算判断，便可得出摇椅所处位置状态，然后根据乘坐者发出的“强、中、弱”等强度指令，实时计算出需要给摇椅补充施加的驱动力的量；施力量计算公式：m＝(乘坐者意向位置点—摇椅回摇点)x某型摇椅的试验参数。
本申请中，摇动强度包括强、中和弱三档模式，也可以设置更多档用于满足人们的个性需求。
多维动态参数包括摇幅、摇频和摇动中的瞬时焦点位置。
如图12所示，本发明还提供了智能驱动器1，包括驱动电机、驱动杆11、控制器和感应装置，驱动电机与驱动杆11传动连接，控制器与驱动电机和感应装置均电连接，驱动电机为正反转步进电机。驱动电机与驱动杆11之间通过齿轮减速装置传动连接。感应装置安装在驱动器1的底部，靠近摇椅底横撑200前后两侧并与地面垂直。
感应装置为红外、微波或激光感应技术。
作为可选的实施方式，驱动杆11的末端设置有滚轮12。
作为另一种可选的实施方式，驱动杆11末端如果不设滚轮，可制作为光滑面结构。着地点放置撑垫，驱动杆末端与撑垫接触部位为光滑表面，驱动杆11末端撑在撑垫上以给摇椅提供驱动力。
最优的实施方式，驱动杆11末端设置滚轮12。
控制器包括输入装置、采集模块、存储模块、运算模块、信息输出模块、和电源控制模块，输入装置通过运算模块与存储模块电连接，感应装置与采集模块电连接，采集模块与运算模块和存储模块均电连接，运算模块通过信息输出模块与电源控制模块连接，电源控制模块与驱动电机电连接。摇椅驱动器的智能控制器：负责驱动力的智能取样、运算和动态施加动力量的指令。
存储模块内存储有对应于多组动态参数对应于手控面板上的不同摇动强度指令，输入装置包括手控板和声控识别模块，手控板和声控识别模块分别与运算模块电连接。
该智能驱动器的手控板固装在摇椅一侧、人手方便触摸的位置，可以无级控制摇椅的摇动幅度。考虑到智能科技的便利性，我们还融入了声控技术，坐上摇椅后，只要短促轻声说一字“摇”！摇椅即可自动进入驱动模式摇动摇椅。再喊“强”或“中”或“弱”“停”，摇椅会自动进入大幅度摇动、普通摇动、轻微摇动和停止摇动模式。
如图10所示，为驱动器的智能控制机构在摇椅的每一个摇动循环中，通过感应判断出摇椅所处的位置点，通过比较运算后，在0-+1位置给摇椅施加一个计算后的适当的脉冲驱动力，该驱动力持续一小段时间即终止(这就是完全仿人工“给把力就放开”的智能摇动模式)。正向坐标为向右摇，负坐标为向左摇，t1为摇动幅度曲线，t2为驱动电机脉冲时刻及扭力曲线。
如图11所示，摇椅在摇动时的运动规律呈现“线状焦点”和“面状轨迹”示意图。
施力的位置和时间点：不管摇椅摇动的幅度和频率是多少，驱动器对摇椅施力的位置点都位于0到+1采集点之间的位置。而这个位置也是由控制器实时捕捉比较并及时指令驱动器施力的。
如图13所示，智能驱动器采用红外线、激光或微波感应技术，将摇椅摇动时的多维动态(摇幅、摇频、摇动中的瞬时焦点等)实时取样通过微电脑运算后转化为指令，实时传达给驱动电机，让驱动电机在合适的时间、合适的位置、给摇椅施加合适的驱动力，使摇椅在各种摇动幅度和摇动频率下自如摇动。
如图12所示，智能驱动器驱动摇椅摇动的过程，是一个不断地通过“感应装置感应当前所在位置——获取动态数据——比较原始数据——判断摇椅的回摇点处于什么位置——再参考使用者指令参数计算施力量——发出指令给电源控制模块——电源控制模块给电机施加合适的电量——电机通过齿轮机构旋转驱动杆，从而对摇椅实施智能驱动”的循环工作过程。
感应装置(红外线、微波、激光感传器)的安装位置如图13：感应装置安装位于驱动器的底部、弧形摇脚100底横撑200中间的前后附近。本申请中以智能驱动器安装于a1安装位为例，感应器以红外线为例，让感应器的红外光轴线在摇椅处于自然静态时，位于弧形摇脚100底横撑200中间的靠前位置，且与地面垂直。感应装置通过电路与控制器的采集模块相连。
感应装置的具体工作原理如下：当摇椅处于中间点位置时，感应器的感应波中心轴垂直于地面，这时从地面感应到的距离最短；当摇椅向右侧摇动时，红外波轴向会向左侧地面的位置移动，同时，固定在摇椅中间底撑上的感应装置会随摇椅向高处抬起远离地面，其移动的角度和距离与摇椅摇动的角度完全相应。摇动的幅度越大，感应器感应到的距离数据就会越大。
本发明的技术核心为：发现并认识圆弧摇脚类摇动家具在摇动时呈现特殊的“线状焦点”和“面状轨迹”的运动规律。并根据这种特殊运动规律，采取在圆弧摇脚上安装带有智能技术的驱动器，将该类用具摇动时的多维动态数据(摇频、摇幅、瞬时焦点等)实时取样，通过内置plc控制器运算后，转化为指令，实时控制驱动电机在合适的时间、合适的位置、给摇动用具施加一个合适的驱动力，使其在各种摇动幅度和频率下都能模拟人工保持智能自然持续摇动。
以上所述，仅为本发明的个例实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术方法范围内，凭简单想到的、没有做出任何创造性劳动的简单变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。