專利名稱：用于兒童運動裝置的電動機驅動和用戶接口控制的制作方法
技術領域：
本公開內容大體涉及兒童運動裝置，而更具體地，涉及用于控制此類裝置中運動 的裝置和裝置方法。
背景技術：
兒童運動裝置(諸如傳統(tǒng)的鐘擺式秋千)普遍用于娛樂兒童，而有時更重要的是 安慰兒童或使兒童平靜。通常將兒童放在裝置的座椅中，然后該裝置用于以往復鐘擺運動 來擺蕩兒童。遺憾地是，許多兒童運動裝置表現(xiàn)出缺乏操作的可調節(jié)性或適應性。以往的嬰兒 秋千和其它兒童運動裝置常常不能適應變化的操作條件。此類裝置可能僅適用于有限范圍 的兒童或操作環(huán)境。以往裝置不能達到預期操作目的的一個例子是兒童乘坐者超過一定體 重范圍時便不能夠適當?shù)匕l(fā)揮功用。缺少定制選項是功效低下的另一根源。乘坐者的喜好可隨著不同的兒童而顯著地 不同，并且對于一個兒童來說喜好也會隨時間而不同。因此，不具備可用調節(jié)或定制選項的 兒童運動產品可能僅適用于小部分兒童并且僅適用較短的一段時期。以往兒童運動裝置中所依賴的控制技術已知受到多種限制的困擾。這些控制技術 以及實施這些技術所涉及的電子器件和其它組件常常不精確，效率低下，或是其二者。這常 常會導致操作缺陷。例如，由于裝置通常達不到預期的操作目的，因此所產生的運動會使兒 童乘坐者感到顛簸或搖晃?？刂齐娮悠骷拖嚓P組件的其它限制會導致低效的操作，這在 許多兒童運動產品配置為電池供電時為更明顯。則電池容量的快速消耗可能導致進一步的 操作問題。控制技術和相關組件的這些和其它限制可最終導致裝置無法有效地平靜、安慰或 娛樂兒童乘坐者或嬰兒乘坐者。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種控制兒童運動裝置的方法，該控制兒童運動裝置的方法 包含確定指示兒童運動裝置的運動的數(shù)據；及根據數(shù)據控制兒童運動裝置的音頻輸出。
優(yōu)選地，控制步驟包含根據數(shù)據調制音頻輸出。 優(yōu)選地，調制步驟包含對兒童運動裝置可用的音頻軌道施加調制效應。
優(yōu)選地，調制效應涉及音調變化。優(yōu)選地，調制效應由用戶選擇。優(yōu)選地，調制效應是預定的并且與兒童運動裝置要再現(xiàn)的音頻類型相關聯(lián)。優(yōu)選地，音頻類型涉及立體聲重放。優(yōu)選地，調制效應涉及兒童運動裝置的多個揚聲器之間的平衡調節(jié)。優(yōu)選地，數(shù)據指示運動的實時位置，使得基于當前位置來控制音頻輸出。優(yōu)選地，確定步驟包含執(zhí)行感測例行程序，感測例行程序牽涉檢測由運動導致的 電容傳感器陣列的電容變化。優(yōu)選地，數(shù)據指示運動的當前位置和當前方向。
優(yōu)選地，運動包括往復路徑。優(yōu)選地，音頻輸出包含多個軌道的重放。優(yōu)選地，還包含將多個軌道的第一軌道和第二軌道分別引至第一揚聲器和第二揚聲器。


結合圖示閱讀以下說明書，本公開的目的、特征、和優(yōu)點將變得顯然，圖示中相同 的參考編號表示圖中相同的元件，并且其中圖1是根據本公開各方面進行控制的示例性兒童運動裝置的透視圖。圖2是圖1兒童運動裝置的透視圖，其中以分解視圖示出以數(shù)種坐騎取向中的一 種安裝的座椅。圖3是圖1的兒童運動裝置的透視圖，其中座椅安裝成數(shù)種坐騎取向中的一種。圖4是以分解視圖示出的圖1兒童運動裝置的支承框架的支柱和座椅底座的透視 圖。圖5是圖4支柱的一部分的透視圖，用于更詳細地示出用戶接口面板。圖6是根據一個實施例配置的示例性驅動和電動機控制反饋系統(tǒng)的透視圖，并且 其中示出該系統(tǒng)設置在其中的圖4支柱的外殼經拆除。圖7是驅動和電動機控制反饋系統(tǒng)更詳細的正視圖。圖8是驅動和電動機控制反饋系統(tǒng)的仰視圖。圖9是根據本公開某些方面的圖1和圖9其中一個兒童運動裝置的電動機控制反 饋系統(tǒng)和/或用戶接口的示例性傳感器板的示意圖。圖10是根據本公開一個方面的適于并入圖9傳感器板以促進電動機控制和用戶 接口功能的可選兒童運動裝置的透視圖。圖11是根據本公開各方面的控制系統(tǒng)的示意性電路圖。圖12繪示根據本公開一個方面的可由圖11控制系統(tǒng)產生的施加電動機電壓的簡 化圖。圖13是根據本公開一個方面的可由圖11控制系統(tǒng)實施的電動機電壓校準技術的 流程圖。圖14是根據本公開一個方面的可由圖11控制系統(tǒng)實施的音頻控制技術的流程 圖。
圖15是根據本公開一個方面的可由圖11控制系統(tǒng)實施的操作模式控制技術的流 程圖。盡管本文公開的系統(tǒng)、裝置和方法可具有各種形式的實施例，但是在附圖中仍示 出(并將在下文進行描述)本發(fā)明的具體實施例，同時應理解本公開旨在舉例說明，而不旨 在將本發(fā)明限制于本文所描述和例示的具體實施例。
具體實施例方式本公開大體致力于兒童運動裝置以及用于實施這種裝置的基于運動的功能和操 作的控制技術。本公開的幾個方面致力于一種兒童運動裝置以及在寬廣操作條件范圍下以高效 并且有效的方式提供安全、舒適、和安慰環(huán)境的控制方法。本公開的這些方面通過以下多 個方面使兒童和照看者都受益為照看者與他們的孩子和裝置互動創(chuàng)造了多樣而新穎的方 式；提供將有助于使煩躁的兒童平靜下來的新型安慰特征；以及更好地發(fā)揮兒童運動裝置 的功能。本公開的幾個方面涉及或包括應用機電技術，如電容式感測。如下文所述，一些實 施例在用戶接口和運動控制環(huán)境中都包含了如電容感測的技術，從而簡化了兒童裝置的電 路布局，并且還提供了新穎特征。本公開的一些方面包含絕對秋千角度感測的應用，以便無論操作條件如何變化都 可提供更為可靠和反復的秋千(擺蕩，swing)運動。其它方面涉及自動自校準例行程序， 從而讓裝置驅動組件中使用的更大公差和性能范圍(performance band)，節(jié)省了成本并降 低裝置組件的復雜性。本公開的又一些方面涉及或包括將多種產品功能聯(lián)到預定的或用戶 定義的模式中。以此方式，便可將兒童裝置特制為最好地安慰或娛樂兒童乘坐者，同時還最 小化原本由照看著負責的設置和配置難題。雖然結合嬰兒或兒童秋千進行了描述，但是本公開的方法、裝置和系統(tǒng)很適于與 多種不同的兒童運動裝置結合使用。因此，本公開的方法、裝置和系統(tǒng)的實踐并不局限于本 文描述的示例性秋千。根據本公開的一個方面，本文描述的方法和裝置實時地確定位置數(shù)據，以在兒童 運動裝置的運動路徑內的正確點處施加電力。例如，當以如下所述的準確方式確定基礎的 位置(或秋千角度)數(shù)據時，在鐘擺弧線期間的正確點處施加電力可提供效率優(yōu)勢。可以使用如下所述的各種位置和角度感測技術來實施運動控制反饋以外的功能。 在一些情況下，相同的技術既可來支持運動控制，又可用來支持其它功能。另外，一些技術 可以結合起來使用，以補充或促進運動控制反饋或其它功能。根據本公開的其它方面，通過實施電動機電壓的周期或定期校準的方法和技術來 解決電動機的操作優(yōu)化。這種自動校準可以調節(jié)在(例如)起動或其它使用狀況期間最佳 地或最有效地工作的電壓。在一些情況下，實施這些方法和技術導致適當電壓的范圍，控制 器可從該范圍選擇操作的期望電平?，F(xiàn)在翻到附圖，圖1-3示出包含本公開各方面的兒童運動裝置20的一個實例。在 該實例中，裝置20大體包括框架組合件21，框架組合件21配置為用于將乘坐者座椅22支 承在裝置20所設置的表面上方。框架組合件21的底座部分M置放于用于在使用中為裝 置20提供穩(wěn)定底座的表面上。框架組合件21還包括座椅支承框架沈，座椅22安裝在座椅
5支承框架沈上。座椅框架沈通常懸置在底座部分M上方以允許操作期間座椅22往復地 運動。為此，框架組合件21的豎立支柱觀從底座部分M向上延伸以用做提升裝置或“脊 柱”，支承臂30從豎立支柱28沿徑向向外延伸，從而與座椅框架沈相遇。在該示例中，支柱或“脊柱”觀相對于其縱向長度定向為大體垂直的取向。支柱 28具有外殼四，外殼四可以以任何期望的或適當?shù)姆绞綐嬙?，以提供令人愉悅的或期望?優(yōu)美外觀。殼體四也可具有功能性，或者功能性和裝飾性兼?zhèn)?。例如，殼體四可用作裝置 20的內部組件(諸如驅動系統(tǒng))的保護性蓋體。殼體四的一部分或全部可以形成可拆卸 式蓋體，以便如果需要可以檢查裝置20的內部或內部工作情況。在任何情況下，殼體四，更 一般而言，以及支柱觀都可以在取向、形狀、尺寸、構造等方面大大地不同于本文公開的示 例。框架組合件21的其它組件(諸如底座部分24)也可以在取向、尺寸、形狀、構造等 方面有很大的不同。本文公開的方法和裝置的實踐并不局限于結合圖1-3描述和示出的示 例性框架組合件21的構造。盡管如此，框架組合件21的一個或多個組件可以很適合實施 本公開如下所述的一個或多個方面。 如圖2和4中最佳示出，支承臂30的從動端32耦接至支柱28的結構支承部分34 或承重部分34。在該實例中，支承臂30在從動端32處從支柱觀伸出構成懸臂。支承臂 30安裝為用于在基本水平的運行路徑范圍內、繞其從動端32作樞轉式左右運動。關于該運 行路徑以及其它示例性運行路徑的進一步細節(jié)可在標題為“Child MotionDevice"的美國 專利公開No. 2007/0111809中找到，該公開的全部內容以引用方式并入本文。如本文所描 述的，支承臂30可在預定角度的局部軌道或弧段范圍內運行并可繞轉動軸線轉動，該轉動 軸線可偏離豎直參考線并且可還可偏離支柱觀的軸線。可選地，轉動軸可與垂直參考線、 支柱觀的軸線、或如果需要的話可與其兩者對準。更一般而言，從動端32耦接至驅動系統(tǒng) (圖6-8)，該驅動系統(tǒng)設置在殼體四內并設計為使支承臂30的遠端35往復運動或擺動， 座椅框架沈附接至遠端35以產生占據者座椅22的相應運動。如下文所述，裝置20包括用于控制和/或促進裝置20的運動和其它功能的多個 組件。在示出的實例中，這些控制組件中的數(shù)個設置在支柱觀的控制塔36上或其中。在 一些情況下，控制塔36還可包含裝置20的驅動系統(tǒng)或結構支承元件的多個部分。在該實 例中，控制塔36具有上面板37，上面板37為照看者展現(xiàn)儀表接口或控制接口，從而指引裝 置20的操作。儀表接口元件和其它接口元件的定位和構造可以與圖中所示的大大不同。例 如，儀表無需布置在整體式面板中，而是可以分布在裝置20的控制塔36或其它組件上的多 個位置上。下文將進一步描述用戶接口的元件和方面。在圖1-3中示出的實例中，框架組合件21的底座部分M呈橢圓箍或環(huán)的形式，該 橢圓箍或環(huán)的大小適合為使用中的裝置20提供穩(wěn)定的底座。底座部分M的構造可以不同 于以上提及的公開中所討論的箍。底座部分M大體定位在座椅支承框架26的下方，以抵 消施加給支柱觀的并且由放在支承懸臂30的座椅22中的兒童產生的負載或力矩。座椅支承框架沈可以有相當大的變化，但這仍歸屬于本發(fā)明的精神和范圍內。在 該實例中，座椅支承框架26是方形或矩形的環(huán)，限定了接納座椅22的開口 38 (圖2)。如圖 4中所示，座椅框架沈可以具有從一側向外延伸的一對銷釘39，以接合支承臂30的遠端35 中的對應鎖定插孔。
盡管座椅支承框架沈的其它構造和結構是可行的，但座椅支承框架沈的對稱形 狀允許座椅22以多個可選取向安裝在支承臂30上。在該實例中，兒童座椅22可具有成形 底部或底座40，成形底部或底座40構造有與座椅支承框架沈的多個部分接合的特征，使得 兒童座椅22置放在座椅支承框架上時被牢固地保持在適當位置。在該實例中，座椅支承框 架沈由管狀且直線的側部區(qū)段形成。座椅底座40可以具有置放在支承框架沈的相應直 線側部區(qū)段上或與其接合的多個側部區(qū)域或端部區(qū)域42。座椅底座40的懸掛區(qū)域44 (圖 3)的大小適合配合在支承框架沈的開口 38中。底座40的另一端具有一個或多個對準槽 口 46，該一個或多個對準槽口 46構造成接納保持架的相對的直線側部區(qū)段。懸掛區(qū)域44 和槽口 46將兒童座椅22保持在保持架上的適當位置。僅依靠重力便可將座椅保持就位。 在另一實例中，可采用一個或多個主動式手動或自動的閂銷48(圖2)。在該實例中，閂銷 48設置為座椅支承框架沈的一部分。可選地或另外地，可在座椅22的一端或兩端處以及 /或在座椅支承框架26的一端或兩端處將閂銷48形成為座椅22的一部分，以將兒童座椅 22牢固地保持在座椅支承框架沈上的適當位置。閂銷48可由彈簧偏置，從而當將座椅放 在保持架上時便自動接合。在該實例中，閂銷48，更一般而言，以及座椅支承框架沈的幾何形狀和對稱性允 許座椅22以多個可選座椅取向放置在保持架中。在圖1中，座椅22定向成使得座椅22的 一側最靠近支柱。通過從座椅支承框架沈分離座椅22，座椅22可重新定向成圖3中示出 的位置，使得兒童不面對支柱觀。關于座椅取向選擇的進一步信息闡述于以上提及的公開 中。同樣如該公開中論述的，還可以將座椅22和/或座椅支承框架沈構造為允許調節(jié)座 椅22或框架沈的傾斜度至不同的斜倚角度。更一般地，本文公開的裝置和方法很適合與 多種座椅、座椅取向、和座椅安裝構造配合使用。例如，在一些情況下，座椅框架沈可構造 成接納并支承來自另一產品的座椅或其它兒童運載裝置，諸如汽車座椅?，F(xiàn)在參考圖5，結合一般表示為50的示例性用戶接口來描述裝置20的操作和功 能。如上所述，用戶接口 50設置在上面板37上，但是用戶接口 50的任何一個或多個元件的 物理位置和布置都可以有相當大的變化。一般而言，用戶接口 50包括提供供用戶選擇的功 能和操作的多個元件。用戶接口 50還向用戶提供關于裝置20的當前選擇或其它操作狀態(tài) 的信息?？梢砸匀魏纹谕某潭燃捎脩艚涌?50的用戶選擇和狀態(tài)信息的各個方面。例 如，用戶接口 50的元件可以展現(xiàn)用戶選項以及狀態(tài)信息兩者。為此，用戶接口元件可以包 括由照看者致動的用戶選擇或按鈕，以及輸出指示器或指示燈，指示器或指示燈的激活可 與按鈕的選擇一起發(fā)生。下述用戶接口 50的每個元件都可以，但無需，提供這種雙重功能。 用戶接口 50的任何一個或多個元件還可以結合裝置20的多個操作、功能或方面來提供這 種功能。另外，取決于照看者選擇元件的方式，一些用戶接口元件可以提供多個控制選項。 例如，取決于按鈕被按下多久(例如，“按下并保持”的致動)、或用戶接口元件是否對運動 作出響應(例如，滑塊)，用戶接口元件可以啟動不同的控制動作。在該實例中，用戶接口 50包括布置在運動開/關選擇M(motion0N/0FF select) 周圍的一組速度選擇52。致動標號為“1”的速度選擇52會指引裝置20在小運動范圍內并 且相應地以低速驅動座椅22 (圖1- 。逐漸增高的速度選擇號碼會增大裝置20的運動范 圍和速度，其中標號為“6”的速度選擇52與裝置20的全范圍運動和最高速度相關聯(lián)。致 動運動0N/0FF選擇M會間斷裝置20的運動或以上一次選擇的速度來激活裝置20。在可選實施例中，選擇M可以控制裝置20的激活和停止，而非僅僅是控制裝置20的運動方面。致動用戶選擇52和M的方式可以有很多種。在一個實施例中，每個用戶選擇52、 54都是機械致動的按鈕開關。可選地，可以通過諸如感測電容的另一種機制來致動對用戶 選擇52、54。在其它情況下，用戶選擇5254可能牽涉機械致動和電容式致動機制的組合。 在又一些情況下，可以將用戶選擇52集成為滑塊接口，而非一組單獨的二進制開關。下面 將闡述關于電容式開關或傳感器的致動和操作的進一步信息。用戶接口 50包括通常用于控制裝置20的聲音或音樂功能的一組選擇。一般而言， 照看者可以選擇再現(xiàn)不同類型的聲音或音樂。在該實例中，通過分別致動用戶選擇56和 58，可獲得兩種不同風格的音樂，嬉戲風格的以及安慰風格的。通過反復致動選擇56、58中 的一個可以選取多個音樂軌道(音軌，track)，否則，會依次地再現(xiàn)音樂軌道并然后再從第 一首軌道開始。如果不需要音樂，通過致動用戶選擇60便可再現(xiàn)安慰型聲音。反復地致動 選擇60會使得在多種安慰型聲音之間切換，諸如溪流、森林、遠方風暴、或子宮的聲音。如 下所述，所選聲音的再現(xiàn)會一直繼續(xù)，直到選擇了不同的聲音，直到不同的用戶選擇導致了 音樂重放，或直到重放暫停為止。用戶選擇62支持再現(xiàn)存儲于音樂重放裝置(諸如MP3播放器)(未示出)上或由 其提供的音樂或其它聲音。于是可以通過音樂重放裝置指引對音樂播放的進一步控制，在 一些情況下包括音量控制。隔室或抽屜64(圖1)可以包括用于存放重放裝置的托盤。于 是，隔室內設有電纜或其它接口，用于將播放裝置連接到裝置20。用戶接口 50還包括選擇66、68，分別用于向上和向下的音量控制。致動0N/0FF選 擇70會激活或停止音樂或聲音的再現(xiàn)或重放。致動定時器選擇72會起動預定時段(諸如 30分鐘)的裝置定時器，在時段結束時，聲音功能和運動功能都會被關閉。最后，用戶接口 50包括家長鎖定選擇74，可致動該選擇，通過按住(按下并保持，press-and-hold)操作來 鎖定或解鎖用戶接口 50。以此方式，便可將裝置20鎖定在涉及任何一個或多個裝置功能的 任何當前操作狀態(tài)中。用戶接口 50的布局和功能變化相當多。例如，用戶接口選擇和其它元件的布置、 形狀和大小可與圖5中所示明顯不同。此外，通過(例如)觸敏顯示屏或其它支持可變顯 示的面板，可以綜合和訪問通過用戶接口選擇提供的任何數(shù)量的功能。以這些和其它方式， 相同的一個或多個用戶選擇可用于控制完全不同的功能。例如，觸敏滑塊元件可支持多個 控制選項的漸變調節(jié)或模擬調節(jié)。于是，其它的用戶選擇(諸如常規(guī)開關按鈕或電容式感 測性質的按鈕)可用于確定滑塊元件控制的是何種功能。例如，可通過一個或多個滑塊元 件調節(jié)音量控制、秋千運動速度、和定時器功能。于是，用戶接口可包括一系列反映滑塊元 件的致動程度的視覺元件。結合用戶接口 50描述的功能和操作可單獨地或共同地控制或選擇。如下所述，可 對一組功能進行分組或關聯(lián)，使得用戶對該組功能的選擇共同地激活、停止或控制裝置20 的多個方面。由此，該組功能或操作與特定的選擇一同定義裝置20的操作模式。可以以各 種方式對操作模式進行預定。在一些情況下，一個或多個模式被定義或存儲為原廠設置。可 選地或另外地，該一個或多個模式可由用戶定義并存儲。圖6示出總體(普遍)表示為80的示例性支承和驅動組合件。組合件80的多個組 件可對應于支柱觀(圖1-4)的多個部分。然而，為便于示出內部工作情況、或內部組件，圖中未示出組合件80的蓋體或殼體。同樣，也未示出組合件80附接至底座部分M (圖-1-3) 時所牽涉的組件，這些組件在提供結構支承的同時可以有相當多的變化。在一個實例中，這 些結構連接組件包括盒形框架(未示出)，該盒形框架通過使底座部分M及一對支承柱82 二者接合而將底座部分M耦接至組合件80。為此，可通過該框架來鎖定每個柱82的下端 84。柱82從該下部連接處向上延伸至骨架構架86，骨架構架86將柱82連結至總體表示為 86的驅動系統(tǒng)。構架86包括多個肋板(rib) 88，肋板88將環(huán)繞驅動軸92的套筒90結構 性地連結至保持器94，保持器94包含位于其上端96附近的柱82。在該實例中，軸92是管狀桿，連接在組合件80內以將來自總體以98表示的驅動 系統(tǒng)的運動傳遞到支承臂30。當軸92延伸超過套筒90時，軸92從驅動系統(tǒng)98相對于大 體豎立的柱82以一定角度向上延伸到達支承臂30。在操作中，電機100 (例如DC電機)驅 動具有蝸輪102和從動蝸輪103的齒輪組，從而帶動用作曲軸的銷釘或螺栓104。在這種情 況下，電動機100總是沿同一方向旋轉。銷釘104移位離開從動蝸輪103的旋轉軸線，這樣 從動蝸輪103的旋轉就致使銷釘或螺栓104沿環(huán)形或旋轉路徑運動。銷釘104的自由端伸 入耦接至軸92的U-形或槽型托架106的豎直定向縫槽中。以此方式，銷釘104沿著環(huán)形 路徑的運動就從純粹的轉動轉變成軸92的擺動或往復運動。盡管電動機100沿同一方向 旋轉，但是槽型托架106在半周期期間沿一個方向上移位，而在另一半周期期間沿相反方 向移位。于是，通過彈簧(未示出)，傳遞到槽型托架106的曲軸能量便會作用于秋千樞軸 107。然后，秋千樞軸107連結或耦接至驅動軸92，從而通過其運動方式擺動支承臂30。彈簧可用作轉動阻尼機構以及蓄能裝置。可以將彈簧實施為用作類似離合器的元 件，從而通過允許電動機100與軸92之間的不同步運動來保護電動機。因此，在這種情況 下，軸92并不直接連接到電動機100(即，間接驅動機構)。在此類情況下，軸92的轉動移 位以及因此支承臂30的運行可受到軸92伸出的螺栓108的限制。螺栓作用于的物理硬質 止塊(諸如骨架構架86的一部分)，從而限定最大秋千角度。本文公開裝置和方法的實踐并非局限于上述的間接驅動技術，而是可選地可能牽 涉多種不同的電動機驅動方案和技術的任何一種。因此，驅動系統(tǒng)的組件可以有相當多的 變化，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。示例性驅動系統(tǒng)98提供很適于與兒童運動裝置結合 使用的往復運動，這是因為驅動機構及其機械連桿裝置允許電動機與乘坐者座椅的聯(lián)接中 存在一定程度的滑動。然而，肯定還存在許多其它的能可選地用于將期望的擺動或往復運 動施加給本文公開裝置的支承臂30的可行驅動機構或系統(tǒng)。一種這樣的技術牽涉直接驅動機構，其中電動機軸機械地聯(lián)接到秋千樞軸，而不 允許任何的滑動。在這種情況下，可以通過切換電動機電壓極性(即，前向和反向驅動信 號)沿不同方向驅動電動機來實現(xiàn)往復運動。然后，將機械連桿裝置構造成適應雙向運動， 這不同于上述驅動系統(tǒng)98中的蝸輪102和其它機械連桿組件。電動機可以以開路或閉路 的方式供電。在開路系統(tǒng)中，電源以交變極性施加于電動機，使得可以通過調節(jié)施加電壓、 電流、頻率、或占空比來控制秋千速度(或秋千角幅度)。可選的系統(tǒng)以固定極性施加電力， 并通過機械連桿裝置產生往復式運動。直接驅動系統(tǒng)的閉路控制可以牽涉類似于開路控制 中實施的控制技術，但可如下所述通過反饋技術進行優(yōu)化。利用反饋信息，可調節(jié)和優(yōu)化施 加的電壓和其它參數(shù)，以最有效地獲得或控制成期望的振蕩幅度。其它的可選驅動技術可包括或牽涉彈簧驅動式卷緊機構、磁性系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)、或其它裝置，從而將驅動機構能量和運動轉換成本文公開裝置的往復運動或擺動。在圖7和圖8中，結合傳感器組合件110的一個實例更詳細地示出上述的驅動系 統(tǒng)98，傳感器組合件110配置為根據本發(fā)明的不同方面提供關于電動機控制和其它裝置功 能的反饋。盡管傳感器組合件110很適于與間接驅動系統(tǒng)98實施在一起，但傳感器組合件 110也可以與上述不同驅動系統(tǒng)中的任何一個集成在一起和結合使用。傳感器組合件110設置成接近于驅動系統(tǒng)98，以捕捉關于其運動的信息。該信息 可以指示運動中的秋千或其它元件的相對或絕對位置、運動方向、或速度。在該實例中，傳 感器組合件110安裝至驅動系統(tǒng)98，位于套筒90的下端、電動機100和齒輪組的附近，但未 必如此。在其它情況下，可以將傳感器組合件110安裝在沿著驅動系統(tǒng)98的任何位置，且 更一般地，安裝在提供通向待捕捉信息的運動的任何位置處。例如，傳感器組合件108可以 與位于套筒90的上端處或附近的驅動系統(tǒng)98通信。傳感器組合件110通常用于改進兒童裝置的運動控制，且在一些情況下實現(xiàn)兒童 裝置的額外功能。例如，改進后的運動控制可包括、牽涉或導致不同操作條件期間可重復 性更佳的秋千運動和更一致的秋千運動、提高的產品可靠性、和更穩(wěn)健和更復雜的裝置操 作。這些和其它優(yōu)點可導致更有益的裝置性能，裝置效能在兒童安慰和娛樂方面得到改進 可證明這一點。如下所述，由傳感器組合件110收集的信息還可用于以其它方式來控制兒 童裝置。這些其它方式可牽涉或包括實施兒童裝置的非運動功能，諸如音頻功能。出于這些和其它目的，傳感器組合件110包括監(jiān)視驅動系統(tǒng)98的往復運動(或其 它運動)的反饋傳感器112。反饋傳感器112可以是電傳感器、械電傳感器、電磁傳感器(例 如，光學傳感器)、感應傳感器、超聲波傳感器、壓電傳感器、或其各種組合。在一些情況下， 傳感器組合件110包括多個反饋傳感器、或反饋感測機構，以提供不同類型的信息和/或數(shù) 據冗余。因此，傳感器組合件110與驅動系統(tǒng)98通信的方式可以有相當多的變化。在該實例中，反饋傳感器112包括電容式傳感器板114，電容傳式感器板114與耦 接至驅動系統(tǒng)98的金屬圓盤116隔開。如圖7和圖8中最佳示出，圓盤116攜載于指狀物 118上。指狀物118通過止動銷120耦接至槽型托架106和秋千樞軸107。驅動系統(tǒng)98的 這些元件的往復運動致使圓盤116(例如，從下方)穿過電容式傳感器板114。電容式傳感 器板114可為弧形以適應往復運動，并通過從套筒90徑向延伸的臂或平臺122緊密地固定 至驅動系統(tǒng)98。電容式感測技術的操作通常牽涉檢測因金屬盤116接近設置在感測板114上的導 線或跡線(圖10)而導致的電容變化。為此，可以使用任何改變電容的物體?？梢愿鶕E 線間的間隔選擇園盤118或其它物體的表面積或寬度。例如，物體寬度與跡線間隔的比率 可約為3 2。盡管將在下文描述中闡述關于通過圖6-8中示出的示例性傳感器實施的電容式 感測技術的進一步細節(jié)，但值得注意的是該技術(以及本文所述的其它技術)通常可獲得 關于驅動系統(tǒng)所操作秋千的絕對角度或位置的指示。該絕對角度或位置將與驅動系統(tǒng)98 所操作秋千的相對角度或位置進行對比。相對秋千角度是指因裝置20的座椅22 (圖1-3) 的“重心”移動而導致的秋千角度的終點可相對于地表移動的事實。更具體地，在沒有更多 信息的情況下，秋千行程的終點在特定的公差內與地面上的固定位置無關。相對秋千角度 是指秋千所運行的總角度的一半。當與垂線比較時，該總角度可在秋千行程的前半段或后半段中更大。調節(jié)秋千角度直接與兒童坐在座椅中時感覺的“速度”有關。較大的角度等 同于較大的秋千速度。因此，形成對相對角度并將秋千運動控制成預定幅度進行監(jiān)視的反 饋環(huán)路是有益的。適于捕捉信息(諸如相對秋千角度)的其它反饋技術包括或牽涉(i)超聲波技 術，其使用安裝在裝置上多個點處的壓電傳感器來測量隨裝置運動而變化的距離；(ii)激 光或其它光學技術，其類似地測量變化的距離；(iii)基于編碼器的技術，其由樞軸運動來 驅動以提供指示運動的脈沖串；(iv)磁阻裝置，其定位為通過感測磁場中的對應變化來檢 測運動；(V)限位開關、近程式傳感器及霍爾效應傳感器的組合，位于裝置上的不同位置 中，使得秋千運動所導致的激勵和停止可指示秋千的位置；以及(Vi)電動機控制反饋環(huán) 路，其基于電動機線圈中感應的電壓，即“反電勢”(電動勢)技術。在反電勢技術中，電動 機線圈在轉子運動期間發(fā)揮位置傳感器的作用。為此，工作于傳感器-位置模式的電動機 線圈與電源線斷開。于是，通過旋轉電動機轉子上的磁鐵，線圈上便產生了感應電壓。電壓 變化的符號和方向指示轉子極相對于固定定子線圈的位置。于是，電壓極性和幅值直接與 座椅角度的幅度相關。由于(例如)DC電機的設計，電壓將以脈沖形式產生，脈沖間的時間 和脈沖量值是電動機正由秋千驅動的速度的函數(shù)?？梢詫⒚}沖串(和幅值包絡)轉換成秋 千運動曲線。如下所述，可通過帶有模擬電壓輸入的控制電路來監(jiān)視由反電勢技術、或任何 其它技術產生的輸出電壓，如下文結合圖10的示例性控制電路示出和描述的。通過添加索引裝置(諸如配置為在特定位置處激活的限位開關(未示出))，上述 技術可用來確定裝置的真實位置或秋千角度。在電動機的第一次完整旋轉之后，索引裝置 會已經確定后續(xù)位置數(shù)據可與之比較的參考點(即位置)。以此方式，上述技術便可在任何 距離處并且實時地產生指示電動機、軸、秋千座椅等的準確位置的數(shù)據。另外，如果用已知的初始參考點來索引運動，則可確定相對于地面的絕對秋千角 度或位置。例如，可以以機械方式(例如通過原廠設置的電動機對準)或通過相應定位的 另一開關或傳感器裝置來確定初始參考點。一般而言，實施一個或多個這些反饋機構可促使以有效方式將電力施加給電動 機。利用通過反饋機構捕捉的信息或數(shù)據，更準確地知道秋千的相對或絕對的位置或角度， 使得可對電動機的電力施加進行定時以產生最大效果。這種詳細程度與以往的感測技術形 成對比，以往感測技術僅提供運動方向、或位置或秋千角度的不準確且相對的指示。此類技 術可牽涉單槽式光中斷器，即使兩個光中斷器并聯(lián)也只能提供相對位置和方向的指示。相 比之下，本文提出并描述的技術提供了關于絕對或真實位置的準確指示，從而可促進并支 持實施多種功能和操作。在一些情況下，本文提出的兩種或更多種技術可以組合實施以進一步優(yōu)化電動機 性能。例如，反電勢技術可以與上述的電容式感測技術組合起來。在該情況下，該組合從反 電勢技術提供的信號獲得速度和方向信息，并且從電容式感測獲得位置數(shù)據。如下所述，有 利地，這兩種技術還可以利用相同控制器或控制電路來進行有效處理。現(xiàn)在結合利用電容式感測技術的示例性實施例來闡述關于將角度或位置信息用 于電動機控制和其它功能的進一步細節(jié)。如上所述，電容式感測技術可提供用于確定絕對 秋千角度測量的低成本、非接觸式機構?，F(xiàn)在參考圖9，感測板130的一個實例牽涉運動控制跡線組，其設置在總體以132表示的區(qū)域中；以及用戶接口跡線組，其設置在總體以134表示的區(qū)域中。下面闡述關于用 戶接口功能的進一步細節(jié)。每組跡線配置為當物體接近于該組跡線時表現(xiàn)出能修改至可檢 測程度的電容水平。區(qū)域132中的跡線可為鋸齒狀，從而當導電圓盤118(圖8)或其它物 體越過跡線(或從下方經過)緊密地接近跡線時增大電容調制。板130可以包括呈網狀或 其它圖案(示出于區(qū)域132、134以外的區(qū)域中)的底板136，以增強電容水平的可變性。跡 線和底板可以、但無需設置在印刷電路板(PCB)或類似的介質上。在一些情況下，跡線可以 設置在帶狀電纜或其它柔性介質中。可選地或另外地，跡線可以設置在相同介質的相反側 上。在操作中，電動機控制功能牽涉控制器，當導電“指狀物”以該種布置所限定的特 定次序越過跡線時，該控制器交替地施加和讀取區(qū)域132中鋸齒狀跡線上的模擬電壓。在 一個實例中，該操作次序牽涉控制器對跡線充電，以及然后監(jiān)視放電以確定跡線的RC時 間常數(shù)。在一些情況下，在充電和監(jiān)視次序期間，控制器驅動其它跡線至接地。利用RC時 間常數(shù)數(shù)據，控制器可計算所感測的電容以確定是否存在導電指狀物。該確定可能牽涉單 個跡線的閾值比較以及更復雜的程序(涉及與相鄰跡線相關聯(lián)的確定)。為此，控制器(或 控制電路)可以包括模擬電壓傳感器或模數(shù)轉換器(ADC)，以對每條跡線上的電壓進行采 樣和捕捉。然后，處理指示感測電壓的數(shù)字數(shù)據，以確定秋千的實際位置。下面結合圖11 進一步描述示例性控制電路。根據本公開的一個方面，圖9中示出的示例性感測板130舉例說明了可以如何利 用電容感測技術的組件來實施電動機控制和用戶接口功能兩者。在許多情況下，可以利用 相同的控制電路對與電動機控制和其它功能(諸如用戶接口)相關聯(lián)的跡線進行充電和放 電。在一些情況下，還可將相同的感測板用于電動機控制和用戶接口功能兩者。例如，圖10 繪示具有典型A形框架構造的兒童秋千140，其中乘坐者座椅142分別懸掛在框架支腿144 與146之間，框架支腿144和146布置為在樞轉聯(lián)接點148處匯合。座椅142通過吊臂150 耦接至樞轉聯(lián)接點，吊臂150以通過電容感測技術進行檢測的往復式運動擺動。在一個或 兩個樞轉聯(lián)接點148處，用于電容式感測技術的控制電路包含在殼體或外殼152中。在殼 體152面朝里的一側上(即，面對吊臂150和座椅142的一側)，吊臂150 (或與其一起移動 的其它組件)布置為經過類似于圖9中所示實例的感測板。以此方式，類似于區(qū)域132(圖 9)的區(qū)域便可用來檢測秋千的運動。于是，也可使用同一感測板來檢測是否有照看者的手 指與設置在殼體152的外面板巧4上的觸敏用戶接口交互(或接近觸敏用戶接口)。更具 體地，用戶接口可以具有配置為模擬傳統(tǒng)的“按下按鈕”的多個元件。請參見(例如)圖9 的示例性感測板130的區(qū)域134中的圓形元件。可選地或另外地，用戶接口可以具有配置 為檢測滑動運動的觸敏區(qū)域。該滑動元件可布置成圓形圖案并包括設置在中心處的電容式 “按鈕”。圖11繪示控制電路160的一個實例，其用于根據本公開的各方面實施多種控制技 術和其它功能，包括(例如)上述的電動機驅動反饋控制技術。例如，控制電路160可配置 為實施用于電動機控制的電容式感測方案，或可選地，電容式感測和反電勢技術的組合。一 般而言，控制電路160可配置為實施上述電動機控制反饋技術中任何一種或多種。在該實例中，控制電路160從電池162或從一對AC端子164接收電力。開關166 選擇該兩個電源中一個，并可以以AC端164中不存在或存在插頭或其它接口的方式得到驅
12動。如下所述，控制電路160可以負責將電力分配給運動控制裝置的其它組件，諸如輸入/ 輸出元件和電機。為此，控制電路160可以包括功率轉換和/或調節(jié)電路167，其配置為將 一個或多個DC電壓電平提供給運動控制裝置的各個組件，包括控制電路160內的那些組 件。在一些情況下，功率轉換和/或調節(jié)電路167包括或包含開關166的功能?？刂齐娐?60可以，但無需，設置在整體式電路板(例如PCB)上。在一些情況下， 圖11中示出的任何一個或多個組件可以設置在單獨的或專用的板上。但是，在該實例中， 控制電路160包括設置在電路板168上的多個組件。如果需要，將輸入和輸出連接端形成 至電路板168的方式可以有相當多的變化?？刂齐娐?60自示意地示為170的用戶接口選擇和/或傳感器的接收多個輸入控 制信號。該示例性情況下的用戶接口選擇牽涉對應數(shù)量的二元開關，以提供輸入控制信號 的陣列來指引控制電路160的操作。如上所述，可以利用其它類型的用戶接口元件，在該情 況下輸入控制信號的性質可以相應地改變。在一些情況下，控制電路160可以自用戶接口 以外的來源接收指令或其它控制信號，諸如結合控制塔36 (圖1)描述的來源。因而，控制 電路160包括一個或多個對應的輸入接口 171，諸如示出的控制開關陣列接口。控制電路 160還配置為接收來自音頻重放裝置172(例如MP3播放器)的音頻輸入信號，音頻重放裝 置172可以在圖中所示的相應線路上將左和右立體聲信號提供至板上音頻輸入接口 174。 在其它情況下，裝置172還可以將一個或多個控制信號提供至控制電路160，或從控制電路 160接收一個或多個控制信號，以便實施相關功能(例如，音量或軌道控制)。在該實例中，立體聲音頻信號由音頻輸入接口 174產生并發(fā)送至模擬開關176，模 擬開關176在外部音頻源172和一個或多個內部音頻源之間進行選擇。模擬開關176可由 照看者通過用戶接口選擇(未示出)來控制，或通過響應于或結合某音樂源或聲音源的激 活或選擇而產生于內部的控制信號來控制。模擬開關176的輸出被提供給放大器178，放大 器178為對應數(shù)量的揚聲器180產生一個或多個輸出音頻信號。在圖1-3中示出的示例性 情況下，兒童運動裝置20包括在控制塔36上設置于儀表面板37附近的單個揚聲器179。 可以實施涉及設置在兒童運動裝置20上不同位置的任何數(shù)量的揚聲器的多種多樣的可選 配置。如下所述，例如，涉及一個以上揚聲器的配置可有益于本公開的某些方面，本公開的 這些方面涉及根據座椅的位置和運動來產生音頻效果。模擬開關176和放大器178 二者的操作都可由微控制器180分別結合(例如)輸 入選擇控制及音量控制來進行控制。在這種情況下，微控制器180并不專用于控制控制電 路160的音頻功能，而是通常牽涉控制由控制電路160所實施或支持的多種功能和操作。更 一般地，控制電路160的任何模塊、組件、或功能可以以任何期望的程度集成到整體式集成 電路芯片上，并且無需布置成圖11中所示的那樣。在一些情況下，除了微控制器180之外， 還可以利用一個或多個附加的控制器來解決特定任務，諸如音樂和聲音的重放。出于這些 原因，圖11電路圖中的整體式微控制器180無需對應于用于實施控制電路160的功能和操 作的一個或多個物理集成電路。在一些示例性情況下，微控制器180是可自Cypress半導體公司(www, cypress, com)商購獲得的可編程單芯片系統(tǒng)。在將電容式感測用于電動機控制或用戶接口控制的 情況下，可以利用商購型號為CY8C20234的Cypress芯片。下面提供關于支持混合信號I/ 0陣列的可編程芯片的功能的進一步細節(jié)。但是，一般而言，這種微控制器集成了通常由微
13控制器提供的功能以及通常圍繞微控制器的多個模擬和數(shù)字組件的功能。由于該控制器可 集成大量的外圍功能，所以微控制器180，更一般地，以及控制電路160在圖11中以簡化形 式示出。例如，可以將微控制器180配置成實施模擬功能，諸如放大、模數(shù)轉換、數(shù)模轉換、 濾波、和比較器。還可以將微控制器180配置為實施諸如定時器、計數(shù)器、和脈寬調制(PWM) 的數(shù)字功能。如下所述，該多個模擬和數(shù)字功能可以在控制電路160中使用以實施電動機 控制反饋和電動機控制功能。圖11中示出的微控制器180的圖解以區(qū)分開ADC模塊182、 PWM模塊184、和存儲器186(例如閃存)的方式繪示了一些功能，但這些模塊僅構成一部分 可用的功能。繼續(xù)參考圖11，示例性控制電路160還包括一個或多個輸出接口和/或寄存器 188，用于驅動兒童運動裝置的多個用戶接口或其它視覺媒介元件。在該實例中，兒童運動 裝置包括可以(例如)設置在用戶接口 50(圖幻上的一組發(fā)光二極管(LED) 190。可選實 施例可以包括任何數(shù)量的光指示器或其它視覺元件，以安慰兒童乘坐者或向照看者提供信 肩、ο兒童運動裝置還可以包括由振動電動機192支持的振動特征。在一些情況下，如 圖1中所示，振動電動機192設置在座椅支承框架沈上。在此類情況下，振動電動機192 的控制可在本地解決。可選地或另外地，可以通過控制電路160來控制振動電動機192。為 此，可以將微控制器180產生的控制信號提供至負責給振動電動機192供電的調壓器194。針對用于裝置主要運動的電機198的進一步電壓控制和/或調整由調整器196提 供。調整器196的操作由微控制器180根據本文描述的控制技術來控制。下面闡述關于這 些技術的進一步信息。但是，作為一般性事實，本文描述的電動機控制技術牽涉一個或多個反饋機構。為 此，示例性控制電路160包括模擬電壓傳感器200，模擬電壓傳感器200與載送電動機電壓 至電動機198的一個或多個線路相通信。如上所述，傳感器200可以結合實施用于確定電動 機位置信息的反電勢技術來提供關于這些線路上所產生任何電壓的指示。在一些情況下， 模擬電壓傳感器200可以與微控制器180所提供的其它功能集成在一起。事實上，Cypress 微控制器具有內置的模數(shù)轉換器，該模數(shù)轉換器具有可用于準確測量實際電動機電壓和電 流的參考電壓。關于電動機位置信息(更一般地，以及裝置運動)的進一步反饋可由傳感器202 提供至微控制器180，傳感器202與(例如)驅動系統(tǒng)、支承臂、乘坐者座椅的元件204等通 信，驅動系統(tǒng)、支承臂、乘坐者座椅示意性地繪示為206。多個反饋線208可以載送指示位置 信息的信號回到微控制器180。例如，在電容式感測技術中，感測板上的跡線中產生的每個 模擬信號可由單獨的線路提供至微控制器180。在一些情況下，反饋線路208可以基本上或 完全地設置在板168上以避免由(例如)噪聲或寄生電容引起的問題。在一個實例中，板 168與載有跡線的感測板相對應?，F(xiàn)在更詳細地描述電動機控制技術的實施。一般而言，微控制器180利用感測技 術中的一種來檢測或確定轉子的位置。在一些情況下，該技術可能牽涉單獨地使用電壓產 生的反電勢、或與其它感測技術中的一種(諸如電容式感測)結合來使用電壓產生的反電 勢?；谖恢眯畔?，微控制器180以合力驅動或幫助轉子沿期望方向旋轉的方式并且以其 它有效的方式產生電動機控制電壓。電動機轉動穩(wěn)定性因而得以提高。
由微控制器180確定的位置信息還可用于以電動機控制電壓施加定時以外的方 式來控制電動機控制電壓。例如，電動機位置信息可以用于確定電動機的軸速。軸速又可 用于檢測或確定電動機負載的增加或減少。負載的變化可能因裝置的鐘擺式運動而自然發(fā) 生，或是由乘坐者體重變化造成。于是，微控制器180可以相應地調節(jié)電動機電壓的幅值， 以維持期望的秋千速度或秋千角度。為此，微控制器180可結合關于電動機負載的信息(例 如軸速度和電動機電流的變化)來使用代表所期望秋千角度的設定點，從而改變所施加的 電動機電壓。除了牽涉微控制器180的任何調節(jié)之外，以上調節(jié)還可實施為根據秋千運動 曲線來施加電壓，以優(yōu)化遞送至電動機的電力，由此減少整體電力要求。圖12通過所施加電動機電壓的曲線來繪示根據本公開一個方面的電動機控制方 案的簡化圖。所示的電動機電壓控制方案可由上述任何一種或多種電動機控制反饋技術來 支持。無論采用的是哪種反饋技術，電力都通常在運動循環(huán)或路徑中的重要時刻處間歇地 施加給電動機。如上所述，這些時刻基于秋千的位置或角度。在該實例中，電壓脈沖是在行 程結束后立刻或不久施加，行程的結束發(fā)生在秋千的最大位移處(例如，+20或-20度的秋 千角度)。該定時也可看作下一行程的開始。電壓脈沖的長度可以基于電動機控制方案的操作條件和其它方面而有所不同。在 一些情況下，無論電力何時先施加，都可在大約行程中點之前間斷(中斷，discontinue)電 力的施加。更一般地，以電動機電力的所選施加的定時和持續(xù)時間的方式來提高電動機驅 動的效率。圖12中表示的每個電壓脈沖實際上可與多個脈沖相對應(即由多個脈沖組成)。 在許多情況下，所施加的電動機電壓牽涉可由微控制器180內部產生的脈寬調制(PWM)信 號。通過位置(或角度)測量、電動機電壓和電流測量，可將Cypress微控制器配置為產生 傳統(tǒng)PWM輸出信號，PWM輸出信號通過調節(jié)器196(圖11)中的功率晶體管(未示出)時可 用來調整施加給電動機的電壓(并因此秋千角度)。更一般地，PWM輸出可以涉及對電動機 電壓幅值、頻率、和占空比中任何一者或多者的調制。雖然微控制器180的一些模塊可以單獨實施，但是PWM產生器184可以提供產生 抖動或偽隨機的PWM輸出信號的選擇，該PWM輸出信號有效改變輸出的頻率和占空比以最 小化噪聲的電磁傳播，由此有助于遵守EMI規(guī)定。更具體地，“抖動的”PWM輸出具有使PWM 波形產生的諧波EMI噪聲分散在寬頻譜上的優(yōu)點。因此，可以使電噪聲的峰值減小到不同 調整需求的限制范圍內的電平。圖13涉及根據本公開另一方面的用于確定最佳電動機電壓幅值的技術。一般而 言，電動機電壓的優(yōu)化可減少起動秋千運動和/或獲得期望的秋千角度所需的時間量。改 變或調節(jié)電動機電壓(多個電壓)的需要可由下列原因引起組件公差的不同、裝配過程的 不同(制造公差)、操作期間正常的“磨損”、乘坐者差異(例如體重、重心)、或不同的裝置 特征或使用條件(例如添加遮篷或毯子)。這些和其它因素可改變最佳起動電壓(即，從靜 止位置開始運動)，以及在操作期間施加的用于維持一定秋千速度的最佳電壓。該技術可由上述的功能結合控制電路160，更具體地，以及微控制器180來實施。 該技術所優(yōu)化的電動機電壓可與起動電壓或自起動電壓、或多個使用中電壓或操作電壓的 任何一個相關聯(lián)，使用中電壓或操作電壓與裝置速度設置相關聯(lián)。以此方式，控制電路160 可以自動方式為多個可用的秋千速度(例如速度1-6)確定相應最佳電動機電壓。從可調節(jié)或校準兒童運動裝置以改進操作或用于不同操作條件這個意義上來說，電動機電壓的優(yōu) 化可看成是諧調或校準例行程序。諧調、校準或調節(jié)可以以定期或周期的方式發(fā)生，或在感 測事件(諸如效率下降或不能維持期望的速度)之后發(fā)生。為此，例行程序的實施可以在 正常的使用狀況期間發(fā)生。在一個實例中，校準技術大體涉及基于電動機電流、電動機軸速、和/或受測秋千 角度的反饋信息和/或測量來自動調節(jié)電動機電壓。更具體地，在塊210中，校準例行程序 可始于施加初始的標稱電壓。例如，如果自起動電壓經過校準，則初始電壓可在約2. 5至約 2. 7伏的范圍內。在塊212中，控制電路160捕捉指示由施加的電壓獲得的秋千運動的數(shù) 據和信息，使得微控制器180可監(jiān)視秋千運動。監(jiān)視步驟可以持續(xù)預定的持續(xù)時間，之后控 制轉到塊214，在塊214中，通過預置的時間間隔或比率增大所施加的電壓。在塊216中，控 制電路160再次捕捉和監(jiān)視指示所獲得秋千運動的數(shù)據和信息，之后在塊218中，通過相同 或類似的預置時間間隔或比率使施加的電壓從初始電壓降低。在塊220中監(jiān)視秋千運動， 之后在塊222中，微控制器180比較針對三個施加的電壓捕捉的運動數(shù)據，以確定兩個范圍 (即高于或低于初始電壓)中的哪一個優(yōu)選用于達到期望的秋千速度或運動。然后，微控制 器180選擇該優(yōu)選的范圍。然后，控制轉到決定塊224，該塊致使微控制器180確定該所選范圍的寬度是否小 于預定閾值(例如0.025V)。如果為否定的，則在塊226中將初始電壓重設至所選范圍的 中點值，以進行另一輪監(jiān)視。然后在塊228中，施加新的初始電壓并再次實施監(jiān)視循環(huán)。然 后，可以各種方式確定用于定義該范圍的新時間間隔。在一個實例中，時間間隔的寬度等于 前一次重復中所選范圍的一半。更一般地，由于(例如在塊226中)預置的時間間隔或比 率可隨每次循環(huán)重復而降低(或變窄)，所以在塊224中評估的所選范圍會最終小于閾值， 這樣控制就轉到塊230，在塊230中，可將所選范圍的中點存儲為經校準的使用條件的最佳 電壓(例如，5號速度級)。還可將該最佳電壓存儲為用于后續(xù)校準過程的新基線、或起動 點ο在一個實例中，微控制器180在塊222中進行的確定通常可牽涉比較秋千角度的 相對過沖或欠沖。這樣，該確定便可牽涉計算與期望角度的偏離，可將期望角度預定為某秋 千速度下的期望角度或啟動后經過的一段時間。在一些情況下，可多次地重復(例如，重復達幾個循環(huán))電壓校準技術來確定平均 的最佳電壓。該重復的方法可有益于確定起動、自起動電壓。在任何情況下，隨著時間，可 以將平均的最佳電壓確定為繼動平均值。根據本公開的另一方面，可結合控制功能來實施上述的電容式感測技術以便管理 或調整其操作。一般而言，微控制器180可評估與用戶接口相關聯(lián)的跡線上的感測電容變 化，以控制是否應該識別“觸摸”動作或其它動作。為此，微控制器180獲取通常用于確定 是否正確檢測到電容變化的感測閾值和/或例行程序。在許多情況下，利用該閾值和例行 程序(例如比較器或一組比較)來避免假的肯定結果。但是，在本公開的這個方面中，可利 用閾值的比較來預定或控制應該識別哪些故意的“觸摸”或其它的與用戶接口的人類交互。在本公開的這方面中，微控制器180配置為區(qū)分運動控制裝置的不同照看者或用 戶所導致的不同電容變化。該區(qū)分用于控制或限制與用戶接口的交互，這最終可以幫助避 免、抵制、或防止無意的裝置操作。
由于用戶接口的電容式感測測量了通常由人類手指造成的人體電容，所以還可為 這種測量設定可接受的范圍，使得成人手指與兒童手指之間的差別可以得到確定和/或利 用。簡言之，」L童手指具有相對更小的電容并因此呈現(xiàn)更小的電容變化效果。盡管手指大小 存在差別，尤其是按在按鈕上的力道存在差別(例如輕或重)，但是可以確定可用的范圍， 在該范圍內識別出成人手指后方可允許用戶接口操作的發(fā)生。相反，兒童手指按下按鈕將 不足以激活控制元件。以此方式，便可將一些或全部用戶接口元件(以及與其相關聯(lián)的控 制操作)分類成僅供成人使用，即，拒絕兒童使用。還可建立相反情況的實施方案，例如，使 得某些控制可僅供兒童使用，即，“拒絕成人使用”。該類型的控制限制可在牽涉成人推送裝 置的情形下有用。為此，微控制器180可實施自校準例行程序，對電容式感測系統(tǒng)進行調節(jié)，以便作 出會導致閾值調節(jié)的改變。校準可以是周期性的或定期的，或者可由事件(諸如由用戶發(fā) 出的啟動例行程序的請求)觸發(fā)。在一些情況下，可將校準例行程序定義成使得“觸摸”時發(fā)生的受測電容變化通常 發(fā)生在預定的范圍值內。校準至標準范圍可為固定值留有噪聲容限，這促成了隨時間變化 的可靠操作。如果受測電容變化值超過預定范圍，則可以自動執(zhí)行校準例行程序。再次校 準可由如下事件引起例如，電源的顯著變化(電池損耗)、環(huán)境變化(溫度、濕度等)、生產 過程期間發(fā)生的機械差異、不同的裝置裝配、或在使用過程中隨時間顯著的“磨損”。根據本公開的另一方面，可通過實施電容式感測的定制技術來促進對電容敏感型 用戶接口的上述管理。一般而言，可以通過學習性例行程序來定制用于用戶接口電容式感 測的閾值，以針對具體的家庭或照看者情形使兒童裝置個性化。學習性例行程序的實施可 針對一個或多個感測閾值調節(jié)預設的或原廠的設置。以此方式，便可將某些手指的電容變 化效應明確地指明為“兒童”的或“成人”的，從而分別阻止或允許對用戶接口的操作。在該方面中，在隨后使用中可能試圖與用戶接口交互的每個人都會參與到個人化 的或定制的例行程序中。在該例行程序中，通過為每個人存儲電容變化的示例性測量，使用 戶接口，更一般地，以及兒童運動裝置得到了個人化定制。為此，微控制器180可存儲一組 用戶配置文件，以便在后續(xù)操作期間進行比較和/或匹配?？蛇x地或另外地，微控制器180 可為授權操作者組中的每個成員收集數(shù)據，并為未授權個人組中的每個成員收集數(shù)據，并 確定最能區(qū)分這兩組的閾值。在一些情況下，學習性例行程序的啟動可以是由用戶選擇的選項。但在其它情況 下，學習性例行程序可作為預配置的設置過程的一部分自動地啟動。以此方式，在裝置裝配 后以及在操作使用前不久便可定制或個性化該裝置。圖14是針對本公開的另一方面，該方面牽涉微控制器180實施一個或多個例行程 序。在該方面中，兒童運動裝置的音頻輸出通常根據秋千的運動進行調制或控制。在一些 情況下，基于秋千的當前位置或角度來調制或控制音頻輸出?？蛇x地或另外地，基于當前秋 千速度來調制或控制音頻輸出。如上所述，運動控制裝置可包括多個揚聲器位置中的任何數(shù)量的揚聲器(單聲 道，立體聲，環(huán)繞聲等)。很多(如果不是全部)揚聲器位置在秋千運動期間將處于與座椅 乘坐者有關的相對運動中。這種相對運動可以產生有意的或無意的期望或不期望的效果。 盡管如此，通過使用上述反饋技術捕捉的實時秋千數(shù)據，可實時地知道秋千的位置、速度和方向，并可使用其來提供與秋千位置相關的新穎且創(chuàng)新的兒童安慰聲音效果。以此方式，便 可使音樂和聲音的重放與所選或預定的聲音效果協(xié)調起來，所選或預定的聲音效果基于座 椅在正常秋千運動或操作期間的具體位置、速度、或方向對重放進行調制。在一個實例中， 可對音頻進行調制，從而為座椅乘坐者呈現(xiàn)方向性的效果。因此，聲音效果可與秋千運動相 “配合”。在另一實例中，可將嬰兒從子宮內認知到的嗖嗖流動的血流再現(xiàn)為聲音，仿佛這種 流動正更準確地發(fā)生在嬰兒的周圍。通過更準確的再現(xiàn)，兒童運動裝置便能更大可能地復 制令人安慰的子宮經歷。可結合本公開的這個方面利用各種不同的調制方案。示例性列表可以包括音量調 節(jié)、平衡調節(jié)、聲音的扭曲、海洋效果、不同的音調變化、和增強的多普勒效果。在圖14的示例性流程圖中，在塊232中，通過(例如)致動用戶選擇來啟動方向 性音頻調制(或其它基于秋千運動的重放調制)。決定塊234可確定當前選擇重放的聲音 類型。在該實例中，有三種不同類型的聲音或音樂可供重放。在其它實施例中，可有任何多 種的或類型的聲音或音樂，因此決定塊234可沿任何數(shù)量的路徑指引控制流程。在這種情 況下，音樂類型“A”可與立體聲音樂或快音樂相對應，而音樂類型“B”可與單聲道音樂或慢 音樂相對應。音樂類型之間的區(qū)別可限制或驅動適于重放調制的那類聲音效果。例如，立 體聲或單聲道音樂可利用某些很適于或不適于某些重放調制類型的揚聲器。最后的示例性 音樂類型或種類、聲音也可很適于并非可立即應用于音樂重放的播放調制類型，由此證明 了單獨例行流程的合理性。如果即將重放音樂類型“A”，則控制轉到另一決定塊236，在塊236中，控制器180 確定照看者是否已通過(例如)用戶接口 50選擇了特定的聲音效果。如果沒有，則音樂類 型“A”通常不適于重放調制。因而，控制轉到塊238，塊238指引控制器180在未經調制的 情況下重放音樂。如果選擇了聲音效果，則控制轉到塊240，在塊240中，控制器180進而確定秋千位 置、速度和/或其它數(shù)據以實時地支持播放調制。最后，在塊242中，根據所選聲音效果、基 于秋千數(shù)據對音樂的重放進行調制，直至軌道結束或發(fā)生一些其它的狀態(tài)改變事件，諸如暫停。如果即將重放聲音選項，則控制轉到塊244，塊244確定秋千數(shù)據以支持重放調 制。在這種情況下，調制是基于秋千位置而非基于秋千數(shù)據的一些其它組合，且聲音具有與 秋千位置相關聯(lián)的預定調制效果。然后，在塊246中基于秋千位置數(shù)據以及與聲音相關聯(lián) 的預定調制效果(例如聲音的扭曲)來實施音樂的重放。最后，音樂類型“B”的重放為方向性音頻技術提供了另一可能的選項。在該示例 性情況下，在塊248中，控制器180確定當前的秋千速度并僅利用該數(shù)據對音樂的重放進行 調制。再次，在塊250中，基于秋千速度數(shù)據以及所選或預定的調制效果來實施音樂重放， 直至軌道結束或發(fā)生一些其它的狀態(tài)改變事件。提供上述例行程序的同時應理解其完全為示例性例行程序。更一般地，本文所公 開的方向性音頻技術的實踐可牽涉各種各樣的聲音或音樂配置文件、及與其相關的一個 或多個特定的秋千運動數(shù)據變量、一組很多不同的調制效果、以及眾多其它的重放偏好或 標準。因此，這些和其它選項可能的排列組合的數(shù)量就非常寬廣和廣泛。這些因素的不同 組合可存儲在微控制器180中，并可由操作者創(chuàng)建和/或者預定為原廠設置。
可選地或另外地，音樂或聲音的重放調制可牽涉或包括組合形式的多個軌道。例 如，可通過第一揚聲器(以任何期望的調制效果)再現(xiàn)一個軌道，同時可通過第二揚聲器重 放帶有不同調制效果的不同軌道。因此，本文公開技術的實踐并不局限于任一時刻的任何 一種聲音效果或重放方案。更一般地，上述方向性音頻技術的實施是在實時地了解秋千運動的基礎之上。由 于上述位置和其它的數(shù)據捕獲技術所提供的實時數(shù)據可具有改進的準確度并且具有絕對 性而非相對性，所以可實現(xiàn)原本無法得到的某些音頻效果。將結合圖15描述并示出本公開的由微控制器180實施的又一方面。在該方面中， 運動控制裝置的功能根據一個或多個操作模式共同地進行管理或控制。每個操作模式可定 義任何數(shù)量的操作設置或功能設置(例如經編程的特征組)，這些操作設置或功能設置可 以(但無需)指定每個可用的操作或功能?？晒餐刂频氖纠圆僮骱凸δ馨ɡ?，音 頻輸入源、音頻音量、重放速度、重放類型或選擇，音頻方向性平衡、振動電動機激活、振動 電動機強度、秋千速度、照明選項、影像投影和其它視覺效果、附加物體(諸如移動玩具或 其它玩具)的速度變化、以及以遙控方式安裝在產品上的其它玩具功能。這些玩具/安慰 特征可通過操作者的雙向無線電式遠程控制單元、或通過紅外連接與主秋千控制單元無線 地通信。這種操作模式可使這些操作或功能相關聯(lián)以便用于順序操作或同時操作?？梢詫⑷魏螖?shù)量的操作模式預編程或預定為(例如)原廠設置。更一般地，可將 微控制器180配置成為用戶提供創(chuàng)建并存儲由用戶定義的模式或特征組的機會?？梢远喾N 方式來啟動該機會，包括(例如)向下按住按鈕或按下通過用戶接口提供的一系列按鈕?？赡芷谕麨榍锴?chuàng)建以某種娛樂或教育的方式幫助安慰或主動吸引兒童的操作 模式。這些模式可將秋千的不同功能聯(lián)系在一起從而成為預定或用戶定義的應用，從而通 過給兒童提供一組針對兒童情況特制的適當刺激或換句話說相關的刺激或刺激的所有方 面，更好地安慰兒童。在一些情況下，這些相關功能可包括秋千速度、音樂、大自然聲音/ 子宮聲音的重放選擇、音量、振動功能、照明、運動或速度變化。類似地，可以各種方式來組 合以上提到的每項功能的多個幅度，從而產生多種情緒，諸如“睡眠時間”、喚醒時間、玩耍 時間等。在一個實例中，實施本公開的操作模式控制方面牽涉圖15中示出的例行程序。用 戶可通過致動用戶接口選擇或其它元件來啟動例行程序，之后在塊252中，微控制器180可 以進入默認模式(最后使用的模式)，并且/或提示操作者獲取進一步的信息。在該情況下， 在決定塊254中，微控制器180確定操作者是打算選擇預定的操作模式(即，可供選擇的模 式，或由用戶定義或為原廠設置)還是定義新的操作模式?？蓪⑦@些可用的模式存儲為與 可由操作者選擇的號碼或其它表示符號相關聯(lián)。操作者也可用單獨的號碼或表示符號來選 擇用于定義新操作模式的配置選項。如果操作者選擇了該配置選項，則控制轉到塊256，在 塊256中，微控制器180選擇并綜合了任何數(shù)量的操作設置和/或選擇。用戶接口可以多 種方式促進該選擇過程。于是，操作者可以選擇或得到提示來存儲與決定塊258相關的設 置和/或選擇。如果接受，則在塊260中實施存儲操作，且控制最終轉回到塊252，在塊252 中，使得這些設置和/或選擇可用做特征組。如果不接受，則控制可以返回到塊256以進行 進一步的數(shù)據收集。當操作者尚未做出對裝置的操作模式控制方面進行配置的選擇時，控制轉到塊
19262，在塊262中，確定由所選操作模式定義的或與之相關聯(lián)的操作設置或選擇。然后，微控 制器180前進到塊264，其中根據所選操作模式以及更具體地由所選操作模式定義的操作 設置或選擇來實施功能或操作。在一些情況下，例行程序可為操作者提供中斷操作模式的機會，而不必例如停止 整個裝置。如果在實施相關功能期間的某個時刻，微控制器180檢測到狀態(tài)改變事件，則決 定塊266確定是否將控制轉到牽涉配置操作模式控制的塊。該決定可(例如)開通致動用 戶接口選擇的方式。例如，“按住”可以導致重新配置當前操作模式，使得控制轉到塊258進 而對變化進行存儲。其它的“按下按鈕”可以指引微控制器180間斷操作模式控制并將控制返 回到經由塊252所提供的用戶提示。操作模式的暫?；蚱渌Y束也可將控制返回到用戶提示。當提到結合任何上述技術的實施來存儲數(shù)據或信息時，應被理解為包括將數(shù)據或 信息記錄在可由運動控制裝置存取的任何類型的存儲裝置或介質中。因此，提及到存儲器、 存儲裝置等時可以但無需牽涉微控制器180的存儲器186。因此，本文描述的運動控制裝置 和技術可以包括或牽涉與上述電路元件集成或分立的一個或多個存儲器或存儲媒介。本文中使用的術語“秋千”是指具有反復、往復、和/或通常基于鐘擺的運動的任 何兒童運動裝置。上述所公開的系統(tǒng)、裝置、例行程序、技術、和方法的實施例可通過硬件、固件、軟 件、或其任何組合來存儲和/或實施。可將一些實施例實施為在可編程系統(tǒng)上執(zhí)行的計算 機程序，該可編程系統(tǒng)包含至少一個處理器、數(shù)據存儲系統(tǒng)(包括易失性和非易失性存儲 器和/或存儲元件)、至少一個輸入裝置、和至少一個輸出裝置?？蓪斎霐?shù)據應用程序代 碼以執(zhí)行本文描述的功能并產生輸出信息?？梢砸允熘姆绞綄⑤敵鲂畔糜谝粋€或多 個輸出裝置?？梢砸愿呒夁^程化或面向對象的編程語言來實施程序以與任何類型的處理系統(tǒng) 通信。如果需要，還可以匯編語言或機器語言來實施程序。事實上，本文所公開的系統(tǒng)、裝 置、例行程序、技術、和方法的實踐并不局限于任何特定的編程語言。在任何情況下，語言可 以是編譯或解譯語言?？蓪⒊绦虼鎯υ诳捎赏ㄓ没驅Ｓ每删幊烫幚硐到y(tǒng)讀取的存儲媒介或裝置(例如 軟盤驅動器、只讀存儲器(ROM)、CD-ROM裝置、閃存裝置、數(shù)字通用光盤(DVD)、或其它存儲 裝置)上，以便在由處理系統(tǒng)讀取存儲媒介或裝置時配置并操作處理系統(tǒng)，從而執(zhí)行本文 描述的過程。也可將本文公開的系統(tǒng)、裝置、例行程序、技術、和方法的實施例看作是實施為 配置成與處理系統(tǒng)一同使用的機器可讀存儲介質，其中如此配置的存儲介質致使處理系統(tǒng) 以特定和預定的方式進行操作，從而執(zhí)行本文描述的功能。盡管參考特定實例描述了本發(fā)明，這些實例僅旨在舉例說明而非限制本發(fā)明，但 是本領域的技術人員應清楚，可對本文公開的實施例作出改變、添加和/或刪除，而不背離 本發(fā)明的精神和范圍。給出以上描述的目的僅在于便于清楚的理解，并且不應理解為具有任何不必要的 限制性，因為本發(fā)明的范圍內的修改對于本領域的技術人員顯而易見。盡管根據本公開的教示在本文中描述了某些系統(tǒng)、裝置、例行程序、技術、和方法， 但是本專利的覆蓋范圍并非局限于此。相反，本專利覆蓋本公開教示的正當歸屬于可允許 等效形式的范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種控制兒童運動裝置的方法，包含 確定指示所述兒童運動裝置的運動的數(shù)據；及 根據所述數(shù)據控制所述兒童運動裝置的音頻輸出。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述控制步驟包含根據所述數(shù)據調制所述音頻輸出ο
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述調制步驟包含對所述兒童運動裝置可用的音 頻軌道施加調制效應。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述調制效應涉及音調變化。
5.根據權利要求3所述的方法，其中所述調制效應由用戶選擇。
6.根據權利要求3所述的方法，其中所述調制效應是預定的并且與所述兒童運動裝置 要再現(xiàn)的音頻類型相關聯(lián)。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述音頻類型涉及立體聲重放。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述調制效應涉及所述兒童運動裝置的多個揚聲 器之間的平衡調節(jié)。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述數(shù)據指示所述運動的實時位置，使得基于當 前位置來控制所述音頻輸出。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述確定步驟包含執(zhí)行感測例行程序，所述感測 例行程序牽涉檢測由所述運動導致的電容傳感器陣列的電容變化。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述數(shù)據指示所述運動的當前位置和當前方向。
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述運動包括往復路徑。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述音頻輸出包含多個軌道的重放。
14.根據權利要求13所述的方法，還包含將所述多個軌道的第一軌道和第二軌道分別 引至第一揚聲器和第二揚聲器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于兒童運動裝置的電動機驅動和用戶接口控制。其中公開了一種兒童運動裝置(20)，包括電動機(100)；驅動系統(tǒng)(86)，其耦接至電動機(100)以沿著運動路徑產生具有往復行程的運動；及傳感器(110)，其響應于該運動以產生指示該運動的反饋信息。兒童運動裝置(20)進一步包括電動機控制電路(160)，電動機控制電路(160)耦接至傳感器(110)以基于反饋信息確定在每個往復行程期間何時給電動機(100)施加電力。在一些情況下，反饋信息指示電動機(100)的位置，使得電動機控制電路(160)在每個往復行程結束至后開始的一段持續(xù)時間內給電動機(100)施加電力。
文檔編號A63G9/16GK102113793SQ20111000524
公開日2011年7月6日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權日2006年10月31日
發(fā)明者B·金凱德, J·E·克拉珀, J·戈迪斯卡, M·J·蘭斯爾, W·B·貝洛斯, 約翰(詹森)·阿諾德四世 申請人:哥瑞考兒童產品公司