DE60028933T2

DE60028933T2 - Programmierbares spielzeug mit kommunikationsmittel

Info

Publication number: DE60028933T2
Application number: DE60028933T
Authority: DE
Inventors: Gaute Munch; Jesper Rasmussen
Original assignee: Lego AS
Current assignee: Lego AS
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2020-02-05
Also published as: KR20010103003A; HK1042446B; PT1148921E; NO20013774L; AU2430200A; WO2000045925A1; PL194621B1; CA2356964A1; EP1148921A1; EP1148921B1; ES2265333T3; NO20013774D0; KR100625134B1; DK1148921T3; US6939192B1; DE60028933D1; CN1151858C; JP2002536089A; HK1042446A1; PL350225A1

Description

Die Erfindung betrifft ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement mit einem Mikroprozessor, der Befehle in der Form eines Programms ausführen kann, das in einem Speicher gespeichert ist, wobei besagter Speicher Unterprogramme umfasst, die einzeln durch Angabe einer Liste von Unterprogrammaufrufen aufgerufen werden können; Verbindungsmitteln zur Verbinden mit Bauelementen, die durch Betätigungsmittel bewegt werden können, wobei besagte Betätigungsmittel als Antwort auf die Befehle steuerbar sind.
Im Zusammenhang mit der Entwicklung von kleinen, anspruchsvollen und vergleichsweise preisgünstigen Mikroprozessoren ist es attraktiv geworden, diese in vielen verschiedenen Konsumgütern, einschließlich Spielzeugen einzusetzen. Im Allgemeinen ist die Entwicklung von Spielzeugen von einfachen Funktionen, wie etwa dem Abspielen von Tönen in Puppen, Ausführen von einfachen Bewegungsmustern in Robotern und dergleichen, zur Entwicklung von Spielzeugen mit anspruchsvollen Aktionsmustern und eine Art von Verhaltensmustern fortgeschritten.
Solche Spielbauelemente können verschiedene physische Aktionen ausführen, teilweise durch Programmierung des Spielbauelements und teilweise durch den Aufbau einer Struktur, die aus miteinander verbunden Spielbauelementen verschiedener Typen besteht. Demgemäß bestehen zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten, um Strukturen zu erzeugen und ihnen verschiedene Funktionen zu verleihen. Die physischen Aktionen können unbedingt sein und einfache oder komplexe Bewegungen umfassen, die von einem elektrischen Motor gesteuert werden, oder auch das Aussenden von Licht- oder Schallsignalen. Die physischen Aktionen können auch durch die Interaktion des Spielzeugs mit seiner Umgebung bedingt sein, und das Spielzeug kann dann so programmiert sein, dass es auf einen physischen Kontakt mit einem Objekt reagiert, oder auf Licht und optional auf Geräusche, und dass es sein Verhalten auf der Grundlage einer solchen Interaktion ändert.
Derartige programmierbare Spielzeuge sind z. B. durch das Produkt ROBOTICS INVENTION SYSTEM <(Marke)> von LEGO MINDSTORMS <(Marke)> bekannt, bei dem es sich um ein Spielzeug handelt, das mit einem Computer programmiert werden kann, um unbedingte wie auch bedingte Aktionen auszuführen.
Die CA 2,225,060 betrifft interaktive Spielelemente; ein erstes Spielelement, das von einem Benutzer betätigt wird, kann ein zweites Spielelement betätigen, welches seinerseits das erste Spielelement oder ein drittes Spielelement betätigen kann. Die Spielelemente können in der Form von Puppen, Tieren oder einem Auto ausgebildet sein, das Tätigkeiten ausführen kann.
Ein Nachteil dieses Spielzeugs besteht jedoch darin, dass das Spielzeug einen externen Computer benötigt, um die benutzerdefinierten Programme zu einem derartigen mikroprozessor-gesteuerten Spielelement zu übertragen. Im Stand der Technik bestand das Vorurteil, dass der Austausch von Programmen zwischen Spielelementen nur zwischen identischen Spielelementen von Bedeutung ist, da im anderen Fall die Interaktion zwischen einem Programm und einer mechanischen Struktur die Möglichkeit von Fehlern beinhaltet.
Die WO 90/02983 beschreibt ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.
Eine typische Situation auf dem Gebiet von Spielbaukästen besteht darin, dass Strukturen wiederholt aufgebaut und verändert werden. Da dies ein Teil des Spieles ist, besteht daher ein Bedarf für die Fähigkeit, ein neues Programm, das auf die spezielle Struktur angepasst ist, in Betrieb zu setzen.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement mit flexibleren Programmierfunktionen bereitzustellen.
Dies wird erreicht, wenn das eingangs genannte mikroprozessor-gesteuerte Spielbauelement dadurch gekennzeichnet ist, dass es Kommunikationsmittel umfasst, die besagten Funktionsaufruf an ein zweites Spielbauelement übertragen können, um es zu programmieren.
Dadurch kann ein erstes mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement eine Liste von Funktionsaufrufen an ein zweites mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement übertragen. Wenn das zweite Spielbauelement Unterprogramme gespeichert hat, die dem ersten Spielbauelement bekannt sind, können Programme rasch zwischen zwei Spielbauelementen ausgetauscht werden. Dadurch kann das Potential von Spielbaukästen, die auf der Funktionalität zwischen einer Mehrzahl von Standardbauelementen in einer Struktur und einer Mehrzahl von Standardprogrammschritten beruhen, in einer effektiven Art und Weise genutzt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen
1 ein Blockdiagramm eines programmierbaren Spielelements zeigt;
2 eine Anzeige auf einem Spielelement zeigt;
3a ein erstes Diagramm einer Zustandsmaschine zur visuellen Programmierung eines Spielelements zeigt;
3b ein zweites Diagramm einer Zustandsmaschine zur visuellen Programmierung eines Spielelements zeigt;
3c ein drittes Diagramm zur Unterbrechung einer Zustandsmaschine zeigt;
3d ein viertes Diagramm zum Starten einer Zustandsmaschine zeigt;
4 parallele und sequentielle Ausführung von Programmen zeigt;
5 erste und zweite Spielelemente zeigt, wobei das erste Spielelement Daten an das zweite Spielelement übertragen kann;
6 ein Flussdiagramm zur Speicherung von Programmschritten zeigt;
7 ein Flussdiagramm zeigt für ein Programm zur Auswahl einer Untermenge von Programmschritten aus einem Satz von Programmschritten als Antwort auf die Auswahl einer Operation; und
8 eine Spielstruktur zeigt mit einem mikroprozessor-gesteuerten Spielbauelement nach der Erfindung, verbunden mit allgemein bekannten Spielbauelementen.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines programmierbaren Spielelementes. Das Spielelement 101 umfasst eine Mehrzahl elektronischer Mittel zum Programmieren des Spielelements so dass es elektronische Einheiten (z. B. Motoren) als Antwort auf Signale, die von verschiedenen elektronischen Sensoren (z. B. elektrischen Schaltern) aufgenommen werden, beeinflussen kann.
Das Spielelement kann dadurch veranlasst werden, anspruchsvolle Operationen auszuführen, wie etwa eine aktionsgesteuerte Bewegung, vorausgesetzt, dass das Spielelement mit den elektrischen Einheiten/Sensoren in einer geeigneten Weise kombiniert ist.
Das Spielelement 101 umfasst einen Mikroprozessor 102, der über einen Kommunikationsbus 103 mit einer Mehrzahl von Einheiten verbunden ist. Der Mikroprozessor 102 kann über den Kommunikationsbus 103 Daten von zwei A/D-Wandlern „A/D Eingang #1" 105 und „A/D Eingang #2" 106 empfangen. Die A/D Wandler können diskrete Signale mit mehreren Bit oder einfache binäre Signale aufnehmen. Darüber hinaus sind die A/D Wandler geeignet, passende Werte, wie z. B. einen ohmschen Widerstand zu erfassen.
Der Mikroprozessor 102 kann elektronische Einheiten, wie z. B. einen elektrischen Motor (nicht gezeigt) über eine Reihe von Anschlusspunkten „PWM Ausgang #1" 107 und „PWM Ausgang #2" 108 steuern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die elektronischen Einheiten durch ein Signal mit Pulsbreiten-Modulation gesteuert.
Darüber hinaus kann das Spielelement akustische Signale oder Tonfolgen ausgeben, indem ein Tonerzeuger 109, z. B. ein Lautsprecher oder eine piezoelektrische Einheit angesteuert wird.
Das Spielelement kann Lichtsignale über die Lichtquelle „VL Ausgang" 110 ausgeben. Diese Lichtsignale können mittels Lumineszenzdioden ausgegeben werden. Die Lumineszenzdioden können z. B. ausgelegt so sein, dass sie verschiedene Zustände des Spielelements und der elektronischen Einheiten/Sensoren anzeigen. Die Lichtsignale können darüber hinaus als Kommunikationssignale für andere Spielelemente eines entsprechenden Typs benutzt werden. Die Lichtsignale können z. B. benutzt werden, um Daten über einen Lichtleiter zu einem zweiten Spielelement zu übertragen.
Das Spielelement kann Lichtsignale über den Lichtdetektor „VL Eingang" 111 empfangen. Diese Lichtsignale können unter anderem dazu benutzt werden, um die Intensität des Lichts in dem Raum zu erfassen, in dem sich das Spielelement befindet. Die Lichtsignale können alternativ über einen Lichtleiter empfangen werden und Daten von einem zweiten Spielelement oder einem Personalcomputer darstellen. Der gleiche Lichtdetektor kann demgemäß die Funktion haben, über einen Lichtleiter zu kommunizieren, und als Lichtsensor zur Erfassung der Intensität des Lichts in dem Raum zu erfassen, in dem sich das Spielelement befindet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der „VL Eingang" 111 so ausgelegt, dass er selektiv entweder über einen Lichtleiter kommuniziert oder alternativ die Intensität des Lichts in dem Raum erfasst, in dem sich das Spielelement befindet.
Über den Infrarot-Detektor „IR Eingang/Ausgang" 112 kann das Spielelement Daten entweder zu anderen Spielelementen übertragen oder Daten von anderen Spielelementen oder z. B. einem Personalcomputer empfangen.
Der Mikroprozessor 102 benutzt ein Kommunikationsprotokoll zum Empfangen und Übertragen von Daten. Die Übertragung von Daten kann durch Betätigen einer besonderen Tastenkombination erfolgen.
Die Anzeige 104 und die Tasten „Shift" (Umschalten) 113, „Run" (Ablaufstart) 114, „Select" (Auswahl) 115 und „Start/Interrupt" (Start/Unterbrechen) 116 stellen eine Benutzerschnittstelle zur Bedienung/Programmierung des Spielelements dar. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Anzeige eine LCD Anzeige, die eine Mehrzahl bestimmter Icons oder Symbole darstellen kann. Das Aussehen der Symbole auf der Anzeige kann einzeln gesteuert werden, z. B. kann ein Icon sichtbar sein, unsichtbar sein oder man kann es blinken lassen.
Durch Betätigen der Tasten kann das Spielelement programmiert werden wobei die Anzeige dem Benutzer gleichzeitig eine Rückmeldung über das Programm, das erzeugt oder ausgeführt wird, liefert. Dies wird in größerer Ausführlichkeit weiter unten beschrieben. Da die Benutzerschnittstelle eine begrenzte Anzahl an Elementen (das heißt, eine begrenze Anzahl an Icons und Tasten) umfasst, ist sichergestellt, dass ein Kind, das mit dem Spielzeug spielen will, schnell lernt, es zu bedienen.
Das Spielelement umfasst auch einen Speicher 117 in Form von RAM oder ROM. Der Speicher enthält ein Betriebssystem „OS" 118 zur Steuerung der grundlegenden Funktionen des Mikroprozessors, eine Programmsteuerung „PS" 119, die in der Lage ist, die Ausführung vom Benutzer festgelegter Programme zu steuern, einer Mehrzahl von Regeln 120, wobei jede Regel aus einer Mehrzahl spezifischer Anweisungen für den Mikroprozessor besteht, und ein Programm 121 im RAM, das die spezifischen Regeln einsetzt.
Die Regeln können als Unterprogramme ausgeführt sein, die über einen Funktionsaufruf aufgerufen werden können. Dieses Vorgehen wir auch „Scripting" genannt. Ein Programm (z. B. ein vom Benutzer festgelegtes Programm) kann demgemäß als eine Kombination von Funktionsaufrufen angelegt sein. Wenn ein Programm zu einem anderen, mikroprozessor-gesteuerten Spielelement übertragen wird, können lediglich die Funktionsaufrufe übertragen werden, wenn die Unterprogramme dem Spielelement, das das Programm empfangen soll, bekannt sind. Die Übertragung eines Programms kann durch Betätigung einer Tastenkombination gestartet werden oder durch Aktivierung eines speziellen Icons auf der Anzeige 201.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel basiert das Spielelement auf einem sogenannten Ein-Chip-Prozessor, der eine Mehrzahl von Eingängen und Ausgängen, einen Speicher und einen Mikroprozessor in einem einzigen integrierten Schaltkreis umfasst.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Spielelement Lumineszenzdioden, die die Richtung der Drehung der verbundenen Motoren anzeigen können.
2 zeigt eine Anzeige auf einem Spielelement. Die Anzeige 201 ist ausgelegt um eine Mehrzahl von spezifischen Icons zu zeigen und ist in einem Zustand gezeigt, in dem alle Icons sichtbar gemacht wurden. Die Icons werden durch horizontale und vertikale Balken 202 bzw. 203 entsprechend ihrer Funktion in eine Mehrzahl von Gruppen 204, 205, 206, 207 und 208 unterteilt.
Die Icons können z. B. so ausbildet sein, dass sie mögliche Bewegungsmuster für ein Fahrzeug illustrieren. Ein Fahrzeug kann z. B. konstruiert werden, indem das Spielelement mit zwei Motoren kombiniert wird, die eine Rädergruppe auf der rechten Seite bzw. der linken Seite eines Fahrzeugs antreiben. Das Fahrzeug kann dadurch so gesteuert werden, dass es vorwärts, rückwärts, zur linken Seite und zur rechten Seite fährt. Darüber hinaus kann das Fahrzeug druckempfindliche Schalter zum Erfassen einer Kollision und lichtempfindliche Sensoren aufweisen.
Die Gruppe 204 enthält Icons für ein gerades und nach vorne gerichtetes Bewegungsmuster, ein nach vorne gerichtetes Zickzack-Bewegungsmuster, eine kreisförmige Bewegung und eine Bewegung, die ein vorgegebenes Muster wiederholt. Diese Bewegungsmuster werden nicht durch die Aktion von Sensoren bedingt und sind daher unbedingt.
Die Gruppe 205 enthält ein erstes Icon für ein Bewegungsmuster, das umgekehrt wird, wenn ein Hindernis erfasst wird. Ein zweites Icon zeigt ein gerades und nach vorne gerichtetes Bewegungsmuster, bei dem die nach vorne gerichtete Bewegung lediglich durch die Erfassung eines Hindernisses korrigiert wird. Ein drittes Icon bedingt die Einleitung eines Bewegungsmusters. Ein viertes Icon beendet ein ablaufendes Bewegungsmuster, wenn ein Drucksensor aktiviert wird. Die Icons in der Gruppe 205 stellen daher Bewegungsmuster dar, die durch druckempfindliche Sensoren bedingt sind.
Die Gruppe 206 enthält Icons zum Starten eines Bewegungsmusters, das sich auf die stärkste Lichtintensität hin bewegt bzw. eines Bewegungsmusters, das sich auf die schwächste Lichtintensität hin bewegt. Die Lichtintensität wird mittels lichtempfindlicher Sensoren erfasst. Die Icons in der Gruppe 205 stellen daher Bewegungsmuster dar, die durch lichtempfindliche Sensoren bedingt sind.
Die Gruppe 207 enthält drei identische Icons, die in Kombination anzeigt werden können, um die Zeitkonstante anzugeben, mit der die erwähnten Bewegungsmuster ausgeführt werden sollen. Zum Beispiel kann das Zickzack-Muster abgewandelt werden, indem schrittweise die Zeitdauer geändert wird, die verstreichen muss, bevor die Richtung geändert wird. Die Zeitkonstante kann z. B. 2 Sekunden, 4 Sekunden oder 7 Sekunden sein.
Die Gruppe 208 umfasst Icons, die eine Mehrzahl von besonderen Effekten darstellen. Diese Effekte können z. B. die Ausgabe von verschiedenen Ton- und Lichtsignalen umfassen, optional verbunden mit einer beliebigen Aktivierung der erwähnten Bewegungsmuster.
Da das Spielelement der Erfindung ein Bauelement enthält, das mit anderen Bauelementen verbunden werden kann, ist es besonders einfach, die Funktionen zu realisieren, die auf den Icons gesehen werden können, indem eine Struktur mit einer Mehrzahl von Standardelementen aufgebaut wird.
Es sollte beachtet werden, dass die Anzeige vom LCD Typ, LED Typ oder einem anderen Typ sein kann. Die Anzeige kann darüber hinaus ausgelegt sein um verschiedene Arten von Textmitteilungen anzuzeigen. Die Icons können auch aus einem Text bestehen.
3a zeigt ein erstes Diagramm einer Zustandsmaschine zur visuellen Programmierung eines Spielelements. Die Zustandsmaschine ist als ein Programm implementiert, das von dem Mikroprozessor 102 ausgeführt werden kann. Wenn die Zustandsmaschine nicht ein vom Benutzer angegebenes Programm ausführt und wenn das Spielelement angeschaltet worden ist, richtet die Betätigung der Taste „Select" den Fokus von einer Gruppe von Icons auf eine andere Gruppe von Icons. Dass eine Gruppe von Icons im Fokus liegt, kann durch das Blinken eines Icons in einer Gruppe oder von allen Icons in einer Gruppe angezeigt werden. Die gezeigte Zustandsmaschine umfasst drei Zustände 301, 302 und 303, die dem Umschalten des Fokus zwischen drei verschiedenen Gruppen von Icons entsprechen.
Die Zustandsmaschine wechselt den Zustand, wenn die Tasten „Select" oder „Shift" betätigt werden. Wenn die Taste „Select" betätigt wird, findet das Umschalten zwischen den Zuständen 301, 302 und 303 statt. Wenn die Taste „Shift" betätigt wird, fährt die Zustandsmaschine in einer anderen Menge von Zuständen fort, wie in 3b gezeigt.
Es sollte beachtet werden, dass in diesem Programm nur drei Zustände gezeigt werden, entsprechend drei Gruppen von Icons auf der Anzeige 201. Dies wurde gewählt, um das Diagramm leicht verständlich zu machen. In der Praxis muss eine Anzahl an Zuständen vorgesehen sein, die der Anzahl der Gruppen von Icons auf dem Display entspricht. Darüber hinaus kann ein Zustand für die Übertragung von Programmen vorgesehen sein.
3b zeigt ein zweites Diagramm einer Zustandsmaschine zur visuellen Programmierung eines Spielelements. Die Zustandsmaschine wird veranlasst, diese Zustände anzunehmen, wenn die Taste „Shift" betätigt wird. Es wird angenommen, dass eine Gruppe von Icons in den Fokus genommen wurde. Wenn „Shift" betätigt wird, nimmt die Zustandsmaschine den Zustand 304 an, in dem das erste Icon in der Gruppe, die in den Fokus genommen wurde, aktiviert ist – die anderen Icons derselben Gruppe werden nicht angezeigt.
Wenn die Taste „Select" betätigt wird, nimmt die Zustandsmaschine den Zustand 305 an, in dem „Regel #1" ausgewählt wird. „Regel #1" entspricht einem Satz von Anweisungen für den Mikroprozessor 102, die ein Bewegungsmuster ausführen können, wie es auf dem Icon „Icon #1" gezeigt ist. Dann nimmt die Zustandsmaschine den Zustand 306 an, in dem der Fokus von der gegenwärtigen Gruppe von Icons auf eine andere Gruppe von Icons zur Auswahl eines Icons aus dieser Gruppe verschoben wird.
Alternativ nimmt die Zustandsmaschine, wenn im Zustand 304 die Taste „Shift" gewählt wird, den Zustand 307 an, in dem das „Icon #2" auf dem Display angezeigt wird – die anderen Icons derselben Gruppe werden nicht angezeigt. Wie in dem Zustand 304 ist es in dem Zustand 307 möglich, eine Regel auszuwählen, die dem Icon entspricht. Dies erfolgt durch Betätigen der Taste „Select". Die Zustandsmaschine nimmt dann den Zustand 308 zur Auswahl der Regel „Regel #2" an. Nachfolgend wird im Zustand 309 der Fokus zu der nächsten Gruppe von Icons verschoben.
Entsprechend kann „Icon #3" in einem Zustand 310 durch Betätigung von „Shift" angezeigt werden. „Regel #3" kann durch Betätigung von „Select" ausgewählt werden. Nachfolgend wird der Fokus auf eine andere Gruppe verschoben.
Eine weitere Betätigung von „Shift" im Zustand 310 führt dazu, dass alle Icons in der Gruppe angezeigt werden. Dann werden die Icons in der Gruppe einzeln gezeigt, wie oben beschrieben.
In den Zuständen 306, 309 und 312 führt die Betätigung der Taste „Shift" dazu, dass die Zustandsmaschine einen der jeweiligen Zustände 302 oder 303 oder 301 annimmt.
Es sollte beachtet werden, dass es auch möglich ist, in einer oder mehreren Gruppen keine Regel auszuwählen. In alternativen Ausführungsbeispielen kann es darüber hinaus möglich gemacht werden, mehrere Regeln in derselben Gruppe auszuwählen.
Weiter sollte beachtet werden, dass dieses Diagramm einer Anzeige mit nur drei Icons in jeder Gruppe entspricht. Dies wurde gewählt, um das Diagramm leicht verständlich zu machen. In der Praxis muss eine Anzahl an Zuständen vorgesehen sein, die der Anzahl von Icons in einer bestimmten Gruppe entspricht. Im Allgemeinen führt die Betätigung der Taste „Run" 114 dazu, dass die Zustandsmaschine einen Zustand annimmt, in dem ein Programm ausgeführt wird – unabhängig von der Anzahl der ausgewählten Regeln. Es ist daher nicht notwendig, den Benutzer zu fragen, ob das Programm fertig ist oder nicht.
Es ist möglich, zu einer gewünschten Gruppe von Icons zu springen, um nur eine Regel in einem vom Benutzer festgelegtes Programm, das aus mehreren Regeln besteht, zu ändern.
In einem ausgewählten Zustand der Zustandsmaschine kann ein angegebenes Programm übertragen werden.
3c zeigt ein drittes Programm für die Unterbrechung einer Zustandsmaschine. Dieses Programm zeigt, wie die Zustandsmaschine im Zustand 314, nach Betätigung von „Interrupt", eine Darstellung des Zustands T speichert, in dem sich der Mikroprozessor/die Zustandsmaschine befindet. Es ist dadurch möglich, einen plötzlich unterbrochenen Programmierungsvorgang wieder aufzunehmen, ohne von vorne beginnen zu müssen. Im Zustand 315 wird das Spielelement ausgeschaltet.
3d zeigt ein viertes Diagramm zum Starten einer Zustandsmaschine. Das Programm zeigt, wie die Zustandsmaschine nach Betätigung von „Start" im Zustand 316 das Spielelement einschaltet. Dann wird im Zustand 317 eine zuvor gespeicherte Zustandsdarstellung T zurückgeholt. Im Zustand 318 werden die Icons, die den Zustand T darstellen, angezeigt. Im Zustand 319 erhalten die Icons der Gruppe 1 den Fokus und dann ist die Zustandsmaschine für den Betrieb bereit, wie er im Zusammenhang mit den 3a, 3b und 3c beschrieben wurde.
Wie aus der obigen Beschreibung der 3a, 3b, 3c und 3d ersichtlich wird, kann der Benutzer das Spielelement in einfacher Weise programmieren, um Programme auszuführen, die komplizierte Funktionen enthalten. Die Programme werden durch Kombinieren einer Anzahl von spezifischen Regeln erzeugt.
Die oben beschriebene Zustandsmaschine kann in einer sehr kompakten Weise implementiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass anspruchsvolle und vom Benutzer festgelegte Funktionen als Antwort auf einen einfachen Dialog mit dem Benutzer ausgeführt werden können.
In den Zuständen, in denen eine Regel auswählt wird, das heißt in den Zuständen 305, 308 und 311, führt das Programmsystem 119 eine Anzahl von Operationen aus und erzeugt dadurch ein vom Benutzer festgelegtes Programm, das von dem Mikroprozessor 102 ausgeführt werden kann.
Das vom Benutzer festgelegte Programm kann erzeugt werden, indem eine Referenz (das heißt ein Zeiger) in dem Speicher 121 gespeichert wird, die auf eine Regel in dem Speicher 120 verweist. Wenn mehrere Regeln ausgewählt werden, um in dasselbe vom Benutzer festgelegte Programm aufgenommen zu werden, wird eine Liste von Referenzen auf Regeln des Speichers 120 in dem Speicher 121 abgelegt. Ein vom Benutzer festgelegtes Programm kann daher eine oder mehrere Regeln umfassen.
Alternativ kann das vom Benutzer festgelegte Programm dadurch programmiert werden, dass eine Kopie von jeder der ausgewählten Regeln in dem Speicher 120 gemacht wird, und die Kopien in den Speicher 121 eingefügt werden; der Speicher 121 enthält auf diese Weise das vollständige Programm. Weiter kann das vom Benutzer festgelegte Programm als eine Kombination von Referenzen auf Regeln und von Anweisungen an den Mikroprozessor 102 erzeugt werden.
Es sollte beachtet werden, dass jede Regel typischerweise einen Satz von Anweisungen umfasst, die als ein Unterprogramm, eine Funktion oder eine Prozedur angesehen werden können. Aber eine Regel kann auch nur eine Änderung eines Parameters enthalten, z. B. eines Parameters, der die Geschwindigkeit eines verbundenen Motors oder eine Zeitkonstante angibt.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann eine vorbestimmte Aktion ausgeführt werden, wenn die Zustandsmaschine von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand wechselt. Die Aktion kann z. B. ein Signalisieren an den Benutzer mit Ton und/oder Licht umfassen um den Zustand oder die Art des Zustands anzuzeigen, den das Spielelement angenommen hat.
4 zeigt die parallele und sequentielle Ausführung von Programmen. Wenn ein vom Benutzer festgelegtes Programm erzeugt ist, können die Regeln als sequentielle Abfolge von Regeln, parallel oder in einer Kombination aus sequentieller und paralleler Programmausführung ausgeführt werden.
Ein Beispiel für zwei Regeln, die zeitlich parallel ausgeführt werden sollen, kann eine erste Regel sein, nach der ein Fahrzeug nach Licht suchen soll, und eine zweite Regel, nach der das Fahrzeug seine Richtung ändern soll, wenn es Hindernisse entdeckt.
Ein Beispiel für zwei Regeln, die zeitlich nacheinander ausgeführt werden sollen, kann eine erste Regel sein, nach der das Fahrzeug gerade nach vorne fahren soll, und eine zweite Regel, nach der das Fahrzeug in einer kreisförmigen Bewegung fahren soll.
Die Regeln R1 401, R2 402, R3 406, R4 405, R5 403 und R6 404 liefen ein Beispiel für eine Kombination von sequentieller und paralleler Programmausführung.
Wenn Regeln als Unterprogramme ausgeführt werden, die zeitlich parallel laufen, oder in einer Form der Zeitaufteilung zwischen den Unterprogrammen, muss es möglich sein, mit Situationen umzugehen, in denen mehrere Regeln auf eine Ressource, beispielsweise in Gestalt eines Motors, zugreifen wollen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine derartige Situation behandelt, indem jeder der Regeln, die ausgewählt werden können, eine Prioritätszahl zugewiesen ist. Zum Beispiel können Regeln innerhalb derselben Gruppe von Icons auf der Anzeige dieselbe Prioritätszahl erhalten. Wenn das Betriebssystem 118 erfasst, dass zwei Regeln oder Unterprogramme innerhalb eines Zeitintervalls beide Zugang zu einer Ressource haben wollen, wird die Regel mit der niedrigsten Prioritätszahl unterbrochen oder angehalten. Der Regel mit der höchsten Prioritätszahl wird dann erlaubt, die Ressource zu benutzen. Wenn nur eine einzige Regel aus derselben Gruppe von Icons ausgewählt werden kann, wird demgemäß eine eindeutige und vorhersagbare Programmausführung der vom Benutzer festgelegten Programme erreicht.
5 zeigt ein erstes und zweites Spielelement, wobei das erste Spielelement Programme zu dem zweiten Spielelement übertragen kann. Das erste Spielelement 501 umfasst einen Mikroprozessor 507, ein I/O Modul 510, einen Speicher 509 und eine Benutzerschnittstelle 508. Das Spielelement 501 umfasst darüber hinaus eine Zweiweg-Kommunikationseinheit zur Kommunikation über einen Infrarot-Sender/-Empfänger 505 oder zur Kommunikation mittels einer Einheit Lichtquelle/Lichtdetektor 504, die sichtbares Licht aussenden und erfassen kann.
Entsprechend umfasst das zweite Spielelement 502 einen Mikroprozessor 514, ein I/O Modul 515 und einen Speicher 516. Das Spielelement 502 umfasst darüber hinaus eine Kommunikationseinheit 513 zur Kommunikation über einen Infrarot-Sender/Empfänger 512 oder zur Kommunikation mittels einer Einheit Lichtquelle/Lichtdetektor 511, die sichtbares Licht aussenden und erfassen kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das erste Spielelement Daten sowohl übertragen als auch empfangen, während das zweite Spielelement Daten nur empfangen kann.
Daten können als sichtbares Licht über einen Lichtleiter 503 übertragen werden. Alternativ können Daten als infrarotes Licht 517 und 518 übertragen werden. Die Daten können in der Form von Codes vorliegen, die eine bestimmte Anweisung und zugehörige Parameter darstellen, die von den Mikroprozessoren 507 und/oder 514 interpretiert werden können. Alternativ können die Daten in der Form von Codes vorliegen, die sich auf ein Unterprogramm oder eine Regel beziehen, das oder die in dem Speicher 516 gespeichert ist.
Die I/O Module 510 und 515 können mit elektrischen Einheiten (z. B. Motoren) zur Steuerung derselben verbunden sein. Die I/O Module 510 und 515 können auch mit elektrischen Sensoren verbunden sein, so dass die Einheiten als Antwort auf erfasste Signale gesteuert werden können.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Faser 503 so ausgelegt, dass ein Teil des sichtbaren Lichts, das von ihr übertragen wird, aus der Faser entweicht. Es ist für den Benutzer daher möglich, die Übertragung – direkt – zu beobachten. Der Benutzer kann z. B. sehen, wann die Kommunikation beginnt und endet.
Das Licht durch die Faser kann Daten mit einer vorgegebenen Datenübertragungsfrequenz als Änderungen in dem Lichtpegel in der Faser übertragen. Daten können so übertragen werden, dass es für den Benutzer möglich ist, jeweilige Änderungen des Lichtpegels während einer Übertragung zu beobachten (das ist der Fall bei einer geeignet niedrigen Datenübertragungsfrequenz), oder nur zu sehen, ob die Übertragung andauert (das ist der Fall bei einer geeignet hohen Datenübertragungsfrequenz).
Im Allgemeinen ist es nicht erwünscht, dass ein Teil des durch die Faser zu übertragenden Lichts aus der Faser entweicht. In Zusammenhang mit der Kommunikation zwischen zwei Spielelementen ist es jedoch ein erwünschter Effekt, da es dann möglich ist, die Kommunikation einer sehr intuitiven Art und Weise zu beobachten.
Es ist dem Fachmann bekannt, wie sichergestellt werden kann, dass ein Teil des Lichts aus der Faser entweicht. Dies kann z. B dadurch bewerkstelligt werden, dass in den Mantel der Faser Störstellen eingebracht werden, oder indem mechanisch Kerben oder Muster in der Faser erzeugt werden. Der Anteil des Lichts der aus der Faser entweichen soll, kann auch dadurch eingestellt werden, dass das Verhältnis des Brechungsindex eines Kerns zu dem eines Mantels des Lichtleiters eingestellt wird.
Nachfolgend wird beschrieben, wie ein Programm in dem Spielelement 502 empfangen werden kann, wenn es in sich in einem Zustand R = P befindet.
6 zeigt ein Flussdiagramm für die Speicherung von Programmschritten. Das Flussdiagramm zeigt, wie ein Benutzer eigene Regeln speichern kann, die von einer externen Einheit übertragen wurden, beispielsweise von einem zweiten Spielelement, wie oben erwähnt, oder von einem Personalcomputer. In einer Ausführungsform werden nur die Referenzen auf die Regeln, die in dem Spielelement gespeichert sind, übertragen. Dies verringert die erforderliche Bandbreite für die Kommunikation zwischen den Spielelementen. In Schritt 602 wird geprüft, ob Download-Signale von externen Einheiten empfangen werden. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt 603 geprüft, ob die Download-Signale gültig sind. Wen die Signale nicht gültig sind (Nein), wird in Schritt 604 ein Tonsignal abgespielt, das einen Fehler anzeigt. Sind die Signale gültig (Ja), wird geprüft, ob die Signale als Befehle zu interpretieren sind, die sofort auszuführen sind (Ausführen), oder ob die Signale als Befehle zu interpretieren sind, die in Hinblick auf eine nachfolgende Ausführung zu speichern sind (Speichern). Wenn die Befehle sofort auszuführen sind, wird dies in Schritt 606 durchgeführt und das Programm kehrt dann zum Schritt 602 zurück. Wenn die Befehle zu speichern sind, wird in Schritt 607 ein Erkennungstonsignal abgespielt und der Befehl wird in Schritt 608 als ein Programmschritt in dem Speicher 609 gespeichert.
Ein Beispiel für einen Befehl, der sofort auszuführen ist, kann sein, dass die Befehle in dem Speicher 609 auszuführen sind.
In einem anderen Ausführungsbeispiel können eigene Regeln des Benutzers durch Erzeugen einer Kombination existierender Regeln gebildet werden, ohne eine externe Einheit zu benutzen.
Beispiele möglicher Funktionen einer Reihe von regelbasierten Programmen R1–R7 sind nachfolgend angegeben (Regel 1, Regel 2, Regel 3, Regel 4, Regel 5, Regel 6 und Regel 7).

Regel 1:
1) Eine Pause von 1 Sekunde.
2) Eine Tonfolge (Start-Tonsignal) wird abgespielt.
3) Eine Pause von 0,5 Sekunden.
4) Eine Tonfolge (Rückwärts-Tonsignal) wird abgespielt.
5) Der Motor läuft für 5 Sekunden rückwärts.
6) Der Motor hält an.
7) Punkte 3–6 werden zweimal wiederholt (3 mal insgesamt).
8) Die Regel wird angehalten.
Regel 2:
9) Eine Pause von 1 Sekunde.
10) Eine Tonfolge (Start-Tonsignal) wird abgespielt.
11) Eine Pause von 0,5 Sekunden.
12) Eine Tonfolge (Rückwärts-Tonsignal) wird abgespielt.
13) Der Motor läuft für 5 Sekunden rückwärts.
14) Der Motor stoppt.
15) Eine Pause von 0,5 Sekunden.
16) Eine Tonfolge (Vorwärts-Tonsignal) wird abgespielt.
17) Der Motor läuft für 5 Sekunden vorwärts.
18) Der Motor hält an.
19) Punkte 3–10 werden zweimal wiederholt (3 mal insgesamt).
20) Die Regel wird angehalten.
Regel 3:
1) Eine Pause von 1 Sekunde.
2) Eine Tonfolge (Einstell-Tonsignal) wird abgespielt.
3) Eine Tonfolge (Start-Tonsignal) wird abgespielt.
4) Eine Tonfolge (Rückwärts-Tonsignal) wird abgespielt.
5) Der Motor läuft für höchstens 7 Sekunden rückwärts.
6) Wenn Licht erfasst wird, bevor die 7 Sekunden (Punkt 5) verstrichen sind: – Der Motor stoppt. – Vorwärts-Tonsignal wird abgespielt. – Der Motor läuft vorwärts, solange Licht erfasst wird. Wenn das Licht verschwindet: i. Der Motor stoppt nach 0.5 Sekunden. ii. Wenn das Licht innerhalb von 2 Sekunden zurückkommt, startet der Motor erneut. iii. Wenn das Licht für 2 Sekunden aus ist, bleibt der Motor abgeschaltet.
7) Punkte 4–6 werden wiederholt, solange Licht innerhalb der 7 Sekunden erfasst wird und 3 Versuche ohne Licht gemacht wurden.
8) Der Motor hält an.
9) Die Regel hält an.

Ein Beispiel für die Erfahrung des Benutzers: Ein Modell wird aufgebaut, so dass wenn das Modell rückwärts fährt, das Modell sich dreht und wenn es vorwärts fährt, fährt es geradeaus. Die Regel stellt daher eine Lichtsuchfunktion bereit – wenn der Benutzer Licht auf das Modell wirft, fährt das Modell vorwärts auf den Benutzer zu.
7 zeigt ein Programm zum Auswählen einer Untermenge von Programmschritten aus einem Satz von Programmschritten als Antwort auf die Auswahl einer Operation. Die Auswahl einer Operation kann z. B. durch das Betätigen des Schalters 111 ausgeführt werden. Das Flussdiagramm beginnt in Schritt 700. Dann wird eine Untermenge von Programmschritten ausgewählt.
Eine Untermenge von Programmschritten wird auch eine Regel genannt. In 701 wird eine Regel R aus einer Sammlung vorbestimmter Regeln R1–R7 in der Form von regelbasierten Programmen, die in dem Speicher 110 gespeichert sind, ausgewählt. Im Schritt 702 wird entschieden, ob die auswählte Regel R = R1 ist. Wenn dies der Fall ist (Ja), wird das regelbasierte Programm R1 im Schritt 703 ausgeführt. Alternativ (Nein), wird geprüft, ob die Regel R = R2 ausgewählt wurde. Entsprechend wird in den Schritten 704, 706 und 708 entschieden, ob die ausgewählte Regel die Regel 2, 3 oder 7 ist, und entsprechende regelbasierte Programme werden in den Schritten 705, 707 oder 709 ausgeführt. Es ist demgemäß möglich, eine von mehreren vorbestimmten Regeln auszuwählen. Diese Regeln können z. B. von dem Hersteller des Spielelements festgelegt werden.
Wie oben beschrieben ist es möglich, vom Benutzer durch Kombinieren der vorbestimmten Regeln festgelegte Regeln zu speichern.
8 zeigt eine Spielstruktur mit einem von einem Mikroprozessor gesteuerten Spielbauelement nach der Erfindung, verbunden mit allgemein bekannten Spielbauelementen. Das von einem Mikroprozessor gesteuerte Spielbauelement 801 ist auf eine Struktur 805 von Bauelementen und zwei Motoren (nicht gezeigt) oben aufgesetzt. Die Motoren treiben ein Rad auf jeder Seite des Fahrzeugs an, wobei nur das Rad 802 auf einer Seite der Spielstruktur sichtbar ist. Die Räder werden von einer Welle 804 angetrieben, die mit dem Motor über Getrieberäder 803 verbunden ist. Die Motoren sind mit Drähten 815 elektrisch mit dem Spielbauelement 801 verbunden.
Die Spielstruktur umfasst darüber hinaus zwei bewegliche Arme 806, die um ein Lager 807 schwenkbar sind, so dass die Arme, wenn sie geschwenkt werden, eine Gruppe von Schaltern 808 beeinflussen können. Die Schalter 808 sind über Drähte 809 elektrisch mit dem Spielelement 801 verbunden.
Das Spielelement kann über die Tasten 813 bedient werden. Die Anzeige 812 kann Information anzeigen, wie oben in Zusammenhang mit 2 beschrieben. Das Spielelement 801 hat einen Satz von elektrischen Kontaktflächen 810 und 811, mit denen die Drähte 809 und 815 zum Empfangen von Signalen bzw. zum Ausgeben von Signalen verbunden werden können.
Durch geeignete Programmierung des Spielelements 801 kann das Fahrzeug veranlasst werden, um Hindernisse, die die Arme 806 beeinflussen können, herumzufahren.

Claims

Ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement (101, 501), umfassend einen Mikroprozessor (102, 507), der Befehle in der Form eines Programms ausführen kann, das in einem Speicher (117, 509) gespeichert ist, wobei besagter Speicher Unterprogramme (R1, R2, ..., R6) umfasst, die einzeln durch Angabe einer Liste von Unterprogrammaufrufen aufgerufen werden können; mit Bauelementen verbindbare Verbindungsmittel, die durch Betätigungsmittel bewegt werden können, wobei besagte Betätigungsmittel als Antwort auf die Befehle steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielbauelement Kommunikationsmittel (504, 505) umfasst, die die Liste von Unterprogrammaufrufen an ein zweites Spielbauelement (502) übertragen können, um es zu programmieren.
Ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Anzeige (104, 508) umfasst, die eine Mehrzahl von Icons (204, 205, 206, 207, 208) darstellen kann, von denen jedes Befehl für den Mikroprozessor (102, 507) repräsentiert, und die von einem Benutzer zur Programmierung des Mikroprozessors aktiviert werden können.
Ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass Befehle, die einem Icon entsprechen, durch Steuerung der Betätigungsmittel als Antwort auf Signale von mit dem Spielbauelement verbundenen Sensoren eine Regel (R1, R2, ..., R6) implementieren.
Ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Empfänger (504, 505) für den drahtlosen Empfang von Befehlen umfasst.
Ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Empfänger (505) für den Empfang von Infrarotsignalen umfasst.
Ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Tastenfeld zur manuellen Eingabe von Befehlen umfasst.
Ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Sender (504, 505) für die drahtlose Übertragung von Befehlen zu dem zweiten Spielzeug umfasst.
Ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Sender (504) für die Übertragung besagter Funktionsaufrufe über einen Lichtleiter (503) umfasst.
Ein mikroprozessor-gesteuertes Spielbauelement nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen langgestreckten Lichtleiter (503) umfasst, durch den sichtbares Licht in seiner longitudinalen Richtung übertragen werden kann, wobei besagter Lichtleiter (503) ausgelegt ist, um einem Teil des übertragenen Lichts zu erlauben, über seine Seiten zu entkommen.
Ein Spielbauset umfassend mikroprozessor-gesteuerte Spielbauelemente nach irgendeinem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass es erste und zweite mikroprozessor-gesteuerte Spielbauelemente (501, 502) umfasst, wobei das zweite mikroprozessor-gesteuerte Spielbauelement (502) einen Speicher (516) mit Unterprogrammen (R1, R2, ..., R6) umfasst, die einzeln durch den Empfang von Unterprogrammaufrufen von dem ersten Spielbauelement (501) aktiviert werden können.
Ein Spielbauset nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste mikroprozessor-gesteuerte Spielbauelement Bedienmittel (508) zum Erzeugen eines Programm umfasst, und dass das zweite mikroprozessor-gesteuerte Spielbauelement Bedienmittel zum Aktivierung von nur einem von mehreren Programmen umfasst.