一种智能积木装置和系统的制作方法

1.本发明涉及一种智能积木装置和系统。


背景技术：

2.多数乐高类拼接积木颗粒都有两个基本组成部分，即上部的突点和内部的孔。积木颗粒的突点比孔和侧壁之间的空间稍大。当把积木颗粒挤压在一起时，突点向外推侧壁并向里推孔。积木颗粒的材料有弹性并能保持原形，所以侧壁和孔将挤住突点，同时摩擦力也发挥了作用，它防止拼接的两块积木颗粒滑开。突点与孔的接合系统使用干涉配合原理，也即是不使用其他扣件的两个部件之间基于摩擦力的紧密连接。可以使用三块2x2的板做成一块2x2的砖或使用三块2x4的板做成一块2x4的砖。或者，可以同时用2x2的砖和板做成2x4的砖。基本乐高类积木颗粒组件采用的原料颜色有蓝色、黑色、深灰色、绿色、浅灰色、红色、黄色和白色。
3.现有的乐高类拼接积木和儿童之间缺少互动性，对于3
‑
6岁的低年龄且智力处于发育阶段的儿童，对建筑和结构的拼装具有认知能力方面的难度和障碍，例如用多种颜色的积木颗粒拼出一个长方形、三角形、五角星等，需要家长陪同并指导才能起到益智的训练。因此有必要提出一种智能积木方案，可以用语音或闪光等感官信号指导低龄儿童选择特定的积木颗粒，并且安装到指定的位置上，例如要求儿童用2种不同的颜色（红色和蓝色）的正方形积木颗粒，在积木桌底板上拼接成一个红蓝双色的长方形，当积木颗粒拼装开始的时候，智能积木装置发出语音提示儿童在收纳盒子中，找出红色的正方形颗粒，同时积木桌底板的对应安装区域内的突点发出闪烁的光亮，引导儿童安装红色的颗粒，然后再提示孩子找到蓝色的正方形颗粒，安装到积木桌底板上闪烁的下一个发光区域。
4.综上所述，针对现有乐高类积木和儿童之间缺少互动性的不足，为了实现上述互动性的智能积木装置，需要具备对积木颗粒的类型的识别能力、以积木桌底板为参照系的空间位置的定位能力，以及积木颗粒之间空间连接关系的检测能力，因此而提出一种智能积木装置和系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种智能积木装置和系统，针对现有乐高类积木与儿童之间缺少互动性的不足，在积木颗粒状中增加控制模块和耦合模块，其中耦合模块分别安装到到积木颗粒的突点和孔的对应位置，在拼接的积木颗粒之间组成耦合通讯单元，用于在积木颗粒之间逐层传输识别编码，以实现一种智能积木装置和系统。
6.一种智能积木装置，积木颗粒包括上部的突点和内部的孔，并且积木颗粒的突点比孔和侧壁之间的空间稍大，其特征在于，前述的积木颗粒还包括颗粒控制模块、耦合模块，并且颗粒控制模块连接到耦合模块，其中所述的耦合模块安装到前述的上部的突点和内部的孔的位置；相邻积木颗粒之间拼接的一组突点和孔，分别在其位置上安装的耦合模块组成一组耦合通信单元，通过耦合物理场在拼接的积木颗粒之间通讯；所述的积木颗粒
具有颗粒识别编码、其所包括的突点和孔也具有与其在该积木颗粒上的几何位置相关的位置识别编码；所述的颗粒控制模块控制耦合通信单元进行通讯，在积木颗粒之间逐层传输所述的识别编码；通过所述的识别编码的传输所构成的路径，可以得到积木颗粒之间的空间几何结构的连接关系，再与已知的积木颗粒的几何结构数据相融合，可以得到积木颗粒在空间的位置和姿态。
7.本发明的进一步的技术方案是，还包括射频标签模块，其连接到所述的颗粒控制模块。
8.本发明的进一步的技术方案是，还包括取电天线模块，其输出电能到颗粒控制模块和耦合模块。
9.本发明的进一步的技术方案是，还包括积木桌底板，其包括底板突点、耦合模块和底板控制模块，其中耦合模块安装在突点位置，底板控制模块连接到耦合模块，该耦合模块与拼接到积木桌底板上的积木颗粒的孔的位置上的耦合模块组成耦合通信单元。
10.本发明的进一步的技术方案是，还包括射频读写模块，连接到所述的底板控制模块，与所述的射频标签模块进行通讯。
11.本发明的进一步的技术方案是，还包括电能输出天线模块，隔空传输电能到所述的取电天线模块。
12.本发明的进一步的技术方案是，还包括语音模块，连接到所述的底板控制模块。
13.本发明的进一步的技术方案是，还包括按键模块，连接到所述的底板控制模块。
14.本发明的进一步的技术方案是，还包括无线通讯模块，一侧连接到所述的底板控制模块，另外一侧连接到互联网或者智能手机类设备。
15.本发明的进一步的技术方案是，包括前述的一种智能积木装置、服务器和智能手机类终端设备，其中服务器分别连接到智能积木装置和智能手机类终端设备。
16.有益效果本发明的目的在于提供一种智能积木装置和系统，针对现有乐高类积木与儿童之间缺少互动性的不足，在积木颗粒状中增加控制模块和耦合模块，其中耦合模块分别安装到到积木颗粒的突点和孔的对应位置，在拼接的积木颗粒之间组成耦合通讯单元，用于在积木颗粒之间逐层传输识别编码，通过识别编码的传输所构成的路径，可以得到积木颗粒之间的空间几何结构的连接关系，再与已知的积木颗粒的几何结构数据相融合，可以得到积木颗粒在空间的位置和姿态，以实现一种积木装置和系统，获得了积木和儿童之间互动性提高的有益效果。
附图说明
17.图1是单个积木颗粒外观示意图；图2是单个积木颗粒剖面示意图；图3是积木颗粒拼接示意图；图4是积木颗粒拼接剖面示意图；图5是积木桌底板和积木颗粒示意图；图6是积木桌底板和积木颗粒剖面示意图；图7是系统实施例示意图；
附图标记：积木颗粒
‑
10；突点
‑
101；孔
‑
102；耦合模块
‑
103；颗粒控制模块
‑
104；射频标签模块
‑
105；取电天线模块
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106；积木桌底板
‑
20；底板突点
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201；底板控制模块
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202；电能输出天线模块
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203；射频读写模块
‑
204；服务器
‑
30；智能手机类终端设备
‑
40；原理本发明所提供的智能积木装置，以具有两突点和孔的积木颗粒为例，如图1所示，为具有2个突点和2个孔的积木颗粒，其剖面如图2所示，耦合模块
‑
103安装在突点
‑
101和孔
‑
102对应位置，例如在突点
‑
101的位置安装耦合模块
‑
103用以接收来自上层颗粒的孔
‑
102的耦合信号，在孔
‑
402的位置安装耦合模块
‑
103用以发射耦合信号到下层颗粒的突点
‑
101，耦合模块
‑
103连接到颗粒控制模块
‑
104，而颗粒控制模块
‑
104控制耦合模块
‑
103发射和接收耦合物理场信号。
18.如图4所示，相邻层次拼接的积木颗粒之间拼接的一组突点（下层颗粒的突点）和孔（上层颗粒的孔），分别在其位置上安装的耦合模块
‑
103组成一组耦合通信单元（例如上层积木颗粒的突点耦合模块
‑
103和下层积木颗粒的孔耦合模块
‑
103为一组耦合通讯单元），通过耦合物理场在拼接的积木颗粒之间通讯。
19.积木颗粒具有颗粒识别编码、其所包括的若干突点和孔也具有以该积木颗粒为参照系，并且与几何位置相关的位置识别编码，颗粒控制模块
‑
104控制耦合通信单元进行通讯，在积木颗粒之间逐层（例如如图3和图4所示的右下部的颗粒为第1层，左上方的为第2层）传输所述的识别编码；通过所述的识别编码数据和已知的积木颗粒的几何结构数据（长宽高、突点和孔的位置坐标）结合，即可分析出积木颗粒在空间的位置和姿态，以及积木颗粒之间的空间几何结构的连接关系。
20.耦合模
‑
103包括光耦合、磁耦合、声耦合、振动耦合等物理场近场耦合技术，尤其光耦合不但可以在积木颗粒之间传输信息，还可以作为引导儿童的光学感官信号。
21.可以理解的是，耦合模块
‑
103包括耦合发射模块和耦合接收模块，其中如果安装耦合发射模块
‑
在上层的孔
‑
402内，而耦合接收模块安装在下层的突点
‑
401内的话，那么可以实现从积木颗粒的高层向低层的单向通讯，如果想实现双向通讯，可以采用颗粒的上部的突点
‑
401和下部的孔
‑
402均按照耦合发射模块和耦合接收模块的技术措施。
22.综上所述，本发明所提供的智能积木装置，在积木的突点和孔的对应位置安装耦
合模块，在积木颗粒控制模块的控制下，通过感应物理场在拼接的积木颗粒之间传输积木颗粒识别编码，及其突点和孔的识别编码，通过识别编码数据和已知的积木颗粒的几何结构数据分析出积木颗粒在空间的位置和姿态，以及积木颗粒之间的空间几何结构的连接关系。
具体实施方式
23.具体地，如图5和图6所示，本发明对一种智能积木装置提出第一实施例，包括若干积木颗粒
‑
10、积木桌底板
‑
20，其中积木颗粒
‑
10又包括耦合模块
‑
103、颗粒控制模块
‑
104、射频标签模块
‑
105、取电天线模块
‑
106；积木桌底板
‑
20又包括底板突点
‑
201、底板控制模块
‑
202、电能输出天线模块
‑
203、射频读写模块
‑
204，即可实现本发明实施，即是一种智能积木装置的技术方案。
24.可以理解的是，假设积木桌底板为第0层，随积木颗粒竖直向上的堆叠层次，依次向上为第1、2
…
、n层，其中第n层的第m号积木颗粒的识别编码为k
n，m
，其颗粒的孔的识别编码为i，该孔表示为k
n，m i
，其颗粒突点的识别编码为j，该突点表示为k
n，m j
，其中i，j的取值范围为（1，2，3
…
），则第n层的第m号积木颗粒k
n，m
的第i号孔向与其拼接的下层（n
‑
1层）颗粒k
n
‑
1，m
的第j号突点，传输包含（k
n，m i
）的信息，k
n
‑
1，m
颗粒的第i号孔向下层（n
‑
2层）颗粒k
n
‑
2，m
的第j号突点，传输包含（k
n，m i
，k
n
‑
1，mj
，k
n
‑
1，m i
)的信息，依次类推，形同（k
n，m i
，k
n
‑
1，mj
，k
n
‑
1，m i
，k
n
‑
2，mj
，k
n
‑
2，m i
，
……
）以表达识别码传输路径，逐层把识别编码传输到底板突点
‑
201和底板控制模块
‑
202，通过识别编码的传输所构成的路径，可以得到积木颗粒之间的空间几何结构的连接关系，再与已知的积木颗粒的几何结构数据（长宽高、突点和孔的位置坐标）相融合，可以得到积木颗粒在空间的位置和姿态。
25.可以理解的是，射频标签模块
‑
105和射频读写模块
‑
204采用13.56mhz的高频近场通讯技术，除了实现通讯功能以外，也可以传输电能，例如射频标签模块
‑
105可以提供3.3v@5ma的负载驱动能力，用以给耦合模块
‑
103、颗粒控制模块
‑
104提供电能。
26.可以理解的是，若干积木颗粒
‑
10拼接成一定的模型，包含空间连接的信息逐层被传输到积木桌底板
‑
20，根据分析可以获得相对于积木桌底板
‑
20坐标系的积木颗粒模型的空间连接和结构信息。
27.可以理解的是，本实施例中耦合模块
‑
103采用光耦合元器件，例如耦合发射模块采用发光二极管，耦合接收模块采用光敏电阻或者光敏二极管。
28.可以理解的是积木桌底板
‑
20还包括无线通讯模块，例如蓝牙、wifi模块，其中蓝牙模块可以连接到智能手机，而wifi模块可以连接到互联网或者局域网，均可用于遥控本发明提供的智能积木装置和系统的动作和或者获取其状态。
29.可以理解的是，积木桌底板
‑
20还包括语音模块，其中语音模块用以发出指导孩子操作的语音和积木颗粒
‑
10拼接时候的音效，以及对积木颗粒
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10的描述语音，例如积木颗粒
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10的颜色、形状等。
30.可以理解的是，积木桌底板
‑
20还包括按键模块，用以控制电源、前述无线通讯模块的配网操作和前述语音模块的音量调节。
31.如图7所示，本发明对一种智能积木系统提出第二实施例，包括前述第一实施例中的积木装置、智能手机类终端设备
‑
40和服务器
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30，其中服务器
‑
30分别连接到前两者，在
智能手机类终端设备
‑
40上可以选择积木的场景方案，然后用语音和光学感官信号，指导孩子在积木桌底板
‑
20上一步步的堆叠实现，同时积木颗粒的拼接信息和外观参数数据在智能手机类终端设备
‑
40上可以展现为3d模型，因此本发明提供的一种智能积木装置和系统的交互性获得颠覆性的提高，即可实现本发明实施，即一种智能积木装置和系统的技术方案。
32.综上所述，本发明的目的在于提供一种智能积木装置和系统，针对现有乐高类积木与儿童之间缺少互动性的不足，在积木颗粒状中增加控制模块和耦合模块，其中耦合模块分别安装到积木颗粒的突点和孔的对应位置，在拼接的积木颗粒之间组成耦合通讯单元，用于在积木颗粒之间逐层传输识别编码，以实现一种智能积木装置和系统，获得了积木和儿童之间互动性提高的有益效果。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。