专利名称：用于儿童运动装置的电动机驱动和用户接口控制的制作方法
技术领域：
本公开内容大体涉及儿童运动装置，而更具体地，涉及用于控制此类装置中运动 的装置和装置方法。
背景技术：
儿童运动装置(诸如传统的钟摆式秋千)普遍用于娱乐儿童，而有时更重要的是 安慰儿童或使儿童平静。通常将儿童放在装置的座椅中，然后该装置用于以往复钟摆运动 来摆荡儿童。遗憾地是，许多儿童运动装置表现出缺乏操作的可调节性或适应性。以往的婴儿 秋千和其它儿童运动装置常常不能适应变化的操作条件。此类装置可能仅适用于有限范围 的儿童或操作环境。以往装置不能达到预期操作目的的一个例子是儿童乘坐者超过一定体 重范围时便不能够适当地发挥功用。缺少定制选项是功效低下的另一根源。乘坐者的喜好可随着不同的儿童而显著地 不同，并且对于一个儿童来说喜好也会随时间而不同。因此，不具备可用调节或定制选项的 儿童运动产品可能仅适用于小部分儿童并且仅适用较短的一段时期。以往儿童运动装置中所依赖的控制技术已知受到多种限制的困扰。这些控制技术 以及实施这些技术所涉及的电子器件和其它组件常常不精确，效率低下，或是其二者。这常 常会导致操作缺陷。例如，由于装置通常达不到预期的操作目的，因此所产生的运动会使儿 童乘坐者感到颠簸或摇晃。控制电子器件和相关组件的其它限制会导致低效的操作，这在 许多儿童运动产品配置为电池供电时为更明显。则电池容量的快速消耗可能导致进一步的 操作问题。控制技术和相关组件的这些和其它限制可最终导致装置无法有效地平静、安慰或 娱乐儿童乘坐者或婴儿乘坐者。
发明内容
本发明的一个目的是，提供一种儿童运动装置，该儿童运动装置包含用于驱使运 动的电动机；电容传感器阵列，其响应于运动来产生指示运动的反馈信息；控制电路，其耦 接至电容传感器阵列，以基于反馈信息来控制电动机；及用户接口，其具有配置用于识别与 用户接口相互的操作者的电容传感器元件；其中控制电路耦接至电容传感器元件，以根据操作者的交互来控制儿童运动装置的操作。优选地，电容传感器阵列和电容传感器元件设置在共同的电路板上。优选地，反馈信息指示电动机的位置。优选地，电容传感器阵列包含多个锯齿形迹线。优选地，该儿童运动装置耦接至电动机以与运动相对应地运动，并与电容传感器 间隔开以经过锯齿形迹线，从而捕捉指示运动的信息。优选地，运动包含钟摆弧形运动。优选地，电容传感器元件与电动机速度的选择相关联，使得对操作者交互的识别 指引控制电路，以根据选择来控制电动机。优选地，控制电路包含微控制器，微控制器耦接至电容传感器阵列和电容传感器 元件，并且配置为执行检测例行程序以检测电容传感器阵列和电容传感器元件的电容变 化。
结合图示阅读以下说明书，本公开的目的、特征、和优点将变得显然，图示中相同 的参考编号表示图中相同的元件，并且其中图1是根据本公开各方面进行控制的示例性儿童运动装置的透视图。图2是图1儿童运动装置的透视图，其中以分解视图示出以数种坐骑取向中的一 种安装的座椅。图3是图1的儿童运动装置的透视图，其中座椅安装成数种坐骑取向中的一种。图4是以分解视图示出的图1儿童运动装置的支承框架的支柱和座椅底座的透视 图。图5是图4支柱的一部分的透视图，用于更详细地示出用户接口面板。图6是根据一个实施例配置的示例性驱动和电动机控制反馈系统的透视图，并且 其中示出该系统设置在其中的图4支柱的外壳经拆除。图7是驱动和电动机控制反馈系统更详细的正视图。图8是驱动和电动机控制反馈系统的仰视图。图9是根据本公开某些方面的图1和图9其中一个儿童运动装置的电动机控制反 馈系统和/或用户接口的示例性传感器板的示意图。图10是根据本公开一个方面的适于并入图9传感器板以促进电动机控制和用户 接口功能的可选儿童运动装置的透视图。图11是根据本公开各方面的控制系统的示意性电路图。图12绘示根据本公开一个方面的可由图11控制系统产生的施加电动机电压的简 化图。图13是根据本公开一个方面的可由图11控制系统实施的电动机电压校准技术的 流程图。图14是根据本公开一个方面的可由图11控制系统实施的音频控制技术的流程 图。图15是根据本公开一个方面的可由图11控制系统实施的操作模式控制技术的流程图。尽管本文公开的系统、装置和方法可具有各种形式的实施例，但是在附图中仍示 出(并将在下文进行描述)本发明的具体实施例，同时应理解本公开旨在举例说明，而不旨 在将本发明限制于本文所描述和例示的具体实施例。
具体实施例方式本公开大体致力于儿童运动装置以及用于实施这种装置的基于运动的功能和操 作的控制技术。本公开的几个方面致力于一种儿童运动装置以及在宽广操作条件范围下以高效 并且有效的方式提供安全、舒适、和安慰环境的控制方法。本公开的这些方面通过以下多 个方面使儿童和照看者都受益为照看者与他们的孩子和装置互动创造了多样而新颖的方 式；提供将有助于使烦躁的儿童平静下来的新型安慰特征；以及更好地发挥儿童运动装置 的功能。本公开的几个方面涉及或包括应用机电技术，如电容式感测。如下文所述，一些实 施例在用户接口和运动控制环境中都包含了如电容感测的技术，从而简化了儿童装置的电 路布局，并且还提供了新颖特征。本公开的一些方面包含绝对秋千角度感测的应用，以便无论操作条件如何变化都 可提供更为可靠和反复的秋千(摆荡，swing)运动。其它方面涉及自动自校准例行程序， 从而让装置驱动组件中使用的更大公差和性能范围(performance band)，节省了成本并降 低装置组件的复杂性。本公开的又一些方面涉及或包括将多种产品功能联到预定的或用户 定义的模式中。以此方式，便可将儿童装置特制为最好地安慰或娱乐儿童乘坐者，同时还最 小化原本由照看着负责的设置和配置难题。虽然结合婴儿或儿童秋千进行了描述，但是本公开的方法、装置和系统很适于与 多种不同的儿童运动装置结合使用。因此，本公开的方法、装置和系统的实践并不局限于本 文描述的示例性秋千。根据本公开的一个方面，本文描述的方法和装置实时地确定位置数据，以在儿童 运动装置的运动路径内的正确点处施加电力。例如，当以如下所述的准确方式确定基础的 位置(或秋千角度)数据时，在钟摆弧线期间的正确点处施加电力可提供效率优势。可以使用如下所述的各种位置和角度感测技术来实施运动控制反馈以外的功能。 在一些情况下，相同的技术既可来支持运动控制，又可用来支持其它功能。另外，一些技术 可以结合起来使用，以补充或促进运动控制反馈或其它功能。根据本公开的其它方面，通过实施电动机电压的周期或定期校准的方法和技术来 解决电动机的操作优化。这种自动校准可以调节在(例如)起动或其它使用状况期间最佳 地或最有效地工作的电压。在一些情况下，实施这些方法和技术导致适当电压的范围，控制 器可从该范围选择操作的期望电平。现在翻到附图，图1-3示出包含本公开各方面的儿童运动装置20的一个实例。在 该实例中，装置20大体包括框架组合件21，框架组合件21配置为用于将乘坐者座椅22支 承在装置20所设置的表面上方。框架组合件21的底座部分24置放于用于在使用中为装 置20提供稳定底座的表面上。框架组合件21还包括座椅支承框架26，座椅22安装在座椅 支承框架26上。座椅框架26通常悬置在底座部分24上方以允许操作期间座椅22往复地
5运动。为此，框架组合件21的竖立支柱28从底座部分24向上延伸以用做提升装置或“脊 柱”，支承臂30从竖立支柱28沿径向向外延伸，从而与座椅框架26相遇。在该示例中，支柱或“脊柱” 28相对于其纵向长度定向为大体垂直的取向。支柱 28具有外壳29，外壳29可以以任何期望的或适当的方式构造，以提供令人愉悦的或期望的 优美外观。壳体29也可具有功能性，或者功能性和装饰性兼备。例如，壳体29可用作装置 20的内部组件(诸如驱动系统)的保护性盖体。壳体29的一部分或全部可以形成可拆卸 式盖体，以便如果需要可以检查装置20的内部或内部工作情况。在任何情况下，壳体29，更 一般而言，以及支柱28都可以在取向、形状、尺寸、构造等方面大大地不同于本文公开的示 例。框架组合件21的其它组件(诸如底座部分24)也可以在取向、尺寸、形状、构造等 方面有很大的不同。本文公开的方法和装置的实践并不局限于结合图1-3描述和示出的示 例性框架组合件21的构造。尽管如此，框架组合件21的一个或多个组件可以很适合实施 本公开如下所述的一个或多个方面。如图2和4中最佳示出，支承臂30的从动端32耦接至支柱28的结构支承部分34 或承重部分34。在该实例中，支承臂30在从动端32处从支柱28伸出构成悬臂。支承臂 30安装为用于在基本水平的运行路径范围内、绕其从动端32作枢转式左右运动。关于该运 行路径以及其它示例性运行路径的进一步细节可在标题为“Child MotionDevice"的美国 专利公开No. 2007/0111809中找到，该公开的全部内容以引用方式并入本文。如本文所描 述的，支承臂30可在预定角度的局部轨道或弧段范围内运行并可绕转动轴线转动，该转动 轴线可偏离竖直参考线并且可还可偏离支柱28的轴线。可选地，转动轴可与垂直参考线、 支柱28的轴线、或如果需要的话可与其两者对准。更一般而言，从动端32耦接至驱动系统 (图6-8)，该驱动系统设置在壳体29内并设计为使支承臂30的远端35往复运动或摆动， 座椅框架26附接至远端35以产生占据者座椅22的相应运动。如下文所述，装置20包括用于控制和/或促进装置20的运动和其它功能的多个 组件。在示出的实例中，这些控制组件中的数个设置在支柱28的控制塔36上或其中。在 一些情况下，控制塔36还可包含装置20的驱动系统或结构支承元件的多个部分。在该实 例中，控制塔36具有上面板37，上面板37为照看者展现仪表接口或控制接口，从而指引装 置20的操作。仪表接口元件和其它接口元件的定位和构造可以与图中所示的大大不同。例 如，仪表无需布置在整体式面板中，而是可以分布在装置20的控制塔36或其它组件上的多 个位置上。下文将进一步描述用户接口的元件和方面。在图1-3中示出的实例中，框架组合件21的底座部分24呈椭圆箍或环的形式，该 椭圆箍或环的大小适合为使用中的装置20提供稳定的底座。底座部分24的构造可以不同 于以上提及的公开中所讨论的箍。底座部分24大体定位在座椅支承框架26的下方，以抵 消施加给支柱28的并且由放在支承悬臂30的座椅22中的儿童产生的负载或力矩。座椅支承框架26可以有相当大的变化，但这仍归属于本发明的精神和范围内。在 该实例中，座椅支承框架26是方形或矩形的环，限定了接纳座椅22的开口 38 (图2)。如图 4中所示，座椅框架26可以具有从一侧向外延伸的一对销钉39，以接合支承臂30的远端35 中的对应锁定插孔。尽管座椅支承框架26的其它构造和结构是可行的，但座椅支承框架26的对称形状允许座椅22以多个可选取向安装在支承臂30上。在该实例中，儿童座椅22可具有成形 底部或底座40，成形底部或底座40构造有与座椅支承框架26的多个部分接合的特征，使得 儿童座椅22置放在座椅支承框架上时被牢固地保持在适当位置。在该实例中，座椅支承框 架26由管状且直线的侧部区段形成。座椅底座40可以具有置放在支承框架26的相应直 线侧部区段上或与其接合的多个侧部区域或端部区域42。座椅底座40的悬挂区域44 (图 3)的大小适合配合在支承框架26的开口 38中。底座40的另一端具有一个或多个对准槽 口 46，该一个或多个对准槽口 46构造成接纳保持架的相对的直线侧部区段。悬挂区域44 和槽口 46将儿童座椅22保持在保持架上的适当位置。仅依靠重力便可将座椅保持就位。 在另一实例中，可采用一个或多个主动式手动或自动的闩销48(图2)。在该实例中，闩销 48设置为座椅支承框架26的一部分。可选地或另外地，可在座椅22的一端或两端处以及 /或在座椅支承框架26的一端或两端处将闩销48形成为座椅22的一部分，以将儿童座椅 22牢固地保持在座椅支承框架26上的适当位置。闩销48可由弹簧偏置，从而当将座椅放 在保持架上时便自动接合。在该实例中，闩销48，更一般而言，以及座椅支承框架26的几何形状和对称性允 许座椅22以多个可选座椅取向放置在保持架中。在图1中，座椅22定向成使得座椅22的 一侧最靠近支柱。通过从座椅支承框架26分离座椅22，座椅22可重新定向成图3中示出 的位置，使得儿童不面对支柱28。关于座椅取向选择的进一步信息阐述于以上提及的公开 中。同样如该公开中论述的，还可以将座椅22和/或座椅支承框架26构造为允许调节座 椅22或框架26的倾斜度至不同的斜倚角度。更一般地，本文公开的装置和方法很适合与 多种座椅、座椅取向、和座椅安装构造配合使用。例如，在一些情况下，座椅框架26可构造 成接纳并支承来自另一产品的座椅或其它儿童运载装置，诸如汽车座椅。现在参考图5，结合一般表示为50的示例性用户接口来描述装置20的操作和功 能。如上所述，用户接口 50设置在上面板37上，但是用户接口 50的任何一个或多个元件的 物理位置和布置都可以有相当大的变化。一般而言，用户接口 50包括提供供用户选择的功 能和操作的多个元件。用户接口 50还向用户提供关于装置20的当前选择或其它操作状态 的信息。可以以任何期望的程度集成用户接口 50的用户选择和状态信息的各个方面。例 如，用户接口 50的元件可以展现用户选项以及状态信息两者。为此，用户接口元件可以包 括由照看者致动的用户选择或按钮，以及输出指示器或指示灯，指示器或指示灯的激活可 与按钮的选择一起发生。下述用户接口 50的每个元件都可以，但无需，提供这种双重功能。 用户接口 50的任何一个或多个元件还可以结合装置20的多个操作、功能或方面来提供这 种功能。另外，取决于照看者选择元件的方式，一些用户接口元件可以提供多个控制选项。 例如，取决于按钮被按下多久(例如，“按下并保持”的致动)、或用户接口元件是否对运动 作出响应(例如，滑块)，用户接口元件可以启动不同的控制动作。在该实例中，用户接口 50包括布置在运动开/关选择54(motion0N/0FF select) 周围的一组速度选择52。致动标号为“1”的速度选择52会指引装置20在小运动范围内并 且相应地以低速驱动座椅22 (图1-3)。逐渐增高的速度选择号码会增大装置20的运动范 围和速度，其中标号为“6”的速度选择52与装置20的全范围运动和最高速度相关联。致 动运动0N/0FF选择54会间断装置20的运动或以上一次选择的速度来激活装置20。在可 选实施例中，选择54可以控制装置20的激活和停止，而非仅仅是控制装置20的运动方面。
致动用户选择52和54的方式可以有很多种。在一个实施例中，每个用户选择52、 54都是机械致动的按钮开关。可选地，可以通过诸如感测电容的另一种机制来致动对用户 选择52、54。在其它情况下，用户选择52、54可能牵涉机械致动和电容式致动机制的组合。 在又一些情况下，可以将用户选择52集成为滑块接口，而非一组单独的二进制开关。下面 将阐述关于电容式开关或传感器的致动和操作的进一步信息。用户接口 50包括通常用于控制装置20的声音或音乐功能的一组选择。一般而言， 照看者可以选择再现不同类型的声音或音乐。在该实例中，通过分别致动用户选择56和 58，可获得两种不同风格的音乐，嬉戏风格的以及安慰风格的。通过反复致动选择56、58中 的一个可以选取多个音乐轨道(音轨，track)，否则，会依次地再现音乐轨道并然后再从第 一首轨道开始。如果不需要音乐，通过致动用户选择60便可再现安慰型声音。反复地致动 选择60会使得在多种安慰型声音之间切换，诸如溪流、森林、远方风暴、或子宫的声音。如 下所述，所选声音的再现会一直继续，直到选择了不同的声音，直到不同的用户选择导致了 音乐重放，或直到重放暂停为止。用户选择62支持再现存储于音乐重放装置(诸如MP3播放器)(未示出)上或由 其提供的音乐或其它声音。于是可以通过音乐重放装置指引对音乐播放的进一步控制，在 一些情况下包括音量控制。隔室或抽屉64(图1)可以包括用于存放重放装置的托盘。于 是，隔室内设有电缆或其它接口，用于将播放装置连接到装置20。用户接口 50还包括选择66、68，分别用于向上和向下的音量控制。致动0N/0FF选 择70会激活或停止音乐或声音的再现或重放。致动定时器选择72会起动预定时段(诸如 30分钟)的装置定时器，在时段结束时，声音功能和运动功能都会被关闭。最后，用户接口 50包括家长锁定选择74，可致动该选择，通过按住(按下并保持，press-and-hold)操作来 锁定或解锁用户接口 50。以此方式，便可将装置20锁定在涉及任何一个或多个装置功能的 任何当前操作状态中。用户接口 50的布局和功能变化相当多。例如，用户接口选择和其它元件的布置、 形状和大小可与图5中所示明显不同。此外，通过(例如)触敏显示屏或其它支持可变显 示的面板，可以综合和访问通过用户接口选择提供的任何数量的功能。以这些和其它方式， 相同的一个或多个用户选择可用于控制完全不同的功能。例如，触敏滑块元件可支持多个 控制选项的渐变调节或模拟调节。于是，其它的用户选择(诸如常规开关按钮或电容式感 测性质的按钮)可用于确定滑块元件控制的是何种功能。例如，可通过一个或多个滑块元 件调节音量控制、秋千运动速度、和定时器功能。于是，用户接口可包括一系列反映滑块元 件的致动程度的视觉元件。结合用户接口 50描述的功能和操作可单独地或共同地控制或选择。如下所述，可 对一组功能进行分组或关联，使得用户对该组功能的选择共同地激活、停止或控制装置20 的多个方面。由此，该组功能或操作与特定的选择一同定义装置20的操作模式。可以以各 种方式对操作模式进行预定。在一些情况下，一个或多个模式被定义或存储为原厂设置。可 选地或另外地，该一个或多个模式可由用户定义并存储。图6示出总体(普遍)表示为80的示例性支承和驱动组合件。组合件80的多个组 件可对应于支柱28 (图1-4)的多个部分。然而，为便于示出内部工作情况、或内部组件，图 中未示出组合件80的盖体或壳体。同样，也未示出组合件80附接至底座部分24 (图-1-3)时所牵涉的组件，这些组件在提供结构支承的同时可以有相当多的变化。在一个实例中，这 些结构连接组件包括盒形框架(未示出)，该盒形框架通过使底座部分24及一对支承柱82 二者接合而将底座部分24耦接至组合件80。为此，可通过该框架来锁定每个柱82的下端 84。柱82从该下部连接处向上延伸至骨架构架86，骨架构架86将柱82连结至总体表示为 86的驱动系统。构架86包括多个肋板(rib) 88，肋板88将环绕驱动轴92的套筒90结构 性地连结至保持器94，保持器94包含位于其上端96附近的柱82。在该实例中，轴92是管状杆，连接在组合件80内以将来自总体以98表示的驱动 系统的运动传递到支承臂30。当轴92延伸超过套筒90时，轴92从驱动系统98相对于大 体竖立的柱82以一定角度向上延伸到达支承臂30。在操作中，电机100 (例如DC电机)驱 动具有蜗轮102和从动蜗轮103的齿轮组，从而带动用作曲轴的销钉或螺栓104。在这种情 况下，电动机100总是沿同一方向旋转。销钉104移位离开从动蜗轮103的旋转轴线，这样 从动蜗轮103的旋转就致使销钉或螺栓104沿环形或旋转路径运动。销钉104的自由端伸 入耦接至轴92的U-形或槽型托架106的竖直定向缝槽中。以此方式，销钉104沿着环形 路径的运动就从纯粹的转动转变成轴92的摆动或往复运动。尽管电动机100沿同一方向 旋转，但是槽型托架106在半周期期间沿一个方向上移位，而在另一半周期期间沿相反方 向移位。于是，通过弹簧(未示出)，传递到槽型托架106的曲轴能量便会作用于秋千枢轴 107。然后，秋千枢轴107连结或耦接至驱动轴92，从而通过其运动方式摆动支承臂30。弹簧可用作转动阻尼机构以及蓄能装置。可以将弹簧实施为用作类似离合器的元 件，从而通过允许电动机100与轴92之间的不同步运动来保护电动机。因此，在这种情况 下，轴92并不直接连接到电动机100 (即，间接驱动机构)。在此类情况下，轴92的转动移 位以及因此支承臂30的运行可受到轴92伸出的螺栓108的限制。螺栓作用于的物理硬质 止块(诸如骨架构架86的一部分)，从而限定最大秋千角度。本文公开装置和方法的实践并非局限于上述的间接驱动技术，而是可选地可能牵 涉多种不同的电动机驱动方案和技术的任何一种。因此，驱动系统的组件可以有相当多的 变化，而不背离本发明的精神和范围。示例性驱动系统98提供很适于与儿童运动装置结合 使用的往复运动，这是因为驱动机构及其机械连杆装置允许电动机与乘坐者座椅的联接中 存在一定程度的滑动。然而，肯定还存在许多其它的能可选地用于将期望的摆动或往复运 动施加给本文公开装置的支承臂30的可行驱动机构或系统。一种这样的技术牵涉直接驱动机构，其中电动机轴机械地联接到秋千枢轴，而不 允许任何的滑动。在这种情况下，可以通过切换电动机电压极性(即，前向和反向驱动信 号)沿不同方向驱动电动机来实现往复运动。然后，将机械连杆装置构造成适应双向运动， 这不同于上述驱动系统98中的蜗轮102和其它机械连杆组件。电动机可以以开路或闭路 的方式供电。在开路系统中，电源以交变极性施加于电动机，使得可以通过调节施加电压、 电流、频率、或占空比来控制秋千速度(或秋千角幅度)。可选的系统以固定极性施加电力， 并通过机械连杆装置产生往复式运动。直接驱动系统的闭路控制可以牵涉类似于开路控制 中实施的控制技术，但可如下所述通过反馈技术进行优化。利用反馈信息，可调节和优化施 加的电压和其它参数，以最有效地获得或控制成期望的振荡幅度。其它的可选驱动技术可包括或牵涉弹簧驱动式卷紧机构、磁性系统、电磁系统、或 其它装置，从而将驱动机构能量和运动转换成本文公开装置的往复运动或摆动。
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在图7和图8中，结合传感器组合件110的一个实例更详细地示出上述的驱动系 统98，传感器组合件110配置为根据本发明的不同方面提供关于电动机控制和其它装置功 能的反馈。尽管传感器组合件110很适于与间接驱动系统98实施在一起，但传感器组合件 110也可以与上述不同驱动系统中的任何一个集成在一起和结合使用。传感器组合件110设置成接近于驱动系统98，以捕捉关于其运动的信息。该信息 可以指示运动中的秋千或其它元件的相对或绝对位置、运动方向、或速度。在该实例中，传 感器组合件110安装至驱动系统98，位于套筒90的下端、电动机100和齿轮组的附近，但未 必如此。在其它情况下，可以将传感器组合件110安装在沿着驱动系统98的任何位置，且 更一般地，安装在提供通向待捕捉信息的运动的任何位置处。例如，传感器组合件108可以 与位于套筒90的上端处或附近的驱动系统98通信。传感器组合件110通常用于改进儿童装置的运动控制，且在一些情况下实现儿童 装置的额外功能。例如，改进后的运动控制可包括、牵涉或导致不同操作条件期间可重复 性更佳的秋千运动和更一致的秋千运动、提高的产品可靠性、和更稳健和更复杂的装置操 作。这些和其它优点可导致更有益的装置性能，装置效能在儿童安慰和娱乐方面得到改进 可证明这一点。如下所述，由传感器组合件110收集的信息还可用于以其它方式来控制儿 童装置。这些其它方式可牵涉或包括实施儿童装置的非运动功能，诸如音频功能。出于这些和其它目的，传感器组合件110包括监视驱动系统98的往复运动(或其 它运动)的反馈传感器112。反馈传感器112可以是电传感器、械电传感器、电磁传感器(例 如，光学传感器)、感应传感器、超声波传感器、压电传感器、或其各种组合。在一些情况下， 传感器组合件110包括多个反馈传感器、或反馈感测机构，以提供不同类型的信息和/或数 据冗余。因此，传感器组合件110与驱动系统98通信的方式可以有相当多的变化。在该实例中，反馈传感器112包括电容式传感器板114，电容传式感器板114与耦 接至驱动系统98的金属圆盘116隔开。如图7和图8中最佳示出，圆盘116携载于指状物 118上。指状物118通过止动销120耦接至槽型托架106和秋千枢轴107。驱动系统98的 这些元件的往复运动致使圆盘116 (例如，从下方)穿过电容式传感器板114。电容式传感 器板114可为弧形以适应往复运动，并通过从套筒90径向延伸的臂或平台122紧密地固定 至驱动系统98。电容式感测技术的操作通常牵涉检测因金属盘116接近设置在感测板114上的导 线或迹线(图10)而导致的电容变化。为此，可以使用任何改变电容的物体。可以根据迹 线间的间隔选择园盘118或其它物体的表面积或宽度。例如，物体宽度与迹线间隔的比率 可约为3 2。尽管将在下文描述中阐述关于通过图6-8中示出的示例性传感器实施的电容式 感测技术的进一步细节，但值得注意的是该技术(以及本文所述的其它技术)通常可获得 关于驱动系统所操作秋千的绝对角度或位置的指示。该绝对角度或位置将与驱动系统98 所操作秋千的相对角度或位置进行对比。相对秋千角度是指因装置20的座椅22 (图1-3) 的“重心”移动而导致的秋千角度的终点可相对于地表移动的事实。更具体地，在没有更多 信息的情况下，秋千行程的终点在特定的公差内与地面上的固定位置无关。相对秋千角度 是指秋千所运行的总角度的一半。当与垂线比较时，该总角度可在秋千行程的前半段或后 半段中更大。调节秋千角度直接与儿童坐在座椅中时感觉的“速度”有关。较大的角度等同于较大的秋千速度。因此，形成对相对角度并将秋千运动控制成预定幅度进行监视的反 馈环路是有益的。适于捕捉信息(诸如相对秋千角度)的其它反馈技术包括或牵涉(i)超声波技 术，其使用安装在装置上多个点处的压电传感器来测量随装置运动而变化的距离；(ii)激 光或其它光学技术，其类似地测量变化的距离；(iii)基于编码器的技术，其由枢轴运动来 驱动以提供指示运动的脉冲串；(iv)磁阻装置，其定位为通过感测磁场中的对应变化来检 测运动；(V)限位开关、近程式传感器及霍尔效应传感器的组合，位于装置上的不同位置 中，使得秋千运动所导致的激励和停止可指示秋千的位置；以及(Vi)电动机控制反馈环 路，其基于电动机线圈中感应的电压，即“反电势”(电动势)技术。在反电势技术中，电动 机线圈在转子运动期间发挥位置传感器的作用。为此，工作于传感器_位置模式的电动机 线圈与电源线断开。于是，通过旋转电动机转子上的磁铁，线圈上便产生了感应电压。电压 变化的符号和方向指示转子极相对于固定定子线圈的位置。于是，电压极性和幅值直接与 座椅角度的幅度相关。由于(例如)DC电机的设计，电压将以脉冲形式产生，脉冲间的时间 和脉冲量值是电动机正由秋千驱动的速度的函数。可以将脉冲串(和幅值包络)转换成秋 千运动曲线。如下所述，可通过带有模拟电压输入的控制电路来监视由反电势技术、或任何 其它技术产生的输出电压，如下文结合图10的示例性控制电路示出和描述的。通过添加索引装置(诸如配置为在特定位置处激活的限位开关(未示出))，上述 技术可用来确定装置的真实位置或秋千角度。在电动机的第一次完整旋转之后，索引装置 会已经确定后续位置数据可与之比较的参考点(即位置)。以此方式，上述技术便可在任何 距离处并且实时地产生指示电动机、轴、秋千座椅等的准确位置的数据。另外，如果用已知的初始参考点来索引运动，则可确定相对于地面的绝对秋千角 度或位置。例如，可以以机械方式(例如通过原厂设置的电动机对准)或通过相应定位的 另一开关或传感器装置来确定初始参考点。—般而言，实施一个或多个这些反馈机构可促使以有效方式将电力施加给电动 机。利用通过反馈机构捕捉的信息或数据，更准确地知道秋千的相对或绝对的位置或角度， 使得可对电动机的电力施加进行定时以产生最大效果。这种详细程度与以往的感测技术形 成对比，以往感测技术仅提供运动方向、或位置或秋千角度的不准确且相对的指示。此类技 术可牵涉单槽式光中断器，即使两个光中断器并联也只能提供相对位置和方向的指示。相 比之下，本文提出并描述的技术提供了关于绝对或真实位置的准确指示，从而可促进并支 持实施多种功能和操作。在一些情况下，本文提出的两种或更多种技术可以组合实施以进一步优化电动机 性能。例如，反电势技术可以与上述的电容式感测技术组合起来。在该情况下，该组合从反 电势技术提供的信号获得速度和方向信息，并且从电容式感测获得位置数据。如下所述，有 利地，这两种技术还可以利用相同控制器或控制电路来进行有效处理。现在结合利用电容式感测技术的示例性实施例来阐述关于将角度或位置信息用 于电动机控制和其它功能的进一步细节。如上所述，电容式感测技术可提供用于确定绝对 秋千角度测量的低成本、非接触式机构。现在参考图9，感测板130的一个实例牵涉运动控制迹线组，其设置在总体以132 表示的区域中；以及用户接口迹线组，其设置在总体以134表示的区域中。下面阐述关于用户接口功能的进一步细节。每组迹线配置为当物体接近于该组迹线时表现出能修改至可检 测程度的电容水平。区域132中的迹线可为锯齿状，从而当导电圆盘118(图8)或其它物 体越过迹线(或从下方经过)紧密地接近迹线时增大电容调制。板130可以包括呈网状或 其它图案(示出于区域132、134以外的区域中)的底板136，以增强电容水平的可变性。迹 线和底板可以、但无需设置在印刷电路板(PCB)或类似的介质上。在一些情况下，迹线可以 设置在带状电缆或其它柔性介质中。可选地或另外地，迹线可以设置在相同介质的相反侧 上。在操作中，电动机控制功能牵涉控制器，当导电“指状物”以该种布置所限定的特 定次序越过迹线时，该控制器交替地施加和读取区域132中锯齿状迹线上的模拟电压。在 一个实例中，该操作次序牵涉控制器对迹线充电，以及然后监视放电以确定迹线的RC时 间常数。在一些情况下，在充电和监视次序期间，控制器驱动其它迹线至接地。利用RC时 间常数数据，控制器可计算所感测的电容以确定是否存在导电指状物。该确定可能牵涉单 个迹线的阈值比较以及更复杂的程序(涉及与相邻迹线相关联的确定)。为此，控制器(或 控制电路)可以包括模拟电压传感器或模数转换器(ADC)，以对每条迹线上的电压进行采 样和捕捉。然后，处理指示感测电压的数字数据，以确定秋千的实际位置。下面结合图11 进一步描述示例性控制电路。根据本公开的一个方面，图9中示出的示例性感测板130举例说明了可以如何利 用电容感测技术的组件来实施电动机控制和用户接口功能两者。在许多情况下，可以利用 相同的控制电路对与电动机控制和其它功能(诸如用户接口)相关联的迹线进行充电和放 电。在一些情况下，还可将相同的感测板用于电动机控制和用户接口功能两者。例如，图10 绘示具有典型A形框架构造的儿童秋千140，其中乘坐者座椅142分别悬挂在框架支腿144 与146之间，框架支腿144和146布置为在枢转联接点148处汇合。座椅142通过吊臂150 耦接至枢转联接点，吊臂150以通过电容感测技术进行检测的往复式运动摆动。在一个或 两个枢转联接点148处，用于电容式感测技术的控制电路包含在壳体或外壳152中。在壳 体152面朝里的一侧上(即，面对吊臂150和座椅142的一侧)，吊臂150 (或与其一起移动 的其它组件)布置为经过类似于图9中所示实例的感测板。以此方式，类似于区域132 (图 9)的区域便可用来检测秋千的运动。于是，也可使用同一感测板来检测是否有照看者的手 指与设置在壳体152的外面板154上的触敏用户接口交互(或接近触敏用户接口)。更具 体地，用户接口可以具有配置为模拟传统的“按下按钮”的多个元件。请参见(例如)图9 的示例性感测板130的区域134中的圆形元件。可选地或另外地，用户接口可以具有配置 为检测滑动运动的触敏区域。该滑动元件可布置成圆形图案并包括设置在中心处的电容式 “按钮”。图11绘示控制电路160的一个实例，其用于根据本公开的各方面实施多种控制技 术和其它功能，包括(例如)上述的电动机驱动反馈控制技术。例如，控制电路160可配置 为实施用于电动机控制的电容式感测方案，或可选地，电容式感测和反电势技术的组合。一 般而言，控制电路160可配置为实施上述电动机控制反馈技术中任何一种或多种。在该实例中，控制电路160从电池162或从一对AC端子164接收电力。开关166 选择该两个电源中一个，并可以以AC端164中不存在或存在插头或其它接口的方式得到驱 动。如下所述，控制电路160可以负责将电力分配给运动控制装置的其它组件，诸如输入/输出元件和电机。为此，控制电路160可以包括功率转换和/或调节电路167，其配置为将 一个或多个DC电压电平提供给运动控制装置的各个组件，包括控制电路160内的那些组 件。在一些情况下，功率转换和/或调节电路167包括或包含开关166的功能。控制电路160可以，但无需，设置在整体式电路板(例如PCB)上。在一些情况下， 图11中示出的任何一个或多个组件可以设置在单独的或专用的板上。但是，在该实例中， 控制电路160包括设置在电路板168上的多个组件。如果需要，将输入和输出连接端形成 至电路板168的方式可以有相当多的变化。控制电路160自示意地示为170的用户接口选择和/或传感器的接收多个输入控 制信号。该示例性情况下的用户接口选择牵涉对应数量的二元开关，以提供输入控制信号 的阵列来指引控制电路160的操作。如上所述，可以利用其它类型的用户接口元件，在该情 况下输入控制信号的性质可以相应地改变。在一些情况下，控制电路160可以自用户接口 以外的来源接收指令或其它控制信号，诸如结合控制塔36 (图1)描述的来源。因而，控制 电路160包括一个或多个对应的输入接口 171，诸如示出的控制开关阵列接口。控制电路 160还配置为接收来自音频重放装置172(例如MP3播放器)的音频输入信号，音频重放装 置172可以在图中所示的相应线路上将左和右立体声信号提供至板上音频输入接口 174。 在其它情况下，装置172还可以将一个或多个控制信号提供至控制电路160，或从控制电路 160接收一个或多个控制信号，以便实施相关功能(例如，音量或轨道控制)。在该实例中，立体声音频信号由音频输入接口 174产生并发送至模拟开关176，模 拟开关176在外部音频源172和一个或多个内部音频源之间进行选择。模拟开关176可由 照看者通过用户接口选择(未示出)来控制，或通过响应于或结合某音乐源或声音源的激 活或选择而产生于内部的控制信号来控制。模拟开关176的输出被提供给放大器178，放大 器178为对应数量的扬声器180产生一个或多个输出音频信号。在图1-3中示出的示例性 情况下，儿童运动装置20包括在控制塔36上设置于仪表面板37附近的单个扬声器179。 可以实施涉及设置在儿童运动装置20上不同位置的任何数量的扬声器的多种多样的可选 配置。如下所述，例如，涉及一个以上扬声器的配置可有益于本公开的某些方面，本公开的 这些方面涉及根据座椅的位置和运动来产生音频效果。模拟开关176和放大器178 二者的操作都可由微控制器180分别结合(例如)输 入选择控制及音量控制来进行控制。在这种情况下，微控制器180并不专用于控制控制电 路160的音频功能，而是通常牵涉控制由控制电路160所实施或支持的多种功能和操作。更 一般地，控制电路160的任何模块、组件、或功能可以以任何期望的程度集成到整体式集成 电路芯片上，并且无需布置成图11中所示的那样。在一些情况下，除了微控制器180之外， 还可以利用一个或多个附加的控制器来解决特定任务，诸如音乐和声音的重放。出于这些 原因，图11电路图中的整体式微控制器180无需对应于用于实施控制电路160的功能和操 作的一个或多个物理集成电路。在一些示例性情况下，微控制器180是可自Cypress半导体公司(www, cypress, com)商购获得的可编程单芯片系统。在将电容式感测用于电动机控制或用户接口控制的 情况下，可以利用商购型号为CY8C20234的Cypress芯片。下面提供关于支持混合信号I/ 0阵列的可编程芯片的功能的进一步细节。但是，一般而言，这种微控制器集成了通常由微 控制器提供的功能以及通常围绕微控制器的多个模拟和数字组件的功能。由于该控制器可集成大量的外围功能，所以微控制器180，更一般地，以及控制电路160在图11中以简化形 式示出。例如，可以将微控制器180配置成实施模拟功能，诸如放大、模数转换、数模转换、 滤波、和比较器。还可以将微控制器180配置为实施诸如定时器、计数器、和脉宽调制(PWM) 的数字功能。如下所述，该多个模拟和数字功能可以在控制电路160中使用以实施电动机 控制反馈和电动机控制功能。图11中示出的微控制器180的图解以区分开ADC模块182、 PWM模块184、和存储器186(例如闪存)的方式绘示了一些功能，但这些模块仅构成一部分 可用的功能。继续参考图11，示例性控制电路160还包括一个或多个输出接口和/或寄存器 188，用于驱动儿童运动装置的多个用户接口或其它视觉媒介元件。在该实例中，儿童运动 装置包括可以(例如)设置在用户接口 50(图5)上的一组发光二极管(LED) 190。可选实 施例可以包括任何数量的光指示器或其它视觉元件，以安慰儿童乘坐者或向照看者提供信 肩、ο儿童运动装置还可以包括由振动电动机192支持的振动特征。在一些情况下，如 图1中所示，振动电动机192设置在座椅支承框架26上。在此类情况下，振动电动机192 的控制可在本地解决。可选地或另外地，可以通过控制电路160来控制振动电动机192。为 此，可以将微控制器180产生的控制信号提供至负责给振动电动机192供电的调压器194。针对用于装置主要运动的电机198的进一步电压控制和/或调整由调整器196提 供。调整器196的操作由微控制器180根据本文描述的控制技术来控制。下面阐述关于这 些技术的进一步信息。但是，作为一般性事实，本文描述的电动机控制技术牵涉一个或多个反馈机构。为 此，示例性控制电路160包括模拟电压传感器200，模拟电压传感器200与载送电动机电压 至电动机198的一个或多个线路相通信。如上所述，传感器200可以结合实施用于确定电动 机位置信息的反电势技术来提供关于这些线路上所产生任何电压的指示。在一些情况下， 模拟电压传感器200可以与微控制器180所提供的其它功能集成在一起。事实上，Cypress 微控制器具有内置的模数转换器，该模数转换器具有可用于准确测量实际电动机电压和电 流的参考电压。关于电动机位置信息(更一般地，以及装置运动)的进一步反馈可由传感器202 提供至微控制器180，传感器202与(例如)驱动系统、支承臂、乘坐者座椅的元件204等通 信，驱动系统、支承臂、乘坐者座椅示意性地绘示为206。多个反馈线208可以载送指示位置 信息的信号回到微控制器180。例如，在电容式感测技术中，感测板上的迹线中产生的每个 模拟信号可由单独的线路提供至微控制器180。在一些情况下，反馈线路208可以基本上或 完全地设置在板168上以避免由(例如)噪声或寄生电容引起的问题。在一个实例中，板 168与载有迹线的感测板相对应。现在更详细地描述电动机控制技术的实施。一般而言，微控制器180利用感测技 术中的一种来检测或确定转子的位置。在一些情况下，该技术可能牵涉单独地使用电压产 生的反电势、或与其它感测技术中的一种(诸如电容式感测)结合来使用电压产生的反电 势。基于位置信息，微控制器180以合力驱动或帮助转子沿期望方向旋转的方式并且以其 它有效的方式产生电动机控制电压。电动机转动稳定性因而得以提高。由微控制器180确定的位置信息还可用于以电动机控制电压施加定时以外的方
14式来控制电动机控制电压。例如，电动机位置信息可以用于确定电动机的轴速。轴速又可 用于检测或确定电动机负载的增加或减少。负载的变化可能因装置的钟摆式运动而自然发 生，或是由乘坐者体重变化造成。于是，微控制器180可以相应地调节电动机电压的幅值， 以维持期望的秋千速度或秋千角度。为此，微控制器180可结合关于电动机负载的信息(例 如轴速度和电动机电流的变化)来使用代表所期望秋千角度的设定点，从而改变所施加的 电动机电压。除了牵涉微控制器180的任何调节之外，以上调节还可实施为根据秋千运动 曲线来施加电压，以优化递送至电动机的电力，由此减少整体电力要求。图12通过所施加电动机电压的曲线来绘示根据本公开一个方面的电动机控制方 案的简化图。所示的电动机电压控制方案可由上述任何一种或多种电动机控制反馈技术来 支持。无论采用的是哪种反馈技术，电力都通常在运动循环或路径中的重要时刻处间歇地 施加给电动机。如上所述，这些时刻基于秋千的位置或角度。在该实例中，电压脉冲是在行 程结束后立刻或不久施加，行程的结束发生在秋千的最大位移处(例如，+20或-20度的秋 千角度)。该定时也可看作下一行程的开始。电压脉冲的长度可以基于电动机控制方案的操作条件和其它方面而有所不同。在 一些情况下，无论电力何时先施加，都可在大约行程中点之前间断(中断，discontinue)电 力的施加。更一般地，以电动机电力的所选施加的定时和持续时间的方式来提高电动机驱 动的效率。图12中表示的每个电压脉冲实际上可与多个脉冲相对应(即由多个脉冲组成)。 在许多情况下，所施加的电动机电压牵涉可由微控制器180内部产生的脉宽调制(PWM)信 号。通过位置(或角度)测量、电动机电压和电流测量，可将Cypress微控制器配置为产生 传统PWM输出信号，PWM输出信号通过调节器196(图11)中的功率晶体管(未示出)时可 用来调整施加给电动机的电压(并因此秋千角度)。更一般地，PWM输出可以涉及对电动机 电压幅值、频率、和占空比中任何一者或多者的调制。虽然微控制器180的一些模块可以单独实施，但是PWM产生器184可以提供产生 抖动或伪随机的PWM输出信号的选择，该PWM输出信号有效改变输出的频率和占空比以最 小化噪声的电磁传播，由此有助于遵守EMI规定。更具体地，“抖动的”PWM输出具有使PWM 波形产生的谐波EMI噪声分散在宽频谱上的优点。因此，可以使电噪声的峰值减小到不同 调整需求的限制范围内的电平。图13涉及根据本公开另一方面的用于确定最佳电动机电压幅值的技术。一般而 言，电动机电压的优化可减少起动秋千运动和/或获得期望的秋千角度所需的时间量。改 变或调节电动机电压(多个电压)的需要可由下列原因引起组件公差的不同、装配过程的 不同(制造公差)、操作期间正常的“磨损”、乘坐者差异(例如体重、重心)、或不同的装置 特征或使用条件(例如添加遮篷或毯子)。这些和其它因素可改变最佳起动电压(即，从静 止位置开始运动)，以及在操作期间施加的用于维持一定秋千速度的最佳电压。该技术可由上述的功能结合控制电路160，更具体地，以及微控制器180来实施。 该技术所优化的电动机电压可与起动电压或自起动电压、或多个使用中电压或操作电压的 任何一个相关联，使用中电压或操作电压与装置速度设置相关联。以此方式，控制电路160 可以自动方式为多个可用的秋千速度(例如速度1-6)确定相应最佳电动机电压。从可调 节或校准儿童运动装置以改进操作或用于不同操作条件这个意义上来说，电动机电压的优化可看成是谐调或校准例行程序。谐调、校准或调节可以以定期或周期的方式发生，或在感 测事件(诸如效率下降或不能维持期望的速度)之后发生。为此，例行程序的实施可以在 正常的使用状况期间发生。在一个实例中，校准技术大体涉及基于电动机电流、电动机轴速、和/或受测秋千 角度的反馈信息和/或测量来自动调节电动机电压。更具体地，在块210中，校准例行程序 可始于施加初始的标称电压。例如，如果自起动电压经过校准，则初始电压可在约2. 5至约 2. 7伏的范围内。在块212中，控制电路160捕捉指示由施加的电压获得的秋千运动的数 据和信息，使得微控制器180可监视秋千运动。监视步骤可以持续预定的持续时间，之后控 制转到块214，在块214中，通过预置的时间间隔或比率增大所施加的电压。在块216中，控 制电路160再次捕捉和监视指示所获得秋千运动的数据和信息，之后在块218中，通过相同 或类似的预置时间间隔或比率使施加的电压从初始电压降低。在块220中监视秋千运动， 之后在块222中，微控制器180比较针对三个施加的电压捕捉的运动数据，以确定两个范围 (即高于或低于初始电压)中的哪一个优选用于达到期望的秋千速度或运动。然后，微控制 器180选择该优选的范围。然后，控制转到决定块224，该块致使微控制器180确定该所选范围的宽度是否小 于预定阈值(例如0.025V)。如果为否定的，则在块226中将初始电压重设至所选范围的 中点值，以进行另一轮监视。然后在块228中，施加新的初始电压并再次实施监视循环。然 后，可以各种方式确定用于定义该范围的新时间间隔。在一个实例中，时间间隔的宽度等于 前一次重复中所选范围的一半。更一般地，由于(例如在块226中)预置的时间间隔或比 率可随每次循环重复而降低(或变窄)，所以在块224中评估的所选范围会最终小于阈值， 这样控制就转到块230，在块230中，可将所选范围的中点存储为经校准的使用条件的最佳 电压(例如，5号速度级)。还可将该最佳电压存储为用于后续校准过程的新基线、或起动 点ο在一个实例中，微控制器180在块222中进行的确定通常可牵涉比较秋千角度的 相对过冲或欠冲。这样，该确定便可牵涉计算与期望角度的偏离，可将期望角度预定为某秋 千速度下的期望角度或启动后经过的一段时间。在一些情况下，可多次地重复(例如，重复达几个循环)电压校准技术来确定平均 的最佳电压。该重复的方法可有益于确定起动、自起动电压。在任何情况下，随着时间，可 以将平均的最佳电压确定为继动平均值。根据本公开的另一方面，可结合控制功能来实施上述的电容式感测技术以便管理 或调整其操作。一般而言，微控制器180可评估与用户接口相关联的迹线上的感测电容变 化，以控制是否应该识别“触摸”动作或其它动作。为此，微控制器180获取通常用于确定 是否正确检测到电容变化的感测阈值和/或例行程序。在许多情况下，利用该阈值和例行 程序(例如比较器或一组比较)来避免假的肯定结果。但是，在本公开的这个方面中，可利 用阈值的比较来预定或控制应该识别哪些故意的“触摸”或其它的与用户接口的人类交互。在本公开的这方面中，微控制器180配置为区分运动控制装置的不同照看者或用 户所导致的不同电容变化。该区分用于控制或限制与用户接口的交互，这最终可以帮助避 免、抵制、或防止无意的装置操作。由于用户接口的电容式感测测量了通常由人类手指造成的人体电容，所以还可为这种测量设定可接受的范围，使得成人手指与儿童手指之间的差别可以得到确定和/或利 用。简言之，」L童手指具有相对更小的电容并因此呈现更小的电容变化效果。尽管手指大小 存在差别，尤其是按在按钮上的力道存在差别(例如轻或重)，但是可以确定可用的范围， 在该范围内识别出成人手指后方可允许用户接口操作的发生。相反，儿童手指按下按钮将 不足以激活控制元件。以此方式，便可将一些或全部用户接口元件(以及与其相关联的控 制操作)分类成仅供成人使用，即，拒绝儿童使用。还可建立相反情况的实施方案，例如，使 得某些控制可仅供儿童使用，即，“拒绝成人使用”。该类型的控制限制可在牵涉成人推送装 置的情形下有用。为此，微控制器180可实施自校准例行程序，对电容式感测系统进行调节，以便作 出会导致阈值调节的改变。校准可以是周期性的或定期的，或者可由事件(诸如由用户发 出的启动例行程序的请求)触发。在一些情况下，可将校准例行程序定义成使得“触摸”时发生的受测电容变化通常 发生在预定的范围值内。校准至标准范围可为固定值留有噪声容限，这促成了随时间变化 的可靠操作。如果受测电容变化值超过预定范围，则可以自动执行校准例行程序。再次校 准可由如下事件引起例如，电源的显著变化(电池损耗)、环境变化(温度、湿度等)、生产 过程期间发生的机械差异、不同的装置装配、或在使用过程中随时间显著的“磨损”。根据本公开的另一方面，可通过实施电容式感测的定制技术来促进对电容敏感型 用户接口的上述管理。一般而言，可以通过学习性例行程序来定制用于用户接口电容式感 测的阈值，以针对具体的家庭或照看者情形使儿童装置个性化。学习性例行程序的实施可 针对一个或多个感测阈值调节预设的或原厂的设置。以此方式，便可将某些手指的电容变 化效应明确地指明为“儿童”的或“成人”的，从而分别阻止或允许对用户接口的操作。在该方面中，在随后使用中可能试图与用户接口交互的每个人都会参与到个人化 的或定制的例行程序中。在该例行程序中，通过为每个人存储电容变化的示例性测量，使用 户接口，更一般地，以及儿童运动装置得到了个人化定制。为此，微控制器180可存储一组 用户配置文件，以便在后续操作期间进行比较和/或匹配。可选地或另外地，微控制器180 可为授权操作者组中的每个成员收集数据，并为未授权个人组中的每个成员收集数据，并 确定最能区分这两组的阈值。在一些情况下，学习性例行程序的启动可以是由用户选择的选项。但在其它情况 下，学习性例行程序可作为预配置的设置过程的一部分自动地启动。以此方式，在装置装配 后以及在操作使用前不久便可定制或个性化该装置。图14是针对本公开的另一方面，该方面牵涉微控制器180实施一个或多个例行程 序。在该方面中，儿童运动装置的音频输出通常根据秋千的运动进行调制或控制。在一些 情况下，基于秋千的当前位置或角度来调制或控制音频输出。可选地或另外地，基于当前秋 千速度来调制或控制音频输出。如上所述，运动控制装置可包括多个扬声器位置中的任何数量的扬声器(单声 道，立体声，环绕声等)。很多(如果不是全部)扬声器位置在秋千运动期间将处于与座椅 乘坐者有关的相对运动中。这种相对运动可以产生有意的或无意的期望或不期望的效果。 尽管如此，通过使用上述反馈技术捕捉的实时秋千数据，可实时地知道秋千的位置、速度和 方向，并可使用其来提供与秋千位置相关的新颖且创新的儿童安慰声音效果。以此方式，便可使音乐和声音的重放与所选或预定的声音效果协调起来，所选或预定的声音效果基于座 椅在正常秋千运动或操作期间的具体位置、速度、或方向对重放进行调制。在一个实例中， 可对音频进行调制，从而为座椅乘坐者呈现方向性的效果。因此，声音效果可与秋千运动相 “配合”。在另一实例中，可将婴儿从子宫内认知到的嗖嗖流动的血流再现为声音，仿佛这种 流动正更准确地发生在婴儿的周围。通过更准确的再现，儿童运动装置便能更大可能地复 制令人安慰的子宫经历。可结合本公开的这个方面利用各种不同的调制方案。示例性列表可以包括音量调 节、平衡调节、声音的扭曲、海洋效果、不同的音调变化、和增强的多普勒效果。在图14的示例性流程图中，在块232中，通过(例如)致动用户选择来启动方向 性音频调制(或其它基于秋千运动的重放调制)。决定块234可确定当前选择重放的声音 类型。在该实例中，有三种不同类型的声音或音乐可供重放。在其它实施例中，可有任何多 种的或类型的声音或音乐，因此决定块234可沿任何数量的路径指引控制流程。在这种情 况下，音乐类型“A”可与立体声音乐或快音乐相对应，而音乐类型“B”可与单声道音乐或慢 音乐相对应。音乐类型之间的区别可限制或驱动适于重放调制的那类声音效果。例如，立 体声或单声道音乐可利用某些很适于或不适于某些重放调制类型的扬声器。最后的示例性 音乐类型或种类、声音也可很适于并非可立即应用于音乐重放的播放调制类型，由此证明 了单独例行流程的合理性。如果即将重放音乐类型“A”，则控制转到另一决定块236，在块236中，控制器180 确定照看者是否已通过(例如)用户接口 50选择了特定的声音效果。如果没有，则音乐类 型“A”通常不适于重放调制。因而，控制转到块238，块238指引控制器180在未经调制的 情况下重放音乐。如果选择了声音效果，则控制转到块240，在块240中，控制器180进而确定秋千位 置、速度和/或其它数据以实时地支持播放调制。最后，在块242中，根据所选声音效果、基 于秋千数据对音乐的重放进行调制，直至轨道结束或发生一些其它的状态改变事件，诸如暂停。如果即将重放声音选项，则控制转到块244，块244确定秋千数据以支持重放调 制。在这种情况下，调制是基于秋千位置而非基于秋千数据的一些其它组合，且声音具有与 秋千位置相关联的预定调制效果。然后，在块246中基于秋千位置数据以及与声音相关联 的预定调制效果(例如声音的扭曲)来实施音乐的重放。最后，音乐类型“B”的重放为方向性音频技术提供了另一可能的选项。在该示例 性情况下，在块248中，控制器180确定当前的秋千速度并仅利用该数据对音乐的重放进行 调制。再次，在块250中，基于秋千速度数据以及所选或预定的调制效果来实施音乐重放， 直至轨道结束或发生一些其它的状态改变事件。提供上述例行程序的同时应理解其完全为示例性例行程序。更一般地，本文所公 开的方向性音频技术的实践可牵涉各种各样的声音或音乐配置文件、及与其相关的一个 或多个特定的秋千运动数据变量、一组很多不同的调制效果、以及众多其它的重放偏好或 标准。因此，这些和其它选项可能的排列组合的数量就非常宽广和广泛。这些因素的不同 组合可存储在微控制器180中，并可由操作者创建和/或者预定为原厂设置。可选地或另外地，音乐或声音的重放调制可牵涉或包括组合形式的多个轨道。例如，可通过第一扬声器(以任何期望的调制效果)再现一个轨道，同时可通过第二扬声器重 放带有不同调制效果的不同轨道。因此，本文公开技术的实践并不局限于任一时刻的任何
一种声音效果或重放方案。更一般地，上述方向性音频技术的实施是在实时地了解秋千运动的基础之上。由 于上述位置和其它的数据捕获技术所提供的实时数据可具有改进的准确度并且具有绝对 性而非相对性，所以可实现原本无法得到的某些音频效果。将结合图15描述并示出本公开的由微控制器180实施的又一方面。在该方面中， 运动控制装置的功能根据一个或多个操作模式共同地进行管理或控制。每个操作模式可定 义任何数量的操作设置或功能设置(例如经编程的特征组)，这些操作设置或功能设置可 以(但无需)指定每个可用的操作或功能。可共同控制的示例性操作和功能包括例如，音 频输入源、音频音量、重放速度、重放类型或选择，音频方向性平衡、振动电动机激活、振动 电动机强度、秋千速度、照明选项、影像投影和其它视觉效果、附加物体(诸如移动玩具或 其它玩具)的速度变化、以及以遥控方式安装在产品上的其它玩具功能。这些玩具/安慰 特征可通过操作者的双向无线电式远程控制单元、或通过红外连接与主秋千控制单元无线 地通信。这种操作模式可使这些操作或功能相关联以便用于顺序操作或同时操作。可以将任何数量的操作模式预编程或预定为(例如)原厂设置。更一般地，可将 微控制器180配置成为用户提供创建并存储由用户定义的模式或特征组的机会。可以多种 方式来启动该机会，包括(例如)向下按住按钮或按下通过用户接口提供的一系列按钮。可能期望为秋千创建以某种娱乐或教育的方式帮助安慰或主动吸引儿童的操作 模式。这些模式可将秋千的不同功能联系在一起从而成为预定或用户定义的应用，从而通 过给儿童提供一组针对儿童情况特制的适当刺激或换句话说相关的刺激或刺激的所有方 面，更好地安慰儿童。在一些情况下，这些相关功能可包括秋千速度、音乐、大自然声音/ 子宫声音的重放选择、音量、振动功能、照明、运动或速度变化。类似地，可以各种方式来组 合以上提到的每项功能的多个幅度，从而产生多种情绪，诸如“睡眠时间”、唤醒时间、玩耍 时间等。在一个实例中，实施本公开的操作模式控制方面牵涉图15中示出的例行程序。用 户可通过致动用户接口选择或其它元件来启动例行程序，之后在块252中，微控制器180可 以进入默认模式(最后使用的模式)，并且/或提示操作者获取进一步的信息。在该情况下， 在决定块254中，微控制器180确定操作者是打算选择预定的操作模式(即，可供选择的模 式，或由用户定义或为原厂设置)还是定义新的操作模式。可将这些可用的模式存储为与 可由操作者选择的号码或其它表示符号相关联。操作者也可用单独的号码或表示符号来选 择用于定义新操作模式的配置选项。如果操作者选择了该配置选项，则控制转到块256，在 块256中，微控制器180选择并综合了任何数量的操作设置和/或选择。用户接口可以多 种方式促进该选择过程。于是，操作者可以选择或得到提示来存储与决定块258相关的设 置和/或选择。如果接受，则在块260中实施存储操作，且控制最终转回到块252，在块252 中，使得这些设置和/或选择可用做特征组。如果不接受，则控制可以返回到块256以进行 进一步的数据收集。当操作者尚未做出对装置的操作模式控制方面进行配置的选择时，控制转到块 沈2，在块262中，确定由所选操作模式定义的或与之相关联的操作设置或选择。然后，微控制器180前进到块沈4，其中根据所选操作模式以及更具体地由所选操作模式定义的操作 设置或选择来实施功能或操作。在一些情况下，例行程序可为操作者提供中断操作模式的机会，而不必例如停止 整个装置。如果在实施相关功能期间的某个时刻，微控制器180检测到状态改变事件，则决 定块266确定是否将控制转到牵涉配置操作模式控制的块。该决定可(例如)开通致动用 户接口选择的方式。例如，“按住”可以导致重新配置当前操作模式，使得控制转到块258进 而对变化进行存储。其它的“按下按钮”可以指引微控制器180间断操作模式控制并将控 制返回到经由块252所提供的用户提示。操作模式的暂停或其它结束也可将控制返回到用 户提示。当提到结合任何上述技术的实施来存储数据或信息时，应被理解为包括将数据或 信息记录在可由运动控制装置存取的任何类型的存储装置或介质中。因此，提及到存储器、 存储装置等时可以但无需牵涉微控制器180的存储器186。因此，本文描述的运动控制装置 和技术可以包括或牵涉与上述电路元件集成或分立的一个或多个存储器或存储媒介。本文中使用的术语“秋千”是指具有反复、往复、和/或通常基于钟摆的运动的任 何儿童运动装置。上述所公开的系统、装置、例行程序、技术、和方法的实施例可通过硬件、固件、软 件、或其任何组合来存储和/或实施。可将一些实施例实施为在可编程系统上执行的计算 机程序，该可编程系统包含至少一个处理器、数据存储系统(包括易失性和非易失性存储 器和/或存储元件)、至少一个输入装置、和至少一个输出装置。可对输入数据应用程序代 码以执行本文描述的功能并产生输出信息。可以以熟知的方式将输出信息应用于一个或多 个输出装置。可以以高级过程化或面向对象的编程语言来实施程序以与任何类型的处理系统 通信。如果需要，还可以汇编语言或机器语言来实施程序。事实上，本文所公开的系统、装 置、例行程序、技术、和方法的实践并不局限于任何特定的编程语言。在任何情况下，语言可 以是编译或解译语言。可将程序存储在可由通用或专用可编程处理系统读取的存储媒介或装置(例如 软盘驱动器、只读存储器(ROM)、CD-ROM装置、闪存装置、数字通用光盘(DVD)、或其它存储 装置)上，以便在由处理系统读取存储媒介或装置时配置并操作处理系统，从而执行本文 描述的过程。也可将本文公开的系统、装置、例行程序、技术、和方法的实施例看作是实施为 配置成与处理系统一同使用的机器可读存储介质，其中如此配置的存储介质致使处理系统 以特定和预定的方式进行操作，从而执行本文描述的功能。尽管参考特定实例描述了本发明，这些实例仅旨在举例说明而非限制本发明，但 是本领域的技术人员应清楚，可对本文公开的实施例作出改变、添加和/或删除，而不背离 本发明的精神和范围。给出以上描述的目的仅在于便于清楚的理解，并且不应理解为具有任何不必要的 限制性，因为本发明的范围内的修改对于本领域的技术人员显而易见。尽管根据本公开的教示在本文中描述了某些系统、装置、例行程序、技术、和方法， 但是本专利的覆盖范围并非局限于此。相反，本专利覆盖本公开教示的正当归属于可允许 等效形式的范围内的所有实施例。
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权利要求
1.一种儿童运动装置，包含 用于驱使运动的电动机；电容传感器阵列，其响应于所述运动来产生指示所述运动的反馈信息； 控制电路，其耦接至所述电容传感器阵列，以基于所述反馈信息来控制所述电动机；及 用户接口，其具有配置用于识别与所述用户接口的交互的操作者的电容传感器元件； 其中所述控制电路耦接至所述电容传感器元件，以根据所述操作者的交互来控制所述 儿童运动装置的操作。
2.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述电容传感器阵列和所述电容传感器 元件设置在共同的电路板上。
3.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述反馈信息指示所述电动机的位置。
4.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述电容传感器阵列包含多个锯齿形迹线。
5.根据权利要求4所述的儿童运动装置，还包含导电元件，其耦接至所述电动机以与 所述运动相对应地运动，并与所述电容传感器阵列间隔开以经过所述锯齿形迹线，从而捕 捉指示所述运动的信息。
6.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述运动包含钟摆弧形运动。
7.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述电容传感器元件与电动机速度的选 择相关联，使得对所述操作者交互的识别指引所述控制电路，以根据所述选择来控制所述 电动机。
8.根据权利要求1所述的儿童运动装置，其中所述控制电路包含微控制器，所述微控 制器耦接至所述电容传感器阵列和所述电容传感器元件，并且配置为执行检测例行程序以 检测所述电容传感器阵列和所述电容传感器元件的电容变化。
全文摘要
本发明涉及一种用于儿童运动装置的电动机驱动和用户接口控制。其中公开了一种儿童运动装置(20)，包括电动机(100)；驱动系统(86)，其耦接至电动机(100)以沿着运动路径产生具有往复行程的运动；及传感器(110)，其响应于该运动以产生指示该运动的反馈信息。儿童运动装置(20)进一步包括电动机控制电路(160)，电动机控制电路(160)耦接至传感器(110)以基于反馈信息确定在每个往复行程期间何时给电动机(100)施加电力。在一些情况下，反馈信息指示电动机(100)的位置，使得电动机控制电路(160)在每个往复行程结束至后开始的一段持续时间内给电动机(100)施加电力。
文档编号A47D13/10GK102113794SQ201110005249
公开日2011年7月6日 申请日期2007年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者B·金凯德, J·E·克拉珀, J·戈迪斯卡, M·J·兰斯尔, W·B·贝洛斯, 约翰(詹森)·阿诺德四世 申请人:哥瑞考儿童产品公司