玩具摇篮

婴童玩具摇篮车

设计者：孙明明解猛刘文亮张治骞焦晓冉

指导教师：张克猛李裕华

（西安交通大学城市学院，西安 710000）

作品内容简介

本作品的主题是休闲娱乐类机械，根据市场调研，并深入研究婴儿的需要，以全新的设计理念，开发出了一种可模拟母亲温柔摇动婴儿时的节奏、幅度、频率和力量，并装有的适合幼龄儿童的娱乐玩具，是一种全新概念的玩具摇篮车。本作品突出了平动机构的平稳性、安全性、舒适性，可携带12V蓄电池装置，内置装饰物品采用全棉卡通布，框架为无毒无辐射的不锈钢材料，其主体采用平行四杆机构与曲柄滑块机构相结合的方式，突出体现了机械结构的重要应用；其次，其传动部件由电机带动，并通过单片机控制系统，可实现PWM（脉宽调制）的电子调速；最后，从娱乐性、应用性角度出发，增设了多种感应和声光效应以及适合婴儿娱乐的玩具，包括尿床报警功能，很大程度上避免湿疹等不适症状，特别是还包括声音识别装置，可进行无人环境下的自动化摇动控制，整个作品集儿童娱乐、益智培养、应用开发为一体，突出强调了幼龄儿童自主娱乐的理念，展现了我们当代大学生的创新、动手能力。

1·研制背景及意义

电动摇篮是在传统摇篮的基础之上，除加电动系统使家庭主妇，可以减轻繁重的一种模拟传统人工摇篮的一种婴儿电器，宝宝很喜欢被摇，把宝宝放到电动摇篮里宝宝自己可以玩很久。妈妈的怀抱及摇晃是给宝宝最好的抚慰，但在现在快节奏的生活方式下，年青的父母需要同时兼顾宝宝和家庭生活感到非常疲惫，而玩具摇篮则可以帮到爸爸妈妈。玩具摇篮可以提供给宝宝舒适摇晃，又可以通过音乐和玩具锻炼视力和智力发育，使妈妈们也可腾出手来处理家务或者休息。

最近，日本医学博士高桥悦一郎对保育院中的宝宝进行了系统的观察与研究。他发现，那些不到8个月的婴儿，哪怕正在烦躁不安或哭闹，一旦保育员为其翻身或抱着走动，立刻就变得神色安详；而8个月以上的宝宝，不少时候会自己攀住婴儿床的围栏用力摇晃。高桥博士据此得出结论：婴儿需要摇晃，他们很享受这种摇晃的状态。

高桥博士的解释是：他们在母体中就一直处于摇晃状态，所以希望出生后继续这种状态。从胎儿发育规律看，脑部发育启动最早的是脑

干前庭系统，这是一种调整姿势和位置的感觉器官。出生前，婴儿浮在母亲子宫的羊水中，母亲的起卧走动等体位的变化，都是一种摇晃的刺激，这种刺激不断地被胎儿所感知，并向脑干前庭系统发出强烈的信号，并因此而促进大脑的发育。当胎儿出世后，接受摇晃的刺激信号突然消失，自然就会产生再次被摇晃的需求，比如被母亲抱起，或翻身等体位改变等。如能放在摇篮里或者抱在怀中摇晃则更好，这种规律性的摇晃动作更能满足宝宝的欲求，使之情绪更佳。

除了这种心理上的满足感外，摇晃更有价值的是对孩子脑发育的强大激发作用。根据高桥博士的研究显示，经常接受摇晃的宝宝，大脑的发育速度喜人，仅仅1年的时间，脑子的重量便由最初的400克左右增加到800克左右，整整翻了一番，而且所增加的部分恰恰是脑的精华—大脑的新皮质，它为孩子的智商发展奠定了坚实的生物学基础。故将玩具摇篮誉为孩子聪明才智的“加速器”，一点儿也不过分。

2·设计方案：

2.1 摇篮的平动

利用曲柄滑块机构的平动性来实现平动功能，为了达到摇篮运动时的平稳，我们利用曲柄滑块原理，设计了一种曲柄滑块机构，其结构如图1所示：

因为，考虑在平动的过程中，要保证婴儿的舒适度的安全度，所以在启动时，启动加速度不宜过大，因此，我们设计的电机转速是可调的，即刚启动是电动机的转速是慢速，随着摆动时间的增加，电机的转速慢慢提高，最后达到一个使婴儿感到安全，舒适的速度。

2.2 摇篮的摆动

为了满足妈妈闲暇时，想陪婴儿一起玩耍的要求，我们根据重心偏移原理，设计了一种可摇摆的机架，将摇篮的平动机构放到这种可摆动的机架上，可实现整个摇篮的两种运动，即手动和自动的两种运动，其结构如图2所示：

我们根据摇杆滑块原理，在机架上装了四个支撑腿，当只想摇篮平动时，可将机架的腿部支撑起来，当妈妈想在婴儿身边，亲自陪婴儿玩耍时，可将机架的支撑腿放下，实现手动摇摆，我们所设计的这种摆动机构，其上下摆动的幅度是控制在婴儿感到舒适和安全的范围之内的。2.3 电机及其他辅助设备的控制

出生前，婴儿浮在母亲子宫的羊水中，母亲的起卧走动等体位的变化，都是一种摇晃的刺激，这种刺激不断地被胎儿所感知，并向脑干前庭系统发出强烈的信号，并因此而促进大脑的发育。当胎儿出世后，接受摇晃的刺激信号突然消失时，婴儿会产生不安全感，因此会导致婴儿发出哭声。所以我们设计了一种通过婴儿的哭声，就可自动驱动电机转动，音乐，摇篮曲播放，益智玩具自行启动的功能，使婴儿在无人照顾的情况下可自行娱乐，并可对婴儿进行音乐和美的熏陶，促进婴儿脑神经发育，激发潜能。其原理如图3所示：

婴儿时期使大脑发育的重要时期，因此我们从婴儿益智培养、自主娱乐的角度出发，设计安装了一些适合婴儿使用的娱乐玩具，让婴儿在舒适安逸的环境中，尽情享受属于自己的快乐。

同时，我们的控制系统还具有实时监控婴儿体温，婴儿是否尿床的功能，婴儿的体温可通过lcd液晶显示，显示出来;婴儿尿床也会产生报警提示，使婴儿能够在健康的情况下尽情玩耍，睡眠。

3.理论设计计算：

1、曲柄滑块及平行四边形机构尺寸确定：

实现平动摇摆的机构是平行四边形和曲柄滑块机构，可以抽象为图1所示的运动学模型：

根据我们的市场调研，市面上的婴儿床的尺寸大多为，。因此，我们所设计的摇篮尺寸为：

当摆到极限位置时，如图2所示：

图二

连杆AB，连杆CD均采用铝合金材料制作，使其更轻便、美观，

2、电动机的选择：

因为0~12个月，婴儿大致体重为公斤，我们选用的是额定功率为双轴输出电机，电动机额定输出转矩T （T ）电动机座由6 mm，铝板制成。根据其尺寸，我们在板上加工了相应大小的孔，下面的孔用于与载物台连接

图三

3、机架的选择：

此作品可作为手动、自动摇摆机构。手动摇摆根据重心偏移原理，其结构如图所示：

图四

我们从安全、舒适的角度考虑，摇晃婴儿时，所用幅度不应太高，以免对婴儿造成伤害，我们所选用的尺寸在安全范围之内。