CN1106210C - 可编程玩具 - Google Patents

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Abstract

一种诸如玩具或小饰物的可编程装置，该装置具有供用户操作以便设置玩具的多种不同运动中的任何一种的键盘。可以和运动相协调地产生声音和光线。玩具可以是车或其他可以在环境中运动的装置。

Description

可编程玩具
本发明涉及一种可编程系统，用于使得物体尤其是玩具或小饰物能执行用户选择的一系列动作。
市场上可以买到许多玩具和小饰物，它们可以执行玩游戏者通过使用遥控装置所指示的不同的动作。典型地，使用遥控装置导致玩具物体，比如车辆的某一具体的动作。遥控系统是用红外线或无线电操纵的，并且仅仅可以用来指示车辆执行单个的或分离的动作。这些产品在执行动作的多样化方面受到限制。
具有可变的可编程玩具或小饰物将在市场上带来明显的优势和利益。
本发明的目的是克服现有的玩具和小饰物的限制。
本发明提供用于玩具或小饰物的交互式编程系统。用户通过按合适的小键盘按钮来为物体设定程序或指示物体执行一系列预置的动作。这些动作预置在不同的键中，通过为不同的键编置程序以操作或实现玩具或小饰物的不同的动作。最好其中伴有声音效果和光反应。
根据本发明，可编程玩具包括机体，它具有用于驱动轮子或其他装置形式的运动产生装置的马达，以使机体在周围的环境中移动。具有操纵一系列控制开关的小键盘供玩具的使用者操作。开关和用于将开关所接收的信号转变成操作马达的控制信号的已编程的或可编程的微处理器连接。从而根据马达对运动产生装置的作用，能使马达在不同的被选方向上启动机体。
在本发明的最佳形式中，有一种包含存储功能的微处理器，它可以用来存储预定的动作和声音效果的指令。动作、执行动作的物体和声音效果由用户选择决定。
编程系统由响应不同键的集成电路芯片驱动。
图1是显示根据本发明的玩具车的透视图。
图2是所述车的侧视图。
图3是在平面上上托成后轮平衡状态的所述车的侧视图。
图4是所述车的俯视图，显示具有12个键和3个功能开关的键盘。
图5是所述车的后视图。
图6是所述车的前视图。
图7是所述车的仰视图。
图8是所述车的侧面剖视图，显示驱动轮子的各种机械结构和电子控制系统。
图9是所述车的俯视剖视图，显示驱动车辆后轮的驱动马达。
图10是说明控制单元和微处理器的主要元件的框图。
图11是控制电路和微处理器的更详细的图。
图12a是具有键盘和推进器的飞机或船的示意图。
图12b是具有键盘和两个轮子的自行车示意图。
图12c是具有用于障碍和/或光环境的探测器的玩具或小饰物的示意图。
最佳实施例的详细描述
参照车来说明本发明。
图中示出车辆20，它具有安装在车辆20上部的键盘21。键盘21有12个开关，还有位于键盘21前面的键开关22。车辆20具有4个分开的轮子，即位于车辆20前部的前轮23和24，位于车辆20后部的后轮25和26。轮25和26分别被马达以下面将更全面地描述的方式驱动。键盘21包括3列，每列有4个控制开关。右侧的一列总的用标号27表示。标号28表示中间一列，标号29是左侧的一列。
在车的后部具有横向安装的可转动滚轮30，在车辆20倾斜成图3所示的上托轮位置时，滚轮30可供使用。在这种状态下这样建立车辆的重心，使得后轮25和滚轮30能使车辆在该位置平衡。当适当的信号输入到键盘21时，控制系统使车辆倾斜。
车辆的后部包括有门的电池室31，其中可放若干电池。可以通过门开关或锁32打开电池室31，适当地转动门开关或锁32以打开或关闭电池室31。
当车辆倾斜时，它以这样的方式在表面33上平衡，使得轮25和滚轮30靠在所述表面上。车辆是这样运行的，即它能在表面33上以在车辆20内部编程的较小或较大的曲线在向前、向后、左转、右转或侧正弦方向上移动。
前轮23和24安装在具有合适的螺旋弹簧35的悬挂结构34上。机体外壳以标号36表示，并且能被铸造成具有上部37的塑料制品，上部37可以用螺丝和下部38相连。在模制的塑料构件中，有几个构成车的内部运转结构的支撑元件。这包括用于电池室31的底板39。
在图8的电池室31中，示出至少一个电池40。电路板41安装在电池室31前面，它的一部分是分别驱动两个马达42和43的控制电路。马达42通过齿轮机构44驱动轮子26，而马达43通过齿轮机构45驱动轮子25。来自控制板41的电力通过一系列导线47输出到所述马达，随后驱动所述齿轮机构。齿轮机构44包括至少三个可联动的齿轮48、49和50，用于启动轮子26。相似的齿轮系统45可以用于轮子25。
在图10中，显示了和右马达控制单元52和左马达控制单元53相连的主控制单元或微处理器51。马达的接通/断开开关在图10中以标号53表示，图中还示出键盘21，它具有多个和微处理器的主控制单元51相连的键盘开关。所述键盘开关是按钮元件，它们以所示键盘配置21把指示的电路接通。微处理器也控制光源发光二极管(LED)控制单元54，光源控制单元54在处理器51的给定的编程状态下运作。扬声器55也在微处理器51的控制下运作。
下面将参考图11进一步描述控制电路和微处理器。
所述控制电路驱动两个马达42和43、扬声器电路55和LED电路54。晶体管对用于驱动电路。微处理器具有5个输出端，标为1、2、3、4和16。各输入端起源于线路5-12。当线路5-12具有表中所列的适当的组合时，微处理器51驱动输出端1-4和16。
当输出端1升高时，晶体管Q16的基极接收到导通Q16的适当的电压，从而使电流流过Q16的集电极和发射极。这随后提高Q13和Q12的基极的电压并导通Q12和Q13。由于Q13和电源连接，这使电流在第一方向上流过右马达43。
当输出端2升高时，晶体管Q3的基极接收到导通Q3的适当的电压，从而使电流流过Q3的集电极和发射极。这随后提高Q11和Q14的基极的电压并导通Q11和Q14。由于Q14和电源连接，这使电流在第二方向上流过右马达43。
当输出端3升高时，晶体管Q10的基极接收到导通Q10的适当的电压，从而使电流流过Q10的集电极和发射极。这随后提高Q5和Q7的基极的电压并导通Q5和Q7。由于Q5和电源连接，这使电流在第一方向上流过左马达42。
当输出端4升高时，晶体管Q1的基极接收到导通Q1的适当的电压，从而使电流流过Q1的集电极和发射极。这随后提高Q4和Q6的基极的电压并导通Q4和Q6。由于Q6和电源连接，这使电流在第二方向上流过右马达43。
当输出端16升高时，晶体管Q2的基极接收到导通Q2的适当的电压，从而使电流流过Q2的集电极和发射极。由于Q2的集电极和扬声器的引线之一连接，并且扬声器的另一引线和电源连接，这样就驱动扬声器55。另外，Q2的集电极和Q8的基极连接，所以当Q2被导通时，Q8被导通。当Q8被导通时，电流流过LED54，使它发光。玩具的例子和运作特征
一种具有可编程特性的示范性玩具汽车有以下特征：无限的编程可能性，约12816；可编程性；8个动作键；4个距离和定时键；和3个功能键。功能键被命名为启动(Go)键、演示(Demo)键、转换(Shift)键。
声音效果包括尖锐刺耳的声音、鸣喇叭、快速、加速、发动机噪声和其他通话声音。这些声音可以和车的动作相联系。可编程车
双马达可编程车预置有3种演示(Demo)功能，还有用于编程的8个动作键，4个定时键和转换(Shift)键，它们存储32种控制功能和16种交互式处理存储位置。可编程车随其运动产生声音效果。LED光线时隐时现以配合车的动作。
当接通/断开开关拨到“接通”位置时，车响两声喇叭声以告诉使用者已经准备好。接着使用Demo按钮8或编程按钮。按Demo键8一次、两次、三次，启动三种不同的汽车演示操作。
不同层次的编程如下。初级编程
按一个动作键和一个定时键。按“GO”。重复上述基本操作并且在按“GO”之前按第二个动作键和第二个定时键。每次运作时，车保存多达16种不同的动作和定时。中级编程
在基本编程中增加Shift键(在动作键或定时键之前)改变原来的动作。同时按Shift键和一个动作键。接着按一个定时键。按“GO”。该程序改变了动作，使它和基本程序不同。按一个动作键，接着同时按Shift键和一个定时键。按“GO”。该程序改变了时序，使其与基础程序不同。高级编程
在基本编程中增加Shift键(在动作键或定时键之前)改变原来的动作。同时按Shift键和一个动作键。接着同时按Shift键和一个定时键。按“GO”。这程序改变了所述动作和时序，使它们不同于基本的和中级的程序。
为了当车运动时中断程序，按“GO”键车就停止。为了重复最近的编程动作，按“GO”键车就会重复最近的编程动作。万一用户输错程序，想重新开始，按下Shift键并保持3秒钟。车的嘟嘟声告诉用户存储器已被擦除。如果车一直保持“接通”状态，那么，30分钟后车自动关断。在上述30分钟内，提醒喇叭每隔5分钟响一次请求新的游戏和编程。
如果需要的话，可以提供用于多种键组合的功能卡。
键的分配如下：键描述
这些是位于键盘21上的键。键1(动作键：4种不同模块)
向前：键1+定时键(时基2.0秒)
向前：键1+Shift(定时)键(时基0.5秒)
快速(Turbo)向前：Shift(键1)+定时键(时基2.0秒)
暂停：Shift(键1)+Shift(定时)键(时基0.5秒)键2(动作键：4种不同模块)
向后：键2+定时键(时基2.0秒)
向后：键2+Shift(定时)键(时基0.5秒)
快速向后：Shift(键2)+定时键(时基2.0秒)
振动：Shift(键2)+Shift(定时)键(时基0.5秒)键3(动作键：4种不同模块)
左转向前：键3+定时键(时基2.0秒)
左转向前：键3+Shift(定时)键
不规则多边形I：Shift(键3)+定时键
逆时针转：Shift(键3)+Shift(定时)键键4(动作键：4种不同模块)
左转向后：键4+定时键(时基2.0秒)
左转向后：键4+Shift(定时)键(时基0.5秒)
横向直线(左)：Shift(键4)+定时键
摇动3次：Shift(键4)+Shift(定时)键键5(动作键：4种不同模块)
正弦曲线(小)：键5+定时键
正弦曲线(大)：键5+Shift(定时)键
圆周I：Shift(键5)+定时键
圆周II：Shift(键5)+Shift(定时)键键6(动作键：4种不同模块)
上托成后轮平衡状态：键6+定时键
上托成后轮平衡状态并放下：键6+Shift(定时)键
做小‘8’字形转弯：Shift(键6)+定时键
做大‘8’字形转弯：Shift(键6)+Shift(定时)键键7(动作键：4种不同模块)
右转向前：键7+定时键(时基2.0秒)
右转向前：键7+Shift(定时)键(时基0.5秒)
不规则多边形II：Shift(键7)+定时键
顺时针转：Shift(键7)+Shift(定时)键键8(动作键：4种不同模块)
右转向后：键8+定时键(时基2.0秒)
右转向后：键8+Shift(定时)键(时基0.5秒)
横向直线(右)：Shift(键8)+定时键
上托成后轮平衡状态并摇动3次：Shift(键8)+Shift(定时)键键9(定时键)
时基×1键10(定时键)
时基×2键11(定时键)
时基×3键12(定时键)
时基×4键22如下：Shift键(转换键1至键12的不同模块)
Shift键可以和其他任何一个键同时使用。
按Shift键并保持3秒钟擦除输入程序。Demo键(选择3个不同的预置程序)
按键一次(简单程序功能)
在2.5秒内按键两次(组合程序功能)
在2.5秒内按键三次(复杂程序功能)GO键(开始执行程序)
在程序完整后按‘GO’键一次，开始执行程序
当车运动时，按‘GO’键使车停止LED指示灯
它设置在车辆20上并和车上的扬声器的声音同步。扬声器
声音信号是预置的并和操作相关
语音信号是预置的并和‘GO’键相关马达控制
驱动两个DC马达向前或向后
通过输出电流控制马达的转速
在有反向电流的情况下保护所述电路操作描述
当接通电源时，电池充电，系统进入准备状态并发出声音信号，比如喇叭声：‘嘟嘟…嘟嘟…嘟嘟’。在正常的准备状态下，如果没有命令输入或程序已经执行完毕，车每隔5分钟发一次声音信号(最多5次)。通过按照程序按键来进行编程。动作+定时是一个动作过程。操作过程中一步一步地按键，最多有16个交互过程。
现在描述9个不同的按键序列的例子。无论按哪一个命令键，不存在正确或错误按键，车根据最后一个正确键入的程序运作。GP1、GP2、GP3(动作键和时间键)表示正确的按键动作。Xa(只对动作键)只表示错误键。Xt(只对时间键)只表示错误按键。动作1和动作2分别表示编程的顺序运动。
1)GP1+GP2+GP3+GO。车运转并经历“GP1”+GP2”+“GP3”过程。
2)Xt+GO。车运转但是只经历在前设置的一个过程。
3)Xa+GO。车不启动
4)GP1+GP2+GP3+预置动作1+GO。车运转并经历GP1”+“GP2”+“GP3”过程。应该在按“预置动作”键后两秒钟内按“GO”键。否则，车执行预置动作1的操作。
5)GP1+GP2+GP3+预置动作1。车运转并经历“预置动作1”的过程。
6)GP1+Xa+GP2+Xa+GO。车运转并经历“GP1”+“GP2”过程。
7)动作1+时间1+时间2+动作2+时间1+时间2+GO。车运转并经历“动作1+时间2”、接着经历“动作2+时间2”过程。
8)GO+预置动作。车运转但是只经历预置动作过程。已不存在任何程序。
9)预置动作+GO。车停住。应该在按“预置动作”键后两秒钟内按“GO”键。否则，车执行预置动作1。
在车根据正确键入的程序运动期间的任何时间，如果按“GO”键，车停住并取消一切已编程的动作。
对本本发明来说，存在许多其他的互相只在细节上有所不同的形式。
虽然参照四轮汽车对本发明作了描述，但是很明显，本发明也可以应用在其他的装置比如各种玩具和小饰物。玩具可以是船、飞机、各种车辆比如三个轮子的汽车、或如图12B所示的带马达的自行车。和装置相称，周围的环境可以是地面，或者在装置是船时可以是水面，或在装置是飞机时为空气。如果是大船、小船、飞机，运动发生装置可以是推进器或螺旋装置。如图12A所示。
用于确定环境的探测器可以在机体靠近障碍物并需要转向这个方向或那个方向或停止的时候做出决定。探测器也可以对其他东西比如温度或光线的变化作出反应，并使可编程的微处理器改变已经预编程在装置内部的动作。如图12C所示。
在一些情况下，可以通过无线或红外控制以遥控的方式实现编程和通讯。
本发明将由下述权利要求书唯一地确定。

Claims (23)

1.一种可编程装置，包括：
机体；
马达，用于启动机体上的运动产生装置，后者用于使机体相对周围环境运动；
小键盘，包括一系列供用户操作的开关；以及
和微处理器连接的开关，用于将从开关接收到的信号转换为操作马达的控制信号，从而使机体根据运动产生装置上的马达的作用在不同方向上运动，
其特征在于：所述微处理器是可编程的，从而可以对运动进行选择，所述运动包括向前、向后、左转、右转或正弦曲线形运动中的至少一种或多种运动，所述运动包括上托成后轮平衡的运动，并且车的重心相对于轮子这样定位，使得可以根据对车运动的控制使车倾斜、上托成后轮平衡的运动。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于：所述运动产生装置为至少一个轮子，而所述机体是车辆的样品。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于：所述运动产生装置是一对轮子，每个轮子分别由各自的马达驱动。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于：所述机体是汽车的样品，有四个彼此隔开的轮子，其中两个轮子被驱动，这两个轮子为运动产生装置。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于：所述被驱动轮子是汽车的后轮。
6.根据权利要求1的装置，其特征在于包括设置在车的后部可自由活动的滚轮元件，自由活动的滚轮用于当车辆上托倾斜成后轮平衡状态时、便于车运动。
7.根据权利要求1的装置，其特征在于包括用于发声的扬声器，和用于将运动产生装置的启动和扬声器发出的声音选择性地相互配合的装置。
8.根据权利要求1的装置，其特征在于包括用于发光的光发生装置，和用于使运动产生装置的启动和光源发出的光选择性地相互配合的装置。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述机体选择性地是船、火车、飞机、汽车或带马达的自行车的模型。
10.根据权利要求1的装置，其特征在于：所述微处理器连接到用于操纵马达的控制装置以及用于操纵光源和声音的控制装置。
11.根据权利要求1的装置，其特征在于：所述小键盘可以操纵多种控制装置，从而可以选择机体运动的多种组合。
12.根据权利要求1的装置，其特征在于包括用于确定环境的探测器和用于根据探测器的信号选择性地将所探测的环境情况与触发声音、光线或动作相联系的装置。
13.根据权利要求1的装置，其特征在于所述装置是一种可编程玩具车辆。
14.根据权利要求13的装置，其特征在于：所述机体是汽车的样品，有四个彼此隔开的轮子，其中两个轮子由各自的马达驱动。
15.根据权利要求14的装置，其特征在于：所述微处理器是可编程的，从而可以对运动进行选择，所述运动包括向前、向后、左转、右转或正弦曲线形运动中的至少一种或多种运动。
16.根据权利要求15的装置，其特征在于包括上托成后轮平衡运动，并且车的重心相对轮子这样定位，使得可以根据对车运动的控制使车倾斜、上托成后轮平衡的运动。
17.根据权利要求14的装置，其特征在于包括用于发声的扬声器，和用于将运动产生装置的启动和扬声器发出的声音选择性地相互配合的装置。
18.根据权利要求14的装置，其特征在于包括用于发光的光发生装置，和用于使运动产生装置的启动和光源发出的光选择性地相互配合的装置。
19.根据权利要求14的玩具，其特征在于：所述微处理器连接到用于操纵马达的控制装置以及用于操纵光源和声音的控制装置。
20.根据权利要求14的玩具，其特征在于：所述小键盘可以操纵多种控制装置，从而可以选择机体运动的多种组合。
21.根据权利要求1的装置，其特征在于所述装置是一种可编程的玩具车，其中所述微处理器连接到所述机体中用于操纵两个马达的控制装置和用于操纵光源及扬声器的控制装置；以及
所述小键盘可以操作多种控制装置，从而可以选择机体运动的多种组合。
22.根据权利要求21的装置，其特征在于包括上托成后轮平衡的运动，并且车的重心相对于轮子这样定位，使得可以根据对所述轮子运动的控制使车倾斜、上托成后轮平衡的运动。
23.根据权利要求21的装置，其特征在于：所述微处理器是可编程的，从而可以对运动进行选择，所述运动包括向前、向后、左转、右转或正弦曲线形运动中的至少一种或多种运动。
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