JP3827253B2 - 組立ブロック及び組立式玩具システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、組立ブロック及びその組立ブロックを用いた組立式玩具システムに関し、更に詳しくは、分散制御技術を用いることにより、組合せの自由度の高い玩具の構築を可能とした組立ブロックと、その組立ブロックを用いた組立式玩具システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、使用者（子供）が部品を組み立てることにより構築される玩具が数多く知られている。例えば、プラモデルがこれに該当するが、このプラモデルは予め決められた形状にのみ仕上げられ、使用者が好みの形状に仕上げることはできず、自由度の低いものであった。
【０００３】
形状の自由度が比較的高い組立式玩具として積木がある。積木は最小限の種類の組立ブロックを使用者が組合せることにより、多種類の形状を自由に創ることができ、使用者の創造性を発揮することができる。更に、各組立ブロック間の結合を強固に維持するための嵌合部を備えた積木も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、積木は上述のように形状の自由度はあるものの、組立ブロックを組み立てて完成した玩具は、動作、ライトの点灯等の能動的な行動を伴うものではなく、比較的年長の使用者の興味を引くことはできなかった。この点を解消したものとして、組立式でしかも駆動部分、ランプ等の能動的な部分を備えた組立式玩具が知られている。しかしながら、このような能動的な部分を有する組立式玩具は動作が単純で、遠隔操作で動作をＯＮ／ＯＦＦする程度の制御しか行えず、自由度の低いものであった。
【０００５】
そこで、動作、制御等の自由度が低いという欠点を解消した組立式玩具を作製する試みが為されている。しかしながら、動作、制御等の自由度を高めようとする場合、それに応じて駆動及び制御のための配線が複雑となり、しかも組立ブロック間でこれらの配線を接続しなければならないため、非常に精密で複雑な構造となってしまう。また、動作、制御等の自由度を高めるためには、プログラム可能な制御部を備える必要がある。そのため、制御部をプログラムするための手順が複雑となり、組立式玩具が対象とする年齢層の使用者がこれを行うことは実質的に不可能となってしまう。
【０００６】
本発明はこのような従来の組立式玩具の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、動作、制御等の点で自由度が高く、しかも簡単な配線及びプログラミングにより、組立式玩具を構築することができる組立ブロックを提供することである。また、本発明の他の目的は、その組立ブロックを用いた組立式玩具システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の組立ブロックは、組立式玩具を構成するために必要な複数の機能のうちの少なくとも一つを担っている。組立式玩具を構成するために必要な機能は、それぞれの組立ブロックに於いて機能発現手段によって発現される。機能発現手段としては、例えば駆動手段、センサ手段等がある。ここで、駆動手段とは、具体的にはモータ、ブザー、ソレノイド、照明装置等の、組立ブロックの外界に対して作用を発現するものをいう。また、センサ手段とは、具体的には近接センサ、方位センサ、ボリウム、スイッチ、光センサ等の、組立ブロックの外界からの情報を前記組立ブロック内に取り込むことができるものをいう。
【０００８】
本発明では、機能発現手段は制御手段によって制御される。制御手段は制御用プログラムに従って機能発現手段を制御する。制御用プログラムは記憶手段に格納しておくことができる。また、本発明の組立ブロックは、他の組立ブロックとの間で通信を行うための通信手段を有している。この通信手段として、通常の有線の他に、例えば電波、赤外線等を用いたワイヤレスの構成を採用することができる。通信手段は、例えばセンサ手段で得られたデータを他の組立ブロックに伝送する場合や、駆動手段に於ける制御データを他の組立ブロックから伝送する場合に使用される。
【０００９】
なお、機能発現手段、制御手段及び通信手段には、必要に応じてこれらの手段と同じ組立ブロック内に設けられた電源部から電圧が供給され、この電源部はその組立ブロック内に設けられた電池、充電池等である場合と、外部の電源から供給された電圧を所定電圧に変換して供給する電源である場合とがある。
【００１０】
更に、本発明の組立ブロックでは、他の組立ブロックとの物理的な結合を行って組立式玩具システムを構築するための結合手段を有している。この結合手段は、前述の通信手段がネットワーク線等の有線である場合にはその電気的接続が保持されるように構成されている。また、機能実現手段、制御手段、通信手段等に外部の電源から電圧を供給する場合には、その電圧を供給する電源線の電気的接続が保持されるように構成されている。
【００１１】
本発明の組立式玩具システムは、上述の各機能を発現し得る組立ブロックを組み立てることにより構築される。本発明の組立式玩具システムでは、各組立ブロックの通信手段によってネットワークが構成される。このネットワーク上では複数のネットワーク変数が各組立ブロックについて定義される。そして、これらのネットワーク変数は、バインディングによって相互に結合される。このバインディングによって各組立ブロックの具体的な機能が定められる。
【００１２】
本発明の組立式玩具システムでは、各組立ブロックに於ける機能発現手段の制御を行う制御手段の制御プログラムは、ネットワークに接続されたプログラム転送手段によって転送することができる。プログラム転送手段は、例えばパーソナルコンピュータによって構成してもよく、また、専用のハードウェアを用いてもよい。また、本発明のシステムでは、上述のネットワーク変数の定義とバインディングを、このプログラム転送手段によって行うことができる。
【００１３】
本発明の組立式玩具システムでは、各組立ブロックの機能発現手段の制御は、前述のように制御手段に於いて実行される制御プログラムに従って行われるが、この制御プログラムの実行中に於いても、この玩具システムの使用者の指示の下にその制御を行うための外部制御手段を備えてもよい。外部制御手段はネットワークに接続され、ネットワークを介して所定の組立ブロックの機能発現手段に対する制御情報を送出する。この外部制御手段は、例えば通信機能を備えたパーソナルコンピュータによって構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１に本発明の組立ブロックの基本構成を示す。本発明の組立ブロックは、同図に示すように、制御手段として機能するマイクロコンピュータ１を備え、マイクロコンピュータ１には、制御プログラムを格納するための記憶手段としてのメモリ２が接続されている。制御プログラムは、後述するようにプログラム転送手段によって組立ブロックの外部からメモリ２に格納される。メモリ２はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のＩＣで構成され、プログラムの実行に際して必要となるワークエリアとしても使用される。また、マイクロコンピュータ１には２本のネットワーク線３が接続されており、マイクロコンピュータ１とネットワーク線３とによって通信手段が構成されている。複数の組立ブロックの通信手段を結合することにより、本発明の組立式玩具システムに於けるネットワークが形成される。
【００１５】
マイクロコンピュータ１には電源部４から電流が供給されており、図１の例では、電源部４は２本の電源線５から供給される電流をマイクロコンピュータ１に必要な電圧に変換して供給している。
【００１６】
また、マイクロコンピュータ１にはインターフェイス部６が接続されており、インターフェイス６には駆動手段７及びセンサ手段８が接続されている。インターフェイス部６は、マイクロコンピュータ１と駆動手段７及びセンサ手段８との間の情報の授受が行えるように信号の加工を行う。インターフェイス部６、駆動手段７及びセンサ手段８にも必要に応じて電源部４から電圧が供給されている。
【００１７】
図２は組立ブロックの接続の態様を示している。各組立ブロックは１対多数の接続が可能であり、同図(a)のように電源線５とネットワーク線３とを別々に設けて接続する場合、同図(b)のように電源線とネットワーク線とを共通にして接続する場合、同図(c)のように電源は各ブロックで別々に設け、各組立ブロック間の通信を電波、赤外線などで行う場合等の態様がある。
【００１８】
図３は組立ブロックをネットワークを用いて結合して構成した組立式玩具を模式的に示している。このような組立式玩具では、各組立ブロック間の情報の授受はネットワークを介して行われる。このネットワークによれば、１つの組立ブロックが他の組立式玩具の組立ブロックとの間で情報の授受を行うことができ、所謂対戦型の玩具等の互いに有機的な関係にある複数の玩具を構成することができる。
【００１９】
図４は各組立ブロック間の結合手段、即ち各組立ブロック間の物理的な結合の態様を示している。同図(a)は電源線及びネットワーク線の接続を必要としない２つの組立ブロックを結合する場合の態様を示している。この結合態様は、組立ブロック11,12の結合すべき面11a,12aにそれぞれ凸部11bと凹部12bとを設け、この凸部11bと凹部12bとの嵌合により組立ブロック11,12の結合を行うものである。
【００２０】
図４(b)は組立ブロック13の上面の凹部に凹型電極14を形成し、その内部に磁石15を設けることにより、もう一方の組立ブロック17の下面に形成した平板電極16を引きつけて磁気回路を構成し、これによって組立ブロック13及び17の物理的結合及び電気的結合を行うものである。
【００２１】
図４(c)は組立ブロックの上面から下方に向けてネジ19を設け、このネジ19の先端に導電性材料からなる係止部材20を取り付けて、ネジ19を締めることにより係止部材20を結合すべきもう一方の組立ブロック18の上面の係止凹部21に係止させるものである。係止凹部21の内面は導電性の金属からなり、係止部材20及びネジ19との間の電気的接続が保たれている。従って、組立ブロック間の電源線又はネットワーク線は、係止凹部21、係止部材20及びネジ19を介して接続することができる。
【００２２】
図４(d)は同図(a)と同様の凹部と凸部の勘合により結合を行うものであるが、電源線又はネットワーク線の接続を必要とする場合の態様を示している。即ち、一方の組立ブロック22の台座部24に凹部25けてこの凹部25の側部に電極27を形成し、もう一方の組立ブロック23の凸部26の側部に電極28を設けるものである。そして、凹部25と凸部26との勘合により、組立ブロック22,23の結合を行うと共に、電極27と電極28との間の電気的接続を行うものである。
【００２３】
図５は比較的大きなベースブロックに複数の組立ブロックを結合した場合の態様を示している。同図の態様では、ベースブロック29に組立ブロック30,31が固定されている。ベースブロック29は他の組立ブロックを組み立てる際のベースとなる部分であり、組立ブロック30と組立ブロック31との間を電気的に接続する機能を果たし、その内部には電源線及びネットワーク線が配線されている。ベースブロック29と組立ブロック30,31との結合は、前述の図４(a)〜(d)の何れかの態様で行うことができる。
【００２４】
図６は組立ブロック32及び33をフラットケーブル34で接続した態様を示している。フラットケーブル34には電源線及びネットワーク線が含まれ、組立ブロック32及び33の間の電気的接続を行っている。また、フラットケーブル34はその長さを調節することにより、隣接する組立ブロック32,33又は他の組立ブロックを挟んで並べられた組立ブロック32,33の結合が外れないように固定する機能も果たすことができる。
【００２５】
次に、各組立ブロックに於けるプログラムについて説明する。各組立ブロックの機能は、前述のようにその組立ブロックの有する機能発現手段の種類によって予め決まる。この機能を果たすために制御手段及び通信手段が実行すべきプログラムは、予め組立ブロック内の記憶手段に格納されている。このプログラムには、その組立ブロックの内部で完結する部分と、外部の他の組立ブロックとの情報の授受が必要な部分とがあり、外部との情報の授受が必要な場合には、通信手段による交信が行われる。
【００２６】
この交信は、各組立ブロックの通信手段を互いに接続することにより形成されるネットワーク上で定義されたネットワーク変数を用いて行われる。そして、各組立ブロックの各ネットワーク変数をどの組立ブロックのネットワークに接続するかによって、その組立ブロックの機能が具体的に定められる。このようなネットワーク変数間の接続は、バインディングと称されている。
【００２７】
ネットワーク変数間のバインディングについて、図７を用いて説明する。同図に於いて、ネットワーク変数は白抜きの矢印で表され、その矢印の方向によって情報の伝達方向が表される。即ち、組立ブロックＡは出力用のネットワーク変数a-out1、a-out2と、入力用のネットワーク変数a-in1、a-in2とによる通信を行う。組立ブロックＢ、Ｃについても同様である。各組立ブロックバインディングに際しては、一つのネットワーク変数から複数のネットワーク変数への出力が可能であり、また、一つのネットワーク変数への複数のネットワーク変数からの入力が可能である。更に、複数のネットワーク変数から複数のネットワーク変数への入力も可能である。このようなネットワーク変数の定義とバインディングは、例えばネットワークに接続されたプログラム転送手段によって行われる。プログラム転送手段は、前述のようにパーソナルコンピュータ又は専用のハードウエアによって構成される。
【００２８】
なお、図７に於いてネットワーク変数の間を接続している実線は実際の配線を表しているのではなく、単に情報の入出力先を示すものであり、実際には全てネットワークを介して情報の授受が行われる。
【００２９】
また、何も接続されていないネットワーク変数a-out2、c-out1及びc-in1は、それぞれの組立ブロックについて定義はされているが、図７のようにバインディングされたプログラムでは使用されていないネットワーク変数であり、これらの使用されていないネットワーク変数は、機能発現手段に於ける具体的な機能が変更された場合には、使用される可能性があるものである。換言すれば、各組立ブロックについてどのようなネットワーク変数が定義されているかによって、その組立ブロックが本来的に備えている機能が定まり、ネットワーク変数のバインディングの態様によって、その組立ブロックが備えている機能のうちの何れを使用するかが定まるのである。
【００３０】
図８にネットワーク変数間のバインディングの具体例を示す。同図では、機能機能発現手段として駆動輪35aを取り付けたモータ35を有する組立ブロック36と、機能機能発現手段として光センサ37を備えた組立ブロック38と、近接センサ39を備えた組立ブロック40とによって一つの組立式玩具が構成されている。組立ブロック36はモータ35をそれぞれ正転及び逆転させるネットワーク変数「正転」及び「逆転」によって制御される。また、組立ブロック38は光センサ37が所定レベル以上の光を検出したことを示すネットワーク変数「光検出」を出力する。同様に、組立ブロック40は近接センサ39が所定距離内に障害物の存在を検出したことを示すネットワーク変数「障害物検出」を出力する。そして、組立ブロック38のネットワーク変数「光検出」と組立ブロック36のネットワーク変数「正転」とがバインディングされ、組立ブロック40のネットワーク変数「障害物検出」と組立ブロック36のネットワーク変数「逆転」とがバインディングされている。このようなネットワーク変数のバインディングにより、光を当てると前進し、障害物を検出すると後退する動作を行う玩具が完成する。このように、種々の機能発現手段を有する組立ブロックを組み合わせてそのネットワーク変数を組み合わせることにより、自立的に動作を行う玩具を構成することが可能となる。
【００３１】
図９(a)の玩具は、図８に於ける組立ブロック38及び40に代えて、リモートコントローラとして機能する組立ブロック43を用いたものである。組立ブロック43は機能発現手段として２つのボリウム41,42、２つのスイッチ44,45を備えている。組立ブロック43はそれぞれスイッチ44及び45がＯＮに設定されたことを示すネットワーク変数「スイッチ１」及び「スイッチ２」と、ボリウム41,42のそれぞれの値を表すネットワーク変数「ボリウム１」及び「ボリウム２」を出力する。ネットワーク変数「スイッチ１」は組立ブロック36のネットワーク変数「正転」にバインディングされ、ネットワーク変数「スイッチ２」はネットワーク変数「反転」にバインディングされる。この構成により、スイッチ44をＯＮにすると前進し、スイッチ２をＯＮにすると後退する玩具が完成する。
【００３２】
更に、図９(b)は、同図(a)のリモートコントローラの機能をパーソナルコンピュータ57によって行わせるように構成した玩具を示しており、同図(a)の組立ブロック36に加えて、図８の光センサ37を備えた組立ブロック38と、近接センサ39を備えた組立ブロック40とを備えている。そして、組立ブロック38のネットワーク変数「光検出」はパーソナルコンピュータ57のネットワーク変数「センサ１」にバインディングされ、組立ブロック39のネットワーク変数「障害物検出」はパーソナルコンピュータ57のネットワーク変数「センサ２」にバインディングされる。また、組立ブロック36のネットワーク変数「正転」及び「反転」には、パーソナルコンピュータ57のネットワーク変数「指令１」及び「指令２」がそれぞれバインディングされる。
【００３３】
このようにパーソナルコンピュータ57を用いた構成により、組立ブロック38の光センサ37からの情報、又は組立ブロック40の近接センサ39からの情報に基づいて組立ブロック36のモータ35の制御を行うように構成することができ、また、光センサ37又は近接センサ39からの情報によらずに、この玩具の使用者の判断により組立ブロック36の動作を制御するように構成することもできる。
【００３４】
上述のようなネットワーク変数を用いたプログラム手法は、ＬＯＮ（Local Operating Network）と称される技術によって実現され、ＬＯＮについては多数の文献に紹介されている（例えば、All About Lon, 坂上建郎, COMPUTER DESGINE,
JUNE, 1991）。
【００３５】
なお、図９(b)ではパーソナルコンピュータ57はリモートコントローラとして機能する組立ブロック43に代わるものとして説明したが、パーソナルコンピュータ57は前述の外部制御手段として捕らえることもできる。即ち、図９(b)のようなネットワーク変数のバインディングにより、通常では図８の玩具と同様に制御手段で実行される制御プログラムによって自立的に動作を行わせておき、必要に応じて玩具の使用者がパーソナルコンピュータ57のキーボードから制御情報を入力することにより、組立ブロック36の機能発現手段であるモータ35の制御を変更することができる。更に、パーソナルコンピュータ57は、ネットワーク変数の定義とバインディングを行うためのプログラム転送手段としても使用することもできる。
【００３６】
【実施例】
次に、実際に本発明に係る組立ブロックを用いた組立玩具システムの実施例について説明する。本実施例では、図11に示すブルトーザ100の玩具を例にとって説明する。図10は本実施例のブルトーザ100の組立に必要な部品を示している。図10(a)は駆動ブロック46aを示している。この駆動ブロック46aは、後述するようにその内部にＤＣ−モータ（図示せず）を有し、そのモータには軸56が取り付けられている。本実施例では３つの駆動ブロック46a〜cが用いられている。後述するように、駆動ブロック46a及び46bは全く同じ機能を果たし、駆動ブロック46cは駆動ブロック46a及び46bとは異なる機能を果たしている。図10(b)は他の組立ブロックに電力を供給する電源ブロック47であり、同図(c)は通信用の赤外送受信部48aを有する赤外線通信ブロック48である。また、同図(d)は他のブロックを取り付けて固定するためのベースブロック49aであり、本実施例では、全く同じ２つのベースブロック49a及び49bが使用される。同図(e)はボリウム50a、50b及び50cを有する赤外線リモートコントローラ50である。図10(a),(c)〜(e)に示すブロックが本発明に言う組立ブロックである。
【００３７】
図10(f)〜(j)はブルトーザ100を組み立てるのに必要な部品であり、それぞれスプローケット51、車輪52、キャタピラ53、ブレード54及びフラットケーブル55である。
【００３８】
図11は図10の部品を使用して組み立てたブルトーザ100の外観を示しており、同図(a)はその側面図、(b)は背面図、(c)は底面図である。本実施例に係るブルトーザ100では、図11(a)〜(c)に示すように、２つのベースブロック49a,49bの間に、３つの駆動ブロック46a〜cと、電源ブロック47と、赤外線通信ブロック48とが取り付けられる。これらの組立ブロック46a〜c、47、48とベースブロック49a,49bとは図４(b)〜(d)に示す何れかの態様で結合され、各ブロック46a〜c、47、48の電源線及びネットワーク線が、ベースブロック49a,49b内の電源線及びネットワーク線に接続されている。
【００３９】
２つの駆動ブロック46a、46bはベースブロック49a,49bの後部に取り付けられ、その軸56にはスプローケット51が取り付けられる。また、電源ブロック47は一方のベースブロック49bに取り付けられ、赤外線通信ブロック48及び駆動ブロック46cはもう一方のベースブロック49aに取り付けられる。２つの駆動ブロック46a、46bの間、及び電源ブロック47と赤外線通信ブロック48の間は、前述の図４(a)に示す態様で結合される。
【００４０】
２つのベースブロック49a,49bの外側には車輪52、52…が取り付けられ、駆動ブロック46cの軸56にはブレード54が取り付けられる。最後に、２つのベースブロック49a,49bの間にフラットケーブル55が接続され、それぞれのベースブロック49a,49b内の電源線及びネットワーク線がそれぞれ接続される。これにより、本実施例に於ける電源線及びネットワーク線の配線が完了する。なお、本実施例ではフラットケーブル55は２つのベースブロック49a,49bを固定する機能も果たしている。
【００４１】
図12(a)及び(b)は、それぞれ駆動ブロック46a〜cの内部の概略構成を示す平面図及び側面図である。駆動ブロック46a〜cは、同図(a)及び(b)に示すように、回路基板67とウォーム61を取り付けたＤＣ−モータ62とを有し、ウォーム61はホイール軸68aに取り付けたホイール68に螺合している。また、ホイール軸68aにはスリット円盤63が取り付けられ、このスリット円盤63の周縁部には２つのフォトインターラプタ64a,64bが取り付けられている。フォトインターラプタ64a,64bは軸56の回転角度を検出するために設けられている。
【００４２】
図13は駆動ブロック46a〜cの回路を模式的に示している。駆動ブロック46a〜cは、同図に示すように、制御手段及び通信手段を構成するＣＰＵ70が設けられ、ＣＰＵ70には前述のフォトインターラプタ64a,64bが接続されている。また、ＣＰＵ70にはＭＯＳ−ＦＥＴブリッジ71が接続され、ブリッジ71によって前述のＤＣ−モータ62が駆動される。更に、ＣＰＵ70には通信手段を構成するＲＳ−４８５インターフェイス72が接続されている。また、本実施例では電源部として機能する安定化回路73が設けられ、安定化回路73は電源ブロック47から電源線を介して供給される電圧を必要な電圧に変換してＣＰＵ70、ＤＣ−モータ62等に供給している。
【００４３】
図14は図13の回路を有するブロックを回転速度制御モードで使用する場合の構成を模式的に示している。回転速度制御モードは、本実施例では駆動ブロック46a及び46bとしてのモードであり、本実施例のブルトーザ100の前進、後退、旋回等の動きを行うための駆動源として駆動ブロック46a及び46bを機能させる場合のモードである。回転速度制御モードでは、「正補正」、「負補正」、「正速度」及び「負速度」がネットワーク変数として用いられる。
【００４４】
図15(a)〜(d)は回転速度制御モードに於けるＭＯＳ−ＦＥＴブリッジ71（図13）の４つのＦＥＴへの入力波形を表している。モータ62を時計回りの方向に回転させる場合には、図15(a)に示すようにＶA及びＶDに矩形波が入力され、反時計回りの方向に回転させる場合には、図15(c)に示すようにＶB及びＶCに矩形波が入力される。また、図15(b)及び(d)に示すように、最大速度でモータ62を回転させる場合には、直流が用いられる。
【００４５】
一方、図16は図13の回路を有するブロックを角度制御モードで使用する場合の構成を模式的に示している。角度制御モードは、本実施例では駆動ブロック46cとしてのモードであり、本実施例のブルトーザ100のブレード54を上下させる駆動源として駆動ブロック46cを機能させる場合のモードである。角度制御モードでは、「正補正」、「負補正」、「正位置」及び「負位置」がネットワーク変数として用いられる。
【００４６】
図17(a)及び(b)は、角度制御モードに於けるモータ62の回転角度の検出を行う場合のフォトインターラプタ64a及び64b（図13）からの入力波形を、それぞれＡ相及びＢ相として表したものである。同図に示すように、Ａ相及びＢ相の位相のずれによってモータ62の回転角度が検出される。ＣＰＵ70はＡ相及びＢ相の入力波形によってモータ62の回転角度を求め、その結果に基づいてＭＯＳ−ＦＥＴブリッジ71への入力波形を決定する。
【００４７】
図18は、赤外線通信ブロック48の回路を模式的に示している。赤外線通信ブロック48に於ける赤外送受信部48aは赤外線による信号を受信する赤外ダイオード75aと、赤外線による信号を発信する赤外ＬＥＤ75bとによって構成されている。赤外ダイオード75a及び赤外ＬＥＤ75bはそれぞれＣＰＵ76に接続されている。また、ＣＰＵ76には通信手段を構成するＲＳ−４８５インターフェイス77が接続されている。更に本実施例では、電源部として機能する安定化回路78が設けられ、安定化回路78は電源ブロック47から電源線を介して供給される電圧を必要な電圧に変換して、ＣＰＵ76、赤外ダイオード75a、赤外ＬＥＤ75b、ＲＳ−４８５インターフェイス77等に供給している。本実施例では、赤外線通信ブロック48は赤外線リモートコントローラ50との間で制御情報の授受を行うのに使用される。
【００４８】
図19は電源ブロック47の回路を模式的に示している。同図に示すように、本実施例では電源ブロック47は充電池81と充電回路82とによって構成され、ブルトーザ100を使用していない時に充電回路82から充電池81に充電を行い、ブルトーザ100の使用時には充電池81から電力の供給が行われる。
【００４９】
図20は赤外線リモートコントローラ50（図13）の回路を模式的に示している。本実施例では、図20に示すように、ボリウム50a、50b及び50cはＡ／Ｄ変換器85を介してＣＰＵ86に接続され、また、ＣＰＵ86には赤外送受信部87の赤外ダイオード87aと赤外ＬＥＤ87bとが接続されている。Ａ／Ｄ変換器85はボリウム50a、50b及び50cの位置情報をディジタル値としてＣＰＵ86に入力し、ＣＰＵ86はこの位置情報に基づいて駆動ブロック46a,46b及び46cに送信すべきモータ62の制御情報を生成し、これを赤外ＬＥＤ87bから赤外線通信ブロック48の赤外ダイオード75aに向けて送信する。この制御情報は、各ブロックの通信手段によって構成されるネットワークを介して駆動ブロック46a,46b,46cに伝送される。
【００５０】
図21は、駆動ブロック46a,46b及び46cのネットワーク変数と、赤外線リモートコントローラ50のネットワーク変数とのバインディングの様子を示している。リモートコントローラ50のボリウム50cはブルトーザ100のブレード５４の位置を規定するものであり、その位置情報はネットワーク変数「ボリウム１」として出力される。この変数「ボリウム１」は駆動ブロック46cの入力ネットワーク変数「正位置」にバインディングされる。
【００５１】
また、リモートコントローラ50のボリウム50aはブルトーザ100の前進及び後退並びにその速度を規定するものであり、その位置情報はネットワーク変数「ボリウム２」として出力される。この変数「ボリウム２」は、駆動ブロック46aの入力ネットワーク変数「正速度」と、駆動ブロック46bの入力ネットワーク変数「負速度」とにバインディングされる。ここで、変数「ボリウム２」が駆動ブロック46bの変数「正速度」ではなく「負速度」にバインディングされるのは、図11に示すように駆動ブロック46aと駆動ブロック46bとが互いに逆向きに結合されているからである。
【００５２】
更に、リモートコントローラ50のボリウム50bはブルトーザ100の進行方向を規定するものであり、その位置情報はネットワーク変数「ボリウム３」として出力される。この変数「ボリウム３」は、駆動ブロック46aの入力ネットワーク変数「正補正」と、駆動ブロック46bの入力ネットワーク変数「正補正」とにバインディングされる。
【００５３】
本実施例では、このようなネットワーク変数の定義とバインディングは、ネットワークに接続するための無線又は有線の通信手段を有するパーソナルコンピュータ（図示せず）によって行われる。
【００５４】
このようなネットワーク変数のバインディングにより、前進、後退、右旋回、左旋回及びブレード54の上下の動作が可能なブルトーザ100が完成する。このように、本実施例のブルトーザ100では、電源線とネットワーク線を用いた簡単な配線により、複雑な動作を行うことが可能となっている。また、同様の機能を有する組立ブロックを用い、他の簡単な部品を追加するだけで、例えば自動車、トラック、ショベルカー、機関車等に組み替えることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の組立ブロックは組立式玩具の種々の機能を発現するための機能発現手段と、この機能発現手段を制御する制御手段と、他の組立ブロックとの間の通信をネットワークを介して行うための通信手段とによって構成されているので、簡単な配線で動作、制御等の自由度が高い玩具を組み立てることができる。また、各組立ブロックは種々の玩具で共通の機能を有しているので、比較的少ない種類の組立ブロックを目的に合わせて適宜組み合わせることにより、異なる種々の組立式玩具を得ることができる。
【００５６】
また、本発明の組立式玩具システムは、非常に簡単なプログラミングで複雑な動作、制御等を行わせるとができるので、比較的低い年齢層の使用者にも容易に受け入れられる。更に、プログラミングを改良することにより、年齢層に応じた複雑な動作、制御等を行わせることができる。従って、本発明の組立ブロック及び組立式玩具システムは、幅広い年齢層の使用者に好適な知育玩具である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組立ブロックの基本構成を示す図である。
【図２】組立ブロックの接続の態様を示す図である。
【図３】組立ブロックをネットワークを用いて結合して構成した組立式玩具の模式図である。
【図４】 (a)〜(d)は組立ブロック間の物理的な結合の態様を示した図である。
【図５】ベースブロックに複数の組立ブロックを結合した場合の態様を示す斜視図である。
【図６】組立ブロックをフラットケーブルで接続した態様を示す斜視図である。
【図７】ネットワーク変数間のバインディングについての説明図である。
【図８】ネットワーク変数間のバインディングの具体例を示す図である。
【図９】 (a)はリモートコントローラのネットワーク変数と組立ブロックのネットワーク変数とのバインディングの具体例を示す図、(b)はパーソナルコンピュータと組立ブロックとの間でネットワーク変数をバインディングする場合の具体例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るブルトーザの組立に必要な部品を示す図である。
【図１１】 (a)〜(c)はそれぞれ本発明の一実施例に係るブルトーザの外観を示す側面図、背面図、及び底面図である。
【図１２】 (a)及び(b)は、それぞれ駆動ブロック46a〜cの内部の概略構成を示す側面図及び平面図である。
【図１３】駆動ブロックの回路を示す模式図である。
【図１４】図13の回路を有するブロックを回転速度制御モードで使用する場合の構成を模式的に示す図である。
【図１５】駆動ブロックを回転速度制御モードで使用した場合のＭＯＳ−ＦＥＴブリッジの４つのＦＥＴへの入力波形を表す図である。
【図１６】図13の回路を有するブロックを角度制御モードで使用する場合の構成を模式的に示す図である。
【図１７】 (a)及び(b)は、角度制御モードに於けるモータの回転角度の検出を行う場合のフォトインターラプタからの入力波形を表す図である。
【図１８】赤外線通信ブロックの回路の模式図である。
【図１９】電源ブロックの回路の模式図である。
【図２０】赤外線リモートコントローラの回路の模式図である。
【図２１】駆動ブロックのネットワーク変数と、赤外線リモートコントローラのネットワーク変数とのバインディングの様子を示す図である。
【符号の説明】
１…マイクロコンピュータ
２…メモリ
３…ネットワーク線
４…電源部
６…インターフェイス部
７…駆動手段
８…センサ手段
46a,46b,46c…駆動ブロック
47…電源ブロック
48…赤外線通信ブロック
48a…赤外送受信部
49a,49b…ベースブロック
50…リモートコントローラ
75a…赤外ダイオード
75b…赤外ＬＥＤ
77…ＲＳ−４８５インターフェイス
100…ブルトーザ
【発明の属する技術分野】
この発明は、組立ブロック及びその組立ブロックを用いた組立式玩具システムに関し、更に詳しくは、分散制御技術を用いることにより、組合せの自由度の高い玩具の構築を可能とした組立ブロックと、その組立ブロックを用いた組立式玩具システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、使用者（子供）が部品を組み立てることにより構築される玩具が数多く知られている。例えば、プラモデルがこれに該当するが、このプラモデルは予め決められた形状にのみ仕上げられ、使用者が好みの形状に仕上げることはできず、自由度の低いものであった。
【０００３】
形状の自由度が比較的高い組立式玩具として積木がある。積木は最小限の種類の組立ブロックを使用者が組合せることにより、多種類の形状を自由に創ることができ、使用者の創造性を発揮することができる。更に、各組立ブロック間の結合を強固に維持するための嵌合部を備えた積木も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、積木は上述のように形状の自由度はあるものの、組立ブロックを組み立てて完成した玩具は、動作、ライトの点灯等の能動的な行動を伴うものではなく、比較的年長の使用者の興味を引くことはできなかった。この点を解消したものとして、組立式でしかも駆動部分、ランプ等の能動的な部分を備えた組立式玩具が知られている。しかしながら、このような能動的な部分を有する組立式玩具は動作が単純で、遠隔操作で動作をＯＮ／ＯＦＦする程度の制御しか行えず、自由度の低いものであった。
【０００５】
そこで、動作、制御等の自由度が低いという欠点を解消した組立式玩具を作製する試みが為されている。しかしながら、動作、制御等の自由度を高めようとする場合、それに応じて駆動及び制御のための配線が複雑となり、しかも組立ブロック間でこれらの配線を接続しなければならないため、非常に精密で複雑な構造となってしまう。また、動作、制御等の自由度を高めるためには、プログラム可能な制御部を備える必要がある。そのため、制御部をプログラムするための手順が複雑となり、組立式玩具が対象とする年齢層の使用者がこれを行うことは実質的に不可能となってしまう。
【０００６】
本発明はこのような従来の組立式玩具の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、動作、制御等の点で自由度が高く、しかも簡単な配線及びプログラミングにより、組立式玩具を構築することができる組立ブロックを提供することである。また、本発明の他の目的は、その組立ブロックを用いた組立式玩具システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の組立ブロックは、組立式玩具を構成するために必要な複数の機能のうちの少なくとも一つを担っている。組立式玩具を構成するために必要な機能は、それぞれの組立ブロックに於いて機能発現手段によって発現される。機能発現手段としては、例えば駆動手段、センサ手段等がある。ここで、駆動手段とは、具体的にはモータ、ブザー、ソレノイド、照明装置等の、組立ブロックの外界に対して作用を発現するものをいう。また、センサ手段とは、具体的には近接センサ、方位センサ、ボリウム、スイッチ、光センサ等の、組立ブロックの外界からの情報を前記組立ブロック内に取り込むことができるものをいう。
【０００８】
本発明では、機能発現手段は制御手段によって制御される。制御手段は制御用プログラムに従って機能発現手段を制御する。制御用プログラムは記憶手段に格納しておくことができる。また、本発明の組立ブロックは、他の組立ブロックとの間で通信を行うための通信手段を有している。この通信手段として、通常の有線の他に、例えば電波、赤外線等を用いたワイヤレスの構成を採用することができる。通信手段は、例えばセンサ手段で得られたデータを他の組立ブロックに伝送する場合や、駆動手段に於ける制御データを他の組立ブロックから伝送する場合に使用される。
【０００９】
なお、機能発現手段、制御手段及び通信手段には、必要に応じてこれらの手段と同じ組立ブロック内に設けられた電源部から電圧が供給され、この電源部はその組立ブロック内に設けられた電池、充電池等である場合と、外部の電源から供給された電圧を所定電圧に変換して供給する電源である場合とがある。
【００１０】
更に、本発明の組立ブロックでは、他の組立ブロックとの物理的な結合を行って組立式玩具システムを構築するための結合手段を有している。この結合手段は、前述の通信手段がネットワーク線等の有線である場合にはその電気的接続が保持されるように構成されている。また、機能実現手段、制御手段、通信手段等に外部の電源から電圧を供給する場合には、その電圧を供給する電源線の電気的接続が保持されるように構成されている。
【００１１】
本発明の組立式玩具システムは、上述の各機能を発現し得る組立ブロックを組み立てることにより構築される。本発明の組立式玩具システムでは、各組立ブロックの通信手段によってネットワークが構成される。このネットワーク上では複数のネットワーク変数が各組立ブロックについて定義される。そして、これらのネットワーク変数は、バインディングによって相互に結合される。このバインディングによって各組立ブロックの具体的な機能が定められる。
【００１２】
本発明の組立式玩具システムでは、各組立ブロックに於ける機能発現手段の制御を行う制御手段の制御プログラムは、ネットワークに接続されたプログラム転送手段によって転送することができる。プログラム転送手段は、例えばパーソナルコンピュータによって構成してもよく、また、専用のハードウェアを用いてもよい。また、本発明のシステムでは、上述のネットワーク変数の定義とバインディングを、このプログラム転送手段によって行うことができる。
【００１３】
本発明の組立式玩具システムでは、各組立ブロックの機能発現手段の制御は、前述のように制御手段に於いて実行される制御プログラムに従って行われるが、この制御プログラムの実行中に於いても、この玩具システムの使用者の指示の下にその制御を行うための外部制御手段を備えてもよい。外部制御手段はネットワークに接続され、ネットワークを介して所定の組立ブロックの機能発現手段に対する制御情報を送出する。この外部制御手段は、例えば通信機能を備えたパーソナルコンピュータによって構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１に本発明の組立ブロックの基本構成を示す。本発明の組立ブロックは、同図に示すように、制御手段として機能するマイクロコンピュータ１を備え、マイクロコンピュータ１には、制御プログラムを格納するための記憶手段としてのメモリ２が接続されている。制御プログラムは、後述するようにプログラム転送手段によって組立ブロックの外部からメモリ２に格納される。メモリ２はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のＩＣで構成され、プログラムの実行に際して必要となるワークエリアとしても使用される。また、マイクロコンピュータ１には２本のネットワーク線３が接続されており、マイクロコンピュータ１とネットワーク線３とによって通信手段が構成されている。複数の組立ブロックの通信手段を結合することにより、本発明の組立式玩具システムに於けるネットワークが形成される。
【００１５】
マイクロコンピュータ１には電源部４から電流が供給されており、図１の例では、電源部４は２本の電源線５から供給される電流をマイクロコンピュータ１に必要な電圧に変換して供給している。
【００１６】
また、マイクロコンピュータ１にはインターフェイス部６が接続されており、インターフェイス６には駆動手段７及びセンサ手段８が接続されている。インターフェイス部６は、マイクロコンピュータ１と駆動手段７及びセンサ手段８との間の情報の授受が行えるように信号の加工を行う。インターフェイス部６、駆動手段７及びセンサ手段８にも必要に応じて電源部４から電圧が供給されている。
【００１７】
図２は組立ブロックの接続の態様を示している。各組立ブロックは１対多数の接続が可能であり、同図(a)のように電源線５とネットワーク線３とを別々に設けて接続する場合、同図(b)のように電源線とネットワーク線とを共通にして接続する場合、同図(c)のように電源は各ブロックで別々に設け、各組立ブロック間の通信を電波、赤外線などで行う場合等の態様がある。
【００１８】
図３は組立ブロックをネットワークを用いて結合して構成した組立式玩具を模式的に示している。このような組立式玩具では、各組立ブロック間の情報の授受はネットワークを介して行われる。このネットワークによれば、１つの組立ブロックが他の組立式玩具の組立ブロックとの間で情報の授受を行うことができ、所謂対戦型の玩具等の互いに有機的な関係にある複数の玩具を構成することができる。
【００１９】
図４は各組立ブロック間の結合手段、即ち各組立ブロック間の物理的な結合の態様を示している。同図(a)は電源線及びネットワーク線の接続を必要としない２つの組立ブロックを結合する場合の態様を示している。この結合態様は、組立ブロック11,12の結合すべき面11a,12aにそれぞれ凸部11bと凹部12bとを設け、この凸部11bと凹部12bとの嵌合により組立ブロック11,12の結合を行うものである。
【００２０】
図４(b)は組立ブロック13の上面の凹部に凹型電極14を形成し、その内部に磁石15を設けることにより、もう一方の組立ブロック17の下面に形成した平板電極16を引きつけて磁気回路を構成し、これによって組立ブロック13及び17の物理的結合及び電気的結合を行うものである。
【００２１】
図４(c)は組立ブロックの上面から下方に向けてネジ19を設け、このネジ19の先端に導電性材料からなる係止部材20を取り付けて、ネジ19を締めることにより係止部材20を結合すべきもう一方の組立ブロック18の上面の係止凹部21に係止させるものである。係止凹部21の内面は導電性の金属からなり、係止部材20及びネジ19との間の電気的接続が保たれている。従って、組立ブロック間の電源線又はネットワーク線は、係止凹部21、係止部材20及びネジ19を介して接続することができる。
【００２２】
図４(d)は同図(a)と同様の凹部と凸部の勘合により結合を行うものであるが、電源線又はネットワーク線の接続を必要とする場合の態様を示している。即ち、一方の組立ブロック22の台座部24に凹部25けてこの凹部25の側部に電極27を形成し、もう一方の組立ブロック23の凸部26の側部に電極28を設けるものである。そして、凹部25と凸部26との勘合により、組立ブロック22,23の結合を行うと共に、電極27と電極28との間の電気的接続を行うものである。
【００２３】
図５は比較的大きなベースブロックに複数の組立ブロックを結合した場合の態様を示している。同図の態様では、ベースブロック29に組立ブロック30,31が固定されている。ベースブロック29は他の組立ブロックを組み立てる際のベースとなる部分であり、組立ブロック30と組立ブロック31との間を電気的に接続する機能を果たし、その内部には電源線及びネットワーク線が配線されている。ベースブロック29と組立ブロック30,31との結合は、前述の図４(a)〜(d)の何れかの態様で行うことができる。
【００２４】
図６は組立ブロック32及び33をフラットケーブル34で接続した態様を示している。フラットケーブル34には電源線及びネットワーク線が含まれ、組立ブロック32及び33の間の電気的接続を行っている。また、フラットケーブル34はその長さを調節することにより、隣接する組立ブロック32,33又は他の組立ブロックを挟んで並べられた組立ブロック32,33の結合が外れないように固定する機能も果たすことができる。
【００２５】
次に、各組立ブロックに於けるプログラムについて説明する。各組立ブロックの機能は、前述のようにその組立ブロックの有する機能発現手段の種類によって予め決まる。この機能を果たすために制御手段及び通信手段が実行すべきプログラムは、予め組立ブロック内の記憶手段に格納されている。このプログラムには、その組立ブロックの内部で完結する部分と、外部の他の組立ブロックとの情報の授受が必要な部分とがあり、外部との情報の授受が必要な場合には、通信手段による交信が行われる。
【００２６】
この交信は、各組立ブロックの通信手段を互いに接続することにより形成されるネットワーク上で定義されたネットワーク変数を用いて行われる。そして、各組立ブロックの各ネットワーク変数をどの組立ブロックのネットワークに接続するかによって、その組立ブロックの機能が具体的に定められる。このようなネットワーク変数間の接続は、バインディングと称されている。
【００２７】
ネットワーク変数間のバインディングについて、図７を用いて説明する。同図に於いて、ネットワーク変数は白抜きの矢印で表され、その矢印の方向によって情報の伝達方向が表される。即ち、組立ブロックＡは出力用のネットワーク変数a-out1、a-out2と、入力用のネットワーク変数a-in1、a-in2とによる通信を行う。組立ブロックＢ、Ｃについても同様である。各組立ブロックバインディングに際しては、一つのネットワーク変数から複数のネットワーク変数への出力が可能であり、また、一つのネットワーク変数への複数のネットワーク変数からの入力が可能である。更に、複数のネットワーク変数から複数のネットワーク変数への入力も可能である。このようなネットワーク変数の定義とバインディングは、例えばネットワークに接続されたプログラム転送手段によって行われる。プログラム転送手段は、前述のようにパーソナルコンピュータ又は専用のハードウエアによって構成される。
【００２８】
なお、図７に於いてネットワーク変数の間を接続している実線は実際の配線を表しているのではなく、単に情報の入出力先を示すものであり、実際には全てネットワークを介して情報の授受が行われる。
【００２９】
また、何も接続されていないネットワーク変数a-out2、c-out1及びc-in1は、それぞれの組立ブロックについて定義はされているが、図７のようにバインディングされたプログラムでは使用されていないネットワーク変数であり、これらの使用されていないネットワーク変数は、機能発現手段に於ける具体的な機能が変更された場合には、使用される可能性があるものである。換言すれば、各組立ブロックについてどのようなネットワーク変数が定義されているかによって、その組立ブロックが本来的に備えている機能が定まり、ネットワーク変数のバインディングの態様によって、その組立ブロックが備えている機能のうちの何れを使用するかが定まるのである。
【００３０】
図８にネットワーク変数間のバインディングの具体例を示す。同図では、機能機能発現手段として駆動輪35aを取り付けたモータ35を有する組立ブロック36と、機能機能発現手段として光センサ37を備えた組立ブロック38と、近接センサ39を備えた組立ブロック40とによって一つの組立式玩具が構成されている。組立ブロック36はモータ35をそれぞれ正転及び逆転させるネットワーク変数「正転」及び「逆転」によって制御される。また、組立ブロック38は光センサ37が所定レベル以上の光を検出したことを示すネットワーク変数「光検出」を出力する。同様に、組立ブロック40は近接センサ39が所定距離内に障害物の存在を検出したことを示すネットワーク変数「障害物検出」を出力する。そして、組立ブロック38のネットワーク変数「光検出」と組立ブロック36のネットワーク変数「正転」とがバインディングされ、組立ブロック40のネットワーク変数「障害物検出」と組立ブロック36のネットワーク変数「逆転」とがバインディングされている。このようなネットワーク変数のバインディングにより、光を当てると前進し、障害物を検出すると後退する動作を行う玩具が完成する。このように、種々の機能発現手段を有する組立ブロックを組み合わせてそのネットワーク変数を組み合わせることにより、自立的に動作を行う玩具を構成することが可能となる。
【００３１】
図９(a)の玩具は、図８に於ける組立ブロック38及び40に代えて、リモートコントローラとして機能する組立ブロック43を用いたものである。組立ブロック43は機能発現手段として２つのボリウム41,42、２つのスイッチ44,45を備えている。組立ブロック43はそれぞれスイッチ44及び45がＯＮに設定されたことを示すネットワーク変数「スイッチ１」及び「スイッチ２」と、ボリウム41,42のそれぞれの値を表すネットワーク変数「ボリウム１」及び「ボリウム２」を出力する。ネットワーク変数「スイッチ１」は組立ブロック36のネットワーク変数「正転」にバインディングされ、ネットワーク変数「スイッチ２」はネットワーク変数「反転」にバインディングされる。この構成により、スイッチ44をＯＮにすると前進し、スイッチ２をＯＮにすると後退する玩具が完成する。
【００３２】
更に、図９(b)は、同図(a)のリモートコントローラの機能をパーソナルコンピュータ57によって行わせるように構成した玩具を示しており、同図(a)の組立ブロック36に加えて、図８の光センサ37を備えた組立ブロック38と、近接センサ39を備えた組立ブロック40とを備えている。そして、組立ブロック38のネットワーク変数「光検出」はパーソナルコンピュータ57のネットワーク変数「センサ１」にバインディングされ、組立ブロック39のネットワーク変数「障害物検出」はパーソナルコンピュータ57のネットワーク変数「センサ２」にバインディングされる。また、組立ブロック36のネットワーク変数「正転」及び「反転」には、パーソナルコンピュータ57のネットワーク変数「指令１」及び「指令２」がそれぞれバインディングされる。
【００３３】
このようにパーソナルコンピュータ57を用いた構成により、組立ブロック38の光センサ37からの情報、又は組立ブロック40の近接センサ39からの情報に基づいて組立ブロック36のモータ35の制御を行うように構成することができ、また、光センサ37又は近接センサ39からの情報によらずに、この玩具の使用者の判断により組立ブロック36の動作を制御するように構成することもできる。
【００３４】
上述のようなネットワーク変数を用いたプログラム手法は、ＬＯＮ（Local Operating Network）と称される技術によって実現され、ＬＯＮについては多数の文献に紹介されている（例えば、All About Lon, 坂上建郎, COMPUTER DESGINE,
JUNE, 1991）。
【００３５】
なお、図９(b)ではパーソナルコンピュータ57はリモートコントローラとして機能する組立ブロック43に代わるものとして説明したが、パーソナルコンピュータ57は前述の外部制御手段として捕らえることもできる。即ち、図９(b)のようなネットワーク変数のバインディングにより、通常では図８の玩具と同様に制御手段で実行される制御プログラムによって自立的に動作を行わせておき、必要に応じて玩具の使用者がパーソナルコンピュータ57のキーボードから制御情報を入力することにより、組立ブロック36の機能発現手段であるモータ35の制御を変更することができる。更に、パーソナルコンピュータ57は、ネットワーク変数の定義とバインディングを行うためのプログラム転送手段としても使用することもできる。
【００３６】
【実施例】
次に、実際に本発明に係る組立ブロックを用いた組立玩具システムの実施例について説明する。本実施例では、図11に示すブルトーザ100の玩具を例にとって説明する。図10は本実施例のブルトーザ100の組立に必要な部品を示している。図10(a)は駆動ブロック46aを示している。この駆動ブロック46aは、後述するようにその内部にＤＣ−モータ（図示せず）を有し、そのモータには軸56が取り付けられている。本実施例では３つの駆動ブロック46a〜cが用いられている。後述するように、駆動ブロック46a及び46bは全く同じ機能を果たし、駆動ブロック46cは駆動ブロック46a及び46bとは異なる機能を果たしている。図10(b)は他の組立ブロックに電力を供給する電源ブロック47であり、同図(c)は通信用の赤外送受信部48aを有する赤外線通信ブロック48である。また、同図(d)は他のブロックを取り付けて固定するためのベースブロック49aであり、本実施例では、全く同じ２つのベースブロック49a及び49bが使用される。同図(e)はボリウム50a、50b及び50cを有する赤外線リモートコントローラ50である。図10(a),(c)〜(e)に示すブロックが本発明に言う組立ブロックである。
【００３７】
図10(f)〜(j)はブルトーザ100を組み立てるのに必要な部品であり、それぞれスプローケット51、車輪52、キャタピラ53、ブレード54及びフラットケーブル55である。
【００３８】
図11は図10の部品を使用して組み立てたブルトーザ100の外観を示しており、同図(a)はその側面図、(b)は背面図、(c)は底面図である。本実施例に係るブルトーザ100では、図11(a)〜(c)に示すように、２つのベースブロック49a,49bの間に、３つの駆動ブロック46a〜cと、電源ブロック47と、赤外線通信ブロック48とが取り付けられる。これらの組立ブロック46a〜c、47、48とベースブロック49a,49bとは図４(b)〜(d)に示す何れかの態様で結合され、各ブロック46a〜c、47、48の電源線及びネットワーク線が、ベースブロック49a,49b内の電源線及びネットワーク線に接続されている。
【００３９】
２つの駆動ブロック46a、46bはベースブロック49a,49bの後部に取り付けられ、その軸56にはスプローケット51が取り付けられる。また、電源ブロック47は一方のベースブロック49bに取り付けられ、赤外線通信ブロック48及び駆動ブロック46cはもう一方のベースブロック49aに取り付けられる。２つの駆動ブロック46a、46bの間、及び電源ブロック47と赤外線通信ブロック48の間は、前述の図４(a)に示す態様で結合される。
【００４０】
２つのベースブロック49a,49bの外側には車輪52、52…が取り付けられ、駆動ブロック46cの軸56にはブレード54が取り付けられる。最後に、２つのベースブロック49a,49bの間にフラットケーブル55が接続され、それぞれのベースブロック49a,49b内の電源線及びネットワーク線がそれぞれ接続される。これにより、本実施例に於ける電源線及びネットワーク線の配線が完了する。なお、本実施例ではフラットケーブル55は２つのベースブロック49a,49bを固定する機能も果たしている。
【００４１】
図12(a)及び(b)は、それぞれ駆動ブロック46a〜cの内部の概略構成を示す平面図及び側面図である。駆動ブロック46a〜cは、同図(a)及び(b)に示すように、回路基板67とウォーム61を取り付けたＤＣ−モータ62とを有し、ウォーム61はホイール軸68aに取り付けたホイール68に螺合している。また、ホイール軸68aにはスリット円盤63が取り付けられ、このスリット円盤63の周縁部には２つのフォトインターラプタ64a,64bが取り付けられている。フォトインターラプタ64a,64bは軸56の回転角度を検出するために設けられている。
【００４２】
図13は駆動ブロック46a〜cの回路を模式的に示している。駆動ブロック46a〜cは、同図に示すように、制御手段及び通信手段を構成するＣＰＵ70が設けられ、ＣＰＵ70には前述のフォトインターラプタ64a,64bが接続されている。また、ＣＰＵ70にはＭＯＳ−ＦＥＴブリッジ71が接続され、ブリッジ71によって前述のＤＣ−モータ62が駆動される。更に、ＣＰＵ70には通信手段を構成するＲＳ−４８５インターフェイス72が接続されている。また、本実施例では電源部として機能する安定化回路73が設けられ、安定化回路73は電源ブロック47から電源線を介して供給される電圧を必要な電圧に変換してＣＰＵ70、ＤＣ−モータ62等に供給している。
【００４３】
図14は図13の回路を有するブロックを回転速度制御モードで使用する場合の構成を模式的に示している。回転速度制御モードは、本実施例では駆動ブロック46a及び46bとしてのモードであり、本実施例のブルトーザ100の前進、後退、旋回等の動きを行うための駆動源として駆動ブロック46a及び46bを機能させる場合のモードである。回転速度制御モードでは、「正補正」、「負補正」、「正速度」及び「負速度」がネットワーク変数として用いられる。
【００４４】
図15(a)〜(d)は回転速度制御モードに於けるＭＯＳ−ＦＥＴブリッジ71（図13）の４つのＦＥＴへの入力波形を表している。モータ62を時計回りの方向に回転させる場合には、図15(a)に示すようにＶA及びＶDに矩形波が入力され、反時計回りの方向に回転させる場合には、図15(c)に示すようにＶB及びＶCに矩形波が入力される。また、図15(b)及び(d)に示すように、最大速度でモータ62を回転させる場合には、直流が用いられる。
【００４５】
一方、図16は図13の回路を有するブロックを角度制御モードで使用する場合の構成を模式的に示している。角度制御モードは、本実施例では駆動ブロック46cとしてのモードであり、本実施例のブルトーザ100のブレード54を上下させる駆動源として駆動ブロック46cを機能させる場合のモードである。角度制御モードでは、「正補正」、「負補正」、「正位置」及び「負位置」がネットワーク変数として用いられる。
【００４６】
図17(a)及び(b)は、角度制御モードに於けるモータ62の回転角度の検出を行う場合のフォトインターラプタ64a及び64b（図13）からの入力波形を、それぞれＡ相及びＢ相として表したものである。同図に示すように、Ａ相及びＢ相の位相のずれによってモータ62の回転角度が検出される。ＣＰＵ70はＡ相及びＢ相の入力波形によってモータ62の回転角度を求め、その結果に基づいてＭＯＳ−ＦＥＴブリッジ71への入力波形を決定する。
【００４７】
図18は、赤外線通信ブロック48の回路を模式的に示している。赤外線通信ブロック48に於ける赤外送受信部48aは赤外線による信号を受信する赤外ダイオード75aと、赤外線による信号を発信する赤外ＬＥＤ75bとによって構成されている。赤外ダイオード75a及び赤外ＬＥＤ75bはそれぞれＣＰＵ76に接続されている。また、ＣＰＵ76には通信手段を構成するＲＳ−４８５インターフェイス77が接続されている。更に本実施例では、電源部として機能する安定化回路78が設けられ、安定化回路78は電源ブロック47から電源線を介して供給される電圧を必要な電圧に変換して、ＣＰＵ76、赤外ダイオード75a、赤外ＬＥＤ75b、ＲＳ−４８５インターフェイス77等に供給している。本実施例では、赤外線通信ブロック48は赤外線リモートコントローラ50との間で制御情報の授受を行うのに使用される。
【００４８】
図19は電源ブロック47の回路を模式的に示している。同図に示すように、本実施例では電源ブロック47は充電池81と充電回路82とによって構成され、ブルトーザ100を使用していない時に充電回路82から充電池81に充電を行い、ブルトーザ100の使用時には充電池81から電力の供給が行われる。
【００４９】
図20は赤外線リモートコントローラ50（図13）の回路を模式的に示している。本実施例では、図20に示すように、ボリウム50a、50b及び50cはＡ／Ｄ変換器85を介してＣＰＵ86に接続され、また、ＣＰＵ86には赤外送受信部87の赤外ダイオード87aと赤外ＬＥＤ87bとが接続されている。Ａ／Ｄ変換器85はボリウム50a、50b及び50cの位置情報をディジタル値としてＣＰＵ86に入力し、ＣＰＵ86はこの位置情報に基づいて駆動ブロック46a,46b及び46cに送信すべきモータ62の制御情報を生成し、これを赤外ＬＥＤ87bから赤外線通信ブロック48の赤外ダイオード75aに向けて送信する。この制御情報は、各ブロックの通信手段によって構成されるネットワークを介して駆動ブロック46a,46b,46cに伝送される。
【００５０】
図21は、駆動ブロック46a,46b及び46cのネットワーク変数と、赤外線リモートコントローラ50のネットワーク変数とのバインディングの様子を示している。リモートコントローラ50のボリウム50cはブルトーザ100のブレード５４の位置を規定するものであり、その位置情報はネットワーク変数「ボリウム１」として出力される。この変数「ボリウム１」は駆動ブロック46cの入力ネットワーク変数「正位置」にバインディングされる。
【００５１】
また、リモートコントローラ50のボリウム50aはブルトーザ100の前進及び後退並びにその速度を規定するものであり、その位置情報はネットワーク変数「ボリウム２」として出力される。この変数「ボリウム２」は、駆動ブロック46aの入力ネットワーク変数「正速度」と、駆動ブロック46bの入力ネットワーク変数「負速度」とにバインディングされる。ここで、変数「ボリウム２」が駆動ブロック46bの変数「正速度」ではなく「負速度」にバインディングされるのは、図11に示すように駆動ブロック46aと駆動ブロック46bとが互いに逆向きに結合されているからである。
【００５２】
更に、リモートコントローラ50のボリウム50bはブルトーザ100の進行方向を規定するものであり、その位置情報はネットワーク変数「ボリウム３」として出力される。この変数「ボリウム３」は、駆動ブロック46aの入力ネットワーク変数「正補正」と、駆動ブロック46bの入力ネットワーク変数「正補正」とにバインディングされる。
【００５３】
本実施例では、このようなネットワーク変数の定義とバインディングは、ネットワークに接続するための無線又は有線の通信手段を有するパーソナルコンピュータ（図示せず）によって行われる。
【００５４】
このようなネットワーク変数のバインディングにより、前進、後退、右旋回、左旋回及びブレード54の上下の動作が可能なブルトーザ100が完成する。このように、本実施例のブルトーザ100では、電源線とネットワーク線を用いた簡単な配線により、複雑な動作を行うことが可能となっている。また、同様の機能を有する組立ブロックを用い、他の簡単な部品を追加するだけで、例えば自動車、トラック、ショベルカー、機関車等に組み替えることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の組立ブロックは組立式玩具の種々の機能を発現するための機能発現手段と、この機能発現手段を制御する制御手段と、他の組立ブロックとの間の通信をネットワークを介して行うための通信手段とによって構成されているので、簡単な配線で動作、制御等の自由度が高い玩具を組み立てることができる。また、各組立ブロックは種々の玩具で共通の機能を有しているので、比較的少ない種類の組立ブロックを目的に合わせて適宜組み合わせることにより、異なる種々の組立式玩具を得ることができる。
【００５６】
また、本発明の組立式玩具システムは、非常に簡単なプログラミングで複雑な動作、制御等を行わせるとができるので、比較的低い年齢層の使用者にも容易に受け入れられる。更に、プログラミングを改良することにより、年齢層に応じた複雑な動作、制御等を行わせることができる。従って、本発明の組立ブロック及び組立式玩具システムは、幅広い年齢層の使用者に好適な知育玩具である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組立ブロックの基本構成を示す図である。
【図２】組立ブロックの接続の態様を示す図である。
【図３】組立ブロックをネットワークを用いて結合して構成した組立式玩具の模式図である。
【図４】 (a)〜(d)は組立ブロック間の物理的な結合の態様を示した図である。
【図５】ベースブロックに複数の組立ブロックを結合した場合の態様を示す斜視図である。
【図６】組立ブロックをフラットケーブルで接続した態様を示す斜視図である。
【図７】ネットワーク変数間のバインディングについての説明図である。
【図８】ネットワーク変数間のバインディングの具体例を示す図である。
【図９】 (a)はリモートコントローラのネットワーク変数と組立ブロックのネットワーク変数とのバインディングの具体例を示す図、(b)はパーソナルコンピュータと組立ブロックとの間でネットワーク変数をバインディングする場合の具体例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るブルトーザの組立に必要な部品を示す図である。
【図１１】 (a)〜(c)はそれぞれ本発明の一実施例に係るブルトーザの外観を示す側面図、背面図、及び底面図である。
【図１２】 (a)及び(b)は、それぞれ駆動ブロック46a〜cの内部の概略構成を示す側面図及び平面図である。
【図１３】駆動ブロックの回路を示す模式図である。
【図１４】図13の回路を有するブロックを回転速度制御モードで使用する場合の構成を模式的に示す図である。
【図１５】駆動ブロックを回転速度制御モードで使用した場合のＭＯＳ−ＦＥＴブリッジの４つのＦＥＴへの入力波形を表す図である。
【図１６】図13の回路を有するブロックを角度制御モードで使用する場合の構成を模式的に示す図である。
【図１７】 (a)及び(b)は、角度制御モードに於けるモータの回転角度の検出を行う場合のフォトインターラプタからの入力波形を表す図である。
【図１８】赤外線通信ブロックの回路の模式図である。
【図１９】電源ブロックの回路の模式図である。
【図２０】赤外線リモートコントローラの回路の模式図である。
【図２１】駆動ブロックのネットワーク変数と、赤外線リモートコントローラのネットワーク変数とのバインディングの様子を示す図である。
【符号の説明】
１…マイクロコンピュータ
２…メモリ
３…ネットワーク線
４…電源部
６…インターフェイス部
７…駆動手段
８…センサ手段
46a,46b,46c…駆動ブロック
47…電源ブロック
48…赤外線通信ブロック
48a…赤外送受信部
49a,49b…ベースブロック
50…リモートコントローラ
75a…赤外ダイオード
75b…赤外ＬＥＤ
77…ＲＳ−４８５インターフェイス
100…ブルトーザ
Claims (10)
- 組立式玩具を構成するために必要な、外界に対して作用を発現する駆動及び外界からの情報を内部に取り込む検知からなる複数の機能のうちの少なくとも一つの機能を果たす組立ブロックであって、該組立ブロックの機能を発現するための機能発現手段と、該機能発現手段を制御する制御手段と、外界の他の組立ブロックとの間で前記機能に関する情報の通信を行うネットワークを構成するための通信手段とを備えたことを特徴とする組立ブロック。
- 他の組立ブロックと物理的に結合するための結合手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の組立ブロック。
- 前記機能発現手段、前記制御手段及び前記通信手段の少なくとも一つに電圧を供給する電源部を更に備えた請求項１又は２記載の組立ブロック。
- 前記制御手段に於ける制御プログラムを格納するための記憶手段を更に備えた請求項１乃至３の何れかに記載の組立ブロック。
- 前記駆動手段は、モータ、ブザー、ソレノイド及び照明装置から選択されたものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の組立ブロック。
- 前記センサ手段は、近接センサ、方位センサ、ボリウム、スイッチ及び光センサから選択されたものであることを特徴とする１乃至４の何れかに記載の組立ブロック。
- 請求項１乃至６何れかに記載の同一又は異なる複数の組立ブロックによって構成された組立式玩具システムであって、前記各通信手段によってネットワークが構成されていることを特徴とする組立式玩具システム。
- 前記各組立ブロックの制御手段は、前記各組立ブロックの前記機能に関する情報の内容及び伝送方向を示すように定義された複数のネットワーク変数と、該ネットワーク変数を結合することにより前記情報の伝送を確立するバインディングとによって、前記各組立ブロックの機能を実現することを特徴とする請求項７記載の組立式玩具システム。
- 前記各組立ブロックの前記制御手段に於ける制御プログラムを転送するとともに、前記ネットワーク変数の定義及びバインディングを行うための前記ネットワークに接続されたプログラム転送手段を更に備えたことを特徴とする請求項８記載の組立式玩具システム。
- 前記各組立ブロックの機能発現手段に対する制御を前記制御プログラムの実行中に於いても行い得る、前記ネットワークに接続された外部制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の組立式玩具システム。
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