JP5840625B2 - 可動モジュールを用いたビルディングブロックシステム - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、可動モジュールを用いたビルディングブロックシステムに関する。当該ビルディングブロックシステムは、可動の、対話型の物体の組立を容易にする玩具である。本発明は好ましくは、５〜１３歳の年齢層の子供用の創造的玩具として使用可能である。

ビルディングブロック玩具を用いる子供達は、構造の種類、動きおよび特有のエネルギ消費の間の相互作用を体験する。ビルディングブロックシステムによって、ロボット工学、動きおよびエネルギ技術を直感的に理解できる。ビルディングブロックシステムは、学校および保育園用の教具として、また個人的使用にも好適である。

発明の背景
いわゆる実験コンピューティングキットは、フィッシャーテクニック社（Fischer Technik）において１９８７／１９８８年からすでに公知であった。レゴ社（Lego）では、最近、ＣＤ ＲＯＭアニメーションを用いたCyber Masterなどのロボティクスキットが、１９９８年には８ビットＲＡＭプロセッサを用いたMind Storm RCXが開発された。２００６年には、Mind Storm RCXは、３２ビットＲＡＭプロセッサを用いたMind Storm NXTに取って代わられた。これらの開発によって、キットの製造業者らは、クラシックなビルディングブロックキットに終止符を打った。これらの傾向にも関わらず、反対の傾向もある。すなわち、多数の高品質で単純な、基本的な木製ビルディングブロックキットがこれらのキットの基本に戻り、したがってさまざまな形状で自由に遊ぶことができる傾向である。

特に教育目的で、子供達は、いわゆる遊びながらの学習を通じたデジタル操作によって、年齢に対して複雑過ぎると現在考えられている事実にさらされる。したがって、子供達には、自身で動的システムを発展させることが可能なツールおよび環境が与えられる。

プログラム可能なレゴブロック、電気モータ、センサおよびレゴ技術部品を含むレゴ Mind Stormとしての一連の製品が公知である。このように、ロボットおよび他の自律対話型システムを構成し、その後、ＰＣのグラフィックユーザインターフェイスによってプログラムすることができる。「Program and play」と称されるこの種類のシステムは、パラメータ値に基づく。こうして、それらの動きを非常に容易に変更でき、正確に調節できる。これらのパラメータシステムは、専門の開発ツールの後にモデル化されることが多いため、より複雑なシステムの設計も容易にする。しかし、この種類のシステムは、それらのインターフェイス設計、およびモデルの動きが提供される態様に関して、互いに異なる。したがって、新たなユーザはシステムを学ぶ努力をしなければならない。このように、動きの順序の実際の生成が構築モデルと完全に切離されていることは、特に不利である。

米国特許第７，７４７，３５２号には、動きの記録および再生が可能な運動記憶モジュールがインストールされた３Ｄビルディングブロックシステムを含む、Topoboとして公知のゲームが記載されている。これは、異なる方法で組立可能な合計１０個の基本的形状を有する。

米国特許第６，６３６，７８１号からは、アクチュエータによってモジュールを動かすことができる、玩具ビルディングブロックセットのモジュールの制御装置が公知である。回転運動を行う同一のモジュールを組合わせることができる。

また、欧州特許第１ ２８７ ８６９ Ｂ１号には、複数の同一モジュールを組立てることによって玩具を構成可能な、玩具ロボットを製造するためのモジュールシステムが記載されている。モジュールは回転運動可能であり、接続板を介して相互に接続される。接続板によって、モジュール同士の間の機械的および電気的接続が容易になる。

これらの組立品において、同一のモジュールを１つしか組合わせることができず、モジュールが回転運動しかできないことは好ましくない。

独国実用新案第２９６ １０ １５８ Ｕ１号からは、動きおよび制御に必要な電気および機械部品を有するモジュールを含む、制御可能な玩具ロボットが公知である。ロボットは、モジュールの他に、外側板、底板、および被覆板などのいわゆる形成部品を含む。部品は組立可能であり、モジュールから突出するワイヤによって電気的接続が提供される。軸、センサなどが側板から外部に延びている。

発明の簡単な要約
したがって本発明の目的は、単純なモジュールから可動モジュールを構成できる、上述のようなビルディングブロックシステムであって、回転運動、および直線運動もモジュールによって実現され、付加的な処理工程を必要とせずに単純な組立によってモジュール同士の接続が提供されるビルディングブロックシステムを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を含むビルディングブロックシステムを用いた発明に従って達成される。有利な実施例が従属請求項において規定される。

ビルディングブロック玩具システムは、典型的にアキュムレータを含む少なくとも１つのエネルギモジュールと、マイクロコントローラを有する少なくとも１つの制御モジュールと、一体型サーボモータを有する少なくとも１つの動きモジュールと、複数の接続モジュールとを含む。すべてのモジュールは、任意に相互に接続される。ユーザは、全種類のモデルを組立てるのに加えて、特定の動きパターンおよび挙動パターンを自身の創作物に関連付けることができる。組立てられると、すべてのモデル、生き物、動物およびロボットに命が吹込まれる。

単純なプラグコネクタ原理によって、すべての能動および受動部品同士の間のデータおよび電流の流れが容易になる。この連結によって、複数の構成モデルおよび動き経路が促進される。

キットには多数の利点があるが、特に以下の利点が挙げられる。
動きモジュールはそれ自体が能動的な動き駆動装置であり、他方で、動きモジュールは、データおよび電力プラグイン接続によって、他のモデル用の付加的な駆動装置を制御する。

少なくとも１つの動きモジュールおよび少なくとも１つのエネルギーモジュールが、受動要素を用いずに可動モデルを提供するために、組立てられた状態においてプラグイン接続によって電力およびデータを送信することができる。

モジュールの位置および配置を互いに対して変更することによって、２つの結合された一体型の動き部品を有する動きモジュールが促進される。このように、組立てられたモデルは相互に接続され続ける。接続面は、互いに対して移動しない。ビルディングブロックキットのモデルの動きは、それらの形状を変更する動きモジュールにおいて発生する。

動きモジュールは、互いに対して９０°の角度でずれてプラグ接続可能であり、こうして異なる動き形態を生成する。

次に、図面に基づいて本発明の実施例をより詳細に説明する。

ビルディングブロックシステムのモジュールの全体像を概略的に示す図である。 装着された動きモデルを概略的に示す図である。 ねじりプラグ接続の機能を概略的に示す図である。 プラグ接続のプラグ部品を概略的に示す図である。 結合モジュールの実施例を概略的に示す図である。 結合モジュールの実施例を概略的に示す図である。 結合モジュールの実施例を概略的に示す図である。 結合モジュールの実施例を概略的に示す図である。 結合モジュールの実施例を概略的に示す図である。 太陽モジュールを用いた組立品を概略的に示す図である。 特定のビルディングブロックをモジュール上に差込んだ動きモジュールの実施例を概略的に示す図である。 特定の部品を動きモジュールにプラグイン接続した動きモジュールの別の実施例を概略的に示す図である。 脳モジュールを概略的に示す図である。

発明の詳細な説明
すべての図面において、同等の部品には同様の参照符号を付す。

システムは、制御モジュール、接続モジュール、停止モジュール、エネルギ貯蔵モジュール、および運動モジュールを含む。組立てられたモデルは、それぞれのモジュールの種類および形状の配置および組合わせに従って、動きの多数の変形例を有する動きネットワークを形成する。

より小型の受動モジュールを標準サイズのモジュールにプラグイン接続することも可能である。これらのモジュールを用いて、さらなる形状を構成することができる。

図１は、使用するモジュールを示す。その中でも、特に以下のモジュールを説明する。
一体型サーボモータによって動く、動きモジュール１。図示される例では、２つの実施例が与えられる。すなわち、一方では、動いて平行六面体を形成する直方体として構成され、他方では、回転可能な２つの部分的な円筒を含む円筒ビルディングブロックの形態である。

有利な実施例では、動きモジュールは、リチウムイオンアキュムレータを有して構成される。動きモジュールの一体型オン／オフボタンによって、接続されたすべての動きモジュールに対して、および自身における電力供給が遮断される。動きモジュール内にマイクロコントローラを配置することも可能である。

各々がマイクロコントローラを含む、制御モジュール２。直方体モジュールの６枚の外側面はすべて、動き情報を出力可能なプラグソケットを有して構成される。

動きモジュール用の電力供給部として用いられる、エネルギーモジュール３。オン／オフボタンによって、電流の流れ、および従って動きプロセスをオン／オフすることができる。モジュールは立方体または直方体形状に構成され、内部にリチウムイオン電池を含む。これらは最も重い要素であり、物体を構築する際に中心モジュールとして同時に用いられ得る。

立方体、半立方体、三角柱、直方体または他の幾何学形状として構成され得、動きモジュール、制御モジュールおよびエネルギーモジュール同士の間の接続を確立する、接続モジュール４。接続モジュール４によって、これらのモジュールで遊ぶ人物はより複雑なモデルを構成することができるため、データおよび電力の流れが妨げられずに促進される。

システムの残りのモジュールとは異なり、データの流れを支持せずに電流の流れのみを支持する、停止モジュール５。停止モジュール５はしたがって、動き阻止要素として使用可能であるため、構築された物体の内部で、互いに独立した複数の動きの順序が促進される。

図２は、装着されたモデルを示す。
動きモジュール１を少数の受動モジュールにプラグ接続するだけで、すでに４つの動き方向が促進される。動きを発生させるために必要なものは、電力供給を行い、かつ動きプロセスをオン／オフするためのオン／オフボタンを含む、エネルギーモジュール３のみである。制御モジュール２は、動きモジュール１のための動き情報を出力する。最初の２つのモジュール２および３はビルディングブロックシステムの受動要素であるが、動きモジュール１は能動要素である。ここで、特定のモジュールのプラグイン接続の順序は問わない。エネルギーモジュール３および制御モジュール２が取付けられるたびに、動きが出力される。プラグインシステムのこの特性によってモジュールの多数の組合わせが提供され、ユーザは３次元空間における多数の動きの順序を体験する。このように、一方では安定したプラグ接続を提供し、ねじり処理時に容易な係合を提供する、連動ソケット接続を採用した、磁気的な９０°のねじりプラグ組立品が用いられる。こうして、すべてのモジュール同士の間の内部データの流れが容易になる。

異なるサイズのモジュールが提供され得る。４０ｍｍ×４０ｍｍのモジュールの側面が有用であることが分かった。標準サイズのレゴブロック（３１．８ｍｍ×３１．８ｍｍまたは３９．７５ｍｍ×３９．７５ｍｍ）を用いてもよい。このように、２つのビルディングブロックシステムの完全に互換性のある結合が容易になる。このため、公知のノブおよび孔に加えて軸用の孔および接続要素を有するアダプタビルディングブロックが用いられる。

モジュール同士の接続は、プラグイン接続によって提供される。
図３に示す９０°のねじりプラグイン接続は、磁石およびピンソケット接続を含み、モジュール位置の迅速な変更を容易にする。磁石によって支持力が決まる。特定の動きの影響力および力の影響力によって磁石を互いに離すことによって、モジュールを互いに対して回転させることができる。接続によってモジュールはまとめられ、構造が安定する。こうして、モジュールは動きモデルでも互いに対してよじれたり回転したりしない。モジュールは、互いの間に形成される９０°毎に係合し、４５°の位置で容易に引離され得る。

図４は、プラグイン接続によるデータおよび電力送信を示す。サーボモータおよびマイクロコントローラ用の電力は、ピンソケット接続または２つの金属プラグによって送信される。プラグの接触面は、関連のソケット内の対向コンタクトに接触する。センサ信号および制御信号用のデータ情報は、ピン、２つの金属プラグによって、またはBluetooth（登録商標）を介して送信可能である。プラグコネクタは、モジュールをまとめるのに加えて、電力およびデータの流れも同時に送信可能であることは特に有利である。

プラグイン接続は、外向きの支持ピンおよび接触ピンを有する図４に示す雄部品と、内向きの支持開口部および接触開口部を有する雌部品とを含む。モジュールの内部には、プラグ接続の雄部分または雌部分に電気的に接続される導体回路基板がある。このため、少数の部品を用いた単純な組立が容易になる。

別の選択肢は、プラグ接続をモジュール面上に分布させることである。こうしてモジュールはさまざまな金属ピン、接触ピン、磁石によってまとめられ、電流およびデータの流れを伝達する。

動き玩具のオプションの実施例は、マイクロコントローラモジュールおよび３つの異なる動きモジュールである。

図５は、動きモジュールの異なる実施例を示す。図５．１はピボット結合モジュールを示し、図５．２は回転モジュールを示し、図５．３は並進モジュールを示し、図５．４は直線モジュールを示し、図５．５は回転モジュールを示す。

角度偏向および速度のための動き情報は、エネルギーモジュールがプラグイン接続されるとすぐに、制御モジュールによって動きモジュールに送信される。マイクロコントローラが動きモジュールに一体化されている場合、各動きモジュールは独立して制御され得る。

エネルギーモジュールは、アキュムレータを含む。アキュムレータは電力を提供し、遊びながらの教育を容易にするための特定のモジュールを含む。エネルギーモジュールがビルディングブロックセット内の最も重い部品であるため、アキュムレータはこうしてバランスの取れた遊びを容易にする。重いニッケル水素アキュムレータに加えて、エネルギーモジュールは、重量を減らしてアキュムレータの容量を増やすためにリチウムイオンアキュムレータを有して有利に構成される。説明される実施例では、３．７Ｖの２つのリチウムイオンアキュムレータが並列接続されて、容量が２倍になっている。昇圧コンバータが動作電圧を３．７Ｖから５Ｖに昇圧し、マイクロコントローラおよび動きモジュールに電力を供給する。ＵＳＢ充電回路および保護回路を介して、エネルギーモジュールは充電されて短絡から保護される。エネルギーモジュールはさらに、電流回路を制御するためのオン／オフスイッチを含む。

動きモジュール用の駆動装置として、市販のサーボモジュールが用いられる。パルス幅変調（ＰＷＮ）によって、サーボモジュールはマイクロコントローラによって制御され、小型駆動ユニットとして単純な態様で装着され得る。

エネルギーモジュールを用いたビルディングブロックセットは特別バージョンであり、エネルギーモジュールは再生可能な電源から電力を得る。これによって、子供およびティーンエージャーは、照明および動き物体のための電流を提供する小型動力装置を構築することができる。当該セットは、エネルギー生成モジュールおよびエネルギー消費モジュールを含む。ジェネレータモジュールおよびアキュムレータモジュールならびに太陽風タービン、手回しクランク、回転モジュールおよびケーブルモジュールが、電力生成モジュールである。他方、動きモジュールおよび照明モジュールがエネルギー消費要素である。幾何学的モジュールは、立方体、直方体、円筒、および三角柱などの教育学上の基本的形状に基づく。ユーザは、自身の動きモデルおよび照明モデルの発電および特有のエネルギー消費の内容を、遊びながら体験する。ビルディングブロックシステムによって、再生エネルギー変換の話題を、子供たち自身の創作物に基づいて活発で直感的な態様で子供たちに理解させることができる。

図６は、太陽モジュールを構成および使用するための実施例を示す。
ビルディングブロックシステムには、複数のインターフェイスが設けられ得る。

図７は、特定のビルディングブロックを動きモジュールにプラグイン接続することによって動きパラメータが定義される実施例を示す。このように、振幅電位差計、速度電位差計、および減速電位差計が動きモジュールに一体化され、パラメータは脳モジュールによって、または動きモジュールにおいて直接的に変更される。このように、動きモジュールがプログラムされ得る。

この配置によって、単純な実施例で動きパラメータの子供に優しい操作が容易になる。振幅ビルディングブロック７．１、速度ビルディングブロック７．２、および遅延ビルディングブロック７．３は、動きモジュールに直接取付けられ得る。異なる速度ビルディングブロック７．２によって、結合モジュールの早いまたは遅い動きがプログラムされ得る。振幅ビルディングブロック７．１の中で、たとえば、４列のノブを有するビルディングブロックによって４５°の回転が可能になり、５個のノブを有するブロックによって３６°の回転が可能になる。各プラグインノブにはカラーセンサが設けられる。本実施例では、ノブを有する遅延ブロック７．３によって１ミリ秒の時間遅延がもたらされる。このように、プログラミングは完全にプラグ着脱可能である。

図８に別の実施例を示す。このように、モデルの基本的な動きは動きビルディングブロックを動かすことによって提供され得、エネルギーモジュールをプラグイン接続して動きモジュールのプログラムボタンを押した後に、同時に記憶され得る。動きモジュールの基本的な動きは、手動で発生する。こうして、最大２つの動きモジュールが手動で制御され、変更され得る。開始角度および終了角度、速度ならびに遅延は、どのモジュールが最初に動き、回転電位差計によって読出されてＥＰＲＯＭチップに記憶されるかを意味する。記憶した動きはその後、直接的に実行され得る。

当初、直感的にプログラムされる動きパラメータはその後、一体型の振幅電位差計、速度電位差計および遅延電位差計によって変更され得、動きモデルに適合され得る。パラメータは、たとえば一体型ボタン、制御スライド、回転電位差計、センサまたはタッチスクリーンディスプレイを含む、脳モジュールの制御センターによって、または動きモジュールの制御センターによって、容易に変更され得る。このように、操作すべき動きモジュールのプログラムボタンを押し、脳モジュールまたは動きモジュールにおいて制御センターを調整する。振幅および速度に関して、複数のモジュールを同時に変更することもできる。

制御センターはさらに、７セグメントドットマトリックス、入力欄の横のＬＥＤパネルまたはタッチスクリーンディスプレイを含み、タッチスクリーンディスプレイはさらにパラメータを示し、操作されたデータに関するフィードバックを提供し得る。

図９に示す脳モジュールは、思考器官を形成する。脳モジュールはマイクロコントローラを含み、プラグイン接続されたすべての動きモジュールの動きパラメータを変更し、同期させ、表示または律動的に遅延させ得る。脳モジュールは、接続されたすべての動きモジュールを、モジュール内で変更された動きパラメータと同期させる。脳モジュールは通信ユニットを形成し、センサデータを評価し、すべてのプラグイン接続されたモジュールを制御する。脳モジュールは、振幅ディスプレイ９．１、プログラムボタン９．２、制御センターボタン９．３、速度ディスプレイ９．４、および遅延ディスプレイ９．５を含む。動きパラメータは、ＵＳＢ接続９．６によって外部から保護され得る。小型のセンサモジュールを各動きモジュールにプラグイン接続して、動きモジュールを別個に変更することができる。

１ 動きモジュール、２ 制御モジュール、３ エネルギーモジュール、４ 接続モジュール、５ 停止モジュール、７．１ 振幅ブロック、７．２ 遅延ブロック、７．３ 速度ブロック、８．１ 振幅ディスプレイ、８．２ プログラムボタン、８．３ 制御センターボタン、８．４ 速度ディスプレイ、８．５ 遅延ディスプレイ、８．６ ７セグメントディスプレイ、９．１ 振幅ディスプレイ、９．２ プログラムボタン、９．３ 制御センターボタン、９．４ 速度ディスプレイ、９．５ 遅延ディスプレイ、９．６ ＵＳＢ接続。

Claims (10)

1. ビルディングブロックシステムであって、
   プラグイン接続可能なモジュールを備え、前記モジュールの内部には、動きおよび制御に必要な電気および機械部品が配置されており、
   前記ビルディングブロックシステムは、複数のビルディングブロックを含み、前記複数のビルディングブロックは、ビルディングブロックの種類として、エネルギーモジュール、制御モジュール、動きモジュールを有し、
   前記ビルディングブロックシステムは、任意に相互に接続可能な、少なくとも１つのエネルギーモジュール（３）、マイクロコントローラを有する少なくとも１つの制御モジュール（２）、および一体型サーボモータを有する少なくとも１つの動きモジュール（１）を含み、
   前記モジュール（１，２，３）は、隣接するモジュール同士の間の電流の流れも促進するプラグコネクタを介して接続可能であり、
   少なくとも前記動きモジュール（１）および前記エネルギーモジュール（３）は互いに独立して構成され、
   前記プラグイン接続はねじりプラグイン接続であり、
   相互に接続された前記モジュールは、互いの間に形成される９０度の単位で連動し、４５度の単位で互いの係合から外れることができる、ビルディングブロックシステム。
2. プラグイン接続によってデータ送信も行われる、請求項１に記載のビルディングブロックシステム。
3. データ送信を行わずに隣接するモジュール同士の間の電流の流れのみを促進する少なくとも１つの停止モジュール（５）を含む、請求項１に記載のビルディングブロックシステム。
4. 前記モジュール（１，２，３，５）は、立方体形状、円筒形状または直方体形状に構成され、
   平坦な外側面に前記プラグコネクタが設けられる、請求項１〜３のいずれかに記載のビルディングブロックシステム。
5. 前記動きモジュール（１）はサーボモータを含み、
   前記サーボモータが作動すると、相互に結合された２つの一体型の動き部品が前記動きモジュールを変形させる、請求項１〜４のいずれかに記載のビルディングブロックシステム。
6. 前記動きモジュール（１）は直方体形状であり、
   前記直方体は、動くと、自身の長手方向の寸法が変わるか、またはずれて平行六面体になる、請求項５に記載のビルディングブロックシステム。
7. 前記動きモジュール（１）は、２つの回転可能な円筒形部品を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のビルディングブロックシステム。
8. 小型の受動モジュールが前記モジュールにプラグイン接続される、請求項１〜７のいずれかに記載のビルディングブロックシステム。
9. 受動に構成される少なくとも１つの接続モジュール（４）が設けられる、請求項１〜８のいずれかに記載のビルディングブロックシステム。
10. 結合モジュール、回転モジュール、並進モジュールおよび直線モジュールからなる群から選択された２つの動きモジュールが設けられる、請求項１〜９のいずれかに記載のビルディングブロックシステム。

Images