CN105561544A - 一种玩具球及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玩具球及其控制方法，所述玩具球包括球形外壳，包括：声音信号采集装置，设置于所述球形外壳内，采集并发送声音信号；控制单元，接收所述声音信号，根据所述声音信号确定声源位置，根据所述声源位置生成控制信号；驱动装置，设置于所述球形外壳内，包括电机及与所述电机的电机轴固定连接的转盘，所述电机根据所述控制信号转动，所述电机转动时带动所述转盘转动，所述转盘上或内具有与所述转盘固定连接的配重块，所述转盘的外圆周与所述球形外壳间具有间隙。本发明的玩具球，通过定位出声源位置，并分别控制两个电机转动，可以实现转弯、滚动，最终实现了球能够自动定位声源并向声源位置滚动，最终实现了用户与玩具球互动。

Description

一种玩具球及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种玩具球及其控制方法。

背景技术

目前市场上已经存在许多种类的玩具，总体上可以分为三个大类：1、光线引诱，这类产品利用发射光点、自身不同部分发光的方式，勾起宠物或者儿童对运动物体的追踪本能以及好奇心，从而让它们追逐玩耍，释放精力。2、移动物体，这类产品内部安装有驱动设施，可以自身滚动或者弹动，或者带动其他物体晃动，勾起宠物或者儿童对运动物体的追踪本能以及好奇心，从而让它们追逐玩耍，释放精力。3、变换结构，这类产品具备较为复杂的几何结构，在自身电力驱动下可以变形，利用宠物或者儿童对于结构的纵深特性的天生理解能力，吸引用户注意力。这三大类玩具的共同存在的缺点就是和用户没有互动能力，都是凭借着自身的特性来挑起用户的注意力。这样的方法一开始虽然可以吸引用户，但是很快用户就会适应这些刺激，而对玩具失去兴趣。

发明内容

本发明为了解决现有玩具缺乏与用户的互动能力，只能被动运动或者按照特定的模式运动的技术问题，提出了一种玩具球及其控制方法，可以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种玩具球，包括球形外壳，包括：

声音信号采集装置，设置于所述球形外壳内，采集并发送声音信号；

控制单元，接收所述声音信号，根据所述声音信号确定声源位置，根据所述声源位置生成控制信号；

驱动装置，设置于所述球形外壳内，包括电机及与所述电机的电机轴固定连接的转盘，所述电机根据所述控制信号转动，所述电机转动时带动所述转盘转动，所述转盘上或内具有与所述转盘固定连接的配重块，所述转盘的外圆周与所述球形外壳间具有间隙。

进一步的，所述玩具球还包括：电机盒，与所述球形外壳固定连接，所述球形外壳的球心位于所述电机盒内；

所述声音信号采集装置包括固定在所述电机盒的外表面的第一麦克、第二麦克、第三麦克，所述第一麦克和所述第二麦克位于过所述球心且与所述电机轴垂直的大球心面的同一侧，所述第三麦克位于所述大球心面的另一侧，且所述第三麦克与所述第一麦克以所述大球心面镜像对称；所述第一麦克和第二麦克的连线与所述电机轴的轴线相交且垂直；

所述电机的数量为2个，所述转盘的数量为2个，分别为第一转盘和第二转盘，每个所述电机安装在所述电机盒内；每个所述电机的电机轴通过电机盒上的通孔延伸到电机盒外，并在所述电机轴的端部与相对应的一个所述转盘固定连接；两个所述电机轴的轴线重合且均通过所述球形外壳的球心，并与两个所述转盘的轴线重合，所述球形外壳的球心到两个所述转盘的距离相等。

进一步的，所述电机盒具有朝向第一转盘的第一外侧面，以及朝向第二转盘的第二外侧面，所述第一外侧面、第二外侧面均为平面且与所述第一转盘、所述第二转盘平行，所述第一麦克与所述第二麦克固定于第一外侧面上，所述第三麦克固定在所述第二外侧面上。

进一步的，所述球形外壳由两个半球扣合组成，所述电机盒包括相对称的A部和B部，所述A部、所述B部分别设置在所述两个半球内，所述两个半球扣合时，所述A部和B部扣合形成完整的电机盒。

进一步的，所述A部和B部为自其所在的所述半球的大圆面朝向所述半球的曲面方向凹陷形成的凹陷结构，所述A部和B部分别通过外沿与其所在的半球固定连接，所述半球的大圆面为半球内经过球心的平面，所述凹陷结构的底面与所述转盘平行。

进一步的，所述A部和B部为圆柱形，所述外沿为环形。

进一步的，所述转盘为圆形，所述配重块为扇形，所述转盘的半径与所述配重块的半径相等。

进一步的，所述控制单元配置成：根据3个麦克采集声音信号计算球形外壳滚向声源需要转动的夹角，以及判断声源位于过所述球心且与所述电机轴垂直的大球心面的前方或者后方；根据夹角分别计算出两个电机分别转速，以及根据声源位于过所述球心且与所述电机轴垂直的大球心面的前方或者后方确定电机的旋转方向，并控制电机转动，使得球形外壳在电机转动转盘产生的转动惯量带动下朝向声源方向运动，所述夹角为：声源和球心的连线与第一麦克和第三麦克连线的过球心中垂线的夹角。

一种玩具球控制方法，所述玩具球包括球形外壳、3个麦克、控制单元、驱动装置、电机盒，所述驱动装置包括设置于所述球形外壳内的电机及与所述电机的电机轴固定连接的转盘，所述转盘上或内具有与所述转盘固定连接的配重块，所述转盘的外圆周与所述球形外壳间具有间隙，所述电机的数量为2个，所述玩具球控制方法包括以下步骤：

夹角及声源确定步骤：麦克采集声音信号并发送至控制单元，所述控制单元根据声音信号计算球形外壳滚向声源需要转动的夹角，以及判断声源位于过所述球形外壳的球心且与所述电机轴垂直的大球心面的前方或者后方；

转盘转动步骤：控制单元根据夹角计算出两个电机各自的转速，以及根据声源位于所述大球心面的前方或者后方确定电机的旋转方向，所述控制单元控制电机转动，使得球形外壳在电机转动转盘所产生的转动惯量的带动下朝向声源方向运动。

进一步的，3个麦克分别为固定在所述电机盒的外表面的第一麦克、第二麦克、第三麦克，所述第一麦克和所述第二麦克位于所述大球心面的同一侧，所述第三麦克位于所述大球心面的另一侧，且所述第三麦克与所述第一麦克以所述大球心面镜像对称；所述第一麦克和第二麦克的连线与所述电机轴的轴线相交且垂直；

在所述夹角及声源确定步骤中，所述控制单元根据所述第一麦克和第三麦克采集的声音信号得到夹角，根据所述第一麦克和第二麦克采集的声音信号的强度，判断声源位于所述大球心面的前方或者后方。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的玩具球，通过3个麦克采集声音信号并定位出声源位置，根据声源位置控制电机带动设置有配重块的转盘转动，配重块在电机驱动下从静止时距离地面最近位置旋转升高，在重力作用下带动壳体向配重块抬起方向运动，利用两个电机的转速不同使得转动时两侧配重块产生的转动惯量不同，由转动惯量不同可以实现驱动外壳行进方向会向着转数更大那一侧偏移，而实现转弯，最终实现了球能够自动定位声源并向声源位置滚动，实现了用户与玩具球互动。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

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是本发明所提出的玩具球的一种实施例结构示意图；

图2是图1中电机盒内部结构示意图；

图3是图1中转盘局部结构示意图；

图4是本发明所提出的玩具球的另一种实施例结构示意图；

图5是本发明所提出的玩具球的运动角度的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，本实施例提出了一种玩具球，如图1、图2所示，包括球形外壳11，还包括控制单元（由于角度原因图中未示出）、声音信号采集装置以及驱动装置，如图2所示，驱动装置包括电机16及与所述电机16的电机轴固定连接的转盘13，所述转盘13上或内具有配重块14，其中，声音信号采集装置设置于球形外壳11内，用于采集声音信号，并发送至控制单元，控制单元接收所述声音信号，根据所述声音信号确定声源位置，根据所述声源位置生成控制信号，所述电机16根据所述控制信号转动，电机16转动时带动转盘13转动，转盘13的外圆周与所述球形外壳11间具有间隙。

本实施例中，如图5所示，球形外壳11内还设置有电机盒12，电机盒12与球形外壳11固定连接，球形外壳11的球心位于所述电机盒12内，所述声音信号采集装置包括固定在所述电机盒的外表面的第一麦克151、第二麦克152、第三麦克153，所述第一麦克151和所述第二麦克152位于过所述球心且与所述电机轴垂直的大球心面M的同一侧，所述第三麦克153位于所述大球心面的另一侧，且所述第三麦克153与所述第一麦克151以所述大球心面镜像对称；所述第一麦克151和第二麦克152的连线与所述电机轴的轴线相交且垂直；

所述电机的数量为2个，所述转盘的数量为2个，分别为第一转盘和第二转盘（由于角度原因图中未示出），每个所述电机安装在所述电机盒12内；每个所述电机的电机轴通过电机盒12上的通孔延伸到电机盒外，并在所述电机轴的端部与相对应的一个所述转盘13固定连接；两个所述电机轴的轴线重合且均通过所述球形外壳11的球心O，并与两个所述转盘13的轴线重合，所述球形外壳的球心O到两个所述转盘的距离相等。

如图2所示，为电机盒12内部结构示意图，所述电机盒12具有朝向第一转盘的第一外侧面12a，以及朝向第二转盘的第二外侧面12b，所述第一外侧面12a、第二外侧面12b均为平面且与所述第一转盘、所述第二转盘平行，所述第一麦克151与所述第二麦克152固定于第一外侧面12a上，所述第三麦克153固定在所述第二外侧面12b上。如图3所示，为转盘13的结构示意图，所述转盘13上固定有配重块14。本实施例的玩具球，电机能够驱动转盘13转动，进而带动与其连接的配重块转动，玩具球静止状态下，两个配重块在重力作用下绕其所连接的电机轴分别转动至最低点，电机驱动配重块转动时，配重块位置改变，玩具球的重心相应改变，在重力作用下壳体向配重块抬起方向运动，若两个电机的转速相同，则壳体沿着配重块抬起方向直线滚动，而两个配重块之间转数不同时，壳体的行进方向会向着转数更大那一侧偏移，实现了转弯运动功能，通过声音信号采集装置采集声音信号，控制单元定位出声源位置并根据声源位置计算出两侧电机的转速值，控制电机带动设置有配重块的转盘转动，配重块在电机驱动下利用两个电机的转速不同使得两侧配重块产生的转动惯量不同，由转动惯量不同可以实现驱动外壳行进方向会向着转数更大那一侧偏移，而实现转弯功能，最终实现了球能够自动定位声源并向声源位置滚动，实现了用户与玩具球互动。

为了便于计算两个电机的转速，以使球形外壳11朝向声源方向运动，两个电机以与所述电机轴垂直的大球心面M对称设置，且两者质量相等，此外，分别位于大球心面M两侧的转盘13、配重块14的形状一致、质量相等，防止球形外壳11运动跑偏。

作为一个优选的实施例，如图4所示，为了方便装配，本实施例中所述球形外壳11由两个半球扣合组成，所述电机盒12包括相对称的A部和B部，分别设置在所述两个半球内，所述两个半球扣合时，所述A部和B部扣合形成完整的电机盒12。

所述A部和B部为自其所在的所述半球的大圆面朝向所述半球的曲面方向凹陷形成的凹陷结构，所述凹陷结构的底面与所述转盘平行。半球的大圆面朝向所述半球的曲面方向凹陷形成的凹陷结构，所述A部和B部分别通过外沿17与其所在的半球固定连接，所述半球的大圆面为半球内经过球心的平面，所述凹陷结构的底面即为电机盒12的侧面（第一外侧面或第二外侧面）。在本实施例中，由于在对声源定位之后，控制单元需要计算两侧电机的转速，以控制玩具球可以向声源方向滚动，为了减小计算时需要考虑的参数，转盘13尽量为理想结构，转盘13优选采用圆形，由于转盘13设置在电机安装板的外表面，因此，电机安装板优选也采用圆形，故所述A部和B部为圆柱形，A部和B部扣合形成完整的电机盒12也相应为圆形。A部和B部与其所在半球连接的外沿，相应为环形。

将玩具球的外壳11设计成球形，可以避免用户对玩具的破坏，也可以防止用户在追逐过程中被划伤。

其中，声音信号采集装置包括固定在电机盒12的外表面上固定有3个麦克，所述麦克与所述控制单元连接，三个麦克可以设计算法，将它们接收到的信号进行处理，就可以大致判断目前最大的声音的来源与球体当前方位的关系。这样通过麦克确定了声源方位，只要家里面有什么响动，或者宠物无聊的时候叫了几声或者儿童发出哭声，它就会向着这个声音的来源的方向运动。

控制单元对第一麦克151和第三麦克153接收到的信号进行相关运算，得到壳体滚向声源需要转动的夹角，根据所述第一麦克151和第二麦克152采集的声音信号的强度，判断声源位于所述电机安装板的前方或者后方。在本实施例中，如图5所示，夹角就是声源位置和球心的连线与第一麦克151和第三麦克153连线的过球心中垂线的夹角。例如，声源在第一麦克151和第三麦克153连线过球心中垂线方向且向第一麦克151偏30°的位置，这个角度就会在后面的运动过程中转化为两侧转盘的转数比，比如第一麦克所在侧电机转动60R/min，而第三麦克153所在侧电机转动30R/min，这样整个球体就会向着第一麦克所在的那一侧偏转。

而对于第一麦克151和第二麦克152采集到的信号，通过分别进行积分比较总能量大小，因为开始转动之前麦克的位置因为摆锤的位置而固定，所以总能量更大的那边就是距离声源更近的那一边，转盘转动控制摆锤从那一边抬起，即可保证球体向着声源靠近。

为了增加玩具球的美观性，优选所述外壳11为透明外壳，以及为了掩盖住电机盒12内部的电机及电路板等，电机盒12优选采用非透明材质。

实施例二，基于实施例一中的一种玩具，本实施例提出了一种玩具球控制方法，包括实施例一中所记载的玩具球，附图可参见图1-图5所示，玩具球至少包括：球形外壳11、3个麦克、控制单元、驱动装置、电机盒12，所述驱动装置包括设置于所述球形外壳内的电机16及与所述电机的电机轴固定连接的转盘13，所述转盘13上或内具有与所述转盘固定连接的配重块14，所述转盘13的外圆周与所述球形外壳间具有间隙，所述电机16的数量为2个，所述玩具球控制方法包括以下步骤：

夹角及声源确定步骤：麦克采集声音信号并发送至控制单元，所述控制单元根据声音信号计算球形外壳滚向声源需要转动的夹角，以及判断声源位于过所述球形外壳的球心且与所述电机轴垂直的大球心面的前方或者后方，所述夹角为：当两个电机转速相同时球形外壳的运动轨迹与声源和球心连线之间的夹角；

转盘转动步骤：控制单元根据夹角计算出两个电机各自的转速，以及根据声源位于所述大球心面的前方或者后方确定电机的旋转方向，所述控制单元控制电机转动，使得球形外壳在电机转动转盘所产生的转动惯量的带动下朝向声源方向运动。

其中，3个麦克分别为固定在所述电机盒12的外表面的第一麦克151、第二麦克152、第三麦克153，所述第一麦克151和所述第二麦克152位于所述大球心面M的同一侧，所述第三麦克153位于所述大球心面M的另一侧，且所述第三麦克153与所述第一麦克151以所述大球心面M镜像对称；所述第一麦克151和第二麦克152的连线与所述电机轴的轴线相交且垂直；

在所述夹角及声源确定步骤中，所述控制单元根据所述第一麦克151和第三麦克153采集的声音信号得到夹角，根据所述第一麦克151和第二麦克152采集的声音信号的强度，判断声源位于所述大球心面M的前方或者后方。

进一步的，所述外壳11由两个半球扣合组成，所述电机盒包括相对称的A部和B部，分别设置在所述两个半球内，所述两个半球扣合时，所述A部和B部扣合形成完整的电机盒，其中，所述第一麦克和第三麦克一一对应固定在所述电机盒12的外表面上，所述步骤S1中，所述控制单元接收所述第一麦克和第三麦克采集的声音信号，并进行相关运算，得到夹角，根据所述第一麦克和第二麦克采集的声音信号的强度，判断声源位于所述电机安装板的前方或者后方。

所述步骤S1中，麦克周期性的采集声音信号，控制单元根据任一麦克所采集声音信号的强度控制电机驱动时间。

具体的，整个球体运动是存在周期性的，每隔一段时间就开始通过麦克采集信号，只采集固定的时间，停止采集后进行处理之后决定运动方向，通过程序控制档位，当采集到的信号越小的时候，整个运动持续时间就越长，目的是在屋子里面越安静的时候，制造更大的响动，而家里有人活动时，降低活动量，减少对生活的干扰。决定了运动时间运动方向，就开始运动。运动时间结束之后，再开始采集信号。可以通过开关档位决定运动结束之后等待多久再采集信号，藉此实现对玩具活泼程度的调节。

控制单元对任一麦克所采集声音信号进行积分，如果三者的值两两之间的差小于一个事先规定的阈值，说明用户距离玩具球距离很近，则两个转盘以相同转数向着从垂直任一侧转盘面看来相反的转动方向转动，如果从静止开始这样运动，这样转动会导致球体原地快速旋转；如果在运动中开始这样的运动，球体则会产生类似陀螺仪的效应，相对于外力的惯性增大。转数有一个基础值，根据最小的那个麦克采集声音信号积分值大小，线性的增加转盘的转数。这样达到的效果就是，在用户拨弄玩具、在玩具旁边叫时，玩具球会产生不确定的运动轨迹，会极大刺激用户的好奇心与捕猎本能，带给用户极大乐趣，同时诱导其作出大量反应，有效的消耗其精力。

上述情况还适用于玩具球上一段滚动足够持久，遇到障碍物较少还没有停下，滚动会导致球壳振动发声或者电机被动转动发声，这样极近距离的声源会导致三个MIC接收到的信号大小相近，同样产生上述运动轨迹。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种玩具球，包括球形外壳，其特征在于，包括：

声音信号采集装置，设置于所述球形外壳内，采集并发送声音信号；

控制单元，接收所述声音信号，根据所述声音信号确定声源位置，根据所述声源位置生成控制信号；

驱动装置，设置于所述球形外壳内，包括电机及与所述电机的电机轴固定连接的转盘，所述电机根据所述控制信号转动，所述电机转动时带动所述转盘转动，所述转盘上或内具有与所述转盘固定连接的配重块，所述转盘的外圆周与所述球形外壳间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的玩具球，其特征在于，

所述玩具球还包括：电机盒，与所述球形外壳固定连接，所述球形外壳的球心位于所述电机盒内；

所述声音信号采集装置包括固定在所述电机盒的外表面的第一麦克、第二麦克、第三麦克，所述第一麦克和所述第二麦克位于过所述球心且与所述电机轴垂直的大球心面的同一侧，所述第三麦克位于所述大球心面的另一侧，且所述第三麦克与所述第一麦克以所述大球心面镜像对称；所述第一麦克和第二麦克的连线与所述电机轴的轴线相交且垂直；

所述电机的数量为2个，所述转盘的数量为2个，分别为第一转盘和第二转盘，每个所述电机安装在所述电机盒内；每个所述电机的电机轴通过电机盒上的通孔延伸到电机盒外，并在所述电机轴的端部与相对应的一个所述转盘固定连接；两个所述电机轴的轴线重合且均通过所述球形外壳的球心，并与两个所述转盘的轴线重合，所述球形外壳的球心到两个所述转盘的距离相等。

3.根据权利要求3所述的玩具球，其特征在于，

所述电机盒具有朝向第一转盘的第一外侧面，以及朝向第二转盘的第二外侧面，所述第一外侧面、第二外侧面均为平面且与所述第一转盘、所述第二转盘平行，所述第一麦克与所述第二麦克固定于第一外侧面上，所述第三麦克固定在所述第二外侧面上。

4.根据权利要求3所述的玩具球，其特征在于，所述球形外壳由两个半球扣合组成，所述电机盒包括相对称的A部和B部，所述A部、所述B部分别设置在所述两个半球内，所述两个半球扣合时，所述A部和B部扣合形成完整的电机盒。

5.根据权利要求4所述的玩具球，其特征在于，所述A部和B部为自其所在的所述半球的大圆面朝向所述半球的曲面方向凹陷形成的凹陷结构，所述A部和B部分别通过外沿与其所在的半球固定连接，所述半球的大圆面为半球内经过球心的平面，所述凹陷结构的底面与所述转盘平行。

6.根据权利要求5所述的玩具球，其特征在于，所述A部和B部为圆柱形，所述外沿为环形。

7.根据权利要求1-6任一项所述的玩具球，其特征在于，所述转盘为圆形，所述配重块为扇形，所述转盘的半径与所述配重块的半径相等。

8.根据权利要求2-6任一项所述的玩具球，其特征在于，

所述控制单元配置成：根据3个麦克采集声音信号计算球形外壳滚向声源需要转动的夹角，以及判断声源位于过所述球心且与所述电机轴垂直的大球心面的前方或者后方；根据夹角分别计算出两个电机分别转速，以及根据声源位于过所述球心且与所述电机轴垂直的大球心面的前方或者后方确定电机的旋转方向，并控制电机转动，使得球形外壳在电机转动转盘产生的转动惯量带动下朝向声源方向运动，所述夹角为：声源和球心的连线与第一麦克和第三麦克连线的过球心中垂线的夹角。

9.一种玩具球控制方法，其特征在于，所述玩具球包括球形外壳、3个麦克、控制单元、驱动装置、电机盒，所述驱动装置包括设置于所述球形外壳内的电机及与所述电机的电机轴固定连接的转盘，所述转盘上或内具有与所述转盘固定连接的配重块，所述转盘的外圆周与所述球形外壳间具有间隙，所述电机的数量为2个，所述玩具球控制方法包括以下步骤：

夹角及声源确定步骤：麦克采集声音信号并发送至控制单元，所述控制单元根据声音信号计算球形外壳滚向声源需要转动的夹角，以及判断声源位于过所述球形外壳的球心且与所述电机轴垂直的大球心面的前方或者后方，

转盘转动步骤：控制单元根据夹角计算出两个电机各自的转速，以及根据声源位于所述大球心面的前方或者后方确定电机的旋转方向，所述控制单元控制电机转动，使得球形外壳在电机转动转盘所产生的转动惯量的带动下朝向声源方向运动。

10.根据权利要求9所述的玩具球控制方法，其特征在于，

3个麦克分别为固定在所述电机盒的外表面的第一麦克、第二麦克、第三麦克，所述第一麦克和所述第二麦克位于所述大球心面的同一侧，所述第三麦克位于所述大球心面的另一侧，且所述第三麦克与所述第一麦克以所述大球心面镜像对称；所述第一麦克和第二麦克的连线与所述电机轴的轴线相交且垂直；

在所述夹角及声源确定步骤中，所述控制单元根据所述第一麦克和第三麦克采集的声音信号得到夹角，根据所述第一麦克和第二麦克采集的声音信号的强度，判断声源位于所述大球心面的前方或者后方。