一种积木装置和系统的制作方法

1.本发明涉及一种积木装置和系统。


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，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颗粒控制模块和接触模块，其中接触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接触通讯单元，用于在积木颗粒之间逐层传输识别编码，以实现一种积木装置和系统。
6.一种积木装置，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接触模块和颗粒控制模块，并且颗粒控制模块连接到接触模块，其中所述的接触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接触模块组成一组接触通信单元，通过接触面的导电性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用以控制接触通信单元进行通讯，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，还包括积木桌底板，其包括底板突点、接触模块和底板控制模块，其中接触模块安装在底板突点位置，底板控制模块连接到接触模块，该接触模块与拼接到积木桌底板上的积木颗粒的孔的位置上的接触模块组成接触通信单元。
8.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。
9.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。
10.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。
11.本发明的进一步的技术方案是，还包括发光模块，位于所述积木颗粒突点和底板突点的对应位置，并且分别连接到颗粒控制模块和底板控制模块。
12.本发明的进一步的技术方案是，所述的接触模块，又包括孔接触模块和突点接触模块，并且包括导电材料构成的电极，所述的电极包括信号电极和电源电极，沿着积木颗粒突点的插入的方向，信号电极的安装位置在前，电源电极的安装位置在后，其中电源正电极的安装位置在最后。
13.本发明的进一步的技术方案是，包括前述的一种积木装置、服务器和智能手机类终端设备，其中服务器分别连接到积木装置和智能手机类终端设备。
14.有益效果本发明的目的在于提供一种积木装置和系统，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颗粒控制模块和接触模块，其中接触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接触通讯单元，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
15.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pcba堆叠示意图；图4是积木颗粒拼接示意图；图5是积木颗粒拼接剖面示意图；图6是积木桌底板和积木颗粒示意图；图7是积木桌底板和积木颗粒剖面示意图；图8是系统实施例示意图；附图标记：
积木颗粒
‑
10；突点
‑
101；孔
‑
102；接触模块
‑
103；突点接触模块
‑
1031；孔接触模块
‑
1032；颗粒控制模块
‑
104；颗粒突点发光模块
‑
105；pcba
‑
106；积木桌底板
‑
20；底板突点
‑
201；底板控制模块
‑
202；底板突点发光模块
‑
203；服务器
‑
30；智能手机类终端设备
‑
40；原理本发明所提供的积木装置，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，接触模块
‑
103为导电材料制作而成，包括突点接触模块
‑
1031和孔接触模块
‑
1032，并且分别安装在突点
‑
101和孔
‑
102对应位置，例如在突点
‑
101的位置安装突点接触模块
‑
1031用以接收来自上层颗粒的孔
‑
102的电信号，在孔
‑
402的位置安装孔接触模块
‑
1032用以发射电信号到下层颗粒的突点
‑
101，接触模块
‑
103连接到颗粒控制模块
‑
104，而颗粒控制模块
‑
104用以控制接触模块
‑
103发射和接收电信号。
16.如图4和图5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接触模块
‑
103组成一组接触通信单元（例如上层积木颗粒的孔接触模块
‑
1032和下层积木颗粒的突点接触模块
‑
1031为一组接触通讯单元），通过接触面的导电性在拼接的积木颗粒之间通讯。
17.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控制接触通信单元进行通讯，在积木颗粒之间逐层（例如如图4和图5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。
18.接触模块
‑
103包括孔接触模块
‑
1032和突点接触模块
‑
1031，为导电材料构成的一对组合，突点接触模块
‑
1031的外璧与孔接触模块
‑
1032的内壁相互接触，通过接触面的导电性在拼接的积木颗粒之间通讯。
19.可以理解的是，接触模块
‑
103包括多组导电电极，用以在积木颗粒之间传送电力能量和电信号，例如如图3所示，电极自上而下、沿着积木颗粒突点的插入的方向，依次为数据电极、电源负极和电源正极，如此电极排列顺序可以避免积木颗粒在拼接过程中发生电
源短路损坏。
20.综上所述，本发明所提供的积木装置，在积木的突点和孔的对应位置安装接触模块，在积木颗粒控制模块的控制下，通过接触面的导电性，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。
具体实施方式
21.具体地，如图6和图7所示，本发明对一种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
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10又包括接触模块
‑
103、颗粒控制模块
‑
104，而接触模块
‑
103又包括孔接触模块
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1032和突点接触模块
‑
1031；积木桌底板
‑
20又包括底板突点
‑
201、底板控制模块
‑
202，即可实现本发明实施，即是一种积木装置的技术方案。
22.如图3所示，安装在突点位置的突点接触模块
‑
1031为三组且具有8个金属突点的环状结构的电极，分别焊接到pcba
‑
106，再连接到颗粒控制模块
‑
104，而孔接触模块
‑
1032为三组且为环状的金属电极，也分别焊接到pcba
‑
106，再连接到颗粒控制模块
‑
104，其中突点接触模块
‑
1031的三组电极，其电极自上而下可以为数据电极（data）、电源负极（gnd）和电源正极（vcc）；孔接触模块
‑
1032的三组电极，与突点接触模块
‑
1031的三组电极对应，其电极自上而下可以为数据电极（data）、电源负极（gnd）和电源正极（vcc）。三组电极可以采用i2c总线（data 、gnd 、vcc）连接到颗粒控制模块
‑
104，实现上下层积木颗粒之间的双向通讯。
23.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。
24.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，根据分析可以获得该模型相对于积木桌底板
‑
20坐标系的积木颗粒模型的空间连接和结构信息。
25.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积木装置和系统的动作和或者获取其状态。
26.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
‑
10的描述语音，例如积木颗粒
‑
10的颜色、形状等。
27.可以理解的是，积木桌底板
‑
20还包括按键模块，用以控制电源开关机、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等。
28.如图8所示，本发明对一种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
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20上一步步地堆叠实现，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，即一种积木装置和系统的技术方案。
29.综上所述，本发明的目的在于提供一种积木装置和系统，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颗粒控制模块和接触模块，其中接触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接触通讯单元，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。
30.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。