对位置敏感的教育用品 专利CN1047810AA类

得克萨斯仪器公司  2017-1-31 23:39
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一种十二面形的教育玩具(10),在每一平面(17-28)上形成一不同的可见图形,位置敏感机构(50)在该玩具(10)内取向以通知微处理器(62)哪一个平面(17-28)处于“向上”位置。一旦玩具(10)被转动或移动,则产生一个“接通”的信号,并放出乐调,当平面(17-28)之一停在“向上”位置时,位置敏感机构(50)通知微处理器(62),并经扬声器(44)放送对应于可见图形的声音,如果玩具(10)被扔在一边并持续一预定时间,则玩具播出一段告警声,若玩具(10)仍不被移动,则玩具自动“关断”。 说明

本发明涉及教育用品,特别是一种对位置敏感的教育玩具。

语音和声响合成器件很早就被用于各种玩具中,这些玩具能够对例如洋娃娃或球的位置作出声响反应,可是,这些玩具对玩的人很少有或完全没有教育价值。

例如,斯脱威尔等在1982年3月9日的美国专利No.4,318,245中叙述了一种洋娃娃,这种洋娃娃在儿童改变洋娃娃的位置时作出种种声响的反应,该洋娃娃可以发出一定数量的声响,如笑声或哭声,但不能对幼儿或儿童提供教育帮助。

拉姆斯于1987年5月5日在美国专利No.4,662,260中揭示了另一种声响发生装置,拉姆斯的专利提出了一个玩具球,它能够对玩具球的种种位置作出反应,发出不同的音符,使用该玩具的人可以通过将玩具置于种种不同的位置来连接适当的音符而产生乐调。但是,拉姆斯的装置没有对使用者提供直接的指导,因而不能用作教育的辅助工具。

这样,就需要有一种把玩具和教具结合起来的东西,能够以一种对位置敏感的教育形式,用有声响和/或有语言提示配合的各种可见图形,通过成年人来教育幼儿。

这里所揭示的这一发明包括用于一种对位置敏感的教育用品的方法和装置。该发明帮助使用者把可见图形与特定的声响和/或语言提示联系起来。

按照本发明的一个方面,一个多边形的盒子构成了玩具的外形。盒子里装着电源,例如电池等,以及能合成语音及声响的微处理器。当位置传感器对微处理器指出玩具的哪一边处于“向上”的位置时,微处理器就对处于“向上”位置的可见图形作出声响反应。

在最佳实施例中,盒子包括一个十二面体,位置传感器包括五个簧片开关,这五个簧片开关共同对微处理器提供一个编码,指出对应于“向上”这一位置所要发出的正确声响。

本发明一个技术上的优点是,该玩具可通过成年人来对婴幼儿进行教学。该玩具可置于各种位置,而各位置上的可见图形可以通过声响或语言配合。该玩具可采用种种不同的可见图形,以适应儿童或少年发展的程度。

为了更完整地理解本发明和进一步了解其优点,请参见下面结合附图进行的详细讨论,其中,图1是本发明一个最佳实施例的分解透视图,图2是说明用于对位置产生声响反应的电路和微处理器的原理图,图3a-3b是按照本发明的这一最佳实施例的位置敏感机构的视图,图4-14是按照本发明构成的各种位置敏感机构的其他实施例的示意图,图13是本发明的玩具的另一个实施例的透视图。

在图1至5中,同样的元件标以同样的编号以便易于参照。请参见图1。图中按照本发明制作的一种玩具的分解透视图总的用编号10表示。玩具10包括一个盒子12,该盒子具有第一和第二两个半壳体部分14和16,盒子12最好包括一个12个面的多边形即十二面体,它具有12个平面17-28(图1中只画出平面19、21、22、25和26)。平面17-28具有可见的图案,与微处理器产生的声响和/或语音相对应,这将在下面加以详细叙述。

例如,具有第一和第二插入件29和30的玩具10在每一平面17-28上具有例如动物的图形(未画出),插入件29和30的使用使得更换可见图形比较方便因而可以使用同一盒子12。或者,也可以采用直接连接到平面17-28表面的可见图形。

盒子12用无毒安全的塑料构成,以便供幼儿使用,第一和第二半壳14和16由模塑成型,具有光滑和圆的而不是锐利的边缘,以利于玩具10滚动到它的各个平面17-28。第一和第二半壳14和16可用任何合适的方法如超声波焊接,胶粘或用螺丝紧固等合在一起,第一和第二半壳体14和16上带有许多小孔13,便于通过它们传送声音。

盒子12的内部可以通过移去帽盖32来触及。该帽盖32与平面20是一致的,并且最好是做成只能用螺丝刀或硬币才能旋开。盒子12内是电池组34,它可以容纳例如四节AA电池,为玩具10提供电源。电池组上可以设置一个盖子36以容纳通-断开关,电池组34用适当的方法例如用螺丝40固定于内部支承体38上。

印刷电路板42安装在内部支承件38上,与电池夹34相邻,它包括使玩具10起作用所必需的电路装置和微处理器,下面将详细加以叙述。盒子12内与可移去的帽盖32相对的一端有一扬声器44,它与印刷电路板42经接线46和48互连,使扬声器44能够响应于微处理器。位置敏感机构50(图3)与印刷电路板40互连,使微处理机知道该玩具10的平面17-28中的那一个处于预定的取向或“向上”位置(图1中的平面22),在该位置,平面17-28之一处于最上面。

在使用中移动玩具10时,它立即接通并边滚动或转动边演奏乐调,如果儿童停止滚动或转动这个球,它就发出一个对应于平面17-28中“向上”位置的可见图形的悦耳的语音提示和音响,例如,采用下列可见图形安排。

平面17=狗,    平面23=马,平面18=猫,    平面24=猫头鹰,平面19=鸭,    平面25=羊,

平面20=牛,    平面26=蛙,平面21=鹅,    平面27=鸡,平面22=猪,    平面28=鸟,若有一鸭子图案的平面19处于“向上”位置,该玩具10则会说出展示的图形是鸭子,随之是一声代表鸭子的声响。接着,若有一猪的图案的平面22转到“向上”位置,该玩具将说出展示的图形是猪,随之是一声代表猪的声响,以此类推。

当玩具10被再次移动,则又会演奏乐调,直至这种移动停止并且另一可见图形被确认处于“向上”位置为止。只要滚动或转动该玩具10,它将继续以对应于“向上”位置的可见图形的提示或代表的声响来作出反应。如果持续一段短时间不再转动或滚动玩具,则它会演奏一小段音乐信号以重新吸引孩子的注意。如果仍然没有进一步的活动,则玩具10宣布自己将关断,然后自动执行。

参见图2,图2画出了微处理器及有关电路的电路图,用微处理器及有关电路来把位置敏感机构50的输出转变成经扬声器44发出的可听音响。如图2所示,位置敏感机构50对应于五个开关52、54、56、58和60。开关52-60对应于十二面体的五个平面,这将在下面详细描述。

微处理器62经插脚PA0、PA1,PA2、PA3和PA4分别连接到开关52-60,每一开关的另一触点连接到节点97。微处理器62至少能对12行的编码数据进行解码,能存储多种声响,从其中选择出一个对应于解码信号的声响从而产生响应于该解码信号的可听声响。这种可听的声响最好对应于平面17-28(图1)上可见图形,从而具有教育意义。

上拉电阻64、66、68、70和72分别连到脚PA0-PA4和开关52-60,电阻64-72可以是200K左右的数量级并且同时连接到二极管74的负极,二极管74的正极连接到熔断丝76,熔断丝76连接到电池组34,该电池组提供例如6伏的电压。熔断丝76阻止电路短路,二极管74则防止电池装反的损害。

节点78和80之间是一电阻82,电阻值200K左右。节点80和84之间是一电容86,容量为0.012    μf,节点80连接到二极管88的正极,其负极连接到节点78,晶体管90的集电极也连接到二极管88的正极,该晶体管90可以是pnp型的,其发射极连接到微处理器62的脚INIT-。晶体管90的基极经82K大小的电阻92连接到微处理器62的脚PBO,2200pf大小的电容93连接在节点95和97之间。

微处理器62由电池组34经VDD和VSS供电,47pf的电容94连接在节点78和97之间,陶瓷谐振器100经DSC1和DSC2提供微处理器62以工作时钟,微处理器62的脚PA5-PA7连接在一起并接到二极管74的负极。

话音输出经脚DA1和DA2传送到扬声器44,脚DA1经大小为560欧的电阻104连接到pnp型晶体管106的基极。晶体管106的发射极连接到节点78,而集电极则连接到节点108。npn型的晶体管110的集电极连接到节点108,晶体管110的发射极连接到也是npn型的晶体管112的发射极以及节点97,晶体管110的基极经电阻118连接到节点116,该电阻118的大小约为100欧,晶体管112的集电极连接到节点116,而晶体管112的基极经一大小为100欧的电阻120连接到节点108。

10μf的电容122连接在节点108和116之间,最好为8欧的扬声器44也连接在节点108和116之间,pnp型的晶体管123的发射极连接到节点78,而其集电极连接到节点116,其基极经大小为560欧的电阻124连接到微处理器62的输出脚DA2。这四个晶体管106、110、112和113形成一个用于扬声器44的放大器,电容122用作滤波器。

在工作时,当开关60动作时,包括电阻82、电容86、二极管88、晶体管90、电阻92和电容93的起始电路驱动微处理器62,演奏乐调。在开关60从断开移到闭合位置时,经电容86产生一负的尖峰脉冲电压,如果玩具10未接通,该负脉冲会经晶体管90并触发INIT-脚使微处理器62接通,如果微处理器62已经接通,则晶体管90会关断,负触发脉冲不会到达微处理器62,这里,电容93用来防止噪声引起微处理器62的中断。当开关52-60动作时,微处理器62译出向其提供的编码并把适当的音响响应传送到扬声器44,在预定的一段时间之后,如果开关52-60都不动作,则电路在发出警告后自动关断。

也可以在微处理器中用软件来自动地实现静态模式,而不是机械的通/断开关,这种软件可以实现按一定的顺序重新安排玩具的位置(如从猫头鹰图案到牛的图案来回转换三次)来使该玩具关断,直至用相反的顺序来接通(或者用另一种顺序来起动)。这样,就使成人可以关掉这个玩具,并把它留给正在睡着的幼儿,而不必担心这玩具会意外地接通。

参见图3a。图中所示是按照本发明的最佳实施例构成的位置敏感机构的俯视图,图中用编号50总体表示。这里所说的位置敏感机构指一种能够由相对于地球中心的重力定向的装置。该位置敏感机构50包括五根安装在印刷电路板42上的滑管126,在每根滑管126附近有一个安装在印刷电路板42上的簧片开关136(图3b),印刷电路板42安装在盒子12的第二半壳16中。每一滑管126安排成与盒子12的平面17-28之一垂直,并分开72度,如图中角X所示。在图3a的例子中,每一平面23-27有一滑管126与其垂直。

参见图3b。图中画出了滑管126的横截面。滑管126包括带有磁铁130的空心管128,滑管126安装成与印刷电路板42约成角Y,如果盒子12是十二面体,角Y最好是在23度到27度之间。滑管126用适当的方法安装在印刷电路板42上,例如用支架132和134,簧片开关136安装在空心管128下,并由适当的方法例如导线138连接到上面参照图2所述的电路。

一旦玩具10定位在其平面17-28,上空心管128内的磁铁130滑向或离开簧片开关136。当磁铁130接近簧片开关136时,通过导线138向处理器62送出一个指出电路接通的信号,如果磁铁130滑离簧片开关136,则对微处理器62提供一个开路响应。

因为有五个开关,就有32种可能的信号组合被送到微处理器62,其中,只有12个信号组合起作用。如果玩具设计成展示动物,一种可能的编码顺序如下所示:开关号码    60    58    56    54    52    1=断开0=接通0    0    0    0    0    平面17狗0    0    0    0    1    …0    0    0    1    0    …0    0    0    1    1    平面21鹅0    0    1    0    0    …0    0    1    0    1    …0    0    1    1    0    平面22猪0    0    1    1    1    平面24猫头鹰0    1    0    0    0    …0    1    0    0    1    …0    1    0    1    0    …0    1    0    1    1    …0    1    1    0    0    平面18猫0    1    1    0    1    …0    1    1    1    0    平面23马

0    1    1    1    1    …1    0    0    0    0    …1    0    0    0    1    平面20牛1    0    0    1    0    …1    0    0    1    1    平面25羊1    0    1    0    0    …1    0    1    0    1    …1    0    1    1    0    …1    0    1    1    1    …1    1    0    0    0    平面19鸭1    1    0    0    1    平面26蛙1    1    0    1    0    …1    1    0    1    1    …1    1    1    0    0    平面27鸡1    1    1    0    1    …1    1    1    1    0    …1    1    1    1    1    平面28鸟采用上述解码表,微处理器62可以确定哪一个平面17-28处于“向上”位置,并产生正确的音响反应。

在图3a所示的结构中簧片开关也可以代之以其他结构如图4所示。其中,一个导电球140在空心管142中滚动,空心管142可以是在印刷电路板42上有第二触点的金属导体,或在印刷电路板42上有两个触点的塑料管。触点146与电路和微处理器62连接如前所述。或者,导电球140可以包括导电液,如水银或钠钾。

簧片开关的另一种替代结构如图5所示。空心管148有一不透明体150,它可在重力作用下在管中自由移动,该不透明体150可以包括例如含有某种不透明液体的球,一个包括红外光源的光发射器152位于印刷电路板42上,正对着光检测器156,空心管148位于光发射器152和检测器156之间。空心管148可以是由能让来自发射器152的光线穿过的透明材料制成,或有适当的窗口能让光线穿过。当玩具10的位置使不透明体150隔断检测器156与发射器152时,一个断开信号将送到微处理器62,如果空心管148的取向使不透明体不能隔断检测器156和发射器152,则一个接通信号将送到微处理器62。

参见图6。图6中画出了图3b中簧片开关的另一种替代结构的横截面。其中,空心管158安装在印刷电路板42上,管内是一反射体162,如铬球。此外,还有一个光学反射开关164位于空心管158内。开关164发射一束光进入空心管158,如果反射体162靠近开关164,光线将被反射,并进入开关164的接收部分,对微处理器62提供一个接通信号。如果反射体162远离开关164,则光线不会被反射,因此,一个断开信号将被送到微处理器62。

参见图7。图中用透视图示出了图3b中簧片开关的又一种替代结构。磁铁166位于导轨168内,磁铁166的北极170和南极172位于导轨168的相反的两端。磁传感器174,例如霍尔效应传感器,固定在导轨168上。导轨168则由支架178固定在印刷电路板42上。当磁铁166靠近传感器174时,南极172使传感器174动信,对微处理器62提供一接通信号,当磁铁166远离传感器174时,传感器174关断,对微处理器62送去一个断开信号。

在另一实施例中,玩具10的每一平面17-28上用了一个开关以代替如图2-7所示的五个开关。图8画出了这种实施例的截面图。盒子12带有装着导电液182的内球180。球180并不完全充满液体182,因此,形成了气泡184。位置敏感触点186、188、190、192、194和196在球186内形成,垂直于盒子12的每一平面(图8中仅画出6个)。当盒子12放在其平面17-28中的一个平面上时,一个相应的位置敏感触点例如186,就处于气泡184之中,因为除了触点186以外所有位置敏感触点都被指出是接通的,微处理器(未画出)就知道触点186处于“向上”位置,因而发出适当的可听响应。

参见图9。图中画出了图8中球和液体的一种替代结构的截面图。这里,形成了一个其形状与盒子12相配合的内盒198。内盒198放置得使平面交界垂直于每一平面17-28,形成容纳座200、202、204、206、208和210(内盒198总共有十二个容纳座)。导电球212可在内盒198中自由移动。当盒子12处于使导电球落入容纳座200-210之一的位置时,一个表示接通的信号送入微处理器(未画出)。这样,微处理器就知道直接对着的那个平面处于“向上”位置,从而发出适当的声音信号。或者,内盒198可以是带有垂直于盒子12平面的触点的球。当导电球212位于一个适当的容纳座时,对微处理器指出一个接通位置,否则,就指出断开位置。

参见图10a。图中示出了位置敏感传感机构50的又一个实施例的截面图。导电外壳214充有导电液216,例如钠钾或水银,基座218包括如玻璃等绝缘体,金属引线219、220、222、224和226(图10b)一端穿过基座218伸入导电液216,另一端接到印刷电路板(未画出)上适当的电路中。当玩具10转动到不同的平面时,通过导电液216,将使导线219-226形成种种组合与导电外壳相连。按照某个编码,微处理器能够确定哪一个平面处于“向上”位置,并发出适当的声响反应。参见图10b。当从上向下看时,导电外壳214呈圆形。

参见图11。图中用截面图示出了本发明位置敏感机构的再一个变化的实施例。内盒228有着与盒子12一致的形状,内盒228的平面与盒子12的平面17-28相配合。内盒228是空心的,内有一个光源230,如频闪灯。一种不透明的物质232,如砂子或微小的金属颗粒,可在内盒228中自由移动。光接收器234、236、238、240、242和244正对着内盒228和盒子12的每一平面(如果盒子12是十二面体,则有十二个光接收器)。一旦盒子12置于平面17-28之一上,不透明物质232由于重力而落到最低处,这种不透明物质不让来自光源230的光线通过,因而光源不能到达适当的接收器,例如不能到达光接收器236。由此,经适当的电路与光接收器234-244互连的微处理器(未画出)得到与接收器236相对的平面处于“向上”位置的信号,发出适当的声音响应。

参见图12。图中示出了按照本发明的位置敏感机构的又一个变化的实施例的截面图。一个导电的金属球246位于盒子12内。传感器250、252、256、258和260刚性地悬挂在盒子12的平面上,与每一平面垂直(如果盒子是十二面体,则共有十二个传感器)。一旦盒子12置于平面17-28之一上,导电球246被重力拉向某一个传感器,例如,拉向传感器254。由此,与传感器250-260互连的微处理器(未画出)经适当的编码得知与传感器254相对的传感器260处于“向上”位置并发出适当的声响反应。

参见图13。图中示出了本发明的再一个变化的实施例的立体图。它是一个六棱柱262,该六棱柱由托架264和一个适当的连接装置266固定于摇篮或有栏杆的儿童小床的栏杆268上,儿童可以把正六棱柱262转到各个位置,由位置敏感机构加以检测后发出适当的声音反应。如果需要的话,六棱柱262可从栏杆268上取下,放在地板上或置于适当的拖拉玩具的结构中。

本发明的教育玩具能够适于幼儿、较大的孩子和成人使用,并可以在盒子的平面上针对各种年龄的儿童提供合适的图案,并提供能够发出相应音响和/或话音的微处理器。依靠适当的软件,还可以把该教育玩具用于游戏用具,例如会说话的骰子或球。

尽管本发明是参照最佳实施例进行描述的,但本发明并不限于所述实施例。对本领域中的技术人员来说,很容易根据本发明的精神实质提出种种变化和修改,因此本发明包括那些落入权利要求书范围内的种种变化和修改。

专利公开号:CN1047810A 专利状态/类型:申请 专利申请号:CN 90100680 专利公开日:1990年12月19日 专利申请日:1990年2月10日 发明者:史蒂文·里·卢斯克, 派屈克·罗姆, 拉里·戴尔·托马斯 申请人:得克萨斯仪器公司
分类
国际分类号G10K15/04, G09B5/06, A63H33/00, A63H5/00, G10L13/00
合作分类G09B5/06, A63H5/00
欧洲专利分类号A63H5/00, G09B5/06
法律事件
日期代码事件说明
1990年12月19日C06Publication
1992年5月27日C10Request of examination as to substance
2000年3月8日C14Granted
2002年4月24日C15Extension of patent right duration
2006年4月19日C19Cessation of patent right (cessation of patent right due to non-paymentof the annual fee)
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