2個(gè)月發(fā)證：一種可編程積木電機(jī)模塊、積木組合體及設(shè)計(jì)方法（廣州途道信息科技有限公司）

一、發(fā)明專利案件基本信息

技術(shù)領(lǐng)域：可編程積木，微型電機(jī)，玩具與教具

專利號(hào)：CN202210402856.6

專利名稱：一種可編程積木電機(jī)模塊、積木組合體及設(shè)計(jì)方法

專利申請(qǐng)日：2022-04-18

專利授權(quán)日：2022-06-17

專利申請(qǐng)人：廣州途道信息科技有限公司

發(fā)明人：鐘志鋒; 蘇景輝

專利代理機(jī)構(gòu)：廣州高炬知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司

專利代理師：孫明科

二、發(fā)明專利申請(qǐng)文件信息

申請(qǐng)文件：41頁(yè)，2.05萬字，附圖9

授權(quán)權(quán)利要求：10，其中獨(dú)立權(quán)利要求：3

權(quán)項(xiàng)結(jié)構(gòu)樹：

三、發(fā)明內(nèi)容摘要：

本發(fā)明公開了一種可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)、積木組合體及設(shè)計(jì)方法，該可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)包括殼體、微型電機(jī)、供電裝置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；該可編程積木電機(jī)模塊基于其整體形狀、尺度、結(jié)構(gòu)和重心位置，使其能作為一個(gè)具有高匹配性的獨(dú)立電子積木模塊，與其他的多個(gè)電子積木模塊及其電路連接并匹配后，形成以該可編程積木電機(jī)模塊核心，具備獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)與控制、實(shí)現(xiàn)多種組合體設(shè)計(jì)方案與編程功能的積木組合體。本發(fā)明公開的設(shè)計(jì)方法以可編程積木電機(jī)模塊為基礎(chǔ)，并且以該模塊的尺度、形狀及質(zhì)量分布為約束條件，再逐一設(shè)計(jì)其他模塊。本發(fā)明提供的可編程積木電機(jī)模塊與積木組合體的其他模塊之間均具備多維度的高匹配性，便于制造和使用。

四、發(fā)明摘要附圖：

五、獨(dú)立權(quán)利要求3條：

1、一種可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括可拆卸式的殼體（1）、微型電機(jī)（2）、供電裝置（3）、控制電路（4）及至少一個(gè)傳感器；所述的微型電機(jī)（2）、供電裝置（3）、控制電路（4）及傳感器設(shè)置在該殼體（1）的內(nèi)部；

所述的可編程積木電機(jī)模塊的各部分相互結(jié)合后，其整體外形輪廓為近似矩形的四方體，該四方體尺寸的長(zhǎng)寬高的比例為：8：（3～4）：（4～5）；且其中的長(zhǎng)度是以8mm為標(biāo)準(zhǔn)基數(shù)，為該標(biāo)準(zhǔn)基數(shù)的整數(shù)倍；當(dāng)所述可編程積木電機(jī)模塊處于水平擺放的狀態(tài)下，其質(zhì)量呈上部低、下部高分布，整體重心處于其幾何中心點(diǎn)的下方；當(dāng)所述可編程積木電機(jī)模塊處于豎直擺放的狀態(tài)下，其質(zhì)量呈上部、下部基本對(duì)稱分布，其整體重心分別處于其幾何中心點(diǎn)的上方或者下方；

所述的可編程積木電機(jī)模塊基于其整體形狀、尺度、結(jié)構(gòu)和重心位置，使其能作為一個(gè)具有高匹配性的獨(dú)立電子積木模塊，通過其整體立體空間、重量、外殼上的環(huán)形拼接凸起（11）、方形拼接凹槽，內(nèi)部的微型電機(jī)（2）、供電裝置（3）、控制電路（4）、傳感器，分別與其他的多個(gè)不同形狀、功能與尺寸的電子積木模塊及其電路連接并匹配，能同時(shí)兼容各種大顆粒積木模塊與小顆粒積木模塊；各模塊在不同的空間位置相互拼接并電性連接后，形成以可編程積木電機(jī)模塊核心，具備獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)與控制、實(shí)現(xiàn)多種組合體設(shè)計(jì)方案與編程功能的積木組合體。

6、一種采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)的積木組合體，其特征在于，其包括至少一個(gè)所述的可編程積木電機(jī)模塊，以及該可編程積木電機(jī)模塊為主體模塊，與其他多個(gè)其他電子積木模塊物理拼接及電性連接而成的積木組合體；其中，該可編程積木電機(jī)模塊作為具有空間、重量及電路高匹配性的獨(dú)立電子積木模塊，以其作為空間結(jié)構(gòu)、集成控制與動(dòng)力輸出基礎(chǔ)，通過其整體立體空間外部、外殼的多個(gè)端面上的環(huán)形拼接凸起（11）、方形拼接凹槽，內(nèi)部的微型電機(jī)（2）、供電裝置（3）、控制電路（4）、傳感器，分別與其他的不同形狀、結(jié)構(gòu)、功能與尺寸的電子積木模塊及其電路，在不同的空間位置相互拼接并電性連接，獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)與控制其他電子積木模塊，形成以該可編程積木電機(jī)模塊為主體、實(shí)現(xiàn)多種設(shè)計(jì)方案與編程功能的積木組合體；并且所述的可編程積木電機(jī)模塊在該積木組合體的拼接、控制及運(yùn)動(dòng)過程中，始終保持各模塊連接可靠、外形協(xié)調(diào)、運(yùn)行穩(wěn)定、重心穩(wěn)定。

9、一種根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述積木組合體的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，其包括如下步驟：

S1、以近似矩形的四方體外形輪廓，長(zhǎng)度尺寸以8mm為基數(shù)，長(zhǎng)寬高的比例為8：（3～4）：（4～5）為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)獨(dú)立工作模式下的可編程積木電機(jī)模塊的殼體外形輪廓結(jié)構(gòu)，然后再根據(jù)各部分的重量與體積比，分別設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及控制電路，使各部分全部裝配后的重心偏離整體外形的幾何中心點(diǎn)，并預(yù)留外接電路輸入輸出接口，設(shè)計(jì)出可編程積木電機(jī)模塊；

S2、以獨(dú)立工作模式下的可編程積木電機(jī)模塊的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)和控制電路為基礎(chǔ)，調(diào)整該可編程積木電機(jī)模塊的設(shè)計(jì)，使其能夠同時(shí)支持并聯(lián)工作、替代工作、續(xù)航擴(kuò)展工作、配重工作四種工作模式；

S3、根據(jù)S2設(shè)計(jì)的可編程積木電機(jī)模塊的外形輪廓、形狀為基礎(chǔ)，以長(zhǎng)度尺寸基數(shù)及重心穩(wěn)定同步的匹配性為約束條件，設(shè)計(jì)與其匹配的其他電子積木模塊；

S4、將步驟S2設(shè)計(jì)的可編程積木電機(jī)模塊與步驟S3設(shè)計(jì)的其他子積木模塊進(jìn)行拼接，形成積木組合體，并測(cè)試該積木組合體的立體空間、結(jié)構(gòu)、形狀、重心、電路及運(yùn)行的匹配性；

S5、對(duì)于符合高匹配性設(shè)計(jì)要求，外形協(xié)調(diào)、連接可靠、重心合理、運(yùn)行穩(wěn)定并且能夠?qū)崿F(xiàn)各工作模式，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同工作模式之間相互轉(zhuǎn)換的，進(jìn)行確認(rèn)、定型；對(duì)于不符合高匹配性設(shè)計(jì)要求的，返回步驟S1,修改設(shè)計(jì)方案，直至各模塊均滿足高匹配性設(shè)計(jì)要求。

六、專利權(quán)人與發(fā)明人團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介

本發(fā)明由廣州途道信息科技有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成。廣州途道科技有限公司成立于2014年，主打產(chǎn)品為STEAM編程智能教育玩具機(jī)器人，已暢銷歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，深受客戶歡迎。研發(fā)團(tuán)隊(duì)由廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)器人教授和無人機(jī)極客組建而成。專利權(quán)人是一家以技術(shù)研發(fā)為導(dǎo)向，專門從事機(jī)器人智能控制技術(shù)的研究，專注于創(chuàng)作全球有競(jìng)爭(zhēng)力的智能產(chǎn)品和為行業(yè)伙伴們提供智能機(jī)器人控制技術(shù)方案與更優(yōu)秀的產(chǎn)品。公司現(xiàn)研發(fā)的多種智能機(jī)器人已開始暢銷海外，作為廣東工業(yè)大學(xué)、斯坦福大學(xué)精研學(xué)社的戰(zhàn)略合作伙伴，該司的部分產(chǎn)品方向、思路、設(shè)計(jì)源于斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)思維團(tuán)隊(duì)。該公司已經(jīng)獲得眾多發(fā)明專利與實(shí)用新型專利。團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目曾獲得佛山電視臺(tái)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽第二名，全國(guó)智能制造創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽華南區(qū)第三名等榮譽(yù)。

七、本發(fā)明主要的有益效果：

1、本發(fā)明提供的可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)及其積木組合體，以該可編程積木電機(jī)模塊為主體模塊，與其他多個(gè)其他電子積木模塊物理拼接及電性連接而成，使該組合體支持多種編程方式、多形狀、多空間、多級(jí)電路兼容、智能拼接容錯(cuò)、元件損壞替代、多種工作模式、多種驅(qū)動(dòng)（單驅(qū)動(dòng)、雙驅(qū)動(dòng)、多驅(qū)動(dòng)）方案的匹配等，使產(chǎn)品的高顏值、高性能和高靈活性相匹配，大幅提升使用者的體驗(yàn)并節(jié)約資源，并且便于制造、裝配、編程和使用，大幅提高與其他電子積木模塊組裝和使用的匹配度、編程便捷性、可替換性。

2、本發(fā)明提供的可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)、積木組合體及其設(shè)計(jì)方法，通過同步改進(jìn)電子積木的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配位置、電路接口和重心分布，將電池組、微型電機(jī)及其控制電路集成為一個(gè)模塊、并減小其集成后的整體體積，以便于制造、裝配和使用，大幅提高與其他電子積木模塊組裝和使用的匹配度、可替換性，從而使該模塊與其他各模塊之間的功能及結(jié)構(gòu)匹配性強(qiáng)、可以自由擴(kuò)展，電子積木組合后的組合形式多、工作模式多，支持多形狀、多空間、多級(jí)電路兼容、智能拼接容錯(cuò)、元件損壞替代、多種工作模式、多種驅(qū)動(dòng)（單驅(qū)動(dòng)、雙驅(qū)動(dòng)、多驅(qū)動(dòng)）方案的匹配等優(yōu)點(diǎn)。

八、本案專利代理師經(jīng)驗(yàn)分享：

小玩具、大市場(chǎng)。電子積木是將電子技術(shù)與積木有機(jī)地結(jié)合在一起，學(xué)生能夠通過課程所設(shè)計(jì)的活動(dòng)，結(jié)合電子電路或計(jì)算機(jī)程序，來搭建和控制其創(chuàng)造的模型，訓(xùn)練學(xué)生從實(shí)際動(dòng)手搭建模型的過程中，學(xué)習(xí)和鍛煉推理思考、問題解決、創(chuàng)造發(fā)明、團(tuán)隊(duì)合作等能力，以開拓學(xué)生的科學(xué)領(lǐng)域、邏輯分析及程序觀念的建立、激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)濃厚的興趣，并充實(shí)學(xué)?？萍冀虒W(xué)課程，使得教學(xué)活潑化、學(xué)習(xí)趣味化。

在STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué))教育中，實(shí)踐是必不可少的環(huán)節(jié)之一。STEM教具設(shè)計(jì)的目標(biāo)，是不能過多的限制和提供更多的可行性，讓學(xué)生隨心所欲的搭建自己心目中的機(jī)械裝置。但是，目前各自電子積木套裝教具在實(shí)際使用中存在許多缺點(diǎn)，比如，電子積木模塊的零件復(fù)雜，種類繁多，各模塊的功能及結(jié)構(gòu)匹配性差、不能自由擴(kuò)展，電子積木組合后的組合形式單一、工作模式單一，小零件無法順利搭建，搭建分解困難，分揀整理困難等等。

現(xiàn)有的電子積木電機(jī)模塊，一個(gè)套裝組合產(chǎn)品中往往只有一個(gè)，只有單驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品組合方案，而且當(dāng)其內(nèi)部元件（包括電機(jī)）等出現(xiàn)故障、損壞，或者其他的重要模塊（控制、傳感、電池）等出現(xiàn)缺失或故障時(shí)，整個(gè)積木組合即喪失功能，無法繼續(xù)使用，這對(duì)于以電子積木作為教具而進(jìn)行的課堂教學(xué)來說，就只能中斷教學(xué)、全套更換，影響教學(xué)效果。目前在眾多廠家生產(chǎn)的套裝組合產(chǎn)品之間，各模塊之間的形狀、結(jié)構(gòu)、功能、電路、接口相互不兼容，不同型號(hào)之間的模塊也不兼容、不能相互替代，消費(fèi)者在購(gòu)買的第一套積木產(chǎn)品出現(xiàn)部分模塊缺失、損壞或者故障時(shí)，只能整體丟棄或者另外再采購(gòu)相同廠家、相同型號(hào)的成套積木模塊進(jìn)行替代，造成資源浪費(fèi)、增加了使用者的負(fù)擔(dān)，影響了使用者的體驗(yàn)。

現(xiàn)有技術(shù)的積木設(shè)計(jì)方法，通常都是采用對(duì)單一模塊進(jìn)行逐一設(shè)計(jì)，不考慮核心模塊與周邊模塊，相互之間沒有約束和協(xié)同關(guān)系，可支持的工作模式及功能較少。采用上述現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的電子積木模塊及積木組合體產(chǎn)品，積木模塊及零件部過多，外接導(dǎo)線多，各模塊的綜合匹配性差，連接關(guān)系復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)多種組合形式、多種工作模式的相互切換。同時(shí)，由于電源（電池組）、電機(jī)及控制電路均具有一定的體積和重量，如果按照常規(guī)的方式，將其簡(jiǎn)單（上下層疊）組合，則會(huì)造成體積過大，很難實(shí)現(xiàn)重心穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致可實(shí)現(xiàn)的組合方案比較少、不同工作模式之間難以切換，大大影響各電子積木模塊的組裝匹配度，從而限制了積木產(chǎn)品的組合方案以及工作模式的靈活選擇。

針對(duì)這一情況，本發(fā)明人團(tuán)隊(duì)采用新的思路，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中電子積木電機(jī)模塊的結(jié)合設(shè)計(jì)不合理、編程能力差、綜合匹配性差、不能自由擴(kuò)展，電子積木模塊相互拼接組合后的積木組合體的組合形式單一、工作模式單一，設(shè)計(jì)方法不考慮各模塊之間多形狀、多空間、多級(jí)電路兼容、智能拼接容錯(cuò)、元件損壞替代、多種工作模式、多種驅(qū)動(dòng)（單驅(qū)動(dòng)、雙驅(qū)動(dòng)、多驅(qū)動(dòng)）相互匹配等不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種可編程積木電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)、積木組合體及設(shè)計(jì)方法，通過同步改進(jìn)電子積木的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配位置、電路接口、編程方法和重心分布，將電池組、微型電機(jī)及其控制電路集成為一個(gè)模塊、并減小其集成后的整體體積，以便于制造、裝配、編程和使用，大幅提高與其他電子積木模塊組裝和使用的匹配度、編程便捷性、可替換性，從而解決上述技術(shù)問題。

本專利涉及多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，包括電子編程、電機(jī)模組、積木設(shè)計(jì)、、積木搭積與STAM原理等，對(duì)專利代理師的跨領(lǐng)域的專業(yè)能力、綜合水平，對(duì)編程、教育、玩具與設(shè)計(jì)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)要求較高。我公司派出專利代理師孫明科與研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)接，反復(fù)多次與研發(fā)團(tuán)隊(duì)深入交流，共同分析技術(shù)問題和發(fā)明要點(diǎn)，在深度檢索和多次撰寫修改的基礎(chǔ)上，完成了本項(xiàng)發(fā)明專利的申請(qǐng)文件。本案專利代理師通過與于所長(zhǎng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員密切溝通，認(rèn)真聽取發(fā)明人的構(gòu)思和技術(shù)方案，并且進(jìn)行了深入的技術(shù)檢索、對(duì)比和技術(shù)挖掘，準(zhǔn)確定位技術(shù)問題和核心發(fā)明點(diǎn)，從而得到了本發(fā)明呈現(xiàn)的較為完善的技術(shù)方案，并且順利獲得授權(quán)。申請(qǐng)權(quán)利要求與授權(quán)權(quán)利要求幾乎沒有改動(dòng)。

本專利是專利代理師與發(fā)明人團(tuán)隊(duì)深入交流、科學(xué)布局、密切合作完成的跨領(lǐng)域高質(zhì)量專利申請(qǐng)案件，雙方多次、反復(fù)討論、修改了多稿才最終定稿，發(fā)明人科研團(tuán)隊(duì)及代理師對(duì)本發(fā)明均付出了辛苦的勞動(dòng)。

本發(fā)明專利作為電子編程積木領(lǐng)域的高質(zhì)量的發(fā)明專利，與申請(qǐng)人布局的其他發(fā)明專利相互配合，對(duì)納米材料、制備方法等進(jìn)行了合理分層、遞進(jìn)式的保護(hù)，采用快速的申請(qǐng)和審查答復(fù)，大幅縮短了審查時(shí)間。本發(fā)明專利快速獲得授權(quán)后，有利于該申請(qǐng)人對(duì)該專利技術(shù)成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化、實(shí)施，盡早投入使用，產(chǎn)生更好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。