CN109562299B - 智能机器人治疗学习玩具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能机器人治疗学习玩具。更具体地，本发明总体上涉及智能机器人治疗学习玩具火车和用于解决儿童中包括例如自闭症谱系障碍ASD的各种病症的方法。模块化玩具可包括多个可拆卸的车厢。所述模块化玩具还可包括安装在所述多个车厢的第一车厢上的液晶显示器(LCD)屏幕。所述模块化玩具可进一步包括：气泡生成机构，其安装在所述第一车厢上；容器，其设置在所述多个车厢的附接到所述第一车厢的第二车厢上；以及机器人臂，其安装在所述多个车厢的附接到所述第二车厢的第三车厢上。

Description

智能机器人治疗学习玩具

技术领域

本发明总体上涉及智能机器人治疗学习玩具。更具体地，本发明总体上涉及智能机器人治疗学习玩具火车和用于解决儿童中包括例如自闭症谱系障碍(ASD)的各种病症的方法。

背景技术

有特殊需要的儿童在技能、能力和困难的性质和程度上差异很大。因此，他们的特殊需要表现出相同的多样性，包括教育、社会、行为、学习和身体需要。经常能看到这些儿童是安静、冷漠，并退回到他们自己的世界。他们无法理解自己的环境或理解指示，并且往往难以发展和维持社会关系。此外，大量患有焦虑和抑郁症是其病症的直接后果。

一些有特殊需要的儿童患有称为自闭症谱系障碍(ASD)的病症。一般地，ASD是一种神经发育障碍，通常在生命的前3年间被诊断出。它可能伴随着其他身体或心理障碍，并且传统上以社交沟通、社交互动和想象能力的缺陷为特征。此外，ASD通常归因于被诊断患有自闭症的人的心智能力的缺失，并且是具有多种表现形式的复杂发育障碍。

根据2014年疾病控制和预防中心(CDC)的报告，世界上约有1％的人口患有ASD。ASD在世界各国变得越来越普遍。例如，在英国，100名儿童中约有一名孩子患有ASD。在美国，自闭症患病率约为48个出生人口中有1个，而在韩国，则约为38个中有1个。

在卡塔尔，已报道每年平均有超过220个新的转诊用于ASD评估和干预。这些儿童中有30％是卡塔尔人，并且男孩占病例的80％。为了正确看待这些数字，卡塔尔国具有235万的人口，并且这些中的13.7％(约321,950个)是14岁以下的儿童。该国对当地和外籍社区的自闭症支持需求一直在上升。从1992年至2003年期间仅有4个特殊需要中心，到目前为止，在接下来的几年中，中心的数量增加了约250％。

在卡塔尔，精神障碍的总经济成本估计为每年4.7亿美元。例如，孩童发展中心(CDC)是卡塔尔多哈的一个特殊需求中心，提供每周五天的全日制课程，目前每月花费5,550美元。在美国，有智力残疾的人在一生中的自闭症费用约为240万美元，而对于没有智力残疾的人则为140万美元。

因此，需要改善ASD儿童的医疗和教育设施。还需要改善当前可用设施的标准，以解决这些儿童的特殊需要。还需要进一步提供负担得起的干预和支持服务，这些干预和支持服务不必局限于诊所内的治疗会议，而是也可以在家中父母容易管理使用的情况下无处不在。

考虑到以下详细说明、附图和权利要求，本发明的其他特征、优点和实施例已经阐述或清楚。此外，应该理解，本发明的前述发明内容和下面的详细描述都是示例性的，并且旨在提供进一步的解释而不限制所要求保护的本发明的范围。

附图说明

附图是为了进一步理解本发明而被包括的并且合并在本说明书中并构成本说明书的部分，说明了本发明的优选实施例，并与详细说明一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1示出了根据特定实施例的机器人火车的模型。

图2示出了根据特定实施例的机器人火车的另一模型。

图3示出了根据特定实施例的系统组件的概述。

图4示出了根据特定实施例的机器人臂的坐标系。

图5示出了根据特定实施例的流程图。

图6示出了根据特定实施例的系统。

图7示出了相对于实验持续时间测量的三个玩具群组的互动持续时间的条形图。

图8示出了儿童与玩具群组之间的互动水平的条形图。

图9示出了相对于在引入玩具和第一次观察到的反应之间的经过时间而测量的参与(engagement)延迟的条形图。

在以下说明性实施例的详细描述中，参考形成其一部分的附图。足够详细地描述了这些实施例，以使本领域技术人员能够实践本发明，并且应当理解，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以对本发明进行逻辑或结构上的改变。为了避免使得本领域技术人员实施本文所述实施例所不必需的细节，该描述可以省略本领域技术人员已知的某些信息。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。

具体实施方式

贯穿本说明书描述的本发明的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。例如，贯穿本说明书中的短语“特定实施例”、“一些实施例”或其他类似语言的使用指的是，结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可包括在本发明的至少一个实施例中。

多年来，研究表明，自闭症谱系障碍(ASD)的儿童喜欢互动式机器人玩具。虽然人类互动是复杂的，需要同时处理从许多通道流入的信息，例如语音、面部表情、手势、肢体语言等，但是与机器人的互动被大大简化。与机器人的沟通被限定于短暂、简单的对话，以及基本的手势和情绪，这为这些儿童提供了更低的感觉过度刺激机会。这种机器人现在被广泛使用，旨在引发新的社会行为和鼓励参与。

世界各地记录了大量报告，这些报告证实了被诊断患有ASD的儿童和玩具火车之间的密切关系。已经对这种普及的原因进行了调查，以确定如何将火车用作在ASD干预中的社交机器人的有效形成因子(form factor)。本文描述的特定实施例基于与人形机器人相比，ASD儿童对于玩具的反应、互动持续时间以及参与速度，来探索火车作为患有ASD儿童中的形成因子的合理性。

为什么玩具火车在患有ASD儿童当中非常受欢迎，以及为什么它们可以成为ASD干预工具的有效形成因子，可能有几个原因。一个原因可能是，已知一般火车对自闭症谱系中的个体具有广泛的吸引力。火车经常伴随有时间表。这符合这些儿童对可预测性和模式的需要，这些可预测性和模式有助于他们理解他们周围的世界。

另一个原因可能是火车伴随有细节。这些玩具有助于满足记忆诸如模型、颜色、大小等之类的细节并从记忆中叙述它们的倾向。这也满足了儿童收集、识别和将事物组织为分类的需要，其用作认知发展的工具。据观察，这些儿童喜欢将火车排列，根据颜色和数量来布置。父母经常用此作为教授数字和计数的工具。独特、大胆的色彩抓住了孩子的注意力，并且有助于保持更长时间的参与。它们还有助于区分并识别不同的角色，并开发对颜色的理解。

根据另一个原因，火车有轮子。这引起了儿童的极大兴趣，他们的感官兴趣包括观看转动/旋转/移动物体，这在自闭症谱系中的儿童当中很常见。这还具有在享受玩弄这些玩具的同时鼓励运动技能的额外优点，这通常是对这些儿童的挑战。

进一步的原因可能是火车跌落、坠毁和互相撞击。已经观察到患有自闭症的儿童喜欢重现视频中碰撞的场景，因为该动作清晰且易于遵循。这改善了他们有限的模仿技巧。火车也可以成为一种因果关系的玩具，产生的反应取决于儿童的行为。这有助于他们开发对他们的环境及其在环境中的角色的认知。

根据另一个原因，火车伴随有不同长度和布局的轨道。每条轨道可以设置在不同的景观中，涉及从洞穴、恐龙土地和农场到雪崩等等。风景的多样性意味着用于形成地形特征部分中的多样性。这些儿童不仅可以更多地了解他们周围的世界，还可以从与父母或玩伴一起在涉及构建这些轨道的物理操作中获得足够多。

可能有不同的方法和/或模拟来治疗ASD。根据特定实施例，玩具火车可以被设计成解决具有异常喂养问题、情绪困难、沟通问题和薄弱动作技能的儿童的需要。特定实施例可以针对特殊需要儿童的可用玩具提供改善，特别是对于处在自闭症谱系的儿童，据报道他们对玩具火车显示出强烈的喜好。

参照图1，示出了根据特定实施例的机器人火车100的模型。机器人火车100可以能够以其技术先进的特征来提供广泛的应用。为了确保由患有ASD儿童来使用的安全性，火车100可以由柔软材料制成。例如，火车100可以由硅树脂或其他类似材料制成，以便确保可能易受侵袭性或自伤行为影响的患有ASD儿童来使用的安全性。根据特定实施例，火车100可以是单车厢，或者在其他实施例中，可以包括多于一个车厢。如图1所示，根据特定实施例，火车100还可具有固定面和配备有气泡生成机构的烟囱。

例如，各种实施例可以提供治疗和学习工具，其可以由治疗师和父母用来解决有特殊需要的儿童的许多病症，例如患有ASD的儿童。尽管一些实施例可以针对可能用途的子集的方法，但是其他实施例可以适用于患有ASD的那些。例如，特定实施例可以实施智能机器人设备，例如用于儿童或其他设备的玩具火车，其具有能够帮助患有ASD或其他病症的儿童克服他们面临的一些困难的技术先进特征。

根据特定实施例，火车可以被专门设计用于解决具有异常喂养问题、情绪困难、沟通问题和薄弱运动技能的儿童的需求。在特定实施例中，火车可以是动态的，可以对其移除或添加部件以包括更多功能，从而扩大应用范围以便又包括其他特殊需要，甚至是那些不被包括在自闭症谱系中的特殊需要。在特定实施例中，火车部件可以制成彩色的，以增强它们对儿童的吸引力。

在其他实施例中，火车还可以伴随有各种轨道。这些轨道可以包括固定轨道和/或发光二极管(LED)轨道，该发光二极管(LED)轨道沿着火车的路径被实时地投射到地板上。火车还可以被编程为遵循不同的路径，LED轨道将沿着这些不同的轨道被实时地投射，允许火车绕过其运动中的任何限制。除这些之外，其他实施例可具有实施特定软件应用的能力，该软件应用能够通过将火车连接到软件应用商店而下载到火车的硬件上，这能够使火车能够与儿童玩游戏并进行各种互动式活动。

在特定实施例中，火车可以具有健康和社会影响的潜力。例如，火车可以目标在于患有ASD的儿童，但也可以满足自闭症谱系以外的儿童，包括那些具有特殊需要的儿童，这些特殊需要例如动作能力弱或肥胖、学习的缺陷、情绪理解的不足，以及异常的喂养问题。因此，根据特定实施例，玩具火车的目标用户可以包括处在自闭症谱系中的儿童，这意味着其目标应用可以是其在由治疗师和父母的ASD干预中的使用。在其他实施例中，玩具火车可以包括额外的特征，这些额外的特征也可以合并到火车中，以改善儿童和火车之间的物理互动，并加速与玩具的参与。

参照图2，示出了根据特定实施例的机器人火车200的另一模型。如图2所示，火车200可以是模块化的。也就是说，火车200可以通过将多个、可拆卸的车厢组合在一起而形成。在一些实施例中，火车200可以包括三个车厢，但是可以额外的部件以扩大火车的应用范围。

如图2所示，火车200的第一车厢205可以包括显示火车角色的面部的发动机。这可以使用一个或多个液晶显示器(LCD)屏幕来实现，这使得火车200能够展示一组基本面部表情。第一车厢205还可以包括烟囱203，该烟囱203装配有气泡生成机构，其生成气泡以模拟由真实蒸汽发动机产生的烟雾。第一车厢205可进一步包括在其后部的开口，煤从该开口被供给到发动机。

如图2所进一步示出，可以添加第二车厢210并将其连接到第一车厢205。第二车厢210可包括容纳火车200靠其运行的煤213的玩具部件的容器。此外，第三车厢215可以添加到第一和第二车厢。第三车厢可以包括机器人臂217，该机器人臂217从第二车厢210拾取煤213并将其供给到第一车厢205。

根据特定实施例，机器人臂217可以具有包括基部的总共五个关节。在特定实施例中，基部旋转可以高达约180度旋转，而其余关节可以高达约120度。

参照图3，示出了根据特定实施例的系统组件300的概述。图3中所示的硬件可以合并到火车中，并且硬件可以伴随有可从因特网应用商店下载到火车组的软件应用。可以开发每个应用以经由火车与儿童执行特定活动，旨在提取期望的结果。这使得机器人变得适合于诊所的治疗师以及在家的父母来使用。

虽然图3示出了根据特定实施例的组件系统，在其他实施例中，可以将附加的硬件和软件合并。新的硬件的部件可以添加到最初的三件组中，以满足更多数量的需求。这些可以伴随有各自的软件应用，其具有更精细的细节以更好地实现目标结果。

在图3的火车系统300中，可以包括可编程微控制器305，其允许火车由以下项来控制：例如智能电话或多媒体设备的无线和/或移动设备，提供有无线通信能力的例如平板电脑的计算机，提供有无线通信能力的个人数据或数字助理(PDA)，便携式媒体播放器，或其任何组合。在一个实施例中，可以选择小尺寸和低功耗的微控制器板作为玩具火车的候选者。微控制器305可以具有足够的数字和模拟引脚，以与玩具所需的硬件接连和控制。

火车系统300还可以包括至少一个或多个电机驱动器集成电路(IC)310。该IC 310可以接口到三个不同的电机子系统。第一组电机320可以负责控制火车的运动。第二组电机325可以控制气泡生成机构以从火车释放气泡。最后，第三组伺服电机330可用于激活和控制机器人臂。根据特定实施例，每组电机可以是独立的并且经由接收来自微控制器305的命令单独地控制。微控制器305还可以串行接连到蓝牙

模块315，在该模块315中，允许在微控制器305和例如上述无线和/或移动设备的外部设备之间建立无线通信。经由微控制器305，玩具还可以通过例如智能电话软件应用335的开源应用或用于上述无线和/或移动设备中的任何一个的任何其他软件应用来控制。在这样做时，可以执行微控制器305与无线和/或移动设备之间的配对以建立在应用335和微控制器305之间的连接。

根据特定实施例，火车可以配备有投影仪，该投影仪可以经由微控制器305被配置为沿着火车的路径实时地投射LED轨道，并且配备有能够显示各种图像或视频的LCD设备或屏幕。LED轨道可以是可变的并且设置在用于火车移动的各种期望路径中的任何一个中。根据这样的配置，微控制器305可以被编程为实施能够将目标在于儿童的特定特殊需要的各种游戏和/或活动，包括例如薄弱动作技能、情绪识别困难和喂养问题。

根据特定实施例，可以经由微控制器305对火车进行编程以实施“追逐并跟随”游戏。这样的游戏可能有助于提高儿童的动作技能。这种类型的游戏可以被设计成激活投影仪以沿着火车的路径实时地投射LED轨道，这不会限制火车到固定轨道的运动。这也将允许火车沿着房间或室外的随机路径自由移动，促使孩子跟随它。直接从火车上接受鼓励增加了追逐移动玩具的已经有吸引力的前景，这有助于激励孩子并最终提高他或她的动作技能。

根据其他实施例，火车可以经由微控制器305被编程为实施“猜测情绪”游戏。情绪表达的能力能够用于设计情绪识别游戏。采用LCD，火车的面部可被给予能力来表达一组基本情绪，如愤怒、快乐、兴奋、悲伤和各种其他情绪。此外，可以开发互动式猜谜游戏，由此火车可以要求孩子猜测正在显示的情绪。对于每个正确的响应，可以奖励孩子，并且对于每个不正确的响应，可以促使孩子再次猜测，直到他或她达到正确的答案。

根据特定实施例，火车可以经由微控制器305被编程为实施“通过实施喂养”游戏。治疗师已广泛使用模仿来教导患有ASD的儿童的各种技能。可以通过鼓励孩子模仿火车来解决这些孩子的喂养问题。火车可以通过机器人臂(勺子/叉子)“吃掉”煤(食物)，以便让“能量”再次移动起来。通过模仿火车，这种情景可用于鼓励患有喂养问题的儿童摄入食物。火车还可以经由微控制器进行编程，以在此活动过程期间尽情鼓励对话，以促使孩子吃食物。

根据其他实施例，火车可以经由微控制器305被编程为实施“奖励机制”游戏。对于患有自闭症的孩子来说，知道他或她的特定动作会从机器人产生有利的反应是很重要的。治疗师利用这个因素从孩子身上提取积极的行为。采用这种设计可能有几种奖励机制。例如，在特定实施例中，火车可以通过与孩子的对话来提供鼓励。在孩子成功地执行指令之后由火车生成的所有上述活动中也可以使用鼓掌/欢呼的背景声音。除此之外还有气泡，据报道，许多治疗师在治疗期使用这些气泡来鼓励处于患有自闭症谱系的儿童。特定实施例还可以将这种有用的机制合并到单个工具中，从而去除单独使用气泡枪或鼓风机的需要。这些气泡不仅可以在儿童对任务成功完成后使用，还可以在治疗期间改善他们的注意力并提高他们的参与水平。

参照图4，根据特定实施例，示出了用于机器人臂的坐标系。坐标包括下表1中所示的对应运动学的参数值。

表1

在特定实施例中，运动学参数的值可以经历改变。逆运动学的总体变换矩阵可以遵循以下通用形式：

总运动＝(手臂运动)(腕部运动)

参考图5，示出了根据特定实施例的流程图。在特定实施例中，玩具火车可以被配置为经由微控制器操作以执行各种功能。例如，在步骤500，火车的操作可以包括启动至少一个驱动电机以通过与微控制器互连的驱动电机驱动器IC使火车运动。火车行进的方向和路径可以根据操作员按需要相应地配置。在步骤505，火车的操作可以包括采用LCD屏幕显示来自火车的第一车厢的多个可配置的面部表情、图像或视频。根据特定实施例，面部表情、图像或视频可以根据操作者按需要相应地配置。

在步骤510，火车的操作可以包括激活气泡生成机构，该气泡产生机构通过与微控制器互连的电机驱动器IC由单独的电机驱动。在步骤515，火车的操作可包括将可包括多个煤块的容器设置在火车的第二车厢上。在步骤520，火车的操作可包括操作在火车的第三车厢上安装的机器人臂以与第一车厢和第二车厢互动。在特定实施例中，机器人臂的操作还可包括操作机器人臂以从第二车厢拾取多个煤块并将多个煤块供给到第一车厢。

在步骤525，火车的操作可以包括操作在火车的第一车厢上安装的投影仪，以沿着火车的路径实时地投射轨道。在步骤530，火车的操作可以包括将火车与便携式设备配对，以及在便携式设备与火车配对时操作火车。在步骤535，火车的操作可以包括存储到火车中并实施多个互动式游戏中的至少一个。在特定实施例中，多个互动式游戏可以被配置为引发外部响应并使得火车基于外部响应执行动作。

参照图6，示出了根据特定实施例的系统。应该理解，图1到图5中的每个可以通过它们的组合的各种手段来实施，这些手段例如硬件、软件、固件、一个或多个处理器和/或电路。在一个实施例中，系统可以包括若干设备，例如微控制器610、电机驱动器IC或蓝牙模块630。该系统可以包括一个以上的微控制器610、电机驱动IC 620和蓝牙模块630，尽管图6中仅示出了这些设备中的每一个中的一个以用于说明的目的。

图6中所示的每个设备可以包括至少一个处理器或控制单元或模块，其分别表示为611、621和631。可以在每个设备中提供至少一个存储器，并分别表示为612、622和632。存储器可以包括计算机程序指令或其中包含的计算机代码。例如，可以提供这些设备的其他配置。在特定实施例中，微控制器可以是Arduino Pro Mini微控制器，电机驱动器IC可以是L293电机驱动器，蓝牙模块可以是HC-05蓝牙模块。

处理器611、621和631可以由任何计算或数据处理设备来体现，例如中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字增强电路或可比较设备或其组合。处理器可以以单个控制器，或多个控制器或处理器来实施。

对于固件或软件，实施可以包括至少一个芯片组的模块或单元(例如，过程、功能等)。存储器612、622和632可以独立地是任何合适的存储设备，例如非暂时性计算机可读介质。可以使用硬盘驱动器(HDD)、随机存取存储器(RAM)、闪速存储器或其他合适的存储器。存储器可以作为处理器组合在单个集成电路上，或者可以与其分离。此外，计算机程序指令可以存储在存储器中，并且可以被处理器处理的计算机程序指令可以是任何合适形式的计算机程序代码，例如，以任何合适的编程语言编写的编译或解释的计算机程序。存储器或数据存储实体通常是内部的，但也可以是外部的或其组合，例如在从服务提供商获得额外存储器容量的情况下。存储器可以是固定的或可移去的。

可以采用用于特定设备的处理器来配置存储器和计算机程序指令，以使诸如微控制器610、电机驱动器IC 620或蓝牙模块630之类的硬件装置执行上述任何过程，包括例如至少在图3和图5中所示的过程。因此，在特定实施例中，非瞬态计算机可读介质可以采用计算机指令或一个或多个计算机程序(例如添加或更新的软件例程、小程序或宏)来译码，当这些计算机程序在硬件中执行时，可以执行诸如本文描述的过程中的任何一个的过程。计算机程序可以由编程语言编码，该编程语言可以是高级编程语言，例如目标-C、C、C++、C#、Java等，或者是低级编程语言，例如机器语言，或汇编语言。或者，特定实施例可以完全以硬件来执行。

使用例如托马斯坦克发动机(Thomas the Tank

)火车的玩具火车进行了几次实验。在实验1中，使用了三辆托马斯坦克发动机火车，包括两辆不同大小的蓝色托马斯火车和一辆红色珀西(Percy)火车。使用这些，而不是相当大的、多色玩具火车。

对于实验2，使用与来自实验1的多色火车相同的火车，其具有在通电时从其烟囱生成气泡的附加特征。在实验3中，使用了两个互动式社交机器人。一个是来自毕宿五(Aldebaran)的流行的人形机器人

而另一个是来自

机器人的非常逼真的密封机器人。这些刺激物如图7所示。具体地，图7示出了相对于实验持续时间测量的三个玩具群组的互动持续时间。互动的持续时间相对于实验的持续时间来测量，并且如下：短持续时间小于50％，中等持续时间为50％到小于75％，并且长持续时间为75％和更高。

在三个实验中，使用了特定监视设备。在房间的四个角落中采用视频相机监视儿童的互动，并且从监视获得的结果显示在图8中。具体地，图8示出了在儿童与玩具群组之间的互动水平。不互动包括那些拒绝与玩具进行参与或在实验期间忽略它的人。部分互动包括半不连续和半兴奋的互动，并且完全互动涉及与玩具的高度参与和显著的兴奋。

在监视中，相机被定位以确保从不同角度捕获儿童的活动以允许自由游戏和移动。网络相机自动将录制的视频存储在云中，以后可以将其从云中下载以进行处理。通过D-Link D-ViewCam软件也可以直播观看。在设备选择及其设置方面要当心，以确保它在整个实验过程中保持不引人注目。

为了进行彻底和可靠的分析，儿童还需要佩戴

E4腕带，该腕带记录了儿童的皮肤电活动(EDA)、运动、体温和血容量脉搏(BVP)。从该腕带收集的数据如图9所示。具体地，图9示出了作为在引入玩具和第一次观察到的反应之间经过的时间所测量的参与延迟。参与延迟如下：短延迟不到30秒、中等延迟高于30秒且不到1分钟，而长延迟超过1分钟，也包括无互动情况。

收集的生理数据提供了对佩戴者内部状态的洞察，这防止了互动分析仅基于可见证据，并且考虑了内部状态。会话数据在每个会话结束后自动上传到云端以用于后期处理。数据也通过智能电话应用实时地可供使用。

本发明的示例实施例可以提供若干技术改善。根据特定实施例，玩具火车可以由典型的正在发育的儿童使用，使其成为在市场上可供使用的一般消费产品，而不是限制其用于诊所。在其他实施例中，火车不仅吸引ASD儿童，而且吸引患有自闭症谱系之外的一系列残疾和损伤的儿童。

虽然当前市场上可用的有许多商业医疗保健玩具，但是如图1和图2所示的玩具治疗火车例如具有优于它们的几个优点。例如，玩具可以比可用于ASD干预的其他机器人工具更具成本效益。其他机器人工具更复杂且更昂贵，并且需要技术专业知识才能得到有效处理。然而，根据特定实施例的玩具具有增强其作为干预和学习工具的有效性的潜力。

根据其他实施例的火车可以是简单且编程良好的替代方案，父母和治疗师可以在没有任何现有技术知识的情况下简单地下载附加功能。根据特定实施例的火车机器人也可以在市场上容易地作为一般消费玩具供使用。玩具的其他实施例可以合并类似人的特征，例如可以表达情绪的面部，以及谈话的能力等。根据其他实施例的火车可以进一步与基于ASD社交机器人的研究工作兼容，并且通过可编程、能够与外部移动设备互动并且能够实施各种软件应用，来合并技术先进的机器人特征，开发每个应用以实现与孩子进行特定活动，旨在提取期望的结果。

此外，根据特定实施例，作为形成因子的火车设计带有巨大的对于健康和社会影响的潜力。它可以目标在于患有ASD的儿童，但也满足自闭症谱系以外具有特殊需求的儿童，例如弱动作技能或肥胖、学习的缺陷，情绪理解不足，以及异常的喂养问题。特定实施例还可以改善物理互动并加速与玩具的参与。

尽管前面的描述是针对本发明的优选实施例，但应注意，其他变化和修改对于本领域技术人员来说是清楚的，并且可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下进行。此外，即使上面没有明确说明，结合本发明的一个实施例描述的特征可以与其他实施例结合使用。

根据第一实施例，模块化玩具可包括多个可拆卸车厢。模块化玩具还可以包括在多个车厢的第一车厢上安装的液晶显示器(LCD)屏幕。模块化玩具可以进一步包括容器，该容器设置在多个车厢的第二车厢上，该第二车厢附接到第一车厢。模块化玩具还可包括在多个车厢的第三车厢上安装的机器人臂，该第三车厢附接到第二车厢。

在一个变型中，LCD屏幕可以被配置为显示多个面部表情、图像或视频。在另一个变型中，气泡生成机构可以被配置为生成气泡。在又一变型中，第二车厢的容器可以包括多个煤块，并且第一车厢可包括面向第二车厢的前部的开口。

在一个变型中，机器人臂可以被配置为从第二车厢拾取煤块并通过第一车厢的开口将煤块供给第一车厢。在另一个变型中，第一车厢可以包括装配有气泡生成机构的烟囱。在又一变型中，模块化玩具可以包括投影仪，并且投影仪可以安装在第一车厢上，并且可以被配置为沿着模块化玩具的路径实时地投射轨道。

根据第二实施例，操作模块化玩具的方法可以包括启动至少一个驱动电机以将模块化玩具置于运动中。该方法还可以包括采用液晶显示器(LCD)屏幕显示来自模块化玩具的第一车厢的多个面部表情、图像或视频。该方法可以进一步包括激活在第一车厢上安装以生成气泡的气泡生成机构。该方法还可包括将包括多个煤块的容器设置在模块化玩具的第二车厢上。该方法可以进一步包括操作在模块化玩具的第三车厢上安装的机器人臂，以与第一车厢和第二车厢互动。

在一个变型中，该方法可以包括操作机器人臂以从第二车厢拾取多个煤块并将多个煤块供给到第一车厢。在另一变型中，该方法可以包括操作在第一车厢上安装的投影仪，以沿着模块化玩具的路径实时地投射轨道。在又一变型中，该方法可以包括将模块化玩具与便携式设备配对，以及在便携式设备与模块化玩具配对时操作模块化玩具。

在一个变型中，该方法可以包括将多个互动式游戏存储到模块化玩具中，以及实施多个互动式游戏中的至少一个，其中多个互动式游戏可以被配置为引发外部响应并且使得模块化火车基于外部响应执行动作。

根据第三实施例，微控制器可以包括至少一个处理器，以及包括计算机程序代码的至少一个存储器。至少一个存储器和计算机程序代码可以被配置为采用至少一个处理器使得微控制器至少启动至少一个驱动电机，以使模块化玩具运动。至少一个存储器和计算机程序代码还可以被配置为，采用至少一个处理器，使得微控制器至少采用液晶显示器(LCD)屏幕显示来自模块化玩具的第一车厢的多个面部表情、图像或视频。至少一个存储器和计算机程序代码可以进一步被配置为采用所述至少一个处理器，使得微控制器至少激活安装在第一车厢上以生成气泡的气泡生成机构。至少一个存储器和计算机程序代码还可以被配置为采用至少一个处理器使得微控制器至少将包括多个煤块的容器设置在模块化玩具的第二车厢上。至少一个存储器和计算机程序代码可以进一步被配置为采用所述至少一个处理器使得微控制器至少操作在模块化玩具的第三车厢上安装的机器人臂，以与第一车厢和第二车厢互动。

在一个变型中，至少一个存储器和计算机程序代码可以被配置为采用至少一个处理器使得微控制器至少操作机器人臂，以从第二车厢拾取多个煤块并将多个煤块供给第一车厢。在另一变型中，至少一个存储器和计算机程序代码可以被配置为采用至少一个处理器使得微控制器至少操作安装在第一车厢上的投影仪，以沿着模块化玩具的路径实时地投射轨道。在又一变型中，至少一个存储器和计算机程序代码可以被配置为采用至少一个处理器使得微控制器至少将模块化玩具与便携式设备配对，并且在便携式设备与模块化玩具配对时操作模块化玩具。

在一个变型中，至少一个存储器和计算机程序代码可以被配置为采用至少一个处理器使得微控制器至少将多个互动式游戏中的至少一个存储到模块化玩具中，执行多个互动式游戏中的一个，在执行多个互动式游戏中的至少一个的执行期间引发外部响应，并使得模块化玩具基于外部响应执行动作。

Claims (17)

1.一种模块化玩具，包括：

多个可拆卸的车厢；

液晶显示器(LCD)屏幕，其安装在所述多个车厢的第一车厢上；

气泡生成机构，其安装在所述第一车厢上；

容器，其设置在所述多个车厢的附接到所述第一车厢的第二车厢上；以及

机器人臂，其安装在所述多个车厢的附接到所述第二车厢的第三车厢上。

2.根据权利要求1所述的模块化玩具，其中所述LCD屏幕被配置为显示多个面部表情、图像或视频。

3.根据权利要求1所述的模块化玩具，其中所述气泡生成机构被配置为生成气泡。

4.根据权利要求1所述的模块化玩具，

其中所述第二车厢的所述容器包括多个煤块，以及

其中所述第一车厢包括面向所述第二车厢的前部的开口。

5.根据权利要求4所述的模块化玩具，其中所述机器人臂被配置为从所述第二车厢拾取所述多个煤块并通过所述第一车厢的开口将所述煤块供给到所述第一车厢。

6.根据权利要求1所述的模块化玩具，其中所述第一车厢包括与所述气泡生成机构配合的烟囱。

7.根据权利要求1所述的模块化玩具，进一步包括投影仪，所述投影仪安装在所述第一车厢上并且被配置为沿着所述模块化玩具的路径实时地投射轨道。

8.一种操作模块化玩具的方法，包括：

启动至少一个驱动电机以使所述模块化玩具置于运动中；

采用液晶显示器(LCD)屏幕显示来自所述模块化玩具的第一车厢的多个面部表情、图像或视频；

激活安装在所述第一车厢上的气泡生成机构以生成气泡；

将包括多个煤块的容器设置在所述模块化玩具的第二车厢上；以及

操作安装在所述模块化玩具的第三车厢上的机器人臂，以与所述第一车厢和所述第二车厢互动。

9.根据权利要求8所述的操作模块化玩具的方法，其中所述方法进一步包括操作所述机器人臂以从所述第二车厢拾取所述多个煤块并将所述多个煤块供给到所述第一车厢。

10.根据权利要求8所述的操作模块化玩具的方法，进一步包括操作安装在所述第一车厢上的投影仪，以沿着所述模块化玩具的路径实时地投射轨道。

11.根据权利要求8所述的操作模块化玩具的方法，进一步包括：

将所述模块化玩具与便携式设备配对；以及

在所述便携式设备与所述模块化玩具配对时操作所述模块化玩具。

12.根据权利要求8所述的操作模块化玩具的方法，进一步包括：

将多个互动式游戏中的至少一个存储到所述模块化玩具中；以及

实施所述多个互动式游戏中的至少一个，

其中所述多个互动式游戏被配置为引发外部响应并使得模块化火车基于所述外部响应执行动作。

13.一种微控制器，包括：

至少一个处理器；以及

至少一个存储器，所述至少一个存储器包括计算机程序代码，

其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为，采用所述至少一个处理器，使得所述微控制器至少：

启动至少一个驱动电机以使模块化玩具置于运动中；

采用液晶显示器(LCD)屏幕显示来自所述模块化玩具的第一车厢的多个面部表情、图像或视频；

激活安装在所述第一车厢上的气泡生成机构以生成气泡；

将包括多个煤块的容器设置在所述模块化玩具的第二车厢上；以及

操作安装在所述模块化玩具的第三车厢上的机器人臂，以与所述第一车厢和所述第二车厢互动。

14.根据权利要求13所述的微控制器，其中，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被配置为，采用所述至少一个处理器，使得所述微控制器至少操作所述机器人臂以拾取来自所述第二车厢的所述多个煤块并将所述多个煤块供给到所述第一车厢。

15.根据权利要求13所述的微控制器，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被配置为，采用所述至少一个处理器，使得所述微控制器至少操作安装在所述第一车厢上的投影仪，以沿所述模块化玩具的路径实时地投射轨道。

16.根据权利要求13所述的微控制器，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被配置为，采用所述至少一个处理器，使得装置至少：

将所述模块化玩具与便携式设备配对，以及

在所述便携式设备与所述模块化玩具配对时操作所述模块化玩具。

17.根据权利要求13所述的微控制器，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码进一步被配置为，采用所述至少一个处理器，使得装置至少：

将多个互动游戏中的至少一个存储到所述模块化玩具中，

执行所述多个互动式游戏中的至少一个，

在所述多个互动式游戏中的至少一个的执行期间引发外部响应，以及

使得所述模块化玩具基于所述外部响应执行动作。

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