DE2916707A1

DE2916707A1 - Durch myoelektrische potentiale gesteuertes spielzeug

Info

Publication number: DE2916707A1
Application number: DE19792916707
Authority: DE
Inventors: Michael R Wiland
Original assignee: ROSENBERG ROBERT C; WEISS ARNOLD R
Current assignee: ROSENBERG ROBERT C; WEISS ARNOLD R
Priority date: 1978-05-02
Filing date: 1979-04-25
Publication date: 1979-11-08
Also published as: GB2020450A; FR2424749A1; IT1112836B; IT7922222A0; AU4650279A

Description

Durch myoelektrische Potentiale gesteuertes Spielzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ferngesteuertes Spielzeug, insbesondere ein solches Fernsteuerspielzeug, das durch myoelektrische Potentiale gesteuert wird, welche durch die Muskeltätigkeit des Spielzeugbenutzers erzeugt werden.

Myoelektrische Potentiale werden immer dann erzeugt, wenn die einzelnen Muskeln zusammengezogen oder gelöst werden. Werden Muskeln im Bereich der Haut betätigt, so erscheint das myoelektrische Potential in der Haut. Dieses Potential kann durch geeignete Aufnahmekreise erfaßt und dazu ausgenutzt werden, ein Spielzeug zu steuern, das wenigstens einen, für den Menschen erkennbaren Ausgang erzeugen kann.

Die Anwendung der myoelektrischen Potentiale zum Steuern künstlicher Glieder ist bereits seit etwa 15 Jahren bekannt. Es wird auf US-PS 3 883 900 verwiesen. Im allgemeinen umfassen diese künstlichen Glieder einen Steuerkreis, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Wert in Abhängigkeit des Wertes des myoelektrischen Potentiales sich verändert, ferner einen Mofcor, dessen Lauf durch das Ausgangssignal gesteuert wird. Ähnliche Anwendungen elektrischer myographischer Potentiale sind aus US-PS 3 628 538 (biologische Rückführung) und aus US-PS 3 106 371 (Flugzeugsteuerung) bekannt.

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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG ^ Ci ! Q / U /

Während elektromyographische Potentiale aus zahlreichen medizinischen Anwendungsfällen bekannt sind, ist ihre Anwendung auf dem Gebiet der Spielzeuge völlig neu. Auf dem Gebiet der Spielzeugfabrikation galt es lange Zeit als oberstes Ziel, ein Spielzeug zu schaffen, das den Eindruck des lebenden oder denkenden Spielzeuges erweckt. Zu diesem Zweck wurden zahlreiche vorprogrammierte und ferngesteuerte Spielzeuge geschaffen. Die vorprogrammierten Spielzeuge erfüllen die genannten Wünsche deshalb, da sie in scheinbar intelligenter Weise völlig unabhängig vom Benutzer des Spielzeuges handeln. Der Nachteil dieser Spielzeuge besteht darin, daß ihre Handlungen durch das Programm vorbestimmt sind und dann nicht mehr geändert werden können, wenn das Programm einaal zu laufen begonnen hat. Daher können diese Spielzeuge nicht auf augenblicke Situationen, vor die sie gestellt werden, reagieren. So wird beispielsweise ein vorprogrammiertes Spielzeugauto entlang eines vorbestimmten Weges laufen, der durch das Programm des Autos vorbestimmt ist. Dies schafft so lange den Eindruck eines "denkenden" oder "lebenden" Spielzeuges, so lange auf dem vorbestimmten Laufwege keine Hindernisse auftreten. Die Illusion wird jedoch dann schnell zerstört, wenn ein Hindernis in diesem Wege auftritt und das Fahrzeug gegen das Hindernis aufprallt.

Im Gegensatz zu dem Vorausgesagten ist durch ferngesteuerte Spielzeuge wie beispielsweise radiogesteuerte Autos die Möglichkeit gegeben, auf derart verändernden Situationen zu reagieren. Aber auch hier wird die Illusion des "denkenden" und "lebenden" Spielzeuges in dem Augenblick stark gemindert, in welchem der Spielzeugbenutzer (also beispielsweise das Kind) beim Steuern des Spielzeuges erkennbar selbst eine Bewegung ausführt. So wird z. B. die Steuerung der meisten radiogesteuerten Spielzeugautos mittels eines Steuerkastens vorgenommen, der einen Bedienungshebel umfaßt, welcher von der Bedienungsperson des Spielzeugs betätigt wird. Die erforderliche Bewegung des Hebels ist groß genug, daß jede dritte Person, die den Betrieb des Spielzeuges beobachtet, auch die Hebelbewegung erkennt, wodurch die gewünschte Illusion stark beeinträchtigt wird.

BAD ORIGiNAL

Die Verwendung elektromyographischer Potentiale gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt eine augenblickliche Fernsteuerung des Fahrzeuges ohne irgendeine erkennbare Bewegung seitens des Benutzers. So lassen sich beispielsweise - gemäß der Erfindung Elektroden vorsehen, die in Kontakt mit der Stirn des Benutzers des Spielzeuges stehen und die dann myoelektrische Potentiale aufnehmen, wenn der Spielzeugbenutzer seine Zähne zusammenpreßt. Eine derartige Muskeltätigkeit läßt sich durch den Benutzer der Vorrichtung leicht kontrollieren, wird aber durch dritte Personen nicht so leicht erkannt. Die Elektrode kann z. B. in einfacher Weise unter einem Hut verborgen sein, der außer diesen Elektroden auch noch einen Radiotransmitter aufnimmt. Der Transmitter überträgt Radiosignale, die Ausdruck des myoelektrischen Potentiales darstellen, das in der Stirn des Benutzers erzeugt würde. Das Spielzeug kann auch mit einem Radioempfänger ausgestattet werden, dessen Ausgang der Spielzeugbenutzer steuert; hierdurch ist es dem Benutzer möglich, alle Funktionen des Spielzeuges zu steuern, ohne daß irgendeine Bewegung des Benutzers erkennbar wäre. Auf diese Weise wird durch die Erfindung der langgehegte Wunsch erfüllt, das Spielzeug möge die Illusion des "Denkens" oder "Lebens" schaffen. Ein solches, ferngesteuertes Spielzeug, das das hier beschriebene Ergebnis liefert, ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

Es.ist in der Lage, wenigstens einen, für Menschen erkennbaren Ausgang zu erzeugen;

Es wird ein Sensor-Kreis benötigt, der mit der Haut eines Spielzeugbenutzers in Verbindung gebracht werden kann, und der auf ein myoelektrisches Potential anspricht, das durch die Muskeltätigkeit des Benutzers erzeugt wurde, um ein elektrisches Signal zu schaffen, das eine Größe proportional dem Grad der Muskeltätigkeit hat;

Es wird ein Verstärkerkreis verwendet, der auf das elektrische Signal anspricht, und der ein Steuersignal erzeugt, dessen Größe in Abhängigkeit von der Muskeltätigkeit sich ändert; Es wird ein Steuerkreis geschaffen, der auf das Steuersignal anspricht, und der das Spielzeug in Abhängigkeit der Muskeltätigkeit steuert.

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Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung wiedergegeben, die Jedoch keine einschränkende, sondern nur eine erläuternde Bedeutung haben,

Fig. 1 stellt die Erfindung in einem allgemeinen Blockschaltbild dar.

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema des Blockschaltbildes von Fig.

Fig. ~5 veranschaulicht im Querschnitt einen Hut, der in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

Fig. 4 zeigt ein Schaltschema eines Arbeitskreises, der bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann.

Fig. 5 veranschaulicht in einer Kurve eine Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt ein Schaltschema eines Arbeitskreises, der bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.

Fig. 7 zeigt ein Sehaltschema eines Arbeitskreises, das bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.

Fig. 8 ist ein Schaltschema eines Arbeitskreises, das bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.

Fig. 9 ist ein Zeitablaufdiagramm des Schemas gemäß Fig. 8.

Fig. 10 ist ein Schaltschema eines Arbeitskreises, der bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.

Fig. 11 ist ein Zeitablaufdiagramm für den Kreis gemäß Fig.

Die Figuren 12A und 12B sind jeweils Vorder- und Hinteransichten eines Kopfbandes, das in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

Fig. 13 ist ein Schaltschema einer zweiten Ausführungsform des Blockschaltbildes von Fig. 1.

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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG IM EINZELNEN

In den einzelnen Zeichnungen sind gleiche oder gleichartige Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild für ein ferngesteuertes Spielzeug 10, das entsprechend den Grundzügen der vorliegenden Erfindung gestaltet ist. Das Spielzeug 10 umfaßt einen Sensorkreis 12, einen Verstärkerkreis l4, einen Steuerkreis 16 und das eigentliche Spielzeug l8j dieses vermag wenigstens einen für Menschen erkennbaren Ausgang zu erzeugen. Spielzeug l8 ist im vorliegenden Falle als ferngesteuertes Spielzeug-Fahrzeug ausgeführt .

Der Sensorkreis 12 umfaßt eine Mehrzahl von Elektroden, die derart gestaltet sind, daß sie an die Haut der Bedienungsperson des Spielzeuges angelegt werden können. Die Sensoren sprechen auf myoelektrlsche Potentiale an, die durch die Muskeltätigkeit des Benutzers erzeugt werden, und schaffen ein elektrisches Ausgangssignal, dessen Magnitude dem Maß der Muskeltätigkeit proportional ist. Der Verstärkerkreis 14 nimmt das von dem Sensorkreis 12 erzeugte Signal auf und erzeugt ein Steuersignal Vq, dessen Magnitude sich in Abhängigkeit von der Mu£>keltätigkeit ändert. Steuerkreis l6 empfängt das Steuersignal V_c und betätigt das Spielzeug l8 als Funktion des Grades der Muskeltätigkeit. Wie sich aus dem folgenden klar ergibt, können verschiedene Elemente des Steuerkreises l6 im Spielzeug l8 untergebracht werden.

Spielzeug 18 kann jegliches ferngesteuertes Spielzeug sein, das in der Lage ist, wenigstens einen für den Menschen erkennbaren Ausgang zu erzeugen. So kann Spielzeug l8 beispielsweise ein Spielzeugauto sein, das entweder vorwärts oder rückwärts fahren kann. Andere mögliche Ausführungsformen reichen von den allereinfachsten Spielzeugen, wie ein Spielzeughund, der auf Kommando bellt, bis zu relativ komplexen Spielzeugen, wie beispielsweise ferngesteuerten Fernsehspielen.

Die Erfindung läßt sich anhand von Fig. 2 noch besser erläutern. Bei der dort dargestellten Ausführungsform umfaßt der Sensorkreis 3 Klektroden 20, 22 und 24. Diese sind mit dem Spielzeugbenutzer

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in jenem Bereich fest verbunden, in welchem ein myoelektrisehes Potential entwickelt wird. Die Elektroden können an jeglichen Bereich der Haut des Benutzers angeschlossen werden. So kann man die 3 Elektroden beispielsweise an der Stirn des Benutzers im Bereich unmittelbar Über den Augen befestigen. Der Spielzeugbenutzer kann im Stirnbereich dann dadurch ein myoelektrisches Potential erzeugen, daß er seine Zähne fest zusammenpreßt. Die Stärke der myoelektrlschen Aktivität und damit des an den Elektroden übertragenen Ausgangssignales ist eine Punktion des Maßes, in welchem der Benutzer seine Zähne zusammenpreßt.

Ein denkbares Gerät zum Befestigen der Elektroden 20 bis 24 an der Stirn des Benutzers ist in Pig» 3 wiedergegeben. Pig. 3 zeigt in einer Querschnittansicht einen Hut 26, der von dem Spielzeugbenutzer getragen werden kann. 3>ie Elektroden 22 bis sind mit dem Hut 26 durch elastisches Material 28 verbunden, das die Elektroden 20 bis 24 in sicherem Kontakt mit der Stirn des Benutzers bringt. Das elastische Material kann aus Schaumgummi oder sonst einem geeigneten Material bestehen. Da Pig. 3 eine Querschnittsansloht des Hutes 26 ist, ist nur die mittlere Elektrode 24 zu sehen. Die äußeren Elektroden 20 und 22 sind beidseits der Elektrode 24 angeordnet. Die Elektroden 20 bis sind an einen Verstärkerkreis l4 über eine Vielzahl von Drähten 30 angeschlossen. Der Verstärkerkreis l4 befindet sioh zweckmäßigerweise in einem Aluminiumgehäuse 32, das sich im oberen Bereich des Hutes 26 befindet. Um einen einwandfreien elektrischen Kontakt zwischen den Sensoren 20 bis 24 und der Stirn des Benutzers sicherzustellen, werden die Elektroden am besten aus goldplatiertem Kupfer hergestellt.

Die zweite mögliche Ausführungsform eines Gerätes zum Befestigen der Elektroden 20-24 an der Stirn des Spielzeugbenutzers lsi: in den Pig. 12A und 12B veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform wird ein elastisches Stirnband 124 benutzt, um die Elektroden 20-24 an der Stirn des Benutzers zu befestigen. Pig. 12A zeigt das Stirnband in einer Vorderansicht; Fig. 12B stellt das Stirnband in rückwärtiger Ansicht dar.

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Stirnband 124 umfaßt einen elastischen Streifen 126, der mit einem Klettenverschluß ausgestattet ist. Dabei ist der Hakenteil 130 des Klettenverschlusses an einem Ende des elastischen Bandes 126, und der Schlaufenteil 128 an dem anderen Ende befestigt. Die Elektroden 20-24 bestehen vorzugsweise aus goldplatiertem Kupfer und sind auf einer Seite an das elastische Band angeklebt. Ein Zwischenstreifen 122 wird über die Elektroden auf dem elastischen Streifen 126 aufgebracht. Sodann wird dieser saugfähige Zwischenstreifen 132 mit Wasser benetzt, um zwischen den Elektroden und der Stirn des Spielzeugbenutzers einen guten elektrischen Kontakt herzustellen.

Wie sich aus Pig. 2 erkennen läßt, sind die äußeren Elektroden und 22 jeweils an die invertierenden Eingänge und Ausgänge eines Arbeitsverstärkers 34 angeschlossen. Elektrode 20 ist an den invertierenden Eingang von Arbeitsverstärker 34 mittels des kuppelnden Kondensators Cl und des Widerstandes Rl angeschlossen. Die Elektrode 22 ist an den nichtinvertierenden Eingang des Arbeitsverstärkers 34 über den kuppelnden Kondensator C2 und eine Spannungsteilerschaltung mit den Widerständen 82 und R3 angeschlossen. Die mittlere Elektrode 24 ist geerdet.

Der Arbeitsverstärker 34 ist derart geschaltet, daß er als Differentialverstärker arbeitet. Dies bedeutet, daß sein Ausgang über Widerstände R4, R5 und R6 zu seinem invertierenden Eingangsterminal zurückgespeist wird. Arbeitsverstärker 34 erzeugt aufgrund eines solchen Anschließens ein Ausgangssignal Va* dessen Magnitude direkt proportional der Differenz zwischen den Spannungen ist, die an seine invertierenden und nichtinvertierenden Eingänge angelegt sind. Da das Potential an Elektrode 20 direkt dem invertierenden Eingang von Arbeitsverstärker 34 zugeführt wird, und da das Potential an Elektrode 22 dem nichtinvertierenden Eingang des Arbeitsverstärkers 34 Über die Spannungsteiler R2 und R3 zugeführt wird, wird eine erfaßbare Spannung V_A am Ausgang des Arbeitsverstärkers 34 stets dann erzeugt, wenn ein myoelektrisches Potential in der Haut der Bedienungsperson im Bereich der Sensoren 20 bis 24 erzeugt wird.

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Das Ausgangssignal V_A wird dem invertierenden Eingangsterminal eines zweiten Arbeitsverstärkers 36 über einen kuppelnden Kondensator C3 und einen Widerstand R9 zugeführt. Ein variabler Filterkreis mit C4 und B8 wird zwischen den Ausgang V_A des Arbeitsverstärkers j54 und die Erde geschaltet. Da das myoelektrisehe Signal ein Wechselstromsignal ist, kann man den Prozentsatz des Ausgangssignales V., der dem nichtinvertierenden Eingang des Arbeitsverstärkers 36 aufgegeben wird, durch Einstellen der Lage des Schiebers von Potentiometer Rg verändert. Auf diese Weise dient Potentiometer R3 als Sensitivitätspotentiometer für den Verstärkerkreis 14 und bestimmt die Größe der Muskeltätigkeit, die notwendig ist, um den gewünschten Ausgang des Spielzeugs zu erzielen.

Der nichtinvertierende Eingang des Arbeitsverstärkers 36 wird über den Widerstand RIO geerdet. Sein Ausgang wird zu seinem invertierenden Eingang über Widerstände RIl und R12 zurückgeführt. Ein Filterkondensator C5 wird ebenfalls zwischen den Ausgang und den nichtinvertierenden Eingang des Arbeitsverstärkers 36 geschaltet. Bei einem derartigen Anschließen arbeitet Arbeitsverstärker 36 als invertierender Verstärker und erzeugt ein Ausgangssignal V_B, dessen Magnitude in Abhängigkeit von der Magnitude des Signals (kV_A) sieh verändert, das dem nichtinvertierenden Eingang des Arbeitsverstärkers 36 aufgegeben wurde.

Das Ausgangssignal V₃ wird der Basis des Transistors Ql über den Kupplungskondensator C6 zugeführt. Transistor Ql ist vorzugsweise ein SPN-Transistor, dessen Emitter über den Widerstand 14 geerdet und dessen Kollektor über den Widerstand RI3 an ein Vorspannungspotential +Vl angeschlossen ist. Befindet sich die Magnitude des Ausgangssignals Vg unterhalb der Lade-Entspannung von Transistor Ql, so wird die Vorspannung von Transistor Ql weggenommen und die Steuerspannung über den Kondensator C7 steigt an bis +Vl Volt (wobei die Vorspannung an den Widerstand RI3 angelegt wird). Mit dem Ansteigen der Magnitude des Ausgangssignales V_ß beginnt Transistor Q.1 zu leiten. An diesem Punkt beginnt die im Kondensator C7 gespeicherte Spannung, sich über Transistor Ql zu entladen, und die Magnitude der Spannung V_c fällt ab. Insbesondere nimmt V_c als inverse Funktion der Magnitude der Spannung V_ß so lange ab, als die Magnitude der Eingangsspannung Vb innerhalb

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des Arbeitsbereiches des Transistors 0,1 verbleibt. Wird der Wert von Spannung V_ß genügend groß, um Transistor Q,l auf einen Sättigungswert zu bringen, so entlädt sich Kondensator C7 über den Widerstand Rl 4 völlig und Vq fällt auf den Wert 0 Volt ab. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform verändert sich die Größe des Steuersignales Vq, das von dem Verstärkerkreis erzeugt wurde, als umgekehrte Punktion der Größe des myoelektrischen Poetentials, das von dem Benutzer des Spielzeuges erzeugt wurde. Falls gewünscht, kann der Kreis derart abgewandelt werden, daß das AusgangsSignal Vq in direkter Abhängigkeit von dem myoelektrischen Potential sich ändert. Zahlreiche andere Abwandlungen des Verstärkerkreises von Fig. 2 lassen sich für den Fachmann ohne weiteres herleiten. Eine derartige Abwandlung ist in Fig. 13 veranschaulicht. Wie hieraus hervorgeht, umfaßt Verstärkerkreis 12 eine Differentialverstärkerstufe 134, eine Verstärkerstufe Ij56 und eine Wechselstrom-Gleichstrom-Konverterstufe 138. Die Differentialverstärkerstufe 134 ist identisch mit jener von Fig. 2j si· wird hier nicht weiter beschrieben. Die Verstärkerstufe 136 umfaßt einen Transistor q8, Widerstände R28 - R31 ^und einen Kopplungskondensator C₁₁. Der Ausgang der Differentialverstärkerstufe 134 wird an die Basis des Transistors Q.8 über den Kopplungskondensator C₁₁ angelegt. Die Werte der Widerstände R₂g - H^₁ werden derart ausgewählt, daß Transistor Q,8 im linearen Verstärkungsbetrieb betrieben wird. Da der Kollektorkreis von Transistor fts als konstante Stromquelle wirkt, beeinflußt eine Veränderung des Trimm-Widerstandes R₂8 die Wechselstromverstärkung der Verstärkerstufe 136 und stellt die Gleichstrom-Vorspannung auf den Transistor Q,9 ein.

Die Stufe 138 zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom umfaßt Dioden Dc, Dg, den Kondensator C₁₂ und den Widerstand R-X₂. Die Dioden D5 und Dg dienen zum Umwandeln des Wechselstroms-Ausganges des Verstärkers Ij56 in ein fluktuierendes Gleichstromsignal. Der Kondensator C₁₂ und derWiderstand R-^₂ dienen zum Glätten dieses Signales vor dessen Eingang in die Basis des Transistors Q.9.

Bei dem in Fig. 13 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel wurde auch der Steuerkreis l6 modifiziert. Insbesondere ersetzt der Darlington-Transistor Q9 den Transistor Q2 von Fig. 2. Transistor Q9 betreibt den Arbeitskreis 38 in Abhängigkeit des demodulierten elektromyograf ischen Signals, das von den Sensoren 20-24 aufgenommen wurde.

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BAD ORIGINAL

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Es sei an dieser Stelle vermerkt, daß der Kraftkreis, der die (nicht dargestellten) Kraftterminale des Arbeitsverstärkers 34, 36, speist, RC-Isolationskreise zum Stabilisieren und/oder Isolieren der Arbeitsverstärker 34, 36, umfassen sollte. Dies ist deshalb wünschenswert, um Schwingungen zu unterbinden, iie sich in Mehrstufenverstärkerkreisen entwickeln können.

Regelkreis l6 umfaßt einen Transistor Q2 sowie einen Arbeitskreis 38 und steuert das Spielzeug l8 in Abhängigkeit vom Wert der Steuerspannung Vq. Transistor Q2 ist vorzugsweise ein PNP-Transistor, dessen Emitter an eine Vorspannung V2 angeschlossen ist, dessen Kollektor an den Arbeitskreis 38 gekoppelt ist. Ein Filterkondensator ist zwischen dem Emitter und dem Kollektor von Transisto 0,2 gestaltet. Die Basis des Transistors Q2 nimmt eine Steuerspannung Vq auf. Derart angeschlossen erzeugt Transistor Q2 einen Ausgangsstrom I, dessen Wert sich in Abhängigkeit vom Wert der Steuerspannung Vq ändert. Wird der Transistor Q2 in seinem Arbeitsbereich vorbeaufschlagt, so ändert sich der Wert des Ausgangsstromes I als iungekehrte Funktion der Größe der Spannung Vq. Falls der Transistor Q2 bis zur Sättigung oder zum Cut-off mit einer Vorspannung beaufschlagt wird, so erreicht Strom I einen Wert, der von der jeweils von der Impedanz des Steuerkreises 38 oder bei 0 bestimmt ist.

Der Arbeitskreis 38 kann je nach der besonderen Art des Spielzeuges, das zu Steuern ist, und je nach der Arbeitsweise des Spielzeuges, die unterschiedlichsten Formen haben. Es sind vier grundsätzliche Arten des Betreibens denkbar: lineare Steuerung, lineare Grenzsteuerung, getrennte Zwei-Funktionen-Steuerung und codierte Digitalsteuerung. Jede dieser Arten von Steuerungen wird im folgenden näher beschrieben.

Lineare Steuerung

Die lineare Steuerung wird in Verbindung mit einem Spielzeug angewandt, das in der Lage ist, wenigstens einen variablen, für den Menschen erkennbaren Ausgang zu erzeugen. Hier kommt beispielsweise ein Spielzeugzug in Betracht, dessen Geschwindigkeit sich in Abhängigkeit von dem Strom endet, der einem Motor zum

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Antreiben des Zuges zugeführt wird. Bei einer derartigen Ausführungsform wird Transistor Q2 derart vorgespannt, daß er seinen Arbeitsbereich im wesentlichen über den gesamten Bereich des elektromyoptischen Einganges erreicht. Derart vorgespannt, ändert sich die Größe des Stromes I proportional zur Größe der Steuersp&nnung Vq. Bei dem in Pig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verändert sich der Wert des Stromes I als umgekehrte Punktion der Steuerspannung V_c und als direkte Punktion des myoelektrischen Potentials, das von dem Benutzer des Spielzeuges entwickelt wurde.

Bei einerAusführungsform dieser Art kann der Arbeitskreis 38 die in Pig. 4 veranschaulichte Form haben. Wie dort gezeigt, umfaßt der Arbeitskreis 38 einen Opto-Isolator 4o, einen Transistor Q3, eine Diode Dl und einen Pilterkondensator 09. Der Opto-Isolator umfaßt eine Lichtquelle 42 und einen lichtempfindlichen Darlington-Transistor 44. Die Lichtquelle 42 erzeugt einen optischen Ausgang, dessen Wert sich als Punktion des Eingangsstromes I ändert. Das durch die Lichtquelle 42 erzeugte Licht wird von Transistor 44 erfaßt; dieser erzeugt wiederum ein Ausgangssignal an seinem Emitter, und der Wert dieses Signales ändert sich in Abhängigkeit vom Wert der Strahlung, die von der Lichtquelle 42 erzeugt wurde. Dieses Ausgangssignal wird der Basis des Transistors Q3 eingespeist und steuert das Maß, in welchem der Transistor Q3 leitet. Der Kollektor des Transistors Q.3 ist an den positiven Eingangsterminal einer Spannungsquelle 43 direkt angeschlossen; diese treibt den elektrischen Zug an. Sein Emitter ist an den negativen Terminal des Transformators über eine Diode Dl angeschlossen. Da sich die Basisspannung des Transistors Q3 in Abhängigkeit vom Wert der durch die Lichtquelle 42 erzeugten Strahlung ändert, ändern sich auch der den Transistor QJ durchfließende Strom und damit die Spannung des Motors des Zuges in Abhängigkeit vom Wert des Stromes I. Auf diese Weise ändert sich die Motordrehzahl in direkter Abhängigkeit des Stromsignales I und damit in direkter Abhängigkeit des myoelektrischen Potentiales, das vom Benutzer des Spielzeuges erzeugt wurde. Es sei darauf verwiesen, daß der Opto-Isolator 40 dazu verwende t wird, um den Benutzer der "Vorrichtung bei einem ungewollten Zusammenbrechen der Stromversorgung zu laueren. Hier könnte nämlich der Benutzer einer gefährlich hohen Spannung ausgesetzt sein, die durch die Stromversorgung 43

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erzeugt wird. Es wären natürlich auch andere Isolierkriise denkbar . ■.--■"

Lineare Grenzsteuerung

Die lineare Grenzsteuerung läßt sich am besten anhand der Kurve gemäß Fig. 5 erläutern. Sie wird dann angewandt, wenn das zu steuernde Spielzeug in einer ersten, einer zweiten und einer dritten Arbeitsweise betrieben werden kann. Der Steuerkreis betreibt das Spielzeug in der ersten Arbeitsweise dann, wenn das myoelektrische Poetential unterhalb eines ersten, vorgegebenen Wertes A ist, bei der zweiten Betriebsform, wenn das myoelektrische Potential oberhalb des ersten, vorgegebenen Wertes A, aber unterhalb eines zweiten, vorgegebenen Wertes B ist, und in der dritten Form, wenn das myoelektrische Potential oberhalb des zweiten, vorgegebenen Wertes B liegt. Die zweite Betriebsform ist eine lineare gesteuerte Form, wobei der Wert eines für den Menschen erkennbaren Ausgangs des Spielzeuges in Abhängigkeit vom Wert des myoelektrischen Potentials verändert wird. Die ersten und dritten Formen des Betreibens können beispielsweise in dem Anhalten und Umkehren eines ferngesteuerten Autos bestehen. In einem solchen Fall wird das Auto dann gestoppt, wenn das myoelektrische Potential unterhalb des ersten, vorbestimmten Wertes A liegt, es wird bei einer Geschwindigkeit vorwärts fahren, die proportional dem myoelektrischen Potential ist, während das myoelektrische Potential oberhalb des ersten Wertes A, aber unterhalb des zweiten Wertes B liegt, und es wird in umgekehrter Richtung laufen, wenn das myoelektrische Potential oberhalb des zweiten Wertes B liegt.

Ein möglicher Arbeitskreis,-der in Verbindung mit einer linearen Grenzsteuerung verwendet werden könnte, ist in Fig. 6 veranschaulicht. Wie darin gezeigt, umfaßt der Arbeitskreis 38 ein Paar Arbeitsverstärker 46 und 48 sowie einen Kraftkreis 50. Der Kraftkreis 50 umfaßt einen Transistor Q²I-, eine Stromquelle 52 und eine Diode D2..Die Basis des Transistors Q.4 erhalt eine Steuerspannung (an Widerstand Rl6 liegend), die proportional dem Strom I ist. Die Steuerspannung bestimmt den Wert des Stromes über den TransistorQA und damit den Wert des dem Motor zugeführten Stromes. Kraftkreis 50 tiä.bt somit den Motor des Fahrzeuges zu

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einer Geschwindigkeit an, die dem myoelektrischen Potential, das von dem Benutzer des Spielzeuges erzeugt wurde, direkt proportional ist. Arbeitsverstärker 46 überwacht die Größe des Stromes I und veranlaßt das Fahrzeug, dann anzuhalten, sobald das myoelektrische Potential, das vom Benutzer des Spielzeuges erzeugt wurde, geringer ist als der erste, vorbestimmte Wert A, so wie in Fig. 5 veranschaulicht. Arbeitsverstärker 46 arbeitet als Komparator (vergleichender Verstärker) und erzeugt ein Betätigungssignal an seinem Ausgangsterminal 54 immer dann, wenn die Spannung an Widerstand Rl6 größer als die Vorspannung Vbias ist, die seinem invertierenden Eingangsterminal zugeführt wird. Die Vorspannung V^ias wird derart gewählt, daß sie dem ersten, vorbestimmten Wert A entspricht, so daß der Arbeitsverstärker immer dann ein Betätigangssignal an seinem Ausgang 54 erzeugt, wenn die Größe des myoelektrischen Potentials oberhalb des ersten vorbestimmten Wertes A steigt. Der Ausgang des Arbeitsverstärkers 46 ist an ein Bremsmagnetventil angeschlossen, das sich im Spielzeugauto befindet. Die (hier nicht dargestellte) Fahrzeugbremse ist federvorgespannt im Sinne des Bremsens, so daß das Fahrzeug normalerweise abgebremst wird. Steigt das myoelektrische Potential oberhalb des vorbestimmten Wertes A, so wird ein an die Bremse angeschlossenes Magnetventil durch das Betätigungssignal, das von Arbeitsversfcärker 44 erzeugt wurde, beaufschlagt, womit die Bremse gelöst wird. Demgemäß hält das Spielzeugauto immer dann an, wenn das myoelektrische Potential, das vom Spielzeugbenutzer erzeugt wurde, unterhalb des Potentialswertes A fällt.

Arbeitsverstärker 48 überwacht die Größe von Strom I und veranlaßt das Spielzeugauto immer dann umzukehren, wenn das myoelektrische Signal, das von dem Spielzeugbenutzer erzeugt wurde, größer als der zweite, vorbestimmte Wert B ist - siehe Fig. 5. Arbeitsverstärker 48 arbeitet als Komparator und erzeugt immer dann ein Ausgangssignal an seinem Ausgang 56, wenn der Wert der Spannung am Widerstand Rl6 oberhalb des Voüspannungspotentials V'_bias ansteigt, das seinem nichtinvertierenden Eingangsterminal zugeführt wurde. Der Wert der Vorspannung V'_blas wird derart gewählt, daß er dem zweiten, vorbestimmten myoelektrischen Potential B entspricht. Demgemäß erzeugt Arbeitsverstärker 48 an seinem Aus-

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gangsterminal 56 Immer dann ein Ausgangssignal, wenn <fas myo-· elektrische Potential, das vom Spielzeugbenutzer erzeugt wurde, oberhalb des zweiten, vorbestimmten Wertes B ansteigt. Der Ausgang des Arbeitsverstärkers 48 wird einem Reversierschalter eingespeist, der die Polarität des Spielzeugantriebsmotors umkehrt. Sobald das von dem Spielzeugbenutzer erzeugte myoelektrische Potential oberhalb des zweiten, vorbestimmten Wertes B ansteigt, so wird demgemäß der Reversierschalter beaufschlagt und das Spielzeugauto in der umgekehrten Richtung betrieben.

Zwe i-FunktIonen-Steuerung

Die Zwei-Punktionen-Steuerung wird in Verbindung mit einem Spielzeug angewandt, das in der Lage ist, jeweils einen ersten und einen zweiten bestimmten, für den Menschen erkennbaren Ausgang zu erzeugen. Als Beispiel kann ein Spielzeughund gewählt werden, der immer dann bellt, wenn ein Betätigungssignal einem Audio-Kreis zugeführt wird, der in der Puppe untergebracht ist.

Beim Betreiben der Zwei-Punktionen-Steuerungs-Betriebsweise wird der Transistor Q2 derart vorgespannt, daß er bei einer Schalt-Betriebsweise arbeitet. Dabei wird Transistor Q2 auf die Punktion und wurde außerhalb der Funktion der Größe desjenigen Steuersignales Vq vorgespannt* das vom Verstärkerkreis 14 erzeugt wird. Durch geeignete Auswahl der Einstellung des Schiebers von Potentiometer R8 wird Transistor Q2 immer dann in den Leitzustand vorgespannt, wenn das von dem Benutzer der Vorrichtung erzeugte elektromyografisehe Potential oberhalb eines vorbestimmten Wertes ansteigt. Hingegen wird der Transistor in den'' Sperrzustand vorgespannt, wenn das elektromyografische Potential unterhalb dieses vorbestimmten Wertes fällt. Demgemäß liegt der Ausgangsstrom I dann im wesentlichen bei 0, wenn das elektromyograf isohe Potential unterhalb des vorgegebenen Wertes Ist; er liegt bei einem vorgegebenen konstanten Niveau immer dann, wenn das elektromyografische Potential oberhalb des vorgegebenen Wertes liegt.

In FIg. 7 ist ein möglicher Arbeitskreis veranschaulicht, der in Verbindung mit dem oben beschriebenen Zwei-Funktionen-Spielzeughund verwendet werden kann. Wie darin gezeigt, umfaßt der

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Arbeitskreis 38 einen Transmitterkreis 58, einen RecelVer-Kreis 60, ein Relai 62, ein normalerweise offener Schalter 64, einen Audio-Kreis 66, und einen Lautsprecher 68. Wie man insbesondere aus der in Pig. 3 veranschaulichten Ausführungsform erkennt, ist der Transmitterkreis 58 am besten im Gehäuse 32 untergebracht, während die übrigen Elemente des Arbeitskreises 38 zweckmäßigerweise im Spielzeughund untergebracht werden.

Der Transmitterkreis 58 ist ein Standard-Transmitterkreis, der ein Radiosignal erzeugt, das eine vorbestimmte Größe und Frequenz immer dann annimmt, wenn ein Stromsignal I zugeführt wird (d.h., immer dann, wenn Transistor Q2 in den Leitzustand vorgespannt wird). Der Receiver-Kreis 60 ist ebenfalls ein üblicher Receiver-Kreis, der ein Ausgangssignal I¹ immer dann erzeugt, wenn er das Radiosignal, das von einem Transmitter 58 erzeugt wird, aufnimmt. Transmitterkreis 58 und Receiver-Kreis 60 sind Standardteile, die deswegen nicht weiter im einzelnen beschrieben werden sollen.

Das von dem Receiverkreis 60 erzeugte Ausgangssignal I' wird einem Relai 62 zugeführt. Die Diode D3 schützt einen Schalttransistor im Receiver gegen umgekehrte Ströme. Immer dann, wenn Relai 62 das Eingangssignal I¹ erhält, schließt es den normalerweise in Offenstellung stehenden Schalter 64 und beaufschlagt den Audio-Kreis 66, Audio-Kreis 66 ist ein normaler Audio-Kreis, der ein elektrisches Hörfrequenzsignal an seinem Ausgang 70 immer dann erzeugt, wenn der normalerweise offene Schalter 64 durch das Relai geschlossen wird. Das elektrische Hörfrequenzsignal, das durch den Audio-Kreis 66 erzeugt wird, wird dem Lautsprecher 68 zugeführt und ' erzeugt dadurch den gewünschten Hörausgang.

Codierte Digitalsteuerung

Die codierte Digitalsteuerung wird angewandt, um ein Spielzeug zu zu steuern, das eine Vielzahl von getrennten, für den Menschen erkennbaren Ausgängen aufweist. Eine derartige Steuerung kann zweckmäßigerweise in Verbindung mit einem Spielzeugroboter angewandt werden, der eine Vorwärtsbewegung, eine Rückwärtsbewegung und ein Rotieren seines Kopfes vornehmen kann.

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Ein möglicher Arbeitskreis, der in Verbindung mit einem codierten Digital gesteuerten Roboter Anwendung finden könnte, ist in Fig. 8 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, daß Transistor Q2 vorgespannt wird, um in einer Schalt-Arbeitsweise zu arbeiten, wobei er immer dann in den Leitzustand vorgespannt wird, wenn das myoelektrische Potential, das vom Spielzeugbenutzer erzeugt wird, oberhalb eines vorbestimmten Wertes A liegt, und immer dann in den Sperrzustand versetzt wird, wenn das myoelektrische Potential, das vom Spielzeugbenutzer erzeugt wird, unterhalb dieses vorbestimmten Wertes liegt. Demzufolge fließt nur dann der Strom I durch den Widerstand R21, wenn das myoelektrische Potential, das vom Benutzer erzeugt wurde, auf einen Wert oberhalb dieses vorbestimmten Wertes ansteigt.

Wie in Fig. 8 gezeigt, umfaßt der Arbeitskreis 38 einen logischen Kreis 72 und einen Steuerkreis 74. Der logische Kreis 72 umfaßt einen Widerstand R21, einen Schmitt-Trigger 76, einen Flip-Flop 78, einen Zähler 80 und efcien Timer-Hels 82, und erzeugt ein Ausgangssignal in der Leitung 83, das eine Aussage darüber ist, wie oft das myoelektrische Signal, das vom Benutzer erzeugt wurde, oberhalb eines vorbestimmten Wertes innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne ansteigt. Der Steuerkreis 74 umfaßt einen Entcoder-Kreis 84, einen ersten Antriebskreis 86, einen zweiten Antriebskreis 88, einen Umkehrschalter 90 und ein Bremsmagnetventil 92, und veranlaßt den Spielzeugroboter, eine Vorwärtsbewegung, eine Umkehrbewegung oder eine Kopfdrehbewegung in Abhängigkeit des Ausgangssignales, das von dem logischen Kreis 72 erzeugt wurde, auszuführen.

Die vorbestimmte Zeitspanne, während welcher der Schalter 80 zählt, wie häufig das myoelektrische Potential oberhalb eines vorbestimmten Wertes A steigt, wird durch den Schmitt-Trigger 76, den Flip-Flop 78 und den Timer-Kreis 82 bestimmt. Schmitt-Trigger 76 ist eine Standard-Trigger, der einen Ausgangsimpuls erzeugt, welcher eine vorbestimmte Impulsweite jedes Mal hat, wenn die Spannung an seinem Eingang (die Spannung am Widerntand R21) oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Durch richtige Auswahl der Parameter des Stromes I, des Widerstandes R21 und

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des One-shot 76, ist es möglich, den Schmitt-Trigger 76 dazu zu veranlassen, einen einzigen, positiven Ausgangsimpuls jedes Mal dann zu erzeugen, wenn das von der Bedienungsperson erzeugte elektrische Potential oberhalb des vorbestimmten Wertes A ansteigt. Der durch Schmitt-Trigger 76 erzeugte Impuls wird sowohl dem Zähleingangsterminal von Zähler 80 als auch dem Einstelleingang des Flip-Flop 78 zugeführt.

Flip-Flop 78 ist ein normaler Flip-Flop, dessen Ausgang jedes Mal "hoch" geht, wenn ein positiver Impuls seinem Einstell-« eingang zugeführt wird, und der jedes Mal "niedrig" geht, wenn ein Eingangsimpuls seinem Wiedereinstellungseingang zugeführt wird. Der Ausgang des Flip-Flop 78 wird dem Eingang des Timer-Kreises 82 zugeführt. In diesem Zusammenhang bezieht sich der Ausdruck "hoch" auf eine Signalgröße, die oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt und im wesentlichen dem Binären "l" entspricht. Der Ausdruck "niedrig" bezieht sich auf eine Sigrxalgröße, die unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt und die im wesentlichen einem Binären "θ" entspricht.

Der Timer-Kreis 82 ist ein Standard-Timer-Kreis, der einen positiv gehenden Ausgangsimpuls erzeugt, und zwar eine vorbes^immte Zeitspanne, nach dem ein "hohes" Signal seinem Eingang zugeführt wurde; beispielsweise eine Sekunde, nachdem ein "hohes" Signal seinem Eingangsterminal zugeführt wurde. Durch Anpassen der Zeitverzögerung des Timer-Kreises 82 läßt sich die Zeitspanne einstellen, während welcher der logische K^eis 72 zählt, wie oft das myoelektrische Potential oberhalb den vorbestimmten Wert ansteigt. Die durch den Timer-Kreis erzeugten Ausgangsimpulse werden dem Rückstelleingang des Flip-Flop 78 und dem Betätigungseingang des Entcoder-Kreises 84 direkt zugeführt. Der Ausgangsimpuls des Timer-Kreises 82 wird ebenfalls dem Rückstelleingang des Zählers 80 über einen Verzögerungszeitkreis 8l zugeführt. Die Funktion des Verzögerungskreises 8l wird unten beschrieben.

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Solange der Ausgang des Flip-Flop-Kreises 78 "hoch" ist, heben weitere Impulse, die durch den Schmitt-Trigger 7β erzeugt werden, keinen Einfluß auf den Ausgang des Flip-Flop 78. Demgemäß spricht Flip-Flop 78 nur auf den ersten Impuls an, der von dem Schmitt-Trigger 76 während der vorbestimmten Zeitspanne erzeugt wurde, die ihrerseits durch den Timer-Kreis 82 bestimmt ist. Am Ende der vorbestimmten Zeitspanne wird der durch den Timer-Kreis 82 erzeugte Impuls dem Rückstell-Eingangsterminal des Flip-Flop 78 zugeführt, wodurch der Ausgang des Flip-Flop 78 veranlaßt wird, "niedrig" zu werden. Der nächste von One-shot 78 erzeugte Impuls veranlaßt erneut den Ausgang des Flip-Flop 78, "niedrig" zu werden und veranlaßt Timer-Kreis 82 erneut, die Zeit laufen zu lassen.

Der Zählerkreis 8O", ist vorzugsweise ein Digitalzähler, der die Anzahl der Impulse zählt, die seinem Zähleingangsterminal zugeführt werden, und der ein Digitalsignal in Leitung 83 erzeugt, und welche den augenblicklichen Zählwert in Zähler So wiedergibt. Die Zählanzeige in Zähler 80 wird immer dann auf 0 zurückgestellt, wenn ein Rückstellimpuls seinem Rüekstelleingangsterminal durch den Verzögerungskreis 8l zugeführt wird. Bei der in Fig. 8 veranschaulichten Ausführungsform wird davon ausgegangen, daß der Zählerkreis 80 eine maximale Zählanzeige von 4 hat und daß weitere Impulse, die seinem Zähleingangsterminal nach dem Ereichen seiner maximalen Zählanzeige zugeführt werden, keinen Einfluß auf die Zählanzeige in Zähler 8O haben. Aus dem Vorausgesagten ergibt sich ganz klar, daß der Zählerkreis 80 die Anzahl der Impulse zählt, die durch den Schmitt-Trigger 76 erzeugt wurden (und demgemäß auch zählt, wie oft das von der spielzeugbenutzenden Person erzeugte myoelektrische Potential oberhalb des bestimmten Wertes angestiegen ist), und zwar während der vorbestimmten Zeitspanne, die durch den Flip-Flop 78 und den Timer-Kreis 82 festgelegt sind.

Die Arbeitsweise des logischen Kreises 72 läßt sich am besten unter Bezugnahme auf Fig. 9 erkennen. Fig. 9a veranschaulicht die Spannung am Widerstand R21, die dem Schmitt-Trigger 76

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zugeführt wird. Pig. 9b zeigt die Ausgangsimpulse, die von Schmitt-Trigger J6 erzeugt werden. Pig. 9c veranschaulicht den Ausgang des Flip-Flop 78. Fig. 9d veranschaulicht den Ausgang des Timer-Kreises 82 und Fig. 9e veranschaulicht den Ausgang des Verzögerungskreises 8l.

Wie in Fig. 9a gezeigt, erscheint ein erster Impuls am Widerstand R21 zum Zeitpunkt t_o. Schmitt-Trigger 76 erzeugt als Antwort auf diesen Impuls einen Ausgangsimpuls (siehe Fig. 9b), der den Flip-Flop 78 einstellt, der seinerseits Timer 82 veranlaßt, mit dem Laufen zu beginnen. Zum Zeitpunkt t, (nach einer vorbestimmten Zeitdauer T) erzeugt Timer-Kreis einen Ausgangsimpuls, der den Flip-Flop 78 zurückstellt und das Laufen des Verzögerungskreises 8l auslöst. Kurz danach erzeugt Verzögerungskreis 81 einen Ausgangsimpuls, der dem letzten Eingang des Zählers 80 zugeführt wird.

Bei den gezeigten Beispielen erzeugte der Spielzeugbenutzer während der Zeitdauer T drei Impulse. Demgemäß ist die Zählanzeige in Zähler 80 zum Zeitpunkt t^ drei. Diese Zählanzeige wird zum Zeitpunkt tg gelöscht.

Erscheint der nächste Impuls am Widerstand R21 (zum Zeitpunkt t_Qt , so erzeugt Schmitt-Trigger 76 wiederum einen Ausgangsimpuls, der Flip-Flop 78 einstellt und wiederum die vorbestimmte Zeitpanne T anlaufen läßt. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird nur ein Impuls am Wiederstand R21 während der zweiten vorbestimmten Zeitspanne T erzeugt, und der Zählerstand in Zähler 80 am Ende der vorbestimmten Zeitspanne T' ist eins.

Der Ausgang des Zählerkreises 8O wird dem Entcoder-Kreis 84 zugeführt. Entcoderkreis 84 ist ein Standard-Entcoder, der ein "hoch" nur auf einer seiner vier Ausgangsleitungen 94, 9 5, 98 und 100 zu irgendeinem gegebenen Augenblick erzeugt. Der Entcoder-Kreis 84 erzeugt insbesondere ein "hoch" auf jener Ausgangsleitung 94, 96, 98 oder 100, die von dem Digitalsignal auf Leitung 83 zu dem Zeitpunkt angesprochen wird, bei welchem ein positiv gehender Impuls seinem Steuer-

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eingang zugeführt wird. Da der von Timer-Kreis 82 erzeugte Impuls direkt dem Steuereingang des Decoder-Kreises 84 zugeführt wird, und dem Rückstellein^ang des Zählers ,80 nach einer kurzen zeitlichen Verzögerung zugeführt wird, die durch den Verzögerungskreis 8l bestimmt wird, ist das Signal in Leitung

83 zu jenem Zeitpunkt, wenn Timer-Kreis 82 seinen Ausgang erzeugt, repräsentativ dafür, wie oft das myoelektrische Potential, das vom Benutzer der Vorrichtung erzeugt wurde, oberhalb des vorbestimmten Wertes A während der vorbestimmten, durch Flip-Flop 78 und Timer-Kreis 82 bestimmten Zeitspanne angestiegen ist. Hat Zählerkreis 80 am Ende der vorbestimmten Zeitspanne einen Impuls gezählt, so erzeugt der Entcoder-Kreis

84 ein "hoch" in Leitung 94. Ist die Zähleranzeige des Zählers 80 am Ende der vorbestimmten Zeitspanne zwei, so erzeugt Entcoder-Kreis 84 in Leitung 96 ein "hoch". Ist der Zählerstand des Zählerkreises 80 an Ende der vorbestimmten Zeitspanne drei, so erzeugt der Entcoder-Kreis 84 in Leitung 98 ein "hoch". Ist der Zählerstand des Zählerkreises 80 am Ende der vorbestimmten Zeitspanne vier, so erzeugt der Entcoder-Ki?eis 84 in Leitung 100 ein "hoch".

Leitung 94 ist an einen Antriebskreis 86 angeschlossen. Dieser treibt einen Antriebsmotor 102 an, der seinerseits die Vorwärtsbewegung des Spielzeugroboters bewirkt. Demgemäß bewegt sich der Spielzeugroboter jedes Mal dann nach vorn, wenn ein "hoch" in Leitung 94 erscheint. Ausgangsleitung 96 führt zu einem Umkehrschalter 90, der die Polarität des Motors 102 jedes Hai dann umkehrt, wenn ein "hoch" auf Leitung 96 erscheint. Aufgrund dieser Schaltung wird der Roboter jedes Mal dann in umgekehrter Richtung angetrieben, wenn ein "hoch" auf Leitung 96 erscheint. Die Ausgangsleitung 98 führt zu einem Brems-Magnetventil 92, das im Roboter untergebracht ist. Dem Roboter ist eine Bremse zugeordnet, die normalerweise derart durch eine Feder vorgespannt ist, daß sie aus der Bremsstellung heraus verbracht wird, so daß die Bremse mit anderen Worten normalerweise gelöst ist. Erscheint auf Leitung 98 ein fioch", so wird das Brems-Magnetventil betätigt und die Bremse in Bremsstellung verbracht. Schließlich ist Leitung 100 an den Antriebskreis 88

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angeschlossen, der dem Motor 104 Kraft zuführt. Motor 104 bewirkt die Drehung des Kopfes des Roboters. Aufgrund dieser Schaltung rotiert der Kopf des Roboters immer dann, wenn auf Leitung 100 ein "hoch" erscheint.

Pasi man das Vorausgesagte zusammen, so veranlaßt Steuerkreis den Roboter, sich nach vorn zu bewegen, sich in umgekehrter Richtung zu bewegen, anzuhalten, oder seinen Kopf zu verdrehen, und zwar in Abhängigkeit davon, wie oft das von dem Spielzeugbenutzer erzeugte myoelektrische Potential während einer vorgegebenen Zeitspanne oberhalb eines vorbestimmten Wertes A angestiegen ist.

Ein zweiter, möglicher Arbeitskreis, der in Verbindung mit einem codierten, digital gesteuerten Spielzeug verwendet werden könnte, ist in Fig. 10 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, daß Transistor Q2 derart vorgespannt ist, daß er in einer Schalt-Arbeltsweise arbeitet, wobei er immer dann in Leitzustand vorgespannt ist, wenn das von dem Spielzeugbenutzer erzeugte myoelektrische Potential oberhalb eines vorbestimmten Wertes A ansteigt, und in seinen Sperrzustand vorgespannt wird, wenn das myoelektrische Potential, das vom Spielzeugbenutzer erzeugt wird, unterhalb dieses Wertes liegt. Demzufolge wird dem Transmitter 106 nur dann Spannung V zugeführt, wenn das von dem Spielzeugbenutzer erzeugte myoelektrische Potential oberhalb des vorbestimmten Wertes A steigt.

Wie in Fig. 10 veranschaulicht, umfaßt der Arbeitskreis Jß einen Transmitter 106, einen Empfänger 108, einen Zeitverzögerungskreis 110, einen Schmitt-Trigger 112, einen Zähler Il4, und einen ersten und zweiten Antriebskreis Ιΐβ und Il8. Empfänger 108 antwortet auf Radiosignale, die durch Transmitter 106 erzeugt wurden und erzeugt seinerseits einen Ausgansimpuls jedes Mal dann, wenn das von dem Spielzeugbenutzer erzeugte myoelektrische Potential auf einen Wert oberhalb des vorbestimmten Wertes ansteigt. Der von Empfänger 108 erzeugte Ausgangsimpuls wird sowohl dem Eingang des Schmitt-Triggers 112 als auch dem Eingang des Timer-Kreises 110 zugeführt. Falls gewünscht, können Transmitter 106 und Empfänger 108 weggelassen

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und. der durch Transistor Q2 erzeugte Impuls direkt dem Timer-Kreis 1X0 und dem Schmitt-Trigger 112 zugeführt werden.

Schmitt-Trigger 112 ist ein Standard-Schmitt-Trigger, der einen Zählimpuls erzeugt, welcher jedem Impuls entspricht, der von dem Empfänger 108 erzeugt wurde. Der durch Schmitt-Trigger 112 erzeugte Zählimpuls wird dem Zähleingangstepminal des Zählors 114 zugeführt. Der letztgenannte ist vorzugsweise ein Dekadenzähler, der ein "hoch"-Signal auf einer seiner zehn Ausganjssleitungen in Abhängigkeit des augenblicklichen Zählwertes In Zähler 114 erzeugt. Ist der augenblickliche Zählerstand in Zähler Il4 beispielsweise 0, so erscheint ein "hoch" in de:¹ Ausgangsleitung 120, während ein "niedrig" in allen übrigen Ausgängen des Zählers Il4 erscheint.

Der Timer-Kreis 110 umfaßt einen Kondensator ClO, Widerstände R22 und R23, ein Potentiometer R24 und einen Transistor Q5-Der Timer-Kreis 110 empfängt die von Empfänger (Receiver) 108 erzeugten Impulse über die Diode D4. Der Timer-Kreis 110 beginnt an der vorderen Kante des von Receiver 108 erzeugten Impulses zu laufen. Während der Zeitspanne, während welcher Timer 110 läuft, sind die Antriebskreise Il6 und Il8 durch Erden der Ausgänge von Zähler Il4 ausgeschaltet.

Jeder Ausgang des Zählers 114 führt einem anderen Antriebskreis zugeführt, der mit einer anderen Ladung versehen ist. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Ausgangsleitungen 120 und 122 jeweils an Antriebskreise Il6 und Il8 angeschlossen, und zwar über Widerstände R126 und Rl27. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich-, neun verschiedene Ladungen zu steuern. Die Zahl der gesteuerten Ladungen kann durch Hinzufügen weiterer Zähler gesteigert oder durch Verwendung weniger als sämtlicher Ausgangsleitungen des Zählers Il4 vermindert werden.

Jeder Antriebskreis Il6 umfaßt einen Darlington-Transistor Q.6, dessen Emitter geerdet und dessen Kollektor an eine Last gekoppelt ist (wie beispielsweise an den Antriebsmotor des Spiel-

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zeugroboters). Der verbleibende Eingang der Belastung wird einer Kraftquelle zugeführt, die +V Volt erzeugt. Auf diese Weise führt Antriebskreis Il6 seiner Belastung Ll immer dann Kraft zu, wenn Leitung 120 "hoch" ist. In gleicher Weise überträgt Antriebskreis Il8 immer dann Kraft auf seine Belastung L2, wenn Leitung 122 "hoch" ist.

Der Rückstelleingang von Zähler 114 ist an einen der Ausgänge von Zähler 114 derart angeschlossen, daß der Zählwert des Zählers immer dann auf 0 zurückgestellt wird, wenn der augenblickliche Zählwert in Zähler Il4 einen vorbestimmten Wert erreicht. Wird der Zählerkreis Il4 dazu verwendet, neun verschiedene Belastungen zu steuern, so wird der RUckstelleingang von Zähler 114 an die neun Ausgänge des Zählers derart angeschlossen, daß der Zählwert in Zähler 114 immer dann auf 0 zurückgestellt wird, wenn der Zählwert in Zähler Il4 neun erreicht.

Die Arbeitsweise des Arbeitskreises 38 ( in Fig. 10 veranschaulicht) läßt sich am besten anhand von Pig. 11 erläutern. Fig. 11a zeigt die von Empfänger 108 erzeugten Ausgangsimpulse. Fig. 11b veranschaulicht die Ausgangsimpulse, die durch den Schmitt-Trigger 112 erzeugt wurden. Fig. lic veranschaulicht den Ausgang des Timers 110.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird unterstellt, daß der Empfänger 108 Ausgangsimpulse zu den Zeitpunkten tj, t^, ta und tg erzeugt. Wie veranschaulicht, sind die Dauer und die Frequenz der von Empfänger I08 erzeugten Impulse variabel und werden durch den Benutzer des Spielzeuges gesteuert. Sobald die FUhrungskante des ersten Ausgangsimpulses dem Timer-Kreis 110 zugeführt wird, wird Kondensator ClO bis auf einen bestimmten Wert aufgeladen, was den Transistor Q5 zum Einschalten veranlasst und damit zum Erden der Kathoden der Dioden D4. Der Transistor Q5 bleibt eingeschaltet und die Kathoden der Dioden D4 bleiben bis zum Zeitpunkt tj geerdet; der letztere wird durch die Zeitdauer des von Empfänger I08 erzeugten Ausgangsimpulses plus der Zeitkonstanten des Kondensators ClO und der Widerstände R22, R24. Der Kondensator ClO beginnt so lange nicht mit dem Entladen, bis der von

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Empfänger 108 erzeugte Ausgangsimpuls zur Erde zurückkehrt.

Der Schmitt-Trigger 112 erzeugt einen Ausgangsimpuls, und zwar zusammenfallend mit der Führungs- oder Vorderkante des ersten, von Receiver 1O8 (zum Zeitpunkt t-^) erzeugten Impulses. Der Ausgangsimpuls aus 112 wird dem Zählwerk 11.4 zugeführt und führt zu einer Steigerung des Zählwertes im Zähler Il4 um den Wert 1. Dieser Zählwert führt so lange nicht zu einer Änderung der Ausgangslasten, bis Timer-Kreis 110 abgelaufen ist (d.h. bei Zeitpunkt t%). Sodann werden die Ausgänge des Zählerkreises Il4 gesteuert und der Kraftkreis (Antriebskreis), definiert durch den Zählwert in Zähler Il4, wird ebenfalls gesteuert.

Ein zweiter Impuls wird von Empfänger I08 zum Zeitpunkt t-* erzeugt. Die Führungs- oder Vorderkante dieses Impulses steuert Schmitt-Trigger 112 und veranlaßt Schmitt-Trigger 112, einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, der den Zählwert in Zähler Il4 um eins erhöht, wobei eine unterschiedliche Belastung gesteuert wird, wenn Timer-Kreis 110 abläuft (zum Zeitpunkt

Bei den vorausgegangenen zwei Ausführungsbeispielen wurde unterstellt, daß nur ein einziger Impuls von Empfänger I08 während der Zeitspanne erzeugt wurde, in wlecher der Timer-Kreis 110 läuft. Ein Beispiel, bei dem eine Mehrzahl von Impulsen durch Empfänger 108 während einer einzelnen Zeitphase des Timers 110 erzeugt wird, ist zu den Zeitpunkten t5 und tg veranschaulicht. Die Vorderkante des zum Zeitpunkt tg erzeugten Impulses liegt genügend dicht bei der Hinterkante des zum Zeitpunkt tjj> erzeugten Impulses, daß Kondensator ClO des Timer-Kreises 110 aufgeladen wird, noch bevor der Timer-Kreis ablaufen kann. Demzufolge werden zwei Ausgangsimpulse von dem Schmitt-Trigger 112 erzeugt (zu dem Zeitpunkt t,- und tg), bevor der Timer-Kreis 110 abläuft (zum Zeitpunkt tj). Demgemäß wird der Zählwert in Zähler 114 um den Wert zwei dann erhöht, wenn Transistor Q5 abschaltet und Timer-Kreis 110 läuft (d.h. zum Zeitpunkt ty).

Es sind zwar hier zwei digitale Steuerkreise dargestellt, jedoch sind zahlreiche Abwandlungen dieser Kreise denkbar und liegen

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selbstverständlich innerhalb des Rahmens der Erfindung.

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Claims

PATMTANS PRÜCHE

1. Steuersystem zum Steuern des Arbeitsablaufes eines ferngesteuerten Spielzeuges von jener Art, welches in der Lage ist, wenigstens einen, für den Menschen erfaßbaren Ausgang zu erzeugen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) Es ist ein Sensor vorgesehen, der derart gestaltet und angeordnet ist, daß er in Kontakt mit der Haut der Bedienungsperson des Spielzeuges verbracht werden kann, und der auf ein myoelektrisches Potential anzusprechen vermag, das durch die Muskeltätigkeit der Bedienungsperson erzeugt wurde, wodurch ein elektrisches Signal geschaffen wird, dessen Wert proportional zum Maß der Muskeltätigkeit ist;

b) Es ist ein Verstärker vorgesehen, der auf das genannte elektrische Signal anzusprechen vermag, um ein Steuersignal zu erzeugen, dessen Wert sich in Abhängigkeit von der Muskeltätigkeit verändert;

c) Es sind Steuermittel vorgesehen, die auf das genannte Steuersignal ansprechen, und die das Spielzeug in Abhängigkeit von der Muskeltätigkeit betreiben.

2. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 1, das in zwei verschiedenen Betriebsweisen betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Steuermittel

a) das Spielzeug in der ersten Weise betreibt, wenn die Größe des genannten Steuersignals unterhalb eines ersten vorbestimmten Wertes liegt; und

b) das Spielzeug in der genannten zweiten Betriebsweise betreibt, wenn die Größe des genannten Steuersignals oberhalb des genannten ersten vorbestimmten Wertes liegt.

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3. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spielzeug in einer ersten, einer zweiten und einer dritten Betriebsweise betrieben werden kann, wobei die genannte Steuereinrichtung

a) das Spielzeug in der genannten ersten Betriebsweise dann betreibt, wenn die Größe des genannten Steuersignales unterhalb eines ersten vorbestimmten Wertes liegt;

b) das genannte Spielzeug in der genannten zweiten Betriebsweise dann betreibt, wenn die Größe des genannten Steuersignales oberhalb des genannten ersten vorbestimmten Wertes, aber unterhalb eines zweiten vorbestimmten Wertes liegt, wobei die Größe des genannten zweiten vorbestimmten Wertes größer als die Größe des genannten ersten vorbestimmten Wertes ist; und

c) das genannte Spielzeug der genannten dritten Betriebsweise betreibt, wenn die Größe des genannten Steuersignales oberhalb des genannten zweiten vorbestimmten Wertes liegt.

4. Ferngesteuertes Spielzeug gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Steuereinrichtung wenigstens einen der genannten, für den Menschen erkennbaren Ausgänge verändert, und zwar als lineare Funktion der Größe des genannten Steuersignales, wenn das genannte Spielzeug in der genannten zweiten Betriebsweise betrieben wird.

5. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spielzeug in einer Mehrzahl von Betriebsweisen betrieben werden kann, und daß die genannte Steuereinrichtung die folgenden Elemente umfaßt:

a) einen ersten Kreis, der auf das genannte Steuersignal anspricht, um einen Digitalimpuls jedes Mal dann zu erzeugen, wenn das genannte myoelektrische Potential, das vom Spielzeugbenutzer erzeugt wurde, vorbestimmte Charakteristika aufweist;

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b) einen zweiten Kreis, der auf die genannten Digitälimpulse anspricht, um das Spielzeug in einer Betriebsweise zu betreiben, die durch die Anzahl der genannten Impulse bestimmt ist, welche ihrerseits während einer vorbestimmten Zeitspanne erzeugt wurden.

6. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vorbestimmte Charakteristik darin besteht, daß das myoelektrische Signal einen vorbestimmten Wert übersteigt.

7. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Steuereinrichtung wenigstens einender für den Menschen erkennbaren Ausgänge als lineare Funktion der Größe des genannten Steuersignales verändert.

8. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Spielzeug von einer Kraftquelle angetrieben wird, die dem Spielzeugbenutzer gefährlich werden kann, und wobei das Spielzeug ferner Isolierungsmittel zum elektrischen Isolieren des genannten Sensors gegen die genannte Spannung aufweist.

9. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliermittel aus einem Opto-Isolator bestehen.

10. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Mehrzahl von Elektroden sowie Mittel zum sicheren Befestigen der Elektroden an der Haut des Spielzeugbenutzers umfaßt.

11. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden goldplatiert sind.

12. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel derart gestaltet und angeordnet sind, daß sie die genannten Elektroden an der Stirn des Spielzeugbenutzers befestigen.

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13. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel einen Hut umfassen, ferner Mittel, die in dem Hut befestigt sind, um die genannten Elektroden gegen die Stirn des Spielzeugbenutzers anzudrücken.

14. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch Ij5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Steuereinrichtung einen Radiotransmitter und einen Radioempfänger umfaßt, und daß der genannte Verstärker und der genannte Radiotransmitter in dem genannten Hut, und der Radioempfänger in dem Spielzeug untergebracht sind.

13. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Mehrzahl von Elektroden umfaßt, ferner wasserabsorbierendes Material sowie Mittel zum Andrücken der genannten Elektroden gegen das wasserabsorbierende Material und das wasserabsorbierende Material gegen die Haut des Spielzeugbenutzers.

Ib. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückmittel eine elastisches Band umfassen, das mit einem Klettenverschluß ausgestattet ist.

1⁷. Ferngesteuertes Spielzeug nacii Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker die folgenden Elemente umfaßt:

a) einen zweiten Verstärker zum Erzeugen eines Wechselstromsignales, dessen Größe in Abhängigkeit von der genannten Muskeltätigkeit variiert;

b) einen Wechselstrom-in Gleichstrom-Wandler zum Umwandeln des genannten Wechselstromsignales in ein Gleichstrom-Vorspannungssignal, das das genannte Steuersignal definiert.

18. Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte zweite Verstärker einen Arbeitsverstärker umfaßt, der derart gestaltet ist, daß er als Komparator arbeitet, und daß die invertierenden und nichtinvertierenden Eingänge des genannten Arbeitsverstärkers

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jeweils an die erste und zweite Elektrode angeschlossen sind, und diese Elektroden einen Teil des genannten Sensors darstellen.

19· Ferngesteuertes Spielzeug nach Anspruch 3.8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor an den Ausgang des genannten Arbeitsverstärkers angeschlossen und derart vorgespannt ist, daß er in seiner linearverstärkungs-Arbeitsweise arbeitet.