CN114499011B - 一种可编程积木电机模块、积木组合体及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可编程积木电机模块结构、积木组合体及设计方法，该可编程积木电机模块结构包括壳体、微型电机、供电装置、电机驱动电路；该可编程积木电机模块基于其整体形状、尺度、结构和重心位置，使其能作为一个具有高匹配性的独立电子积木模块，与其他的多个电子积木模块及其电路连接并匹配后，形成以该可编程积木电机模块核心，具备独立的驱动与控制、实现多种组合体设计方案与编程功能的积木组合体。本发明公开的设计方法以可编程积木电机模块为基础，并且以该模块的尺度、形状及质量分布为约束条件，再逐一设计其他模块。本发明提供的可编程积木电机模块与积木组合体的其他模块之间均具备多维度的高匹配性，便于制造和使用。

Description

一种可编程积木电机模块、积木组合体及设计方法

技术领域

本发明涉及电驱集成产品设计技术领域，尤其涉及一种可编程积木电机模块结构、积木组合体及设计方法。

背景技术

电子积木是将电子技术与积木有机地结合在一起，学生能够通过课程所设计的活动，结合电子电路或计算机程序，来搭建和控制其创造的模型，训练学生从实际动手搭建模型的过程中，学习和锻炼推理思考、问题解决、创造发明、团队合作等能力，以开拓学生的科学领域、逻辑分析及程序观念的建立、激发学生对科学浓厚的兴趣，并充实学校科技教学课程，使得教学活泼化、学习趣味化。

在STEM(科学、技术、工程、数学)教育中，实践是必不可少的环节之一。STEM教具设计的目标，是不能过多的限制和提供更多的可行性，让学生随心所欲的搭建自己心目中的机械装置。但是，目前各自电子积木套装教具在实际使用中存在许多缺点，比如，电子积木模块的零件复杂，种类繁多，各模块的功能及结构匹配性差、不能自由扩展，电子积木组合后的组合形式单一、工作模式单一，小零件无法顺利搭建，搭建分解困难，分拣整理困难等等。

电子积木模块套装产品，是将各种电子元器件、电路分别置入多个塑料积木片(块)中，使其相互之间可以拼接（含电性连接），然后获得各种形状、功能与电路组合（或者编程组合）后的成套积木组合体。由于电子积木模块多种多样、种类繁多，使用者可快速编程、拼装出各种电动产品，并且能够直观的了解拼接、编程后执行的声、光、电的效果，协助使用者学习电学、声学、光学、机械传动、传感器、自动控制等原理。

在现有的电子积木套装模块组合体产品中，电源模块（电池盒）与微型电机驱动模块是电子积木最常用的基础模块，目前由于多方面限制，多数都是分别设计为一个独立的模块，在使用者需要用外部导线相互连通，这样就导致了外部导线过多、限制了积木产品组装方案的多样性。如中国发明专利CN202020618437.2公开的一种电子积木电机装置，其是将电机与电机的控制电路内置在一个模块中，再作为一个整体进行产品的拼装，其使用时必须通过外部导线分别与电源模块（电池盒）、控制模块及其他功能模块连接，导致外部导线多、连接关系复杂、连接容易出错，不利于低龄（小学或者幼儿园）的使用者使用，同时也限制了与其他电子积木模块进行拼装的匹配性。现有的各类积木模块中，包括大颗粒积木和小颗粒积木两种，分别适合于不同年龄阶段的使用者，但是现有的电子积木电机模块的形状、尺度，一般只能兼容一类，而无法同时兼容这两类积木模块。

现有的电子积木电机模块，一个套装组合产品中往往只有一个，只有单驱动的产品组合方案，而且当其内部元件（包括电机）等出现故障、损坏，或者其他的重要模块（控制、传感、电池）等出现缺失或故障时，整个积木组合即丧失功能，无法继续使用，这对于以电子积木作为教具而进行的课堂教学来说，就只能中断教学、全套更换，影响教学效果。目前在众多厂家生产的套装组合产品之间，各模块之间的形状、结构、功能、电路、接口相互不兼容，不同型号之间的模块也不兼容、不能相互替代，消费者在购买的第一套积木产品出现部分模块缺失、损坏或者故障时，只能整体丢弃或者另外再采购相同厂家、相同型号的成套积木模块进行替代，造成资源浪费、增加了使用者的负担，影响了使用者的体验。

现有技术的积木设计方法，通常都是采用对单一模块进行逐一设计，不考虑核心模块与周边模块，相互之间没有约束和协同关系，可支持的工作模式及功能较少。采用上述现有技术设计的电子积木模块及积木组合体产品，积木模块及零件部过多，外接导线多，各模块的综合匹配性差，连接关系复杂，很难实现多种组合形式、多种工作模式的相互切换。同时，由于电源（电池组）、电机及控制电路均具有一定的体积和重量，如果按照常规的方式，将其简单（上下层叠）组合，则会造成体积过大，很难实现重心稳定、结构和运行的稳定性，导致可实现的组合方案比较少、不同工作模式之间难以切换，大大影响各电子积木模块的组装匹配度，从而限制了积木产品的组合方案以及工作模式的灵活选择。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术中电子积木电机模块的结合设计不合理、编程能力差、综合匹配性差、不能自由扩展，电子积木模块相互拼接组合后的积木组合体的组合形式单一、工作模式单一，设计方法不考虑各模块之间多形状、多空间、多级电路兼容、智能拼接容错、元件损坏替代、多种工作模式、多种驱动（单驱动、双驱动、多驱动）相互匹配等不足，本发明的目的在于，提供一种可编程积木电机模块结构、积木组合体及设计方法，通过同步改进电子积木的结构设计、装配位置、电路接口、编程方法和重心分布，将电池组、微型电机及其控制电路集成为一个模块、并减小其集成后的整体体积，以便于制造、装配、编程和使用，大幅提高与其他电子积木模块组装和使用的匹配度、编程便捷性、可替换性，从而解决上述技术问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案是：

一种可编程积木电机模块结构，其特征在于，其包括可拆卸式的壳体、微型电机、供电装置、控制电路及至少一个传感器；所述的微型电机、供电装置、控制电路及至少一个传感器设置在该壳体的内部；

所述的可编程积木电机模块的各部分相互结合后，其整体外形轮廓为近似矩形的四方体，该四方体尺寸的长宽高的比例为：8：（3～4）：（4～5）；且其中的长度是以8mm为标准基数，为该标准基数的整数倍；当所述可编程积木电机模块处于水平摆放的状态下，其质量呈上部低、下部高分布，整体重心处于其几何中心点的下方；当所述可编程积木电机模块处于竖直摆放的状态下，其质量呈上部、下部基本对称分布，其整体重心分别处于其几何中心点的上方或者下方；

所述的可编程积木电机模块基于其整体形状、尺度、结构和重心位置，使其能作为一个具有高匹配性的独立电子积木模块，通过其整体立体空间、重量、外壳上的环形拼接凸起、方形拼接凹槽，内部的微型电机、供电装置、控制电路、传感器，分别与其他的多个不同形状、功能与尺寸的电子积木模块及其电路连接并匹配，能同时兼容各种大颗粒积木模块与小颗粒积木模块；各模块在不同的空间位置相互拼接并电性连接后，形成以可编程积木电机模块核心，具备独立的驱动与控制、实现多种组合体设计方案与编程功能的积木组合体。

一种包括所述可编程积木电机模块结构的积木组合体，其包括至少一个所述的可编程积木电机模块，以及该可编程积木电机模块为主体模块，与其他多个其他电子积木模块物理拼接及电性连接而成的积木组合体；其中，该可编程积木电机模块作为具有空间、重量及电路高匹配性的独立电子积木模块，以其作为空间结构、集成控制与动力输出基础，通过其整体立体空间外部、外壳的多个端面上的环形拼接凸起、方形拼接凹槽，内部的微型电机、供电装置、控制电路、传感器，分别与其他的不同形状、结构、功能与尺寸的电子积木模块及其电路，在不同的空间位置相互拼接并电性连接，独立的驱动与控制其他电子积木模块，形成以该可编程积木电机模块为主体、实现多种设计方案与编程功能的积木组合体；并且所述的可编程积木电机模块在该积木组合体的拼接、控制及运动过程中，始终保持各模块连接可靠、外形协调、运行稳定、重心稳定。

一种所述积木组合体的设计方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、以近似矩形的四方体外形轮廓，长度尺寸以8mm为基数，长宽高的比例为8：（3～4）：（4～5）为基础，设计独立工作模式下的可编程积木电机模块的壳体外形轮廓结构，然后再根据各部分的重量与体积比，分别设计内部结构及控制电路，使各部分全部装配后的重心偏离整体外形的几何中心点，并预留外接电路输入输出接口，设计出可编程积木电机模块；

S2、以独立工作模式下的可编程积木电机模块的内外部结构和控制电路为基础，调整该可编程积木电机模块的设计，使其能够同时支持并联工作、替代工作、续航扩展工作、配重工作四种工作模式；

S3、根据S2设计的可编程积木电机模块的外形轮廓、形状为基础，以长度尺寸基数及重心稳定同步的匹配性为约束条件，设计与其匹配的其他电子积木模块；

S4、将步骤S2设计的可编程积木电机模块与步骤S3设计的其他子积木模块进行拼接，形成积木组合体，并测试该积木组合体的立体空间、结构、形状、重心、电路及运行的匹配性；

S5、对于符合高匹配性设计要求，外形协调、连接可靠、重心合理、运行稳定并且能够实现各工作模式，并且能够实现对不同工作模式之间相互转换的，进行确认、定型；对于不符合高匹配性设计要求的，返回步骤S1,修改设计方案，直至各模块均满足高匹配性设计要求。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、本发明提供的可编程积木电机模块结构及其积木组合体，以该可编程积木电机模块为主体模块，与其他多个其他电子积木模块物理拼接及电性连接而成，使该组合体支持多种编程方式、多形状、多空间、多级电路兼容、智能拼接容错、元件损坏替代、多种工作模式、多种驱动（单驱动、双驱动、多驱动）方案的匹配等，使产品的高颜值、高性能和高灵活性相匹配，大幅提升使用者的体验并节约资源，并且便于制造、装配、编程和使用，大幅提高与其他电子积木模块组装和使用的匹配度、编程便捷性、可替换性。

2、本发明提供的可编程积木电机模块结构、积木组合体及其设计方法，通过同步改进电子积木的结构设计、装配位置、电路接口和重心分布，将电池组、微型电机及其控制电路集成为一个模块、并减小其集成后的整体体积，以便于制造、装配和使用，大幅提高与其他电子积木模块组装和使用的匹配度、可替换性，从而使该模块与其他各模块之间的功能及结构匹配性强、可以自由扩展，电子积木组合后的组合形式多、工作模式多，支持多形状、多空间、多级电路兼容、智能拼接容错、元件损坏替代、多种工作模式、多种驱动（单驱动、双驱动、多驱动）方案的匹配等优点。

3、本发明提供的可编程积木电机模块结构，可将其作为并存的扩展驱动与控制单元，与独立的驱动与控制单元及其他的电子积木模块及其电路在不同的空间位置相互拼接并电性连接后，形成与独立的驱动与控制单元并联的积木组合体，实现更多设计方案与编程功能、编程模式，同时对独立驱动与控制单元进行电路拼接容错、多种结构及工作模式匹配、损坏功能替代、续航时间延长、外接电子积木模块空间及其电路扩展。

4、本发明提供的可编程积木电机模块结构、积木组合体及其设计方法，是以可编程积木电机模块为基础，并且以该模块的尺度、形状及质量分布（重心定位）为约束条件，再逐一设计其他模块，以使该可编程积木电机模块及其他模块之间均具备多维度的高匹配性。该积木组合体通过各个部件（模块）的结构、功能、模式的巧妙匹配设计，使用户能根据自主爱好来灵活实现多种的立体形状和功能的组合体产品，并且通过可编程积木电机模块的高度集成，实现用较少数量的部件来拼接出更多种形状、功能的模型，玩法多，娱乐性高、互动性强、匹配性和可替代性好，续航时间长，有利于更好的支持STEM教学，而且能有效缩减所需的套装产品型号、种类及零部件的数量，降低成本，利于广泛推广。

5、本发明提供的可编程积木电机模块结构，通过改进电子积木各部分设计和装配结构，合理利用立体空间（充分利用三个腔***置的错位结合优势节省空间），而不是简单的上下层叠（会导致厚度过大），将电池组、微型电机及其控制电路集成为一个模块、并减小其集成后的整体体积，使其长宽高三个方向都得到兼顾，以便于制造和装配，并且不影响其与其他电子积木模块组装的匹配度。采用本发明的套装产品在使用时，能通过集成的供电装置对微型电机直接进行供电，电源与微型电机之间不再需要外接电源传输线连接，减少了零配件，解决了组装时线缆容易相互缠绕、连接不稳定的问题。

6、本发明提供的可编程积木电机模块结构，集成度高、各腔体错位配合、整体体积较小、长宽高三个方向上的尺度均适中，使该模块与其他模块的组装匹配度较高，便于电子积木套装产品（及其拼接后的积木组合体）的携带与使用，提高各模块连接后的稳定性及电路连接的稳定性。

7、本发明的可编程积木电机模块，通过导电触片的金属触点与外部控制模块（如传感器模块）连接，能够提高电子积木的组装的多样性。

8、本发明的可编程积木电机模块，通过设置波段控制开关，能通过手动调整波段控制开关实现对电子积木进行多样化的控制，无需使用电脑、智能终端和软件编程，解决了目前控制方式单一的问题，提高电子积木拼接、使用及编程控制的灵活性及可靠性。

9、本发明提的可编程积木电机模块，在后盖与电机驱动电路之间设置有一防水层，大幅提高电子积木的防水防尘性能，能有效避免外界的水通过后盖上的开口流入到电子积木模块内部，避免电子积木内部电子元器件损坏。

10、本发明的积木组合体中，可编程积木电机模块可以为多个，其中一个作为主可编程积木电机模块，其他的作为备用或扩展可编程积木电机模块，灵活性高、可替代性强；采用AA电池组作为电源，使用者打开上盖即可方便的快速更换，可快速扩展的续航能力，不会影响课堂教学、比赛等具有时间限制活动的顺利进行。

11、本发明提供的可编程积木电机模块、积木组合体及其设计方法，可综合考虑多个维度、多个方面加以设计、改进和验证，以使该可编程积木电机模块及其他模块之间均具备多维度的高匹配性，可以广泛适用于各类电子积木模块产品、积木组合体和控制方式的设计。

附图说明

图1是本发明实施例1可编程积木电机模块的整体立体外形结构示意图。

图2是本发明实施例1可编程积木电机模块的整体装配结构示意图。

图3是图1的右视图。

图4是图1的俯视图。

图5是图1的主视图。

图6是本发明实施例1可编程积木电机模块的横向半剖立体外形结构示意图。

图7是图6的横向剖面结构示意图；

图8是本发明实施例1可编程积木电机模块的轴向半剖立体外形结构示意图。

图9是图8可编程积木电机模块的轴向剖面结构示意图。

图10是本发明实施例1积木组合体（小车）的立体外形结构示意图；

图11是本发明实施例1积木组合体（小车）的立体装配结构示意图；

图12是本发明实施例2积木组合体的（双驱动车，后驱、自动寻迹）的立体外形结构示意图；

图13是本发明实施例2积木组合体（双驱动车）的另一视角的立体外形结构示意图；

图14是本发明实施例3积木组合体（双驱/单驱的跑车）的立体外形结构示意图；

图15是本发明实施例4积木组合体（塔吊）的立体外形结构示意图；

图16是本发明实施例5积木组合体（直升飞机）的立体外形结构示意图。

附图标记说明：1、壳体；2、微型电机；3、供电装置；4、控制电路；41、电机驱动电路；5、底座；6、上盖；7、后盖；8、上部腔体；9、下部腔体；10、后部腔体；11、环形连接凸起；12、固定座；13、电路板；14、保护座；15、导电触片；16、通孔；17、金属触点；18、波段控制开关；19、电源开关；20、模式选择开关；21、开口；22、防水层；23、固定件；24、电池组；25、正负极导电片；26、固定螺栓；C、积木组合体；A、第一可编程积木电机模块；B、第二可编程积木电机模块；E、其他电子积木模块；D、连接线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述。

实施例1：

参见附图1-9，本发明实施例提供的可编程积木电机模块结构，其包括可拆卸式的壳体1、微型电机2、供电装置3、控制电路4及传感器（如红外传感器、声控传感器、光照度传感器、陀螺仪等）；所述的微型电机2、供电装置3、控制电路4及传感器均设置在该壳体1的内部。

所述的可编程积木电机模块的各部分相互结合后，其整体外形轮廓为近似矩形的四方体，该四方体尺寸的长宽高的比例为：8：（3～4）：（4～5）；且其中的长度是以8mm为标准基数，为该标准基数的整数倍；本实施例中，该四方体长宽高实际尺寸分别为：64mm、25mm、37mm，在其他实施例中，可以根据实际需要，在上述范围内选择；当所述可编程积木电机模块处于水平摆放的状态下，其质量呈上部低、下部高分布，整体重心处于其几何中心点的下方；当所述可编程积木电机模块处于竖直摆放的状态下，其质量呈上部、下部基本对称分布，其整体重心分别处于其几何中心点的上方或者下方。

所述的可编程积木电机模块基于其整体形状、尺度、结构和重心位置（偏心设计），使其能作为一个具有高匹配性的独立电子积木模块，通过其整体立体空间、重量、外壳上的环形拼接凸起11、方形拼接凹槽，内部的微型电机2、供电装置3、控制电路4、传感器，分别与其他的多个不同形状、功能与尺寸的电子积木模块及其电路连接并匹配，能同时兼容各种大颗粒积木模块与小颗粒积木模块；各模块在不同的空间位置相互拼接并电性连接后，形成以可编程积木电机模块核心，具备独立的驱动与控制、实现多种组合体设计方案与编程功能的积木组合体。

所述的壳体1包括底座5、上盖6和后盖7；所述的上盖6与底座5为上下扣合，所述的后盖7与底座5为前后扣合；所述的底座5外形轮廓为近似四方形，其顶端面、后端面敞开，其他表面封闭，在其内部通过隔板，在该隔板的上部、下部、后部分别设有三个空腔，当其与上盖6、后盖7相互扣合后，整体形成一外部轮廓近似矩形的四方体，内部对应形成三个相互分隔且闭合的内部腔体：上部腔体8、下部腔体9和后部腔体10；所述底座5的前端面上设有一微型电机输出轴通孔与多个环形拼接凸起11，其底面上设有多个方形拼接凹槽；所述的上盖6及后盖7的上端面上也设有多个环形连接凸起11；本实施例中，通过设置在底座5、上盖6和后盖7外壁上的环形连接凸起11或者拼接凹槽，使该可编程积木电机模块与其他电子积木模块相互拼接，形成积木组合体。

本实施例中所述底座5、上盖6和后盖7之间为通过相互卡扣并进行螺丝26固定的可拆卸式连接。

所述的上盖6为瓦片状，其上表面上设有多个环形拼接凸起11，其底面与底座5扣合，其后端面与后盖7的前端面扣合；

所述的后盖7为前端面设有开口、其他端面闭合的凹槽，其前端面的上部与所述后盖7的后端面扣合，其前端面的中部及下部与所述底座5的后端面扣合，其侧壁伸出的部位，对应嵌入到底座5侧壁的留空部位，形成完整的侧壁；所述后盖7的上表面、后表面上均设有环形拼接凸起11；所述后盖7的底面上，设有多个方形拼接凹槽；

所述的供电装置3设置在上部腔体8中，其包括电池组24；本实施例中，该电池组24为两节7号干电池；

所述的微型电机2设置在下部腔体9中，其输出轴朝向底座5的前端面并通过所述的输出轴通孔向外部输出扭矩；所述底座5前端面与微型电机2的前端面之间还设有一固定座12，所述微型电机2通过其前端面与固定座12的连接，整体设置在下部腔体9的内部、并被其固定；本实施例中，固定座12通过固定螺栓26安装于所述底座5上，通过设置该固定座12，能有效保证微型电机2在使用过程中相对位置和输出的稳定性。

所述的控制电路4设置在后部腔体10中，所述的传感器设置在底座5或后盖7上，供电装置3、微型电机2、控制电路4及传感器四者分别通过设置在壳体1内部金属导线或者插头相互电性连接，形成将微型电机2、供电装置3、控制电路4与传感器集成并固定为一体的，整体体积较小、长宽高三个方向尺度适中的可编程积木电机模块。

所述控制电路4包括电机驱动电路41，还包括设置在后盖7上的波段控制开关18；该波段控制开关18包括电源开关19和模式选择开关20；所述后盖7的后端面在其对应电源开关19和模式选择开关20的位置，分别设置两个相互平行的开口21，所述电源开关19和模式选择开关20的拨杆分别穿过所述开口21向外伸出，便于手动操作；所述的电源开关19和模式选择开关20分别通过内部导线与控制电路4电性连接。所述的电源开关19的各波段分别对应：电源切断，电源接通、马达正转；电源接通、马达反转；所述模式选择开关20的各波段分别对应：独立工作模式、并联工作模式、替代工作模式、续航扩展工作模式、配重工作模式。本发明通过电源开关19和模式选择开关20之间不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的手动编程，无需再使用外部的电脑或者智能终端编程。

所述的后盖7设置的空腔21为向前开口，该后盖7与底座5及上盖6扣合后共同形成后部空腔；所述的控制电路4包括电路板13、电机驱动电路41及保护座14，该电路板13上设置的电机驱动电路41及电子元件向后设置在保护座14的腔体内，该电路板13上设置的插针向前设置在前端面上，并且与所述微型电机2的后端面相对应；当后盖7与底座5扣合时，电路板13上设置的插针向前***微型电机2的后端面中，并且与微型电机2电性连接；该保护座14的壳体1设置在所述的后盖7上。本实施例中，通过设置于电路板13后端的保护座14，大幅提高电路板的防水防尘性能，能有效避免外界的水通过后盖上的通孔以及开口流入到控制电路4（含电机驱动电路41）内部，避免电子积木内部电子元器件损坏。

所述的后盖7内还设有一导电触片15及一向上的通孔16，该导电触片15的金属触点17通过该通孔16向外露出，用于与外部控制模块连接；该金属触点17通过内部导线与微型电机2电性连接，能够提高电子积木组合体的组装方案的多样性。所述后盖7与所述控制电路4之间还设置有一防水层22，所述防水层22上开设有与所述开口21相对应的开口；所述后盖7侧壁与控制电路4之间，还设有用于固定控制电路4位置的两个固定件23。本实施例中，该固定件23设置有两个，两个所述固定件23可拆卸式连接于所述后盖7上，通过设置有固定件23，能有效保证电机驱动电路41使用过程中结构的稳定性。本实施例中的防水层22可大幅提高该可编程积木电机模块及其积木组合体的防水性能，能有效避免在使用者（如儿童）在使用该可编程积木电机模块时外界的水通过后盖7上的开口21流入到该模块内，使得其控制电路4的电路及电子元器件损坏的问题。

本实施例中，由于在后盖7内部设置有一导电触片15，导电触片15的金属触点17与后盖7上的通孔16连通，并形成一个连接口，通过该连接口能够将外部的电能或者控制信号传导至电子积木内部的微型电机2或者电机驱动电路4等相应的电子元器件进行并联供电或者控制，使得微型电机2积木的供电或控制方式更加多样化，而且这种连接口的设计还可以使得电子积木同时提高各模块之间物理连接的稳定性及电路连接的稳定性。

所述的供电装置3包括电池组24及两个正负极导电片25，所述正负极导电片25分别可拆卸式设置于所述底座5的上部腔体8的前、后端面上；所述电池组24的电池，分别可拆卸式设置于该上部腔体8内、两个所述正负极导电片25之间，其正负极分别与所述的正负极导电片25电性连接。

本实施例提供的可编程积木电机模块结构，其集成度高、各腔体错位配合（而不是上下层叠）、整体体积较小，获得了特殊的重心偏心结构，使该模块与其他模块的综合组装匹配度较高，便于电子积木套装产品的携带与使用，提高其与其他的各模块连接后积木组合体的功能实现、整体结构稳定性及电路连接、持续运行的稳定性；该电机模块便于制造、装配、编程和使用，大幅提高与其他电子积木模块组装和使用的匹配度、编程便捷性、可替换性。

在本实施例中，可编程积木电机模块采用的微型电机2的尺寸是：长度≤64mm，宽度≤25mm，高度≤mm；空载连续运转寿命≥50小时，扭力≥500g，转速≥200R/min；该微型电机的动力输出口等都是兼容乐高积木的常规设计。该可编程积木电机模块各部分全部组合之后的总重量是60g,其中，微型电机2及电池组24占模块总重量的90%左右，二者的质量分布，影响了整个模块的质量分布，使其整体的重心与其几何中心点相互不重合，以便为后续加载（拼接）的其他模块所增加的重量，进行平衡和调节，使积木组合体的整体重心保持稳定。

请参见附图10-11，采用前述可编程积木电机模块结构的积木组合体，其为一个由多个电动积木模块拼接而成组成的自动循迹小车，其包括一个所述的可编程积木电机模块A，以及该可编程积木电机模块A为主体模块，与其他多个其他电子积木模块物理拼接及电性连接而成的积木组合体C及连接线D；其中，该可编程积木电机模块A作为具有空间、重量及电路高匹配性的独立电子积木模块，以其作为空间结构、集成控制与动力输出基础，通过其整体立体空间外部、外壳的多个端面上的环形拼接凸起11、方形拼接凹槽，内部的微型电机2、供电装置3、控制电路4、传感器（红外传感器、声控传感器或陀螺仪等），分别与其他的不同形状、结构、功能与尺寸的电子积木模块及其电路，在不同的空间位置相互拼接并电性连接，独立的驱动与控制其他电子积木模块，形成以该可编程积木电机模块为主体、实现多种设计方案与编程功能的积木组合体；并且所述的可编程积木电机模块在该积木组合体的拼接、控制及运动过程中，始终保持各模块连接可靠、外形协调、运行稳定、重心稳定。

所述的其他电子积木模块E包括多种和多个：传动类模块、结构类模块、功能类模块、通讯类模块、连接类模块、传感类模块；各模块分别与该可编程积木电机模块A连接，或者相互连接后再与该可编程积木电机模块连接。

本实施例中，该积木组合体循迹小车的整体重量为220g，而可编程积木电机模块A重量为60克，其设置在该小车组合体的后段，使积木组合体的整体重心处于其几何中心点靠后的位置，有利于该小车在运动过程中保持稳定，并且有利于增加后驱动轮的摩擦力。

本实施例中，积木组合体小车套装产品中，可以配置一个或者两个所述的可编程积木电机模块；该集成模块根据其在积木组合体中的位置及工作配合关系，其包括如下三种可以相互切换的工作模式：独立工作模式；替代工作模式、续航扩展工作。

其中，所述独立工作模式，是一个积木组合体小车中仅包括一个可编程积木电机模块A，并将该可编程积木电机模块A作为积木组合体中唯一的驱动与控制单元，其控制电路4单独控制电源开关19和模式选择开关20不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程。

所述的替代工作模式，是该积木组合体中包括两个可编程积木电机模块A，并将其中一个可编程积木电机模块A作为积木组合体中实际工作的驱动与控制单元、其他的可编程积木电机模块则作为备用模块，在实际工作的可编程积木电机模块出现故障或者续航不足的情况时，由备用模块进行替代；各实际工作的可编程积木电机模块的控制电路4单独控制电源开关19和模式选择开关20不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程。

所述的续航扩展工作模式，是一个积木组合体中包括两个或多个可编程积木电机模块，并将其中一个可编程积木电机模块作为积木组合体中实际工作的驱动与控制单元、其他的可编程积木电机模块则作为备用模块，在实际工作的可编程积木电机模块续航不足的情况时，由备用模块进行替代；各实际工作的可编程积木电机模块的控制电路4单独控制电源开关19和模式选择开关20不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程。

本实施例中，通过设置正负极导电片25和两节7号AAA电池组24的配合使用，不仅实现对微型电机2的供电，同时当电池组24电量用完时，可以打开上盖快速更换电池组24而继续使用，解决了现有技术中采用锂电池组需要长时间充电的问题，不会影响课堂教学、比赛等具有时限活动的正常进行。

本发明提供的可编程积木电机模块结构及其拼接的积木组合体在使用时，可以手动对波段控制开关18进行调节，而实现对微型电机运行及整体编程控制。一种典型的操作方式是：电源开关19（三波段）用于选择微型电机转向与电源（电池组）的通断状态；模式选择开关20用于选择微型电机的控制方式为接受或者不接受外部电路的控制，以匹配多种工作模式。具体的，将电源开关19的拨杆调整到位于开口21内的中间位置时，供电装置3与微型电机之间断开、断电；将电源开关19的拨杆调整到位于开口21内的左侧位置时，供电装置3与微型电机之间导通、通电、顺时针旋转；将电源开关19的拨杆调整到位于开口21内的右侧位置时，供电装置3与微型电机之间导通、通电、逆时针旋转；在微型电机通电的情况下，进一步调节模式选择开关20（多波段）的拨杆位置，可获得微型电机的三种控制方式：调节模式选择开关20的拨杆、使其位于开口21内的左侧位置时，微型电机正转，外部控制信号失效；调节模式选择开关20的拨杆、使其位于开口21内的不同波段位置时，分别对应不同的工作模式；例如，调节模式选择开关20的拨杆处于第一波段位置时，对应独立工作模式，可编程积木电机模块内的控制电路独立工作，不接受外部控制信号；调节模式选择开关20的拨杆处于第二波段位置时，对应替代工作模式，被替换的第一可编程积木电机模块内的控制电路不工作，接受外部控制信号，由替换的第二可编程积木电机模块内的控制电路进行控制；调节模式选择开关20的拨杆处于第三波段位置时，对应续航扩展工作模式，第一可编程积木电机模块内的控制电路工作，由第二可编程积木电机模块内的电池组为第一可编程积木电机模块提供电力。第二可编程积木电机模块，以及其他外部传感器控制模块，可通过导电触片15与第一配性可编程积木电机模块电性连接，为其提供控制信号或者电力。

所述的替代工作模式，具体是一个积木组合体中包括两个或多个可编程积木电机模块，并将其中一个可编程积木电机模块作为积木组合体中实际工作的驱动与控制单元、其他的可编程积木电机模块则作为备用模块，在实际工作的可编程积木电机模块出现故障或者续航不足的情况时，由备用模块进行替代；各实际工作的可编程积木电机模块的控制电路4单独控制电源开关19和模式选择开关20不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程；

所述的续航扩展工作模式，具体是一个积木组合体中包括两个或多个可编程积木电机模块，并将其中一个可编程积木电机模块作为积木组合体中实际工作的驱动与控制单元、其他的可编程积木电机模块则作为备用模块，在实际工作的可编程积木电机模块续航不足的情况时，由备用模块进行替代；各实际工作的可编程积木电机模块的控制电路4单独控制电源开关19和模式选择开关20不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程。

一种前述积木组合体的设计方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、以近似矩形的四方体外形轮廓，长度尺寸以8mm为基数，长宽高的比例为8：（3～4）：（4～5）为基础，设计独立工作模式下的可编程积木电机模块的壳体外形轮廓结构，然后再根据各部分的重量与体积比，分别设计内部结构及控制电路，使各部分全部装配后的重心偏离整体外形的几何中心点，并预留外接电路输入输出接口，设计出可编程积木电机模块；

S2、以独立工作模式下的可编程积木电机模块的内外部结构和控制电路为基础，调整该可编程积木电机模块的设计，使其能够同时支持并联工作、替代工作、续航扩展工作、配重工作四种工作模式；

S3、根据S2设计的可编程积木电机模块的外形轮廓、形状为基础，以长度尺寸基数及重心稳定同步的匹配性为约束条件，设计与其匹配的其他电子积木模块；

S4、将步骤S2设计的可编程积木电机模块与步骤S3设计的其他子积木模块进行拼接，形成积木组合体，并测试该积木组合体的立体空间、结构、形状、重心、电路及运行的匹配性；

所述的步骤S4的拼接及测试，具体是以所述可编程积木电机模块为主体模块，以该主体模块的长宽高及空间结构、单次续航时间、重心变化轨迹及电路连接为基本约束，再依次纳入所设计的相互配合的其他拼接模块，逐一将各个工作模式、空间拼接结构、电路连接及重心稳定等要素之间同步进行匹配、测试，以使所拼接出的积木组合体能支持多种工作模式、功能、空间结构、重心稳定，并使已拼接的积木组合体具备功能多、模式可切换、结构灵活、重心稳定的特点；

S5、对于符合高匹配性设计要求，外形协调、连接可靠、重心合理、运行稳定并且能够实现各工作模式，并且能够实现对不同工作模式之间相互转换的，进行确认、定型；对于不符合高匹配性设计要求的，返回步骤S1,修改设计方案，直至各模块均满足高匹配性设计要求。

实施例2：

参见图12-13，本发明实施例提供的可编程积木电机模块结构、积木组合体及其设计方法，与实施例1基本相同，其不同之处在于，可编程积木电机模块数量、位置，积木组合体的拼接及其工作模式不同。

本发明实施例提供的积木组合体，是由多个电动积木模块拼接而成的双驱动电动小车，后驱，可自动循迹或者按照预先编程自动（避障）行驶。该积木组合体中，包括两个可编程积木电机模块，分别为第一可编程积木电机模块A、第二可编程积木电机模块B，两个可编程积木电机模块A、B，在积木组合体长度方向上平行（左右）排列，整体轮廓在各个方向上均相互平齐，设置在该积木组合体的中后段，将该积木组合体的整体重心，设置在积木组合体几何中心点的后方。该积木组合体以该两个可编程积木电机模块为主体模块，与其他多个其他电子积木模块物理拼接及电性连接，其中，两个可编程积木电机模块A、B均作为具有空间及电路高匹配性的独立电子积木模块，以其作为空间结构、集成控制与动力输出基础，通过其各自的整体立体空间外部、外壳的多个端面上的环形拼接凸起11、方形拼接凹槽，内部的微型电机2、供电装置3、控制电路4、传感器，分别与其他的不同形状、结构、功能与尺寸的电子积木模块E及其电路，在不同的空间位置相互拼接并电性连接，两个模块A、B协同驱动该积木组合体（各自驱动一侧轮子），与控制其他电子积木模块（外部红外传感器等模块），形成以该可编程积木电机模块为主体、实现多种设计方案与编程功能（自动循迹行驶或者自动避障行驶）的积木组合体；使用者还可以通过蓝牙等通讯模块进行直接控制；并且所述的可编程积木电机模块A、B在该积木组合体的拼接、控制及运动过程中，始终保持各部分连接可靠、外形稳定、运行稳定、重心稳定。

本实施例中，所述的可编程积木电机模块A、B，根据其在积木组合体中的位置及工作配合关系，可支持如下四种工作模式：独立工作模式；替代工作模式、续航扩展工作、并联工作模式、其中独立工作模式、替代工作模式、续航扩展工作与实施例1基本上相同，所述的并联工作模式，是将其中两个可编程积木电机模块A、B同时作为积木组合体中同时工作的驱动与控制单元。同步工作；两个模块的控制电路相互并联后，通过设置在壳体上的电源开关19和模式选择开关20不同波段选择的组合，实现各可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程与运行控制。

实施例3：

参见图14，本发明实施例提供的可编程积木电机模块结构、积木组合体及其设计方法，与实施例2基本相同，其不同之处在于，可编程积木电机模块数量、位置，积木组合体的拼接及其工作模式不同。

本发明实施例提供的积木组合体是双驱/单驱电动跑车，其包括两个所述的可编程积木电机模块A、B，两个可编程积木电机模块A、B在积木组合体的宽度方向上平行（前后）排列，整体轮廓在各个方向上均相互平齐，均设置在该积木组合体的后段，A在后、B在前，将该积木组合体的整体重心，设置在积木组合体几何中心点的后方。该积木组合体以该可编程积木电机模块A、B为主体模块，与其他多个其他电子积木模块物理拼接及电性连接而成。本实施例的积木组合体电动跑车，可以双驱/单驱切换的模式运行；双驱模式运行时，两个可编程积木电机模块A、B为并联工作模式、同步工作；单驱模式运行时，其中一个单独工作，使产品运行及拼接方案更为多样化。

实施例4：

参见图15，本发明实施例提供的可编程积木电机模块结构、积木组合体及其设计方法，与实施例2或3基本相同，其不同之处在于，可编程积木电机模块数量、位置，积木组合体的拼接及其工作模式不同。

本发明实施例提供的积木组合体是双驱/单驱塔吊（塔式起重机）其包括两个所述的可编程积木电机模块A、B，其中可编程积木电机模块A竖直方向设置在该塔吊的竖直支架上，可编程积木电机模块B水平方向设置在该塔吊的水平悬臂的后段上；二者共同为塔吊提供配重、控制和动力，实现塔吊的多种运动和功能，将该积木组合体的整体重心及其运动轨迹，分布该积木组合体几何中心点的下方，在加载被起重物品后还可以调节位置，是塔吊保持动态的平衡。

本实施例的可编程积木电机模块采用配重工作模式运行，在一个积木组合体中包括两个可编程积木电机模块A、B，并将各个可编程积木电机模块A、B分别设置在特定的位置上，作为积木组合体中的结构组成部分和配重单元，使积木模块的整体重心保持稳定、能够完成设定的运动或者功能；其中的各可编程积木电机模块，均可作为同时实际工作的驱动与控制单元，或者仅作为结构组成部分和配重模块；当积木组合体中的两个或多个可编程积木电机模块，只有一个作为实际工作的可编程积木电机模块时，其控制方式采用所述的独立工作模式；当积木组合体中的两个或多个可编程积木电机模块，有两个或者多个作为实际工作的可编程积木电机模块时，其控制方式可以采用所述的独立工作模式或并联工作模式之一。

本实施例的积木组合体塔吊，可以双驱/单驱切换的模式运行；双驱模式运行时，两个可编程积木电机模块A、B为并联工作模式、同步工作；单驱模式运行时，其中一个单独工作，使产品运行及拼接方案更为多样化。

实施例5：

参见附图16，本发明实施例提供的可编程积木电机模块结构、积木组合体及其设计方法，与实施例2-4均基本相同，其不同之处在于，可编程积木电机模块数量、位置，积木组合体的拼接及其工作模式不同。

本发明实施例提供的积木组合体为拼接的电动直升飞机，包括两个可编程积木电机模块A、B，其中可编程积木电机模块A水平、垂直于直升飞机长度方向，设置在直升飞机的下部，为主螺旋桨提供控制和动力；可编程积木电机模块B水平、沿直升飞机长度方向，设置在直升飞机的尾部，为尾翼螺旋桨提供控制和动力；同时，二者共同为直升飞机提供配重，使其在静态和动态下均能实现平衡。两个可编程积木电机模块A、B为并联或者单独工作模式之一，具体根据需要选择。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可编程积木电机模块结构，其特征在于，其包括可拆卸式的壳体（1）、微型电机（2）、供电装置（3）、控制电路（4）及至少一个传感器；所述的微型电机（2）、供电装置（3）、控制电路（4）及传感器设置在该壳体（1）的内部；

所述的可编程积木电机模块的各部分相互结合后，其整体外形轮廓为近似矩形的四方体，该四方体尺寸的长宽高的比例为：8：（3～4）：（4～5）；且其中的长度是以8mm为标准基数，为该标准基数的整数倍；当所述可编程积木电机模块处于水平摆放的状态下，其质量呈上部低、下部高分布，整体重心处于其几何中心点的下方；当所述可编程积木电机模块处于竖直摆放的状态下，其质量呈上部、下部基本对称分布，其整体重心分别处于其几何中心点的上方或者下方；

所述的可编程积木电机模块基于其整体形状、尺度、结构和重心位置，使其能作为一个具有高匹配性的独立电子积木模块，通过其整体立体空间、重量、外壳上的环形拼接凸起（11）、方形拼接凹槽，内部的微型电机（2）、供电装置（3）、控制电路（4）、传感器，分别与其他的多个不同形状、功能与尺寸的电子积木模块及其电路连接并匹配，能同时兼容各种大颗粒积木模块与小颗粒积木模块；各模块在不同的空间位置相互拼接并电性连接后，形成以可编程积木电机模块核心，具备独立的驱动与控制、实现多种组合体设计方案与编程功能的积木组合体。

2.根据权利要求1所述的可编程积木电机模块结构，其特征在于，

所述的壳体（1）包括底座（5）、上盖（6）和后盖（7）；所述的上盖（6）与底座（5）为上下扣合，所述的后盖（7）与底座（5）为前后扣合；

所述的底座（5）外形轮廓为近似四方形，其顶端面、后端面敞开，其他表面封闭，在其内部通过隔板，在该隔板的上部、下部、后部分别设有三个空腔，当其与上盖（6）、后盖（7）相互扣合后，整体形成一外部轮廓近似矩形的四方体，内部对应形成三个相互分隔且闭合的内部腔体：上部腔体（8）、下部腔体（9）和后部腔体（10）；其前端面上设有一微型电机输出轴通孔与多个环形拼接凸起（11），其底面上设有多个方形拼接凹槽；

所述的上盖（6）为瓦片状，其上表面上设有多个环形拼接凸起（11），其底面与底座（5）扣合，其后端面与后盖（7）的前端面扣合；

所述的后盖（7）为前端面设有开口、其他端面闭合的凹槽，其前端面的上部与所述后盖（7）的后端面扣合，其前端面的中部及下部与所述底座（5）的后端面扣合，其侧壁伸出的部位，对应嵌入到底座（5）侧壁的留空部位，形成完整的侧壁；所述后盖（7）的上表面、后表面上均设有环形拼接凸起（11）；所述后盖（7）的底面上，设有多个方形拼接凹槽；

所述的供电装置（3）设置在上部腔体（8）中，其包括电池组（24）；

所述的微型电机（2）设置在下部腔体（9）中，其输出轴朝向底座（5）的前端面并通过所述的输出轴通孔向外部输出扭矩；所述底座（5）前端面与微型电机（2）的前端面之间还设有一固定座（12），所述微型电机（2）通过其前端面与固定座（12）的连接，整体设置在下部腔体（9）的内部、并被其固定；

所述的控制电路（4）设置在后部腔体（10）中，所述的传感器设置在底座（5）或后盖（7）上，供电装置（3）、微型电机（2）、控制电路（4）及传感器四者分别通过设置在壳体（1）内部金属导线或者插头相互电性连接，形成将微型电机（2）、供电装置（3）、控制电路（4）与传感器集成并固定为一体的可编程积木电机模块。

3.根据权利要求2所述的可编程积木电机模块结构，其特征在于，

所述控制电路（4）包括电机驱动电路（41），还包括设置在后盖（7）上的波段控制开关（18）；该波段控制开关（18）包括电源开关（19）和模式选择开关（20）；所述后盖（7）的后端面在其对应电源开关（19）和模式选择开关（20）的位置，分别设置两个开口（21），所述电源开关（19）和模式选择开关（20）的拨杆分别穿过所述开口（21）然后向外伸出，便于手动操作；所述的电源开关（19）和模式选择开关（20）分别通过内部导线与控制电路（4）电性连接，通过电源开关（19）和模式选择开关（20）之间不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程；

电源开关（19）的各波段分别对应：电源切断，电源接通、马达正转；电源接通、马达反转；

所述模式选择开关（20）的各波段分别对应：独立工作模式、并联工作模式、替代工作模式、续航扩展工作模式、配重工作模式；

其中，所述独立工作模式，是一个积木组合体中仅包括一个可编程积木电机模块，并将该可编程积木电机模块作为积木组合体中唯一的驱动与控制单元，其控制电路（4）单独控制电源开关（19）和模式选择开关（20）不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程；

所述的并联工作模式，是一个积木组合体中包括两个或多个可编程积木电机模块，并将其中至少两个可编程积木电机模块作为积木组合体中同时工作的驱动与控制单元；控制电路（4）并联后，两个控制电路（4）单独或者共同通过控制两个或者多个可编程积木电机模块的电源开关（19）和模式选择开关（20）不同波段选择的组合，实现各可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程；

所述的替代工作模式，是一个积木组合体中包括两个或多个可编程积木电机模块，并将其中一个可编程积木电机模块作为积木组合体中实际工作的驱动与控制单元、其他的可编程积木电机模块则作为备用模块，在实际工作的可编程积木电机模块出现故障或者续航不足的情况时，由备用模块进行替代；各实际工作的可编程积木电机模块的控制电路（4）单独控制电源开关（19）和模式选择开关（20）不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程；

所述的续航扩展工作模式，是一个积木组合体中包括两个或多个可编程积木电机模块，并将其中一个可编程积木电机模块作为积木组合体中实际工作的驱动与控制单元、其他的可编程积木电机模块则作为备用模块，在实际工作的可编程积木电机模块续航不足的情况时，由备用模块进行替代；各实际工作的可编程积木电机模块的控制电路（4）单独控制电源开关（19）和模式选择开关（20）不同波段选择的组合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程；

所述的配重工作模式，是一个积木组合体中包括两个或多个可编程积木电机模块，并将各个可编程积木电机模块分别设置在特定的位置上，作为积木组合体中的结构组成部分和配重单元，使积木模块的整体重心保持稳定、能够完成设定的运动或者功能；其中的各可编程积木电机模块，均可作为同时实际工作的驱动与控制单元，或者仅作为结构组成部分和配重模块；当积木组合体中的两个或多个可编程积木电机模块，只有一个作为实际工作的可编程积木电机模块时，其控制方式采用所述的独立工作模式；当积木组合体中的两个或多个可编程积木电机模块，有两个或者多个作为实际工作的可编程积木电机模块时，其控制方式采用所述的独立工作模式、并联工作模式，或者二者的混合，实现可编程积木电机模块及其组成的积木组合体的编程。

4.根据权利要求2所述的可编程积木电机模块结构，其特征在于，

所述的后盖（7）设有一向前开口的空腔，该后盖（7）与底座（5）及上盖（6）扣合后共同形成后部空腔；所述的控制电路（4）包括电路板（13）及保护座（14），该电路板（13）上设置的电子元件向后设置在保护座（14）的腔体内，该电路板（13）上设置的插针向前设置在前端面上，并且与所述微型电机（2）的后端面相对应；当后盖（7）与底座（5）扣合时，电路板（13）上设置的插针向前***微型电机（2）的后端面中，并且与微型电机（2）电性连接；该保护座（14）的壳体（1）设置在所述的后盖（7）上，

所述的后盖（7）内还设有一导电触片（15）及一向上的通孔（16），该导电触片（15）的金属触点（17）通过该通孔（16）向外露出，用于与外部控制模块连接；该金属触点（17）通过内部导线与微型电机（2）电性连接，

所述后盖（7）与所述控制电路（4）之间还设置有一防水层（22），所述防水层（22）上开设有与所述开口（21）相对应的开口；

所述后盖（7）侧壁与控制电路（4）之间，还设有用于固定控制电路（4）位置的两个固定件（23）。

5.如权利要求2所述可编程积木电机模块结构，其特征在于，

所述的供电装置（3）包括电池组（24）及两个正负极导电片（25），所述正负极导电片（25）分别可拆卸式设置于所述底座（5）的上部腔体（8）的前、后端面上；所述电池组（24）的电池，分别可拆卸式设置于该上部腔体（8）内的两个所述正负极导电片（25）之间，其正负极分别与所述的正负极导电片（25）电性连接。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述可编程积木电机模块结构的积木组合体，其特征在于，其包括至少一个所述的可编程积木电机模块，以及该可编程积木电机模块为主体模块，与其他多个其他电子积木模块物理拼接及电性连接而成的积木组合体；其中，该可编程积木电机模块作为具有空间、重量及电路高匹配性的独立电子积木模块，以其作为空间结构、集成控制与动力输出基础，通过其整体立体空间外部、外壳的多个端面上的环形拼接凸起（11）、方形拼接凹槽，内部的微型电机（2）、供电装置（3）、控制电路（4）、传感器，分别与其他的不同形状、结构、功能与尺寸的电子积木模块及其电路，在不同的空间位置相互拼接并电性连接，独立的驱动与控制其他电子积木模块，形成以该可编程积木电机模块为主体、实现多种设计方案与编程功能的积木组合体；并且所述的可编程积木电机模块在该积木组合体的拼接、控制及运动过程中，始终保持各模块连接可靠、外形协调、运行稳定、重心稳定。

7.根据权利要求6所述的积木组合体，其特征在于，所述的可编程积木电机模块，根据其在积木组合体中的位置及工作配合关系，其包括如下五种工作模式：独立工作模式、并联工作模式、替代工作模式、续航扩展工作、配重工作模式；其在独立工作模式下，一个积木组合体包括一个可编程积木电机模块；在其他的工作模式下，一个积木组合体包括至少两个可编程积木电机模块，而且两个可编程积木电机模块的位置、作用及工作配合关系均不相同。

8.根据权利要求6所述的积木组合体，其特征在于，所述的其他电子积木模块包括：传动类模块、结构类模块、功能类模块、通讯类模块、连接类模块、传感类模块；各模块分别与该可编程积木电机模块连接，或者相互连接后再与该可编程积木电机模块连接。

9.一种根据权利要求6-8任一项所述积木组合体的设计方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、以近似矩形的四方体外形轮廓，长度尺寸以8mm为基数，长宽高的比例为8：（3～4）：（4～5）为基础，设计独立工作模式下的可编程积木电机模块的壳体外形轮廓结构，然后再根据各部分的重量与体积比，分别设计内部结构及控制电路，使各部分全部装配后的重心偏离整体外形的几何中心点，并预留外接电路输入输出接口，设计出可编程积木电机模块；

S2、以独立工作模式下的可编程积木电机模块的内外部结构和控制电路为基础，调整该可编程积木电机模块的设计，使其能够同时支持并联工作、替代工作、续航扩展工作、配重工作四种工作模式；

S3、根据S2设计的可编程积木电机模块的外形轮廓、形状为基础，以长度尺寸基数及重心稳定同步的匹配性为约束条件，设计与其匹配的其他电子积木模块；

S4、将步骤S2设计的可编程积木电机模块与步骤S3设计的其他子积木模块进行拼接，形成积木组合体，并测试该积木组合体的立体空间、结构、形状、重心、电路及运行的匹配性；

S5、对于符合高匹配性设计要求，外形协调、连接可靠、重心合理、运行稳定并且能够实现各工作模式，并且能够实现对不同工作模式之间相互转换的，进行确认、定型；对于不符合高匹配性设计要求的，返回步骤S1,修改设计方案，直至各模块均满足高匹配性设计要求。

10.根据权利要求9所述积木组合体的设计方法，其特征在于，所述的步骤S4的拼接及测试，是以所述可编程积木电机模块为主体模块，以该主体模块的长宽高及空间结构、单次续航时间、重心变化轨迹及电路连接为基本约束，再依次纳入所设计的相互配合的其他拼接模块，逐一将各个工作模式、空间拼接结构、电路连接及重心稳定要素之间同步进行匹配、测试，以使所拼接出的积木组合体能实现各工作模式、功能、空间结构、重心稳定。

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