CN108970145A - 一种用于steam教育的金属工程积木套装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，涉及STEAM教育工程积木技术领域，包括积木、辅助件、控制器、电源、灯具和传感器，积木包括梁形积木、柱形积木、条形积木、片形积木和面形积木，辅助件包括轴花、电机、步进电机、转轴、车轮、履带轮、履带、联轴器、齿轮、螺栓、螺母、普通开关、磁簧开关、震动开关、倾斜开关和有源蜂鸣器。本发明具有梁、柱、条、片和面五种基本元素，功能全面，满足学生需求；采用自制轴花结构，工程积木拼装不再只能是平角或直角，工程积木之间可任意转动角度，可拼装更多类型的产品；本发明使得学生可以自主搭建和编程来实现学生自身的想法，提高学生的动手能力、空间想象能力以及逻辑思维能力。

Description

一种用于STEAM教育的金属工程积木套装

技术领域

本发明涉及STEAM教育工程积木技术领域，特别是涉及一种用于STEAM教育的金属工程积木套装。

背景技术

STEAM教育就是集科学，技术，工程，艺术，数学多学科融合的综合教育。STEAM是一种重实践的超学科教育理念。STEAM教育工程积木适用于初中、高中教学，能开发学生大脑和培养学生的创意，提高学生的动手能力。目前，市场上可使用的STEAM教育工程积木组合元素较少，满足不了学生的需求；工程积木之间固定后不能转动，导致可拼装的产品类型较少；且工程积木拼装的产品不能实现自动化控制。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于STEAM教育的金属工程积木套装。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，包括积木、辅助件、控制器、电源、灯具和传感器，所述积木包括梁形积木、柱形积木、条形积木、片形积木和面形积木，所述辅助件包括轴花、电机、步进电机、转轴、车轮、履带轮、履带、联轴器、齿轮、螺栓、螺母、普通开关、磁簧开关、震动开关、倾斜开关和有源蜂鸣器，所述电源为锂电池和9V电源适配器，所述灯具包括LED灯和RGB灯，所述传感器包括声音传感器、超声波传感器、电磁传感器、人体红外传感器、火焰传感器、温湿度传感器、温度传感器和光敏电阻传感器。

优选的，所述控制器包括底座、侧板、盖板、主控板、电路板和导光条，底座上部的四周安装有侧板，底座上部的中心位置安装有主控板，主控板上设有单片机，主控板上部安装有电路板，主控板与电路板通过插针固定连接，主控板与电路板之间设有Type-C接口，电路板上部安装有盖板，盖板上安装有导光条，导光条上设有导柱，导光条通过导柱与盖板固定连接。

优选的，所述单片机的芯片类型为MK60DN512ZVLQ10，内核为ARM-Cortex-M4，晶振为50M有源晶振，内核频率为100M。

优选的，所述控制器采用LAD或lblock编程软件进行可视化编程，通过可视化编程使得创意更生动。

优选的，所述底座底部设有安装孔，安装孔均匀分布。

优选的，所述梁形积木包括双排孔梁，柱形积木包括铝立柱，条形积木包括铝片条，片形积木包括折弯片、三孔片、连接片和直角折片，面形积木包括导向板和底板。

优选的，所述轴花可以转动的范围为0～360°。

优选的，所述积木均采用6061航空铝合金材料制成，积木通过模具挤出成型，材质坚硬强度高，表面进行倒角磨砂处理，手感光滑。

优选的，所述积木上均设有安装孔，安装孔可以兼容乐高积木，扩大了产品的应用性。

优选的，所述积木可以完成赛车、传送带、工程车、红绿灯、画图车、绘图机、坦克车、阀门、天平、道闸、路灯、塔吊、秋千、升降梯、智能桌椅、风车、旋转木马、摩天轮、摇头扇、自动晾衣架和足球射手的拼装设计。

本发明的有益效果在于：本发明具有梁、柱、条、片和面五种基本元素，功能全面，满足学生需求；采用自制轴花结构，工程积木拼装不再只能是平角或直角，工程积木之间可任意转动角度，可拼装更多类型的产品；本发明是一个包含工程积木、电子控制器、传感器模块和软件学习工具的多种零件STEAM教育工程积木平台，可以快速搭建高性能机械结构和独一无二的智能创客学习平台，能够实现自动化控制，将脑中的奇思妙想变为实物；本发明使得学生还可以自主搭建和编程来实现学生自身的想法，提高学生的动手能力、空间想象能力以及逻辑思维能力。

附图说明

图1为本发明的实施例一赛车示意图；

图2为本发明的实施例二传送带示意图；

图3为本发明的实施例三工程车示意图；

图4为本发明的实施例四红绿灯示意图；

图5为本发明的实施例五画图车示意图；

图6为本发明的实施例六绘图机示意图；

图7为本发明的实施例七坦克车示意图；

图8为本发明的实施例八阀门示意图；

图9为本发明的控制器爆炸图。

其中：1、车轮；2、导向板；3、底板；4、轴花；5、铝片条；6、螺栓；7、双排孔梁；8、履带；9、转轴；10、折弯片；11、三孔片；12、锂电池；13、控制器；14、连接线；15、电机；16、LED灯；17、笔；18、连接片；19、皮带；20、履带轮；21、直角折片；22、卡爪；23、铝立柱；1301、导柱；1302、导光条；1303、盖板；1304、电路板；1305、侧板；1306、主控板；1307、底座；1308、安装孔；1309、Type-C接口；1310、插针。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明包括积木、辅助件、控制器、电源、灯具和传感器。其中，积木包括梁形积木、柱形积木、条形积木、片形积木和面形积木。梁形积木包括双排孔梁，柱形积木包括铝立柱，条形积木包括铝片条，片形积木包括折弯片、三孔片、连接片和直角折片，面形积木包括导向板和底板。积木均采用6061航空铝合金材料制成，积木通过模具挤出成型，材质坚硬强度高，表面进行倒角磨砂处理，手感光滑。积木上均设有安装孔，安装孔可以兼容乐高积木，扩大了产品的应用性。辅助件包括轴花、电机、步进电机、转轴、车轮、履带轮、履带、联轴器、齿轮、螺栓、螺母、普通开关、磁簧开关、震动开关、倾斜开关和有源蜂鸣器。轴花可以转动的范围为0～360°。电源为锂电池和9V电源适配器。灯具包括LED灯和RGB灯。传感器包括声音传感器、超声波传感器、电磁传感器、人体红外传感器、火焰传感器、温湿度传感器、温度传感器和光敏电阻传感器。

如图2和图9所示，控制器13包括底座1307、侧板1305、盖板1303、主控板1306、电路板1304和导光条1302。底座1307上部的四周安装有侧板1305。底座1307上部的中心位置安装有主控板1306，主控板1306上设有单片机。单片机的芯片类型为MK60DN512ZVLQ10，内核为ARM-Cortex-M4，晶振为50M有源晶振，内核频率为100M。主控板1306上部安装有电路板1304，主控板1306与电路板1304通过插针1310固定连接。主控板1306与电路板1304之间设有Type-C接口1309。电路板1304上部安装有盖板1303，盖板1303上安装有导光条1302。导光条1302上设有导柱1301，导光条1302通过导柱1301与盖板1303固定连接。底座1307底部设有安装孔1308，安装孔1308均匀分布，安装孔1308用于在工程积木上固定安装控制器13。控制器13采用LAD或lblock编程软件进行可视化编程，通过可视化编程使得创意更生动。

本发明的积木可以完成赛车、传送带、工程车、红绿灯、画图车、绘图机、坦克车、阀门、天平、道闸、路灯、塔吊、秋千、升降梯、智能桌椅、风车、旋转木马、摩天轮、摇头扇、自动晾衣架和足球射手的拼装设计。通过这套STEAM教育金属工程积木套装可以拼装的课程应用场景和产品有二十多种，极大的丰富了产品的阵列，后续会持续加入更多的拼装玩法。

实施例一

如图1所示，积木拼装成的赛车。底板3上固定有转轴，转轴两端安装有车轮1，底板3上部通过双排孔梁7和铝立柱拼接出赛车的骨架，赛车的轮廓通过铝片条5来拼装，铝片条5之间通过轴花4连接，铝片条5之间可以任意角度转动，赛车的头部通过导向板2拼装完成。积木之间的固定安装均可通过螺栓6与螺母相配合来实现。底板3上部安装有锂电池、电机、齿轮、连接线、LED灯和普通开关来组成赛车的动力系统。本套产品可以根据需要安装不同类型的传感器。通过普通开关控制赛车开动起来。

实施例二

如图2所示，积木拼装成的传送带。折弯片10、三孔片11和双排孔梁7拼装成传送带的基座，基座的双排孔梁7上固定有锂电池12，基座的两端均竖直拼装有双排孔梁7，双排孔梁7上拼装有与基座相平行的铝片条5，铝片条5上安装有转轴9，转轴9上安装有履带轮20，履带轮20之间安装有履带8，基座一端的铝片条5上安装有电机15，电机15与转轴9固定连接，基座一侧放置有控制器13，控制器13通过连接线14与电路板相连接，电路板通过连接线14分别与锂电池12和电机15相连接。积木之间的固定安装均可通过螺栓6与螺母相配合来实现。本套产品可以根据需要安装不同类型的传感器。控制器也可以通过9V电源适配器来进行供电。控制器控制整个传送带的运动。

实施例三

如图3所示，积木拼装成的工程车。底板两侧拼装有铝片条5，铝片条5两端安装有转轴，转轴上安装有履带轮20，履带轮20之间安装有履带8，铝片条5一端安装有电机15，电机15与转轴固定连接，底板一端通过双排孔梁7拼装成支架，支架上安装有锂电池12，支架上部通过铝片条5拼装出横梁，横梁上安装有机械爪，底板的中心位置放置有控制器13，控制器13通过连接线与电路板相连接，电路板通过连接线分别与锂电池12和电机15相连接。积木之间的固定安装均可通过螺栓6与螺母相配合来实现。本套产品可以根据需要安装不同类型的传感器。控制器也可以通过9V电源适配器来进行供电。控制器控制工程车的运动。

实施例四

如图4所示，积木拼装成的红绿灯。红绿灯的底座通过双排孔梁7拼装而成，底座上放置有锂电池12，底座一侧竖直拼装有铝片条5，铝片条5上安装有控制器13，铝片条5顶部拼装有三孔片11，三孔片11上分别安装有红黄绿三种颜色的LED灯16，控制器13通过连接线与电路板相连接，电路板通过连接线分别与锂电池12和LED灯16相连接。积木之间的固定安装均可通过螺栓6与螺母相配合来实现。本套产品可以根据需要安装不同类型的传感器。控制器也可以通过9V电源适配器来进行供电。控制器控制红绿灯的工作。

实施例五

如图5所示，积木拼装成的画图车。由双排孔梁7和三孔片11拼装出画图车的底座，底座上固定有转轴，转轴两端安装有车轮1，底座一端安装有锂电池12，底座另一端安装有控制器13，底座上安装有电机，电机通过齿轮与转轴相啮合，底座中心位置安装有笔17，笔17的高度可以通过调节螺钉来调节，控制器13通过连接线与电路板相连接，电路板通过连接线分别与锂电池12和电机相连接。积木之间的固定安装均可通过螺栓与螺母相配合来实现。本套产品可以根据需要安装不同类型的传感器。控制器也可以通过9V电源适配器来进行供电。控制器控制画图车的运动轨迹，随着画图车的运动，笔在绘图纸上绘制图形。

实施例六

如图6所示，积木拼装成的绘图机。三孔片11、双排孔梁7和连接片18组成基座，连接片18顶部放置有锂电池12，连接片18一侧安装有控制器13，基座一侧拼装有直角折片21，直角折片21上安装有卡爪22，基座一端拼装有三孔片11，基座上安装有电机，三孔片上安装有履带轮20，履带轮20与电机通过皮带19相连接，三孔片11端部安装有笔17，笔17的高度可以通过调节螺钉来调节。工作时，先通过卡爪22将绘图机固定在桌子的边缘，控制器13通过连接线与电路板相连接，电路板通过连接线分别与锂电池12和电机相连接。积木之间的固定安装均可通过螺栓6与螺母相配合来实现。本套产品可以根据需要安装不同类型的传感器。控制器也可以通过9V电源适配器来进行供电。控制器控制电机的转动带动履带轮的转动，使得笔在绘图纸上绘制图形。

实施例七

如图7所示，积木拼装成的坦克车。由铝立柱23、折弯片10和双排孔梁7拼装成底盘，底盘上安装有转轴，转轴上安装有履带轮20，履带轮20之间安装有履带8，底盘上安装有电机，电机通过齿轮与转轴相啮合，底盘中心位置安装有控制器13，底盘一端安装有直角折片21，底盘另一端放置有锂电池12，直角折片21上安装有RGB灯，控制器13通过连接线与电路板相连接，电路板通过连接线分别与锂电池12、电机和RGB灯相连接。积木之间的固定安装均可通过螺栓与螺母相配合来实现。本套产品可以根据需要安装不同类型的传感器。控制器也可以通过9V电源适配器来进行供电。控制器控制坦克车的运动和RGB灯的工作。

实施例八

如图8所示，积木拼装成的阀门。由双排孔梁7和连接片拼装成基座，基座上安装有控制器13，基座一侧竖直拼装有双排孔梁7，双排孔梁7一侧放置有锂电池12，双排孔梁7上拼装有阀门，阀门由铝片条5和三孔片11拼装而成。双排孔梁7靠近上部安装有步进电机，阀门上安装有转轴，步进电机与转轴固定连接，控制器13通过连接线与电路板相连接，电路板通过连接线分别与锂电池12和步进电机相连接。积木之间的固定安装均可通过螺栓6与螺母相配合来实现。本套产品可以根据需要安装不同类型的传感器。控制器也可以通过9V电源适配器来进行供电。控制器控制步进电机的工作带动阀门的开合。

本发明适用于创客、编程入门教育和基础机械结构学习，可供学生自学使用或老师上课时使用。本发明丰富了STEAM教育可拼装产品的类型，增加了拼装玩法，提高学生的动手能力、空间想象和逻辑思维能力。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围。本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形。本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，包括积木、辅助件、控制器、电源、灯具和传感器，其特征在于：所述积木包括梁形积木、柱形积木、条形积木、片形积木和面形积木，所述辅助件包括轴花、电机、步进电机、转轴、车轮、履带轮、履带、联轴器、齿轮、螺栓、螺母、普通开关、磁簧开关、震动开关、倾斜开关和有源蜂鸣器，所述电源为锂电池和9V电源适配器，所述灯具包括LED灯和RGB灯，所述传感器包括声音传感器、超声波传感器、电磁传感器、人体红外传感器、火焰传感器、温湿度传感器、温度传感器和光敏电阻传感器。

2.根据权利要求1所述的一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，其特征在于：所述控制器包括底座、侧板、盖板、主控板、电路板和导光条，底座上部的四周安装有侧板，底座上部的中心位置安装有主控板，主控板上设有单片机，主控板上部安装有电路板，主控板与电路板通过插针固定连接，主控板与电路板之间设有Type-C接口，电路板上部安装有盖板，盖板上安装有导光条，导光条上设有导柱，导光条通过导柱与盖板固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，其特征在于：所述单片机的芯片类型为MK60DN512ZVLQ10，内核为ARM-Cortex-M4，晶振为50M有源晶振，内核频率为100M。

4.根据权利要求2所述的一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，其特征在于：所述控制器采用LAD或lblock编程软件进行可视化编程，通过可视化编程使得创意更生动。

5.根据权利要求2所述的一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，其特征在于：所述底座底部设有安装孔，安装孔均匀分布。

6.根据权利要求1所述的一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，其特征在于：所述梁形积木包括双排孔梁，柱形积木包括铝立柱，条形积木包括铝片条，片形积木包括折弯片、三孔片、连接片和直角折片，面形积木包括导向板和底板。

7.根据权利要求1所述的一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，其特征在于：所述轴花可以转动的范围为0～360°。

8.根据权利要求1所述的一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，其特征在于：所述积木均采用6061航空铝合金材料制成，积木通过模具挤出成型，材质坚硬强度高，表面进行倒角磨砂处理，手感光滑。

9.根据权利要求1所述的一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，其特征在于：所述积木上均设有安装孔，安装孔可以兼容乐高积木，扩大了产品的应用性。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种用于STEAM教育的金属工程积木套装，其特征在于：所述积木可以完成赛车、传送带、工程车、红绿灯、画图车、绘图机、坦克车、阀门、天平、道闸、路灯、塔吊、秋千、升降梯、智能桌椅、风车、旋转木马、摩天轮、摇头扇、自动晾衣架和足球射手的拼装设计。