CN101896239A - 玩具构建系统 - Google Patents

Abstract

玩具构建系统包括多个构建元件，其包含用于执行相应功能的一个或多个功能构建元件，并且包含与一个或多个其它构建元件通信的控制连接机构；数据处理系统，为生成用于控制一个或多个功能元件的一条或多条逻辑命令提供编程环境；和接口构建元件，包含第一连接机构，用于提供与所述数据处理系统的数据流连接和从所述数据处理系统接收所述逻辑命令；处理单元，适用于将所述逻辑命令转换成控制所述至少一个功能构建元件的功能的控制信号；和第二连接机构，用于经由所述功能构建元件的所述控制连接机构提供与所述至少一个功能构建元件的控制连接，并输出控制信号。

Description

玩具构建系统

技术领域

本发明涉及一种包含构建元件以及可释放地(releasably)互连构建元件的耦合机构(coupling means)的玩具构建系统。

背景技术

人们知道这样的玩具构建系统已经几十年了。具有特定外观或机械或电子功能以提高游戏价值的专用构建元件已经成为简单组装块(building block)的补充。这样的功能包括，例如，电机、开关和灯泡，但也可以包括接受来自传感器的输入和可以响应接收的传感器输入激活功能元件的可编程处理器。

已存在自含式功能构建元件，其具有：适合执行预配置功能的功能器件、将能量提供给执行功能的功能器件的能源、和响应外部触发事件而触发功能器件来执行功能的触发器。通常，这样的已知功能构建元件被设计成人工激活触发器，并且只提供有限游戏价值。

已存在包含多个构建元件的玩具构建系统，多个构建元件包括：每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件、和每一个控制一个或多个功能构建元件的一个或多个控制构建元件，每个构建元件包括经由其它构建元件的相应连接器将构建元件与另一个构建元件电连接的至少一个连接器，该连接器包括至少一个控制信号触件。

为了提供有趣的游戏经验，一般希望提供这样一种允许用户构建在外观以及功能上不同的多种模型的玩具构建系统。

例如，从来自“乐高智力风暴(LEGO MINDSTORMS)”的产品“机器人发明系统(ROBOTICS INVENTION SYSTEM)”中可以了解到可编程玩具，这是一种可以通过计算机编程来完成无条件以及有条件动作的玩具。

但是，上述现有技术的玩具存在的问题是需要复杂的构建元件以及存储和执行程序的中央处理单元，从而使该系统相对昂贵。

US 6,773,322公开了一种包括不同输入和输出单元的模块化玩具构建系统。这些单元与收发器/控制器模块连接，该收发器/控制器又与可以控制模块化单元的计算机通信。

但是，上述现有技术的系统需要相对复杂的配置和编程过程，并且，程序的生成需要相对高的对计算机的熟悉程度以及相应高水平的抽象认知能力，以便编程所希望行为，从而使这样的玩具局限于供年长的孩子和/或熟悉计算机的孩子玩。

于是，希望提供一种包括可以以多种不同方式并以孩子容易理解的方式配置和控制的功能元件的玩具构建系统。

进一步希望提供一种带有适合用在系统中，并将提高系统的游戏价值的新构建元件的玩具构建系统。

进一步希望提供一种带有适合用在系统中，并且无需高制造成本地提供高游戏价值的构建元件的玩具构建系统。

发明内容

按照第一方面，本发明的实施例涉及一种玩具构建系统，包括：

多个构建元件，包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件，每个功能构建元件包括与所述玩具构建系统的一个或多个其它构建元件通信的控制连接机构；

数据处理系统，其中存储着计算机程序代码，所述计算机程序代码适用于当所述数据处理系统执行所述计算机程序代码时，使所述数据处理系统为生成控制一个或多个功能元件的一条或多条逻辑命令提供编程环境；

接口构建元件，包含：

·第一连接机构，用于提供与所述数据处理系统的数据流连接和从所述数据处理系统接收所述逻辑命令；

·处理单元，适用于将所述逻辑命令转换成控制所述至少一个功能构建元件的功能的控制信号；和

·第二连接机构，用于经由所述功能构建元件的所述控制连接机构提供与所述至少一个功能构建元件的控制连接，并输出控制信号；

其中，所述接口构建元件适用于至少检测与所述接口构建元件连接的所述功能构建元件的存在；并且，向所述数据处理系统发送至少指示所述相连的功能构建元件的存在的信息；和其中，所述计算机程序代码适用于使所述数据处理系统响应于与至少所述相连的功能构建元件的存在有关的接收信息提供适合的编程环境。

所述接口构建元件根据所述数据处理系统的请求，可以周期性地和/或以另一种适当方式发送信息。

因此，用户最初无需经历冗长乏味的建立和配置过程，马上就可以探索新建结构的多种可能性。由于接口组装元件自动检测所述相连的构建元件，所以所述编程环境可以适用于相连器件，例如，以便提供上下文关联帮助，响应所检测的构建元件等启用/禁用某些功能或显示。因此，甚至对计算机软件和硬件没有太大经验的用户也可以容易地学习如何从计算机控制所建结构。

进一步的优点是所述接口构建元件仅起接口元件的作用，而所有高级逻辑由所述数据处理系统执行，从而可以从不复杂的廉价部件中生产出所述接口构建元件。

当所述接口构建元件进一步检测和发送有关所述相连的构建元件的类型和/或工作状态的信息时，所述编程环境可以通过，例如，显示所述相连的构建元件的图形和/或图标表示以及它们各自的工作状态得到进一步采用。

所述第一连接机构可以包含第一连接器，用于将所述接口构建元件与所述数据处理系统电连接，并从所述数据处理系统接收所述逻辑命令，从而提供简单且可靠的连接。

当所述接口构建元件被进一步配置成经由所述第一连接器从所述数据处理系统接收电力时，在所述接口构建元件中不需要附加电源。

所述连接可以包括像通用串行总线(USB)连接、火线连接等那样，按照遍及电缆使用，例如，双向串行传输在计算机与外围之间进行通信的适当外围接口标准的连接。

在一些实施例中，所述编程环境包含可视化编程环境，从而提供了甚至对于没有经验的用户也容易使用的系统。

一般说来，可视化编程语言(VPL)是让用户用图形操纵程序单元而不是用文字指定它们来指定程序的编程语言。VPL允许通过可视化表达、图形符号的空间排列、和可选地，文本来编程。许多VPL基于像，例如，直接或通过线段、箭头等互连的图标或符号单元那样的活动显示对象。VPL的例子包括基于图标语言、基于表格语言、和图形语言。术语“可视化编程环境”意指提供可以由用户操纵的图形或图标单元，以便定义计算机程序或计算机可执行指令的其它形式的编程环境。这些单元的操纵通常是交互式的，并且，通常遵循用于程序构建的预定空间文法。

在一些实施例中，所述控制连接机构包含至少一个连接器，用于经由所述其它构建元件的相应连接器将所述功能构建元件与所述玩具构建系统的另一个构建元件电连接。所述连接器可以包括至少一个控制信号触件/端子/端口。

在一些实施例中，所述功能构建元件是可控功能元件，并包括接收控制信号的输入连接器并适用于响应接收控制信号来执行功能；以及输出连接器，适用于转发接收控制信号。因此，多个功能构建元件可以由所述数据处理系统经由单个接口构建元件，或简单地通过将一个功能构建元件与另一个功能构建元件连接来控制，以便获得一列或一串互连功能构建元件。因此，无需附加连线或编程/配置地将从所述接口构建元件馈入所述一列功能构建元件的第一个中的控制信号转发给所有功能构建元件。

因此，所述功能构建元件可以包括适用于执行预配置功能的功能器件，该功能可以从包括，例如，机械和/或电子功能的多种可能功能中选择。

按照第二方面，本文公开的是用于玩具构建系统的接口构建元件，所述玩具构建系统包含多个构建元件，所述多个构建元件包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件，每个功能构建元件包括至少一个连接器，用于经由所述其它构建元件的相应连接器将所述功能构建元件与所述玩具构建系统的另一个构建元件电连接；所述接口构建元件包含：

·第一连接器，用于将所述接口构建元件与数据处理系统电连接，并从所述数据处理系统接收控制所述玩具构建系统的一个或多个功能构建元件的逻辑命令；

·处理单元，适用于将所述逻辑命令转换成控制所述至少一个功能构建元件的功能的控制信号；和

·第二连接器，用于将所述接口构建元件与所述至少一个功能构建元件的所述至少一个连接器之一电连接，并输出控制信号；

其中，所述第一连接器进一步适用于从所述数据处理系统接收驱动所述功能构建元件的功能的电力；其中所述第二连接器进一步适用于输出接收的电力；和其中所述接口构建元件包含控制所述接口构建元件输出的电力的电力控制电路。

因此，在各种构建元件中无需像电池那样的独立电源，因为它们都由所述数据处理系统经由所述接口构建元件供电。这样就降低了元件的生产成本，同时提高了游戏价值和降低了拥有成本，因为用户不需要购买和更换大量电池。

电力控制电路的提供使用户可以在不会使所述数据处理系统提供的电源过载的情况下将多种和数量可变的功能和其它类型的构建元件与所述接口构建元件连接的开放型玩具构建系统成为可能。

按照第三个方面，本文公开的是一种玩具构建系统，包括：

·多个构建元件，包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件；

·每一个生成输出信号的一个或多个输出构建元件；和

·每一个控制所述一个或多个功能构建元件的一个或多个控制构建元件，

每个构建元件包括至少一个连接器，用于经由所述其它构建元件的相应连接器将所述构建元件与所述玩具构建系统的另一个构建元件电连接；

其中，每个功能构建元件包括接收控制信号的输入连接器并适用于响应接收控制信号来执行功能；其中每个输出构建元件包括输出输出信号的输出连接器；和其中每个控制构建元件包括可配置连接器，适用于有选择地输出控制至少一个功能构建元件的控制信号和从所述至少一个输出构建元件接收输出信号。因此，所述控制构建元件的所述连接器有选择地可起数据输入和输出连接器的作用，从而允许无需人工将所述连接器配置成输入端或输出端地将像传感器构建元件那样的功能构建元件和输出构建元件两者与同一连接器连接。因此，极大地降低了构建游戏结构时错误连线的风险，这尤其对所建结构不是直接起所预期的作用时容易受挫的孩子有极大好处。而且，可配置连接器使相同物理设计用于所有连接器，因此，使成本更划算的生产成为可能。

所述控制构建元件可以是如本文所述的接口构建元件，或控制一个或多个功能元件的独立，例如，自含式或自主式控制构建元件。

在一些实施例中，构建元件的至少一个输出连接器包括适用于提供输出电力以便将电力供应给一个或多个构建元件的电力触件；和其中，每个构建元件的输入连接器包括适用于接收电力，和可选地，将接收电力馈送给功能构建元件的电力触件。因此，经由所述接口构建元件从如本文所述的数据处理系统接收的电力可以供应给多个其它构建元件。

可替代地，或另外，可以只为提供电力而配备电源构建元件，或所述电源构建元件可以经由其输出连接器供应电力和控制信号两者。因此，电源构建元件可以进一步起控制构建元件的作用。

将构建元件与其它构建元件电连接的连接器可以是插件或插座的形式，或者是终止或连接各条电线或电缆的导线和提供使导线延伸到配对连接器的手段的任何其它适当器件。为此，所述连接器可以包括以预定方式，即，预定数量、间隔、排列等排列在连接器主体中的大量触件。每个触件可以配备成任何适当导电元件，所述任何适当导电元件被配置成当为了输送电能和/或控制信号的目的使连接器配对时，提供与另一个连接器中的相应触件的电接触。

当每个功能构建元件包括包含所述功能构建元件的输入和输出连接器的可堆叠连接器元件时，提供使多个不同功能、输出、传感器和/或控制构建元件容易连接的统一连接机构。尤其，统一可堆叠连接器元件提供了与功能或控制构建元件等的形状和尺寸无关的统一连接机构。

尤其，在一个实施例中，包括可堆叠连接器的每个构建元件包括包含电路的构建元件主体；和可堆叠连接器元件经由延长电缆，例如，软电缆与电路电连接。因此，所述构建元件主体可以处在偏离所述可堆叠连接器元件通常与源自电源构建元件和/或接口构建元件和/或控制构建元件的一堆可堆叠连接器元件连接的连接点的位置上。因此，可以在构建玩具模型时取得较大灵活性。而且，当通过软延长电缆将可堆叠连接器元件与所述功能或控制构建元件的构建元件主体连接时，可以在构建元件主体的形状和尺寸以及它在玩具构建模型内的位置方面取得较大灵活性。尤其，构建元件主体的形状、尺寸和位置不受为了与另一个连接器连接，连接器必须可接近的要求限制。

当所述可堆叠连接器适用于从所述可堆叠连接器的输入连接器接收电力，并将接收的电力馈送到所述可堆叠连接器元件的输出连接器时，不需要附加连线将独立电力分配给需要比通过控制信号所提供的电力更大的电力的那些功能构建元件。

在一些实施例中，每个功能构建元件的所述可堆叠连接器元件适用于从所述可堆叠连接器元件的输入连接器接收控制信号，并将接收的控制信号馈送到所述功能构建元件和所述可堆叠连接器元件的输出连接器，以便提供从所述输入连接器到所述输出连接器的直接控制信号路径。因此，可以通过将连接器元件堆叠在另一个的顶部或以任何其它适当取向，例如，一个挨着一个，以统一方式容易地建立一串功能构建元件。因此，像接口构建元件那样的控制构建元件可以影响从不间断序列/叠堆中的所述控制构建元件的输出连接器分出的所有功能构建元件。

在一些实施例中，玩具构建系统的多个构建元件进一步包含一个或多个传感器构建元件，每一个都包含响应物理事件的一个或多个输入接口和/或传感器；和每一个都包含与所述玩具构建系统的一个或多个其它构建元件通信和输出指示所检测物理事件的输出信号的输出连接机构。所述输入接口和/或传感器可以包含适合检测来自用户或另一个器件的输入，感测环境的特性等的任何适当电路、器件或排列。

这种激活接口/传感器的例子包括按钮、滑片、或其它机械开关、震动传感器、倾斜传感器、触摸传感器、冲击传感器、光传感器、接近检测器、温度计、麦克风、压力传感器、气动传感器、总线桥接器、感应输入端，例如，通过标签激活的输入端、无线电接收器、照相机、遥控系统(例如，红外遥控器等)的接收器、或它们的组合。因此，提供了启动用户定义功能的简单和模块化机构，从而提供了多种有趣的游戏场景。

在一些实施例中，所述玩具构建系统进一步包括扩充元件，所述扩充元件包含可堆叠连接器元件、进一步输出连接器、和像延长电缆/电线那样的电扩充元件。所述可堆叠连接器元件包括输入连接器和输出连接器，和所述扩充元件的所述可堆叠连接器元件适用于从所述可堆叠连接器元件的所述输入连接器接收控制信号，并经由所述电扩充元件将接收的控制信号馈送到所述进一步输出连接器和馈送到所述可堆叠连接器元件的所述输出连接器。因此，所述扩充元件可以用作延长电缆和/或用于分出并行堆/列的功能和/或控制构建元件。

当本文所述的功能、输出、传感器、控制、和/或接口构建元件含有可释放地将所述构建元件与另一个构建元件互连的耦合机构时，它们与所述玩具构建系统兼容，并且可以与其它构建元件一起使用。本发明一般可应用于构建元件含有可释放地互连构建元件的耦合机构的玩具构建系统。而且，当本文所述的构建元件的连接器被配置成使得输入连接器只可与输出连接器连接和输出连接器只可与输入连接器连接时，提供保证连接器的正确连线/连接以避免故障、短路等的机械编码。例如，这样的机械编码可以通过连接器的形式、连接器中的触件排列、触件的形式、提供附加耦合机构等来提供。

应该注意到，所述玩具组装体可以包含像没有任何电连接器的无源构建元件那样，和像在技术上已知的传统组装块那样，没有执行或控制动作/功能的能力的进一步类型的构建元件。

本发明的不同方面可以以不同方式实现，包括上面所述的玩具组装体以及以如下的和进一步的生产手段，每一种都会得到结合上面所述的至少一个方面所述的一种或多种利益和好处，和每一种都拥有与结合上面所述的至少一个方面所述和/或公开在从属权利要求中的与优选实施例相对应的一个或多个优选实施例。而且，应该懂得，结合本文所述的一个方面所述的实施例可以同等地应用于其它方面。

尤其，提供了为编程如本文所述的玩具构建系统提供编程环境的方法。而且，提供了包含程序代码手段的计算机程序产品，所述程序代码手段适用于当在数据处理系统上被执行时，使所述数据处理系统为编程如本文所述的玩具构建系统提供编程环境。

所述计算机程序产品可以作为像CD-ROM(只读光盘存储器)、DVD(数字多功能盘)、光盘、存储卡、闪速存储器、磁存储器件、软盘、硬盘等那样的计算机可读媒体提供。在其它实施例中，计算机程序产品可以作为，例如，万维网服务器上的可下载软件包在互联网或其它计算机或通信网络上下载。

所述数据处理系统可以包括像PC、便携式或手持计算机、PDA(个人数字助理)、智能电话等那样的任何适当计算机或其它处理设备。

在这里和在下文中，术语“处理机构”和“处理单元”旨在包含适用于执行本文所述的功能的任何电路和/或器件。尤其，上面的术语包含通用或专用可编程微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用电路等，或它们的组合。

因此，提供了带有可按照预定连接结构通过相应一组连接器互连的功能和控制构建元件的组装体。所述组装体允许用户以统一方式和利用有限的一组不同构建元件构建多种功能和功能关系。而且，按照一些实施例，用户可以以容易的方式从数据处理系统控制所建结构。本文所述的玩具构建体已经证明在教育方面非常有用，例如，当实现从计算机编程和控制从玩具构建元件中构建的简单结构的学习场景时。

附图说明

图1示出现有技术的玩具组装砖(brick)。

图2示意性地示出了功能玩具构建砖的例子。

图3示意性地示出了传感器构建元件的例子。

图4和5示出了传感器构建元件的例子。

图6示出了接口构建元件的例子。

图7示出了倾斜传感器和接近检测器与接口砖的各自连接器连接的示范性结构。

图8示出了玩具组装砖的进一步例子。

图9示出了由如本文所述的玩具构建系统构成的结构例子的示意性方块图。

图10示出了如本文所述的玩具构建系统的可视化编程环境的用户界面例子。

图11示出了智能构建元件的示意性方块图。

图12例示了与控制构建元件(例如，接口构建元件)连接的大量智能构建元件。

具体实施方式

本发明的实施例主要利用砖形式的玩具构建元件来描述。但是，本发明可以应用于用在玩具组装体中的其它形式构建元件。

图1示出了每一个带有在其顶面上的耦合桩和从底部延伸到砖中的空腔的玩具组装砖的例子。空腔含有中心管，另一块砖上的耦合桩可以像公开在US 3 005 282中的那样摩擦接合地容纳在空腔中。图1a-b示出了这种包括其顶侧和底侧的玩具组装砖的例子的透视图。图1c和1d示出了其它这种现有技术的组装砖。显示在其余图中的组装砖含有以协作桩和空腔形式的这种已知类型耦合机构。但是，也可以使用其它类型的耦合机构。

图2示意性地示出了功能构建元件的例子。

图2a示意性地示出了总称为200的功能构建元件，包括功能砖201形式的主要功能构建元件、和经由包括电线212和213的软电缆203与功能砖201连接的可堆叠连接器202。该功能砖含有在其顶面上的耦合桩205和在其底面中的相应空腔(未明确示出)。如下面更详细所述，功能砖201包括经由可堆叠连接器202的端子210和延长电缆203的电线213接收电力、和经由可堆叠连接器202的端子211和延长电缆203的电线213接收控制信号的功能器件204，电子功能器件204执行预配置功能，例如，机械或电子功能。在一个实施例中，控制信号每一个都可以分别具有二进制值0和1。

本文所述的功能构建元件可以执行的预配置机械功能的例子包括如下移动/运动：诸如，通过驱动旋转输出轴、绕紧能够拉动与功能砖较接近的物体的细绳或链条、快速或慢速移动功能砖的铰接部分(其能够例如打开或关上门)、弹出物体等。这种机械运动可以由如图2b所示的电机驱动。图2b示出了功能器件204的例子的连线图，功能器件204包括由经由电线212的接收电力驱动的电机230的。电机230由控制电路231响应经由电线213接收的控制信号C1、C2来控制。

应该懂得，电机可以由来自电线212的电力驱动，或如图2c所示，由控制信号C1、C2直接驱动。经由电线212的独立电源允许以这样的方式供应，即电压的极性是不变的和明确的。

图2c示意性地示出了包括受控制信号C1、C2控制和驱动的电机230的功能器件204的另一个例子的连线图。因此，在本例中，由于控制信号足以使电机工作，功能器件不接收经由电线212的独立电力。

本文所述的功能构建元件可以执行的预配置电子功能的例子包括：操作带有可接近端子的开关；生成可见光信号；射稳定或闪烁光；以预定序列激活几个灯泡；生成电信号；生成非可见光信号；发出像蜂鸣声、报警声、铃声、汽笛声、语音消息、音乐、合成声音、模仿和刺激游戏活动的自然或模仿声音那样的听得见声音；记录和回放声音；发出像超声波那样的听不见声音；发射要被另一个部件接收的射频信号或红外信号等；或上面功能的组合。

功能砖可以具有预配置功能，但这些功能也可以由用户编程，要不然由用户确定或受用户影响。

图2d示意性地示出了包括受控制信号C1、C2控制和驱动的LED(发光二极管)234的功能器件204的一个例子的连线图。因此，在本例中，由于控制信号足以使LED工作，功能器件不接收经由电线212的独立电力。可替代地，LED可以由经由电线212和经由受控制信号C1和/或C2控制的开关接收的电力来驱动。

在图2e中，例示了功能器件204可以是开关271。开关271可以是常开或常闭开关，并且，它的端子272可以与顶面上的耦合桩连接或与空腔中用于与其它组装砖上的耦合桩接合的表面连接。该开关受如上所述经由电线213和经由逻辑电路231接收的控制信号控制。当开关271闭合时，将输电线212上的电压施加在端子272上。逻辑电路231进一步从输电线212接收电力。

图2f例示了功能构建元件可以是包括微处理器或其它处理器件/逻辑单元的智能构建元件，例如，提供像有关其工作状态的反馈那样的反馈的功能器件。尤其，图2f例示了包括受经由电线212a、b的接收电力驱动的电机230的功能器件204的例子的方块图。电机230由微处理器263响应经由称为213的C1和C2接收的控制信号经由控制电路/电机驱动器231来控制。该功能器件进一步包含编码器单元264或测量电机速度的其它器件。来自编码器264的信号返回到微处理器，微处理器可以将编码器信号翻译成指示电机速度的信号。微处理器，例如，周期性地或响应经由C1和C2接收的相应请求信号经由C1和C2输出确定的速度。因此，图2f的功能器件是包括速度计功能的电机砖的例子。

一般说来，功能器件可以以不同方式解释控制信号。在一个实施例中，控制信号C1和C2每一个都可以分别具有，例如，通过两个电压电平“高”和“低”或“开”和“关”表示的二进制值0和1。例如，在图2c的例子中，可以按照下表控制电机230：

控制信号值          电机控制

(C1、C2)＝(0，0)    电机关闭

(C1、C2)＝(1，0)    电机正向接通

(C1、C2)＝(0，1)    电机反向接通

(C1、C2)＝(1，1)    电机中断(break)

在功能器件包括可配置成播放两种不同声音的声音发生器的另一个例子中，功能器件可以适用于响应例如各控制信号C1和C2的上升沿(即，从0到1的转变)分别播放所选那种声音，例如，按照

C10→1    播放声音1

C20→1    播放声音2。

因此，一般说来，功能器件可以包括适用于执行一种或多种上述或可替代功能的任何适当机械和/或电子器件、排列或线路。功能器件的例子包括像灯泡或LED那样的光源、声音发生器、扬声器、声卡、或其它声源、电机、齿轮、铰接部分、转轴、信号发生器、阀门、气动控制器、形状记忆合金、压电晶体、电磁铁、线性致动器、收音机、显示器、微处理器等。

可堆叠连接器元件202包括公输入连接器206和母输出连接器207两者。连接器位于连接器元件的相对侧，以便使连接器元件可堆叠。尤其，在本例中，公输入连接器位于底侧，而母输出连接器位于可堆叠连接器元件的上侧。输入和输出连接器包括每个分别称为210、211和208、209的四个触件。接收电力的触件210与相应输出触件208连接，并经由电线212与功能器件204连接。一般说来，最好是机械编码输入和输出连接器206和207，以便触件总是与相应其它连接器的相应正确触件连接。

当玩具组装体的所有功能构建元件都包括以统一方式提供和转发控制和电力输入的相应可堆叠连接器元件时，在由本文所述的组装砖组装的玩具结构内可以容易地交换这样的功能砖。例如，可以用包括声源或扬声器的功能砖简单地取代包括灯泡的功能砖，而不必改变结构的任何其它部分，因为这两种功能砖以相同的方式激活。

还应该明白，每个构建元件可以使用其输入连接器中的一个或多个输入触件。例如，如本文所述，一些功能构建元件可能只使用控制信号，而其它功能构建元件可能使用电力和控制信号两者。还应该明白，连接器元件可以包括进一步的触点，例如，在包括微处理器的构建元件之间提供通信总线的信号线。

图3示意性地示出了传感器构建元件的例子。

图3a-c示出了总称为300的传感器构建元件的第一例子，包括传感器砖301形式的主要传感器构建元件主体、和经由软电缆303与传感器砖301连接的输出连接器302。传感器砖含有在其顶面上的耦合桩305、和在其底面中的相应空腔(未明确示出)。传感器砖301包括经由连接器302的端子310和延长电缆303的电线312a、b接收电力的传感器电路304。传感器电路304进一步包括用于接收像外部输入那样的传感器输入的传感器元件314。

一般说来，本文所述的传感器砖可以包括响应物理事件(例如，外部物理事件)的一个或多个传感器元件。这样物理事件的例子包含机械力、推动、拉动、旋转、人为操纵、触摸、物体的接近、电信号、射频信号、光信号、可见光信号、红外信号、磁信号、温度、湿度、辐射等，以及它们的组合。

图3b示出了经由输入连接器或控制构建元件361的可配置连接器362与控制构建元件361(例如，如本文所述的接口构建元件)连接的传感器砖301。

图3c示意性地示出了传感器构建元件的传感器电路304的更详细方块图。传感器元件314接收来自电线312a、b的电力，并与标为C1的电线313a连接，以提供输出信号。应该懂得，一些传感元件可能不需要与输电线312a、b连接。传感器电路进一步包含将地(线312b)与标为C2的输出线313b连接的ID电阻器。在一个实施例中，每种类型的传感器构建元件都具有各自的ID电阻值，从而允许控制构建元件361测量电阻器315的阻抗，和因此识别与之连接的传感器构建元件的类型。可替代地，可以使用另一种类型的识别电路。例如，传感器构建元件可以提供输出传感器的ID的第二传感器输出端。

因此，传感器砖301响应感测的物理事件，在C1上生成传感器信号，并且经由延长电缆303的电线313将传感器信号馈送到连接器元件302的触件311。连接器元件302与上述可堆叠连接器元件的相似之处在于，公连接器306具有与上述可堆叠连接器的公连接器相同的物理尺度，并且含有电力的输入触件310。但是，公连接器306的触件311是输出信号的输出触件，和连接器元件302不包括任何母输出连接器。

通过提供带有非可堆叠连接器的传感器构建元件，保证了经由ID电阻器对传感器元件的可靠识别。在一些实施例中，可以提供带有可堆叠连接器但不带有ID电阻器或利用更复杂识别方案的传感器元件。但是，已经证明，提供带有ID电阻器和非可堆叠连接器的传感器构建元件提供了提供高游戏价值的成本划算解决方案。

图3d例示了传感器构建元件可以是包括微处理器或其它处理器件/逻辑单元的智能构建元件。尤其，图3d例示了包括传感器元件314和微处理器363的传感器电路304的例子的方块图。微处理器363和可选地，传感器元件314经由电线212a、b接收电力。微处理器进一步与微处理器可以经由它们接收和/或发送信号的称为213的C1和C2连接。例如，微处理器可以接收配置信号和/或像ID数据、传感器结果等那样，经由C1和C2的数据的请求。于是，传感器可以，例如，根据相应请求的接收或按照另一种适当协议，经由C1和C2输出ID和/或传感器结果。

图4和5示出了传感器构建元件的例子。尤其，图4示出了包含传感器砖401、经由软电缆403与传感器砖401连接的传感器402、以及发光二极管和光传感器形式的感测元件414的接近检测器。因此，当LED照射与LED/光传感器对接近的表面时，光传感器检测表面反射的光。图5示出了包含传感器砖501、经由软电缆503与传感器砖501连接的连接器502、和安排在砖501内部和适用于沿着一根或两根预定轴检测砖501的倾斜的感测元件(未明确示出)的倾斜传感器。

图6示出了接口构建元件的例子。尤其。图6a示出了接口构建元件的透视图，图6b示出了接口构建元件的电力控制电路的方块图，和图6c示出了接口构建元件的端口配置电路的方块图。

总称为600的接口构建元件包括接口砖601形式的主接口构建元件主体、和经由软电缆623与接口砖601连接的USB连接器624。接口砖601含有在其顶面上的耦合桩和在其底面中的相应空腔(未明确示出)。

接口砖601包括有选择地起如本文所述的输入和输出连接器作用的两个可配置母连接器622。接口砖601包括处理单元628或将控制信号馈送和输出到连接器622的相应触件标为C1的636和标为C2的637的其它控制器件。控制砖的处理单元628进一步适用于经由USB连接器624的USB通信线625与数据处理系统(在图6中未示出)通信。

控制砖601进一步适用于经由USB连接器624的USB输电线626和627从数据处理系统接收电力。控制砖601将接收的电力馈送到连接器622的相应输出触件632和633，从而将电力提供给与接口构建元件的可配置连接器622连接的一个或多个构建元件。由接口构建元件600提供的输出电力可以是适合玩具构建体的低压电力，例如，在4.5V到9V之间的电力。

可配置连接器622类似于上述功能构建元件的母连接器207，并且每一个包括电力触件和接收和/或输出控制信号的控制触件。可配置连接器622被设计成与上述的功能构建元件和传感器构建元件两者的公连接器配对。

接口砖601包括两个可配置连接器622，每一个都提供电力和输出/接收控制信号。应该懂得，接口砖的其它实施例可以包括不同数量的连接器。馈送到可配置连接器或被可配置连接器接收的控制信号可以相同也可以不同。因此，接口构建元件601可以控制两个并行功能构建元件或数堆功能构建元件，或接口构建元件可以接收来自两个传感器构建元件的输入信号，或它可以经由一个连接器接收来自传感器构建元件的输入和经由另一个连接器输出控制一个或多个功能构建元件的控制信号。因此，在利用如本文所述的砖组装的玩具结构中，可以可交换地使用几个功能和/或传感器砖，并且可以将特定接口砖用在几种结构中接收来自传感器砖的输入和以统一方式控制功能砖。

图7示出了倾斜传感器(tilt sensor)501和接近检测器401与接口砖601的各自连接器连接的示范性结构。

再次参照图6，可经由连接器622使用的电源完全可以经由USB连线623、624由接口构建元件与之连接的计算机(例如，PC)驱动，从而避免了对电池的需要，这降低了系统的价格、尺寸和复杂性。

本文所述的玩具构建系统是开放型电子组装系统，因为用户可以构建构建元件的几乎无限构建组合。每种组合可以使用不同数量的电力。

为了适应这种构建自由度，接口构建元件601包含提供USB连线的电力管理的电力控制电路629。

USB规范在相连的USB器件可以从中获取电力的单条电线上提供5V电源。该规范规定在正负总线输电线之间不大于5.25V和不小于4.75V(5V±5％)。器件可以按两种电力模式从UBS连线中获取电力，并且可以将USB器件挂起：

·大电力模式(最大500mA)

·小电力模式(最大100mA)

·挂起模式(最大400μA)。

由于接口构建元件对玩具构建系统来说是开端式的，它控制获取多大电力，并且还保证没有电流通过USB连线传送回来。这可能发生在，例如，与接口构建元件连接的电机被外力带动起发电机作用的时候。

为了适应这种情况，经由处理单元628和USB通信接口625将电力控制电路629配置成所需的USB电力模式。在随后的操作中，电力控制电路629监视从USB电力连线626获取的电流I和接口构建元件的输出端上的电压V两者。测量电流I作为电阻器630两端的电压降。如果电流I超过所选电力模式规定的电流，则电力控制电路控制电流生成电路631或调节电流I的另一种电路，以便限制在接口构建元件的输出端632、633上获取的电流。

如果电压V超过规定极限(例如，当相连的电机起发电机作用时)，电力控制电路完全阻止经由输出连接器632、633输出的电力。

如上所述，每个可配置连接器/端口622都使接口构建元件601能够接收传感器输入和从相同端口提供控制输出。为此，处理单元628包含模拟-数字(AD)转换器634和输出驱动电路635，两者与触件标为C1的636和标为C2的637连接。

接口构建元件使用C1和C2上的AD转换器634读取输入。接口构建元件可以从中读取输入的构建元件的例子是上述的传感器构建元件。AD转换器将接收的输入转换成经由USB通信连线625转发给计算机的数字信号。

类似地，当接口构建元件经由USB通信连线625从计算机接收控制逻辑命令时，输出驱动器635将逻辑命令转换成，例如，如上所述的适当控制信号，并经由输出端C 1和/或C2输出生成的控制信号。

可配置端口622的配置根据从计算机接收的逻辑命令来进行，计算机又基于相连的构建元件的所检测类型。当某个构建元件与接口构建元件的可配置端口之一连接，接口构建元件检测模块相连/断开的时间，并识别有关模块类型(例如，电机、光、倾斜传感器等)的信息。然后，构建元件经由连线625将有关模块类型的信息发送给计算机。对接收信息作出响应，计算机接着可以将逻辑命令发送给构建元件，用于控制构建元件例如通过一个或多个适当开关来配置可配置端口。在可替代实施例中，可配置端口的配置可以由包括在构建元件中的控制电路进行。

相连/断开可以通过测量从C1和C2到地的阻抗来检测。当一个元件相连时，阻抗下降。元件的类型可以按不同方式确定：例如，如果C1与C2之间的阻抗低，例如，低于预定阈值，将相连元件确定为电机。在其它情况下，测量ID电阻器，即，C2与地之间的阻抗，该值将给出元件的类型。

应该懂得，玩具构建系统可以进一步包括不与数据处理系统连接而是自主进行控制的附加控制构建元件。这样的控制构建元件可以包括，例如，适当输入机构，例如，用户激活输入机构(例如，按钮、开关、遥控输入传感器等)，或与本文所述的功能构建元件的输入连接器类似的输入连接器。在这种情况下，控制构建元件可以从与控制元件集成或分离的电池盒，或从另一个适当电源供电。这样的自主控制构建元件还可以包含如上面参考包括检测相连元件和配置端口的适当控制单元的接口构建元件所述的一个或多个可配置连接器。例如，这样的控制单元可以集成在器件本身的处理器中。

图8示出了玩具构建元件的进一步例子。

图8a-b的每一个示出了作为功能构建元件的例子的电机模块201的例子。电机模块201包括接纳将由电机转动的轴的小孔881。电机模块进一步包括将电机模块与其它构建元件耦合的耦合机构205。电机模块进一步包括如本文所述的可堆叠连接器元件202。

图8c示出了用在本文所述的功能、控制和/或扩充构建元件中的可堆叠连接器802的例子。尤其，图8c示出了可堆叠连接器的连接器元件802、软延长电缆803、和母连接器807，该可堆叠连接器包括输出电力的触件808、输出控制信号的触件809、和输出附加信号的进一步触件882，例如，作为高速通信线用于分布式智能。连接器元件进一步包括容易地和可靠地将连接器元件与含有一个或多个相应空腔的公连接器连接的耦合桩805。

图9示出了由如本文所述的玩具构建系统构成的结构例子的示意性方块图。

图9a示出了与数据处理系统、功能构建元件和传感器构建元件连接的接口构建元件的示意图。图9b示出了图9a的结构的方块图。利用UBS连线623将接口构建元件601与计算机940连接。由计算机940执行的提供编程环境的软件应用程序941现在可以从接口构建元件623中读取数据并将控制命令发送给接口构建元件623。接口构建元件601含有连接本文所述的玩具构建系统的另一个构建元件(例如，功能、控制或传感器构建元件)的两个I/O连接器622a和622b。在图9a-b的例子中，传感器构建元件301被显示成与端口622b连接，而功能构建元件201被显示成与端口622a连接。

如上所述，计算机940上的应用程序941例如根据接口构建元件测量的阻抗，接收有关元件什么时候与接口构建元件601连接或断开以及连接了什么类型的构建元件的信息。例如，应用程序可以根据请求、周期性地或以另一种适当方式接收上述信息。构建元件的类型可以是功能、控制、或传感器元件。在一些实施例中，该类型可以，例如，通过区分不同传感器类型，例如，接近传感器，声音传感器、倾斜传感器等，和/或通过区分不同功能元件类型，例如，电机、LED元件、声音发生器等，更精细地定义。

使用这种信息让编程应用程序941受益。编程应用程序941现在可以响应连接了什么来动作。例如，可以将接口构建元件的可配置端口配置成输入端或输出端，启用/禁用编程可能性，和给出上下文关联帮助等，所有这些都基于在什么地方连接了什么的知识。这样的适应性甚至允许年龄相对小的孩子对可编程结构做试验。

图9c示出了与数据处理系统和大量构建元件连接的接口构建元件的另一个例子的示意图。在本例中，利用UBS连线623将接口构建元件601与计算机940连接。接口构建元件601含有连接本文所述的玩具构建系统的另一个构建元件(例如，功能、控制或传感器构建元件)的两个I/O连接器622a和622b。在图9c的例子中，传感器构建元件301被显示成与端口622a连接，而一堆构建元件被显示成与端口622b连接。

该堆构建元件包括经由其各自可堆叠连接器元件202a-c和902的功能砖201a-c和控制砖901。因此，功能砖201a和控制砖901经由其各自可堆叠连接器元件连接在源自接口砖601的第一堆990中，而功能砖201b和201c连接在源自控制砖901的输出连接器922的第二堆991中。因此，在本例中，接口砖601将电力提供给堆栈990中的所有功能和控制零件，以及经由控制砖901提供给堆栈991中的元件。

控制砖901包括可以从外部接口(未示出)，例如，按钮或其它接口或传感器接收控制输入的控制器件(未示出)，并生成相应输出控制信号。而且，控制砖901包括含有公输入连接器和母输出连接器的可堆叠连接器元件902。公输入连接器407含有电力的输入触件和与输入触件连接的输出触件。因此，控制砖经由可堆叠连接器元件和电线902接收电力。

控制砖进一步包含起主输出连接器作用的独立母输出连接器922，因为控制砖将它的输出控制信号馈送到连接器922的相应输出触件。控制砖901进一步将接收的电力馈送给连接器922的相应输出触件，从而提供经过系统的不间断输电线。独立输出连接器可以与砖901连接或集成在砖901中，或者，可以与砖901分开地安排它，例如，通过延长电缆将它与砖901连接。

而且，可堆叠连接器元件902包括控制信号输入触件与相应输出触件之间的连线，因此提供从其输入端到输出端的直接控制信号。

于是，控制砖901根据输入控制信号和/或根据外部输入，例如，通过组合两个控制输入，例如，通过实现像‘AND’函数、‘OR’函数、和‘XOR’函数那样的逻辑函数、通过将输入控制信号的变化用作触发事件等，生成它的输出控制信号。一般说来，逻辑函数可以是预配置逻辑函数，但是，逻辑函数也可以由用户编程，要不然由用户确定或受用户影响。在一些实施例中，控制器件可以将输入控制信号和/或外部输入用作触发事件来触发输出控制信号或触发导致输出控制信号的控制进程。例如，控制器件可能在其中已经存储了可执行程序，可执行程序的执行可以由预定输入控制信号触发，并可以导致一个输出控制信号或一列输出控制信号。

因此，控制砖901控制功能砖201b和201c。而且，由于功能砖901从其可堆叠连接器接收控制信号，所以接口砖601既控制功能砖201a又控制功能砖201b和201c。功能砖201b和201c的以后控制经由控制砖901和依照控制砖901实现的特定逻辑函数间接进行。

应该明白，传感器砖的连接器也可以堆叠在功能砖的可堆叠连接器的顶上，依次又与例如接口砖的控制砖连接。所堆叠构建元件可能影响根据阻抗对构建元件的类型的检测。例如，电机的阻抗低于其它元件的阻抗，而连接，例如，与电机堆叠在一起的发光功能元件被检测成电机。在另一个实施例中，如下面所述，可以将控制线C1/C2配置成通信线，从而使所堆叠构建元件的ID检测得到改善。

图10示出了生成、操纵、和执行用可视化编程语言写成的用于如本文所述的玩具构建系统的程序的可视化编程环境的用户界面的例子。

图10a示出了在没有构建元件与接口构建元件连接的状况下的初始窗口。用户界面包含控制程序执行、文件管理、帮助功能、和其它功能的许多菜单栏1001。用户界面进一步包含用户可以安排编程图标的工作区1003。用户可以从屏幕底部的调色板1002中选择图标状编程元件。例如，用户可以通过拖放操作安排调色板上的图标。每个图标代表各自编程元件，例如，函数、条件、程序控制元件等。

图10b示出了用户已经将电机与连接到执行编程环境的计算机的接口构建元件的端口之一连接之后的窗口。对电机的连接作出响应，应用程序将电机图标1004显示在工作区的左上角。该图标指示相连元件的类型(该图标示出转轮1006)和它的工作状态。在这种情况下，电机图标包括指示电机旋转的速度的状态栏1005，而显示的轮子(wheel)1006指示旋转的方向。

图10c示出了用户进一步将倾斜传感器与接口构建元件的其它端口连接之后的窗口。对倾斜传感器的连接作出响应，应用程序将倾斜传感器图标1007显示在工作区的左上角，图标1007指示相连元件的类型和它的工作状态。在这种情况下，该图标显示沿着所检测方向倾斜的倾斜传感器。

图10d示出了用户已经将代表简单示范性程序的许多程序图标安排在工作区上的窗口。该程序包括开始图标1008。当被执行时(例如，通过点击开始图标1008)，该程序首先使计算机控制电机以如图标1009所示的顺时钟方向(CW)运转。然后，该程序等待(图标1010代表等待循环)到倾斜传感器前倾(图标1014代表条件)。当倾斜传感器前倾时，该程序将电机的方向改变成逆时钟方向(CCW)(图标1011)。然后，一直等待到倾斜传感器后倾(图标1012和1015)。无限循环地重复这个过程(图标1013)，直到，例如，用户通过激活菜单栏1001之一中的控制元件中止它。

在程序执行期间，该程序对所连接的东西检验(例如，通过周期性地向接口构建元件请求相应信息)是否发生了什么变化(存在与否、类型、工作状态)，因此，例如，当一个元件断开时，能够中止程序，或将程序执行的状态可视化。在图10d的例子中，通过白框强调图标1010。这表示程序执行的当前位置，即，该程序正在等待倾斜传感器前倾。于是，左上角的图标指示电机正在以CW运转(图标1006)和倾斜传感器后倾(图标1007)，即，与程序执行的状态一致。

一般说来，玩具构建系统的一些实施例可以包含一种或多种不同类型的输入/传感器构建元件，例如，一种或多种如下类型的传感器构建元件：

·简单电阻式传感器(例如，测量触摸、温度、磁性等的传感器块)：这种传感器的ID可以使用如本文所述的ID电阻器来检测，并且，这样的简单传感器不需要输入电力。这种传感器构建元件的例子显示在图3c中。

·由电源供电的传感器(例如，光检测器)：这种传感器的ID也可以使用如本文所述的ID电阻器来检测。这种传感器构建元件的例子显示在图3a-c中。

·带有集成逻辑和经由C1/C2通信的传感器构建元件(例如，罗盘、颜色检测器等)：这样的元件接收电力并将控制线C1和C2用于与像接口构建元件那样的控制构建元件通信。这样传感器构建元件的例子显示在图3d中。

类似地，玩具构建系统的一些实施例可以包含一种或多种不同类型的输出/功能构建元件，例如，一种或多种如下类型的功能构建元件：

·经由C1/C2供电的简单输出功能构建元件(例如，电机、光等)：这种元件的例子已结合图2c和d作了描述。

·带有独立电力输入端和控制(例如，触发)输入端的功能构建元件(例如，发声砖)：这种元件的例子已结合图2b和e作了描述。

·带有集成逻辑和经由C1/C2通信的功能构建元件(例如，伺服)：这种元件的例子已结合图2f作了描述。

图11示出了智能构建元件的示意性方块图。构建元件1101可以是，例如，传感器构建元件或功能构建元件。构建元件1101包括功能/传感器元件1114和微处理器1163。微处理器1163和可选地功能/传感器元件1114经由电线1112a、b接收电力。微处理器进一步与微处理器可以接收和/或发送信号的称为1113的C1和C2连接。例如，微处理器可以接收配置信号和/或像ID数据、传感器结果、工作反馈等那样，经由C1和C2的数据的请求。于是，构建元件可以，例如，根据相应请求的接收或按照另一种适当协议，经由C1和C2输出ID和/或传感器结果、反馈数据等。

因此，带有集成逻辑的构建元件可以实现也带有集成控制的多种传感器/致动器功能。

带有集成逻辑和通信的构建元件将电线C1和C2用作使得像接口构建元件那样的控制构建元件与一个或多个传感器/输入和/或功能/输出构建元件进行接口连接的通信线。构建元件1101中的处理器提供通信接口。因此，可以在控制构建元件中、在接口构建元件中、或在经由接口构建元件的数据处理系统中实现协议的另一端。带有集成逻辑的每个构建元件可以具有存储在，例如，片上存储器(on-chip memory)中的唯一网络ID。当带有集成逻辑的构建元件1101包括如本文所述的可堆叠连接器元件时，像接口构建元件那样的控制构建元件上的每个母插件提供了可以像例示在图12中那样连接多个传感器/输入和/或功能/输出构建元件的通信总线。

图12例示了与控制构建元件(例如，接口构建元件)连接的许多智能构建元件。在图12的例子中，三个带有集成逻辑的构建元件1204a-c经由双线总线1265与控制构建元件601连接，双线总线1265由与控制构建元件601连接的构建元件1204a-c的可堆叠连接器(未明确示出)形成。应该懂得，不同数量的构建元件1204都可以按显示在图12中的方式连接。

尽管已经详细描述和显示了一些实施例，但本发明不局限于这些，也可以在定义在所附权利要求书中的主题的范围内以其它方式具体化。在列举几个机构或单元的设备权利要求中，这些机构或单元的几个机构或单元可以通过完全相同的硬件项，例如，适当编程微处理器或其它处理单元具体化。只凭在相互不同从属权利要求中阐述和在不同实施例中描述某些措施的事实并不能表示不能使用这些措施的组合获益。

应该强调的是，术语“包含”用在本说明书中时，用于规定所述特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、部件或其群体的存在或附加。

Claims (78)

1.一种玩具构建系统，包含：

多个构建元件，包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件，每个功能构建元件包括与所述玩具构建系统的一个或多个其它构建元件通信的控制连接机构；

数据处理系统，其中存储着计算机程序代码，所述计算机程序代码适用于当所述数据处理系统执行所述计算机程序代码时，使所述数据处理系统为生成用于控制一个或多个功能元件的一条或多条逻辑命令提供编程环境；和

接口构建元件，包含：

●第一连接机构，用于提供与所述数据处理系统的数据流连接和从所述数据处理系统接收所述逻辑命令；

●处理单元，适用于将所述逻辑命令转换成控制所述至少一个功能构建元件的功能的控制信号；和

●第二连接机构，用于经由所述功能构建元件的所述控制连接机构提供与所述至少一个功能构建元件的控制连接，并输出控制信号；

其中，所述接口构建元件适用于至少检测与所述接口构建元件连接的所述功能构建元件的存在；并且，向所述数据处理系统发送至少指示相连的功能构建元件的存在的信息；和其中，所述计算机程序代码适用于使所述数据处理系统响应于与至少相连的功能构建元件的存在有关的接收信息提供适合的编程环境。

2.按照权利要求1所述的玩具构建系统，其中，所述控制连接机构包含至少一个连接器，用于经由所述其它构建元件的相应连接器将所述功能构建元件与所述玩具构建系统的另一个构建元件电连接。

3.按照权利要求2所述的玩具构建系统，其中，将所述功能构建元件与另一个构建元件电连接的所述至少一个连接器是包括所述功能构建元件的输入和输出连接器的可堆叠连接器元件。

4.按照权利要求3所述的玩具构建系统，其中，每个功能构建元件的所述可堆叠连接器元件适用于经由所述可堆叠连接器元件的所述输入连接器接收控制信号，并将接收的控制信号馈送到所述功能构建元件和所述可堆叠连接器元件的所述输出连接器，以便提供从所述输入连接器到所述输出连接器的直接控制信号路径。

5.按照权利要求3到4的任何一项所述的玩具构建系统，其中，包括可堆叠连接器的每个构建元件包括包含电路的构建元件主体；和其中，所述可堆叠连接器元件经由软电缆与所述电路电连接。

6.按照权利要求3到5的任何一项所述的玩具构建系统，其中，每个可堆叠连接器元件包括：包含所述可堆叠连接器元件的所述输入连接器的第一连接侧、和与所述第一连接侧相对的第二连接侧，所述第二连接侧包括所述可堆叠连接器元件的所述输出连接器。

7.按照权利要求1到6的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述第二连接机构包含至少一个第二连接器，用于经由所述其它构建元件的相应连接器将所述接口构建元件与所述玩具构建系统的另一个构建元件电连接。

8.按照权利要求7所述的玩具构建系统，其中，所述第二连接机构包含两个第二连接器，每一个用于经由所述各自其它构建元件的相应连接器将所述接口构建元件与所述玩具构建系统的各自其它构建元件电连接。

9.按照权利要求7或8所述的玩具构建系统，其中，所述至少一个第二连接器有选择地可操作为数据输入和输出连接器。

10.按照权利要求7到9的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述接口构建元件进一步被配置成经由所述至少一个第二连接器供应电力。

11.按照权利要求1到10的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述第一连接机构包含第一连接器，用于将所述接口构建元件与所述数据处理系统电连接和从所述数据处理系统接收所述逻辑命令。

12.按照权利要求11所述的玩具构建系统，其中，所述接口构建元件进一步被配置成经由所述第一连接器从所述数据处理系统接收电力。

13.按照权利要求12所述的玩具构建系统，其中，所述接口构建元件包含电力控制电路，用于控制所述接口构建元件输出的电力。

14.按照权利要求11到13的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述第一连接机构包含通用串行总线连线。

15.按照权利要求1到14的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述接口构建元件包含至少检测经由所述第二连接机构与所述接口构建元件连接的构建元件的存在和类型的电路；其中，所述接口构建元件适用于经由所述第一连接机构将指示构建元件的所检测存在和类型的信息发送给所述数据处理系统；和其中，所述计算机程序代码适用于使所述数据处理系统响应于与至少构建元件的存在和类型有关的接收信息提供适合的编程环境。

16.按照权利要求15所述的玩具构建系统，其中，至少检测构建元件的存在和类型的所述电路包含检测经由所述第二连接机构与所述接口构建元件连接的所述构建元件的电阻抗的电路。

17.按照权利要求15或16所述的玩具构建系统，其中，至少检测与所述接口构建元件连接的构建元件的存在和类型的所述电路进一步适用于检测所述相连构建元件的工作状态，并经由所述第一连接机构将指示所检测工作状态的信息发送给所述数据处理系统。

18.按照权利要求1到17的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述多个构建元件进一步包含一个或多个传感器构建元件，每一个包含响应物理事件的一个或多个输入接口和/或传感器；和每一个包含与所述玩具构建系统的一个或多个其它构建元件通信和输出指示所检测物理事件的输出信号的控制连接机构。

19.按照权利要求1到18的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述适合的编程环境被配置成向所述数据处理系统的用户提供与所述接口构建元件连接的至少一个构建元件的存在、类型和工作状态的至少一种的指示。

20.按照权利要求19所述的玩具构建系统，其中，所述适合的编程环境被配置成向所述数据处理系统的用户提供响应与所述接口构建元件连接的至少一个构建元件的存在的上下文关联帮助。

21.按照权利要求1到20的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述编程环境包含可视化编程环境。

22.按照权利要求21所述的玩具构建系统，其中，所述可视化编程环境包含可以由用户按照用于程序构建的预定空间文法操纵的图标状元件；和其中，所述可视化编程环境适用于使至少一小组图标状元件以相连的构建元件的所检测类型为条件。

23.按照权利要求21或22所述的玩具构建系统，其中，所述可视化编程环境包含可以由用户按照用于程序构建的预定空间文法操纵的图标状元件；和其中，所述可视化编程环境适用于响应相连的构建元件的所检测工作状态改变至少一小组图标状元件的外观。

24.按照权利要求1到23的任何一项所述的玩具构建系统，其中，每个功能构建元件适用于经由所述功能构建元件的所述控制连接机构接收控制信号并响应接收控制信号来执行功能。

25.按照权利要求2到24的任何一项所述的玩具构建系统，其中，功能构建元件的至少一个输出连接器包括适用于提供输出电力以便将电力供应给与所述输出连接器连接的一个或多个构建元件的电力触件；和其中，每个构建元件的输入连接器包括适用于接收电力的电力触件。

26.按照权利要求1到25的任何一项所述的玩具构建系统，其中，每个构建元件包括可释放地互连构建元件的耦合机构。

27.按照权利要求26所述的玩具构建系统，其中，每个连接器包括可释放地互连构建元件的耦合机构。

28.按照权利要求26到27的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述耦合机构包含凸出物和适用于以摩擦接合的方式容纳所述凸出物的空腔。

29.一种玩具构建产品，包含：

多个构建元件，包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件，每个功能构建元件包括与所述玩具构建产品的一个或多个其它构建元件通信的控制连接机构；

计算机可读媒体，其中存储着计算机程序代码，所述计算机程序代码适用于当数据处理系统执行所述计算机程序代码时，使所述数据处理系统为生成控制一个或多个功能元件的一条或多条逻辑命令提供编程环境；

接口构建元件，包含：

●第一连接机构，用于提供与所述数据处理系统的数据流连接和从所述数据处理系统接收所述逻辑命令；

●处理单元，适用于将所述逻辑命令转换成控制所述至少一个功能构建元件的功能的控制信号；和

●第二连接机构，用于经由所述功能构建元件的所述控制连接机构提供与所述至少一个功能构建元件的控制连接，并输出控制信号；

其中，所述接口构建元件适用于至少检测与所述接口构建元件连接的所述功能构建元件的存在；并且，向所述数据处理系统发送至少指示所述相连的功能构建元件的存在的信息；和其中，所述计算机程序代码适用于使所述数据处理系统响应于与至少所述相连的功能构建元件的存在有关的接收信息提供适合的编程环境。

30.一种用于玩具构建系统的接口构建元件，所述玩具构建系统包含多个构建元件，所述多个构建元件包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件，每个功能构建元件包括至少一个连接器，用于经由其它构建元件的相应连接器将所述功能构建元件与所述玩具构建系统的另一个构建元件电连接；所述接口构建元件包含：

●第一连接器，用于将所述接口构建元件与数据处理系统电连接，并从所述数据处理系统接收控制所述玩具构建系统的一个或多个功能构建元件的逻辑命令；

●处理单元，适用于将所述逻辑命令转换成控制所述至少一个功能构建元件的功能的控制信号；和

●第二连接器，用于将所述接口构建元件与所述至少一个功能构建元件的所述至少一个连接器之一电连接，并输出控制信号；

其中，所述第一连接器进一步适用于从所述数据处理系统接收驱动所述功能构建元件的功能的电力；其中所述第二连接器进一步适用于输出接收的电力；和其中所述接口构建元件包含控制所述接口构建元件输出的电力的电力控制电路。

31.按照权利要求30所述的接口构建元件，其中，所述电力控制电路适用于监视从所述数据处理系统接收的电流和所述接口构建元件输出的电压的至少一种，和如果所监视电流或所监视电压超过各自预定阈值，至少减小经由所述第二连接器输出的电流。

32.按照权利要求31所述的接口构建元件，其中，所述电力控制电路适用于监视从所述数据处理系统接收的电流和所述接口构建元件输出的电压，并且如果所监视电流超过预定阈值，减小经由所述第二连接器输出的电流，并切断经由所述第二连接器输出的电力。

33.按照权利要求30到32的任何一项所述的接口构建元件，其中，所述电力控制电路包含电流发生器。

34.按照权利要求30到33的任何一项所述的接口构建元件，其中，所述接口构建元件适用于至少检测与所述接口构建元件连接的所述功能构建元件的存在；并向所述数据处理系统发送至少指示所述相连的功能构建元件的存在的信息。

35.按照权利要求30到34的任何一项所述的接口构建元件，包含至少两个第二连接器，每一个用于将所述接口构建元件与至少一个各自功能构建元件的连接器电连接。

36.按照权利要求30到35的任何一项所述的接口构建元件，其中，所述至少一个第二连接器有选择地可操作为数据输入和输出连接器。

37.按照权利要求30到36的任何一项所述的接口构建元件，其中，所述第一连接器是通用串行总线连接器。

38.按照权利要求30到37的任何一项所述的接口构建元件，其中，所述接口构建元件包含至少检测经由所述第二连接器与所述接口构建元件连接的构建元件的存在和类型的电路；和其中，所述接口构建元件适用于经由所述第一连接器将指示构建元件的所检测存在和类型的信息发送给所述数据处理系统。

39.按照权利要求38所述的接口构建元件，其中，至少检测构建元件的存在和类型的所述电路包含检测经由所述第二连接器与所述接口构建元件连接的所述构建元件的电阻抗的电路。

40.按照权利要求38或39所述的接口构建元件，其中，至少检测与所述接口构建元件连接的构建元件的存在和类型的所述电路进一步适用于检测所述相连的构建元件的工作状态，并经由所述第一连接器将指示所检测工作状态的信息发送给所述数据处理系统。

41.按照权利要求30到40的任何一项所述的接口构建元件，其中，所述接口构建元件进一步适用于经由所述第二连接器从所述玩具构建系统的传感器构建元件接收传感器信号，所述传感器信号指示所述传感器构建元件检测的物理事件。

42.按照权利要求30到41的任何一项所述的接口构建元件，包含可释放地将所述接口构建元件与所述玩具构建系统的一个或多个其它构建元件的相应耦合机构互连的耦合机构。

43.按照权利要求42所述的接口构建元件，其中，所述第二连接器包括可释放地互连构建元件的耦合机构。

44.按照权利要求42到43的任何一项所述的接口构建元件，其中，所述耦合机构包含凸出物和适用于以摩擦接合的方式容纳所述凸出物的空腔。

45.一种包含按照权利要求30到44的任何一项所述的接口构建元件的玩具构建系统。

46.一种玩具构建系统，包含：

●多个构建元件，包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件；

●每一个生成输出信号的一个或多个输出构建元件；和

●每一个控制所述一个或多个功能构建元件的一个或多个控制构建元件，

每个构建元件包括至少一个控制连接器，用于经由所述其它构建元件的相应连接器将所述构建元件与另一个构建元件电连接；

其中，每个功能构建元件包括接收控制信号的输入控制连接器并适用于响应接收控制信号来执行功能；其中每个输出构建元件包括输出所述输出信号的输出控制连接器；和其中每个控制构建元件包括适用于有选择地输出用于控制至少一个功能构建元件的控制信号和从所述至少一个输出构建元件接收输出信号的可配置连接器。

47.按照权利要求46所述的玩具构建系统，其中，所述控制构建元件包含至少检测经由所述可配置连接器与所述控制构建元件连接的构建元件的类型的电路；和其中，所述控制构建元件适用于响应所检测类型配置所述可配置连接器。

48.按照权利要求47所述的玩具构建系统，其中，至少检测构建元件的类型的所述电路包含检测经由所述可配置连接器与所述接口构建元件连接的所述构建元件的电阻抗的电路。

49.按照权利要求46到48的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述至少一个输出构建元件是传感器构建元件，包含响应物理事件的一个或多个输入接口/传感器，和适用于生成指示所检测物理事件的输出信号。

50.按照权利要求46到49的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述控制构建元件包含两个可配置连接器，每一个适用于有选择地输出用于控制至少一个功能构建元件的控制信号，并从所述至少一个输出构建元件接收输出信号。

51.按照权利要求46到50的任何一项所述的玩具构建系统，其中，将所述功能构建元件与另一个构建元件电连接的所述至少一个控制连接器是包括所述功能构建元件的输入和输出连接器的可堆叠连接器元件。

52.按照权利要求51所述的玩具构建系统，其中，每个功能构建元件的所述可堆叠连接器元件适用经由所述可堆叠连接器元件的所述输入连接器接收控制信号，并将接收的控制信号馈送到所述功能构建元件和所述可堆叠连接器元件的所述输出连接器，以便提供从所述输入连接器到所述输出连接器的直接控制信号路径。

53.按照权利要求50到51的任何一项所述的玩具构建系统，其中，包括可堆叠连接器的每个构建元件包括包含电路的构建元件主体；和其中，所述可堆叠连接器元件经由软电缆与所述电路电连接。

54.按照权利要求50到52的任何一项所述的玩具构建系统，其中，每个可堆叠连接器元件包括包含所述可堆叠连接器元件的所述输入控制连接器的第一连接侧、和与所述第一连接侧相对的第二连接侧，所述第二连接侧包括所述可堆叠连接器元件的所述输出控制连接器。

55.按照权利要求46到53的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述控制构建元件进一步被配置成经由所述可配置连接器供应电力。

56.按照权利要求46到54的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述功能构建元件包含输出控制连接器，所述输出控制连接器包括适用于提供输出电力以便将电力供应给与所述输出控制连接器连接的一个或多个构建元件的电力触件；和其中，每个构建元件的输入控制连接器包括适用于接收电力的电力触件。

57.按照权利要求46到55的任何一项所述的玩具构建系统，其中，每个构建元件包括可释放地互连构建元件的耦合机构。

58.按照权利要求56所述的玩具构建系统，其中，每个连接器包括可释放地互连构建元件的耦合机构。

59.按照权利要求56到57的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述耦合机构包含凸出物和适用于以摩擦接合的方式容纳所述凸出物的空腔。

60.按照权利要求46到49的任何一项所述的玩具构建系统，进一步包含其中存储着计算机程序代码的数据处理系统，所述计算机程序代码适用于当所述数据处理系统执行所述计算机程序代码时，使所述数据处理系统为生成用于控制所述一个或多个功能元件的一条或多条逻辑命令提供编程环境；和其中，所述控制构建元件是接口构建元件，包含：

●第一连接机构，用于提供与所述数据处理系统的数据流连接和从所述数据处理系统接收所述逻辑命令；

●处理单元，适用于将所述逻辑命令转换成控制所述至少一个功能构建元件的功能的控制信号；和

其中，所述接口构建元件的所述可配置连接器适用于输出控制信号。

61.按照权利要求59所述的玩具构建系统，其中，所述接口构建元件适用于至少检测与所述接口构建元件连接的所述功能构建元件的存在；并且，向所述数据处理系统发送至少指示所述相连的功能构建元件的存在的信息；和其中，所述计算机程序代码适用于使所述数据处理系统响应于与至少所述相连的功能构建元件的存在有关的接收信息提供适合的编程环境。

62.按照权利要求59到60的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述第一连接机构包含第一连接器，用于将所述接口构建元件与所述数据处理系统电连接和从所述数据处理系统接收所述逻辑命令。

63.按照权利要求61所述的玩具构建系统，其中，所述接口构建元件进一步被配置成经由所述第一连接器从所述数据处理系统接收电力。

64.按照权利要求62所述的玩具构建系统，其中，所述接口构建元件包含电力控制电路，用于控制所述接口构建元件输出的电力。

65.按照权利要求63所述的玩具构建系统，其中，所述电力控制电路适用于监视从所述数据处理系统接收的电流和所述接口控制元件输出的电压的至少一种，和如果所监视电流或所监视电压超过各自预定阈值，至少减小经由所述第二连接器输出的电流。

66.按照权利要求64所述的玩具构建系统，其中，所述电力控制电路适用于监视从所述数据处理系统接收的电流和所述接口控制元件输出的电压，并且如果所监视电流超过预定阈值，减小经由所述第二连接器输出的电流，并切断经由所述第二连接器输出的电力。

67.按照权利要求63到65的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述电力控制电路包含电流发生器。

68.按照权利要求61到66的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述第一连接机构包含通用串行总线连线。

69.按照权利要求59到67的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述接口构建元件包含至少检测经由所述第二连接机构与所述接口构建元件连接的构建元件的存在和类型的电路；其中，所述接口构建元件适用于经由所述第一连接机构将指示构建元件的所检测存在和类型的信息发送给所述数据处理系统；和其中，所述计算机程序代码适用于使所述数据处理系统响应于与至少构建元件的存在和类型有关的接收信息提供适合的编程环境。

70.按照权利要求68所述的玩具构建系统，其中，至少检测与所述接口构建元件连接的构建元件的存在和类型的所述电路进一步适用于检测所述相连的构建元件的工作状态，并经由所述第一连接机构将指示所检测工作状态的信息发送给所述数据处理系统。

71.按照权利要求59到68的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述适合的编程环境被配置成向所述数据处理系统的用户提供与所述接口构建元件连接的至少一个构建元件的存在、类型和工作状态的至少一种的指示。

72.按照权利要求59到68的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述适合的编程环境被配置成向所述数据处理系统的用户提供响应与所述接口构建元件连接的至少一个构建元件的存在的上下文关联帮助。

73.按照权利要求59到71的任何一项所述的玩具构建系统，其中，所述编程环境包含可视化编程环境。

74.按照权利要求72所述的玩具构建系统，其中，所述可视化编程环境包含可以由用户按照用于程序构建的预定空间文法操纵的图标状元件；和其中，所述可视化编程环境适用于使至少一小组图标状元件以相连的构建元件的所检测类型为条件。

75.按照权利要求72或73所述的玩具构建系统，其中，所述可视化编程环境包含可以由用户按照用于程序构建的预定空间文法操纵的图标状元件；和其中，所述可视化编程环境适用于响应相连的构建元件的所检测工作状态改变至少一小组图标状元件的外观。

76.一种用于玩具构建系统的控制构建元件，所述玩具构建系统包含：多个构建元件，所述多个构建元件包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件；每一个生成输出信号的一个或多个输出构建元件；和每一个控制一个或多个功能构建元件的一个或多个控制构建元件，每个构建元件包括至少一个控制连接器，用于经由其它构建元件的相应连接器将所述构建元件与另一个构建元件电连接；每个功能构建元件包括接收控制信号的输入控制连接器和适用于响应接收控制信号来执行功能；和每个输出构建元件包括输出所述输出信号的输出控制连接器；

其中，每个控制构建元件包括可配置连接器，适用于有选择地输出用于控制所述至少一个功能构建元件的控制信号和从所述至少一个输出构建元件接收输出信号。

77.一种用于玩具构建系统的接口构建元件，所述玩具构建系统包含多个构建元件，包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件，每个功能构建元件包括与所述玩具构建系统的一个或多个其它构建元件通信的控制连接机构；

所述接口构建元件包含：

●第一连接机构，用于提供与其中存储着计算机程序代码的所述数据处理系统的数据流连接，所述计算机程序代码适用于当所述数据处理系统执行所述计算机程序代码时，使所述数据处理系统为生成用于控制一个或多个功能元件的一条或多条逻辑命令提供编程环境；和其中所述第一连接机构适用于从所述数据处理系统接收所述逻辑命令；

●处理单元，适用于将所述逻辑命令转换成用于控制所述至少一个功能构建元件的功能的控制信号；和

●第二连接机构，用于经由所述功能构建元件的所述控制连接机构提供与所述至少一个功能构建元件的控制连接，并输出控制信号；

其中，所述接口构建元件适用于至少检测与所述接口构建元件连接的所述功能构建元件的存在；并且，向所述数据处理系统发送至少指示所述相连的功能构建元件的存在的信息，从而使所述计算机程序代码能够使所述数据处理系统提供响应于与至少所述相连的功能构建元件的存在有关的接收信息的适合的编程环境。

78.一种包含程序代码手段的计算机程序产品，所述程序代码手段适用于当在数据处理系统上被执行时，使所述数据处理系统提供适用于如下的编程环境：

●生成控制玩具构建系统的一个或多个功能构建元件的一条或多条逻辑命令，所述玩具构建系统包含多个构建元件，包括每一个执行相应功能的一个或多个功能构建元件，每个功能构建元件包括与所述玩具构建系统的一个或多个其它构建元件通信的控制连接机构；

●将生成的逻辑命令传送到所述玩具构建系统的接口构建元件；

●从所述接口构建元件接收至少指示与所述接口构建元件连接的功能构建元件的存在的信息；并

●适应响应于与至少所述相连的功能构建元件的存在有关的接收信息的编程环境。

Images