专利名称：自动定位及定向的玩具机构及其定向定位方法
自动定位及定向的玩具机构及其定向定位方法技术领域：
本发明涉及玩具领域，尤其涉及一种自动定位及定向的玩具才几构及其定向定位方法o背景技术：
玩具已逐渐成为大众生活中不可缺少的一部，玩具的概念也随着消费群 体的不断扩大而不断得以更新，不管儿童还是成人，均可通过各式各样的玩 具寻找生活的乐趣，因此，玩具行业的技术也因其市场因素而得以不断扩大。玩具同时也促进游戏项目的发展，如各式各样的遥控车或其它运动型玩 具产品，已越来越多地被开发些游戏节目，供各个年龄层次的爱好者娱乐、比赛。传统的遥控车是单一的， 一般包括一个遥控装置和一个车体，通过在遥 控装置上操作其转向及进退，然后由遥控装置上的发射天线将不同的控制信 号以无线方式在空中传播，而车体上装载有接收天线，通过该接收天线在有 效范围内接收遥控装置发射的控制信号，然后传输至其内部的主控芯片，转 化为用于传动的控制信号，控制其运动机构驱动车体进行转向、进退等操作， 从而实现整个控制过程。这种遥控车在操作时，只能一对一地进行操作，即，只能通过一个遥控 器控制一个车体进行操作，因此，多被应用于一些娱乐性的玩具车赛车节目 中。随着人们对玩具多元化要求的不断提高，需要一类可以进行团体操作的 游戏项目。如在一些电子游戏中，可以通过同一命令控制多个对象，而在遥 控车之类的实物玩具中却未能得到较好的改善。理论上，可以采用同一个遥控装置控制多只车体，只要各车体均采用同 一频率及识别同一指令即可实现，但是，实际应用中，由于车体缺乏相应的 定位定向系统，所以，当用同一遥控装置控制多只车体时，车体之间容易发 生碰撞、不同驶向等情况，无法形成统一的阵形，与团体操作的初衷不相协 调，失去相应的意义。为满足这一需求，必须对这类遥控型的玩具进行相应的改进。
发明内容本发明的目的就是要克服上述不足，提供一种结构简单、性能可靠而且 成本低廉的自动定位及定向的玩具机构。本发明的另 一 目的在于提供上述自动定位及定向的玩具机构的定向定位 方法。本发明的目的是通过如下技术方案实现的本发明自动定位及定向的玩具机构，包括遥控装置和至少一个运动装置。 所述运动装置包括可移动和转向的运动机构、主控芯片和与主控芯片电性连接的定向装置，该定向装置自动提供表征方向的信号给该主控芯片，该主控芯片据该定向装置提供的方向信号控制该运动机构进行定位和/或转向； 所述遥控装置发射一个表征不同指令的控制信号给所述运动装置，运动装置的主控芯片据该控制信号控制运动机构和/或定向装置完成对应所述不同指令的动作。本发明的一个实施例中，该定向装置为电子指南针，与所述主控芯片共 同集成。本发明的最佳实施例中，该定向装置包括机械指南针和光电传感器，光 电传感器检测机械指南针是否处于指南状态，并将该状态以电信号的形式发 送给该主控芯片作为所述表征方向的信息。具体的，该机械指南针包括纵长的针体和支撑针体的支撑件，所述光电 传感器与主控芯片电性连接，包括发射件和接收件，发射件与接收件置于所 述针体的垂直两侧，并以所述针体阻断发射件与接收件的通信与否确认该机 械指南针的不同状态。此外，所述定向装置还包括一驱动机构，其与所述主控芯片电性连接， 用于接受主控芯片的指令驱动光电传感器水平旋转以主动感应出指南针的方 位，并计算出方向信息传输至所述主控芯片。所述驱动机构包括电机和转盘，转盘中心套设在电机的转子上，其盘面 上设置偏心转轴，所述光电传感器被设置在该偏心转轴上并由其驱动旋转以 沿所述指南针外周旋转以进行感应。所述运动装置还包括存储器，其与主控芯片电性连接，用于存储角度信息。此外，所述遥控装置包括顺次电性连接的键盘、输入电路、控制芯片以及发射装置键盘各按钮预设了操作指令；输入电路用于传输键盘的操作指令至控制芯片；控制芯片为一编码IC，用于处理所述操作指令并传输至发射装置；发射装置用于将该指令转换为无线信号并向空中发射。相应地，所述运动装置还设置一接收装置，用于接收遥控装置的无线信号后将其转换为控制信息传输至主控芯片。对应本发明的第二目的，本发明的定向定位方法，包括如下步骤1) 启动所述运动装置及遥控装置的电源，记录光电传感器的初始角度， 该初始角度与运动装置的方向保持初始化时的 一致性；2) 运动装置静止以使指南针完成指南动作；3) 由驱动机构驱动光电传感器转动以感应指南针的针件，并记录光电传 感器的转动角度传输至所述主控芯片；4) 所述主控芯片基于所述转动角度和初始角度，接收遥控装置的转向指 令，计算出应转动角度，控制运动机构转向相应的角度实现定向和定位。较佳地，步骤2)中所述确定的时间不大于1秒。与现有技术相比较，本发明的优点在于实现了一对多的控制方式，可 以通过采用同一遥控装置操纵多个运动装置，从而实现队列式操作。而且， 由于其采用的元件多为普通元件，故其技术成熟、性能可靠，成本也较为低 廉。
图1为本发明的一个应用实例的示意图；图2为本发明遥控装置和运动装置的原理框图；图3为本发明的驱动机构、光电传感器与机械指南针作用时的一种结构 示意图，其中，指南针的支撑件仅示出局部。 具体实施方式下面结合
和实施例，对本发明作进 一 步的说明请参阅图1,本发明自动定位及定向的玩具机构，包括遥控装置1和组 成阵列形成的若干个运动装置2，运动装置2的个数可以因需确定。如图2所示，所述遥控装置1包括顺次电性连接的输入电路11、控制芯 片12、发射IC17以及发射天线18，发射IC17及发射天线18组成所述发射 装置，发射IC17用于将控制芯片12的控制信息转换为无线信号并通过所述 发射天线18向空中发射该无线信号。结合公知的原理，输入电路ll可与操 纵按钮(未图示)或操纵杆(未图示)连接，操纵按钮或操纵杆通过输入电 路11产生代表不同指令的信号传输至控制芯片12，控制芯片12采用单片机 芯片实现，接受输入电路11的信号输入，并将其解析为相应的控制信息，然 后进一步生成控制信号，由发射IC17转换为无线信号，通过所述发射天线 18实现在空中的信号传播。如图2所示，所述运动装置2包括顺次电性连接的接收装置24、主控芯 片21、存储器23、定向装置22，以及运动机构(未图示)。所述运动装置2可被应用于车体或者机器人模型中，以应用于车体为例， 需首先提供一车体外框(未图示，本段同)。车体底部以公知的方式配设车轮、 轴岸义、转向机构以及行驶机构，在本实施例中，转向才几构及4亍马史才几构共同形 成所述的运动机构。与遥控装置1同理，接收装置24包括接收IC247和接收天线248,接收 天线248 —般突出于车体外侧，也可隐式设置于车体外框内，接收IC247连 接于接收天线248和主控芯片21之间。接收天线248在有效范围内接收遥控 装置1从空中发送来的无线电信号，然后将其传输至接收IC247进行滤波、 解码等操作，最终转换成控制信号传输至所述主控芯片21。请结合图2和图3，所述定向装置22用于与主控芯片21相配合，实现 对运动装置2的定向，其具体包括机械指南针223、光电传感器222和驱动 机构221。如图3所示，机械指南针223包括支撑件2232和针件2231，所述支撑 件2232为一辅助元件，固定在所述运动装置2上，针件2231则为一磁针， 通过在磁针中部设置开孔等形式，将其枢设在支撑件2232上，从而实现活动 设置，可保证指南针223能在支撑件2232上实现在水平方向上的自动旋转指南。所述光电传感器222与所述主控芯片21电性连接，公知地，光电传感器 222通常包括发射件2221和接收件2223,其形状多式多样，发射件2221与 接收可在物理上相分离，而在电气上实现连4妄。在物理形式上，也可以^皮设 计成"U"臂，发射件2221与接收件2223分别包含在"U"形的两臂中并相 对向。发射件2221与接收件2223被对应设置在指南针223垂直方向的两侧， 由此，可通过发射件2221与接收件2223的信号的通断来确定指南针223的 方位。当发射件2221与接收件2223之间的信号被阻断时，光电传感器222 便产生控制电平并传输至所述主控芯片21,主控芯片21将该控制电平视为 触发信号。所述光电传感器222设置在驱动机构221上，驱动机构221能带动光电 传感器222绕指南针223的针件2231所形成的外圆周估支360度转动。具体而言，所述驱动机构221与主控芯片21电性连接，用于接受主控芯 片21的控制指令并带动光电传感器222水平旋转直至指南针223阻断光电传 感器222的发射件2221与接收件2223之间的信号。此外，驱动机构221还 负责计算光电传感器222转动的角度，并将该角度信息传输至所述主控芯片 21。因此， 一旦初始化时光电传感器222的初始角度既定，对应于整个运动 装置2的一个方位，当光电传感器222受驱动机构221驱动旋转一定角度后， 此时光电传感器222即相对运动装置2原有方向旋转了特定的角度，则进一 步对运动装置2的转动角度的控制变得可行。仅需通过遥控装置1输入相应 角度的旋转指令，即可由运动装置2的主控芯片21处理后，经驱动机构221 控制光电传感器222进行旋转，获得转动角度后反馈给主控芯片21,再由主 控芯片21控制整个运动装置2旋转至确定的方位即可。在物理结构上，所述驱动才几构221包括电才几2210和转盘2212,所述转 盘2212中心套入电才几2210的转子，其盘面上i殳置一偏心转轴2213，而偏心 转轴2213上固设所述光电传感器222,如此，电机2210的转动便能带动偏 心转轴2213上的光电传感器222绕指南针223上针件2231外周进行旋转。 该转盘2212可简单由一杆件代替，此处仅要求驱动机构221能实现带动光电 传感器222的偏心转动即可。请再参阅图2，所述主控芯片21为一单片机芯片，为运动装置2的核心 元件，用于接受驱动机构221传输来的光电传感器222的角度信息，根据操
作者控制遥控装置1时发出的转向指令，计算出运动装置2的应转动角度， 发送指令至所述运动机构使其驱动运动装置2旋转至确定的方位。结合前述， 主控芯片21还负责发送控制信号至驱动机构221,以便让驱动机构221驱动 光电传感器222寻找感应指南针223的针件2231。所述存储器23与主控芯片21电性连接，主控芯片21直接对其进行访问， 用于存储光电传感器222与指南针223的初始角度信息，以及存储一些中间 变量等。所述遥控装置1上可设置一定向定位按钮，将该按钮与输入电路11电性 连接，输入电路11将其传输至遥控装置1的控制芯片12后，控制芯片12 将其解析为与运动装置2的主控芯片21用以控制驱动机构221驱动光电传感 器222进行定向定位的信号相同的控制信号，然后通过发射装置发射至运动 装置2;运动装置2的接收装置24接收该控制信号传输至主控芯片21,由主 控芯片21再将其传输至驱动机构221,最终实现定向定位。所述指南针223可呈纵长型，为磁针形式，但并不受此局限。 在上述自动定位及定向的玩具才几构初启动时，本发明采用如下定向定位 方法，具体包括如下步骤1) 启动遥控装置1和运动装置2的电源后，或者用户按下遥控装置1 的定向定位按钮后，所述主控芯片21控制所述运动机构停止一确定的时间， 本实施例中要求所述确定的时间应不大于1秒钟，具体以等待所述指南针223 完成指南动作并停止晃动为准；2) 所述主控芯片21控制所述驱动机构221计算并存储光电传感器222 与指南针223的初始角度，将该初始角度存储在所述存储器23中；3 )所述主控芯片21控制驱动机构221驱动光电传感器222转动，当光 电传感器222感应到所述指南针223的位置并发送控制电平至主控芯片21 时，关闭光电传感器222，此时主控芯片21获得由驱动机构221输送来的控 制电平，视为寻找指南针223已结束，指南方向已确定，并同时获得驱动机 构221传输来的光电传感器222的已转动角度；4)所述主控芯片21读出存储器23中的初始角度信息，并基于所述存储 的角度信息，结合光电传感器222的转动角度，接受遥控装置1的转向指令， 计算出运动装置2本身的应转动角度，控制运动机构转向相应的角度实现定 向和定位。
操作者在用本发明的产品进行游戏活动时，采用多部应用了所述运动装置2车体和一部遥控装置1，启动两者的电源后，运动装置2首先按上述定 向定位步骤确定方位，然后由操纵者操纵遥控装置1并发送转向或者行驶信 息，此时，多部运动装置2将步调整齐地按照操纵者的意愿进行运动，实现 较为壮观的场面。在本实施例之外的一些实施场合中，本发明所述的定向装置22也可由电 子指南针实现，上述各种应用均可通过在电子指南针的芯片上编程实现，甚 至包括下述主控芯片21的功能。综上所述，本发明能实现采用一个遥控装置控制多台运动装置进行集体 有序运动的功能，使遥控式运动玩具的应用实现多元化。
权利要求
1、一种自动定位及定向的玩具机构，包括遥控装置和至少一个运动装置，其特征在于所述运动装置包括可移动和转向的运动机构、主控芯片和与主控芯片电性连接的定向装置，该定向装置自动提供表征方向的信号给该主控芯片，该主控芯片据该定向装置提供的方向信号控制该运动机构进行定位和/或转向；所述遥控装置发射一个表征不同指令的控制信号给所述运动装置，运动装置的主控芯片据该控制信号控制运动机构和/或定向装置完成对应所述不同指令的动作。
2、 根据权利要求1所述的自动定位及定向的玩具机构，其特征在于该 定向装置为电子指南针，与所述主控芯片共同集成。
3、 根据权利要求1所述的自动定位及定向的玩具机构，其特征在于该 定向装置包括机械指南针和光电传感器，光电传感器检测机械指南针是否处 于指南状态，并将该状态以电信号的形式发送给该主控芯片作为所述表征方 向的信息。
4、 根据权利要求3所述的自动定位及定向的玩具机构，其特征在于该 机械指南针包括纵长的针体和支撑针体的支撑件，所述光电传感器与主控芯 片电性连接，包括发射件和接收件，发射件与接收件置于所述针体的垂直两 侧，并以所述针体阻断发射件与接收件的通信与否确认该机械指南针的不同 状态。
5、 根据权利要求4所述的自动定位及定向的玩具机构，其特征在于所 述定向装置还包括一驱动机构，其与所述主控芯片电性连接，用于接受主控 芯片的指令驱动光电传感器水平旋转以主动感应出指南针的方位，并计算出 方向信息传输至所述主控芯片。
6、 根据权利要求5所述的自动定位及定向的玩具机构，其特征在于所 述驱动机构包括电机和转盘，转盘中心套设在电机的转子上，其盘面上设置 偏心转轴，所述光电传感器被设置在该偏心转轴上并由其驱动旋转以沿所述 指南4十外周^走4#以进4于感应。
7、 根据权利要求1至6中任意一项所述的自动定位及定向的玩具机构， 其特征在于所述运动装置还包括存储器，其与主控芯片电性连接，用于存储角度信息。
8、 根据权利要求1至6中任意一项所述的自动定位及定向的玩具才几构， 其特征在于所述遥控装置包括顺次电性连接的键盘、输入电路、控制芯片以 及发射装置键盘各按钮预设了操作指令； 输入电路用于传输键盘的操作指令至控制芯片； 控制芯片为一编码IC，用于处理所述操作指令并传输至发射装置； 发射装置用于将该指令转换为无线信号并向空中发射； 相应地，所述运动装置还设置一接收装置，用于接收遥控装置的无线信 号后将其转换为控制信息传输至主控芯片。
9、 一种如权利要求5或6所述的自动定位及定向的玩具机构的定向定位 方法，其特征在于包括如下步骤1) 启动所述运动装置及遥控装置的电源，记录光电传感器的初始角度， 该初始角度与运动装置的方向保持初始化时的 一 致性；2) 运动装置静止以使指南针完成指南动作；3) 由驱动机构驱动光电传感器转动以感应指南针的针件，并记录光电传 感器的转动角度传输至所述主控芯片；4) 所述主控芯片基于所述转动角度和初始角度，接收遥控装置的转向指 令，计算出应转动角度，控制运动机构转向相应的角度实现定向和定位。
10、 根据权利要求9所述的定向定位方法，其特征在于步骤2)中所 述确定的时间不大于1秒。
全文摘要
本发明公开一种自动定位及定向的玩具机构，包括遥控装置和至少一个运动装置，所述运动装置包括可移动和转向的运动机构、主控芯片和与主控芯片电性连接的定向装置，该定向装置自动提供表征方向的信号给该主控芯片，该主控芯片据该定向装置提供的方向信号控制该运动机构进行定位和/或转向；所述遥控装置发射一个表征不同指令的控制信号给所述运动装置，运动装置的主控芯片据该控制信号控制运动机构和/或定向装置完成对应所述不同指令的动作。此外，还公开相应的定向定位方法。本发明结构简单，成本低廉，性能可靠，可实现以一控多的玩具。
文档编号A63H17/00GK101164646SQ20071014987
公开日2008年4月23日 申请日期2007年9月20日 优先权日2006年9月21日
发明者黄进海 申请人:黄进海