积木小车及其控制方法与流程

本发明涉及积木领域，具体涉及一种积木小车，及其对应的控制方法。

背景技术：

一般的益智类积木，是通过若干个标准的积木件，以可替换的形式进行拼接的，以形成富有创意的，多种结构的积木组合体；并且，部分益智类积木还通过结合动力单元积木件，以及遥控动力单元积木件的遥控装置作为辅助构件，以进一步提升益智类积木的益智趣味性和与用户交互感，其中一类较受欢迎的动力单元积木件采用积木小车的形式，与周边积木件相互拼接，并为周边积木件提供可移动性能的效果，并且通过遥控装置积木小车的移动，从而带动拼装有积木小车的积木组合体进行移动。

相对于普通的积木件而言，积木小车需要具备高度可替换的性能，给予周边积木件提供相互拼接的功能；并且积木小车自身需要具备运行稳定度，以避免与周边积木件组装后，形成的积木组合体在定向、变向运行中出现倒伏现象；再者积木小车的电源组件、传动单元、控制单元需要具备一定的可替换性，以及控制制造成本相对较低，避免低年龄段儿童在玩耍时出现损坏，难以整体或局部更换。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种积木小车，其电源组件、传动单元、控制单元具备一定的可替换性，并且形成的积木小车在单独运行，或与其他周边积木件组合形成的积木组合体，在定向、变向运行中维持良好的稳定性；整体成本较低，便于制作。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段加以实施：

一种积木小车，适用于连接其他周边积木件，其通过若干可替换积木件构成一具下开口的立方体状壳体，所述的下开口通向中空容纳室；

电源组件、两套传动单元、控制单元居中设置于车体座上并位于中空容纳室内，车体座易分离地拼接封合所述下开口，并使至少三个位于车体座下方的支撑轮支撑积木小车直立；

以两同向并排设置的支撑轮作为驱动轮，其余支撑轮作为从动轮；两套传动单元对应与两驱动轮相连接；

所述的传动单元包括一微型直流电机、齿轮箱、位于齿轮箱内的传动齿轮组，微型直流电机通过驱动齿轮经所述传动齿轮组进行至少两次省力传动后，再进行费力传动直接向所述的驱动轮传递动力；

控制单元控制两传动单元的微型直流电机进行可调速/不可调速地同向/异向驱动。

进一步的，所述的微型直流电机通过驱动齿轮经所述传动齿轮组依次进行4-6:1、4-6:1、2-3:1的变速比进行省力传动后，再通过1:1.3-1.5的变速比进行费力传动。通过上述变速比的省力传动-费力传动过程，能够消除大多微型直流电机产生的启动扭矩较大，以及瞬时停顿对积木小车稳定性的影响，尤其适合积木小车的单独定向/转向运行的稳定性。

更进一步的，所述的传动齿轮组依次为两相互啮合的第一双联齿轮、第二双联齿轮、传输齿轮、输出齿轮，所述的驱动齿轮与第一双联齿轮的大齿轮啮合，所述的输出齿轮的转动键轴与驱动轮相键合。通过该方案，能够使传动齿轮组的传动过程集约高效，从而使传动单元的结构更为紧凑，形成较小的传动单元对于积木小车的动态运行平衡性影响更低；

再进一步的，微型直流电机可拆卸地插接于齿轮箱的电机座孔，使所述的驱动齿轮插入至电机座孔至与第一双联齿轮的大齿轮啮合，并使微型直流电机座外露于齿轮箱一侧，微型直流电机座通过快速接头与控制单元电连接；输出齿轮的转动键轴与齿轮箱的输出齿轮轴孔轴毂连接，并外露于齿轮箱的另一侧。通过该方案，微型直流电机能以可拆卸的方式进行更换，并且组装过程简便，无需对齿轮箱进行拆装；输出齿轮的转动键轴能够更便利地与驱动轮相键合，便于驱动轮和输出齿轮转动键的相互装卸；

再进一步的，所述的车体座左右设置有两传动单元座，两传动单元座的外侧板上对应设置有驱动轮接口，所述的传动单元插接固定于传动单元座内，并使两微型直流电机相背向设置；转动键轴与驱动轮的侧轴相键合于所述的驱动轮接口内，并沿驱动轮接口轴转动；两从动轮并排并与两驱动轮共轨设置。此方案更适合于四轮式积木小车的设置，相对于三支撑轮式的车体，更便于支撑轮维持积木小车的运行直立状态。

进一步的，所述的车体座上设置有支轴件，所述的电源组件和控制单元固定设置于支轴件上，并位于中空容纳室的上半部；所述的两套传动单元均位于中空容纳室的下半部，通过该结构，能够使电源组件、两套传动单元、控制单元的重量均匀分布在积木小车壳体的中空容纳室内。

进一步的，所述的电源组件为纽扣电池和电池座舱，所述的控制单元包括控制电路板、mcu微处理器，所述的电池座舱设置于控制电路板的中央，控制电路板与支轴件上端相互固定；mcu微处理器控制两传动单元的微型直流电机进行可调速/不可调速地同向/异向驱动。该固定方式更为合理，能够确保电源组件、控制单元各部件能够稳定设置于车体座上。

更进一步的，所述的控制单元还设置有信号接收器，所述的信号接收器接收外部遥控装置的传输信号，信号接收器向控制单元传输接收指令，并对应控制两传动单元的微型直流电机进行可调速/不可调速地同向/异向驱动。信号接收器和外部遥控装置之间可采用蓝牙/红外/2.4g传输协议进行信号的传输交互，接收的传输信号通过控制单元的如mcu微处理器的信号处理，能够实现通过外部控制器控制两传动单元的微型直流电机进行相同或不同速度的同向/异向驱动，能够实现积木小车的前进、后退、转弯、原地自转的功能。

进一步的，构成所述的壳体的积木件表面设置有供连接其他周边积木件的面连接凸块和/或面连接孔位和/或边连接插口。通过载积木件表面设置上述连接结构，积木件能够与周边积木件能够以多种拼接方式进行固定。

优选的，所述的壳体通过边连接插口与车体座的四侧边相连接。相对于采用普通积木件以凸块/孔与车体件相互拼接的方式，采用边连接插口相互插接的方式，能够使积木小车整体体积更小，并且使中空容纳室容量更大。

本发明还提供一种积木小车的控制方法，两个以上的积木小车的控制单元经同一外部遥控装置控制时，各积木小车接收所述外部遥控装置的传输信号，进行相同的动作，并且同一积木小车的两驱动轮仅可进行等速或不等速同向旋转。通过上述设置，在周边积木件组合形成大体积的积木组合体时，通过多个积木小车对该积木组合体进行承托，可使大体积的积木组合体获得遥控移动效果，在组合位置合理的情况下，积木组合体不因多个积木小车两驱动轮的异向旋转，驱动方向产生交叠，而使积木组合体出现倒伏现象。

本发明至少具有以下有益之处：

1.该积木小车结构简单，并且电源组件、两套传动单元、控制单元、车体座以可替换式的结构进行设置，尤其将两套传动单元设置为标准件的形式，以可互换设置地设置于两传动单元中，能够有效地节约生产成本，并且在优选的方案中，能够将易损件微型直流电机进行快速替换；

2.通过合理地设置各部件的结构，以及传动单元的传动齿轮组对于微型直流电机的动力传输，该积木小车在进行前进/后退/旋转运动的初步启动过程，以及驱动积木小车瞬时停顿，两驱动轮异向转动对驱动积木小车变向时的惯性作用对积木小车整体的稳定性影响较小，积木小车自身能够维持运行平衡，并于周边积木件相互拼接安装，形成积木组合件，在积木小车前后重量偏差，以及左右重量幅度均不超过10%的条件下，依然能够起到良好的稳定运行效果。

附图说明

图1是本发明分解状态的示意图；

图2是本发明传动装置分解状态的示意图；

图3是本发明的隐去一侧积木件的示意图；

图4是本发明另一分解状态的示意图；

图5是本发明遥控操作方式的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“装设于”、“固定于”或“设置于”另一个部件上，它可以直接在另一个部件上或者可能同时存在居中部件。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。

还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下、前、后等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

实施例

如图1-4所示，一种积木小车，包括一具有中空容纳室的立方体状壳体，以及车体座1、两套传动单元(2,2')、控制单元3、电源组件4，其中：

立方状壳体通过五片可替换积木件1'，以上、左、右、前、后五个方位相互组装形成具有下开口的壳体，中空容纳室为上述五片积木件1’围合的空间；优选的，在本实施例中，采用发明人zl201821202317.3，一种可任意组合的积木玩具作为积木件1'，以边连接插口配对连接的拼接方式，组合形成的壳体，五片积木件1'面积相同，单边长x优选为2.5-4cm，以边对边的拼接方式，能够形成稳固的固定结构，并且避免了现有常见的凸块/插孔配合式积木件1'在拼接过程中，左、右、前、后积木件1'垫合固定于上积木件1'外沿而导致壳体整体偏大，或上积木件1'垫合固定于左、右、前、后积木件1'上方而导致中空容纳室过小的弊端，并且能五片积木件1'能采用相互更换的方式，能依据配对的周边积木件凸块/插孔部位的不同，对应进行积木件1'插孔/凸块的配对更换。

电源组件4、两套传动单元(2,2')、控制单元3居中设置于车体座1上并位于中空容纳室内，其中车体座1的底板对应设置如积木件1'的轮廓，壳体通过各积木件1'的边连接插口与车体座1的四侧边相连接，使积木小车整体体积更小，中空容纳室容量更大，车体座1并能易分离地拼接封合壳体的下开口；车体座1上表面居中设置两左右设置的传动单元座(11,11')，两套结构相同的传动单元(2,2')对应安装于两传动单元座(11,11')内，并使两传动单元(2,2')位于中空容纳室的下半部；并在车体座1的底板上表面自下向上设置有支轴件12，控制单元3、电源组件4对应安装于支轴件12上，并位于中空容纳室的上半部；底座下表面设置两同向并排设置的支撑轮作为驱动轮41，两同向并排设置的支撑轮作为从动轮42对应与两驱动轮41共轨设置，通过四个支撑轮形成如图4般的结构并对积木小车进行支撑；

两套传动单元(2,2')对应与两驱动轮41相连接，具体的，如图2所示，传动单元(2,2')包括一微型直流电机21、齿轮箱、传动齿轮组，齿轮箱通过齿轮箱座231和盖合片232相互通过扣接凸块2312和扣接卡口2322快速盖合形成一腔体结构，传动齿轮组位于齿轮箱内。齿轮箱的上端一侧设置有电机座孔2311，齿轮箱的腔体内设置有第一双联齿轮221、第二双联齿轮222、传输齿轮223、输出齿轮224的转轴位，齿轮箱的下端另一侧设置有输出齿轮224轴孔，输出齿轮224的转动键轴2241与输出齿轮224轴孔轴毂连接，并外露于齿轮箱的另一侧，通过控制单元3的控制两传动单元(2,2')的微型直流电机21进行可调速的同向/异向驱动，经传动齿轮组传动动力，使输出齿轮224的转动键轴2241向相键合的驱动轮41直接传递动力，优选地，通过类似螺丝的紧固件对输出齿轮224的转动键轴2241和驱动轮41相紧固，还能提高两者的结构稳定性，并且拆装同样较为便捷。

通过微型直流电机21输出动力，驱动两驱动轮41的等速同向前转/后转，可实现积木小车的前进/后退；以一侧驱动轮41高速另一侧驱动轮41低速的同向转动，可实现积木小车的转弯运动；通过驱动轮41的等速或不等式速异向转动，可实现积木小车在原地或在小运动区域内地进行旋转运动；当然，采取不可调速的微型直流电机21，进行同向/异向驱动输出动力，可简单实现积木小车的前进/后退功能，更适合于积木小车在轨道内，或具备较大的直线空间区域的场合进行玩耍使用。

微型直流电机21可拆卸地插接于电机座孔2311，微型直流电机座211外露于齿轮箱一侧，微型直流电机座211的导线通过快速接头34与控制单元3的控制电路板31上的快速接口电连接，微型直流电机21转轴上的驱动齿轮22与第一双联齿轮221相互啮合，在本实施例中，设置驱动齿轮22的齿数为8，第一、第二双联齿轮222的大齿轮齿数均为32，小齿轮齿数均为8，传输齿轮223的齿数为17，输出齿轮224齿数为12，故在传动时，驱动齿轮22与第一双联齿轮221的大齿轮以4:1的变速比，第一双联齿轮221的小齿轮与第二双联齿轮222的大齿轮以4:1的变速比，第二双联齿轮222的小齿轮与传输齿轮223以2.125:1的变速比进行三次省力传动，从而能够消除大多微型直流电机21产生的启动扭矩较大，以及瞬时停顿对积木小车稳定性的影响，尤其适合维持积木小车的单独定向/转向运行的稳定性；再通过传输齿轮223与输出齿轮224以约1:1.417的变速比进行费力传动，而后输出齿轮224直接向驱动轮41输出动力。通过以较小的变速比进行费力传动，能够产生维持积木小车运行稳定性的同时，适当增加输出齿轮224的转速，能够提高积木小车的移动速度；

为了使两传动单元(2,2')在中空容纳室所占用的空间较小，且具备更为集约紧凑的结构，可设置第一传动单元2安装至第一传动单元座11内时，与车体座1的底板的夹角α为45°-60°，并使第一传动单元2的微型直流电机座211朝向车体的左侧并位于中间容纳腔的下半部的上端；而设置第二传动单元2'安装至第二传动单元座11'内时，与车体座1的底板的夹角β为15°-30°，并使第二传动单元2'的微型直流电机座211朝向车体的右侧，位于第一传动单元2齿轮座的上方且位于驱动轮41的另一侧，而且第一传动单元2的微型直流电机座211位于第二传动单元2'齿轮座的上方；第一、第二传动单元(2,2')下部贯穿车体座1底板，经两传动单元座(11,11')的外侧板上对应设置的驱动轮接口13，使输出齿轮224的转动键轴2241与两驱动轮41的键轴接口411对应相键合于驱动轮接口13内，并沿驱动轮接口13轴转动。该设置将两套传动机构的重量有效地集中中间容纳腔的下半部的中部，并且传动齿轮组能采用更大基圆的齿轮，在变速比不变的情况下，从而进一步提高传动齿轮组的线速度，从而提高积木小车的移动速度；并且，由于积木小车的移动速度的提高，通过将第二传动单元2'的微型直流电机21，以及两套传动机构齿轮箱贯穿车体座1底板的下部的设置方式，对应将积木小车下半部前后端的重量进行合理分布，能在积木小车速度提高的条件下依然维持积木小车的前进/后退/旋转运动的运行稳定性。

在本实施例中，电源组件4为纽扣电池和电池座舱，所述的控制单元3包括控制电路板31、mcu微处理器32、信号接收器33，所述的电池座舱设置于控制电路板31的中央，控制电路板31与支轴件12上端相互固定；信号接收器33接收外部遥控装置的传输信号，信号接收器33向mcu微处理器32传输对应的信号指令，并对应控制两传动单元(2,2')的微型直流电机21进行可调速地同向/异向驱动。信号接收器33和外部遥控装置之间可采用蓝牙/红外/2.4g传输协议进行信号的传输交互，通过外部控制器控制两传动单元(2,2')的微型直流电机21进行相同或不同速度的同向/异向驱动，能够实现积木小车的前进、后退、转弯、原地自转的功能。

如图5所示，当在两个以上的积木小车与同一外部遥控装置建立配对连接，使各积木小车的控制单元经同一外部遥控装置进行控制时，各积木小车接收所述外部遥控装置的传输信号，进行相同的动作；并且同一积木小车的两驱动轮仅可进行等速或不等速同向旋转。

如在本实施例中，通过外部遥控器对积木小车一、二、三发射出控制信号，积木小车一、二、三的信号接收器接收到信号后，向对应积木小车的mcu微处理器传输传输对应的信号指令，按本实施例中两微型直流电机的输出方向设定，使mcu微处理器控制对应积木小车的第一传输单元的微型直流电机进行可调速的正转，积木小车的第二传输单元的微型直流电机进行可调速的反转，最终使同一积木小车的两驱动轮仅可进行等速或不等速同向旋转，而不进行异向旋转。

将积木小车一、二、三以较大体积的积木组合体中心轴为圆心，品字形排布设置于该积木组合体底部，预设积木小车一、二、三转速较低的一侧驱动轮位于内侧并呈环形排布，转速较高的一侧驱动轮位于外侧并同样呈环形排布。

通过上述设置，外部遥控装置发射传输信号，控制积木小车一、二、三以内侧驱动轮低速旋转，外层驱动轮高速旋转的方式，能够使该积木组合体原地进行旋转，该方式更适合于对组合而成的积木组合体进行多方位展示，并且由于各积木小车的驱动轮不进行异向旋转，能够避免因控制方向混乱而使积木组合体出现倒伏现象；

将积木小车一、二、三组合以呈线性排布的形式，组合至列状的积木组合体底部，预设积木小车一、二、三的两侧的驱动轮转速为等速旋转。

通过上述设置，外部遥控装置发射传输信号，控制积木小车一、二、三的两驱动轮以等速旋转的方式，能够使积木小车一、二、三带动积木组合体进行高速移动，该方式更适合于竞速式的玩耍。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。