一、發(fā)明專利案件基本信息
技術(shù)領(lǐng)域:可編程積木,微型電機(jī),玩具與教具
專利號(hào):CN202210402856.6
專利名稱:一種可編程積木電機(jī)模塊、積木組合體及設(shè)計(jì)方法
專利申請(qǐng)日:2022-04-18
專利授權(quán)日:2022-06-17
專利申請(qǐng)人:廣州途道信息科技有限公司
發(fā)明人:鐘志鋒; 蘇景輝
專利代理機(jī)構(gòu):廣州高炬知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
專利代理師:孫明科
二、發(fā)明專利申請(qǐng)文件信息
申請(qǐng)文件:41頁(yè),2.05萬(wàn)字,附圖9
授權(quán)權(quán)利要求:10,其中獨(dú)立權(quán)利要求:3
權(quán)項(xiàng)結(jié)構(gòu)樹:
三、發(fā)明內(nèi)容摘要:
本發(fā)明公開了一種可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)、積木組合體及設(shè)計(jì)方法,該可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)包括殼體、微型電機(jī)、供電裝置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路;該可編程積木電機(jī)模塊基于其整體形狀、尺度、結(jié)構(gòu)和重心位置,使其能作為一個(gè)具有高匹配性的獨(dú)立電子積木模塊,與其他的多個(gè)電子積木模塊及其電路連接并匹配后,形成以該可編程積木電機(jī)模塊核心,具備獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)與控制、實(shí)現(xiàn)多種組合體設(shè)計(jì)方案與編程功能的積木組合體。本發(fā)明公開的設(shè)計(jì)方法以可編程積木電機(jī)模塊為基礎(chǔ),并且以該模塊的尺度、形狀及質(zhì)量分布為約束條件,再逐一設(shè)計(jì)其他模塊。本發(fā)明提供的可編程積木電機(jī)模塊與積木組合體的其他模塊之間均具備多維度的高匹配性,便于制造和使用。
四、發(fā)明摘要附圖:
五、獨(dú)立權(quán)利要求3條:
1、一種可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu),其特征在于,其包括可拆卸式的殼體(1)、微型電機(jī)(2)、供電裝置(3)、控制電路(4)及至少一個(gè)傳感器;所述的微型電機(jī)(2)、供電裝置(3)、控制電路(4)及傳感器設(shè)置在該殼體(1)的內(nèi)部;
所述的可編程積木電機(jī)模塊的各部分相互結(jié)合后,其整體外形輪廓為近似矩形的四方體,該四方體尺寸的長(zhǎng)寬高的比例為:8:(3~4):(4~5);且其中的長(zhǎng)度是以8mm為標(biāo)準(zhǔn)基數(shù),為該標(biāo)準(zhǔn)基數(shù)的整數(shù)倍;當(dāng)所述可編程積木電機(jī)模塊處于水平擺放的狀態(tài)下,其質(zhì)量呈上部低、下部高分布,整體重心處于其幾何中心點(diǎn)的下方;當(dāng)所述可編程積木電機(jī)模塊處于豎直擺放的狀態(tài)下,其質(zhì)量呈上部、下部基本對(duì)稱分布,其整體重心分別處于其幾何中心點(diǎn)的上方或者下方;
所述的可編程積木電機(jī)模塊基于其整體形狀、尺度、結(jié)構(gòu)和重心位置,使其能作為一個(gè)具有高匹配性的獨(dú)立電子積木模塊,通過(guò)其整體立體空間、重量、外殼上的環(huán)形拼接凸起(11)、方形拼接凹槽,內(nèi)部的微型電機(jī)(2)、供電裝置(3)、控制電路(4)、傳感器,分別與其他的多個(gè)不同形狀、功能與尺寸的電子積木模塊及其電路連接并匹配,能同時(shí)兼容各種大顆粒積木模塊與小顆粒積木模塊;各模塊在不同的空間位置相互拼接并電性連接后,形成以可編程積木電機(jī)模塊核心,具備獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)與控制、實(shí)現(xiàn)多種組合體設(shè)計(jì)方案與編程功能的積木組合體。
6、一種采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)的積木組合體,其特征在于,其包括至少一個(gè)所述的可編程積木電機(jī)模塊,以及該可編程積木電機(jī)模塊為主體模塊,與其他多個(gè)其他電子積木模塊物理拼接及電性連接而成的積木組合體;其中,該可編程積木電機(jī)模塊作為具有空間、重量及電路高匹配性的獨(dú)立電子積木模塊,以其作為空間結(jié)構(gòu)、集成控制與動(dòng)力輸出基礎(chǔ),通過(guò)其整體立體空間外部、外殼的多個(gè)端面上的環(huán)形拼接凸起(11)、方形拼接凹槽,內(nèi)部的微型電機(jī)(2)、供電裝置(3)、控制電路(4)、傳感器,分別與其他的不同形狀、結(jié)構(gòu)、功能與尺寸的電子積木模塊及其電路,在不同的空間位置相互拼接并電性連接,獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)與控制其他電子積木模塊,形成以該可編程積木電機(jī)模塊為主體、實(shí)現(xiàn)多種設(shè)計(jì)方案與編程功能的積木組合體;并且所述的可編程積木電機(jī)模塊在該積木組合體的拼接、控制及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,始終保持各模塊連接可靠、外形協(xié)調(diào)、運(yùn)行穩(wěn)定、重心穩(wěn)定。
9、一種根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述積木組合體的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,其包括如下步驟:
S1、以近似矩形的四方體外形輪廓,長(zhǎng)度尺寸以8mm為基數(shù),長(zhǎng)寬高的比例為8:(3~4):(4~5)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)獨(dú)立工作模式下的可編程積木電機(jī)模塊的殼體外形輪廓結(jié)構(gòu),然后再根據(jù)各部分的重量與體積比,分別設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及控制電路,使各部分全部裝配后的重心偏離整體外形的幾何中心點(diǎn),并預(yù)留外接電路輸入輸出接口,設(shè)計(jì)出可編程積木電機(jī)模塊;
S2、以獨(dú)立工作模式下的可編程積木電機(jī)模塊的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)和控制電路為基礎(chǔ),調(diào)整該可編程積木電機(jī)模塊的設(shè)計(jì),使其能夠同時(shí)支持并聯(lián)工作、替代工作、續(xù)航擴(kuò)展工作、配重工作四種工作模式;
S3、根據(jù)S2設(shè)計(jì)的可編程積木電機(jī)模塊的外形輪廓、形狀為基礎(chǔ),以長(zhǎng)度尺寸基數(shù)及重心穩(wěn)定同步的匹配性為約束條件,設(shè)計(jì)與其匹配的其他電子積木模塊;
S4、將步驟S2設(shè)計(jì)的可編程積木電機(jī)模塊與步驟S3設(shè)計(jì)的其他子積木模塊進(jìn)行拼接,形成積木組合體,并測(cè)試該積木組合體的立體空間、結(jié)構(gòu)、形狀、重心、電路及運(yùn)行的匹配性;
S5、對(duì)于符合高匹配性設(shè)計(jì)要求,外形協(xié)調(diào)、連接可靠、重心合理、運(yùn)行穩(wěn)定并且能夠?qū)崿F(xiàn)各工作模式,并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同工作模式之間相互轉(zhuǎn)換的,進(jìn)行確認(rèn)、定型;對(duì)于不符合高匹配性設(shè)計(jì)要求的,返回步驟S1,修改設(shè)計(jì)方案,直至各模塊均滿足高匹配性設(shè)計(jì)要求。
六、專利權(quán)人與發(fā)明人團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介
本發(fā)明由廣州途道信息科技有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成。廣州途道科技有限公司成立于2014年,主打產(chǎn)品為STEAM編程智能教育玩具機(jī)器人,已暢銷歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家,深受客戶歡迎。研發(fā)團(tuán)隊(duì)由廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)器人教授和無(wú)人機(jī)極客組建而成。專利權(quán)人是一家以技術(shù)研發(fā)為導(dǎo)向,專門從事機(jī)器人智能控制技術(shù)的研究,專注于創(chuàng)作全球有競(jìng)爭(zhēng)力的智能產(chǎn)品和為行業(yè)伙伴們提供智能機(jī)器人控制技術(shù)方案與更優(yōu)秀的產(chǎn)品。公司現(xiàn)研發(fā)的多種智能機(jī)器人已開始暢銷海外,作為廣東工業(yè)大學(xué)、斯坦福大學(xué)精研學(xué)社的戰(zhàn)略合作伙伴,該司的部分產(chǎn)品方向、思路、設(shè)計(jì)源于斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)思維團(tuán)隊(duì)。該公司已經(jīng)獲得眾多發(fā)明專利與實(shí)用新型專利。團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目曾獲得佛山電視臺(tái)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽第二名,全國(guó)智能制造創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽華南區(qū)第三名等榮譽(yù)。
七、本發(fā)明主要的有益效果:
1、本發(fā)明提供的可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)及其積木組合體,以該可編程積木電機(jī)模塊為主體模塊,與其他多個(gè)其他電子積木模塊物理拼接及電性連接而成,使該組合體支持多種編程方式、多形狀、多空間、多級(jí)電路兼容、智能拼接容錯(cuò)、元件損壞替代、多種工作模式、多種驅(qū)動(dòng)(單驅(qū)動(dòng)、雙驅(qū)動(dòng)、多驅(qū)動(dòng))方案的匹配等,使產(chǎn)品的高顏值、高性能和高靈活性相匹配,大幅提升使用者的體驗(yàn)并節(jié)約資源,并且便于制造、裝配、編程和使用,大幅提高與其他電子積木模塊組裝和使用的匹配度、編程便捷性、可替換性。
2、本發(fā)明提供的可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)、積木組合體及其設(shè)計(jì)方法,通過(guò)同步改進(jìn)電子積木的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配位置、電路接口和重心分布,將電池組、微型電機(jī)及其控制電路集成為一個(gè)模塊、并減小其集成后的整體體積,以便于制造、裝配和使用,大幅提高與其他電子積木模塊組裝和使用的匹配度、可替換性,從而使該模塊與其他各模塊之間的功能及結(jié)構(gòu)匹配性強(qiáng)、可以自由擴(kuò)展,電子積木組合后的組合形式多、工作模式多,支持多形狀、多空間、多級(jí)電路兼容、智能拼接容錯(cuò)、元件損壞替代、多種工作模式、多種驅(qū)動(dòng)(單驅(qū)動(dòng)、雙驅(qū)動(dòng)、多驅(qū)動(dòng))方案的匹配等優(yōu)點(diǎn)。
八、本案專利代理師經(jīng)驗(yàn)分享:
小玩具、大市場(chǎng)。電子積木是將電子技術(shù)與積木有機(jī)地結(jié)合在一起,學(xué)生能夠通過(guò)課程所設(shè)計(jì)的活動(dòng),結(jié)合電子電路或計(jì)算機(jī)程序,來(lái)搭建和控制其創(chuàng)造的模型,訓(xùn)練學(xué)生從實(shí)際動(dòng)手搭建模型的過(guò)程中,學(xué)習(xí)和鍛煉推理思考、問(wèn)題解決、創(chuàng)造發(fā)明、團(tuán)隊(duì)合作等能力,以開拓學(xué)生的科學(xué)領(lǐng)域、邏輯分析及程序觀念的建立、激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)濃厚的興趣,并充實(shí)學(xué)??萍冀虒W(xué)課程,使得教學(xué)活潑化、學(xué)習(xí)趣味化。
在STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué))教育中,實(shí)踐是必不可少的環(huán)節(jié)之一。STEM教具設(shè)計(jì)的目標(biāo),是不能過(guò)多的限制和提供更多的可行性,讓學(xué)生隨心所欲的搭建自己心目中的機(jī)械裝置。但是,目前各自電子積木套裝教具在實(shí)際使用中存在許多缺點(diǎn),比如,電子積木模塊的零件復(fù)雜,種類繁多,各模塊的功能及結(jié)構(gòu)匹配性差、不能自由擴(kuò)展,電子積木組合后的組合形式單一、工作模式單一,小零件無(wú)法順利搭建,搭建分解困難,分揀整理困難等等。
現(xiàn)有的電子積木電機(jī)模塊,一個(gè)套裝組合產(chǎn)品中往往只有一個(gè),只有單驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品組合方案,而且當(dāng)其內(nèi)部元件(包括電機(jī))等出現(xiàn)故障、損壞,或者其他的重要模塊(控制、傳感、電池)等出現(xiàn)缺失或故障時(shí),整個(gè)積木組合即喪失功能,無(wú)法繼續(xù)使用,這對(duì)于以電子積木作為教具而進(jìn)行的課堂教學(xué)來(lái)說(shuō),就只能中斷教學(xué)、全套更換,影響教學(xué)效果。目前在眾多廠家生產(chǎn)的套裝組合產(chǎn)品之間,各模塊之間的形狀、結(jié)構(gòu)、功能、電路、接口相互不兼容,不同型號(hào)之間的模塊也不兼容、不能相互替代,消費(fèi)者在購(gòu)買的第一套積木產(chǎn)品出現(xiàn)部分模塊缺失、損壞或者故障時(shí),只能整體丟棄或者另外再采購(gòu)相同廠家、相同型號(hào)的成套積木模塊進(jìn)行替代,造成資源浪費(fèi)、增加了使用者的負(fù)擔(dān),影響了使用者的體驗(yàn)。
現(xiàn)有技術(shù)的積木設(shè)計(jì)方法,通常都是采用對(duì)單一模塊進(jìn)行逐一設(shè)計(jì),不考慮核心模塊與周邊模塊,相互之間沒(méi)有約束和協(xié)同關(guān)系,可支持的工作模式及功能較少。采用上述現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的電子積木模塊及積木組合體產(chǎn)品,積木模塊及零件部過(guò)多,外接導(dǎo)線多,各模塊的綜合匹配性差,連接關(guān)系復(fù)雜,很難實(shí)現(xiàn)多種組合形式、多種工作模式的相互切換。同時(shí),由于電源(電池組)、電機(jī)及控制電路均具有一定的體積和重量,如果按照常規(guī)的方式,將其簡(jiǎn)單(上下層疊)組合,則會(huì)造成體積過(guò)大,很難實(shí)現(xiàn)重心穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的穩(wěn)定性,導(dǎo)致可實(shí)現(xiàn)的組合方案比較少、不同工作模式之間難以切換,大大影響各電子積木模塊的組裝匹配度,從而限制了積木產(chǎn)品的組合方案以及工作模式的靈活選擇。
針對(duì)這一情況,本發(fā)明人團(tuán)隊(duì)采用新的思路,針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中電子積木電機(jī)模塊的結(jié)合設(shè)計(jì)不合理、編程能力差、綜合匹配性差、不能自由擴(kuò)展,電子積木模塊相互拼接組合后的積木組合體的組合形式單一、工作模式單一,設(shè)計(jì)方法不考慮各模塊之間多形狀、多空間、多級(jí)電路兼容、智能拼接容錯(cuò)、元件損壞替代、多種工作模式、多種驅(qū)動(dòng)(單驅(qū)動(dòng)、雙驅(qū)動(dòng)、多驅(qū)動(dòng))相互匹配等不足,本發(fā)明的目的在于,提供一種可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)、積木組合體及設(shè)計(jì)方法,通過(guò)同步改進(jìn)電子積木的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配位置、電路接口、編程方法和重心分布,將電池組、微型電機(jī)及其控制電路集成為一個(gè)模塊、并減小其集成后的整體體積,以便于制造、裝配、編程和使用,大幅提高與其他電子積木模塊組裝和使用的匹配度、編程便捷性、可替換性,從而解決上述技術(shù)問(wèn)題。
本專利涉及多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域,包括電子編程、電機(jī)模組、積木設(shè)計(jì)、、積木搭積與STAM原理等,對(duì)專利代理師的跨領(lǐng)域的專業(yè)能力、綜合水平,對(duì)編程、教育、玩具與設(shè)計(jì)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)要求較高。我公司派出專利代理師孫明科與研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)接,反復(fù)多次與研發(fā)團(tuán)隊(duì)深入交流,共同分析技術(shù)問(wèn)題和發(fā)明要點(diǎn),在深度檢索和多次撰寫修改的基礎(chǔ)上,完成了本項(xiàng)發(fā)明專利的申請(qǐng)文件。本案專利代理師通過(guò)與于所長(zhǎng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員密切溝通,認(rèn)真聽取發(fā)明人的構(gòu)思和技術(shù)方案,并且進(jìn)行了深入的技術(shù)檢索、對(duì)比和技術(shù)挖掘,準(zhǔn)確定位技術(shù)問(wèn)題和核心發(fā)明點(diǎn),從而得到了本發(fā)明呈現(xiàn)的較為完善的技術(shù)方案,并且順利獲得授權(quán)。申請(qǐng)權(quán)利要求與授權(quán)權(quán)利要求幾乎沒(méi)有改動(dòng)。
本專利是專利代理師與發(fā)明人團(tuán)隊(duì)深入交流、科學(xué)布局、密切合作完成的跨領(lǐng)域高質(zhì)量專利申請(qǐng)案件,雙方多次、反復(fù)討論、修改了多稿才最終定稿,發(fā)明人科研團(tuán)隊(duì)及代理師對(duì)本發(fā)明均付出了辛苦的勞動(dòng)。
本發(fā)明專利作為電子編程積木領(lǐng)域的高質(zhì)量的發(fā)明專利,與申請(qǐng)人布局的其他發(fā)明專利相互配合,對(duì)納米材料、制備方法等進(jìn)行了合理分層、遞進(jìn)式的保護(hù),采用快速的申請(qǐng)和審查答復(fù),大幅縮短了審查時(shí)間。本發(fā)明專利快速獲得授權(quán)后,有利于該申請(qǐng)人對(duì)該專利技術(shù)成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化、實(shí)施,盡早投入使用,產(chǎn)生更好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。