CN100563768C - 响应于来自运动传感器的信息而作出反应的玩具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种响应于来自运动传感器的信息而作出反应的玩具。该玩具包括运动传感器和输出器件。运动传感器对玩具相对于下面的表面的运动进行光学探测。输出器件接收来自运动传感器的信息，并且基于来自该运动传感器的信息生成输出信号。

Description

响应于来自运动传感器的信息而作出反应的玩具

技术领域

本发明涉及响应于来自运动传感器的信息而作出反应的玩具。

背景技术

对其所处环境作出响应的玩具常常用来愉悦儿童。例如，在前面和背面具有开关的玩具汽车可以使该玩具汽车在遇到障碍物时改变方向。

运动传感器被用于诸如光学鼠标之类的向计算机系统输入信息的设备中。光学传感器已被用于机器人中，用于探测运动并用于调整机器人的推进机制。

在一类光学鼠标中，光学鼠标使用布置为像素阵列的光电探测器，以对位于光电鼠标下面的任何一般的微纹理或者微细工作表面的空间特征成像。光电探测器的响应被数字化，并且作为帧被存储的存储器中。运动产生像素信息转变模式的连续帧。这些连续的帧被交叉相关比较来确定运动的方向和移动量。对于这类光学鼠标的更多信息，请参见例如USPTO6,281,882B1。

发明内容

根据本发明的实施方式，一种玩具包括运动传感器和输出器件。运动传感器对玩具相对于下面的表面的运动进行光学探测。输出器件接收来自运动传感器的信息，并且基于来自该运动传感器的信息生成输出信号。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的玩具的简化的下侧视图。

图2是根据本发明的实施方式用来控制输出信号的生成的光学运动传感器电路的简化框图。

图3是示出了根据本发明的实施方式的玩具产生声音的简化流程图。

具体实施方式

图1是玩具10的下侧的简化视图。例如，玩具10是利用运动的玩具汽车或者其他类型的玩具。玩具10的轮11、轮12、轮13和轮14用来使玩具10沿下面的表面移动。轮11到轮14是可以使用的更多或更少轮子的示例。或者可以不使用轮子，而是在玩具10的底部使用一个或多个低摩擦表面来和下面的表面接触。

在孔15内示出了照明器17和图像阵列16。例如，必须的或期望的各种光学元件被包括在照明器17和/或图像阵列16内。例如，使用发光二极管(LED)、红外(IR)LED或者激光器实现照明器17。如果预期在常规使用中环境光足以用于图像阵列探测下面的表面的可导航特征，而不需要额外的照明，则可以省略照明器17。

图2是光学运动传感系统的简化框图。例如，使用32×32的光电探测器阵列实现图像阵列16。或者可以使用可以使用的其他技术和/或其他阵列大小实现图像阵列16。

模拟数字转换器(ADC)21接收来自图像阵列16的模拟信号，并将这些信号转换为数字信号。例如，图像阵列16和ADC 21之间的接口是串行接口。或者，图像阵列16和ADC 21之间的接口是并行接口。

自动增益控制部分(AGC)22对从ADC 21接收到的数字数据进行评估，并且控制图像阵列16内的快门速度和增益调节。这样做来例如防止图像阵列16捕捉到的图像饱和或者欠曝光。

导航引擎24评估来自ADC 21的数字数据，并且执行一系列对比，以估计最有可能说明在不同时刻获得的图像之间的差的运动的方向和大小。然后，导航引擎24确定要加在输出28上的增量x(ΔX)和要被加在输出29上的增量y(ΔY)。例如，ΔY代表玩具的前向方向中的运动和反向方向中的运动，而ΔX代表玩具的侧向运动。在优选实施方式中，ΔX和ΔY都是绝对值，只指示移动量。在本发明的其他实施方式中，ΔX和ΔY可以是正，也可以是负。在这种情形中，正的ΔY指示前向运动，而负的ΔY指示在反向方向上的运动，正的ΔX指示朝向一侧的运动，而负的ΔX指示朝向另一侧的运动。

导航引擎24也生成质量信号27，质量信号27指示由图像阵列16探测出的图像的质量。例如，质量信号27代表对ΔX和ΔY值代表玩具相对于下面的表面的真正运动的可能性的估计。例如，这种可能性是基于由图像阵列16探测出的可导航特征的数量的。或者，可以使用其他方法来确定由图像阵列16探测出的图像的质量。例如，参见在USPN 6,433,780中确定质量的方法。

通常，当质量信号27指示出下述可能性时，即，ΔX和ΔY的值不代表玩具相对于下面的表面的真正运动，则这指示焦点未对准图像阵列16下面的表面。例如，如果用于图像阵列16的一个透镜或者多个透镜被如此选择，以使得焦点对准非常接近图像阵列16的下面表面，则当已发生“焦点太高(lift-off)”时质量信号27将指示出不可接受的质量。焦点太高指示图像阵列16已远离下面的表面，或者当前的下面表面不具有足够的可探测特征来允许探测出运动。对于例如“焦点太高”触发撞毁声的玩具汽车，这是有用的。

另一方面，如果用于图像阵列16的一个透镜或者多个透镜被如此选择，以使得焦点对准远离(例如，1米或2米)图像阵列16的下面的表面，则当已发生“焦点太低(set down)”时质量信号27将指示出不可接受的质量。对于例如“焦点太低”触发撞毁声的飞行玩具(例如，玩具飞机)，这是有用的。除了使用一个透镜或者多个透镜，图像阵列16也可以依赖于针孔或者其他装置，以获得图像阵列内的光电探测器的期望焦点。另外，当焦点对准远离(例如，1米或者2米)图像阵列16的下面的表面时，使用诸如照明器17之类的照明器可能无效。在这种情形中，图像阵列16不使用照明器，而是使用环境光。

质量信号27例如是指示质量是否可接受的二进制信号。或者，质量信号27是指示质量级别的数值。

现有的光学鼠标包括与图像阵列16、ADC 21、AGC 22和导航引擎24相同或相似的功能。对于关于如何实现光学鼠标的这种标准功能或类似功能的进一步信息，请参见例如USPN 5,644,139、USPN 5,578,813、USPN 5,786,804和/或USPN 6,281,882B1。对于探测“焦点太高”的示例，请参见例如USPN 6,433,780B1。

输出器件25接收输出28上的ΔX和输出29上的ΔY，并且基于ΔX和ΔY的值生成适于该玩具的输出。例如，如果该玩具是汽车、飞机或者其他运输工具，则动作可以是生成适于该工具的各种音效。或者，如果该玩具是玩具动物，则ΔX和ΔY的值可以确定该动物的某些运动的频率，或者该动物发出的声音。例如，对于玩具鸟，ΔX和ΔY的值可以确定其翅膀扇动的速率等。

例如，图3是示出了玩具汽车产生声音的简化流程图。在框30中，开启该玩具，或者其他事件触发输出信号生成过程开始。

在框31中，输出器件25获得ΔX值和ΔY值。例如，在本实施方式中，ΔX和ΔY都是绝对值。这意味着对于相等的前向和反向运动，将发出相同的声音，对于相等的向左和向右运动，也将发出相同的声音。

在许多情形中，导航引擎24在每秒能够生成数百的ΔX值和ΔY值。在这种情形中，可以将由输出器件25接收到的ΔX值和ΔY值对预定量的时间求平均。例如，该预定量的时间可以是半秒钟，或者任何其他长度的时间，以向玩该玩具的儿童产生最优的声音反馈。

在框32中，作出检查来看质量信号27是否处于可接受水平。在框32中，如果质量信号27是不可接受的，则这指示已检测出焦点太高，然后在框33中发出“撞毁”声，就像已撞毁的汽车的声音一样。当该声音结束后，在框31中获得ΔX和ΔY的新值。

在框34中，作出检查来看ΔX是否大于第一值。第一值是玩具设计者确定的预定值，用于向玩该玩具的儿童提供最优的声音反馈。在框34中，如果ΔX大于第一值，则在框35中发出尖叫声，就像轮胎尖叫一样。由于ΔX指示在侧向方向中的运动，所以该轮胎的尖叫声模拟汽车高速转弯时的声音。当该声音结束时，在框31中获得ΔX和ΔY的新值。

在框36中，作出检查来看ΔY是否大于第二值。第二值是玩具设计者确定的预定值，用于向玩该玩具的儿童提供最优的声音反馈。在框36中，如果ΔY大于第二值，则在框37中发出“高速转动”声，就像高速运转的引擎的声音。由于ΔY指示在前向方向或反向方向中的运动，所以“高速转动”声模拟高速行进的汽车声。当该声音结束时，在框31中获得ΔX和ΔY的新值。

在框38中，作出检查来看ΔY是否小于等于第二值并大于第三值。第三值是玩具设计者确定的预定值，用于向玩该玩具的儿童提供最优的声音反馈。在框38中，如果ΔY小于等于第二值并大于第三值，则在框39中发出“低速转动”声，就像中速运转的引擎的声音。由于ΔY指示在前向方向和反向方向中的运动，所以“低速转动”声模拟中速行进的汽车声。当该声音结束时，在框31中获得ΔX和ΔY的新值。

在框40中，发出怠速声，就像汽车怠速或非常低速运动时的声音。当该声音结束时，在框31中获得ΔX和ΔY的新值。

本领域的普通技术人员将理解，上面给出的声音和声音触发都是示例性的。其他类型的玩具可能发出其他声音。例如，如果该玩具是恐龙或者其他动物，则将基于ΔX、ΔY的值、焦点太高和/或焦点太低来生成适于该具体动物的声音。除了生成声音外，还可以响应于运动而生成其他输出信号。例如，这种输出信号包括改变所生成的光的强度和颜色、改变光脉冲的频率、改变该玩具的不同附加物的运动的类型或频率等。

前面的讨论公开并描述了本发明的仅仅是示例性的方法和实施方式。本领域的技术人员将理解，可以以其他特定方式实现本发明，而不脱离其精神或实质性特征。因此，本发明的公开是要说明而不是要限制在所附权利要求中阐明的本发明的范围。

Claims (17)

1.一种玩具，包括：

运动传感器，其对所述玩具相对于下面的表面的运动进行光学探测；和

输出器件，其接收来自所述运动传感器的信息，并且基于来自所述运动传感器的所述信息生成输出信号，

其中，来自所述运动传感器的信息是多个值，每个值代表在第一预定长度的时间内所述玩具相对于所述下面的表面的移动量；

其中，所述输出器件将所述多个值中的所述值对第二预定长度的时间求平均来生成所述输出信号；并且

其中，所述第二预定长度的时间比所述第一预定长度的时间长。

2.如权利要求1所述的玩具，其中，所述输出信号至少包括下述之一：

与所述玩具的运动相关的声音；

基于所述玩具的运动的发光；

基于所述玩具的运动，所述玩具的至少一部分的动作。

3.如权利要求1所述的玩具，其中，所述玩具是玩具汽车，并且所述输出信号包括下面的模拟声音：

模拟来自高速转弯的汽车的声音的轮胎尖叫声；

模拟来自高速行进的汽车的声音的高速转动声；

模拟来自中速行进的汽车的声音的低速转动声；和

模拟来自怠速的汽车的声音的怠速声。

4.如权利要求1所述的玩具，其中，所述运动传感器指示何时所述运动传感器不能探测出足够的可导航特征来精确地探测运动。

5.如权利要求1所述的玩具：

其中，所述运动传感器指示何时所述运动传感器不能探测出足够的可导航特征来精确地探测运动；

其中，所述玩具是汽车；并且

其中，所述输出信号包括模拟的汽车撞毁声，当所述运动传感器不能探测出足够的可导航特征来精确地探测运动时播放所述模拟的汽车撞毁声。

6.如权利要求4所述的玩具，其中，当所述运动传感器不能探测出足够的可导航特征来精确地探测运动时，这指示下述之一：

焦点未对准所述运动传感器下面的表面，因为所述下面的表面离所述运动传感器太远；

焦点未对准所述运动传感器下面的表面，因为所述下面的表面离所述运动传感器太近。

7.一种玩具，包括：

用于基于光学探测出的所述玩具相对于下面的表面的运动来生成信息的装置；和

用于基于所述信息生成用于所述玩具的输出信号的装置，

其中，所述信息包括多个值，每个值代表在第一预定长度的时间内所述玩具相对于所述下面的表面的移动量；

其中，所述用于生成输出信号的装置包括用于将所述多个值中的所述值对第二预定长度的时间求平均的装置；并且，

其中，所述第二预定长度的时间比所述第一预定长度的时间长。

8.如权利要求7所述的玩具，其中，所述玩具是玩具汽车，并且所述输出信号包括下面的模拟声音：

模拟来自高速转弯的汽车的声音的轮胎尖叫声；

模拟来自高速行进的汽车的声音的高速转动声；

模拟来自中速行进的汽车的声音的低速转动声；和

模拟来自怠速的汽车的声音的怠速声。

9.如权利要求7所述的玩具，还包括：

用于确定何时所述玩具不能探测出足够的可导航特征来精确地探测运动的装置。

10.如权利要求9所述的玩具，其中，所述玩具是汽车，并且所述输出信号包括模拟的汽车撞毁声，当所述玩具不能探测出足够的可导航特征来精确地探测运动时播放所述模拟的汽车撞毁声。

11.如权利要求7所述的玩具，其中，所述输出信号至少包括下述之一：

与所述玩具的运动相关的声音；

基于所述玩具的运动的发光；

基于所述玩具的运动，所述玩具的至少一部分的动作。

12.一种玩具控制方法，包括：

对玩具相对于下面的表面的运动进行光学探测；和

基于所探测出的所述玩具相对于所述下面的表面的运动生成输出信号，

其中，对所述玩具相对于所述下面的表面的运动进行光学探测包括获得多个值，每个值代表在第一预定长度的时间内所述玩具相对于所述下面的表面的移动量；

其中，生成所述输出信号包括将所述多个值中的所述值对第二预定长度的时间求平均；并且

其中，所述第二预定长度的时间比所述第一预定长度的时间长。

13.如权利要求12所述的玩具控制方法，其中，所述玩具是玩具汽车，并且所述输出信号包括下面的模拟声音：

模拟来自高速转弯的汽车的声音的轮胎尖叫声；

模拟来自高速行进的汽车的声音的高速转动声；

模拟来自中速行进的汽车的声音的低速转动声；和

模拟来自怠速的汽车的声音的怠速声。

14.如权利要求12所述的玩具控制方法，还包括：

确定何时所述玩具不能探测出足够的可导航特征来精确地探测运动。

15.如权利要求12所述的玩具控制方法，其中，所述玩具是汽车，并且其中所述输出信号包括模拟的汽车撞毁声，当所述玩具不能探测出足够的可导航特征来精确地探测运动时播放所述模拟的汽车撞毁声。

16.如权利要求12所述的玩具控制方法，其中，所述输出信号至少包括下述之一：

与所述玩具的运动相关的声音；

基于所述玩具的运动的发光；

基于所述玩具的运动，所述玩具的至少一部分的动作。

17.如权利要求12所述的玩具控制方法，其中在所述玩具中设置运动传感器，所述运动传感器对所述玩具相对于下面的表面的运动进行光学探测，并且

其中，当所述玩具不能探测出足够的可导航特征来精确地探测运动时，这指示下述之一：

焦点未对准所述运动传感器下面的表面，因为所述下面的表面离所述运动传感器太远；

焦点未对准所述运动传感器下面的表面，因为所述下面的表面离所述运动传感器太近。

Images