[发明专利]用于儿童秋千的控制系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及使用相位控制(PC)子系统和幅度控制(AC)子系统来控制秋千运动的儿童秋千。

背景技术

儿童秋千通常被用于让儿童(例如，婴儿)与儿童玩耍。传统上，儿童秋千包括被支撑在一个或多个摆动臂的末端处的座椅。摆动臂被配置成摆动以使得座椅沿着弧形路径运动。

已提出不同的机构(例如，电机、磁体，等)为儿童秋千提供动力，使得不需要父母或其它使用者来不断地使秋千运动。在电机驱动的秋千中，电机被机械式地耦接至摆动臂，使得电机输出的扭矩导致摆动臂进行摆动运动。

儿童秋千一般地包括使用者接口，其允许使用者在多个摆动高度(幅度)设定中选定一种。在电机驱动秋千的情况下，电机可配备有预设定的电压输入，其基于使用者的幅度选择生成。提供给电机的电压水平确定电机的速度以及致使在摆动臂上产生的扭矩，从而确定摆动的幅度。

发明内容

本发明涉及一种用于儿童秋千的控制系统。该控制系统包括两个主子系统，即相位控制(PC)子系统和幅度控制(AC)子系统。相位控制子系统被配置成将摆动臂的相位与驱动机构的相位相比较，相位控制子系统还被配置成基于该比较生成电机驱动信号，其被配置成调节电机的速度以使驱动机构与摆动臂的相位同相。幅度控制子系统被配置成将摆动的实际(测量的)幅度与摆动的预设定幅度相比较。幅度控制子系统还被配置成基于该比较生成调节信号，其代表对驱动机构的实际相位的期望调节或修正。然后该调节信号被提供给相位控制子系统用于生成电机驱动信号。在操作过程中该相位被维持以避免控制差、噪声，和因此导致的客户不满。应该理解的是，本文所说明的控制系统可被用在许多不同的秋千中并可适应不同的重量和座椅位置。

在一个实施例中，幅度控制子系统使用比例/积分(Proportional/Integral)(PI)传递函数(transfer function)以用于幅度控制。

在一个实施例中，比例积分微分(proportional integral derivation)(PID)传递函数被用于幅度控制。

在一个实施例中，相位控制子系统使用PI传递函数以用于相位控制。

在一个实施例中，比例积分微分(PID)传递函数被用于相位控制。

在一个实施例中，摆动传感器为编码器，其被配置成输出代表儿童秋千的实际幅度和代表摆动臂的实际方向的两个脉冲序列。

在一个实施例中，控制系统进一步包括启动子系统，其被配置成，在能够进行相位感应这样的时间之前，发起摆动臂的运动，因为摆动臂尚未开始移动超过所选定的最小幅度。在这样的实施例中，幅度控制和相位控制子系统可被禁用，直到儿童秋千达到预定的幅度。

附图说明

图1示出了依据本发明的实施例的儿童秋千的正透视图。

图2示出了图1中的儿童秋千的驱动机构的一部分的侧视图。

图3示出了图1中的儿童秋千的驱动机构的上部的俯视透视图。

图4示出了图1中的儿童秋千中使用的驱动相位传感器的侧视图。

图5示出了示意性地代表用于控制图1中的儿童秋千的运动的控制系统的流程图。

图6示出了依据本发明的实施例在控制系统从摆动传感器接收到的两个脉冲序列。

图7示出了依据本发明的实施例的幅度控制(AC)子系统所使用的比例/积分(PI)控制的示意图。

图8示出了依据本发明的实施例的相位控制(PC)子系统所使用的PI控制的示意图。

图9示出了图1中的儿童秋千的系统框图。

遍及本揭示内容，相同的参考编号已被用于标识相同的元件。

具体实施方式

儿童秋千一般被制造成，使得对于一个选定的摇摆幅度(高度)，电机将接收导致固定的输出扭矩的固定的电压。但是，儿童秋千遵守谐波运动的原理，因此为了保持所选定的儿童秋千幅度而需要从电机得到的扭矩取决于座椅中的儿童的重量和位置、座椅对于摆的定向，以及摩擦系数的改变。因此，在不同的负载条件下，施加至摆动臂的稳定不变的扭矩对于所选定的电机速度可产生不同的幅度。

在试图在不同的负载条件下产生稳定不变的运动轨迹的过程中，儿童秋千已经发展成包括反馈系统，其将所期望的摆动幅度与实际摆动幅度相关联。常规的反馈系统通常检测当前的摆动幅度并将其与使用者所选定的期望的摆动幅度相比较。通过将实际摆动幅度与期望摆动幅度相比较，控制器将调节被供给电机的电压并因此调节施加在摆动臂上的扭矩。