一种用于实物化编程的主控模块的制作方法

本实用新型涉及机器人编程工具技术领域，尤其涉及一种用于实物化编程的主控模块。

背景技术：

国务院印发《新一代人工智能发展规划》，其中明确指出人工智能成为国际竞争的新焦点，应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科，培养复合型人才，形成我国人工智能人才高地。人工智能时代的来临，编程教育逐渐趋向于低龄化，全民创客、全员编程正在火热的进行中，学习编程是必然的趋势。

传统的编程是以编写代码为主，且编程语言多不胜数。如果让青少年学习复杂的代码语言难度太大。儿童受英文水平的影响，理解起来也有难度，同时还需要进行大量地代码输入工作，对于初期接触编程及想学编程的儿童，基本上无法采用传统的编程方式来创作自己的程序。

随着开源平台、智能硬件和儿童编程教育发展市场的拓展，图形化编程工具也随之遍地开花。从国外知名的Scratch、Bluckly到国内各创业团队层出不穷地推出的图形化编程IDE，利用图形的可视化来引导孩子学习编程是目前的主流方式。

目前市场上的创客、STEAM编程教具等，均采用电子模块结合图形化编程软件的方式，厂家提供的编程软件采用支持电脑或平板端的APP，青少年如果要学习编程，必须通过编程软件，必须借助电子屏幕。长期使用电子屏幕容易造成孩子视力下降等问题；并且目前针对于编程学习的工具普遍适用于9岁以上孩子，使用电脑、键鼠进行编程，对于4-9幼儿存在相当大的操作障碍及安全隐患；幼儿需要先学习电子设备的使用，再学习编程，学习门槛高，电子模块、电脑之间需要繁琐的线材连线。

为了解决上述问题，实物化编程应运而生，实物编程通过触觉、物理感知等技术与实物交互，再将实物逻辑转化为程序逻辑来进行编程。与直接操控电脑相比，通过操纵实物来进行创作，更容易让人投入到整个过程当中。通过实物编程，对程序语言的逻辑有更加直观的理解。程序不再是一行行枯燥的代码，而是一组形象甚至一组实物的组合，通过对实物的拼接组合，就可以完成普通程序语言通过键盘输入代码完成的工作。

技术实现要素：

本实用新型旨在为实物化编程提供一种能够实现快速拼装和拆卸的，用于实物化编程的主控模块。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种用于实物化编程的主控模块，包括壳体、控制电路板及磁吸接头；所述控制电路板设置在所述壳体内，所述壳体具有4个侧面，每一所述侧面设有一个连接端口，每一所述连接端口处设有一磁吸接头，且各所述磁吸接头均与所述控制电路板连接。

作为上述方案的改进，所述磁吸接头包括公端磁吸接头或母端磁吸接头；所述公端磁吸接头包括两个N级磁铁，公端四路Pogo pin弹簧针及固定弹簧片；所述母端磁吸接头包括两个S级磁铁，母端四路Pogo pin弹簧针及固定弹簧片。

作为上述方案的改进，所述连接端口包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；设置在所述第一端口、第二端口和第三端口的磁吸接头均为母端磁吸接头，设置在所述第四端口的磁吸接头为公端磁吸接头。

作为上述方案的改进，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体的外表面设有控制按键，所述控制按键与所述控制电路板连接。

作为上述方案的改进，所述上壳体的内表面设有与所述指示灯通孔对应的导光柱、与所述控制按键对应的按键安装导向柱、上下壳安装导向筒以及保护套压边；

所述下壳体的内表面设有磁铁安装位、与所述控制电路板对应的限位台阶以及非对称排布的安装柱。

作为上述方案的改进，所述上壳的外表面设置有用于标识各连接端口类型的标识图标。

作为上述方案的改进，如权利要求4所述的用于实物化编程的主控模块，其特征在于，在所述壳体的侧面还设置有保护套；所述保护套设有卡扣部，所述卡扣部设于，由所述上壳体和所述下壳体盖合后，在所述保护套压边与所述下壳体之间形成的限位空间内。

作为上述方案的改进，还包括用于使所述主控模块具备背吸功能的磁铁，所述磁铁设置在所述磁铁安装位中。

作为上述方案的改进，还包括供电电源及充电接口；所述供电电源设置在所述壳体内，所述充电接口设于所述壳体的侧面，所述供电电源和所述充电接口均与所述控制电路连接。

作为上述方案的改进，其特征在于，所述控制电路板上设有通信模块。

本实用新型公开的用于实物化编程的主控模块，在壳体的侧面设置了4个连接端口，使得主控模块，可以同时连接多个其余的实物化模块，在每个连接端口处，都设置有一磁吸接头，采用磁吸接头作为主控模块与其他实物化模块的连接介质，通过磁吸接头可实现与其他实物化模块的磁性连接，区别与传统的插拔式连接，通过磁吸接头，用户在拼装或拆卸的过程中，基本不用费力，同时整个过程无需连线等复杂操作，更有利于拆装或拼装。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的连接端口示意图。

图3是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的母端磁吸接头的结构示意图。

图4是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的公端磁吸接头的结构示意图。

图5是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的上壳外表面的图标示意图。

图6是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的壳体棱角结构示意图。

图7是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的上壳体外表面上的结构示意图。

图8是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的上壳体内表面的结构示意图。

图9是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的下壳体内表面的结构示意图。

图10是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的上壳体和下壳体盖合的结构示意图。

图11是本实用新型一实施例中一种用于实物化编程的主控模块的保护套设置位置的结构示意图。

附图标记说明：控制按键1.1、上壳体1.2、保护套1.3、控制电路板1.4、磁吸接头1.5、供电电源1.6、磁铁1.7、下壳体1.8、第一端口2.1、第二端口2.2、第三端口2.3、第四端口2.4、充电接口2.5、固定弹簧片3.1、胶套3.2母端四路Pogo pin弹簧针3.3、S级磁铁3.4、N级磁铁4.1、公端四路Pogo pin弹簧针4.2、第一端口标识图标5.1、第二端口标识图标5.2、第三端口标识图标5.3、第四端口标识图标5.4、控制按键标识图标5.5、棱角6.1、指示灯通孔7.1、导光柱8.1、按键安装导向柱8.2、保护套压边8.3、上下壳安装导向筒8.4、磁铁安装位9.1、限位台阶9.2、安装柱9.3、logo标识9.4、卡扣部10.1。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2所示，本实用新型提供了一种用于实物化编程的主控模块包括壳体、控制电路板1.4及磁吸接头1.5；所述控制电路板1.4设置在所述壳体内，所述壳体具有4个侧面，每一所述侧面设有一个连接端口，每一所述连接端口处设有一磁吸接头1.5，且各所述磁吸接头1.5均与所述控制电路板1.4连接。

主控模块在壳体的侧面设置了4个连接端口，使得主控模块可以同时连接多个其余的实物化模块，在每个连接端口处，都设置有一磁吸接头1.5，采用磁吸接头1.5作为主控模块与其他实物化模块的连接介质，通过磁吸接头1.5可实现与其他实物化模块的磁性连接，区别与传统的插拔式连接，通过磁吸接头1.5，用户在拼装或拆卸的过程中，基本不用费力，更有利于主控模块的拆装或拼装。

在一个优选的实施例中，主控模块为长方体，外形尺寸为64.8*64.8mm*18mm，当然主控模块也可正方体，长方体的结构设计，只是一个优选的设计，并不作为对主控模块的形状的限定。

如图3、4所示，在一可选的实施例中，所述磁吸接头1.5包括公端磁吸接头或母端磁吸接头；所述公端磁吸接头包括两个N级磁铁4.1，公端四路Pogo pin弹簧针4.2及固定弹簧片3.1；所述母端磁吸接头包括两个S级磁铁3.4，母端四路Pogo pin弹簧针3.3及固定弹簧片3.1。需要补充的是，公端磁吸接头和母端磁吸接头都被胶套3.2所包覆。

当然在实际情况中，主控模块的所有磁吸接头1.5可都设为，公端磁吸接头，或都设为母端磁吸接头。

在一可选的实施例中，所述连接端口包括第一端口2.1、第二端口2.2、第三端口2.3和第四端口2.4；设置在所述第一端口2.1、第二端口2.2和第三端口2.3的磁吸接头1.5均为母端磁吸接头，设置在所述第四端口2.4的磁吸接头1.5为公端磁吸接头。

优选的，第一端口2.1用于与显示模块连接，第二端口2.2用于与指令模块连接，第三端口2.3用于与功放模块连接，第四端口2.4用于与供电模块连接。需要说明的是，附图中各个端口的位置设置仅仅是示意性的，不同连接端口的位置是可以互换的，

需要说明的是，显示模块、指令模块、功放模块和供电模块均为实物化编程模块；显示模块包括外壳，电路板，显示屏以及一个设置有公端端磁吸接头的显示连接端口，通过该显示连接端口与主控模块的第一端口2.1连接，使得主控模块生成的显示信息，能在显示模块中进行显示。

指令模块包括外壳，封装有程序指令的电路板，以及两个指令连接端口，一个指令连接端口上设置有公端磁吸接头，一个指令连接端口设置有母端磁吸接头。指令模块通过公端磁吸接头与第二端口2.2处的母端磁吸接头连接，使得主控模块能够读取指令模块中的程序指令，进行编译。

功放模块包括外壳，电路板、喇叭以及设置有公端磁吸接头的功放连接端口，通过该功放连接端口与主控模块的第三端口2.3连接，使得主控模块生成的语音提示信息，能够通过功放模块进行播放。

供电模块包括外壳，电路板、供电电源以及设置有母端磁吸接头的供电连接端口，通过该供电连接端口与主控模块的第四端口2.4连接，能够持续为主控模块供电。此外通过公端或母端的磁吸接头的设置，由于同性相斥，异性相吸的缘故，可避免用户安装错误的情况发生，各个模块之间采用磁吸连接，无需连线等复杂操作即可实现编程。

需要说明的是，在附图2中只体现了两个端，但不影响其余两个端口的设置；

如图1和图7所示，在一可选的实施例中，所述壳体包括上壳体1.2和下壳体1.8，所述上壳体1.2的外表面设有控制按键1.1，所述控制按键1.1与所述控制电路板1.4连接。主控模块采取上下盖合的方式，相对于一体化壳体的设计，便于内部电子部件的维修，或替换，在上壳体1.2的外表面设置有一控制按键1.1，通过该控制按键1.1可以实现对主控模块读取与其连接的指令模块的程序的读取，对读取后的程序的编译，对读取后的程序的检测，发送编译后的程序等操作的控制。同时开始按键每一次按下，可实现对于目前连接的程序框架进行检测；如果所拼搭组合的实物模块序列存在错误，显示模块的显示屏将进行错误指令模块的提示显示。优选的，控制按键1.1呈圆饼状，采用透光设计，配合的按键指示灯更加方便观察开关机状态，同时使得在光线较暗的情况下仍然能够进行相应的操作。

如图6、图7、图8、图9和图10所示，在一可选的实施例中，所述壳体的棱角6.1呈圆弧状，所述上壳体1.2的外表面还设置有指示灯通孔7.1；

所述上壳体1.2的内表面设有与所述指示灯通孔7.1对应的导光柱8.1、与所述控制按键1.1对应的按键安装导向柱8.2、上下壳安装导向筒8.4以及保护套压边8.3；

所述下壳体1.8的内表面设有磁铁安装位9.1、与所述控制电路板1.4对应的限位台阶9.2以及非对称排布的安装柱9.3。

壳体的棱角6.1采用圆弧状的设计结构，本产品的受众多以儿童为主，采用圆弧状的设计结构可避免“尖锐”的棱角对儿童造成意外伤害。

为了将主控模块中的电源电量，及充电状态能够可视化的展示给用户，控制电路板1.4上设置有电量指示灯，且在上壳体1.2的外表面上设置了对应的指示灯通孔7.1。优选的，为了配合主控模块棱角6.1圆弧设计，采用设有4个指示灯通孔7.1，且呈弧状排布。

对应的，在上壳体1.2的内表面设有与指示灯通孔7.1对应的导光柱8.1，将电量指示灯安装在导光柱8.1内，可以起到聚光的效果，避免由于光的漫反射，导致光线不够集中的问题。

优选的，在上壳体1.2的内表面还设置有保护套1.3压边，保护套1.3压边可以对壳体外部的保护套1.3起到一个限位的作用，这个在后文在进行详细的描述。

优选的，上壳体1.2的内表面设置有用于实现上下壳体1.8盖合的4个上下壳安装导向筒8.4；当然安装导向筒的数量也仅仅是示意性的。如图所示在盖合的时候，下壳体1.8的导向柱，嵌入安装导向筒中。

为保证控制按键1.1一定上下行程的移动导向，对应设置了按键导向柱，为保证控制按键1.1一定上下行程的移动导向，按键上面预留了导向孔，配合上壳体设置的按键导向柱，限制了按键上下位移的方向精度，增加了按键使用体验感及按键寿命；

优选的，在下壳体1.8的内表面设置有6个磁铁安装位9.1，分布在下壳体1.8内表面边缘的两侧，当然磁铁安装位9.1的数量，以及设置的位置也仅仅是示意性的，可以是4个、8个等，位置也可以是在下壳体1.8的内表面的中央等多种分布情况，在此不一一赘述，后文再对磁铁安装位9.1的功能进行描述。

优选的如图9所示，图中需要框框的位置一个限位台阶9.2的设计，由较长的安装柱9.3，和较短的限位柱组成，用于对控制电路板1.4的位置进行一个限定的作用，主控电路板上会对应设置有4个通孔，对应的4个安装柱9.3“穿过”控制电路板1.4的4个通孔，然后控制电路板1.4抵靠在较短的限位柱上，从而固定控制电路板1.4，避免主控模块，受到震荡时，内部的控制电路板1.4出现不断的“移位”导致控制电路板1.4受损的问题。此外无需粘胶等生产工序，安装简易，且不需要耗费多余的材料。

优选的，4个安装柱9.3采用非对称排布，避免了组装过程中电路板安方方向错误的问题。

下壳体的外表面设有logo标识9.4。

在一可选的实施例中，如图5所示，在上壳体1.2的外表面设置有用于标识各个连接端口类型的标识图标，如图第一端口标识图标5.1处为显示端口标识，用于标识该端口与显示模块连接，第二端口标识图标5.2处为指令端口标识，用于标识该端口与指令模块连接，第三端口标识图标5.3处为功放端口标识，用于标识该端口与功放模块连接，第四端口标识图标5.4处为供电端口标识，用于标识该端口与供电模块连接，控制按键标识图标5.5，用于标识该图标为控制按键1.1，通过设置各个标识可以避免各个模块接入错误的情况。

如图1、11所示,在一可选的实施例中，在所述壳体的侧面还设置有保护套1.3；所述保护套1.3设有卡扣部10.1，所述卡扣部10.1设于，由所述上壳体1.2和所述下壳体1.8盖合后，在所述保护套压边8.3与所述下壳体1.8之间形成的限位空间内。

为了能够对主控模块起保护作用，在主控模块壳体的侧面设置一个硅胶保护套1.3，保护套1.3采用内孔设计，保护套1.3设有卡扣部10.1，上壳体1.2和所述下壳体1.8盖合时，上壳体1.2的保护套压边8.3与所述下壳体1.8之间会形成一个限位空间，具体的，保护套1.3的卡扣部10.1下端抵靠在下壳体1.8上，卡口部的上端抵靠在保护套的压边，上下壳体盖合时，保护套压边8.3，将硅胶保护套1.3紧紧的“压在”下壳体1.8上，从而实现了对保护套1.3的固定，防止保护套1.3出现脱落的问题。

如图1和图9所示，还包括用于使所述主控模块具备背吸功能的磁铁1.7，所述磁铁1.7设置在所述磁铁安装位9.1中，方便教师将模块背吸在白板或黑板上进行展示型教学。

如图1和图2所示,在一可选的实施例中，还包括供电电源1.6及充电接口2.5；所述供电电源1.6设置在所述壳体内，所述充电接口2.5设于所述壳体的侧面，所述供电电源1.6和所述充电接口2.5均与所述控制电路连接。

通过在主控模块中设置供电电源1.6，使得主控模块在没有外部电源的情况下能够实现自供电，可满足连续工作4-5小时，充电时长约2小时；当然该供电电源1.6是可选的，如果没有供电电源1.6，也可通过上述的供电模块对主控模块进行供电，同时优选的充电接口2.5为Type—C充电接口2.5，可实现正反插功能。

在一个优选的实施例中，充电模块与第四充电端口设置在同一个侧面。

在一可选的实施例中，所述控制电路板1.4上设有通信模块，当主控模块读取完指令模块的程序指令，并编译完成后会通过控制电路板1.4上的通信模块发送相应的控制指令到受控体中，实现对受控体的控制。需要说明的是，受控体为能过响应控制指令并作出相应动作的智能机器人。优选的，通信模块为蓝牙4.0可实现与智能化机器人的无线连接及程序下载，避免了接线后才可下载等复杂操作。

优选的，主控模块具备节能保护设置，3分钟无操作，主控模块控制显示模块息屏待机，10分钟无操作自动进入节能保护状态，处于关机状态。

至此整个主控模块的结构描述完毕，主控模块可进行指令程序的检测、编译、和无线下载等核心功能；孩子只需要再主控模块上拼接对应的指令模块，就可以实现编程，不需要屏幕；通过主控模块按键，可以实现程序的检测、编译、和无线下载等操作，不需要鼠标键盘；具有脱离屏幕、学习门槛低、无线连接、操作方便，容易理解等优点。

通过实施本实用新型的实施例具有如下有益效果：

(1)主控模块在壳体的侧面设置了4个连接端口，使得主控模块，可以同时连接多个其余的实物化模块，在每个连接端口处，都设置有一磁吸接头，采用磁吸接头作为主控模块与其他实物化模块的连接介质，通过磁吸接头可实现与其他实物化模块的磁性连接，区别与传统的插拔式连接，通过磁吸接头，用户在拼装或拆卸的过程中，基本不用费力，同时整个过程无需连线等复杂操作，更有利于主控模块的拆装或拼装。

(2)主控模块配置有蓝牙4.0，可实现与智能化机器人的无线连接及程序下载，避免了接线后才可下载等复杂操作。

(3)主控模块壳体的所有棱角采用圆弧进行优化，增加持握感更强及确保儿童使用安全。

(4)主控模块配置硅胶保护套且采用内扣结构设计，再通过上壳进行下压，完全避免了硅胶保护套脱落或者被学生拆除的问题，并且由于硅胶材料柔软的特性，增加了模块的抗震性。

(5)主控模块配置有蓝牙4.0，可实现与智能化机器人的无线连接及程序下载，避免了接线后才可下载等复杂操作。

(6)主控模块上壳体外表面设置有连接端口示意图，更加方便学生进行配对连接。

(7)主控模块下壳体内表面预留有六个磁铁安装位，内部镶嵌磁铁可实现模块的背吸示教功能，方便教师将模块背吸在白板或黑板上进行展示型教学。

(8)主控模块下壳体内设置有限位台阶，实现对控制电路板的固定和限位，避免主控模块，受到震荡时，内部的控制电路板出现不断的“移位”导致控制电路板受损的问题。

以上是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。