一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具的制作方法
【專利摘要】本發明涉及自動化和儀器儀表技術領域，具體涉及一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具。所述益智玩具包括可實現穩定功能或三軸轉動功能的內框平臺；設置在所述內框平臺上、并測量內框平臺姿態信息的慣組模塊；連接內框平臺，根據姿態信息對內框平臺提供穩定功能或三軸轉動功能的平臺組件；及一連接平臺組件的遠程控制裝置。通過益智玩具自身具有的穩定平臺功能，向兒童展示被放置在內框平臺上的水杯或其他物品，始終維持在一穩定平面上；本發明實現了微型化、集成化與數字化，將穩定平臺應用到益智玩具領域增加了益智玩具的可編程性、趣味性，直觀的把三維運動展現在兒童的眼里，并且具有良好的教學效果。
【專利說明】
一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具
技術領域
[0001]本發明涉及自動化和儀器儀表技術領域，具體涉及一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具。
【背景技術】
[0002]隨著家庭生活水平的整體提高，兒童對于玩具的需求已經不僅僅停留在娛樂層面，高品質益智類玩具的需求呈上升趨勢。益智類小玩具既能啟迪智慧、開拓思維，又能教授知識、協調身體機能。目前在益智類小玩具領域，國內市場上的高品質益智玩具種類比較單一，娛樂性強但缺少科學知識的傳授。常見的智能玩具小車單一的前進、后退、轉彎功能只能展現給兒童二維空間運動狀態，已經不能滿足兒童對于三維運動知識的需求，且其產品功能以及對于消費者的吸引力也十分有限。本發明就是為了彌補這個市場空缺，從而使原本體型龐大、造價高昂的穩定平臺實現了微型化、集成化與數字化，將穩定平臺應用到益智玩具領域增加了益智玩具的可編程性、趣味性，直觀的把三維運動展現在兒童的眼里，并且具有良好的教學效果。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于MEMS器件微小型三軸穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具，能很好的解決了三軸穩定平臺應用到玩具領域實現水杯自動穩定功能，利用智能終端通過無線發射器實現遠程操控內框、中框、外框的自由旋轉，直觀的把三維運動展現在使用者的眼中，提高了玩具的趣味性和教學效果。
[0004]為了達到上述的目的，本發明采用的技術方案為:一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具，所述益智玩具包括可實現穩定功能或三軸轉動功能的內框平臺；
[0005]設置在所述內框平臺上、并測量內框平臺姿態信息的慣組模塊；
[0006]連接內框平臺，根據姿態信息對內框平臺提供穩定功能或三軸轉動功能的平臺組件；
[0007]及一連接平臺組件的遠程控制裝置。
[0008]進一步地，所述平臺組件包括連接內框平臺的中框、及連接中框的外框；
[0009]及對內框平臺、中框及外框提供旋轉動力的舵機。
[0010]進一步地，所述內框平臺的任意相對兩端連接所述中框，并所述內框平臺可繞兩個內框平臺連接端的軸向方向上轉動；
[0011]所述中框非連接內框平臺的兩側連接所述外框，所述中框繞兩個中框連接端的軸向方向轉動；
[0012]所述外框整體為“U”型，底部連接基座，在外框底部上延伸出兩個連接中框的轉臺外框固定端。
[0013]進一步地，所述慣組模塊設置在轉臺內框平臺相反于置物平臺的一側面。
[0014]進一步地，所述慣組模塊包括三個MEMS陀螺儀、三個MEMS加速度計、三個MEMS磁強計及主控芯片；三個所述MEMS陀螺儀的敏感軸相互正交，三個所述MEMS加速度計的敏感軸相互正交，三個所述MEMS磁強計的敏感軸相互正交，其中三個MEMS陀螺儀、三個MEMS加速度計、三個MEMS磁強計所構成的三圍坐標系為同一坐標系；
[0015]所述主控芯片通過驅動電路連接所述舵機。
[0016]進一步地，所述平臺組件還包括交互組件，所述交互組件包括交互屏幕及可編程控制器。
[0017]通過益智玩具自身具有的穩定平臺功能，向兒童展示被放置在內框平臺上的水杯或其他物品，時鐘維持在一平面上，并保持穩定；同時通過遠程控制裝置或經由交互組件，實現設定需要做出的相應的動作，進而內框平臺的動作，因其具有三軸轉臺的功能，其能夠實現三軸轉動，所實現的轉動動作更為豐富，具有較高的趣味性。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明第一實施中的基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具整體圖；
[0019]圖2為本發明可編程控制器電路框圖；
[0020]圖3為穩定平臺MEMS慣性組件圖；
[0021]圖4為穩定平臺自穩原理圖；
[0022]圖5為本發明基座下蓋圖；
[0023]圖6為本發明另一實施中的基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具整體圖；
[0024]圖7為本發明另一實施中的基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具的立體圖。
【具體實施方式】
[0025]以下通過說明書附圖及【具體實施方式】對本發明做進一步解釋。
[0026]實施方案1:穩定平臺整體圖如圖1所示，包括基座9、電源按鍵開關I，外框2，中框舵機3，中框4，內框舵機5，慣組6，軸承7，法蘭軸承8。
[0027]如圖2所示，所述可編程控制器包括第一微處理器，驅動電路、無線接收器、無線發射器。無線接收器的輸出端與第一微處理器的輸入端連接;第一微處理器的輸出端與驅動電路連接;智能終端與玩具通過無線傳輸模塊連接。無線傳輸模塊選擇藍牙或者紅外。
[0028]所述無線接收器與手機藍牙發射器連接。
[0029]手機具有編碼器，將使用者通過鍵盤輸入的指令以及參數編碼成適合無線發送格式的編碼。微處理器具有解碼器，將接受到的信號解碼為指令，并將該指令轉化為舵機轉速指令，比如在恒速模式下內框轉速lOOrad/s。微處理器可以采用arm處理器。
[0030]如圖3、4所示，三軸速率轉臺包括機械結構、執行機構、控制算法。機械結構包括內框、中框、外框機械結構。內框與中框通過內框伺服舵機和軸承連接，中框和外框通過中框伺服舵機和軸承鏈接，外框和基座通過法蘭軸承連接，外框伺服舵機連接在法蘭軸承上。基座包括電源和按鍵開關，電源是整個平臺的供電裝置，按鍵開關控制電源的接通和斷開。[0031 ]穩定平臺系統構成將三軸速率轉臺固定安裝于基座上，并將MEMS慣性組件固定安裝在三軸速率轉臺內框上，用于檢查穩定平臺內框姿態信息。圖5所示為穩定平臺自穩原理圖，及MEMS慣性組件測量穩定平臺內框姿態信息(航向角、俯仰角、橫滾角)，傳輸給三軸速率轉臺主控制器，主控制器再控制執行機構(內框舵機、中框舵機、外框舵機)，實現姿態校正。
[0032]如圖6、7所示，提供一種將中框及內框均替換為圓形或橢圓形形狀，同時可將底座設計為手持平臺，按下按鍵給整裝置供電，水杯放在穩定平臺內框，前后俯仰平臺，慣組模塊里的三軸MEMS陀螺儀，三軸加速度計以及磁力計高精度的姿態解算算法，能實現平臺內框姿態的實時檢測歐拉角，將此信息反饋給控制電路，控制電路接受到歐拉角角度信息，控制舵機進行正反轉達到平臺穩定效果，實現三維運動。控制電路芯片采用arm處理器。
[0033]整個裝置外殼使用質地較軟的材料，外觀呈流線型形體。
[0034]以上所述僅為本發明的優選實施方式，并不用于限制本發明，盡管參照實施方式對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施方式所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。但是，凡是在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具，其特征在于，所述益智玩具包括可實現穩定功能或三軸轉動功能的內框平臺； 設置在所述內框平臺上、并測量內框平臺姿態信息的慣組模塊； 連接內框平臺，根據姿態信息對內框平臺提供穩定功能或三軸轉動功能的平臺組件； 及一連接平臺組件的遠程控制裝置。2.根據權利要求1所述的一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具，其特征在于，所述平臺組件包括連接內框平臺的中框、及連接中框的外框； 及對內框平臺、中框及外框提供旋轉動力的舵機。3.根據權利要求2所述的一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具，其特征在于，所述內框平臺的任意相對兩端連接所述中框，并所述內框平臺可繞兩個內框平臺連接端的軸向方向上轉動； 所述中框非連接內框平臺的兩側連接所述外框，所述中框繞兩個中框連接端的軸向方向轉動； 所述外框整體為“U”型，底部連接基座，在外框底部上延伸出兩個連接中框的轉臺外框固定端。4.根據權利要求3所述的一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具，其特征在于，所述慣組模塊設置在轉臺內框平臺相反于置物平臺的一側面。5.根據權利要求2所述的一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具，其特征在于，所述慣組模塊包括三個MEMS陀螺儀、三個MEMS加速度計、三個MEMS磁強計及主控芯片;三個所述MEMS陀螺儀的敏感軸相互正交，三個所述MEMS加速度計的敏感軸相互正交，三個所述MEMS磁強計的敏感軸相互正交，其中三個MEMS陀螺儀、三個MEMS加速度計、三個MEMS磁強計所構成的三圍坐標系為同一坐標系； 所述主控芯片通過驅動電路連接所述舵機。6.根據權利要求1所述的一種基于穩定平臺的多功能家庭實驗平臺益智玩具，其特征在于，所述平臺組件還包括交互組件，所述交互組件包括交互屏幕及可編程控制器。
【文檔編號】A63H33/26GK106075935SQ201610555005
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】李孟委, 張加書
【申請人】中北大學