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高质量发明专利、快速授权,成功案例系列之十二

2022-12-05来源:国内专利代理部

 

2个月发证:一种可编程积木电机模块、积木组合体及设计方法(广州途道信息科技有限公司)

 

一、发明专利案件基本信息

技术领域:可编程积木,微型电机,玩具与教具 

专利号CN202210402856.6 

专利名称:一种可编程积木电机模块、积木组合体及设计方法

专利申请日:2022-04-18

专利授权日:2022-06-17

专利申请人:广州途道信息科技有限公司

发明人:钟志锋; 苏景辉

专利代理机构:广州高炬知识产权代理有限公司

专利代理师:孙明科

 

二、发明专利申请文件信息

申请文件:41页,2.05万字,附图9

授权权利要求:10,其中独立权利要求:3

权项结构树:

 

三、发明内容摘要:

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。

发明摘要附图

 

 

 

五、独立权利要求3

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:(34):(45);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。

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。

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:(34):(45)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。

六、专利权人与发明人团队简介

本发明由广州途道信息科技有限公司研发团队完成。广州途道科技有限公司成立于2014年,主打产品为STEAM编程智能教育玩具机器人,已畅销欧美等发达国家,深受客户欢迎。研发团队由广东工业大学机器人教授和无人机极客组建而成。专利权人是一家以技术研发为导向,专门从事机器人智能控制技术的研究,专注于创作全球有竞争力的智能产品和为行业伙伴们提供智能机器人控制技术方案与更优秀的产品。公司现研发的多种智能机器人已开始畅销海外,作为广东工业大学、斯坦福大学精研学社的战略合作伙伴,该司的部分产品方向、思路、设计源于斯坦福大学设计思维团队。该公司已经获得众多发明专利与实用新型专利。团队项目曾获得佛山电视台创新创业大赛第二名,全国智能制造创新创业大赛华南区第三名等荣誉。

七、本发明主要的有益效果:

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。

八、本案专利代理师经验分享:

小玩具、大市场。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。

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。

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。

针对这一情况,本发明人团队采用新的思路,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。

本专利涉及多个学科和技术领域,包括电子编程、电机模组、积木设计、、积木搭积与STAM原理等,对专利代理师的跨领域的专业能力、综合水平,对编程、教育、玩具与设计领域的经验要求较高。我公司派出专利代理师孙明科与研发团队对接,反复多次与研发团队深入交流,共同分析技术问题和发明要点,在深度检索和多次撰写修改的基础上,完成了本项发明专利的申请文件。本案专利代理师通过与于所长研发团队成员密切沟通,认真听取发明人的构思和技术方案,并且进行了深入的技术检索、对比和技术挖掘,准确定位技术问题和核心发明点,从而得到了本发明呈现的较为完善的技术方案,并且顺利获得授权。申请权利要求与授权权利要求几乎没有改动。

   本专利是专利代理师与发明人团队深入交流、科学布局、密切合作完成的跨领域高质量专利申请案件,双方多次、反复讨论、修改了多稿才最终定稿,发明人科研团队及代理师对本发明均付出了辛苦的劳动。

本发明专利作为电子编程积木领域的高质量的发明专利,与申请人布局的其他发明专利相互配合,对纳米材料、制备方法等进行了合理分层、递进式的保护,采用快速的申请和审查答复,大幅缩短了审查时间。本发明专利快速获得授权后,有利于该申请人对该专利技术成果进行转化、实施,尽早投入使用,产生更好的社会和经济效益。

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