DE102010062217A1

DE102010062217A1 - Baukastensystem mit bewegungsfähigen Modulen

Info

Publication number: DE102010062217A1
Application number: DE102010062217A
Authority: DE
Inventors: Daniel 99423 Wessolek; Wolfgang Prof. Dr. 73525 Sattler; Leonhard 99423 Oschütz
Original assignee: Bauhaus Universitaet Weimar
Current assignee: Kinematics De GmbH
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: US8851953B2; EP2525883B1; WO2011089109A1; US20130183882A1; JP2013517077A; EP2525883A1; DE102010062217B4; JP5840625B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem mit zusammensteckbaren Modulen, bei denen sich zur Bewegung und Steuerung erforderliche elektronische und mechanische Bauteile in den Modulen befinden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Baukastensystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem bewegungsfähige Modelle aus einfachen Bausteinen gestaltet werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Baukastensystem mit bewegenden Modulen gelöst, wobei das Baukastensystem mindestens ein Energiemodul (3), mindestens ein Steuerungsmodul (2) mit einem Mikro-Controller, mindestens ein Bewegungsmodul (1) mit einem integrierten Servomotor und mehrere Verbindungsmodule (4) enthält, die beliebig miteinander verbindbar sind, wobei die Module (1, 2, 3, 4, 5) mittels Steckverbindungen verbindbar sind, welche den Stromfluss zwischen benachbarten Modulen ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem mit bewegungsfähigen Modulen.
Es handelt sich um ein Konstruktionsspiel, das es ermöglicht, bewegungsfähige und interaktive Objekte zu gestalten. Die Erfindung ist vorzugsweise als kreatives Spielzeug für Kinder im Alter von 5 bis 13 Jahren einsetzbar.
Kinder, die das Konstruktionsspiel benutzen, erfahren auf spielerische Weise Zusammenhänge zwischen der Art der Konstruktion, ihrer Bewegung und des ihr spezifischen Energieverbrauchs. Das Baukastensystem macht das Themengebiet der Robotik, Fortbewegung und Energietechnik erlebbar und intuitiv begreifbar. Es ist sowohl als Lehrmittel an Schulen und in Kindergärten als auch für den privaten Gebrauch geeignet.
Anfänge so genannter Experimental Computing Baukästen sind bereits seit 1987/1988 bei Fischertechnik bekannt. Bei LEGO wurden in der jüngsten Zeit Roboterbausätze, wie der Cybermaster mit CD-Rom-Animation und 1998 der Mindstorm RCX mit einem 8-Bit-RAM Prozessor, entwickelt. Im Jahre 2006 wurde der Mindstorm RCX vom Mindstorm NXT mit einem 32-Bit-RAM Prozessor abgelöst. Mit diesen Entwicklungen haben die Baukastenhersteller das Ende der Baukästen im klassischen Sinne herbeigeführt. Trotz dieser Tendenzen lässt sich auch zunehmend eine Gegenbewegung beobachten: Eine Vielzahl von ebenso qualitativ guten wie einfachen Elementar-Holzbaukästen führt zu den Ursprüngen der Baukästen und damit zum freien Formen-Spiel zurück.
Insbesondere für pädagogische Zwecke sollen Kinder mithilfe von so genannten Digital-Manipulatives durch spielerisches Lernen Sachverhalte näher gebracht werden, die gegenwärtig als zu komplex für ihr Alter gelten. Damit sollen Kinder Werkzeuge und Umgebungen zur Hand gegeben werden, mit denen sie dynamische Systeme entwerfen können.
Als LEGO Mindstorms ist eine Produktserie bekannt, die einen programmierbaren Legostein sowie Elektromotoren, Sensoren und LEGO Technik-Teile enthält. Hier können Roboter und andere autonome, interaktive Systeme konstruiert und nachfolgend über eine graphische Nutzeroberfläche am PC programmiert werden. Derartige als ”Program and Play” bezeichnete Systeme basieren auf Parameterwerten, ihre Bewegungen können somit sehr leicht verändert und genau justiert werden. Oft sind diese Parameter-Systeme professionellen Entwicklungswerkzeugen nachempfunden und lassen somit auch das Entwerfen komplexerer Modelle zu. Allerdings unterscheiden sich solche Systeme untereinander in ihrem jeweiligen Interfacedesign und der Art und Weise, wie die Bewegungen eines Modells erstellt werden, weshalb sich neue Benutzer erst mühsam in das System einarbeiten müssen. Nachteilig ist dabei insbesondere, dass die eigentliche Generierung des Bewegungsablaufes völlig vom gebauten Modell entkoppelt ist.
In US 7,747,352 B2 ist ein als Topobo bekanntes Spiel beschrieben, welches ein 3D-Konstruktionssystem mit einem eingebautem kinetischem Speichermodul enthält, das Bewegungen aufzeichnen und abspielen kann. Es besteht aus insgesamt zehn Grundformen, die sich auf unterschiedlichste Art und Weise zusammenstecken lassen.
Nach US 6,636,781 B1 ist eine Steuerung von Modulen eines Spielzeugbaukastens bekannt, wobei mittels Aktuatoren Module bewegt werden können. Es können gleiche Module kombiniert werden, die Drehbewegungen ausführen.
Ferner ist in EP 1 287 869 B1 ein modulares System zur Herstellung eines Spielzeugroboters beschrieben, mit dem durch Zusammenstellung mehrer gleicher Module ein Spielzeug gestaltet werden kann. Die Module können eine Drehbewegung ausführen und werden mit Verbindungsplatten untereinander verbunden. Die Verbindungsplatten ermöglichen eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Modulen.
Bei diesen Anordnungen ist nachteilig, dass nur gleichartige Module kombiniert werden können und diese nur Drehbewegungen ausführen.
Aus DE 296 10 158 U1 ist ein steuerbarer Spielzeugroboter bekannt, der aus Modulen besteht, in denen sich zur Bewegung und Steuerung erforderliche elektronische und mechanische Bauteile befinden. Der Roboter enthält neben den Modulen so genannte formgebende Bauteile, wie Seiten-, Boden- und Deckplatten. Die Bauteile können zusammengesteckt werden, wobei die elektrische Verbindung mittels Drähte erfolgt, die aus den Modulen herausragen. Aus Seitenplatten werden Achsen, Sensoren und dergleichen heraus geführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Baukastensystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem bewegungsfähige Module aus einfachen Modulen gestaltet werden können, wobei mit den Modulen sowohl rotatorische als auch translatorische Bewegungen realisiert werden sollen und die Verbindung der Module durch einfaches Zusammenstecken erfolgen soll, ohne dass zusätzliche Arbeitsgänge erforderlich sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Baukastensystem, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale enthält, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Konstruktionsspiel verfügt über mindestens ein Energiemodul, das im Allgemeinen einen Akkumulator enthält, mindestens ein Steuerungsmodul mit einem Mikrocontroller, mindestens ein Bewegungsmodul mit integriertem Servomotor und mehreren Verbindungsmodulen. Alle Module sind beliebig miteinander verbindbar. Neben dem Zusammenbau von beliebigen Modellen können die Anwender ihren Kreationen bestimmte Bewegungs- und Verhaltensweisen zuordnen. Zusammengebaut können alle erdenklichen Modelle, Geschöpfe, Tiere und Roboter zum Leben erweckt werden.
Ein einfaches Steckverbindungsprinzip ermöglicht den Daten- und Stromfluss zwischen allen aktiven und passiven Bauteilen. Diese Verkettung ermöglicht eine Vielzahl an Konstruktionsmodellen und Bewegungsmustern.
Das Baukastensystem zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere:

– Das Bewegungsmodul ist sowohl aktiver Bewegungsantrieb für sich selbst und zum anderen steuert es über eine Daten- und Stromsteckverbindung zusätzlich Antriebe für andere Module.
– Es ist möglich, dass mindestens ein Bewegungsmodul und mindestens ein Energiemodul im zusammengesteckten Zustand Strom und Daten über eine Steckverbindung leiten, um ein fortbewegungsfähiges Modell zu schaffen, ohne den zwingenden Einsatz von passiven Bausteinen.
– Die Veränderung von Lage und Anordnung der Module untereinander ermöglicht ein Bewegungsmodul mit zwei integrierten, gelenkig verbundenen Bewegungsteilen. Das zusammengesteckte Modell bleibt dabei in seinem Verbund erhalten. Die Verbindungsflächen bewegen sich nicht gegeneinander. Die Bewegungen der Modelle des Baukastens werden in den Bewegungsmodulen erzeugt, indem sie ihre Form verändern.
– Die Bewegungsmodule sind um 90° versetzt steckbar und erzeugen damit unterschiedliche Bewegungsformen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 schematisch eine Übersicht über die Module des Baukastensystems,
2 schematisch ein montiertes Bewegungsmodel,
3 schematisch die Funktionsweise der Dreh-Steckverbindung,
4 schematisch das Steckerteil einer Steckverbindung,
5.1 bis 5.5 schematisch Ausführungsformen für Gelenkmodule,
6 schematisch eine Baugruppe mit Solarmodulen,
7 schematisch eine Ausführungsform von Bewegungsmodulen mit speziellen auf die Bewegungsmodule gesteckten Bausteinen,
8 schematisch eine weitere Ausführungsform von Bewegungsmodulen mit speziellen auf die Bewegungsmodule gesteckten Bausteinen und
9 schematisch ein Gehirnmodul.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das System besteht aus steuernden, verbindenden, stoppenden, Energie speichernden und kinematischen Modulen. Die zusammengesteckten Modelle bilden ein Bewegungsnetzwerk, das je nach Anordnung und Kombination der jeweiligen Modultypen und -formen unzählige Bewegungsvarianten in sich birgt.
Ferner ist es möglich, dass an den Modulen in üblicher Größe auch kleinere Passiv-Module angesteckt werden. Mit diesen Modulen ist es möglich, weitere Formen zu gestalten.
1 zeigt die verwendeten Module. Im Einzelnen handelt es sich um:

– Bewegungsmodule 1, welche durch einen integrierten Servomotor bewegt werden. Im dargestellten Fall sind zwei Ausführungsformen vorgesehen: zum einen in Form eines Quaders, der sich in Bewegung zum Parallelepiped verschiebt, oder zum anderen in Form eines Zylindersteins, der aus zwei rotationsfähigen Teilzylindern besteht. Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Bewegungsmodule mit Lithium-Ionen Akkumulatoren ausgestattet werden. Ein integrierter On/Off Button am Bewegungsmodul unterbricht die Stromzufuhr aller angesteckten Bewegungsmodule und bei sich selbst. Es ist auch möglich, einen Mikro-Controller im Bewegungsmodul anzuordnen.
– Steuerungsmodule 2, welche jeweils über einen Microcontroller verfügen. Alle sechs Seitenflächen eines quaderförmigen Moduls sind mit Steckbuchsen ausgestattet, mit denen Bewegungsinformationen ausgegeben werden können.
– Energiemodule 3, welche als Stromlieferanten des Bewegungsmodells dienen. Mithilfe eines On-Off-Buttons kann der Stromfluss und somit der Bewegungsvorgang an- und abgeschaltet werden. Die Module sind in Würfel- oder Quaderform gestaltet und beherbergen in ihrem Inneren Lithium-Ionen-Akkus. Sie stellen das schwergewichtigste Element dar und können gleichzeitig als Schwerpunktmodul im Objektbau eingesetzt werden.
– Verbindungsmodule 4, welche in Gestalt von Würfel, Halbwürfel, Dreiecksprisma, Quader oder anderen geometrischen Formen ausgeführt sein können und die Verbindung zwischen Bewegungsmodul, Steuerungsmodul und Energiemodul herstellen. Sie erlauben dem Spieler, Modelle mit höherer Komplexität zu konstruieren und ermöglichen den ungehinderten Daten- und Stromdurchfluss.
– Stoppmodule 5, welche im Gegensatz zu den restlichen Modulen des Systems keinen Daten-, sondern lediglich den Stromfluss unterstützen. Sie können deshalb als Bewegung blockierendes Element eingesetzt werden. Damit werden innerhalb eines Bauobjekts mehrere voneinander unabhängige Bewegungsabläufe möglich.

In 2 ist ein montiertes Modell dargestellt.
Das Zusammenstecken eines Bewegungsmoduls 1 mit wenigen passiven Modulen lässt schon vier Bewegungsrichtungen zu. Um eine Bewegung zu genieren, sind lediglich erforderlich: Ein Energiemodul 3, das für die Energieversorgung zuständig ist und über einen On-Off-Button verfügt, um den Bewegungsvorgang an- und abzuschalten. Ein Steuerungsmodul 2 gibt die Bewegungsinformation für ein Bewegungsmodul 1 aus. Die beiden ersteren Module 2 und 3 sind passive Elemente, während das Bewegungsmodul 1 ein aktives Element des Baukastensystems darstellt. Hier spielt die Steckreihenfolge der einzelnen Module keine Rolle – es wird stets eine Bewegung ausgegeben, sobald Energiemodul 3 und Steuerungsmodul 2 verbaut werden. Diese Eigenschaft des Stecksystems schafft unzählige Kombinationsmöglichkeiten der Module und lässt den Benutzer somit zahllose Bewegungsabläufe im dreidimensionalen Raum erleben. Dazu wird eine magnetische 90-Grad-Dreh-Steckanordnung unter Verwendung von Klinken-Buchsen-Anschlüssen verwendet, welche der Steckverbindung einerseits Stabilität verleiht und ein leichtgängiges Einrasten im Drehvorgang erlaubt. Zudem wird ein innerer Daten-Strom-Fluss zwischen allen Modulen ermöglicht.
Die Größe der Module kann verschieden ausgeführt werden. Als zweckmäßig hat sich eine Seitenfläche der Module von 40 mm × 40 mm erwiesen. Es ist auch möglich, die Normgröße von Legobausteinen (31,8 mm × 31,8 mm oder 39,75 mm × 39,75 mm) zu verwenden. Damit wird eine vollkompatible Verknüpfung der beiden Baukastensysteme ermöglicht. Hierzu dient ein Adapterstein, der neben den bekannten Noppen auch Löcher für Achsen und Verbindungselemente besitzt.
Die Verbindung der Module untereinander erfolgt mit einer Steckverbindung.
Die in 3 dargestellte 90-Grad-Dreh-Steckverbindung weist Magnete und Klinken-Buchsen-Anschlüsse auf und ermöglicht eine schnelle Veränderung der Modulposition. Die Haltekraft wird durch Magnete bestimmt. Bestimmte Bewegungs- und Kräfteeinflüsse können die Magnete voneinander trennen und die Module somit verdrehen. Die Verbindung hält die Module zusammen und verleiht der Konstruktion Stabilität. Damit ist gewährleistet, dass auch bei den bewegenden Modellen die Module nicht abknicken oder sich verdrehen. In 90°-Schritten rasten die Module ein und lassen sich in den dazwischen liegenden 45°-Positionen leicht auseinander ziehen.
4 erläutert die Daten- und Stromübertragung über die Steckverbindung. Der Strom für den Servomotor und den Mikrocontroller wird über eine Klinke oder zwei Metallstecker übertragen. Die Kontaktflächen der Stecker kontaktieren in den zugehörigen Buchsen Gegenkontakte. Die Dateninformationen für die Sensor- und Steuersignale können zusätzlich über die Klinke, zwei Metallstecker oder per Bluetooth übermittelt werden. Besonders vorteilhaft ist, dass die Steckverbindung neben dem Zusammenhalten der Module gleichzeitig den Strom- und Datenfluss übertragen kann.
Die Steckverbindungen bestehen aus dem in 4 dargestellten männlichen Teil mit nach außen weisenden Halte- und Kontaktstiften und einem weiblichen Teil mit nach innen weisenden Halte- und Kontaktöffnungen. Im Inneren der Module befinden sich Leiterplatinen, die mit dem männlichen oder weiblichen Teil der Steckverbindung elektrisch verbunden sind. Dies ermöglicht eine einfache Montage mit geringer Anzahl der Bauteile.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Steckverbindung auf die Modulflächen zu verteilen. Die Module werden hierbei durch verschiedene Metallpins, Kontaktstifte, Magnete zusammengehalten und übertragen den Strom- und Datenfluss.
Eine mögliche Ausführungsform für ein Bewegungsspiel besteht aus einem Mikrocontrollermodul und drei verschiedenen Bewegungsmodulen.
5 zeigt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für Bewegungsmodule. Dargestellt sind in 5.1 ein Gelenkmodul, 5.2 ein Drehmodul, 5.3 ein Translationsmodul, 5.4 ein Linearmodul und 5.5 ein Rotationsmodul.
Die Bewegungsinformation für Winkelausschlag und Geschwindigkeit sendet ein Steuermodul an die Bewegungsmodule, sobald ein Energiemodul angesteckt ist. Integriert man einen Mikrocontroller in die Bewegungsmodule, kann jedes Bewegungsmodul individuell angesteuert werden.
Das Energiemodul enthält einen Akkumulator. Er sorgt für die Stromversorgung und besteht aus spielerisch-pädagogischen Gesichtspunkten aus einem einzelnen Modul. Er ermöglicht damit das Spiel mit dem Gleichgewicht, denn das Energiemodul ist der schwerste Baustein im Konstruktionsspiel. Neben den schweren Nickel-Metallhydrid-Akkus werden die Energiemodule vorteilhaft mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren bestückt, um das Gewicht zu verringern und die Akkukapazität zu erhöhen. Im beschriebenen Beispiel werden zwei Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit 3,7 Volt werden geschalten und verdoppeln die Kapazität. Ein Steil-Up-Wandel bringt die 3,7 Volt auf 5 Volt Betriebsspannung und versorgt den Mikrocontroller und die Bewegungsmodule mit Strom. Mithilfe einer USB-Lade- und Schutzschaltung wird das Energiemodul geladen und vor Kurzschluss geschützt. Zusätzlich verfügt das Energiemodul über einen An/Aus-Schalter, um den Stromkreis zu kontrollieren.
Ein handelsübliches Servomodul dient als Antriebsquelle für die Bewegungsmodule. Über eine Pulsweitenmodulation [PWM] wird das Servomodul vom Mikrocontroller angesteuert und kann als kompakte Antriebseinheit einfach montiert werden.
Eine spezielle Ausführung ist ein Konstruktionsspiel mit Energiemodulen, die Strom aus nachhaltigen Quellen beziehen. Es ermöglicht Kinder und Jugendlichen, kleine Kraftwerke zu bauen, die den Strom für ihre Leucht- und Bewegungsobjekte liefern. Das Set besteht aus Energie produzierenden und Energie verbrauchenden Modulen. Die Generator- und Akkumodule sowie Solar-, Windrad-, Kurbel-, Dreh- und Kabelmodule sind Strom produzierende Module. Wohingegen die Strom verbrauchenden Elemente die Bewegungs- und Leuchtmodule darstellen. Die geometrischen Module orientieren sich an den pädagogischen Grundformen wie Würfel, Quader, Zylinder und Dreiecksprismen. Die Nutzer erfahren auf spielerische Weise die Zusammenhänge der Energiegewinnung und des spezifischen Energieverbrauchs ihrer bewegenden und leuchtenden Modelle. Das Baukastensystem macht das Themengebiet der regenerativen Energieumwandlung für Kinder an ihren eigenen Kreationen erlebbar und intuitiv begreifbar.
6 zeigt ein Beispiel für die Gestaltung und Verwendung von Solarmodulen.
Das Baukastensystem kann mit verschiedenen Schnittstellen ausgestattet werden.
7 zeigt eine Ausführungsform, bei der spezielle Bausteine auf die Bewegungsmodule gesteckt und dadurch die Bewegungsparameter festlegt werden. Hierbei sind Amplituden-, Geschwindigkeit- und Verzögerungs-Potentiometer im Bewegungsmodul integriert, die durch das Gehirnmodul oder direkt am Bewegungsmodul verändert werden. Damit können die Bewegungsmodule programmiert werden.
Die Anordnung ermöglicht eine kinderfreundliche Manipulation der Bewegungsparameter mithilfe von einfachen Bausteinen. Die Amplitudensteine 7.1, Geschwindigkeitssteine 7.2 und die Verzögerungssteine 7.3 können direkt an das Bewegungsmodul gesteckt werden. Mit unterschiedlichen Geschwindigkeitssteinen 7.2 kann eine schnellere oder langsamere Bewegung der Gelenkmodule programmiert werden. Bei den Amplitudensteinen 7.1 kann beispielsweise ein Stein mit vier Noppenreihen eine Drehung um 45° und ein Stein mit fünf Noppen eine Drehung um 36° veranlassen. Jede Stecknoppe ist mit einem Farbsensor ausgestattet. Ein Verzögerungsstein 7.3 mit einer Noppe löst in diesem Beispiel einen zeitlichen Abstand von einer Millisekunde aus. Die Programmierung ist somit komplett steckbar.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist in 8 dargestellt. Hiermit kann eine Grundbewegung des Modells über das Verschieben der Bewegungsbausteine ausgeführt und gleichzeitig gespeichert werden, nachdem das Energiemodul angesteckt und der Programm-Button am Bewegungsmodul gedrückt wurde. Die Grundbewegungen der Bewegungsmodule werden mit den Händen erzeugt. Dabei können maximal zwei Bewegungsmodule mit den Händen kontrolliert verändert werden. Start- und Endwinkel, die Geschwindigkeit und die Verzögerung, d. h. welches Modul sich zuerst bewegt, wird mithilfe eines Drehpotentiometers ausgelesen und in einem EPROM-Chip gespeichert. Die eingespeicherten Bewegungen können anschließend direkt ausgeführt werden.
Die am Anfang noch intuitiv programmierten Bewegungsparameter können mithilfe von integrierten Amplituden-, Geschwindigkeit- und Verzögerungs-Potentiometer nachträglich verändert und an das Bewegungsmodell angepasst werden. Die Parameter können entweder über das Control-Center am Gehirnmodul oder über das Control-Center am Bewegungsmodul, welche z. B. integrierte Buttons, Schieberegler, Drehpotentiometer, Sensoren oder ein Touchscreen-Display besitzen, leicht verändert werden. Dabei wird der Programm-Button des zu manipulierenden Bewegungsmoduls gedrückt und das Control-Center am Gehirnmodul oder Bewegungsmodul geregelt. Es können auch mehrere Module in der Amplitude und Geschwindigkeit gleichzeitig verändert werden.
Das Control-Center enthält neben dem Eingabefeld auch ein 7-Segment-, Punktmatrix-, LED-Paneel oder Touchscreen-Display, welches die Parameter zusätzlich anzeigt und ein Feedback über die manipulierten Daten geben kann.
Das in 9 dargestellte Gehirnmodul bildet das Denkorgan. Es enthält einen Mikrocontroller und kann die Bewegungsparameter aller angesteckten Bewegungsmodule verändern, synchronisieren, anzeigen oder rhythmisch verzögern. Das Gehirnmodul synchronisiert alle angesteckten Bewegungsmodule mit den Bewegungsparametern, die in einem Modul verändert wurden. Das Gehirnmodul bildet die Kommunikationseinheit, wertet Sensordaten aus und steuert alle angesteckten Module. Es verfügt über eine Ampitudenanzeige 9.1, einen Programm-Button 9.2, einen Control-Center-Button 9.3, eine Geschwindigkeitsanzeige 9.4 und eine Verzögerungsanzeige 9.5. Mittels USB-Anschlüsse 9.6 können die Bewegungsparameter extern gesichert werden. Kleine Sensormodule können auf jedes Bewegungsmodul gesteckt werden und verändern dieses gesondert.
Bezugszeichenliste

1: Bewegungsmodul
2: Steuerungsmodul
3: Energiemodul
4: Verbindungsmodul
5: Stoppmodul
7.1: Amplitudenstein
7.2: Verzögerungsstein
7.3: Geschwindigkeitsstein
8.1: Amplitudenanzeige
8.2: Programm-Button
8.3: Control-Center-Button
8.4: Geschwindigkeitsanzeige
8.5: Verzögerungsanzeige
8.6: 7-Segmentanzeige
9.1: Amplitudenanzeige
9.2: Programm-Button
9.3: Control-Center-Button
9.4: Geschwindigkeitsanzeige
9.5: Verzögerungsanzeige
9.6: USB-Anschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7747352 B2 [0007]
US 6636781 B1 [0008]
EP 1287869 B1 [0009]
DE 29610158 U1 [0011]

Claims

Baukastensystem mit zusammensteckbaren Modulen, bei denen sich zur Bewegung und Steuerung erforderliche elektronische und mechanische Bauteile in den Modulen befinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem mindestens ein Energiemodul (3), mindestens ein Steuerungsmodul (2) mit einem Microcontroller, mindestens ein Bewegungsmodul (1) mit einem integrierten Servomotor und mehrere Verbindungsmodule (4) enthält, die beliebig miteinander verbindbar sind, wobei die Module (1, 2, 3, 4, 5) mittels Steckverbindungen verbindbar sind, welche den Stromfluss zwischen benachbarten Modulen ermöglichen.
Baukastensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Steckverbindungen auch eine Datenübertragung erfolgt.
Baukastensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System mindestens ein Stoppmodul (5) enthält, welches nur den Stromfluss zwischen benachbarten Modulen ohne Datenübertragung ermöglicht.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindungen 90-Grad-Dreh-Steckverbindungen sind, welche Klinken-Buchsen-Anschlüsse aufweisen.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1, 2, 3, 4, 5) würfel-, zylinder- oder quaderförmig ausgebildet sind, deren ebene Seitenflächen mit Steckverbindungselementen versehen sind.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem Energie erzeugende und Energie verbrauchende Module enthält.
Baukastensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom produzierenden Module elektrische Energie aus Solarenergie gewinnen.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsmodul (1) einen Servomotor enthält, bei dessen Betätigung zwei integrierte, gelenkig verbundene Bewegungsteile das Bewegungsmodul deformieren.
Baukastensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsmodul (1) die Form eines Quaders aufweist, der bei Bewegung seine Längenausdehnung verändert oder zu einem Parallelepiped verschoben wird.
Baukastensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsmodul (1) aus zwei rotationsfähigen zylindrischen Teilen besteht.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ebenen Seitenflächen der Steuerungsmodule (2) mit Steckbuchsen ausgestattet sind, mit denen Bewegungsinformationen ausgegeben werden können.
Baukastensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindungen aus einem männlichen Teil mit nach außen weisenden Halte- und Kontaktstiften und einem weiblichen Teil mit nach innen weisenden Halte- und Kontaktöffnungen bestehen, die jeweils mit im Inneren der Module angeordneten Leiterplatinen elektrisch verbunden sind.
Baukastensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindungen aus mehreren auf eine Modulfläche verteilten Kontaktelementen bestehen.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module durch Magnete zusammengehalten werden.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Bewegungsmodule Bausteine steckbar sind, mit denen Bewegungsparameter festlegt werden.
Baukastensystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die aufsteckbaren Bausteine Potentiometer betätigen, die sich im Inneren der Bewegungsmodule befinden und mit denen die Amplitude und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Verzögerung der vom Bewegungsmodul ausgeführten Bewegung gesteuert wird.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Modulen kleinere Passiv-Module angesteckt sind.