2個月發證：一(yī)種可(kě)編程積木電(diàn)機模塊、積木組合體(tǐ)及設計方法（廣州途道信息科技有限公司）

 

一(yī)、發明(míng)專利案件(jiàn)基本信息

技術領域：可(kě)編程積木，微型電(diàn)機，玩具與教具 

專利号：CN202210402856.6 

專利名稱：一(yī)種可(kě)編程積木電(diàn)機模塊、積木組合體(tǐ)及設計方法

專利申請日：2022-04-18

專利授權日：2022-06-17

專利申請人(rén)：廣州途道信息科技有限公司

發明(míng)人(rén)：鍾志(zhì)鋒; 蘇景輝

專利代理機構：廣州高炬知(zhī)識産權代理有限公司

專利代理師：孫明(míng)科

 

二、發明(míng)專利申請文件(jiàn)信息

申請文件(jiàn)：41頁，2.05萬字，附圖9

授權權利要求：10，其中(zhōng)獨立權利要求：3

權項結構樹：

 

三、發明(míng)內(nèi)容摘要：

本發明(míng)公開了一(yī)種可(kě)編程積木電(diàn)機模塊結構、積木組合體(tǐ)及設計方法，該可(kě)編程積木電(diàn)機模塊結構包括殼體(tǐ)、微型電(diàn)機、供電(diàn)裝置、電(diàn)機驅動(dòng)電(diàn)路；該可(kě)編程積木電(diàn)機模塊基于其整體(tǐ)形狀、尺度、結構和(hé)重心位置，使其能(néng)作(zuò)爲一(yī)個具有高匹配性的(de)獨立電(diàn)子(zǐ)積木模塊，與其他的(de)多(duō)個電(diàn)子(zǐ)積木模塊及其電(diàn)路連接并匹配後，形成以該可(kě)編程積木電(diàn)機模塊核心，具備獨立的(de)驅動(dòng)與控制(zhì)、實現多(duō)種組合體(tǐ)設計方案與編程功能(néng)的(de)積木組合體(tǐ)。本發明(míng)公開的(de)設計方法以可(kě)編程積木電(diàn)機模塊爲基礎，并且以該模塊的(de)尺度、形狀及質量分(fēn)布爲約束條件(jiàn)，再逐一(yī)設計其他模塊。本發明(míng)提供的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊與積木組合體(tǐ)的(de)其他模塊之間(jiān)均具備多(duō)維度的(de)高匹配性，便于制(zhì)造和(hé)使用。

四、發明(míng)摘要附圖：

 

 

 

五、獨立權利要求3條：

1、一(yī)種可(kě)編程積木電(diàn)機模塊結構，其特征在(zài)于，其包括可(kě)拆卸式的(de)殼體(tǐ)（1）、微型電(diàn)機（2）、供電(diàn)裝置（3）、控制(zhì)電(diàn)路（4）及至少(shǎo)一(yī)個傳感器；所述的(de)微型電(diàn)機（2）、供電(diàn)裝置（3）、控制(zhì)電(diàn)路（4）及傳感器設置在(zài)該殼體(tǐ)（1）的(de)內(nèi)部；

所述的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊的(de)各部分(fēn)相(xiàng)互結合後，其整體(tǐ)外(wài)形輪廓爲近似矩形的(de)四方體(tǐ)，該四方體(tǐ)尺寸的(de)長(cháng)寬高的(de)比例爲：8：（3～4）：（4～5）；且其中(zhōng)的(de)長(cháng)度是以8mm爲标準基數，爲該标準基數的(de)整數倍；當所述可(kě)編程積木電(diàn)機模塊處于水平擺放的(de)狀态下，其質量呈上部低、下部高分(fēn)布，整體(tǐ)重心處于其幾何中(zhōng)心點的(de)下方；當所述可(kě)編程積木電(diàn)機模塊處于豎直擺放的(de)狀态下，其質量呈上部、下部基本對(duì)稱分(fēn)布，其整體(tǐ)重心分(fēn)别處于其幾何中(zhōng)心點的(de)上方或者下方；

所述的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊基于其整體(tǐ)形狀、尺度、結構和(hé)重心位置，使其能(néng)作(zuò)爲一(yī)個具有高匹配性的(de)獨立電(diàn)子(zǐ)積木模塊，通(tōng)過其整體(tǐ)立體(tǐ)空間(jiān)、重量、外(wài)殼上的(de)環形拼接凸起（11）、方形拼接凹槽，內(nèi)部的(de)微型電(diàn)機（2）、供電(diàn)裝置（3）、控制(zhì)電(diàn)路（4）、傳感器，分(fēn)别與其他的(de)多(duō)個不同形狀、功能(néng)與尺寸的(de)電(diàn)子(zǐ)積木模塊及其電(diàn)路連接并匹配，能(néng)同時兼容各種大顆粒積木模塊與小顆粒積木模塊；各模塊在(zài)不同的(de)空間(jiān)位置相(xiàng)互拼接并電(diàn)性連接後，形成以可(kě)編程積木電(diàn)機模塊核心，具備獨立的(de)驅動(dòng)與控制(zhì)、實現多(duō)種組合體(tǐ)設計方案與編程功能(néng)的(de)積木組合體(tǐ)。

6、一(yī)種采用權利要求1-5任一(yī)項所述可(kě)編程積木電(diàn)機模塊結構的(de)積木組合體(tǐ)，其特征在(zài)于，其包括至少(shǎo)一(yī)個所述的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊，以及該可(kě)編程積木電(diàn)機模塊爲主體(tǐ)模塊，與其他多(duō)個其他電(diàn)子(zǐ)積木模塊物(wù)理拼接及電(diàn)性連接而成的(de)積木組合體(tǐ)；其中(zhōng)，該可(kě)編程積木電(diàn)機模塊作(zuò)爲具有空間(jiān)、重量及電(diàn)路高匹配性的(de)獨立電(diàn)子(zǐ)積木模塊，以其作(zuò)爲空間(jiān)結構、集成控制(zhì)與動(dòng)力輸出基礎，通(tōng)過其整體(tǐ)立體(tǐ)空間(jiān)外(wài)部、外(wài)殼的(de)多(duō)個端面上的(de)環形拼接凸起（11）、方形拼接凹槽，內(nèi)部的(de)微型電(diàn)機（2）、供電(diàn)裝置（3）、控制(zhì)電(diàn)路（4）、傳感器，分(fēn)别與其他的(de)不同形狀、結構、功能(néng)與尺寸的(de)電(diàn)子(zǐ)積木模塊及其電(diàn)路，在(zài)不同的(de)空間(jiān)位置相(xiàng)互拼接并電(diàn)性連接，獨立的(de)驅動(dòng)與控制(zhì)其他電(diàn)子(zǐ)積木模塊，形成以該可(kě)編程積木電(diàn)機模塊爲主體(tǐ)、實現多(duō)種設計方案與編程功能(néng)的(de)積木組合體(tǐ)；并且所述的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊在(zài)該積木組合體(tǐ)的(de)拼接、控制(zhì)及運動(dòng)過程中(zhōng)，始終保持各模塊連接可(kě)靠、外(wài)形協調、運行(xíng)穩定、重心穩定。

9、一(yī)種根據權利要求6-8任一(yī)項所述積木組合體(tǐ)的(de)設計方法，其特征在(zài)于，其包括如(rú)下步驟：

S1、以近似矩形的(de)四方體(tǐ)外(wài)形輪廓，長(cháng)度尺寸以8mm爲基數，長(cháng)寬高的(de)比例爲8：（3～4）：（4～5）爲基礎，設計獨立工(gōng)作(zuò)模式下的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊的(de)殼體(tǐ)外(wài)形輪廓結構，然後再根據各部分(fēn)的(de)重量與體(tǐ)積比，分(fēn)别設計內(nèi)部結構及控制(zhì)電(diàn)路，使各部分(fēn)全部裝配後的(de)重心偏離整體(tǐ)外(wài)形的(de)幾何中(zhōng)心點，并預留外(wài)接電(diàn)路輸入輸出接口，設計出可(kě)編程積木電(diàn)機模塊；

S2、以獨立工(gōng)作(zuò)模式下的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊的(de)內(nèi)外(wài)部結構和(hé)控制(zhì)電(diàn)路爲基礎，調整該可(kě)編程積木電(diàn)機模塊的(de)設計，使其能(néng)夠同時支持并聯工(gōng)作(zuò)、替代工(gōng)作(zuò)、續航擴展工(gōng)作(zuò)、配重工(gōng)作(zuò)四種工(gōng)作(zuò)模式；

S3、根據S2設計的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊的(de)外(wài)形輪廓、形狀爲基礎，以長(cháng)度尺寸基數及重心穩定同步的(de)匹配性爲約束條件(jiàn)，設計與其匹配的(de)其他電(diàn)子(zǐ)積木模塊；

S4、将步驟S2設計的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊與步驟S3設計的(de)其他子(zǐ)積木模塊進行(xíng)拼接，形成積木組合體(tǐ)，并測試該積木組合體(tǐ)的(de)立體(tǐ)空間(jiān)、結構、形狀、重心、電(diàn)路及運行(xíng)的(de)匹配性；

S5、對(duì)于符合高匹配性設計要求，外(wài)形協調、連接可(kě)靠、重心合理、運行(xíng)穩定并且能(néng)夠實現各工(gōng)作(zuò)模式，并且能(néng)夠實現對(duì)不同工(gōng)作(zuò)模式之間(jiān)相(xiàng)互轉換的(de)，進行(xíng)确認、定型；對(duì)于不符合高匹配性設計要求的(de)，返回步驟S1,修改設計方案，直至各模塊均滿足高匹配性設計要求。

六、專利權人(rén)與發明(míng)人(rén)團隊簡介

本發明(míng)由廣州途道信息科技有限公司研發團隊完成。廣州途道科技有限公司成立于2014年(nián)，主打産品爲STEAM編程智能(néng)教育玩具機器人(rén)，已暢銷歐美(měi)等發達國家，深受客戶歡迎。研發團隊由廣東工(gōng)業大學(xué)機器人(rén)教授和(hé)無人(rén)機極客組建而成。專利權人(rén)是一(yī)家以技術研發爲導向，專門從事(shì)機器人(rén)智能(néng)控制(zhì)技術的(de)研究，專注于創作(zuò)全球有競争力的(de)智能(néng)産品和(hé)爲行(xíng)業夥伴們(men)提供智能(néng)機器人(rén)控制(zhì)技術方案與更優秀的(de)産品。公司現研發的(de)多(duō)種智能(néng)機器人(rén)已開始暢銷海外(wài)，作(zuò)爲廣東工(gōng)業大學(xué)、斯坦福大學(xué)精研學(xué)社的(de)戰略合作(zuò)夥伴，該司的(de)部分(fēn)産品方向、思路、設計源于斯坦福大學(xué)設計思維團隊。該公司已經獲得(de)衆多(duō)發明(míng)專利與實用新型專利。團隊項目曾獲得(de)佛山電(diàn)視(shì)台創新創業大賽第二名，全國智能(néng)制(zhì)造創新創業大賽華南區第三名等榮譽。

七、本發明(míng)主要的(de)有益效果：

1、本發明(míng)提供的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊結構及其積木組合體(tǐ)，以該可(kě)編程積木電(diàn)機模塊爲主體(tǐ)模塊，與其他多(duō)個其他電(diàn)子(zǐ)積木模塊物(wù)理拼接及電(diàn)性連接而成，使該組合體(tǐ)支持多(duō)種編程方式、多(duō)形狀、多(duō)空間(jiān)、多(duō)級電(diàn)路兼容、智能(néng)拼接容錯、元件(jiàn)損壞替代、多(duō)種工(gōng)作(zuò)模式、多(duō)種驅動(dòng)（單驅動(dòng)、雙驅動(dòng)、多(duō)驅動(dòng)）方案的(de)匹配等，使産品的(de)高顔值、高性能(néng)和(hé)高靈活性相(xiàng)匹配，大幅提升使用者的(de)體(tǐ)驗并節約資(zī)源，并且便于制(zhì)造、裝配、編程和(hé)使用，大幅提高與其他電(diàn)子(zǐ)積木模塊組裝和(hé)使用的(de)匹配度、編程便捷性、可(kě)替換性。

2、本發明(míng)提供的(de)可(kě)編程積木電(diàn)機模塊結構、積木組合體(tǐ)及其設計方法，通(tōng)過同步改進電(diàn)子(zǐ)積木的(de)結構設計、裝配位置、電(diàn)路接口和(hé)重心分(fēn)布，将電(diàn)池組、微型電(diàn)機及其控制(zhì)電(diàn)路集成爲一(yī)個模塊、并減小其集成後的(de)整體(tǐ)體(tǐ)積，以便于制(zhì)造、裝配和(hé)使用，大幅提高與其他電(diàn)子(zǐ)積木模塊組裝和(hé)使用的(de)匹配度、可(kě)替換性，從而使該模塊與其他各模塊之間(jiān)的(de)功能(néng)及結構匹配性強、可(kě)以自(zì)由擴展，電(diàn)子(zǐ)積木組合後的(de)組合形式多(duō)、工(gōng)作(zuò)模式多(duō)，支持多(duō)形狀、多(duō)空間(jiān)、多(duō)級電(diàn)路兼容、智能(néng)拼接容錯、元件(jiàn)損壞替代、多(duō)種工(gōng)作(zuò)模式、多(duō)種驅動(dòng)（單驅動(dòng)、雙驅動(dòng)、多(duō)驅動(dòng)）方案的(de)匹配等優點。

八、本案專利代理師經驗分(fēn)享：

小玩具、大市場。電(diàn)子(zǐ)積木是将電(diàn)子(zǐ)技術與積木有機地結合在(zài)一(yī)起，學(xué)生能(néng)夠通(tōng)過課程所設計的(de)活動(dòng)，結合電(diàn)子(zǐ)電(diàn)路或計算機程序，來搭建和(hé)控制(zhì)其創造的(de)模型，訓練學(xué)生從實際動(dòng)手搭建模型的(de)過程中(zhōng)，學(xué)習(xí)和(hé)鍛煉推理思考、問(wèn)題解決、創造發明(míng)、團隊合作(zuò)等能(néng)力，以開拓學(xué)生的(de)科學(xué)領域、邏輯分(fēn)析及程序觀念的(de)建立、激發學(xué)生對(duì)科學(xué)濃厚的(de)興趣，并充實學(xué)校科技教學(xué)課程，使得(de)教學(xué)活潑化、學(xué)習(xí)趣味化。

在(zài)STEM(科學(xué)、技術、工(gōng)程、數學(xué))教育中(zhōng)，實踐是必不可(kě)少(shǎo)的(de)環節之一(yī)。STEM教具設計的(de)目标，是不能(néng)過多(duō)的(de)限制(zhì)和(hé)提供更多(duō)的(de)可(kě)行(xíng)性，讓學(xué)生随心所欲的(de)搭建自(zì)己心目中(zhōng)的(de)機械裝置。但是，目前各自(zì)電(diàn)子(zǐ)積木套裝教具在(zài)實際使用中(zhōng)存在(zài)許多(duō)缺點，比如(rú)，電(diàn)子(zǐ)積木模塊的(de)零件(jiàn)複雜，種類繁多(duō)，各模塊的(de)功能(néng)及結構匹配性差、不能(néng)自(zì)由擴展，電(diàn)子(zǐ)積木組合後的(de)組合形式單一(yī)、工(gōng)作(zuò)模式單一(yī)，小零件(jiàn)無法順利搭建，搭建分(fēn)解困難，分(fēn)揀整理困難等等。

現有的(de)電(diàn)子(zǐ)積木電(diàn)機模塊，一(yī)個套裝組合産品中(zhōng)往往隻有一(yī)個，隻有單驅動(dòng)的(de)産品組合方案，而且當其內(nèi)部元件(jiàn)（包括電(diàn)機）等出現故障、損壞，或者其他的(de)重要模塊（控制(zhì)、傳感、電(diàn)池）等出現缺失或故障時，整個積木組合即喪失功能(néng)，無法繼續使用，這(zhè)對(duì)于以電(diàn)子(zǐ)積木作(zuò)爲教具而進行(xíng)的(de)課堂教學(xué)來說(shuō)，就(jiù)隻能(néng)中(zhōng)斷教學(xué)、全套更換，影響教學(xué)效果。目前在(zài)衆多(duō)廠家生産的(de)套裝組合産品之間(jiān)，各模塊之間(jiān)的(de)形狀、結構、功能(néng)、電(diàn)路、接口相(xiàng)互不兼容，不同型号之間(jiān)的(de)模塊也(yě)不兼容、不能(néng)相(xiàng)互替代，消費者在(zài)購買的(de)第一(yī)套積木産品出現部分(fēn)模塊缺失、損壞或者故障時，隻能(néng)整體(tǐ)丢棄或者另外(wài)再采購相(xiàng)同廠家、相(xiàng)同型号的(de)成套積木模塊進行(xíng)替代，造成資(zī)源浪費、增加了使用者的(de)負擔，影響了使用者的(de)體(tǐ)驗。

現有技術的(de)積木設計方法，通(tōng)常都是采用對(duì)單一(yī)模塊進行(xíng)逐一(yī)設計，不考慮核心模塊與周邊模塊，相(xiàng)互之間(jiān)沒有約束和(hé)協同關系，可(kě)支持的(de)工(gōng)作(zuò)模式及功能(néng)較少(shǎo)。采用上述現有技術設計的(de)電(diàn)子(zǐ)積木模塊及積木組合體(tǐ)産品，積木模塊及零件(jiàn)部過多(duō)，外(wài)接導線多(duō)，各模塊的(de)綜合匹配性差，連接關系複雜，很難實現多(duō)種組合形式、多(duō)種工(gōng)作(zuò)模式的(de)相(xiàng)互切換。同時，由于電(diàn)源（電(diàn)池組）、電(diàn)機及控制(zhì)電(diàn)路均具有一(yī)定的(de)體(tǐ)積和(hé)重量，如(rú)果按照常規的(de)方式，将其簡單（上下層疊）組合，則會(huì)造成體(tǐ)積過大，很難實現重心穩定、結構和(hé)運行(xíng)的(de)穩定性，導緻可(kě)實現的(de)組合方案比較少(shǎo)、不同工(gōng)作(zuò)模式之間(jiān)難以切換，大大影響各電(diàn)子(zǐ)積木模塊的(de)組裝匹配度，從而限制(zhì)了積木産品的(de)組合方案以及工(gōng)作(zuò)模式的(de)靈活選擇。

針對(duì)這(zhè)一(yī)情況，本發明(míng)人(rén)團隊采用新的(de)思路，針對(duì)現有技術中(zhōng)電(diàn)子(zǐ)積木電(diàn)機模塊的(de)結合設計不合理、編程能(néng)力差、綜合匹配性差、不能(néng)自(zì)由擴展，電(diàn)子(zǐ)積木模塊相(xiàng)互拼接組合後的(de)積木組合體(tǐ)的(de)組合形式單一(yī)、工(gōng)作(zuò)模式單一(yī)，設計方法不考慮各模塊之間(jiān)多(duō)形狀、多(duō)空間(jiān)、多(duō)級電(diàn)路兼容、智能(néng)拼接容錯、元件(jiàn)損壞替代、多(duō)種工(gōng)作(zuò)模式、多(duō)種驅動(dòng)（單驅動(dòng)、雙驅動(dòng)、多(duō)驅動(dòng)）相(xiàng)互匹配等不足，本發明(míng)的(de)目的(de)在(zài)于，提供一(yī)種可(kě)編程積木電(diàn)機模塊結構、積木組合體(tǐ)及設計方法，通(tōng)過同步改進電(diàn)子(zǐ)積木的(de)結構設計、裝配位置、電(diàn)路接口、編程方法和(hé)重心分(fēn)布，将電(diàn)池組、微型電(diàn)機及其控制(zhì)電(diàn)路集成爲一(yī)個模塊、并減小其集成後的(de)整體(tǐ)體(tǐ)積，以便于制(zhì)造、裝配、編程和(hé)使用，大幅提高與其他電(diàn)子(zǐ)積木模塊組裝和(hé)使用的(de)匹配度、編程便捷性、可(kě)替換性，從而解決上述技術問(wèn)題。

本專利涉及多(duō)個學(xué)科和(hé)技術領域，包括電(diàn)子(zǐ)編程、電(diàn)機模組、積木設計、、積木搭積與STAM原理等，對(duì)專利代理師的(de)跨領域的(de)專業能(néng)力、綜合水平，對(duì)編程、教育、玩具與設計領域的(de)經驗要求較高。我(wǒ)公司派出專利代理師孫明(míng)科與研發團隊對(duì)接，反複多(duō)次與研發團隊深入交流，共同分(fēn)析技術問(wèn)題和(hé)發明(míng)要點，在(zài)深度檢索和(hé)多(duō)次撰寫修改的(de)基礎上，完成了本項發明(míng)專利的(de)申請文件(jiàn)。本案專利代理師通(tōng)過與于所長(cháng)研發團隊成員密切溝通(tōng)，認真聽取發明(míng)人(rén)的(de)構思和(hé)技術方案，并且進行(xíng)了深入的(de)技術檢索、對(duì)比和(hé)技術挖掘，準确定位技術問(wèn)題和(hé)核心發明(míng)點，從而得(de)到了本發明(míng)呈現的(de)較爲完善的(de)技術方案，并且順利獲得(de)授權。申請權利要求與授權權利要求幾乎沒有改動(dòng)。

   本專利是專利代理師與發明(míng)人(rén)團隊深入交流、科學(xué)布局、密切合作(zuò)完成的(de)跨領域高質量專利申請案件(jiàn)，雙方多(duō)次、反複討(tǎo)論、修改了多(duō)稿才最終定稿，發明(míng)人(rén)科研團隊及代理師對(duì)本發明(míng)均付出了辛苦的(de)勞動(dòng)。

本發明(míng)專利作(zuò)爲電(diàn)子(zǐ)編程積木領域的(de)高質量的(de)發明(míng)專利，與申請人(rén)布局的(de)其他發明(míng)專利相(xiàng)互配合，對(duì)納米材料、制(zhì)備方法等進行(xíng)了合理分(fēn)層、遞進式的(de)保護，采用快速的(de)申請和(hé)審查答(dá)複，大幅縮短(duǎn)了審查時間(jiān)。本發明(míng)專利快速獲得(de)授權後，有利于該申請人(rén)對(duì)該專利技術成果進行(xíng)轉化、實施，盡早投入使用，産生更好的(de)社會(huì)和(hé)經濟效益。