CN101020120A - 电子玩偶 - Google Patents

Abstract

一种电子玩偶，可以模仿人物、动物等开口说话、唱歌、摇头摆尾、四肢手舞足蹈、眨眼睛等动作。电子玩偶包括外壳，所述外壳内设有内部电路及外壳上可动部件的传动机构，内部电路主要包括控制逻辑电路、工作随机存储器、程序/数据只读存储器、声音合成器、取样率计时器、发声电路、马达控制端口、触发开关、音频发生器及马达驱动电路，马达控制端口输出的控制信号与声音信号为同一脉冲信号，所述脉冲信号以脉冲宽度调制(PWM)信号的形式输出，通过改变PWM信号输出的脉宽和输出脉冲个数来控制马达输出的力度和转动的时间，达到动作幅度和节奏与声音输出的吻合，增加了仿真度和趣味性。

Description

电子玩偶

技术领域

本发明涉及一种电子玩偶，特别涉及一种会开口说话、唱歌且嘴部张开的幅度随着声音的大小而发生变化的电子玩偶。

背景技术

目前，市场上销售的会开口说话、唱歌的玩偶大都只具有嘴部开合的功能，如中国专利文献CN2722985Y，其中的玩具娃娃，包括外壳，外壳内设有内部电路、眼舌传动机构和身体传动机构。外壳包括头部壳体、身体壳体、左手壳体、右手壳体、左脚壳体和右脚壳体，左手壳体、右手壳体、左脚壳体和右脚壳体分别和身体壳体活动连接。内部电路包括IC芯片、蜂鸣器、第一触发开关、第二触发开关、扬声器和眼舌马达驱动电路和身体马达驱动电路，其中IC芯片采用EN55250，蜂鸣器的声控信号输出端连接IC芯片的声控信号输入端，IC芯片的发声信号输出端连接扬声器9的发声信号输入端，眼舌马达驱动电路的眼舌控制信号输入端连接IC芯片的眼舌控制信号输出端，身体马达驱动电路的身体控制信号输入端连接IC芯片的身体控制信号输出端，IC芯片的吸奶信号输入端连接第一触发开关，IC芯片的拍肚信号输入端连接第二触发开关。眼舌传动机构包括头部离合器、眼部传动机构和嘴部传动机构。嘴部传动机构包括嘴部齿轮组和嘴部运动转换件。头部离合器的内轮通过固连的齿轮连接嘴部传动齿轮组，嘴部传动齿轮组的嘴部输出齿轮和嘴部运动转换件同轴固定。嘴部运动转换件是一个圆柱，其圆柱面上设有一个斜环槽。嘴部的舌头还设有嘴部摆动杆，嘴部摆动杆的一端连接舌头，另一端设在嘴部运动转换件的斜环槽中，其中部固定在头部壳体内。当嘴部输出齿轮带动嘴部运动转换件转动时，嘴部摆动杆沿着嘴部运动转换件的轴向做往复运动，使嘴部的舌头不停的上、下运动。

此外，中国专利文献CN2403469Y，其中公开了一种装饰鱼，其座体的前侧装设有一个饰鱼体，且座体内部之间所形成的空间中装置有电路板、扩音器等构件；座片的穿槽孔处朝向外侧装设固定有一前基座，前基座位于穿槽孔中处装设有第二马达，且其外侧的前、后面突伸有呈方杆状的传动轴，且第二马达可带动传动轴转动，传动轴上又各别装设固定有臂杆，臂杆的外侧端是同时固定于下嘴座所突伸的两凸片上，其间并以一穿轴穿掣定位，且穿轴与前基座-侧之间装设有一弹力元件，而位于下嘴座上方又具有一上嘴座，上嘴座是以两凸片分别固设于前基座的顶缘处两侧；其作动时，由于后盖及座体内部之间的空间中装置有电路板及扩音器等构件，所以当扩音器播放音乐的同时，电路板又可控制饰鱼体配合歌词及节奏进行张嘴及摆头、摆尾的动作，当第二马达带动传动轴转动时，固定于传动轴上的下嘴座亦可朝向下旋动，其后再利用弹力元件复位，如此动作重覆，使上嘴座与下嘴座之间呈一开、一合动作，若再配合歌词来动作即使得饰鱼体如同张嘴唱歌一般。

中国专利文献CN87102451A，其中公开了一种声音信号同步驱动装置。包括：波形转换电路，用于根据连接到波形转换电路的话筒所接收声音信号的包络来产生一个方波脉冲信号；和一个与玩具的嘴等可动部分连接的线圈，用该方波脉冲信号间歇地激励该线圈，从而使嘴与声音信号同步地动作。

虽然上述现有技术可以利用方波脉冲信号实现玩偶的嘴部能够随着歌声的节奏做开、闭的动作，但只是单调地张合，不能使玩偶的嘴部张开的幅度随着歌声的大小而发生变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现玩偶唱歌时，嘴部张开的幅度随着歌声的大小而发生变化。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电子玩偶，包括外壳，所述外壳内设有内部电路及外壳上可动部件的传动机构，内部电路包括控制逻辑电路、工作随机存储器、程序/数据只读存储器、声音合成器、取样率计时器、发声电路、马达控制端口、触发开关、音频发生器及马达驱动电路；所述触发开关启动一个触发信号，所述控制逻辑电路的输入端接到触发信号后，控制所述工作随机存储器从所述程序/数据只读存储器读取对应的数据；所述控制逻辑电路选出数据后，将该数据送到所述声音合成器与所述取样率定时器所定时采集的正确的音频数据样本值进行比较并进一步选取出对应的音频数据；所述控制逻辑电路将其中特定的对应的音频数据送往所述声音合成器中进行过数/模转换，得到一种脉冲信号；马达控制端口输出的控制信号与声音信号为同一所述脉冲信号，所述脉冲信号以脉冲宽度调制(PWM)信号的形式输出；一方面所述脉冲信号被送到马达控制端口成为控制所述马达的控制信号，另一方面所述脉冲信号通过发声电路转换并输出成为声音信号；所述马达控制端口输出端连接马达驱动电路的控制信号输入端，所述马达带动所述传动机构工作，通过改变PWM信号输出的脉宽和输出脉冲个数来控制马达输出的力度和转动的时间，达到动作幅度和节奏与声音输出的吻合；所述发声电路的声音信号输出端连接音频发生器的声音信号输入端。

所述控制逻辑电路、工作随机存储器、程序/数据只读存储器、声音合成器、取样率计时器、混频器、音频输出、喇叭输出端和马达控制端口集成在一个集成电路芯片上。

所述发声电路包括顺次连接的混频器、音频输出和喇叭输出端。

所述触发开关设置在所述外壳上玩偶的肚子部位。

所述音频发生器为一安装于所述玩偶外壳内部的扬声器。

所述外壳体上的可动部件为玩偶的下颚，所述传动机构为嘴部传动机构，包括齿轮组、连动件、弹簧和限位片，所述连动件连接下颚，所述弹簧带动所述下颚闭合复位，所述限位片限制所述下颚的张开范围。

所述内部电路还可以包括一个算术逻辑单元及连接到所述触发信号输入端的多个触发开关，所述控制逻辑电路接收到来自所述触发信号输入端的触发信号后，将所述触发信号送到所述算数逻辑单元进行算术运算和逻辑运算，所述算数逻辑单元将得出的运算结果反馈给所速控制逻辑电路。

所述声音信号包括歌词信号和背景音乐信号，所述控制信号与所述歌词信号同步，所述马达随所述控制信号转动，进而带动所述传动机构，使所述可动部件随歌曲中的歌词动作。

所述外壳体上的可动部件还可以包括玩偶的头部，所述传动机构为头部传动机构，包括齿轮组、皮带、连动件、弹簧和马达，所述齿轮组和所述皮带起传动作用，所述连动件连接头部外壳，所述马达带动所述头部外壳转动，所属弹簧带动所述头部外壳复位。

所述外壳体上的可动部件还可以包括玩偶的眼部，所述传动机构为眼部传动机构，包括齿轮组、连动件、摆动杆和马达，所速摆动杆的一端连接上眼皮，另一端连接所述转换件，所述齿轮组带动所述转换件转动，所述摆动杆沿着转换件的轴向做往复运动，使所述上眼皮上、下运动，实现玩偶眨眼。

本发明具有积极的效果是：

本发明的电子玩偶，通过集成电路芯片(集成电路英文缩写为IC，集成电路芯片以下简称IC芯片)，利用随声音诸如语音或歌曲等的节奏变化的脉冲宽度调制(PWM)信号去控制马达及传动机构，从而控制外壳体上的可动部件如嘴部的张合动作，使诸如娃娃等电子玩偶在说话时嘴型能配合讲话的节奏，唱歌时嘴部开合及动作幅度与歌曲节奏、特定人物的歌词相吻合一致，增强了电子娃娃的仿真度和趣味性。

附图说明

图1是本发明电子娃娃的内部结构示意图；

图2是本发明实施例1的电路图；

图3是本发明实施例1的IC芯片内部方框图；

图4是本发明电子娃娃的嘴部传动机构图；

图5是本发明实施例1的工作过程的流程图；

图6是本发明实施例2的电路图；

图7是本发明其他实施例的IC芯片内部方框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的电子玩偶可以包括很多种类，比如洋娃娃、各种动物外形、卡通人物等玩偶，以下仅以电子娃娃为例进行说明，其原理是相同的。

本发明的电子娃娃，无论外面穿什么款式的衣服，它的内部身体均如图1所示，最外面是外壳体，外壳体内设有内部电路和嘴部传动机构(图1未示)。外壳体包括头壳100、下颚101、身体壳体200，手臂活动关节300，腿活动关节400，触发开关700，其中下颚101和头壳100活动连接，手臂活动关节300，腿活动关节400和身体壳体200活动连接，身体壳体200内设有扬声器600以及电池系统(图中未示)。下颚101在实施例1所示电子娃娃说话、唱歌时可以相应地张开、闭合，扬声器600是发出说话声和歌声的装置。

(实施例1)

如图2所示，是本发明实施例1的电路图，可以看出其内部电路包括IC芯片500、扬声器600、触发开关700、嘴部马达800和嘴部马达驱动电路1500。触发开关700设置在本实施例1身体壳体200的胸口处，且连接IC芯片500的触发信号输入端PB0，IC芯片500的声音信号输出端连接扬声器600，嘴部马达驱动电路1500的控制信号输入端连接IC芯片500的嘴部马达控制信号输出端。

如图3所示，是本发明实施例1的IC芯片内部方框图。可以看出在本实施例1中，IC芯片内部主要集成有控制逻辑电路501、工作随机存储器503(随机存储器英文缩写为RAM，工作随机存储器以下简称工作RAM)、程序/数据只读存储器504(只读存储器英文缩写为ROM，程序/数据只读存储器以下简称程序/数据ROM)、声音合成器505、取样率计时器506、混频器507、音频输出508、喇叭输出端509和双声部产生器510。在其它实施例中，以上电路也可以不集成在IC芯片上而采取其它方式。在本实施例的IC芯片中，控制逻辑电路501用于接收触发信号并对数据在内部的传送方向进行控制；工作RAM503用来控制程序/数据RAM504的数据读取；程序/数据ROM504用于存放所有的程序指令和音频数据；声音合成器505将从程序/数据RAM504读取的音频数据与取样率计时器506的音频数据样本进行对比，并将正确的音频数据转换为脉冲信号；取样率计时器506用于定时采集正确的音频数据样本给声音合成器505以作对比；混频器507用于将语音音频数据和双声部音乐歌曲混合而成为要输出的音频数据；音频输出508用于将混频器507生成的音频数据放大后送到喇叭输出端509；喇叭输出端509连接扬声器600；双声部产生器510用于产生有悦耳方波式音色的双声部音乐歌曲。

再请看图2，P10即PB0脚位连接触发开关700，其余两个端口本实施例1未用，触发开关700被按下即P10端口触发。当P10～P13端口触发时，控制逻辑电路501得到一个触发信号，然后控制工作RAM503对程序/数据ROM504读取对应的音频数据，该音频数据是编译成二进制数的语音信号源。控制逻辑电路502将读取出的数据送到声音合成器505与取样率定时器506所定时采集的正确的音频数据样本值进行比较并进一步选取出特定的音频数据。声音合成器505中包括有将二进制语音信号源转换为脉冲宽度调制(PWM)信号的转换电路(图中未示)。控制逻辑电路502选取出特定音频数据后，将该特定音频数据送往上述转换电路，ROM504中的二进制语音信号源被转换、处理成矩形波脉冲数字音频数据的PWM信号。音频输出电路508中包括有放大器电路(图中未示)，该电路将上述PWM信号进行数字放大，放大后的PWM信号被送到马达控制端口P30～P33(本实施例1只用其中一个端口)成为控制信号，从而控制嘴部马达800转动；同时对应音频数据的PWM信号送到喇叭输出端509成为声音信号，通过扬声器600输出。通过改变PWM信号输出的脉宽和输出脉冲个数来控制马达输出的力度和转动的时间，这样就实现了输出的说话和唱歌声与电子娃娃嘴部动作的同步一致的效果。

如图4所示，嘴部的传动机构包括齿轮组900、嘴部连动件1000、弹簧1100和限位片1200。嘴部马达800的轴上固定一个齿轮1300与齿轮组900啮合，嘴部连动件1000用方轴和齿轮1400同轴固定，弹簧1100套在嘴部连动1000的轴上，弹簧1100的一端固定在嘴部连动件1000上，另一端固定在限位片1200上，使嘴部连动件1000有一个压向限位片1200的力。当嘴部马达800在IC芯片500控制信号的驱动下动作时，通过嘴部马达800轴上的齿轮1300带动齿轮组900转动，进而带动嘴部连动件1000向下转动；当没有控制信号时，嘴部马达800停止动作，嘴部连动件1000在弹簧1100力的作用下向上转动复位，当嘴部连动件1000转动到一定位置时，被限位片1200挡住限位，嘴部连动件1000停止转动，这样，电子娃娃看上去就是做闭嘴的动作。

本发明中，下颚101的张合度是通过IC芯片500向嘴部马达驱动电路1500发出控制信号的时间长短来控制的。这些相关程序都储存于IC芯片500中的程序/数据ROM504中，程序/数据ROM504中还存储有至少一种音频数据，比如在本实施例1中就存储有一首包括音乐和歌词的俄语歌曲，IC芯片500选取其中有歌词的音频数据，并根据该音频数据的波形幅度向嘴部马达驱动电路1500和扬声器600发出同步PWM信号。这样，随着歌词的出现，根据其音频数据波形幅度的高低，IC芯片500输出的控制信号时间也不同，从而控制嘴部马达800运转时间，达到嘴部的开合幅度大小与歌词同步一致的效果。即我们假定这个电子娃娃在唱歌时，前奏音乐响起的时候，电子娃娃的嘴并不张开，只有当电子娃娃的歌词出现时，她才张嘴，且歌声高，嘴张的大，歌声低，嘴张的小，没歌词时嘴也就不张，增加了逼真度。

下面介绍本实施例1的具体工作过程：

请看图5所示，是本实施例1的工作过程的流程图。打开电源开关(未画出)，按压实施例1身体壳体200胸口处的触发开关700，IC芯片500发出声音信号给扬声器600，使扬声器600输出所存储的音频数据，该音频数据可以是一段话、可以是乐曲、也可以是配有歌词的唱歌声，本发明的IC芯片500可以从这些音频数据中选取一种或多种音频数据，比如选取的音频数据是有歌词的唱歌声音信号，然后再根据选取的该声音信号的歌词部分波形幅度的大小，输出同步控制信号给嘴部马达驱动电路1500，使嘴部马达800开始运转，并根据有歌词的唱歌声音信号的波形幅度控制嘴部马达800的运转时间，从而使下颚101的活动幅度随时间而变化；具体而言，是通过嘴部马达800轴上的齿轮1300带动齿轮组900转动，进而带动嘴部连动件1000向下转动，即驱动实施例1的嘴部传动机构，使电子娃娃的嘴型开合幅度与语音、歌曲的节奏同步。当选取的音频数据的波形幅度大时，IC芯片500控制马达输出的时间长，使嘴部动作幅度相应大；当选取的音频数据的波形幅度小时，IC芯片500控制马达输出的时间短，使嘴部动作幅度相应小。当选取的音频数据停止后，即没有控制信号时，嘴部马达800停止动作，嘴部连动件1000在弹簧1100力的作用下向上转动复位，当嘴部连动件1000转动到一定位置时，被限位片1200挡住限位，嘴部连动件1000停止转动。当一段语音结束后，如再按下触发开关700，则重复以上过程，否则将处于待机状态直到再次按下触发开关700。

(实施例2)

如图6所示，是本实施例2的电路图，可以看出其内部电路包括IC芯片500、扬声器600、触发开关700、嘴部马达800和嘴部马达驱动电路1700。触发开关700设置在本实施例2身体壳体200的胸口处，且连接IC芯片500的触发信号输入端TG1，IC芯片500的声音信号输出端连接扬声器600，嘴部马达驱动电路1700的控制信号输入端连接IC芯片500的嘴部马达控制信号输出端。本发明中，下颚101的张合度是通过IC芯片500向嘴部马达驱动电路1700发出控制信号的时间长短来控制的。

该实施例2与实施例1的不同之处在于电路的连接不同，其IC芯片方框图与实施例1相同，因此还是如图3所示；该实施例2的机械结构与实施例1相同，因此还是如图4所示；该实施例2的工作流程与实施例1相同，因此还是如图5所示。此处不再赘述。

以上是本发明两个实施例的电子娃娃，这两个实施例在功能上还可以实现在说话、或唱歌时与语音、歌声节奏相配合的手舞足蹈、摇头摆尾及眨眼睛等动作，依然可以让电子娃娃发出笑声、叫声或讲故事等声音，其原理是相同的，只是加入使四肢、头部和眼睛动作的传动机构和马达驱动电路和录入笑声、叫声、讲故事等声音。

例如，要实现玩偶摇头的动作，需要在实施例1的结构基础上，增加一个由传动齿轮组、传动皮带、连动件和复位弹簧等部件组成的头部传动机构和带动头部转动的马达。且可以在实施例1的IC芯片内部增加一个算数逻辑单元502，其他电路单元不变，如图7所示。算术逻辑单元502的功能是进行算术运算和逻辑运算。另外，在玩偶内部电路中设置两个限位开关，以控制头部转动的角度。将限位开关连接到IC芯片的触发信号输入端，利用IC芯片内部的算数逻辑单元502，对触发信号输入端的触发信号进行运算，并将运算结果返回给控制逻辑电路501，之后产生PWM信号的过程与实施例1相同，此处不再赘述。通过与声音信号同步的控制信号控制头部马达转动，从而带动头部传动机构工作，实现玩偶摇头的动作。

又如，要实现玩偶眨眼睛的动作，需要在实施例1的结构基础上，增加一个由齿轮组、连动件、摆动杆等部件组成的眼部传动机构和驱动眼部动作的马达。摆动杆的一端连接上眼皮，另一端连接转换件。当齿轮组带动转换件转动时，摆动杆沿着转换件的轴向做往复运动，使玩偶的眼皮不停地眨。

另外，本发明还可以实现对音频数据的选择，即连续按压触发开关，IC芯片输出的音源会依次递进，直到找到希望听的音频数据为止。或者设置多个触发开关，使一段音频数据对应一个触发开关，按下不同触发开关就能听到不同的音频数据。

此外，本发明除了以上两个实施例的电子娃娃，还可延伸至各种动物外形、卡通人物等玩偶，比如猫、狗等外形的玩具，机械与电路的原理相同，不同之处仅仅是外面换上猫、狗的皮毛，音频数据不仅是语音、歌曲等，还可以加上笑声、叫声等，动作不仅是嘴部动作，还可以加上跑、跳、摇头摆尾或翻身打滚等。只要是符合本发明特征的都应该是本发明保护的范围内的。

Claims (10)

1、一种电子玩偶，包括外壳，所述外壳内设有内部电路及外壳上可动部件的传动机构，内部电路包括控制逻辑电路、工作随机存储器、程序/数据只读存储器、声音合成器、取样率计时器、发声电路、马达控制端口、触发开关、音频发生器及马达驱动电路；所述触发开关启动一个触发信号，所述控制逻辑电路的输入端接收到触发信号后，控制所述工作随机存储器从所述程序/数据只读存储器读取对应的数据；所述控制逻辑电路选出数据后，将该数据送到所述声音合成器与所述取样率定时器所定时采集的正确的音频数据样本值进行比较并进一步选取出对应的音频数据；所述控制逻辑电路将其中特定的对应的音频数据送往所述声音合成器中进行过数/模转换，得到一种脉冲信号；其特征在于：马达控制端口输出的控制信号与声音信号为同一所述脉冲信号，所述脉冲信号以脉冲宽度调制(PWM)信号的形式输出；一方面所述脉冲信号被送到马达控制端口成为控制所述马达的控制信号，另一方面所述脉冲信号通过发声电路转换并输出成为声音信号；所述马达控制端口输出端连接马达驱动电路的控制信号输入端，所述马达带动所述传动机构工作，通过改变PWM信号输出的脉宽和输出脉冲个数来控制马达输出的力度和转动的时间，达到动作幅度和节奏与声音输出的吻合；所述发声电路的声音信号输出端连接音频发生器的声音信号输入端。

2、根据权利要求1所述的电子玩偶，其特征在于：所述控制逻辑电路、工作随机存储器、程序/数据只读存储器、声音合成器、取样率计时器、混频器、音频输出、喇叭输出端和马达控制端口集成在一个集成电路芯片上。

3、根据权利要求1所述的电子玩偶，其特征在于：所述发声电路包括顺次连接的混频器、音频输出和喇叭输出端。

4、根据权利要求1所述的电子玩偶，其特征在于：所述触发开关设置在所述外壳上玩偶的肚子部位。

5、根据权利要求1所述的电子玩偶，其特征在于：所述音频发生器为一安装于所述玩偶外壳内部的扬声器。

6、根据权利要求1所述的电子玩偶，其特征在于：所述外壳体上的可动部件为玩偶的下颚，所述传动机构为嘴部传动机构，包括齿轮组、连动件、弹簧和限位片，所述连动件连接下颚，所述弹簧带动所述下颚闭合复位，所述限位片限制所述下颚的张开范围。

7、根据权利要求1或2所述的电子玩偶，其特征在于：所述内部电路还可以包括一个算术逻辑单元及连接到所述触发信号输入端的多个触发开关，所述控制逻辑电路接收到来自所述触发信号输入端的触发信号后，将所述触发信号送到所述算数逻辑单元进行算术运算和逻辑运算，所述算数逻辑单元将得出的运算结果反馈给所述控制逻辑电路。

8、根据权利要求1所述的电子玩偶，其特征在于：所述声音信号包括歌词信号和背景音乐信号，所述控制信号与所述歌词信号同步，所述马达随所述控制信号转动，进而带动所述传动机构，使所述可动部件随歌曲中的歌词动作。

9、根据权利要求1所述的电子玩偶，其特征在于：所述外壳体上的可动部件还可以包括玩偶的头部，所述传动机构为头部传动机构，包括齿轮组、皮带、连动件、弹簧和马达，所述齿轮组和所述皮带起传动作用，所述连动件连接头部外壳，所述马达带动所述头部外壳转动，所属弹簧带动所述头部外壳复位。

10、根据权利要求1所述的电子玩偶，其特征在于：所述外壳体上的可动部件还可以包括玩偶的眼部，所述传动机构为眼部传动机构，包括齿轮组、连动件、摆动杆和马达，所述摆动杆的一端连接上眼皮，另一端连接所述转换件，所述齿轮组带动所述转换件转动，所述摆动杆沿着转换件的轴向做往复运动，使所述上眼皮上、下运动，实现玩偶眨眼。

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