CN1681568A - 呼吸敏感玩具 - Google Patents

Abstract

一种呼吸敏感的玩具(10)，对诸如由低语、说话、唱歌或喘气所发生的人的呼吸以有趣行为做出反应。处理器(116)监控传感器(112)，用于测出因靠近人的呼吸引起的湿度或温度的变化。当发现有呼吸时处理器便驱动一个或几个能产生声、光或运动的输出装置(114)。玩具可以有诸如玩偶(210)或填充玩具(310)那样的塑像的形状，也可有诸如盘笛(610)或口琴(710)那样的儿童的音乐玩具的形状。

Description

呼吸敏感玩具

相关申请的交叉引用

本申请要求2002年9月11日提出的美国临时专利申请60/410068的优先权，为此将其内容包括在本文中。

技术领域

一般而言，本发明涉及儿童玩具。更详细地说，本发明涉及交互式玩具，它设计成可对呼吸及人的其它形式输入做出引起兴趣的行为。

背景技术

众所周知，有多种交互式玩具，包括玩偶。对使用者的动作能做出反应的玩具是需要的，因为它能提高兴趣，因而提高使用者在玩玩具时的乐趣。通常，玩具，特别是动物玩具和玩偶，它们的反应在传统上利用几个标准的触发机构之一来控制。例如，据知儿童玩偶受到水平方向轻击时会喊叫或翕动它的眼皮。普通玩具当用力从中挤出空气时也时常有声音。据知别的玩具在按下按钮或拉动绳子时会背诵预先编程的用语或唱歌。这种玩具中常嵌入声音触发按钮，产生比较逼真的效果。例如，可在毛绒熊的足内放置压敏按钮，因此当其足受到挤压时毛绒熊便奏出令人愉快的音乐。

使用者促动的刺激及其相应反应的复杂性根据儿童玩具系列不同而有很大变化。当技术进步时，玩具的反应能力也增强，挤压玩具和拉绳式玩偶被嵌装按钮、压力传感器、光传感器和麦克风的其它玩具取代。相关的先前出版物包括美国专利3703696，4328478，4450429，4768378，5394883，5820440，6053797和美国专利申请公开US2002/0086607A1，它们的全部内容包括在本文中以供参考。

例如，Truchsess的美国专利5820440中公开的玩偶在其臀部有压力传感器。Truchsess的玩偶当放在使用者膝上撞击或上下摇晃时会发笑或唱儿歌。同样，Tsang等人的美国专利6053797所公开的玩具塑像有多个机械式压力传感器。Tsang的玩具根据施加的机械刺激的总量与种类以不同的方式做出反应。

不管哪个实施例，都希望开发的玩具加入传感与应答装置，能一起起作用来产生尽可能最逼真的行为效果。此外，玩具能够对不同的输入加以区分并做出反应对于产生独特而有趣的表演事例也是重要的。这方面的本领，有些玩具比另一些好。例如，拉绳时演奏录音的玩具动物，与对诸如能对触摸或口语那样的较逼真的刺激做出反应的玩具有很大不同。

但对通过麦克风接收的声输入做出反应的玩具，如Chan在美国专利申请公开US 2002/0086607A1中所述的玩偶，也受某些固有限制条件的影响。重要的是，这种玩具的麦克风没有能力区分人的声音和无关的背景噪音，因为它们只根据输入的音量激活。因此，当它面临在其有效音量范围内的任何不相干的声音时，因有做出不当反应的趋势而影响这样玩具的性能。为此，本领域有必要开发一种玩具，它结合其它的技术可测出使用者的刺激并对其做出反应，以便创造一种有趣的与人交互的氛围。

发明内容

本发明提供一种交互式玩具，它在其它可能的刺激中能测出人的呼吸并做出反应。具体说，本发明包括一种湿度或气流的电子传感器，能测出在人的呼吸附近的湿度或温度相对于环境值的变化，此变化的测量使玩具以预定方式做出反应。

附图说明

图1是玩具的透视图，示出根据本发明实施例的组成部分；

图2是方块图，示出本发明另一实施例的组成部分；

图3是填充玩具的透视图，示出根据本发明第三实施例的组成部分；

图4是玩偶的透视图，示出根据本发明第四实施例的组成部分；

图5是可用于根据本发明所述实施例的湿度传感器的平面图；

图6是可用于根据本发明所述实施例的温度传感器的平面图；

图7是音乐玩具的透视图，示出根据本发明第五实施例的组成部分；

图8是另一音乐玩具的透视图，示出根据本发明第六实施例的组成部分。

具体实施方式

图1示出具有神秘飞龙外形的玩具10，在其头部内腔靠近耳朵的部位安装了左右两个相同的呼吸传感器12和14。通过测量一个或两个传感器的湿度或温度的变化，呼吸传感器12、14可测出玩具10的使用者在飞龙耳朵旁的呼吸。另一实施例可包括一个湿度传感器12，按要求位于飞龙上或飞龙内，这多半作为降低玩具10生产成本的一个方法。

本优选实施例还包括参考传感器16，最好是位于玩具10另外的一处的附加的湿度传感器。传感器16测量环境湿度并产生参比信号以便与传感器12和14之一或二个的信号作比较。参考传感器16的位置应使其受到保护，以免接触暴露在其它传感器12和14上的湿空气，例如可位于飞龙躯体一侧的前肢下面。

处理器18安装在玩具10内并与呼吸传感器12，14和参考传感器16作有效连接。处理器18监控呼吸传感器12、14和参考传感器16的电特性。当使用者在玩具10的耳朵旁低语，说话或喘气时，处理器18可测出他或她的呼气湿度引起的电特性的差别，并可使玩具10做出反应产生输出。这样，当记录正的湿度差值时，处理器18本身也引发适当的预先编程的输出。

玩具10可以如图1所示的各种输出方式对使用者的输入做出反应。它的眼睛可以变亮或放光，如在20处所示。玩具10可通过扬声器或其它位于嘴中或嘴的附近的声换能器发声22，特别是发出语音或歌唱。它可以运动它的尾或翼，如24处所示，甚至可运动它的爪子。也可将这些输出方式组合起来，见下述。

例如，和图1的实施例一致，玩具10在通电时可靠听觉提示使用者靠近其耳朵并向耳朵说话。为此，呼吸传感器12和14放在玩具10的耳朵旁。当呼吸传感器(12或14)指出使用者已经做完指定动作时，玩具10便可继续背诵有趣的故事，故事的讲述与进一步提示使用者混合在一起。例如，如果玩具10不能感知使用者已答应了它的要求，则可用它的爪和翼24猛烈搅动空气，从其眼20中闪光，从其嘴22中高声歌唱，接着便是反复告诫使用者完成前面指出的动作。将适当定位的电动或机动翅膀，发光二极管或其它发光器，及具有受处理器18控制的预先录制的录音带的扬声器以本领域普通技术人员熟知的方法包括进来，可按要求达到这些行为特征。

如上所述，当接通电源开关时，玩具10可以声音要求特定的使用者输入开始与使用者互动。由于传感器12和14能识别有无谈话，但不懂它的意思，所以玩具10最好不要发问“是”还是“否”一类的问题。相反，玩具10最乐于表现的提示方式是：“如果……请对着我的耳朵说话”。为了保存电力，玩具10在工作预定时间后无需接到使用者附加的输入就可以自动进入“睡眠”模式，随后，当使用者下一次触发呼吸传感器12或14时，“睡眠”模式取消且玩具完全恢复工作能力。

图2示出本发明另一实施例的方块图。玩具110包括输入传感器112，输出装置或换能器114，以及与传感器112和输出装置114有效连接的处理器116。使用者的动作引起的输入118由一个或几个传感器112寄存。传感器112可包括呼吸传感器120，光传感器122，或压力传感器124。当传感器112包括呼吸传感器时，玩具110还可包括与处理器116作有效连接的参考传感器126。当传感器112只包括呼吸传感器时，图2所示方块图适合于图1的实施例。输出装置114通过扬声器发声128。另一方面，此外，装置114可通过白炽灯，发光二极管，或本领域已知的其它电致发光装置发光130。同理，装置114例如通过翅膀或其它附件的机械致动器可产生运动132。

在图3所示的本发明另一实施例中，和前述玩具10一样，儿童玩偶210装有呼吸传感器212，参考传感器214，处理器216，和扬声器218。玩偶210被预先编程通过播放简单明了的预录语音开始与儿童对话，提示儿童答复。玩偶210可要求儿童贴近它的耳朵并向耳朵用低声说悄悄话。当儿童这样做时，呼吸传感器212测到他或她的呼吸，而玩偶210也可相应作答。这样，玩偶210按规定的答复使其能与使用者作一次貌似神秘的耳语交谈，为儿童提供嬉笑的伙伴关系的气氛。

按照本发明的这种玩偶还有愉快地唱歌的能力，提示使用者与它一起歌唱。呼吸传感器212通过检测有无儿童的呼吸，能指出儿童是否在与玩偶210同时歌唱。如果儿童也在唱，扬声器218可播放这样的话语：“注意，现在让我们唱……”。同样，如果呼吸传感器212不能测出在歌唱，玩偶210可以回答：“我听不到你，请继续在我的耳边唱”。以这样的方式，根据本发明的玩偶可为幼儿提供理想的合唱伙伴。

现在参看图4，诸如小猪那样的填充动物玩具可作为本发明的另一实施例。例如，有上述的呼吸传感器312，参考传感器314，处理器316和扬声器318的填充小猪310可预先编程有诸如“三头小猪”那样的交互式的故事。如果他或她喜欢听故事，小猪310可提示使用者向其耳朵低语。和本发明其它实施例一样，小猪在其讲故事过程中可暂停，给使用者附加的提示。例如，小猪310可要求儿童向其耳朵说某些重复性用语，如“头发不要靠近我的下巴”。当呼吸传感器显示儿童遵照执行时，小猪310可用赞同的反馈语气回答。反之，当传感器312不能测出预期的呼吸时，小猪310可对儿童的不回答发问，接着反复强调参加到故事中来。

本发明的实施例试图充分利用呼吸传感器的接收能力。为此，当在具体的应用场合下安装时它能引出各种可检测的使用者的回答。例如，在讲述“三头小猪”的故事时，小猪310会要求使用者设法“深呼吸，一阵阵地吹气将房子吹倒”，如果儿童在小猪的一个呼吸传感器312旁吹气，则小猪310会感测到此举动并相应做出反应。这样，本实施例提示使用者在每个对话场合低语、说话或吹气，从而利用传感器具有的全部效能。

按照本发明优选实施例，湿度传感器12和14及参考传感器16可以是Browall等人的美国专利3703696中公开的那种。如图5所示，这样的传感器包括电绝缘的基片410，一对分开的但在基片一个表面上互相交叉的电极412和414，接触电极412的导线416，接触电极414的导线418，和内含3.3-8.6％氯的氯甲基季铵聚苯乙烯。各传感器的电阻率高度依赖于它的环境的相对湿度。因此，当使用者在传感器12或14上方呼吸时，他或她的呼吸中的水分提高了传感器四周的相对湿度，导致穿过两电极之间空隙的电阻立即下降。电传感器12或14相对于参考传感器16的电阻下降意味着使用者的预期行为已经完成，于是触发玩具10一部分做出相应反应。应当明白，本发明的其它优选实施例可加入别的湿度传感装置，如Murata等人，Murata，及Ando等人分别在美国专利4328478，4450429和4768378中所述的传感器。

另一方面，本发明的诸实施例可包括一种诸如Neuman的美国专利5394883中所述的传感器。Neuman的传感器提供多个热敏元件，每个元件可用作流动传感器。图6示出这样一个传感器。图6的传感器510包括诸如聚酰亚胺或聚酯的绝缘基片512。在此基片上沉积宽的导电通路514和516，作为电极。两电极514，516之间沉积长的薄的热敏元件518。吹过热敏元件518的气流引起的温度变化使其电阻相对于环境值或参比值有变化。这一功能特性不仅提供指示，而且是对流过电热敏元件518的气流的量化。

传感装置，当如前所述与处理器一起使用时，可为根据本发明的应用提供十分理想的能力。例如，当应用于诸如玩具10那样的实施例时，Neuman所述那种具有多个热敏元件的传感系统也可很好地应用于儿童玩具，如盘笛，如图7所示，或图8所示的口琴。

现在参看图7，盘笛610包括许多根圆柱形管子612，在此实施例中，热敏元件614放置在盘笛610的每根管子612中，其激活使信号传送到处理器616，致使发出适当音高的可听音。另一方面，管子中热敏元件激活的结果能相应发出预先录制的声音，如谷仓近区动物发出的声音。参考热敏传感器可放在管子外面，如618处所示。热敏传感器614记录通过每个孔口的气流的量和有无的能力可供处理器产生改变音量的音调和音高。这样从扬声器620演奏的音调与使用者吹入乐器610相应孔口的力气成正比。

现在参看图8，口琴710包括许多条槽712。和前述实施例一样，热敏元件714可放置在口琴710的每条槽712内，其激活使信号发送给处理器716，导致相应地发出适当音高的可听音，或者也许是预先录制的声音。参考热敏传感器可放置在槽的外面，如718处。热敏传感器714记录通过各孔口的气流的量及有无的能力可供处理器产生改变音量的音调及音高。这样，从扬声器720放出的音调与使用者吹入乐器710各孔的力气成正比。

在另一实施例中，前述的湿度或气流传感器可与不同类型的附加传感器一起使用，以便在玩具一部分上提供更不同的交互能力。例如，本发明实施例除了包括湿度或气流传感器外，还包括Truchsess在美国专利5820440中所述的压力传感器，和Chan在美国专利申请公开US2002/0086607A1中所述的光传感器。在一个玩具中组合不同的传感装置，当如前面所述有处理器和通信工具时，可提供复杂而多变的交互想定。

例如，返回看图3，玩偶210除了在其耳朵旁有呼吸传感器212外，在其眼睛旁还有光传感器以及在其手足上有压力传感器222。这时的玩偶210能提示儿童做一些事，如挥动它的左手，吻其面颊，或向其右耳低语，并根据儿童的动作做出反应。这样的玩偶有助于教儿童身体各部分的名称，以及识别左和右的能力，当使用者成功地完成要求的任务时可以提供表示赞同的反馈。此外有这些不同传感器的玩偶还可起电子游戏机的作用，通过提示使用者以类似于传统的“西蒙箴言”游戏的方式在一定时间内完成相同任务。

已经特别地参照本发明的优选实施例说明了本发明。但对本领域技术人员而言在不脱离本发明范围的情况下显然可作许多变更和修改。例如，如上所述，玩具可以是填充的小猪或玩偶。另一方面，本发明可体现在有通道并能根据吹入通道而发出各种声音的玩具中。本发明仅局限于权利要求书所指的范围内。

Claims (29)

1.一种呼吸敏感玩具，包括：

呼吸传感器；

输出装置；及

处理器，它与呼吸传感器及输出装置有效连接；

其中处理器适合于使玩具可与使用者交互；

2.如权利要求1所述的呼吸敏感玩具，其中处理器还适合于使玩具可随使用者的输入而表现某种行为。

3.如权利要求1所述的呼吸敏感玩具，其中处理器还适合于使玩具可引起使用者发生行为并检测这种行为。

4.如权利要求1所述的呼吸敏感玩具，其中呼吸传感器包括湿度传感器。

5.如权利要求4所述的呼吸敏感玩具，还包括参考传感器。

6.如权利要求1所述的呼吸敏感玩具，其中呼吸传感器包括温度传感器。

7.如权利要求6所述的呼吸敏感玩具，还包括许多管子，每一管子内包括呼吸传感器。

8.如权利要求1所述的呼吸敏感玩具，其中玩具包括填充的玩具塑像。

9.如权利要求1所述的呼吸敏感玩具，其中玩具包括玩偶。

10.如权利要求1所述的呼吸敏感玩具，还包括：

压力传感器；

光传感器；

其中处理器与压力传感器及光传感器有效地连接。

11.一种呼吸敏感玩具，包括：

呼吸传感器，具有响应呼吸存在的电特性；

参考传感器，具有响应呼吸存在的电特性；

处理器，与呼吸传感器及参考传感器电连接；

换能器，用于产生输出；

其中当呼吸传感器的电特性下降到低于参考传感器电特性所设定的临界值时，处理器激活换能器。

12.如权利要求11所述的呼吸敏感玩具，其中换能器发出声音。

13.如权利要求11所述的呼吸敏感玩具，其中换能器发出语音。

14.如权利要求11所述的呼吸敏感玩具，其中换能器发光。

15.如权利要求11所述的呼吸敏感玩具，其中换能器包括机械致动器。

16.如权利要求15所述的呼吸敏感玩具，其中换能器包括电动翅膀。

17.如权利要求11所述的呼吸敏感玩具，其中换能器包括扬声器，且其中玩具通过播放预先录制的用语与儿童对话。

18.如权利要求11所述的呼吸敏感玩具，其中呼吸传感器包括湿度传感器，参考传感器也包括湿度传感器。

19.如权利要求11所述的呼吸敏感玩具，其中呼吸传感器包括温度传感器，参考传感器也包括温度传感器。

20.如权利要求11所述的呼吸敏感玩具，还包括音乐玩具，且其中至少一个换能器产生悦耳声音。

21.如权利要求20所述的呼吸敏感玩具，其中音乐玩具包括盘笛。

22.如权利要求20所述的呼吸敏感玩具，其中音乐玩具包括口琴。

23.一种具有管子的呼吸敏感音乐玩具，包括：

多个呼吸传感器，每一呼吸传感器放置在玩具的管子内且都具有响应呼吸存在的电特性；

处理器，与该多个呼吸传感器电连接；

扬声器，用于产生音乐输出；

其中当传感器的电特性指出有呼吸存在时，处理器激活扬声器。

24.如权利要求23所述的呼吸敏感玩具，其中电特性响应呼吸量，且其中音乐输出有音量，处理器触发扬声器产生与呼吸量相关的输出音量。

25.如权利要求23所述的呼吸敏感音乐玩具，还包括盘笛。

26.如权利要求24所述的呼吸敏感音乐玩具，还包括盘笛。

27.如权利要求23所述的呼吸敏感音乐玩具，还包括口琴。

28.如权利要求24所述的呼吸敏感音乐玩具，还包括口琴。

29.一种呼吸敏感玩具，包括：

呼吸传感器，具有响应呼吸存在的电特性；

参考传感器，具有响应呼吸存在的电特性；

压力传感器，具有电特性；

光传感器，具有电特性；

处理器，与呼吸传感器、参考传感器、压力传感器及光传感器电连接；

多个输出装置；

其中玩具有多种输出方式，处理器激活一个或多个输出装置，根据呼吸传感器、参考传感器、压力传感器和光传感器的电特性以某种输出方式产生输出。

Images