具有交互式玩具构造元件的模块化玩具构造系统

摘要

一种模块化玩具构造系统包括：多个交互式玩具构造元件，每个交互式玩具构造元件包括传感器和/或功能装置，所述功能装置可操作成执行用户可感知功能；每个交互式玩具构造元件还包括第一通信电路，其配置为无线地传递信号并无线地收集能量以操作所述功能装置和/或传感器。

说明书

技术领域

本公开涉及一种模块化玩具构造系统，其包括一个或多个交互式玩具构造元件。

背景技术

玩具构造系统已经有几十年了。多年来，简单的箱形积木已经被补充了具有特定外观或者机械或电气功能的玩具构造元件，以提高系统的游戏价值。这样的功能包括例如马达、开关和灯，还有可编程处理器，其接受来自传感器的输入并且可以响应于接收到的传感器输入来激活功能元件。

存在自包含的功能构造元件，其具有适于执行预配置功能的功能装置、用于向功能装置提供能量以执行功能的能量源以及响应于外部触发事件以触发功能装置来执行功能的触发器。通常，这种已知的功能构造元件设计成用于手动激活机械触发器并且仅提供有限的游戏值。

WO2007/137577公开了一种包括功能元件和控制元件的玩具构造系统。功能和控制元件可通过电线和插头的系统进行电互连，从而使功能元件从控制元件接收电功率和控制信号。即使该系统避免在功能元件中需要存储电能，它也需要一定水平的抽象思维和技术洞察力，以便正确地设置布线并互连构造元件，从而从此类系统构造功能玩具模型。而且，各种元件之间的导线限制了自由构造玩具构造模型的自由，并且可能影响模型的视觉外观。

WO2015/173246公开了一种玩具构造系统，其包括多个交互式玩具构造元件，每个包括构造成用于将交互式玩具构造元件彼此可释放地互连的联接构件。该系统包括功能构造元件和输入构造元件。每个输入构造元件包括用于将控制信号传送到功能构造元件的至少一个子组无线发射器。每个功能构造元件包括：功能装置，适于执行可控制功能；无线接收器，用于接收无线控制信号；以及控制电路，连接到无线接收器和功能装置并适于响应于接收到的控制信号来控制可控制功能。每个交互式玩具构造元件包括用户可操作选择器，从而允许用户选择一组预定的组标识符中的一个。交互式玩具构造元件还包括组指示器，其配置成用于输出指示所选择的组标识符的指示。

尽管在上述现有技术的系统中避免了在交互式玩具构造元件之间的布线的需要，但交互式玩具构造元件是相对复杂的设备，其包括用户可控制选择器和指示器以及电池。因此，交互式设备的制造成本相对较高并且难以减小尺寸，从而限制了自由设计玩具构造模型的灵活性。特别地，当期望向玩具构造模型添加多个功能时，玩具构造元件的尺寸和形状限制了设计玩具构造模型的自由。

通常期望提供一种模块化玩具构造系统，其提供增强的教育活动和/或游戏活动。

进一步期望提供一种模块化玩具构造系统，其在设计具有丰富功能的不同玩具构造模型时提供高度的灵活性。

此外，期望提供一种交互式模块化构造系统，该系统允许用户特别是儿童以用户友好、有效但灵活可靠的方式构造多个交互式模块化构造元件模型，而无需对控制结构、数据通讯以及如何正确连接电线、导体等的详细了解。

本文公开的玩具构造系统的实施例的各个方面解决了玩具构造系统领域中存在的一个或多个上述需求和/或其他需求。

发明内容

本文公开了一种模块化玩具构造系统的各方面。该模块化玩具构造系统包括多个交互式玩具构造元件，每个交互式玩具构造元件包括传感器和/或功能装置，所述功能装置可操作成执行用户可感知功能；每个交互式玩具构造元件还包括第一通信电路，其配置为无线地传递信号并无线地收集能量以操作所述功能装置和/或传感器。

在一些实施例中，模块化玩具构造系统还包括至少一个控制玩具构造元件，其包括可再充电能量存储装置、处理电路和第二通信电路；第二通信电路配置为与多个交互式玩具构造元件中的一个或多个通信，并且可选地，将能量无线传递给所述一个或多个交互式玩具构造元件。处理电路可以配置为从一个或多个交互式玩具构造元件接收传感器数据，并生成用于控制一个或多个交互式玩具构造元件的用户可感知功能的控制信号。

第一和第二通信电路可以配置成用于非接触式超短距离通信，例如近场通信；以及用于非接触式例如感应能量传输。可替代地，通信电路可以配置为用于其他形式的非接触式能量传输，例如基于超声波。

这里，术语非接触旨在表示在没有导电耦合的情况下从一个设备到另一设备的数据和/或能量传输，即没有通过经由对直流电导电的导电介质的物理接触而进行的电能传输。将理解的是，术语非接触仅表征通信和功率传输，并且不排除设备以其他方式彼此物理连接。特别地，两个玩具构造元件可以彼此物理接触，例如借助于它们各自的联接构件而彼此机械地互连，而它们之间的通信和能量传输是非接触的，即不依赖于物理接触作为传输能量或数据的载体。

术语超短距离通信旨在表示用于不接触的通信技术，尤其是在不超过10cm，例如不超过5cm，例如不超过2厘米，例如不超过1cm，例如小于1cm的通信范围内进行无线通信。此处和下文中，对通信范围的引用是指在正常操作条件下和在正常操作环境下(例如孩子房间内)的通信范围。

在一些实施例中，交互式玩具构造元件中的至少一个例如每个是无源交互式玩具构造元件，即不包括其自身电池或其他能量存储器的交互式玩具构造元件。相反，无源交互式玩具构造元件在其唯一电源处使用经由第一通信电路非接触地接收的能量，以驱动功能装置和通信电路。因此，无源交互式玩具构造元件仅可操作成激活其功能装置，而无源交互式玩具构造元件被联接以从控制玩具构造元件无接触地接收能量。因此，在玩具构造系统中，只有一些玩具构造元件且特别是控制玩具构造元件包括其自身能量存储装置，因此减少了需要其自身能量存储装置的部件的数量。因此，这降低了制造成本，有利于回收并且有助于延长系统的整体寿命。在替代实施例中，交互式玩具构造元件中的至少一个例如每个包括其自身能量存储装置，例如其自身电池。交互式玩具构造元件中的至少一个例如每个因此可以是自供电的或者是能量辅助的无源玩具构造元件。交互式玩具构造元件可操作成仅在通信地耦合至控制玩具构造元件时才操作，但是包括其自身能量存储装置，例如其自身电池。

功能装置可以是用于执行功能(例如提供用户可感知效果比如视觉和/或听觉效果的功能)的任何合适装置。

功能装置的示例可以包括适于执行一个或多个机械和/或电功能的任何合适的机械和/或电气装置、布置和/或电路。

本文描述的功能装置的某些实施例可以执行的机械功能的示例包括驱动可旋转输出轴，收紧可将物体拉近玩具构造元件的绳子或链条，移动交互式玩具构造元件的铰接部分等。机械功能因此可以使得能够打开或关闭门，弹出物体，旋转转盘，移动线性致动器等。这种机械运动可以由电动马达驱动。

本文描述的功能装置的某些实施例可以执行的电子功能的示例包括发出恒定或闪烁的光，以预定顺序激活多个灯，发出可听见的声音，例如蜂鸣声、警报声、警铃、警笛声、语音消息、音乐、合成声音、模拟和/或刺激游戏活动的自然或模仿声音、声音的回放和/或其他音频内容等。

因此，功能装置可以选自马达、光源(例如一个或多个LED)和声源(例如扬声器)。在一些实施例中，多个交互式玩具构造元件包括：

-第一交互式玩具构造元件，其包括第一类型功能装置，例如马达；

-第二交互式玩具构造元件，其包括不同于第一类型功能装置的第二类型功能装置，例如光源或声源(例如用于提供与第一功能装置不同的物理效果)。

通常，传感器可以是响应于预定传感器输入(例如物理量)并且可操作成产生对应于、表示和/或反映预定传感器输入的传感器信号的任何合适的装置。传感器的一个示例是用于检测声音存在的声音记录传感器。传感器可以是相对简单的传感器，例如当声音高于预定声级或阈值时简单地记录声音的传感器。传感器的其他示例可以是更高级的，例如用于测量所记录声音的声级的传感器。

传感器可以选自：位置或旋转传感器(例如线性或旋转编码器)、光检测器和声音检测器(例如麦克风)。传感器的其他示例可以响应于其他传感器输入，例如机械力、超声、推、拉、旋转、倾斜、人为操纵、触摸、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。例如，传感器的其他示例包括接近传感器、加速度计、陀螺仪等。传感器可以配置为提供二进制信号，例如指示输入的存在或不存在。可替代地或另外，传感器可以配置为产生指示多个不同输入和/或指示激活水平或大小的多级或甚至连续信号。因此，所产生的传感器信号可以指示所接收的传感器输入的属性，例如旋转或倾斜的方向或者检测到的量的程度，例如旋转或运动的速度、力、声压、光强度、倾斜角等。

在一些实施例中，多个交互式玩具构造元件包括：

-第一交互式玩具构造元件，其包括第一类型传感器，例如编码器；

-第二交互式玩具构造元件，其包括与第一类型传感器不同的第二类型传感器，例如光传感器或声音传感器(例如用于感测与第一传感器不同的物理量)。

在一些实施例中，交互式玩具构造元件中的至少一个包括配置为执行用户可感知功能的功能装置，该用户可感知功能可感知为第一物理量。交互式玩具构造元件还可包括可操作成感测所述第一物理量的传感器。例如，交互式玩具构造元件可以包括：

-马达和编码器，或

-光源和光检测器，或

-声源和声音检测器。

通常，在一些实施例中，每个交互式玩具构造元件可以包括单个功能装置和/或单个传感器。因此，每个交互式玩具构造系统的功能都易于为用户所理解，并且可以以模块化的方式进行组合。

玩具构造系统的实施例可以包括不同类型的交互式玩具构造元件，特别是具有相应传感器和/或相应功能装置的多个交互式玩具构造元件。

每个交互式玩具构造元件可以包括壳体。功能装置和/或传感器容纳在所述壳体内，并且第一通信电路容纳在所述壳体内。壳体可以是盒形的，例如以相对平坦的板状盒的形式，例如方形或矩形板。壳体可限定顶面和与顶面相对的底面。至少一些联接构件可以从顶面延伸。壳体还可包括在顶面和底面之间延伸的一个或多个侧面。在一些实施例中，所有交互式玩具构造元件配置为可互换和可拆卸地连接到玩具构造系统的其他玩具构造元件。特别地，交互式玩具构造元件可以全部具有相同的尺寸和形状以及相应的联接构件，至少在一定程度上使得它们可以在玩具构造模型内可互换地连接，从而在至少一个交互式玩具构造元件可以附加到的玩具构造模型的任何给定位置处选择性地彼此替换。

类似地，控制玩具构造元件可包括壳体；能量存储装置、处理单元和第二通信电路可以容纳在所述壳体内。壳体可以是如结合交互式玩具构造元件所述的盒形。壳体可以包括一个或多个联接构件，也如结合交互式玩具构造元件所述。在一些实施例中，控制玩具构造元件具有与交互式玩具构造元件相同的形状和尺寸，至少在一定程度上使得它们可以在玩具构造模型内可互换地连接，从而在玩具构造模型的任何给定位置处选择性地彼此替换。

每个交互式玩具构造元件和/或每个控制玩具构造元件可包括一个或多个联接构件，用于将交互式玩具构造元件或控制玩具构造元件可拆卸地附接到玩具构造系统的其他玩具构造元件，例如一个或多个其他交互式玩具构造元件和/或一个或多个其他控制玩具构造元件和/或玩具构造系统的一个或多个非交互式和非控制玩具构造元件，即玩具构造元件不包括功能装置、传感器或处理单元。因此，玩具构造系统可以包括多个玩具构造元件、多个玩具构造元件包括多个交互式玩具构造元件、一个或多个控制玩具构造元件以及一个或多个其他玩具构造元件，特别是非交互式和非控制玩具构造元件，比如常规玩具构造元件，例如由不带任何电子部件的模制塑料元件构成。

通常，玩具构造系统的每个玩具构造元件特别是每个交互式玩具构造元件和/或每个控制玩具构造元件包括用于将玩具构造元件彼此可拆卸地互连以产生连贯的空间结构(也称为玩具构造模型)的联接构件。因此，已经借助于联接构件彼此互连的玩具构造元件可以再次彼此分离，使得它们可以彼此再次互连，或者与系统的其他玩具构造元件互连，例如从而形成不同的空间结构。在一些实施例中，玩具构造元件设置有第一和第二类型的联接构件，例如联接栓和用于摩擦接合栓的栓接收凹部，或者其他成对的配合或互补联接构件，其配置成与彼此接合以形成物理连接。一种类型的联接构件可以位于玩具构造元件的一侧，例如顶侧，而另一种互补类型的联接构件可位于玩具构造元件的相对侧，例如底侧。在一些实施例中，玩具构造元件包括从玩具构造元件的顶面延伸的栓和延伸到玩具构造元件的底面中的相应栓容纳腔，以通过适当的夹紧力摩擦地接合栓。联接构件可以定位在规则网格的网格点上；特别地，玩具构造元件的联接构件可以布置成使得一组相互连接的玩具构造元件的联接构件定位在三维规则网格的网格点上。玩具构造元件的尺寸可被定义为由规则网格定义的单位长度的整数倍。将理解的是，三维网格可以由单个单位长度、两个单位长度定义，例如一个单位长度适用于两个空间维度，而另一单位长度适用于第三个空间维度。可替代地，三维网格可以定义三个单位长度，每个空间长度一个。

当联接构件可拆卸地可互连时，用户可以解构先前构建的空间结构并重新使用玩具构造元件以便构建新的空间结构。例如，玩具构造元件可以通过牵引/摩擦或通过互锁连接彼此互连。玩具构造元件可以配置成使得两个玩具构造元件可以连接到玩具构造模型，使得玩具构造元件的相应面彼此相对或者至少紧邻并且彼此面对。为此，两个玩具构造元件可以通过它们各自的联接构件彼此直接互连，或者它们都可以与玩具构造模型的一部分互连，每个彼此直接相邻。

本文描述的玩具构造系统的实施例提供了分布式控制系统，其中功能装置和传感器设置在交互式玩具构造元件中，交互式玩具构造元件可以与包括控制电子设备和电力存储装置的控制玩具构造元件分开。该系统还提供了不同类型的玩具构造元件之间的非接触式通信和能量传输。因此，可以使各个玩具构造元件紧凑并且相对便宜。而且，以这种方式，仅用相对较少的不同类型的玩具构造元件就可以创建各种各样的功能交互。紧凑性和模块化进一步增加了灵活性，其中交互式玩具构造元件和控制玩具构造元件可被结合到甚至相对较小的玩具构造模型中。在一些实施例中，交互式玩具构造元件和/或控制玩具构造元件的壳体的高度(不包括突出的联接构件)在3mm至10mm之间，例如在3.2mm至9.6mm之间，例如3.2毫米或6.4毫米或9.6毫米。壳体的长度和宽度可以各自在5mm至35mm之间，例如在8mm至32mm之间，例如8mm、16mm、24mm或32mm。例如，横向尺寸可以是16mm×16mm或16mm×24mm或16mm×32mm。然而，将理解，还可以选择其他尺寸。

控制玩具构造元件可以包括用于给能量存储装置充电的能量接收电路。在一些实施例中，能量接收电路配置为无线地接收能量，例如通过从电磁场收集能量，例如来自RF通信信号。控制玩具构造元件可以包括第三通信电路(例如集成到第二通信电路中或与之分离)，其可操作成用于短距离无线通信，例如短距离RF通信，例如通过蓝牙、Wifi或类似合适的短距离通信技术。

这里，术语短距离通信旨在表示具有比超短距离通信更大的通信范围的通信技术，例如通信范围大于10cm，例如大于50cm，例如大于1m。短距离通信的通信范围可以不超过100m，例如不超过10m，例如不超过5m。在大多数情况下，小于10m且在大多数情况下甚至小于5m的通信范围就足够了，即使在某些实施例中更长的范围是可以接受的，甚至是期望的。

控制玩具构造元件可以配置成检测在控制玩具构造元件的附近存在一个或多个其他控制玩具构造元件，例如在通信范围内和/或预定范围内。在一些实施例中，控制玩具构造元件甚至可以配置为检测至一个或多个检测到的其他控制玩具构造元件的距离，例如基于短距离通信的信号强度，基于接近传感器等。

控制玩具构造元件可以以默认行为制造，例如具有由处理单元存储并由处理单元可执行的默认可执行指令。为此，处理单元可以包括或耦合到合适的数据存储设备，例如合适的存储器。默认可执行指令可以定义一组预定规则，用于响应于接收到的传感器信号和/或其他数据输入来创建控制信号。例如，该组规则可以代表取决于各种条件和参数来创建并转发到一个或多个交互式玩具构造元件的控制信号。条件和参数可以例如选自：

-被检测为与控制玩具构造元件进行非接触通信的交互式玩具构造元件的类型，

-从中接收传感器信号的传感器类型

-可用功能装置的类型，

-特定的传感器输入，

-检测到的一个或多个其他控制玩具构造元件的接近度，

-与控制玩具构造元件进行非接触通信的交互式玩具构造元件的检测到的物理拓扑，

-等等。

在一些实施例中，控制玩具构造元件中的一个或多个可操作成由用户编程或配置，例如通过接收程序数据和/或配置参数。因此，用户可能能够修改控制玩具构造元件的行为。

控制玩具构造元件可以可操作成从计算机或从另一外部电子设备接收程序数据和/或配置参数。外部电子设备可以例如是台式计算机、平板电脑、智能手机、便携式计算机或其他可编程计算设备。为此，第三通信电路可操作成提供无线通信接口，用于经由无线通信协议与一个或多个外部电子设备通信程序数据和/或配置参数。

外部电子设备的其他示例包括RFID标签或其他数据存储装置。例如，控制玩具构造元件可操作成经由第二通信电路以非接触方式读出这种数据存储装置。

在一些实施例中，当控制玩具构造元件和一组一个或多个交互式玩具构造元件直接或间接地可选地与玩具构造系统的其他玩具构造元件互连以形成玩具构造模型时，控制玩具构造元件的处理单元配置为从从所述组交互式玩具构造元件接收的数据中确定所述玩具构造模型中的所述组交互式玩具构造元件的物理拓扑。物理拓扑可以表示交互式玩具构造元件相对于控制玩具构造元件的物理布置。

为此，控制玩具构造元件和所述组中的交互式玩具构造元件可以配置为形成通信节点的网络，并且处理单元可以配置为确定所述网络的网络拓扑。此外，玩具构造系统可以配置为施加用于物理地互连玩具构造系统的玩具构造元件的结构规则。此外，控制玩具构造和交互式玩具构造元件之间的超短距离通信对控制和交互式玩具构造元件相对于彼此的位置施加进一步物理约束。因此，在一些实施例中，处理单元可操作成从确定的网络拓扑中确定所述组中的交互式玩具构造元件的物理拓扑。

例如，控制玩具构造元件和一组交互式玩具构造元件可以沿着至少第一方向堆叠，使得控制玩具构造元件和该组交互式玩具构造元件形成节点的线性序列，例如从控制玩具构造元件作为根节点开始。控制玩具构造元件的第二通信电路和相应的交互式玩具构造元件的第一通信电路可以分别配置为仅沿着所述序列与其最接近的邻居通信。此外，序列中的每个交互式玩具构造元件可操作成从其各自的下游最近邻居接收关于序列中的下游交互式玩具构造元件的信息，并将接收到的信息沿序列朝向控制玩具构造元件传达至其上游最近邻居。应当理解，在一些实施例中，控制玩具构造元件可以形成多个节点序列的根，例如沿不同方向延伸。在另外的实施例中，控制玩具构造元件可以形成更复杂网络结构的根节点，例如树结构，其中交互式玩具构造元件形成网络结构的各个节点，并且可操作成沿着节点之间的链接从节点到节点传递信息，例如相邻节点之间。在这些实施例中，控制玩具构造元件的处理单元可以确定网络结构，包括网络内各个交互式玩具构造元件的位置。当控制玩具构造元件和交互式玩具构造元件的通信电路采用近场通信时，其范围限于物理上相邻的交互式玩具构造元件或控制玩具构造元件，则控制玩具构造元件的处理单元可以从所确定的网络拓扑确定交互式玩具构造元件的物理拓扑。应当理解，当使用其他形式的通信时，例如相邻玩具构造元件之间的电(流电)触点之间的通信，从所确定的网络拓扑确定物理拓扑也可以执行。当交互式玩具构造元件和控制玩具构造元件是由玩具构造系统的玩具构造元件构造的连贯玩具构造模型的一部分时，互连的玩具构造元件之间的相对位置和/或定向遵循玩具构造系统的构造规则，因此允许处理单元确定与之通信的交互式玩具构造元件的物理拓扑的准确模型。

这对于允许处理单元控制模型的交互式玩具构造元件以提供期望的模型行为可能是有用的。例如，当模型是具有包括各自马达的多个交互式玩具构造元件的车辆时，每个驱动车辆的相应车轮，控制玩具构造元件的处理单元可以确定马达的相对位置和定向，从而确保马达的协调运行，以推动车辆。

在一些实施例中，交互式玩具构造元件中的至少两个配置成使得当交互式玩具构造元件以预定方式彼此互连时，例如彼此堆叠或通过它们各自的联接构件相互连接，它们各自的功能装置彼此相互作用。各个功能装置可以例如交互以提供共同的功能例如在强度、振幅或其他大小或者复杂性大于单独功能装置提供的功能的相应大小。例如，两个交互式玩具构造元件可各自包括用于将扭矩施加到轴上的马达。当两个交互式玩具构造元件以预定方式彼此互时，例如彼此堆叠，使得它们各自的马达可以与共同轴相互作用，它们可以一起将更大的扭矩施加到共同轴上。类似地，每个都包括光源的两个交互式玩具构造元件可以相互作用以提供更高的光强度和/或更复杂的灯光效果；然而类似地，每个都包括声源的两个交互式玩具构造元件可以相互作用以提供更高的声压和/或更复杂的声音效果。因此，互连的玩具构造元件可操作成互相补充功能，例如在已经检测到物理拓扑的控制玩具构造元件的控制下，即两个交互式玩具构造元件彼此互连。

如上所述，控制玩具构造元件的处理单元可被预先编程以表现出预定行为，例如通过选择应该响应于接收到什么传感器输入而执行什么功能，这取决于检测到什么交互式玩具构造元件等。因此，可以控制交互式玩具构造元件以表现出相对复杂的行为，而不需要用户具有高级的技术或编程技能。在一些实施例中，处理单元可以可替代地或另外是用户可编程的，例如通过无线通信链接。

在一些实施例中，处理单元可操作成实现学习模式，其中处理单元可操作成从一个或多个传感器输入中推断一个或多个预期功能。在这种学习模式期间，处理单元可以基于从玩具构造模型的各个交互式玩具构造元件接收的传感器信号来检测与玩具构造模型的用户交互，例如在模型上显示的光、声音、在模型上施加的运动/力等。然后，处理单元可以推断出对应的动作，例如响应于所接收的传感器数据的光和/或声音的输出和/或一个或多个马达的激活。例如，处理单元可以配置为镜像或匹配物理交互，例如通过镜像检测到的拍手声音或闪烁的节奏或频率，通过响应推力来激活马达等。

因此，提供了一种向模块化玩具构造系统或模型添加功能以及控制这种功能的简单方法。一个或多个交互式玩具构造元件仅在系统或模型中添加或使用。

在一些实施例中，除了可选传感器之外，经由第一通信电路的数据通信是交互式玩具构造元件的唯一输入装置，即交互式玩具构造元件不包括任何按钮、显示器、开关或其他用户接口。类似地，在一些实施例中，经由第二和可选的第三通信电路的数据通信是控制玩具构造元件的唯一输入装置，即控制玩具构造元件不包括任何按钮、显示器、开关或其他用户接口。因此，交互式玩具构造元件和/或控制玩具构造元件的尺寸和制造成本可以保持很小，同时仍允许用户与控制和交互式玩具构造元件的系统进行丰富的交互。

各个传感器和/或功能装置布置在各自独立壳体中即使对于小孩来说也提供了直观的使用，因为很容易直观地理解传感器和功能装置及其功能关系。

在一些实施例中，一个或多个控制玩具构造元件包括传感器和/或功能装置，例如如结合交互式玩具构造元件的实施例所述。

在一些实施例中，模块化玩具构造系统包括一个或多个附加电子玩具，例如公仔或玩偶。附加电子玩具可包括可再充电能量存储装置、处理单元和通信电路，其可操作成用于与一个或多个控制玩具构造元件或交互式玩具构造元件进行短距离无线通信，例如短距离RF通信，例如通过蓝牙、Wifi或类似合适的通信技术。附加电子玩具可以是包括本文所公开的联接构件的玩具构造元件。附加电子玩具可进一步包括一个或多个功能装置，例如马达和/或光源和/或声源。可替代地或另外，附加电子玩具可以进一步包括一个或多个传感器，例如编码器和/或光传感器和/或声音传感器和/或加速度计等。

第一附加电子玩具和/或第一控制玩具构造元件可以配置为检测与一个或多个其他控制玩具构造元件和/或附加电子玩具的接近度。在一些实施例中，第一附加电子玩具和/或第一控制玩具构造元件可以可操作成确定到一个或多个其他控制玩具构造元件和/或附加电子玩具的距离。检测到的距离可以是绝对的或相对的，例如相对于另一控制玩具构造元件或附加电子玩具或者相对于检测到的控制玩具构造元件或附加电子玩具的先前位置。特别地，第一控制玩具构造元件和/或第一附加电子玩具可以检测另一控制玩具构造元件或附加电子玩具何时接近第一控制玩具构造元件和/或第一附加电子玩具、另一控制玩具构造元件或附加电子玩具何时比某个阈值距离更靠近第一控制玩具构造元件和/或第一附加电子玩具。可替代地或另外，第一控制玩具构造元件和/或第一附加电子玩具可以检测到一组其他控制玩具构造元件和/或附加电子玩具中的哪个最靠近第一控制玩具构造元件或第一附加电子玩具。因此，第一控制玩具构造元件可以控制与第一控制玩具构造元件通信地耦合到的一个或多个交互式玩具构造元件，以响应于检测到的到一个或多个其他控制玩具构造元件和/或附加电子玩具的接近度而执行功能。类似地，附加电子玩具可以响应于检测到的接近度而执行功能和/或将检测到的接近度无线地传送至另一附加电子玩具或控制玩具构造元件。因此，玩具构造模型可以包括两个或更多个控制玩具构造元件，例如通信地耦合到相应的一个或多个交互式玩具构造元件。可以将控制玩具构造元件定位在模型内的任意位置，而不必紧邻，例如不一定彼此相邻或甚至彼此直接物理接触，并且在超短通信的范围之外。两个或更多个控制玩具构造元件仍能够彼此检测和/或经由短距离无线通信彼此通信。因此，控制玩具构造元件彼此知晓。此外，由于每个控制玩具构造元件通过超短距离通信而通信地耦合到一个或多个交互式玩具构造元件，所以每个控制玩具构造元件都知道直接与其耦合的交互式玩具构造元件。此外，控制玩具构造元件甚至可以交换关于它们各自通信地耦合到的各个交互式玩具构造元件的信息，从而允许交互式玩具构造元件在整个模型上的协调行为/功能。因此，本文描述的玩具构造系统的实施例提供了一种简单便宜但功能强大且灵活的架构，用于创建交互式自我感知模型。将理解的是，在一些实施例中，一个玩具构造模型的控制玩具构造元件甚至可以与另一模型的控制玩具构造元件无线通信，从而提供模型间的交互并且允许模型知道它们是其中的一部分的游戏场景。

在一些实施例中，附加电子玩具可包括相机或其他图像捕获装置，并且配置为捕获包括一个或多个交互式玩具构造元件和/或控制玩具构造元件的游戏场景的一个或多个图像。在一些实施例中，附加电子玩具可以配置为处理捕获的一个或多个图像，以便检测游戏场景的一个或多个方面。例如，附加电子玩具可以检测到的游戏场景的这些方面可以包括检测到的交互式玩具构造元件和/或控制玩具构造元件之间的相对接近度、由一个或多个交互式玩具构造元件执行的可见功能、对一个或多个玩具构造模型或其他电子玩具的识别等。

根据一些实施例，玩具构造系统包括一个或多个中继玩具构造元件，包括：

-第一通信电路，其配置为无线地传递信号并无线地收集能量；

-第二通信电路；第二通信电路配置为与多个交互式玩具构造元件中的一个或多个通信，并且将所收集的能量无线传输至所述一个或多个交互式玩具构造元件。

中继玩具构造元件的第一和第二通信电路可以是彼此可操作地耦合的分离电路，或者它们可以集成到单个通信电路中，或者至少共享一个或多个部件。中继玩具构造元件可以是如结合交互式玩具构造元件所描述的无源元件或能量辅助玩具构造元件。然而，中继玩具构造元件与交互式玩具构造元件的不同之处在于，中继玩具构造元件不包括传感器或功能装置。相反，中继玩具构造元件仅在交互式玩具构造元件之间或在控制玩具构造元件与交互式玩具构造元件之间中继通信信号和能量。

在一些实施例中，交互式玩具构造元件还包括第二通信电路，其配置为与多个交互式玩具构造元件中的一个或多个通信并且将收集的能量无线转发到所述一个或多个交互式玩具构造元件。交互式玩具构造元件的第一和第二通信电路可以是彼此可操作地耦合的分离电路，或者它们可被集成到单个通信电路中或者至少共享一个或多个部件。

附图说明

图1-3示出了交互式玩具构造元件的示例。

图4示出了交互式玩具构造元件的示例的框图。

图5A-B示出了控制玩具构造元件的示例。

图6A-C示出了中继玩具构造元件的示例。

图7A-D示出了从如本文所述的玩具构造系统构造的玩具构造模型的示例。

图8示出了玩具构造系统的另一示例。

图9示出了用于将诸如配置参数和/或计算机程序之类的数据传输至控制玩具构造元件的机制的示例。

图10示意性地示出了从如本文所述的玩具构造元件构造的玩具构造模型的另一示例。

图11-15示出了如本文所述的玩具构造系统的使用示例。

具体实施方式

现在将参照砖形式的玩具构造元件来描述包括多个交互式玩具构造元件和一个或多个控制玩具构造元件的模块化玩具构造系统的各个方面和实施例。在该特定且相应的实施例中，交互式玩具构造元件和控制玩具构造元件各自具有壳体，该壳体通常被成形为具有平坦侧面的正交多面体并具有从其上表面延伸的联接构件和延伸至其底表面的腔。然而，可以使用交互式玩具构造元件的其他形状和尺寸，例如具有不同尺寸和不同数量耦合构件的盒形或砖形玩具构造元件。而且，尽管已证明砖形状特别有用，但本发明可以应用于在游戏应用、教育应用等中使用的其他形式的玩具构造元件。

图1示出了交互式玩具构造元件的示例，总体上用100表示。特别地，交互式玩具构造元件包括大致盒形的壳体101，具有从其顶表面延伸的联接栓104并且具有从底部延伸到元件中的腔。该腔由侧壁102和中央向下延伸管103限定。另一玩具构造元件的联接栓可以如US3005282中所公开的那样以摩擦接合的方式容纳在腔中。其余图中所示的构造元件具有这种已知类型的联接构件，其形式为相配合的栓和腔。然而，除了栓和腔之外或代替栓和腔，也可以使用其他类型的联接构件。联接栓在方形平面网格中跨过顶表面布置，即限定沿着其布置联接栓序列的正交方向。相邻联接栓之间的距离在两个方向上均匀且相等。联接构件在限定规则平面网格的联接位置处的这种或类似布置允许玩具构造元件在相对于彼此的离散数量的位置和定向上互连，特别是相对于彼此成直角。因此，在构造的模型中，多个玩具构造元件的联接构件可以位于相对于玩具构造模型定义的三维网格的网格点上。

在一些实施例中，玩具构造元件由塑料材料制成，例如热塑性聚合物或其他合适的材料。玩具构造元件可以例如通过注塑工艺或其他合适的制造工艺来制造。

交互式玩具构造元件100包括麦克风106形式的传感器和扬声器105或其他声源形式的功能装置，它们均容纳在交互式玩具构造元件的壳体101内。如将在下面更详细地描述，交互式玩具构造元件的其他示例可以包括另一类型传感器和/或另一类型功能装置。

例如，图2示出了与图1的交互式玩具构造元件相似的交互式玩具构造元件的另一示例，总体上用200表示。然而，图2的交互式玩具构造元件包括代替麦克风的光传感器206以及代替扬声器的LED或其他合适光源205。

同样，图3示出了与图1的交互式玩具构造元件相似的交互式玩具构造元件的又一示例，总体上以300表示。然而，图3的交互式玩具构造元件包括管状孔315，其延伸穿过壳体并构造成接收轴，例如具有合适横截面的轴，例如十字形横截面。交互式玩具构造元件300包括用于将扭矩施加到延伸到孔中的轴上的马达和构造成检测轴的角位置的旋转编码器。马达和编码器容纳在壳体101内，并且在图3中不可见。

图1-3的交互式玩具构造元件在构造上相似。它们都具有相同的总体形状，因此可以互换地插入玩具构造模型中并易于附接到彼此。它们还都包括传感器、功能装置、通信电路以及第一和第二感应元件，如将参考图4更详细地描述。图1-3的交互式玩具构造元件仅在它们包括的传感器和功能装置的类型上不同。然而，应该理解，玩具构造系统的其他实施例可以包括不同形状或大小的交互式玩具构造元件，例如以便容纳功能装置的特定传感器和/或使用户更容易区分它们。

图4示出了例如图1-3所示的交互式玩具构造元件之一的交互式玩具构造元件的示例的示意性框图，总体上用400表示。

交互式玩具构造元件包括限定设置有如上所述的联接构件104的顶面的壳体101。交互式玩具构造元件还包括容纳在壳体101内的通信电路409、第一感应元件407和第二感应元件408、传感器406和功能装置405。

第一和第二感应元件可以包括导电线、带等的相应环或线圈。在图4的示例中，第一感应元件407布置成靠近玩具构造元件的底面并且基本限定平行于底面的平面。类似地，第二感应元件408布置成靠近玩具构造元件的顶面并且基本限定平行于顶面的平面。以这种方式，当另一交互式玩具构造元件、控制玩具构造元件或中继玩具构造元件紧邻壳体101时，特别是当另一交互式玩具构造元件、控制玩具构造元件或中继玩具构造元件通过相应的联接构件附接到壳体101时，第一感应元件可以与另一交互式玩具构造元件、控制玩具构造元件或中继玩具构造元件的相应第二感应元件提供感应耦合，如本文所述。因此，交互式玩具构造元件可以与所述另一交互式玩具构造元件、控制玩具构造元件或中继玩具构造元件通信并从中收集能量。

类似地，第二感应元件408可以与另一交互式玩具构造元件、控制玩具构造元件或中继玩具构造元件的相应第一感应元件提供感应耦合，以进行通信并允许另一交互式玩具构造元件、控制玩具构造元件或中继玩具构造元件以从第二感应元件408收集能量。

经由相应的电感耦合的通信可以使用用于超短距离通信的任何合适的通信技术，例如近场通信。能量收集可以使用任何合适的机制来在感应元件之间进行非接触式感应能量传输。通信和能量传输由通信电路409控制。

因此，交互式玩具构造元件可以经由感应元件407接收电能，以为通信电路409、传感器406和功能装置405供电。此外，交互式玩具构造元件可以接收控制信号并响应于接收到的控制信号而控制功能装置。特别地，控制信号可以代表功能装置的开/关信号和/或其他操作参数。例如，当功能装置是马达时，控制信号可以代表旋转的方向和/或速度。类似地，当功能装置是扬声器时，控制信号可以表示要播放的音量和/或音频内容；当功能装置是光源时，控制信号可以表示要发射的光的亮度和/或颜色。

通信可以是双向通信，以便允许交互式玩具构造元件通信其身份和/或操作特性，例如通过传递唯一的标识符和/或标识交互式玩具构造元件的类型的标识符，例如它是否包括马达、光源、扬声器等。此外，在一些实施例中，交互式玩具构造元件可以传送表示由传感器406感测到的量的传感器信号。此外，交互式玩具构造元件可以传送标识互连的交互式玩具构造元件的链或网络的其他交互式玩具构造元件的标识符，如下所述。为此，通信电路可以包括用于存储交互式玩具构造元件的ID和/或从相邻交互式玩具构造元件接收的标识符的存储器。

交互式玩具构造元件可以进一步将经由感应元件之一接收的控制信号转发到另一感应元件。类似地，交互式玩具构造元件可以经由另一感应元件感应性地传输交互式玩具构造元件已经通过感应元件之一接收的电能。

经由感应元件的数据通信和/或能量传输由通信电路409控制。通信电路可以执行用于实现适当的通信协议的相关功能，例如数据的编码/解码、消息仲裁、纠错等功能。应当理解，在一些实施例中，交互式玩具构造元件可以包括与各个感应元件相关的单独通信电路。此外，通信电路可以控制功能装置和/或传感器的操作，或者至少从传感器接收传感器信号并将控制信号转发到功能装置。可替代地，交互式玩具构造元件可以包括通信地耦合到通信电路409的单独控制电路。

应当理解，可以对图4的交互式玩具构造元件进行若干修改。例如，交互式玩具构造元件的一些实施例可以仅包括单个感应元件，其可以用于收集和转发电能以及用于上游和下游通信。交互式玩具构造元件的又一替代实施例可以仅接收电能，而不能将其感应地中继到另一玩具构造元件。更进一步，交互式玩具构造元件的一些实施例可包括靠近交互式玩具构造元件的一个或多个侧面的一个或多个感应元件，以便允许在所述侧面上的通信和/或能量传输。除了或替代邻近顶表面和底表面的感应元件之外，可以提供这种感应元件。更进一步，一些交互式玩具构造元件可以仅包括功能装置，而没有传感器，反之亦然。

传感器可以是光传感器、声音传感器、旋转编码器、接近传感器、加速计、陀螺仪和/或任何其他合适的传感器。

功能装置可以是光源例如LED、扬声器、马达和/或可操作成执行用户可感知功能的另一功能装置。

图5A-B示出了总体上用500表示的控制玩具构造元件的示例。特别地，图5A示出了控制玩具构造元件的视图，而图5B示出了控制玩具构造元件的示意性框图。控制玩具构造元件包括壳体101，其具有结合图1所述的联接构件103和104。

此外，控制玩具构造元件包括容纳在壳体内的处理单元511、分别第一和第二通信电路517和518、分别第一和第二感应元件507和508、能量存储装置514、无线通信电路512和天线513。

处理单元511可以例如包括一个或多个微控制器、一个或多个微处理器和/或一个或多个其他合适的处理单元或其组合。

能量存储装置514可以是可再充电能量存储装置，诸如可再充电电池、可再充电电容器等。能量存储装置514配置为向控制玩具构造元件的其他部件提供电能，包括要经由感应元件507和508感应地传输到其他玩具构造元件的能量。

第一和第二感应元件507和508可以分别包括导电线、带等的相应环或线圈。在图5的示例中，第一感应元件507布置成靠近玩具构造元件的底面并且基本限定平行于底面的平面。类似地，第二感应元件508布置成靠近玩具构造元件的顶面并且基本限定平行于顶面的平面。以这种方式，当交互式玩具构造元件或中继玩具构造元件紧邻壳体101时，特别是当交互式玩具构造元件或中继玩具构造元件通过相应的联接构件附接到壳体101时，第一感应元件可以与交互式玩具构造元件或中继玩具构造元件的相应第二感应元件提供感应耦合，如本文所述。因此，控制玩具构造元件可以与所述交互式玩具构造元件或中继玩具构造元件通信并向其感应地提供能量。

类似地，第二感应元件408可以提供与交互式玩具构造元件或中继玩具构造元件的相应第一感应元件的感应耦合，以用于通信并且用于将电能感应地传输到交互式玩具构造元件或中继玩具构造元件。

如结合图4的交互式玩具构造元件所述，经由各个感应耦合的通信可以使用用于超短距离通信的任何合适的通信技术，例如近场通信。能量收集可以使用任何合适的机制来在感应元件之间进行非接触式感应能量传输。

因此，控制玩具构造元件可经由感应元件507或经由感应元件508向其他玩具构造元件提供电能。此外，控制玩具构造元件可将控制信号传输至直接或间接感应地耦合到控制玩具构造元件的交互式玩具构造元件，以控制这种交互式玩具构造元件的功能装置。

控制玩具构造元件还可以从这种感应耦合的交互式玩具构造元件接收信号，例如代表这种交互式玩具构造元件的身份和/或操作特性的信号和/或表示交互式玩具构造元件的传感器的感测的量的传感器数据。

通过感应元件的数据通信和/或能量传输分别由相应的通信电路517和518控制。通信电路可以执行用于实现适当的通信协议的相关功能，例如数据的编码/解码、消息仲裁、纠错等的功能。应当理解，在一些实施例中，通信电路517和518可以集成到单个电路中。

控制玩具构造元件还包括无线通信电路512和耦合到其上的天线513。通信电路512可以例如包括通信收发器等，其连接至处理单元511并且可操作成用于与其他控制玩具构造元件和/或与一个或多个其他电子设备(例如与一个或多个附加电子玩具)进行短距离射频通信。可以使用蓝牙技术或诸如Wifi之类的另一合适通信技术来实现短距离射频通信。无线通信电路512还可以操作成从控制玩具构造元件的环境中的电磁场(例如用于通信的RF电磁场)中收集能量。所收集的能量可以用于给可再充电能量存储装置514充电。可替代地或另外，控制玩具构造元件可以可操作成以不同的方式被充电，例如经由感应元件之一、经由有线连接器等。

处理单元511配置(例如通过在处理单元上执行的合适程序)成控制通信电路并处理从交互式玩具构造元件、其他控制玩具构造元件和/或控制玩具构造元件经由通信电路517和518和/或经由无线通信电路512通信地耦合的附加电子玩具或其他外部处理设备接收的数据。处理单元还创建控制数据和/或其他数据，其将被发送到交互式玩具构造元件、其他控制玩具构造元件和/或控制玩具构造元件经由通信电路517和518和/或经由无线通信电路512通信地耦合的附加电子玩具。这些数据例如可以包括用于控制交互式玩具构造元件的功能装置的控制数据。

特别地，处理单元可以执行控制过程，其确定响应于所接收的传感器数据的控制数据和/或响应于其他数据的其他。此外，处理单元可以确定感应地耦合到控制玩具构造元件的一个或多个交互式玩具构造元件的物理拓扑。此外，控制玩具构造元件可以与其他控制玩具构造元件和/或与一个或多个附加电子玩具传送识别数据、关于所确定的物理拓扑的信息和/或其他信息。

无线通信电路512还可操作成检测接收到的无线通信信号的信号强度，以允许处理单元511在无线通信电路的通信范围内至少确定到另一控制玩具构造元件或附加电子玩具的相对距离的估计。可替代地或另外，处理单元可以配置成以另一方式估计到另一控制玩具构造元件和/或其他电子玩具的距离(或至少检测在控制玩具构造元件500附近的这种控制玩具构造元件或其他电子玩具的存在)。

应当理解，可以对图5的控制玩具构造元件进行若干修改。例如，控制玩具构造元件的一些实施例可以仅包括单个感应元件。此外，控制玩具构造元件的一些实施例可包括靠近控制玩具构造元件的一个或多个侧面的一个或多个感应元件，以允许在所述侧面上的通信和/或能量传输。除了或替代靠近顶表面和底表面的感应元件之外，可以提供这种感应元件。此外，一些控制玩具构造元件还可包括功能装置和/或传感器。

图6A-B示出了总体上以600表示的中继玩具构造元件的示例。特别地，图6A示出了中继玩具构造元件的视图，而图6B示出了中继玩具构造元件的示意性框图。中继玩具构造元件包括壳体101，其具有结合图1所述的联接构件103和104。

此外，中继玩具构造元件包括分别容纳在壳体内部的第一和第二感应元件607和608。

第一和第二感应元件607和608可以分别包括导电线、带等的相应环或线圈，并且它们可以如结合图4所描述的那样布置。感应元件可选地经由合适的通信电路彼此电连接。

因此，中继玩具构造元件可以经由感应元件之一接收电能和/或通信信号，并且经由另一感应元件将接收到的能量和/或信号转发(即中继)至另一玩具构造元件。因此，控制玩具构造元件可以经由一个或多个中继玩具构造元件与交互式玩具构造元件感应地耦合，从而允许交互式玩具构造元件和控制玩具构造元件彼此间隔开，从而增加构造控制结构的灵活性。

如上所述，交互式玩具构造元件除了通过功能装置执行功能和/或通过传感器感测物理量之外还可以作为中继玩具构造元件来操作。

应当理解，可以对图6的中继玩具构造元件进行若干修改，例如就感应元件的数量和几何布置而言，例如如结合交互式玩具构造元件和/或控制玩具构造元件所描述的那样。

例如，图6C示出了具有多个感应元件607A-B和608A-B的中继玩具构造元件的另一示例，用于沿多个路径中继电能和通信信号，从而允许用户构造更复杂的玩具构造模型。

图7A-D示出了从如本文所述的玩具构造系统构造的玩具构造模型的示例。特别地，玩具构造模型包括一个或多个控制玩具构造元件，例如如结合图5A-B所述，一个或多个交互式玩具构造元件，例如如结合图1-4所述，以及可选的一个或多个中继玩具构造元件，例如如结合图6A-C所述。尽管为了便于说明而不必在图7A-D中明确地示出，但应当理解，玩具构造模型的示例可以包括其他玩具构造元件，包括除了交互式、控制和中继玩具构造元件之外的玩具构造元件。

图7A示意性地示出了玩具构造模型，其包括控制玩具构造元件500和交互式玩具构造元件400，其堆叠在控制玩具构造元件的顶部上，使得两个元件通过它们各自的联接构件互连。控制玩具构造元件和交互式玩具构造元件经由交互式玩具构造元件的第一感应元件407和控制玩具构造元件的第二感应元件508感应地耦合。因此，控制玩具构造元件可以将存储在能量存储装置514中的一部分电能感应地转发到交互式玩具构造元件400，以驱动交互式玩具构造装置的功能装置405。此外，控制玩具构造元件可以从交互式玩具构造元件400的传感器406接收传感器信号，处理接收到的传感器信号以便生成控制信号，并且将所生成的控制信号转发到交互式玩具构造元件，以便控制交互式玩具构造元件400的功能装置405。

图7B示意性地示出了玩具构造模型的另一示例。玩具构造模型包括控制玩具构造元件500、三个交互式玩具构造元件400A-C和中继玩具构造元件600。玩具构造元件彼此堆叠，从而相邻元件通过它们各自的耦合构件互连。控制玩具构造元件500感应地耦合至交互式玩具构造元件400A，如结合图47A所述。

此外，交互式玩具构造元件400A和交互式玩具构造元件400B经由交互式玩具构造元件400B的第一感应元件407B和交互式玩具构造元件400A的第二感应元件408A感应地耦合。因此，交互式玩具构造元件400A可以将从控制玩具构造元件500接收的电能转发到交互式玩具构造元件400B。此外，交互式玩具构造元件400A可以在控制玩具构造元件500和交互式玩具构造元件400B之间中继传感器信号和控制信号，即控制玩具构造元件500间接感应地耦合到玩具构造元件400B。

以类似的方式，控制玩具构造元件500间接地感应地耦合到交互式玩具构造400C，即经由中继玩具构造元件600。

因此，控制玩具构造元件500可以向每个交互式玩具构造元件400A-C供应电能，并且从相应的交互式玩具构造元件的每个传感器406A-C接收传感器信号。因此，控制玩具构造元件500可以基于各种接收到的传感器信号来控制各种交互式玩具构造元件的功能装置405A-C。例如，控制玩具构造元件500可以响应于从交互式玩具构造元件400C的传感器406C接收的传感器信号来控制交互式玩具构造元件400B的功能装置405B。这仅使用几个简单的玩具构造元件就可以进行相对复杂的交互。

技术人员将理解，控制玩具构造元件500和交互式玩具构造元件400A-C可以实现总线架构，以允许控制玩具构造元件500在逻辑上寻址交互式玩具构造元件中的所选一个。为此，交互式玩具构造元件可各自包括其配置为在被查询时返回的ID。然后，可以将ID沿着堆叠传送到控制玩具构造元件，其然后可以建立玩具构造元件堆叠的拓扑的数字表示，包括堆叠的相应类型交互式玩具构造元件的信息。应当理解，玩具构造模型的一些实施例可以允许用户构造更复杂的总线或网络结构，例如使用图6C所示的中继玩具构造元件。

图7C示意性地示出了玩具构造模型的又一示例。玩具构造模型包括彼此堆叠的两个控制玩具构造元件500A-B以及彼此堆叠并且在控制玩具构造元件500A-B的顶部叠堆的两个交互式玩具构造元件300A-B。

在该示例中，交互式玩具构造元件300A-B各自包括如结合图3所述的马达。

如图5所述，两个控制玩具构造元件分别包括能量存储装置和处理单元。因此，在模型中包括两个或更多个感应耦合的控制玩具构造元件提供了附加能量，其可用于驱动感应地耦合到控制玩具构造元件的交互式玩具构造元件的各种功能装置。可替代地或另外，控制玩具构造元件的处理单元可以实施适当的负载分担过程，以允许更复杂的控制机构。例如，控制玩具构造元件可以控制玩具构造模型的感应耦合的交互式玩具构造元件的各个子组。

类似地，在模型中包括两个或更多个感应耦合的交互式玩具构造元件允许交互式玩具构造元件彼此补充以执行组合功能。在图7C的具体示例中，交互式玩具构造元件每个都包括用于容纳轴721的中心孔，如结合图3所述。在图7C的实施例中，堆叠的交互式玩具构造元件300A-B的孔彼此对准，以允许轴同时延伸到两个孔中。因此，两个交互式玩具构造元件的马达都可操作成驱动轴，从而允许将较大的扭矩施加到轴上。

应当理解，其他类型的交互式玩具构造元件可以提供其他类型的组合功能。例如，包括各自光源的两个感应耦合的交互式玩具构造元件可以发射更高的光强度和/或多种颜色的光等。

更进一步，感应耦合的交互式玩具构造元件的各个传感器可以彼此补充，以提供组合的传感器信号。

图7D示出了两个单独的玩具构造模型。第一玩具构造模型包括控制玩具构造元件500A和交互式玩具构造元件400A，其机械地和感应地耦合到控制玩具构造元件500A，例如如结合图7A所述。

第二玩具构造模型还包括控制玩具构造元件500B和交互式玩具构造元件400B，其机械地和感应地耦合到控制玩具构造元件500B。

控制玩具构造元件500A和500B包括用于短距离通信的相应无线通信电路，如结合图5A-B所述。这允许控制玩具构造元件500A-B在短距离通信的通信范围内检测彼此的存在并且彼此通信。因此，控制玩具构造元件500A-B可以交换与感应地耦合到它们的各个交互式玩具构造元件有关的控制信号和/或信息。交换的信息可以包括相应交互式玩具构造元件的类型和/或身份和/或它们的操作状态和/或来自其相应传感器的传感器信号。因此，控制玩具构造元件500A的处理单元可以配置为响应于检测到的控制玩具构造元件500B的存在而控制感应地耦合到其的交互式玩具构造元件400A的功能装置。控制甚至可以响应于从控制玩具构造元件500B接收到的信息，例如响应于交互式玩具构造元件400B的类型、其操作参数、从其接收的传感器信号等。应当理解，交互式玩具构造元件400A-B可以是相同类型的(例如它们都可以包括马达)或者可以是不同类型的。类似地，一个或两个控制玩具构造元件可以连接并感应地耦合到一个以上交互式玩具构造元件。此外，在一些实施例中，两个以上控制玩具构造元件可以彼此无线通信。

虽然图7D的示例示出了两个物理上分开的、物理上不相连的玩具构造模型，但应当理解，单个连贯的玩具构造模型还可以包括彼此不感应地耦合的多个控制玩具构造元件，例如因为它们在两个相距很远的相应位置处连接到模型，以实现感应耦合。因此，这种控制玩具构造元件之间的无线短距离通信允许协调控制较大模型的不同部分的功能，例如较大车辆的不同车轮。

控制玩具构造元件之间的无线通信允许实现涉及较大玩具构造模型和/或涉及多个单独模型的更复杂的游戏场景，因为可以以协调的方式控制不同模型或较大模型的不同部分的功能。然而，这种协调控制可以通过分布式控制方案实现，而无需大型笨重且昂贵的中央控制器。

图8示出了玩具构造模型的另一示例，其包括控制玩具构造元件500和交互式玩具构造元件400，其物理地附接并感应地耦合至控制玩具构造元件500，例如如结合图7A所述。

控制玩具构造元件500的无线通信电路可以配置为与一个或多个其他远程电子设备例如平板计算机810、电子玩具820或另一处理设备建立无线通信。这种无线通信允许远程电子设备与相同或不同的单独玩具构造模型的一个或多个控制玩具构造元件进行通信。远程电子设备因此可以接收关于感应地耦合到控制玩具构造元件500的交互式玩具构造元件400的信息，包括关于其类型和/或传感器信号的信息。远程电子设备可以显示或以其他方式表示接收到的信息，例如通过呈现与接收到的信息相对应的数字内容。可替代地或另外，远程电子设备可操作成控制控制玩具构造元件500和交互式玩具构造元件400的操作。

远程电子设备还可以可操作成提供用户界面，以允许用户与控制玩具构造元件并因此与交互式玩具构造元件400进行交互。远程电子设备还可以可操作成对控制玩具构造元件500重新编程以定义包括控制玩具构造元件500的玩具构造模型的新行为。

将理解的是，控制玩具构造元件500可以连接并且感应地耦合到一个以上交互式玩具构造元件。而且，在一些实施例中，两个或更多个控制玩具构造元件可以同时与远程电子设备无线通信。

在图8的示例中，控制玩具构造元件500与两个远程电子设备通信，即适当编程的平板计算机810和电子玩具820。

电子玩具820为公仔或玩偶的形式，其包括容纳在公仔内部的处理单元811、能量存储装置814、无线通信电路812和天线813。

处理单元811可以例如包括一个或多个微控制器、一个或多个微处理器和/或一个或多个其他合适的处理单元或其组合。

能量存储装置814可以是可再充电能量存储装置，诸如可再充电电池、可再充电电容器等。能量存储装置814配置为向电子玩具的其他部件提供电能。

无线通信电路812可以例如包括通信收发器等，其连接至处理单元811并且可操作成用于与控制玩具构造元件和/或一个或多个其他电子设备或附加电子玩具进行短距离射频通信。可以使用蓝牙技术或诸如Wifi之类的另一合适通信技术来实现短距离射频通信。无线通信电路812还可以操作成从控制玩具构造元件的环境中的电磁场(例如用于通信的RF电磁场)中收集能量。所收集的能量可以用于给可再充电能量存储装置514充电。可替代地或另外，电子玩具可以操作成以不同的方式被充电，例如感应地、通过有线连接器等。

处理单元811配置(例如通过在处理单元上执行的合适程序)成控制通信电路并处理从一个或多个控制玩具构造元件和/或从经由无线通信电路812与电子玩具820通信地耦合的附加电子玩具或其他外部处理设备接收的数据。处理单元还创建控制数据和/或其他数据，以发送到一个或多个控制玩具构造元件和/或经由无线通信电路812与电子玩具820通信地耦合的附加电子玩具。这些数据可以例如包括控制数据，用于控制交互式玩具构造元件的功能装置。

特别地，处理单元可以执行控制过程，其确定响应于所接收的传感器数据的控制数据和/或响应于其他数据的其他。无线通信电路可以进一步可操作成检测所接收的无线通信信号的信号强度，以允许处理单元在无线通信电路的通信范围内至少确定到控制玩具构造元件或另一电子玩具的相对距离的估计。可替代地或另外，处理单元可以配置成以另一种方式估计到控制玩具构造元件和/或其他电子玩具的距离(或至少检测在电子玩具820附近的存在)。处理单元因此可以将处理基于这样的估计距离。在一些实施例中，电子玩具820可以包括一个或多个传感器，例如光传感器、声音传感器、接近传感器、加速计等，并且处理单元可以配置为基于由这种传感器感测到的量来执行处理。可替代地或另外，电子玩具可以包括功能装置，例如光源、声源、马达等，并且处理单元可以配置为控制功能装置，例如响应于感测到的量、接收到的信息等。

例如，上述电子部件可被容纳在公仔的适当部分内，例如躯干部分。公仔可以由多个玩具构造元件构成，例如由包括电子部件的中央部分以及由一个或多个附加部分构成，例如可以可拆卸地附接到中央部分的头部、腿部和/或臂部。

在其他实施例中，控制玩具构造元件500可以仅与单个远程电子设备或与两个以上的远程电子设备通信。而且，一个或多个远程电子设备可以是不同类型的设备，例如不同类型的计算机、不同类型的电子玩具等。例如，除了公仔或玩偶以外，电子玩具可能具有不同的物理外观。

如上所述，控制玩具构造元件500的无线通信电路还可以包括无线能量收集电路，其配置为从电磁场(例如从RF通信系统)收集电能。能量收集电路可以配置为给控制玩具构造元件的能量存储装置充电。在一些实施例中，这可以以低充电速率连续地完成。在一些实施例中，玩具构造系统包括专用充电器设备，其配置为同时对一个或多个控制玩具构造元件进行无线充电。

通常，控制玩具构造元件可被预编程为以预定方式对传感器信号和其他接收到的信息作出反应。可替代地或另外，控制玩具构造元件可以配置成实现自适应行为，例如随时间变化的行为，例如响应于所接收的输入。

可以以预编程的行为来制造控制玩具构造元件。可替代地或另外，控制玩具构造元件可以由用户重新编程。为此，控制玩具构造元件的处理单元执行的程序可以经由控制玩具构造元件的感应元件之一或者经由通过控制玩具构造元件的无线短距离通信电路的无线短距离通信而通过感应数据传输被控制玩具构造元件接收，例如如结合图8所述。一些平板电脑、智能手机或其他电子设备也允许超短距离通信，例如通过近场通信。

图9示出了用于向控制玩具构造元件传送数据(诸如用于传送配置参数和/或计算机程序)的机制的又一示例。在该示例中，控制玩具构造元件500配置成从RFID标签923或从另一感应可读设备(例如通过控制玩具构造元件的感应元件之一)读取数据。RFID标签可以包括其上存储有配置数据、程序数据等的存储器。当控制玩具构造元件500与标签923充分接近时，控制玩具构造元件使标签通电并读取由标签存储的数据。

因此，在一些实施例中，玩具构造组可以包括多个玩具构造元件，包括一个或多个控制玩具构造元件和一个或多个交互式玩具构造元件。玩具构造组可以进一步包括构建指令，其提供关于如何从玩具构造组的玩具构造元件构造玩具构造模型的指令或指导。构建指令可以例如以小册子等形式提供在合适的介质上，例如在纸上。介质可以将标签923附接至其或嵌入其中。构建指令可以指示用户将控制玩具构造元件放置在标签附近，以便通过从标签读取合适的程序或配置数据对控制玩具构造元件进行编程。应当理解，可以以其他方式来提供标签，例如嵌入包括玩具构造元件的盒、容器、包装等中。

应当理解，可以利用用于将数据传输到控制玩具构造元件的其他机制，例如通过读取可见代码，通过超声通信、红外通信等。

图10示意性地示出了由如本文所述的玩具构造元件构造的玩具构造模型的另一示例。在图10的示例中，玩具构造模型1024是诸如汽车的车辆，但是当然可以理解，可以构造代表其他物品的玩具构造模型。玩具构造模型1024由多个常规玩具构造元件以及多个控制和交互式玩具构造元件构造，使得每个交互式玩具构造元件与控制玩具构造元件中的至少一个感应地耦合(直接或间接)。在图10的具体示例中，玩具构造模型分别包括四个控制玩具构造元件500A-D，每个物理地连接并感应地耦合到相应的交互式玩具构造元件300A-D，例如如结合图7A所述。每个交互式玩具构造元件300A-D分别包括用于驱动轴721A-D的马达，该轴插入到交互式玩具构造元件的孔中。每个轴分别附接到相应的车轮1023A-D，使得每个交互式玩具构造元件可操作成驱动相应的一个车轮。

控制玩具构造元件在模型内彼此间隔开，并且彼此不感应地耦合。然而，它们可以通过短距离无线通信经由它们各自的无线通信接口而彼此无线通信。这可以允许对各个马达的协调控制。例如，控制玩具构造元件中的一个可以充当将控制信号发送到另一控制玩具构造元件的主机，控制信号包括例如开/关信号、速度和/或方向信号。可替代地，控制玩具构造元件可以全部与远程电子设备通信并由其控制，例如如结合图8所述。在其他实施例中，每个控制玩具构造元件可以自主地操作。例如，每个控制玩具构造元件可以响应于来自包括在感应地耦合到控制玩具构造元件的交互式玩具构造元件中的编码器的传感器信号来控制感应地耦合至其的交互式玩具构造元件的马达。特别地，在一示例中，当编码器检测到车轮由于外部扭矩而转动时(例如因为用户将车辆推过表面)，控制玩具构造元件可以沿与检测到的旋转相同的方向控制马达，例如达预定时间段或达取决于检测到的车轮转动持续时间的时间。

图11示出了如本文所述的玩具构造系统的使用示例。特别地，图11示出了包括电子玩具820和从其已经构造玩具构造模型1110和1120的玩具构造元件的玩具构造组。特别地，玩具构造组包括控制玩具构造元件500A-B以及交互式玩具构造元件100、200和300。控制玩具构造元件500A-B是结合图5A-B所述的控制玩具构造元件，不同之处在于，图11的控制玩具构造元件代替地成形为相对平坦的砖。类似地，交互式玩具构造元件100是如结合图1所述的交互式玩具构造元件且其包括扬声器。交互式玩具构造元件200是如结合图2所述的交互式玩具构造元件，其包括LED光源，但图11的交互式玩具构造元件200代替地成形为相对平坦的砖。交互式玩具构造元件300是如结合图3所述的交互式玩具构造元件，其包括用于驱动可插入交互式玩具构造元件300的壳体的孔中的轴1121的马达。图11的交互式玩具构造元件300与图3的示例的不同之处在于，用于容纳轴1121的孔位于壳体的侧面而不是顶面。

电子玩具820为公仔或玩偶的形式，如结合图8所述。特别地，电子玩具包括无线通信电路，其可操作成与控制玩具构造元件500A和500B的相应无线通信电路进行通信。

玩具构造模型1110包括控制玩具构造元件500A、交互式玩具构造元件100和200以及附加的非交互式玩具构造元件，例如常规玩具构造元件。在该特定示例中，附加的玩具构造元件包括透明的圆顶形盖1111，其可附接到交互式玩具构造元件200，以产生用于容纳另一玩具构造元件1112的空隙。因此，交互式玩具构造元件200的光源发出的光照亮玩具构造元件1112并提供用户可以通过透明圆顶形盖观察到的可见效果。交互式玩具构造元件100和200既被物理地附接又被感应地耦合到控制玩具构造元件500A。

玩具构造模型1120包括控制玩具构造元件500B、交互式玩具构造元件300以及附加的非交互式玩具构造元件，例如常规玩具构造元件。在该特定示例中，附加的玩具构造元件包括：轴1121，其插入到交互式玩具构造元件300的孔中；以及细长杆1122，其附接到轴1121，使得该杆可在降低位置和升高位置之间枢转。交互式玩具构造元件300物理地附接到并且感应地耦合到控制玩具构造元件500B。

控制玩具构造元件500A可以配置为检测在控制玩具构造元件500A附近的电子玩具820的存在。响应于这种检测，控制玩具构造元件500A可以控制交互式玩具构造元件200发光，并且控制交互式玩具构造元件100发出声音，例如模拟警笛。在一些实施例中，光的属性(例如闪烁频率、颜色、强度等)和/或声音的属性(例如音量、音高等)可以由控制玩具构造元件响应于检测到的电子玩具820的类型、响应于与电子玩具的估计距离等来控制。

控制玩具构造元件500A还可通过它们各自的无线短距离通信电路与控制玩具构造元件500B通信。例如，控制玩具构造元件500A可以将关于检测到的电子玩具820的信息传达给控制玩具构造元件500B。响应于所接收的信息，控制玩具构造元件500B可以控制交互式玩具构造元件300以操作马达以便升高或降低杆1122。可替代地或另外，可以触发控制玩具构造元件500B从而以不同的方式控制交互式玩具构造元件300的操作。例如，玩具构造模型1120可以进一步包括另一交互式玩具构造元件，其包括声音传感器并且感应地耦合到控制玩具构造元件500B。因此，控制玩具构造元件500B可以配置为响应于检测到的声音(例如由玩具构造模型1110的交互式玩具构造元件100发出的声音)来控制交互式玩具构造元件300。可替代地或另外，可以通过检测到的杆1122的手动运动，例如通过包括在交互式玩具构造元件300中的旋转编码器检测到的运动，触发控制玩具构造元件500B以控制交互式玩具构造元件300的操作。

因此，以上示例示出了可以仅利用本文描述的一些相对便宜的交互式玩具构造元件和控制玩具构造元件来实现相对参与的游戏场景。

在下文中，将描述可以用本文描述的玩具构造系统的实施例实现的其他游戏场景的各种示例。

图12示出了玩具构造组的另一示例。图12的玩具构造组包括如结合图8和11所述的公仔820A-C和玩具构造模型1210，其包括一个或多个控制玩具构造元件和一个或多个交互式玩具构造元件。公仔可以以与结合图11所述的相似方式彼此和/或与玩具构造模型进行通信和交互。例如，玩具构造模型1210可以包括当在其附近检测到公仔之一时可以打开/关闭的门。

图12的玩具构造组与图11的示例的不同之处在于，图12的玩具结构组还包括附加的电子玩具820D，其包括相机821、处理单元、可再充电能量存储装置和扬声器822。可选地，电子玩具820D可以进一步包括无线通信电路，其可操作成与公仔820A-C的无线通信电路和/或与玩具构造模型1210的控制玩具构造元件或交互式玩具构造元件进行通信。电子玩具820D可操作成捕获包括公仔820A-D和玩具构造模型1210的游戏场景的静止或视频图像，处理捕获的图像并检测游戏场景的一个或多个方面。游戏场景的可检测方面可以是一个或多个公仔的存在或不存在、公仔彼此和/或与玩具构造模型1210的距离、公仔和/或玩具构造模型之间的相互作用等。

电子玩具820D可操作成响应于检测到的游戏场景的各方面来播放音频内容。另外或可替代地，电子玩具820D可以向电子玩具820A-C和/或玩具构造模型1210的控制玩具构造元件发送控制信号，以引起这些元件中的一个或多个的功能。

图13示出了玩具构造组的另一示例。图13的玩具构造组包括玩具构造模型1310-1340，每个包括一个或多个控制玩具构造元件和一个或多个交互式玩具构造元件。特别地，玩具构造模型1310是由多个常规玩具构造元件以及由控制玩具构造元件500A和物理地附接到并感应地耦合到控制玩具构造元件500A的交互式玩具构造元件400构造的细长棒。交互式玩具构造元件400包括加速度计，并且配置为将运动数据传送至控制玩具构造元件500A。可替代地，控制玩具构造元件500A可以包括内部加速度计。

玩具构造模型1320包括控制玩具构造元件500B和交互式玩具构造元件200，其感应地耦合到控制玩具构造元件500B并且包括如图2所示的光源。

玩具构造模型1330类似于公仔，并且包括控制玩具构造元件(在图13中未明显可见)和交互式玩具构造元件(在图13中未明显可见)，其感应地耦合至控制玩具构造元件并且包括用于使公仔旋转的马达。

玩具构造模型1340类似于乐器，并且包括控制玩具构造元件500C-E和交互式玩具构造元件100A-C，每个包括扬声器并且每个感应地耦合至控制玩具构造元件500C-E中的相应一个。

当用户移动棒1310时，该运动被交互式玩具构造元件400的加速度计检测到；可替代地或另外，棒分别相对于玩具构造元件1320-1340的相对位置可以由相应的控制玩具构造元件检测，例如基于它们之间的无线短距离通信的信号强度或基于内部加速度计。

响应于检测到的运动，控制玩具构造元件500A可以控制玩具构造模型1320-1340的控制玩具构造元件，以使感应地耦合到控制玩具构造元件的相应交互式玩具构造元件执行其各种功能，例如以使公仔1330转动、交互式玩具构造元件200的光发射光和/或交互式玩具构造元件100A-C播放音乐。

可替代地或另外，玩具构造模型1320-1340的控制玩具构造元件可基于检测到的棒1310的接近度和/或基于检测到的声音或光和/或基于从一个或多个其他控制玩具构造元件接收到的控制信号来控制各个功能。

图14示出了玩具构造组的又一示例。图14的玩具构造组包括结合图8所述的公仔形式的电子玩具820和玩具构造模型1410。玩具构造模型1410包括控制玩具构造元件500和交互式玩具构造元件300，其包括结合图3所述的马达。交互式玩具构造元件300感应地耦合到控制玩具构造元件500，并且配置成旋转玩具构造模型1410的可旋转部分1411，其成形为动物或其他生物的头部。

公仔820包括加速度计和无线通信电路，用于将指示用户引起的公仔运动的控制信号传送到控制玩具构造元件500。响应于接收到的控制信号，控制玩具构造元件500使交互式玩具构造元件300操作其马达，以模仿可旋转头部1411检测到的运动。

因此，类似于图11的示例，公仔因此可操作为棒或控制器，其可操作成控制玩具构造模型1410的功能。

图15示出了玩具构造组的又一示例。图15的玩具构造组包括玩具构造模型1510和1520，每个包括一个或多个控制玩具构造元件和一个或多个交互式玩具构造元件。特别地，玩具构造模型1310是可穿戴玩具构造模型。它包括可穿戴部件，例如腕带1511，其包括其他玩具构造元件可以附接到的联接构件。在本示例中，玩具构造模型1510包括控制玩具构造元件500和交互式玩具构造元件400，其包括加速度计并且被感应地耦合并机械地附接至控制构造元件500。

玩具构造元件1520类似于汽车。它包括一个或多个控制玩具构造元件和用于驱动汽车的一个或多个车轮的相应交互式玩具构造元件(未明确示出)，例如如结合图10所述。玩具构造模型1520还包括控制玩具构造元件和用于致动汽车的转向机构的相应交互式玩具构造元件(未明确示出)。

当可穿戴部件被戴在用户的手腕上时，可穿戴玩具构建模型1510的交互式玩具构造元件400可因此检测用户手的运动。控制玩具构造元件500将反映所检测到的运动的相应控制信号传送到玩具构造模型的控制玩具构造元件，该玩具构造模型可以响应于检测到的运动来控制车轮和转向机构，例如从而推动和转向汽车。

本文描述的交互式模块化构造元件的控制电路的实施例可以通过包括多个不同元件的硬件和/或至少部分地通过适当编程的微处理器来实现。

在列举多个装置的权利要求中，这些装置中的多个可以由同一个元件、部件或硬件来体现。在互不相同的从属权利要求中叙述或在不同实施例中描述某些措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

应该强调的是，当在本说明书中使用术语“包括”时是用来指定存在所述的特征、元件、步骤或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、元件、步骤、部件或其组。