RU2817885C1 - Educational construction set with rotary joint - Google Patents
Educational construction set with rotary joint Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817885C1 RU2817885C1 RU2023127605A RU2023127605A RU2817885C1 RU 2817885 C1 RU2817885 C1 RU 2817885C1 RU 2023127605 A RU2023127605 A RU 2023127605A RU 2023127605 A RU2023127605 A RU 2023127605A RU 2817885 C1 RU2817885 C1 RU 2817885C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotary joint
- educational
- pin
- head
- joint
- Prior art date
Links
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 241000309551 Arthraxon hispidus Species 0.000 claims 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 14
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 abstract 1
- 102220557126 Alstrom syndrome protein 1_A63N_mutation Human genes 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 210000002346 musculoskeletal system Anatomy 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 description 2
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к учебным наборам с использованием деталей детского конструктора, предназначенным для моделирования имитационных устройств и приборов, а также экспериментальных установок, применяемых в обучающих играх, опытах, исследованиях.The invention relates to educational sets using parts of a children's construction set, intended for modeling simulation devices and instruments, as well as experimental installations used in educational games, experiments, and research.
Из области техники известен шестигранный блок детского конструктора с квадратно-штыревыми соединительными элементами и способ конструирования, реализованный в этом изобретении (см. патент на изобретение RU №2596742, кл. А63Н 33/08, оп. в 2016 г.). Этот блок (кубик) обеспечивает прочную фрикционную посадку без проворачивания штыря внутри гнезда (в отличие от цилиндрических штифтов). Такие конструктивные особенности позволяют использовать данный конструктор не только в игровых, но и в учебных целях, для получения сложных объемных моделей.A hexagonal block of a children's construction set with square-pin connecting elements and a design method implemented in this invention are known from the field of technology (see invention patent RU No. 2596742, class A63N 33/08, op. in 2016). This block (cube) provides a strong frictional fit without turning the pin inside the socket (unlike roll pins). Such design features allow this construction set to be used not only for gaming purposes, but also for educational purposes, to produce complex three-dimensional models.
Известно рулевое устройство для строительных комплектов игрушек фирмы «Лего», включающее поворотную втулку с шестеренчатым механизмом (см. патент на изобретение SU №1837922, кл. А63Н 17/36, оп. в 1993 г.). Этот механизм разработан применительно к элементам конструктора фирмы «Лего».A steering device for building sets of toys from the Lego company is known, including a rotary sleeve with a gear mechanism (see patent for invention SU No. 1837922, class A63N 17/36, op. in 1993). This mechanism was developed in relation to the elements of the Lego constructor.
Известна игрушечная фигурка с подвижными частями тела фирмы «Лего», включающая поворотные механизмы с одной степенью свободы в местах расположения суставов человека (см. патент SU №1709896, кл. А63Н 3/16, оп. в 1992 году). Для этой фигурки, адаптированной для использования в конструкторах фирмы «Лего», использованы простейшие сочленения.A toy figure with movable body parts from Lego is known, including rotary mechanisms with one degree of freedom at the locations of human joints (see patent SU No. 1709896, class A63N 3/16, op. in 1992). For this figure, adapted for use in Lego construction sets, the simplest joints were used.
Известна система игрушечного конструирования, включающая удлиненные стержневые элементы и плоские соединительные элементы, которые могут быть соединены между собой в различных комбинациях, причем на некоторых элементах предусмотрены шаровые элементы, которые приспособлены для зацепления с взаимодополняющими гнездовыми элементами, содержащимися на других элементах, для взаимного соединения двух элементов с возможностью вращения (см. патент US 5769681, кл. А63Н 33/06, оп. в 1998 году). Такие шаровые элементы дают возможность формировать подвижные сочленения на основе шарового шарнира. Однако получаемые в результате сборки конструктора фигуры не имеют достаточной жесткости для получения устойчивых моделей и не подходят для учебного моделирования.A toy construction system is known that includes elongated rod elements and flat connecting elements that can be interconnected in various combinations, with some elements having ball elements that are adapted to engage with complementary socket elements contained on other elements to mutually connect the two elements with the possibility of rotation (see patent US 5769681, class A63N 33/06, op. in 1998). Such spherical elements make it possible to form movable joints based on a ball joint. However, the figures obtained as a result of assembling the designer do not have sufficient rigidity to obtain stable models and are not suitable for educational modeling.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является конструктор фирмы «Артек», включающий шестигранные блоки с квадратно-штыревыми соединительными элементами, а также дополнительный блок с поворотным валом, серводвигателем и элементами соединения квадратно-штыревого типа (см. патент ES 752126, кл. А63Н 33/04, оп. в 2020 г.). В отличие от вышеописанных конструкторов возможности этого технического решения несколько шире за счет квадратно-штыревого соединения, обеспечивающего более прочную фрикционную посадку без проворачивания штыря внутри гнезда (в отличие от цилиндрических штифтов). Такие конструктивные особенности позволяют использовать данный конструктор не только в игровых, но и в учебных целях, для получения сложных объемных моделей. А наличие дополнительного блока с поворотным валом и сервоприводом дает возможность создавать подвижные модели.The closest analogue to the claimed invention is a design kit from the Artek company, which includes hexagonal blocks with square-pin connecting elements, as well as an additional block with a rotary shaft, a servomotor and square-pin type connecting elements (see patent ES 752126, class A63N 33 /04, op. in 2020). In contrast to the above-described designs, the possibilities of this technical solution are somewhat wider due to the square-pin connection, which provides a stronger frictional fit without turning the pin inside the socket (unlike cylindrical pins). Such design features allow this construction set to be used not only for gaming purposes, but also for educational purposes, to produce complex three-dimensional models. And the presence of an additional block with a rotary shaft and a servo drive makes it possible to create movable models.
Техническая проблема: детские конструкторы с каждым годом все более усложняются и совершенствуются. Но их совершенствование в целом носит развлекательный характер. В известных устройствах остается нерешенной задача обучения детей основам объемного моделирования на одной игровой универсальной базе. В детских конструкторах с поворотными сочленениями чаще всего используют либо различные фигурки (в основном человечка), либо блоки с приводом.Technical problem: children's construction sets are becoming more complex and improved every year. But improving them as a whole is entertaining. In known devices, the problem of teaching children the basics of three-dimensional modeling on one universal gaming base remains unsolved. Children's construction sets with rotating joints most often use either various figures (mostly a man) or blocks with a drive.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения универсальности учебного конструктора при использовании поворотного сочленения в виде шарового шарнира для сложного объемного моделирования при обучении, проведении опытов и экспериментов и визуализации получаемых результатов.The present invention is aimed at solving the technical problem of increasing the versatility of an educational constructor when using a rotating joint in the form of a ball joint for complex three-dimensional modeling when teaching, conducting experiments and experiments, and visualizing the results obtained.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в учебном конструкторе с поворотным сочленением, включающем монтажные кубики и детали для моделирования, имеющие гнезда и штифты для фрикционного соединения квадратно-штифтового типа, и дополнительные блоки поворотного сочленения, последние выполнены в виде головки поворотного сочленения с отверстием под шпильку и сферического гнезда для посадки головки, причем головка поворотного сочленения и сферическое гнездо снабжены плоскими площадками, имеющими не менее одного штифта с тыльной стороны, при этом сферическое гнездо выполнено лепестковым, а плоская площадка выполнена с площадью, совпадающей с площадью любой стороны монтажного кубика. Сферическое гнездо выполнено четырехлепестковым.The solution to the stated technical problem is achieved due to the fact that in an educational construction set with a rotary joint, including mounting cubes and parts for modeling, having sockets and pins for a friction connection of the square-pin type, and additional blocks of the rotary joint, the latter are made in the form of a head of the rotary joint with a hole for a pin and a spherical socket for landing the head, wherein the head of the rotating joint and the spherical socket are equipped with flat platforms having at least one pin on the back side, while the spherical socket is made of a petal type, and the flat platform is made with an area coinciding with the area of any side mounting cube. The spherical socket is made of four petals.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображено поворотное сочленение учебного конструктора на основе шарового шарнира в сборе, в изометрии. На фиг. 2 - то же, вид сбоку со стороны съемной шпильки. На фиг. 3 - то же, продольное сечение. На фиг. 4 - то же, с правым вырезом. На фиг. 5 - головка поворотного сочленения, в изометрии. На фиг. 6 - сферическое гнездо поворотного сочленения, в изометрии. На фиг. 7 - эквивалентный макет шарнирных соединений элементов передней подвески автомобиля с несущим кузовом, вид сбоку. На фиг. 8 - то же, вид спереди. На фиг. 9 - то же, в изометрии. На фиг. 10 - антропологическая подвижная модель нижнего пояса опорно-двигательного аппарата человека, увеличенные поворотные сочленения изображены сбоку.In fig. Figure 1 shows the rotary joint of the educational construction set based on the ball joint assembly, in isometry. In fig. 2 - the same, side view from the side of the removable pin. In fig. 3 - the same, longitudinal section. In fig. 4 - the same, with a right cutout. In fig. 5 - head of the rotary joint, in isometry. In fig. 6 - spherical socket of the rotary joint, in isometry. In fig. 7 - equivalent layout of the hinge joints of the front suspension elements of a car with a monocoque body, side view. In fig. 8 - the same, front view. In fig. 9 - the same, in isometry. In fig. 10 - anthropological movable model of the lower belt of the human musculoskeletal system, enlarged rotary joints are shown from the side.
Учебный конструктор с поворотным сочленением изготавливают из легких прочных пластиков и подобных материалов. Он предназначен для применения в обучающих играх в интерактивном режиме, а также для проведения опытов и экспериментов при визуализации получаемых результатов. Учебный конструктор прост в сборке и эксплуатации и направлен на решение различных задач - он может быть использован для моделирования имитационных устройств и приборов, применяемых в обучающих играх, опытах, исследованиях.An educational set with a rotating joint is made of lightweight, durable plastics and similar materials. It is intended for use in educational games in an interactive mode, as well as for conducting experiments and experiments while visualizing the results obtained. The educational set is easy to assemble and operate and is aimed at solving various problems - it can be used to model simulation devices and instruments used in educational games, experiments, and research.
Учебный конструктор с поворотным сочленением включает основные монтажные блоки, например, шестигранные кубики 1, имеющие гнезда 2 с квадратным поперечным сечением и штифты 3 квадратного поперечного сечения. Гнезда 2 снабжены внутренними продольными ребрами 4, обеспечивающими прочную и надежную фрикционную посадку (фрикционное соединение) штифтов 3 внутри гнезд 2. Учебный конструктор снабжен дополнительными блоками, предназначенными для формирования поворотного сочленения 5 в виде шарового шарнира: головка 6 поворотного сочленения с отверстием 7 под шпильку 8, сферическое гнездо 9 поворотного сочленения 5. Головка 6 и сферическое гнездо 9 оснащены плоскими площадками 10 с штифтами 11, расположенными с тыльной стороны площадки 10 по ее диагонали. Штифты 11 площадки 10 предназначены для фрикционной установки в гнезде 2 кубика 1. Площадка 10 выполнена с площадью, совпадающей с площадью любой стороны кубика 1. При фрикционной посадке площадка 10 плотно заподлицо прилегает к стороне кубика 1. Сферическое гнездо 9 может быть выполнено трех- или четырехлепестковым и даже более. Но оптимальным является четырехлепестковое гнездо 9. Лепестки 12 сферического гнезда 9 образуют прорези 13 и выполняют разные функции. Они могут отгибаться при установке головки 6 в гнездо 9, а затем надежно фиксируют от выпадания головку 6 и шпильку 8. Шпилька 8 предназначена для преобразования шарового шарнира в шарнир с одной степенью свободы. Учебный конструктор может содержать разные блоки и детали, необходимые для использования в учебном процессе в зависимости от поставленных задач: например, колеса 14, полукубики 15, продольные блоки 16, оснащенные аналогичными элементами соединения с остальными блоками конструктора.An educational construction set with a rotating joint includes basic mounting blocks, for example, hexagonal cubes 1 having sockets 2 with a square cross-section and pins 3 of a square cross-section. The sockets 2 are equipped with internal longitudinal ribs 4, ensuring a strong and reliable frictional fit (friction connection) of the pins 3 inside the sockets 2. The educational set is equipped with additional blocks designed to form a rotary joint 5 in the form of a ball joint: the head 6 of the rotary joint with a hole 7 for the pin 8, spherical seat 9 of the rotary joint 5. The head 6 and the spherical seat 9 are equipped with flat platforms 10 with pins 11 located on the back side of the platform 10 along its diagonal. The pins 11 of the platform 10 are intended for frictional installation in the socket 2 of the cube 1. The platform 10 is made with an area that coincides with the area of any side of the cube 1. With a frictional fit, the platform 10 fits tightly flush to the side of the cube 1. The spherical socket 9 can be made three- or four-petalled and even more. But the optimal one is a four-petal socket 9. The petals 12 of the spherical socket 9 form slots 13 and perform different functions. They can bend when the head 6 is installed in the socket 9, and then reliably fix the head 6 and the pin 8 from falling out. The pin 8 is designed to convert the ball joint into a joint with one degree of freedom. An educational constructor may contain different blocks and parts necessary for use in the educational process, depending on the tasks assigned: for example, wheels 14, half-cubes 15, longitudinal blocks 16, equipped with similar connection elements with the rest of the blocks of the constructor.
На фиг. 7, 8 и 9 изображен фрагмент эквивалентного макета шарнирных соединений элементов передней подвески автомобиля с несущим кузовом. Собранный на основе блоков учебного конструктора макет оснащен кубиками 1, поворотными сочленениями 5, колесом 14 (или колесами 14), полукубиками 15, продольными блоками 16 и сервоприводом (на рисунке не показано). Такой макет предназначен для иллюстрации работы шаровых шарниров передней подвески автомобиля во время его движения.In fig. 7, 8 and 9 show a fragment of an equivalent layout of the hinge joints of the front suspension elements of a car with a monocoque body. The model, assembled on the basis of educational construction kit blocks, is equipped with cubes 1, rotary joints 5, wheel 14 (or wheels 14), half-cubes 15, longitudinal blocks 16 and a servo drive (not shown in the figure). This model is intended to illustrate the operation of the ball joints of the front suspension of a car while it is moving.
На фиг. 10 показан пример антропологической подвижной модели нижнего пояса опорно-двигательного аппарата человека. Верхние и нижние поворотные сочленения 5 имеют 3 степени свободы, а среднее поворотное сочленение 5 со шпилькой 8 соответствует расположению коленного сустава и имеет 1 степень свободы.In fig. Figure 10 shows an example of an anthropological moving model of the lower belt of the human musculoskeletal system. The upper and lower rotary joints 5 have 3 degrees of freedom, and the middle rotary joint 5 with a pin 8 corresponds to the location of the knee joint and has 1 degree of freedom.
Учебный конструктор с поворотным сочленением используют следующим образом. Например, для учебных целей заранее готовят комплект блоков и элементов. После изучения свойств шарового шарнира учащиеся либо собирают заданную модель сами, либо тестируют уже собранную модель по определенным параметрам. Антропологическая подвижная модель нижнего пояса опорно-двигательного аппарата человека, показанная на фиг. 10, дает возможность в учебном процессе показать специфику движений разных суставов и провести учащемуся сравнительный анализ и самостоятельное исследование подвижности нижних конечностей человека. Коленный сустав модели зафиксирован шпилькой 8 и имеет только одну степень свободы. А остальные суставы в это время имеют по три степени свободы.An educational construction set with a rotating joint is used as follows. For example, for educational purposes, a set of blocks and elements is prepared in advance. After studying the properties of a ball joint, students either assemble a given model themselves or test an already assembled model according to certain parameters. An anthropological movable model of the lower belt of the human musculoskeletal system, shown in Fig. 10, makes it possible in the educational process to show the specifics of movements of different joints and to conduct a comparative analysis and independent study of the mobility of the lower extremities of a person. The knee joint of the model is fixed with a pin 8 and has only one degree of freedom. And the remaining joints at this time have three degrees of freedom.
Такой конструктор с поворотным сочленением на основе шарового шарнира и свойств фрикционного соединения квадратно-штифтового типа можно собирать и использовать при проведении разных опытов и экспериментов. В совокупности с измерительными модулями, различными приводами и электронными устройствами этот учебный конструктор можно применять для изучения робототехники, законов физики, механики, биологии, анатомии, для моделирования имитационных устройств, приборов, экспериментальных установок, применяемых в обучающих играх, опытах, исследованиях: в школах, учебных и научных заведениях и даже дома, снабдив ребенка подробной инструкцией. Использование учебного конструктора с поворотным сочленением дает возможность детям получать не только удовольствие от игры с ним, но и теоретические знания, а затем практические навыки в работе с моделями, в которых использованы шарнирные соединения.Such a construction set with a rotating joint based on a ball joint and the properties of a square-pin type friction connection can be assembled and used in various experiments and experiments. In combination with measuring modules, various drives and electronic devices, this educational constructor can be used to study robotics, the laws of physics, mechanics, biology, anatomy, for modeling simulation devices, instruments, experimental installations used in educational games, experiments, research: in schools , educational and scientific institutions and even at home, providing the child with detailed instructions. Using an educational construction set with a rotating joint allows children to not only enjoy playing with it, but also gain theoretical knowledge and then practical skills in working with models that use articulated joints.
Данный конструктор дает возможность значительно упростить учебное и научное моделирование, используемое в демонстрационных и экспериментальных целях. Причем интересные модели можно собрать даже из самых простых элементов учебного конструктора, а использование дополнительных возможностей в виде элементов и деталей из разных областей техники, электроники, строительства (и так далее), позволяет получать суперсложные модели, предназначенные для обучения студентов и проведения научных экспериментов.This constructor makes it possible to significantly simplify educational and scientific modeling used for demonstration and experimental purposes. Moreover, interesting models can be assembled even from the simplest elements of an educational constructor, and the use of additional capabilities in the form of elements and parts from various fields of technology, electronics, construction (and so on), allows you to obtain super complex models intended for teaching students and conducting scientific experiments.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в повышении универсальности учебного конструктора при использовании поворотного сочленения в виде шарового шарнира для сложного объемного моделирования при обучении, проведении опытов и экспериментов и визуализации получаемых результатов.Thus, the technical result achieved using the claimed invention is to increase the versatility of the educational constructor when using a rotary joint in the form of a ball joint for complex three-dimensional modeling when teaching, conducting experiments and experiments and visualizing the results obtained.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817885C1 true RU2817885C1 (en) | 2024-04-22 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1269733A3 (en) * | 1983-02-14 | 1986-11-07 | Интерлего Аг (Фирма) | Building member |
| RU2338572C1 (en) * | 2007-03-15 | 2008-11-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Деко" | Assembly joint for solid round parts of toy construction set |
| RU2340381C1 (en) * | 2007-03-15 | 2008-12-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Деко" | Self-assembly element of toy erector set |
| RU2466766C2 (en) * | 2007-02-09 | 2012-11-20 | Инфинитой, Инк. | Design system (versions) |
| CN106232196A (en) * | 2014-11-11 | 2016-12-14 | 乌克兰奇尔斯有限责任公司 | Independent operating element external member in mechanistic model |
| RU2658268C1 (en) * | 2017-03-13 | 2018-06-19 | Сергей Владимирович Рогозинников | Modular construction set and laboratory modular unit for the physical phenomena studying |
| RU2019131420A (en) * | 2017-03-21 | 2021-04-21 | Кма Консептс Лимитед | TOY CONSTRUCTOR WITH PIVOTED ELEMENTS |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1269733A3 (en) * | 1983-02-14 | 1986-11-07 | Интерлего Аг (Фирма) | Building member |
| RU2466766C2 (en) * | 2007-02-09 | 2012-11-20 | Инфинитой, Инк. | Design system (versions) |
| RU2338572C1 (en) * | 2007-03-15 | 2008-11-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Деко" | Assembly joint for solid round parts of toy construction set |
| RU2340381C1 (en) * | 2007-03-15 | 2008-12-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Деко" | Self-assembly element of toy erector set |
| CN106232196A (en) * | 2014-11-11 | 2016-12-14 | 乌克兰奇尔斯有限责任公司 | Independent operating element external member in mechanistic model |
| RU2658268C1 (en) * | 2017-03-13 | 2018-06-19 | Сергей Владимирович Рогозинников | Modular construction set and laboratory modular unit for the physical phenomena studying |
| RU2019131420A (en) * | 2017-03-21 | 2021-04-21 | Кма Консептс Лимитед | TOY CONSTRUCTOR WITH PIVOTED ELEMENTS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11141674B2 (en) | Building toy | |
| Basoeki et al. | Robots in Education: New Trends and Challenges from the Japanese Market. | |
| Graven et al. | The use of an Arduino pocket lab to increase motivation in Electrical engineering students for programming | |
| Lund | Robot soccer in education | |
| RU2817885C1 (en) | Educational construction set with rotary joint | |
| Jawawi et al. | Introducing computer programming to secondary school students using mobile robots | |
| Gucwa et al. | Making robot challenges with virtual robots | |
| KR20210109398A (en) | Toy Block Elements and Toy Block Set Assembled thereby | |
| Carbone et al. | A Robot-Sumo student competition at UNICAL as a learning-by-doing strategy for STEM education | |
| Costa et al. | Growing up with robots | |
| RU2792318C1 (en) | Universal educational kit with removable connecting pins | |
| Petrovič et al. | Educational robotics initiatives in Slovakia | |
| US20140272828A1 (en) | Components for stem education | |
| Ribeiro et al. | Learning robotics for youngsters-the roboparty experience | |
| JP2003029623A (en) | Model of living body and method for producing the same | |
| Michaud et al. | Using ROBUS in electrical and computer engineering education | |
| Polishuk et al. | Interaction with animated robots in science museum programs: How children learn? | |
| CN113274744B (en) | Building block system | |
| CN220632974U (en) | Joint building block structure and toy | |
| Lee et al. | Graduate Student Research Articles | |
| CN219501967U (en) | Toy car capable of simulating animal walking | |
| CN213823442U (en) | Quadruped walking animal simulation toy | |
| Carnegie | Towards a fleet of autonomous mobile mechatrons | |
| Ali¹ et al. | THE ROLES OF TEACHERS AND PARENTS IN PROMOTING CHILDREN INVOLVEMENT IN GAME ACTIVITIES AT THE PRESCHOOL LEVEL | |
| Verner et al. | Experiential learning through designing robots and motion behaviors: A tiered approach |