CN106075935A - 一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化和仪器仪表技术领域，具体涉及一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具。所述益智玩具包括可实现稳定功能或三轴转动功能的内框平台；设置在所述内框平台上、并测量内框平台姿态信息的惯组模块；连接内框平台，根据姿态信息对内框平台提供稳定功能或三轴转动功能的平台组件；及一连接平台组件的远程控制装置。通过益智玩具自身具有的稳定平台功能，向儿童展示被放置在内框平台上的水杯或其他物品，始终维持在一稳定平面上；本发明实现了微型化、集成化与数字化，将稳定平台应用到益智玩具领域增加了益智玩具的可编程性、趣味性，直观的把三维运动展现在儿童的眼里，并且具有良好的教学效果。

Description

一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具

技术领域

本发明涉及自动化和仪器仪表技术领域，具体涉及一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具。

背景技术

随着家庭生活水平的整体提高，儿童对于玩具的需求已经不仅仅停留在娱乐层面，高品质益智类玩具的需求呈上升趋势。益智类小玩具既能启迪智慧、开拓思维，又能教授知识、协调身体机能。目前在益智类小玩具领域，国内市场上的高品质益智玩具种类比较单一，娱乐性强但缺少科学知识的传授。常见的智能玩具小车单一的前进、后退、转弯功能只能展现给儿童二维空间运动状态，已经不能满足儿童对于三维运动知识的需求，且其产品功能以及对于消费者的吸引力也十分有限。本发明就是为了弥补这个市场空缺，从而使原本体型庞大、造价高昂的稳定平台实现了微型化、集成化与数字化，将稳定平台应用到益智玩具领域增加了益智玩具的可编程性、趣味性，直观的把三维运动展现在儿童的眼里，并且具有良好的教学效果。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于MEMS器件微小型三轴稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具，能很好的解决了三轴稳定平台应用到玩具领域实现水杯自动稳定功能，利用智能终端通过无线发射器实现远程操控内框、中框、外框的自由旋转，直观的把三维运动展现在使用者的眼中，提高了玩具的趣味性和教学效果。

为了达到上述的目的，本发明采用的技术方案为：一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具，所述益智玩具包括可实现稳定功能或三轴转动功能的内框平台；

设置在所述内框平台上、并测量内框平台姿态信息的惯组模块；

连接内框平台，根据姿态信息对内框平台提供稳定功能或三轴转动功能的平台组件；

及一连接平台组件的远程控制装置。

进一步地，所述平台组件包括连接内框平台的中框、及连接中框的外框；

及对内框平台、中框及外框提供旋转动力的舵机。

进一步地，所述内框平台的任意相对两端连接所述中框，并所述内框平台可绕两个内框平台连接端的轴向方向上转动；

所述中框非连接内框平台的两侧连接所述外框，所述中框绕两个中框连接端的轴向方向转动；

所述外框整体为“U”型，底部连接基座，在外框底部上延伸出两个连接中框的转台外框固定端。

进一步地，所述惯组模块设置在转台内框平台相反于置物平台的一侧面。

进一步地，所述惯组模块包括三个MEMS陀螺仪、三个MEMS加速度计、三个MEMS磁强计及主控芯片；三个所述MEMS陀螺仪的敏感轴相互正交，三个所述MEMS加速度计的敏感轴相互正交，三个所述MEMS磁强计的敏感轴相互正交，其中三个MEMS陀螺仪、三个MEMS加速度计、三个MEMS磁强计所构成的三围坐标系为同一坐标系；

所述主控芯片通过驱动电路连接所述舵机。

进一步地，所述平台组件还包括交互组件，所述交互组件包括交互屏幕及可编程控制器。

通过益智玩具自身具有的稳定平台功能，向儿童展示被放置在内框平台上的水杯或其他物品，时钟维持在一平面上，并保持稳定；同时通过远程控制装置或经由交互组件，实现设定需要做出的相应的动作，进而内框平台的动作，因其具有三轴转台的功能，其能够实现三轴转动，所实现的转动动作更为丰富，具有较高的趣味性。

附图说明

图1为本发明第一实施中的基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具整体图；

图2为本发明可编程控制器电路框图；

图3为稳定平台MEMS惯性组件图；

图4为稳定平台自稳原理图；

图5为本发明基座下盖图；

图6为本发明另一实施中的基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具整体图；

图7为本发明另一实施中的基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具的立体图。

具体实施方式

以下通过说明书附图及具体实施方式对本发明做进一步解释。

实施方案1：稳定平台整体图如图1所示，包括基座9、电源按键开关1，外框2，中框舵机3，中框4，内框舵机5，惯组6，轴承7，法兰轴承8。

如图2所示，所述可编程控制器包括第一微处理器，驱动电路、无线接收器、无线发射器。无线接收器的输出端与第一微处理器的输入端连接；第一微处理器的输出端与驱动电路连接；智能终端与玩具通过无线传输模块连接。无线传输模块选择蓝牙或者红外。

所述无线接收器与手机蓝牙发射器连接。

手机具有编码器，将使用者通过键盘输入的指令以及参数编码成适合无线发送格式的编码。微处理器具有解码器，将接受到的信号解码为指令，并将该指令转化为舵机转速指令，比如在恒速模式下内框转速100rad/s。微处理器可以采用arm处理器。

如图3、4所示，三轴速率转台包括机械结构、执行机构、控制算法。机械结构包括内框、中框、外框机械结构。内框与中框通过内框伺服舵机和轴承连接，中框和外框通过中框伺服舵机和轴承链接，外框和基座通过法兰轴承连接，外框伺服舵机连接在法兰轴承上。基座包括电源和按键开关，电源是整个平台的供电装置，按键开关控制电源的接通和断开。

稳定平台系统构成将三轴速率转台固定安装于基座上，并将MEMS惯性组件固定安装在三轴速率转台内框上，用于检查稳定平台内框姿态信息。图5所示为稳定平台自稳原理图，及MEMS惯性组件测量稳定平台内框姿态信息(航向角、俯仰角、横滚角)，传输给三轴速率转台主控制器，主控制器再控制执行机构(内框舵机、中框舵机、外框舵机)，实现姿态校正。

如图6、7所示，提供一种将中框及内框均替换为圆形或椭圆形形状，同时可将底座设计为手持平台，按下按键给整装置供电，水杯放在稳定平台内框，前后俯仰平台，惯组模块里的三轴MEMS陀螺仪，三轴加速度计以及磁力计高精度的姿态解算算法，能实现平台内框姿态的实时检测欧拉角，将此信息反馈给控制电路，控制电路接受到欧拉角角度信息，控制舵机进行正反转达到平台稳定效果，实现三维运动。控制电路芯片采用arm处理器。

整个装置外壳使用质地较软的材料，外观呈流线型形体。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，尽管参照实施方式对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。但是，凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具，其特征在于，所述益智玩具包括可实现稳定功能或三轴转动功能的内框平台；

设置在所述内框平台上、并测量内框平台姿态信息的惯组模块；

连接内框平台，根据姿态信息对内框平台提供稳定功能或三轴转动功能的平台组件；

及一连接平台组件的远程控制装置。

2.根据权利要求1所述的一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具，其特征在于，所述平台组件包括连接内框平台的中框、及连接中框的外框；

及对内框平台、中框及外框提供旋转动力的舵机。

3.根据权利要求2所述的一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具，其特征在于，所述内框平台的任意相对两端连接所述中框，并所述内框平台可绕两个内框平台连接端的轴向方向上转动；

所述中框非连接内框平台的两侧连接所述外框，所述中框绕两个中框连接端的轴向方向转动；

所述外框整体为“U”型，底部连接基座，在外框底部上延伸出两个连接中框的转台外框固定端。

4.根据权利要求3所述的一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具，其特征在于，所述惯组模块设置在转台内框平台相反于置物平台的一侧面。

5.根据权利要求2所述的一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具，其特征在于，所述惯组模块包括三个MEMS陀螺仪、三个MEMS加速度计、三个MEMS磁强计及主控芯片；三个所述MEMS陀螺仪的敏感轴相互正交，三个所述MEMS加速度计的敏感轴相互正交，三个所述MEMS磁强计的敏感轴相互正交，其中三个MEMS陀螺仪、三个MEMS加速度计、三个MEMS磁强计所构成的三围坐标系为同一坐标系；

所述主控芯片通过驱动电路连接所述舵机。

6.根据权利要求1所述的一种基于稳定平台的多功能家庭实验平台益智玩具，其特征在于，所述平台组件还包括交互组件，所述交互组件包括交互屏幕及可编程控制器。