专利名称：具有功能砖块的玩具构建系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含具有用于可释放地互连构建(building)元件的耦合装置的构建元件的玩具构建系统。
背景技术：
这种玩具构建系统为人们所知已有几十年的时间。简单的积木增加了具有特定外观或机械或电气功能以增强玩耍价值的专用构建元件。这些功能包含例如，马达、开关和灯以及接受来自传感器的输入并可响应接收的传感器输入激活功能元件的可编程处理器。
存在具有适于执行预先配置的功能的功能器件、用于向执行功能的功能器件提供能量的能源和响应外部触发器事件以触发功能器件执行功能的触发器的自足功能构建元件。一般地，这种已知的功能构建元件被设计为手动激活触发器且仅提供有限的玩耍价值。
因此，本发明的目的是提供一种具有新型构建元件的玩具构建系统，这些新型构建元件适用于该系统并且将增强该系统的玩耍价值。
发明内容
该目的由本发明的玩具构建系统实现，其中，该系统包括一个或更多个传感器构建元件、或一个或更多个逻辑构建元件或一个或更多个功能构建元件，它们均具有耦合装置以使它们与玩具构建系统相容。本发明一般可应用于具有构建元件的玩具构建系统，这些构建元件具有用于可释放地互连构建元件的耦合装置。
特别地，当各个功能构建元件具有适于执行预先配置的功能的功能器件和用于向执行功能的功能器件提供能量的能源和响应外部机械触发器动作以触发功能器件执行功能的触发器时，其中，各个功能构建元件中的触发器相对于耦合装置以统一方式被配置，功能元件可容易地在给定的玩具结构内被互换而不必改变触发器机构。
机械触发器输入还提供简单和稳健的触发器机构，该触发器机构不依赖于电连接或其它复杂且易出错的机构。并且，这些机械触发器机构非常直观，并易于供更小的孩子玩耍。
因此，在标准化的位置上具有机械触发器的功能构建元件使得功能构建元件适用于玩具构建系统，并增加玩耍价值。
在一些实施例中，玩具构建组包括一个或更多个传感器构建元件，并任选地包含一个或更多个逻辑构建元件，每一个具有适于激活功能构建元件的触发器的以统一方式配置的机械触发器输出。因此，提供了允许用户以统一的方式和一组有限的不同的结构元件构建各种各样的功能和功能关系的构建组。
图1～3分别表示现有的玩具构建砖块(brick)；图4表示本发明的玩具构建砖块；图4A表示图4中的玩具构建砖块的激活；图5和图5A表示在激活玩具构建砖块的玩具构建系统中使用时的图4中的玩具构建砖块；图6表示用于激活玩具构建砖块的替代性结构；图7示意地表示具有开关的玩具构建砖块；图8示意地表示具有电气功能和用于对电气功能供电的电池的功能构建砖块；图9示意地表示具有机械功能和用于向机械功能供电的弹簧的功能构建砖块；图10表示包含传感器砖块、逻辑砖块和功能砖块的本发明的玩具构建系统；图11～13表示图10中的玩具构建系统的不同用途；图14～15表示功能砖块的例子。
具体实施例方式
以下通过使用砖块形式的玩具构建元件说明本发明。但是，本发明可被应用于在结构构建组中使用的其它形式的构建元件。
图1示出在其顶面上具有耦合桩并且具有从底部延伸到砖块中的空腔的玩具构建砖块。如US 3005282公开的那样，空腔具有中心管，并且，可以以摩擦接合的方式在空腔中容纳另一砖块上的耦合桩。图2和图3表示其它的这种现有构建砖块。剩余的附图中所示的构建砖块具有这种已知类型的桩和空腔协作的形式的耦合装置。但是，也可以使用其它类型的耦合装置。
图4表示在一个侧面上具有按钮11并在其顶面上具有耦合桩12的玩具构建砖块10。在所示的实施例中，玩具构建元件10示出功能构建元件，其中，按钮11提供用于如图4A所示激活构建元件10中的功能器件的机械输入或触发器，其中，机械力被施加到触发器上并将触发器推入砖块中，由此，砖块中的功能器件被激活。
一般地，该力可通过外部触发构件、例如通过物理接触与触发器接合的触发构件被施加。外部触发器构件可例如为人的手指，或者由玩具构建组中的机构提供。特别地，当玩具构建砖块10被用作如下所述包含传感器和/或逻辑砖块的系统的一部分时，该力可通过所述传感器或逻辑砖块的机械输出构件、例如通过直接物理接触或通过诸如棒、销或轮等的中间构件被施加。这些输出构件的例子包含轴、销、凸轮、铰链或旋转构件等。
图5示出在其圆周上具有凸轮52的旋转轮51。当轮51旋转时，凸轮52将在轮51的每转中如图5A所示激活按钮11一次。
在图6中，凸轮通过被配置在两个支撑构建砖块62中的通孔中的中间推杆61间接激活按钮11。推杆61优选为具有十字形截面的类型，并且按钮11优选具有带有用于容纳推杆的端部的相应的截面的孔。
在图7中示出砖块10中的功能器件可以为开关71。开关71可以为通常打开或通常闭合的开关，并且其端子可与顶面上的耦合桩或与意在与其它构建砖块上的耦合桩接合的空腔中的表面连接。
在图8中示出具有存储电能的电池82的功能砖块，并且开关81可被按钮激活，由此，电气功能器件83从电池82接收电力，并且电气功能器件83执行预先配置的电气功能。
在图9中示出具有存储机械能的弹簧92的功能砖块，该机械能可通过激活按钮被释放并可被供给到用于执行预先配置的机械功能的机械功能器件93。
本发明的功能砖块可执行的预先配置的机械功能的例子包含驱动旋转输出轴；卷起线丝或链条，使得能够拉动物体使其更接近功能砖块；快速或慢速移动功能砖块的铰链部分，使得能够例如开或关门；喷射物体等。这些机械移动可以被由电池82或可充电电容器供电的电马达或被弹簧92或其它有回弹力的构件或压缩空气驱动。
本发明的功能砖块可执行的预先配置的电气功能的例子包含操作具有可接入的端子的开关；发射恒定或闪烁的光、以预定的次序激活几个灯；发射可听声音，诸如嘟嘟声、报警声、铃声、警报声、声音消息、音乐、合成声、模拟或刺激玩耍活动的自然或模仿声音；记录和回放声音；发射诸如超声的不可听声音；发射要被另一部件接收的射频信号或红外信号；等等。
由此，功能器件可包含适于执行上述或替代性功能中的一个或更多个的任何合适的机械和/或电气器件、配置或电路。功能器件的例子包含诸如灯或LED的光源、声音发生器、马达、铰链部分、可旋转轴或信号发生器等。
在功能砖块10的更一般的实施例中，输入11是机械触发器器件/元件。机械触发器响应诸如机械力、推、拉、旋转、压力、脉冲、触摸、动量或角动量等的外部机械动作/事件。机械触发器可以是原来已知的触发器元件，并且技术人员将知道如何选择适于特定目的的触发器。当被感测的外部机械事件激活时，砖块中的功能器件将被激活以执行上述的功能。
作为功能砖块的共同特征，各个砖块的触发器或输入相对于耦合装置、即相对于顶面上的耦合桩和/或相对于底部中的耦合空腔以第一统一方式被配置。这使得功能砖块具有可互换性，并且，在用图1～3中的砖块构建的玩具结构中，几个功能砖块可被互换使用，并且特定的功能砖块可被用于几个结构中。玩具构建系统可包含这些响应不同外部机械动作的功能砖块中的几个。但是，如果所有的功能砖块都包含以统一的方式响应相同的机械动作的相应的触发器元件，那么这些功能砖块可很容易地在从这里所述的构建砖块构建的玩具结构内被互换。例如，包含灯的功能砖块可简单地被包含声音源或扬声器的功能砖块替换而不必改变结构的任何其它部分，这是因为两种功能砖块均以相同的方式被激活。
图10示出用于玩具构建组中的三组玩具构建砖块传感器砖块(S1、S2、...、SN)、逻辑砖块(L1、L2、...、LM)、和功能砖块(F1、F2、...、FK)，该玩具构建组包含具有用于可释放地互连构建元件的耦合装置的构建元件，例如图1～3中所示的已知的砖块。功能砖块在上面被说明。
传感器砖块20分别具有响应由箭头表示的外部物理事件的传感器21。这些外部物理事件的例子包含机械力、推、拉、旋转、人为操纵、触摸、物体的接近度、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。优选地，各个传感器只响应这些物理事件中的特定类型，由此提供大量不同的传感器砖块S1、S2、...、SN。
各个传感器砖块20具有输出22，并且，当外部物理事件到达传感器时，传感器砖块将通过在其输出22上输出机械输出动作做出响应。所有的传感器砖块优选在相应的触发器输入上输出统一性质的输出动作，比如给予力、动量或角动量等。例如，输出22可包含执行平移移动(例如推或拉)或诸如轴或销的输出构件的旋转的输出构件，由此传输机械力和/或动量和/或角动量。优选地，所有的传感器砖块相对于耦合装置、即相对于顶面上的耦合桩和/或相对于底部中的耦合空腔以第二统一方式被配置。并且，在一些实施例中，所有的传感器砖块提供统一性质的机械输出，使得传感器砖块输出与功能砖块和/或逻辑砖块的触发器输入协作，以给予统一性质的机械动作，诸如预定的力或动量。这使得传感器砖块具有可互换性，并且，在用图1～3中的砖块构建的玩具结构中，几个传感器砖块可被互换使用，并且，特定的传感器砖块可被用于几个结构中。
传感器砖块可独立和玩具构建组一起使用，或与一个或更多个上述的功能砖块组合使用。
逻辑砖块30分别具有机械输入31和机械输出32。逻辑砖块30的输入31从任意传感器砖块20的输出22接收输出动作。逻辑砖块30适于对逻辑砖块输入动作执行逻辑功能并输出作为对逻辑砖块输入动作执行的逻辑功能的结果的输出动作。优选地，来自逻辑砖块30的输出动作具有与来自传感器砖块20的输出动作相同的机械性质，这意味着传感器砖块和逻辑砖块均输出例如电或机械动作。并且，在优选的实施例中，逻辑砖块输入适于响应与功能砖块输入相同的机械输入。
由逻辑砖块执行的逻辑功能的例子包含相对于输入延迟输出；对输出重复输入预定的次数；仅当输入满足一定的准则例如一定的次序或图案时才作为输入接收输出；输出预定次序或图案的输出动作。由此，在玩具构建组中，可存在大量的不同的逻辑砖块L1、L2、...、LM，从而允许通过在给定的结构中简单地互换逻辑砖块实现不同的逻辑功能。
图11示出图10中的传感器、逻辑和功能砖块的预期用途。传感器砖块20、逻辑砖块30和功能砖块10如图所示被串联配置，并且它们可以与玩具构建系统的其它构建砖块互连。传感器砖块20通过在其输出22上给出输出动作响应由传感器21感测的外部物理事件(箭头)。逻辑砖块30在其输入31上接收来自传感器砖块20的输出动作。逻辑砖块30对从传感器砖块接收的动作执行逻辑功能，并在其输出32上产生相应的输出动作。功能砖块10在其输入11上接收来自逻辑砖块30的输出动作并执行其功能。传感器砖块、逻辑砖块和功能砖块中的每一个可与同一组的其它砖块互换。由此，当玩具结构组包含具有统一的机械输入和输出的几个功能砖块和/或几个传感器砖块和/或几个逻辑砖块时，可以通过互换各种砖块简单地构建由不同的传感器输入触发的各种各样的不同的功能。由于所有的机械接口均关于耦合装置以统一的方式被配置并以统一的方式操作，因此可以在结构内容易地互换各种砖块。
在图12中示出图10中的传感器和功能砖块的另一预期用途。与图11的不同在于少了逻辑砖块。传感器砖块20和功能砖块10如图所示以串联的方式被配置，并且它们可以与玩具构建系统的其它构建砖块互连。传感器砖块20通过在其输出22上给出输出动作响应由传感器21感测的外部物理事件(箭头)。功能砖块10在其输入11上接收来自传感器砖块20的输出动作并执行其功能。传感器砖块和功能砖块中的每一个可与同一组的其它砖块互换。
所有逻辑砖块和所有功能砖块均从任何传感器砖块以及从任何逻辑砖块接收输出动作作为它们的输入动作。
如图13所示，两个或更多个相同或不同的逻辑砖块30因此可被串联连接，使得逻辑砖块从前面的逻辑砖块接收输出动作作为其输入动作，由此，两个逻辑砖块的组合逻辑功能在功能砖块10被触发以执行其功能之前被组合。
优选地，功能砖块具有预先配置的功能，但功能也可被编程或另外由用户确定或受其影响。类似地，逻辑砖块优选具有预先配置的逻辑功能，但逻辑功能也可被编程或另外由用户确定或受其影响。
图14a表示功能砖块的透视图，而图14b表示砖块的示意性截面图。功能砖块10是结合图1和图2说明的一般类型的构建砖块，并且包含以规则图案以及与侧壁的预定关系配置的在其顶面上的耦合桩。并且，砖块包含一个或更多个用于与另一这种砖块的突起摩擦接合的底面(没有明确示出)上的相应的空腔。功能砖块在其一个侧面上包含按钮11形式的触发器。触发器被定位在侧面上的预定位置上，并由此相对于空腔(和/或突起)被定位在预定位置上，例如被定位在距离底面的预定高度上。
按钮11在被按压时使两个电接点131和132闭合。各接点分别与电池133和134连接。砖块10还包含与电池电连接的LED 135。因此，只要按钮11被按压，LED就被接通。
图15表示功能砖块的另一例子的透视图。功能砖块10与图14中的功能砖块类似，并且包含被定位在与图14的功能砖块的按钮相同的关于砖块的底面上的空腔的相对位置上的按钮11。并且，两个砖块的按钮具有相同的一般形状以及相同的激活方式。由此，在结构中，当图14和图15的功能砖块被互换时，按钮被定位在相同的位置上，并且可以以相同的方式被激活。但是，图15的功能砖块10包含用于提供可听输出的电池驱动声音发生器155而不是LED。
一般地，当功能构建元件的触发器输入、传感器构建元件的输出和逻辑元件的输入和输出被定位在在其顶面和底面上具有耦合装置的构建元件的侧壁上时，输入和输出不干扰耦合装置。并且，触发器接口的这种放置允许在一个水平层/面内构建功能、传感器和逻辑元件的整个序列甚至网络，而不需要发射触发器事件的附加装置，特别是不需要用于从一个构建元件向下一个构建元件传送触发器动作/事件的任何特定的基板。
权利要求
1.一种玩具构建系统，包括具有用于可释放地互连构建元件的耦合装置的构建元件，该构建系统包含具有这种耦合装置并且每个具有适于执行预先配置的功能的功能器件的功能构建元件和用于向执行功能的功能器件提供能量的能源，各个功能构建元件具有响应外部机械触发器动作以触发功能器件执行功能的触发器，其中，每个功能构建元件中的触发器相对于耦合装置以统一的方式被配置。
2.根据权利要求1的玩具构建系统，其中，功能选自包含以下功能的组移动、产生可听声音信号、产生不可听声音信号、产生电信号、产生可见光信号、产生不可见光信号、产生射频信号。
3.根据权利要求1或2的玩具构建系统，还包括具有这种耦合装置并具有响应外部物理事件的传感器的传感器构建元件，该传感器构建元件适于响应外部物理事件在传感器构建元件输出上输出机械传感器构建元件输出动作。
4.根据权利要求3的玩具构建系统，包括响应不同外部物理事件的多个传感器构建元件。
5.根据权利要求4的玩具构建系统，其中，外部物理事件选自包含机械力、推、拉、旋转、人为操纵、触摸、物体的接近度、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、辐射的组。
6.根据权利要求1～5中的任一项的玩具构建系统，还包括具有这种耦合装置并具有响应外部机械触发器动作的触发器的逻辑构建元件，该逻辑构建元件适于响应外部机械触发器动作以对外部机械触发器动作执行逻辑功能，并在逻辑构建元件输出上输出作为对外部机械触发器动作执行的逻辑功能的结果的逻辑构建元件输出动作，其中，逻辑构建元件输入和功能构建元件输入相对于耦合装置以第一统一方式被配置，并且，功能构建元件触发器响应逻辑构建元件输出动作并适于响应逻辑构建元件输出动作执行预先配置的功能。
7.根据权利要求6的玩具构建系统，包括适于执行不同的逻辑功能的多个逻辑构建元件。
8.根据权利要求7的玩具构建系统，其中，逻辑功能选自包含以下功能的组相对于输入延迟输出；对输出重复输入预定的次数；仅当输入满足一定的准则例如一定的次序或图案时才作为输入接收输出；输出预定次序或图案的输出动作。
9.根据权利要求6～8中的任一项的玩具构建系统，还包括具有这种耦合装置并具有响应外部物理事件的传感器的传感器构建元件，该传感器构建元件适于响应外部物理事件在传感器构建元件输出上输出机械传感器构建元件输出动作；其中，功能构建元件和逻辑构建元件中的每一个的触发器响应传感器构建元件输出动作；其中，传感器构建元件输出和逻辑构建元件输出相对于耦合装置以第二统一方式被配置；并且其中，传感器构建元件输出动作和逻辑构建元件输出动作具有统一的机械性质。
10.根据权利要求1～9中的任一项的玩具构建系统，包括其功能器件适于执行不同功能的多个功能构建元件。
11.根据权利要求10的玩具构建系统，其中，功能选自包含以下功能的组移动、产生可听声音信号、产生不可听声音信号、产生电信号、产生可见光信号、产生不可见光信号、产生射频信号。
12.根据权利要求1～11中的任一项的玩具构建系统，其中，能源能够存储机械能。
13.根据权利要求1～12中的任一项的玩具构建系统，其中，能源能够存储电能。
14.根据权利要求1～13中的任一项的玩具构建系统，其中，所有功能构建元件的触发器都响应统一的机械激活。
15.根据权利要求1～14中的任一项的玩具构建系统，其中，功能构建元件中的每一个具有顶面、底面和至少一个侧面；其中，所述耦合装置被放在顶面和底面中的至少一个上；并且其中，触发器被配置在所述侧面上。
16.根据权利要求3～15中的任一项的玩具构建系统，其中，传感器构建元件输出相对于耦合装置以统一方式被配置，并使得当功能构建元件对于传感器构建元件以预定操作关系被定位时传感器构建元件输出能够激活功能构建元件的触发器。
17.一种玩具构建系统，包括具有用于可释放地互连构建元件的耦合装置的构建元件，该构建系统还包括具有这种耦合装置并且每个具有响应外部物理事件的传感器的传感器构建元件，这些传感器构建元件适于响应各个外部物理事件在各个传感器构建元件输出上输出机械传感器构建元件输出动作，其中，传感器构建元件输出相对于耦合装置以统一方式被配置，并且传感器构建元件输出动作具有统一的机械性质。
18.根据权利要求17的玩具构建系统，其中，外部物理事件选自包含机械力、推、拉、旋转、人为操纵、触摸、接近度、电信号、射频信号、可听声音信号、不可听声音信号、光信号、可见光信号、红外信号、磁信号的组。
19.一种玩具构建系统，包括具有用于可释放地互连构建元件的耦合装置的构建元件，该构建系统还包括具有这种耦合装置并且每个具有响应机械逻辑构建元件输入动作的逻辑构建元件输入的逻辑构建元件，各个逻辑构建元件适于响应逻辑构建元件输入动作以对逻辑构建元件输入动作执行逻辑功能并在逻辑构建元件输出上输出作为对逻辑构建元件输入动作执行的逻辑功能的结果的机械逻辑构建元件输出动作，其中，逻辑构建元件输出动作和逻辑构建元件输入动作具有统一机械性质，并且逻辑构建元件输入和逻辑构建元件输出相对耦合装置以统一方式被配置。
20.根据权利要求1～19中的任一项的玩具构建系统，其中，耦合装置包含突起和适于以摩擦接合的方式容纳突起的空腔。
全文摘要
本发明涉及一种玩具构建系统，该玩具构建系统具有适于响应机械触发器动作执行功能的功能砖块；适于响应机械触发器动作产生输出的具有传感器的传感器砖块；和具有响应传感器砖块输出的输入并适于对传感器砖块输出执行逻辑功能并产生逻辑输出的逻辑砖块。传感器砖块输出和逻辑砖块输出相对于耦合装置以第一统一方式被配置，并且传感器输出动作和逻辑输出动作具有统一的物理性质。逻辑砖块输入和功能砖块输入相对于耦合装置以第二统一方式被配置。功能砖块输入响应逻辑砖块输出并适于响应逻辑砖块输出执行功能。
文档编号A63H33/04GK101076386SQ200580036037
公开日2007年11月21日 申请日期2005年10月19日 优先权日2004年10月20日
发明者高特·蒙克 申请人:乐高公司