(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊戯端末装置と、該遊戯端末装置に通信ネットワークを介して接続されるサーバとで構成され、
前記遊戯端末装置は、表示部及び操作検出部を備えており、
前記操作検出部は、シート上での玩具ブロックの位置及び重量を検出する機能を備えており、
前記サーバは、前記表示部に提示されたお手本に対する前記玩具ブロックの組み立て方を認識する組み立て方認識機能と、該組み立て方認識機能の認識結果に基づいて、前記遊戯端末装置に対して教示・指導の情報を呈示する教示・指導機能とを備えており、
前記組み立て方認識機能は、一定時間内に前記操作検出部から得られる前記玩具ブロックの前記位置と前記重量、及び時刻のデータを抽出することによって、前記シート上に設置された複数の前記玩具ブロックの積まれた順序を組み立て方パタンとして認識し、出力し、
前記教示・指導機能は、前記認識された組み立て方パタンと、前記お手本の完成形状との差分を計算することで、或る時刻における完成率を算出する
ことを特徴とする玩具ブロックシステム。
【請求項２】
請求項１において、
前記操作検出部は、前記シート上での利用者の操作によって生じる圧力を検出し、該圧力に関するデータを格納する記憶部を備えており、
前記サーバは、前記圧力のデータを抽出することによって、前記シート上に設置された前記玩具ブロックの組み立て形状、設置された時刻、設置された位置を認識し、出力する
ことを特徴とする玩具ブロックシステム。
【請求項３】
請求項２において、
前記サーバは、前記利用者の月齢範囲毎の組み立て方データ、組み立て共通部分形状データ、及び、教示センテンス・指導センテンスデータを格納する記憶部を備えており、
前記完成率の算出の結果、完成状態でなければ、現在の組み立て状態と前記完成状態との差分を計算し、前記組み立て方データ及び前記組み立て共通部分形状データとの照合を行ない、差分に応じて、前記教示センテンス・指導センテンスデータに基づき、前記遊戯端末装置に対して教示・指導の情報を呈示する
ことを特徴とする玩具ブロックシステム。
【請求項４】
請求項１において、
前記サーバは、利用者の生年月日を含むユーザ情報、前記お手本に関する情報、及び、前記教示・指導の情報を格納する記憶部を備えており、
前記お手本に関する情報は、利用者の月齢範囲毎の組み立て方データ、組み立て共通部分形状データを有し、前記教示・指導の情報は、前記利用者の月齢と前記玩具ブロックの積み木の積み過程を対応付けた教示データ・指導データを有しており、
前記遊戯端末装置は、前記検出された前記玩具ブロックの組み立て形状・設置場所・時間の情報を、前記サーバに送信し、
前記サーバは、前記記憶部に格納された前記利用者のユーザ情報、及び、前記お手本に関する情報を参照して、前記遊戯端末装置から送信された前記情報に基づいて、前記利用者の発育段階を解析し、前記解析された発育段階を表示するための情報を生成する
ことを特徴とする玩具ブロックシステム。
【請求項５】
遊戯端末装置と、該遊戯端末装置に通信ネットワークを介して接続されるサーバとで構成され、
前記遊戯端末装置は、表示部及び操作検出部を備えており、
前記操作検出部は、シート上での玩具ブロックの位置及び重量を検出する機能を備えており、
前記サーバは、前記表示部に提示されたお手本に対する前記玩具ブロックの組み立て方を認識する組み立て方認識機能と、該組み立て方認識機能の認識結果に基づいて、前記遊戯端末装置に対して教示・指導の情報を呈示する教示・指導機能と、組み立て方／センテンスＤＢとを備えており、
前記遊戯端末装置は、前記玩具ブロックの完成組み立て形状をお手本として前記組み立て方／センテンスＤＢに登録する機能を有し、
前記組み立て方認識機能は、前記操作検出部から得られる前記玩具ブロックの前記位置と前記重量、及び時刻のデータを抽出することによって、前記シート上に設置された複数の前記玩具ブロックの積まれた順序を認識し、出力する
ことを特徴とする玩具ブロックシステム。
【請求項６】
請求項５において、
前記遊戯端末装置のシート上に前記玩具ブロックが正解通りに組み立て・積み上げられた結果を用いて、全体重量と重量分散領域における現在と積みステップの差分を取り、前記玩具ブロックが組み立てられ又は積まれた位置、組み立てられ又は積まれたブロックの種類、各ブロックの個数を推定し、前記積み方／センテンスＤＢに前記お手本データとして登録する
ことを特徴とする玩具ブロックシステム。
【請求項７】
請求項５において、
前記遊戯端末装置のシート上に一段目の領域の前記玩具ブロックのいずれかを、イニシャル玩具ブロックとして設定し、該イニシャル玩具ブロックを基点として、前記最終形状に至るまでの組み立て方を抽出し、該抽出された組み立て方バリエーションを、各形状に対する前記お手本の組み立て方バリエーションとして前記組み立て方／センテンスＤＢに登録する
ことを特徴とする玩具ブロックシステム。
【請求項８】
請求項４において、
前記サーバの記憶部には、前記組み立て共通部分形状データ中の複数の部分パタンと、前記利用者の生後の経過期間に応じて、前記各部分パタンによって出力される刺激に反応する前記利用者の割合を示す月齢範囲毎の情報が格納され、
前記サーバは、前記記憶部に格納された前記月齢範囲毎情報を参照して、該前記遊戯端末装置から送信された前記位置及び重量に関する情報に基づいて、前記利用者の発育段階を解析し、該解析された発育段階を表示するための情報を生成する
ことを特徴とする玩具ブロックシステム。
【請求項９】
請求項１において、
前記各玩具ブロックは、該玩具ブロックの形状毎に重量が異なり、
前記玩具ブロックの前記位置と前記重量の情報から、前記各玩具ブロックの形状及び組み合わせのパタンを判定する
ことを特徴とする玩具ブロックシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組み立て方認識機能を備えた玩具ブロックシステムに係り、特に、組み立て方認識機能を備えることで、子供の発育に合わせた情報を提供し、かつ子供の発育段階を知ることができる遊戯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
少子化や核家族化などにより、子育てに対する不安や悩みを抱える母親は多い。子育て中の家族を取り巻く不安として、育児に関する情報が氾濫する一方で、現実的に必要とされる子育ての情報が不足している。また、孤立した子育て環境下で育てるのが不安である、などがある。このため、ばらつきのある子供の成長度合いに応じて最適な情報を提供する育児支援管理システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、従来は、子供の発育段階によって異なる玩具を用意し、子供の月齢（又は、年齢）に応じた適切な遊び方の玩具を与える必要がある。
【０００３】
こうした玩具の典型的な例として玩具ブロック（以下、単にブロックと称する場合も有り）がある。ブロックは長年利用されてきた玩具であり、保護者や養育者の多くが幼児に与えている。多くの場合、ブロックには、組み立て方の手本が用意されており、ブロックのユーザである子供は、その手本を参考にしてブロックを組み立てて遊ぶ。
【０００４】
一方、特許文献２には、積み木どうしをコネクタでつなぐことによって様々な機能を構成するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】２００５−１５７７５７号公報
【特許文献２】２００９−５１２４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ブロックをお手本通りに組み立てる課題の場合、ユーザのレベル（推定される完成度、完成までの速度、完成までのステップ）が分からないと、ユーザに適切なお手本を事前に選ぶことができなかった。さらに、途中で組み立て方を間違えたり、迷ったりした場合に、適切な指示をすることができないという問題点があった。
【０００７】
こうした問題点を解決するために、様々な発育段階毎のユーザがブロックを組み立てる過程をデータとして収集し、これに基づいてレベルの基準を定義する、という方法が考えられる。これにより、発育段階毎に、ユーザがどの程度課題を完成できるかを知ることができるため、発育段階に応じたお手本を用意することが可能となる。また、収集したデータを学習サンプルとして、パタン認識の技術を適用することで、組み立て方の過程からユーザの発達段階を推定できる。これにより、ユーザに応じたブロックの形状を情報として提供することが可能となる。また、組み立ての成否をパタン認識で推定し、成否に応じた指示を提示することが可能となる。
【０００８】
こうした解決方法を実現するためには、ブロックを組み立てる過程のデータを大量に収集する必要がある。しかし、現状では、ブロックを組み立てる過程をデータ化するのは、人による観察によるしかなく、大きな工数がかかるという問題があった。また、ブロック遊びは各家庭や保育所などで個別に行なわれており、観察によりデータを大量に収集することは困難である。
【０００９】
また、特許文献２に開示されたシステムでは、機能を構成することを目的とした手段であり、完成までのステップを記述することはできない。
【００１０】
本発明が解決する課題は、ブロックを組み立てる過程を自動的にデータ化することのできる玩具ブロックシステムを提供することである。また、本発明が解決する第二の課題は、自動的にデータ化されたブロックを組み立てる過程に基づいて、自動的にユーザの発育段階を判定することのできる玩具ブロックシステムを提供することである。また、本発明が解決する第三の課題は、自動的にデータ化されたブロックを組み立てる過程に基づいて、ユーザの発育段階や組み立ての成否に応じたお手本や指示を提示することのできる玩具ブロックシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、玩具ブロックシステムは、遊戯端末装置と、該遊戯端末装置に通信ネットワークを介して接続されるサーバとで構成され、前記遊戯端末装置は、表示部及び操作検出部を備えており、前記操作検出部は、シート上での玩具ブロックの位置及び重量を検出する機能を備えており、前記サーバは、前記表示部に提示されたお手本に対する前記玩具ブロックの組み立て方を認識する組み立て方認識機能と、該組み立て方認識機能の認識結果に基づいて、前記遊戯端末装置に対して教示・指導の情報を呈示する教示・指導機能とを備えており、前記組み立て方認識機能は、一定時間内に前記操作検出部から得られる前記玩具ブロックの前記位置と前記重量、及び時刻のデータを抽出することによって、前記シート上に設置された複数の前記玩具ブロックの積まれた順序を組み立て方パタンとして認識し、出力し、前記教示・指導機能は、前記認識された組み立て方パタンと、前記お手本の完成形状との差分を計算することで、或る時刻における完成率を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、今まで人間が観察しなければならなかった事象を自動的に観察し、子供の発育段階を簡易かつ的確に判定すると共に、適切な指示をすることができる玩具ブロックシステムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例になる玩具ブロックシステムの構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】図１のデータ収集・解析・アシストデータ制御用サーバの構成を示すブロック図である。
【図２Ｂ】図１の遊戯端末装置の構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】図２Ａのセンシングデータ構造の一例を示す図である。
【図３Ｂ】図２Ａのブロックデータの構造の一例である。
【図３Ｃ】図１の玩具ブロックの一例を示す斜視図である。
【図３Ｄ】玩具ブロックの咬合パタンの例を示す図である。
【図３Ｅ】図２Ａのシート・ブロック形状対応データの構造の一例である。
【図４Ａ】実施例１における、お手本データの構造の一例である。
【図４Ｂ】実施例１における、組み立て方データの構造一例である。
【図４Ｃ】実施例１における、組み立て共通部分データの構造の一例である。
【図５Ａ】計測重量の時間推移データの例を示す図である。
【図５Ｂ】玩具ブロックの組み立て位置の説明図である。
【図５Ｃ】ユーザの組み立て方データの一例である。
【図６】図１の組み立て方／センテンスＤＢの構造の一例である。
【図７】組み立て方／センテンスＤＢの構造の他の例である。
【図８Ａ】実施例１における、お手本形の登録手順の一例を示す、フローチャートである。
【図８Ｂ】お手本形の登録手順の他の例を示す、フローチャートである。
【図９】お手本形と操作とのマッチングのフローチャートの一例である。
【図１０】図９の教示・指導データ選択の処理の詳細示すフローチャートの一例である。
【図１１】図８Ａにおける、センシングデータからブロックの組み立て状態を推定する手順を示す、フローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施例になる玩具ブロックシステムは、表示部、音声出力部及び操作検出部を備える遊戯端末装置と、前記検出部によって検出されたデータを前記装置から収集するサーバと、利用者の操作によって生じる圧力データ、圧力データによって得られる結果データを格納する記憶部、操作検出部に設置する玩具ブロックとを備え、前記サーバは組み立て方を認識する機能を有しており、予め設定されたお手本を画面上で提示、或いは実物を提示し、前記操作検出部から得られる圧力データを抽出することによって、設置された玩具ブロックの形状、設置された時刻、設置された位置を認識して出力する。  
本発明の玩具ブロックシステムの実施例について、以下、図面を参照しながら詳細に説明する。
［システム構成］
図１は、本発明の一実施例になる、組み立て方認識機能を備えた玩具ブロックシステムの構成例を示すブロック図である。  
本実施の形態の玩具ブロックシステムは、データ収集・解析・アシストデータ制御用サーバ（ホストコンピュータ）１０と、このサーバに通信ネットワーク１８を介して接続される少なくとも１つの遊戯端末装置１１とで構成されている。各遊戯端末装置１１は、組み立て方／センテンスＤＢ１２、計測用ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１３、及び表示部を有するデータ表示・音声出力用ＰＣ１４、シート１７と一体に形成された重量感知センサ１５、及び、適度の数の玩具ブロック１６を備えている。遊戯端末装置１１は、シート１７上での玩具ブロックの位置及び重量を検出する機能を備えている。
【００１５】
本玩具ブロックシステムにおいて、例えば、サーバ１０は教育関係者、玩具メーカー等のサービス提供者が管理し、遊戯端末装置１１は利用者すなわち家庭や保育園におけるエンドユーザが使用する。
【００１６】
データ収集・解析・アシストデータ制御用サーバ１０は、各遊戯端末装置１１重量感知センサ１５から得られたセンシングデータを解析及び管理する等の処理を行うコンピュータであって、プロセッサ、メモリ及び記憶装置（磁気ディスク等）を備え、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、後述する各処理が実行される。サーバ１０は、表示部に提示されたお手本に対する玩具ブロックの組み立ての順序を認識する組み立て方認識機能と、この組み立て方認識機能の認識結果に基づいて、子供が途中で組み立て方を間違えたり、迷ったりした場合に、適切な教示・指導の情報を呈示する教示・指導機能とを備えている。当該サーバ１０の構成は、図２Ａを用いて詳述する。
【００１７】
組み立て方／センテンスＤＢ１２は、各お手本形状における組み立て方の種類やユーザに対するアシスト情報として利用する出力用センテンスの情報を格納するデータベースであって、記憶装置（磁気ディスク等）及びデータ管理部を備える。この組み立て方／センテンスＤＢ１２には、お手本データ、組み立て方データ、及び組み立て共通部分データ等が格納されている。
【００１８】
計測用ＰＣ１３は、重量感知センサ１５からのデータをＡ／Ｄ変換し、さらに、変換されたデータをユーザデータとしてサーバ１０に送信する機能を有する。データ表示・音声出力用ＰＣ１４は、ブロックを組み立てるためのお手本を登録したり、予め設定されたお手本を表示部の画面に表示したり、さらには、ユーザが遊戯中の圧力データを解析した結果として選択された出力用センテンスに相当する音声を出力したりする機能を有する。或いは、表示部における提示方法として、遊戯端末装置１１がお手本としての実物を備えており、子供の保護者や指導者がこのお手本をシート１７上に提示できるようにシステムを構成しても良い。
【００１９】
重量感知センサ１５は、例えばシート状になっており、シート１７に複数の圧力センサがメッシュ上に例えば１ｍｍ四方で設定されたものである。重量感知センサの各センサは、例えば、５ｇの重量に対して１加圧／２５６、１０ｇの重量に対して２加圧／２５６を設定できるものである。
【００２０】
ブロック１６は、通常市販されている玩具ブロックと同様、咬合部が種々の形状を示す形となっている。例えば、立方体の場合は咬合部が正方形の線状となっている。なお、ブロック１６と重量感知センサ１５の関係については、図３Ｃ、図３Ｄで説明する。
【００２１】
図２Ａは、上記サーバ１０の詳細構成を示すブロック図である。本サーバは、プログラム領域１０２とメモリ領域１０３とで構成されており、ＣＰＵ１０１で動作する。  
プログラム領域１０２には、システムプログラム１０２０１、データ受信・管理プログラム１０２０２、センシングデータ解析プログラム１０２０３、データ呈示プログラム１０２０４、解析結果表示プログラム１０２０５が格納されている。また、メモリ領域１０３には、センシングデータ１０３０１、ブロックデータ１０３０２、シート・ブロック形状対応データ１０３０３が格納されている。
【００２２】
図２Ｂは、計測用ＰＣ１３及びデータ表示・音声出力用ＰＣ１４（これらは１つのＰＣ端末として構成しても良い）を備えた遊戯端末装置１１の構成を示すブロック図である。遊戯端末装置１１は、プログラム領域と、入出力装置１１３と、メモリ領域１１１４とで構成されており、ＣＰＵ１０１で動作する。プログラム領域には、ユーザ入力・登録プログラム１１２０１、計測データ送信プログラム１１２０２、データ表示、音声出力プログラム１１１２０３等が格納されている。なお、遊戯端末装置１１を構成するコンピュータの能力に余裕があれば、上記サーバ側のプログラムの一部を遊戯端末装置１１の記憶装置に格納し、遊戯端末装置１１側で実行させるようにしても良い。
［重量感知センサによる玩具ブロックの位置及び重量の計測］
次に、図３Ａ〜図５Ｃを参照しながら、シート上の玩具ブロックの位置及び重量の計測方法、すなわち、組み立て方認識機能について述べる。  
まず、図３Ａに、図２Ａのセンシングデータ１０３０１の構造を示す。シート１７は、例えば１辺が３０ｃｍの矩形状をなしており、センシングデータ１０３０１には、各メッシュ、すなわちシート１７での各アドレスにおける、所定時間間隔、例えば１０ｍｓｅｃ単位、での加圧データが、遂次、格納される。
【００２３】
また、ブロックデータ１０３０２の構造は、図３Ｂの通りである。ブロックデータ１０３０２には、立方体、直方体といったブロックの形状と各形状を構成する特徴量が格納されている。例えば、立方体については、１面の線分数４、線分長５ｃｍ、重量５ｇが与えられている。また、各ブロックの形状、例えば、立方体と直方体とを重量で判別し易くするために、各ブロックの形状毎にその重量を全て異なるものとしている。例えば、直方体はその重量が立方体に比べて２倍大きくなっている。
【００２４】
図３Ｃに、図１の玩具ブロックの一例として、立方体のブロック１６の例を示す。ブロック１６の５つの外表面（図では上面のみ表示）に、咬合部１６１が設けられ、対応する咬合部１６２が底面に設けられている。ブロック１６の底面は、外縁の幅の狭い矩形の稜線部１６３の部分（４箇所のエッジ部分１６４を含む）のみが、シート１７の表面（重量感知センサ１５）に接触する。稜線部１６３は例えば幅が２ｍｍであり、従って、稜線部１６３はその幅方向において複数の圧力センサに接触することになる。
【００２５】
図３Ｄに、玩具ブロックの咬合パタンとして、直方体と立方体（ハッチングで表示）との咬合の例を示す。（Ｂ）は直方体の中央部に立方体が咬合っているＴ型、（Ｃ）と（Ｄ）は直方体の左右の端部に立方体が咬合っているＬ型、（Ａ）はそれらの中間状態である中間型を示している。サーバは、メッシュ状の重量感知センサ１５によってブロック１６底面の稜線部１６３から受ける加圧力を検知し、それらのデータにより、２つの玩具ブロックがどのような咬合パタンにあるかを推定する。この点については、後で詳細に説明する。
【００２６】
重量感知センサ１５であるシート１７上の各領域とブロック形状との対応は、図３Ｅのシート・ブロックの形状対応データ１０３０３で示す。同データは、形状とエッジ領域で構成されている。例えば、ブロック１６の形状が立方体である場合には、シート上の圧力感知メッシュが１ｍｍ単位であるとすると、エッジ領域が、（０，０）、（０，５０）、（５０，０）、（５０，５０）となり、これら各座標を結んだ場合の線分領域を各形状の領域と設定する。
【００２７】
利用者である子供、あるいはその保護者や指導者が、シート１７上にブロック１６を設置し、重量感知センサの各メッシュに圧力が掛かると、各メッシュから圧力を感知した結果である重量データが出力される。さらに、同データは、計測用ＰＣ１３に送られ、ここでＡ／Ｄ変換され、さらにサーバ１０に送信される。サーバ１０上のセンシングデータ解析プログラム１０２０３によって、各メッシュにおける加圧データが１０ｍｓｅｃ毎にセンシングデータとして、図３Ａのセンシングデータ１０３０１に示すように、メモリに格納される。
【００２８】
図４Ａ〜４Ｃに組み立て方／センテンスＤＢ１２に格納されているデータを示す。この組み立て方／センテンスＤＢ１２には、お手本データ１０２０１（図４Ａ）、月齢範囲毎の組み立て方データ１０２０２（図４Ｂ）、組み立て共通部分形状データ１０２０３（図４Ｃ）が格納されている。
【００２９】
お手本データは、図４Ａに示すように、お手本を構成するブロックの種類（立方体Ｑ、直方体Ｒ等）、それぞれの種類毎のブロックナンバー（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，…）、（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…）各ブロックの位置（Ｐ１〜ＰＮ）で構成される。各ブロックの位置は、（０，０，０）を基準点として、ｘ軸、ｙ軸共に５０ｍｍピッチで表現し、ｚ軸に関しては、段数（１，２，３，…）で表現する。組み立て方データは、各ブロックの種類（立方体、直方体等）とお手本データにおける組み立て方の種類で表現されたデータであり、組み立て方データ[ｉ][ｊ]（ｉ=お手本データナンバ、ｊ＝組み立て方の種類ナンバ）と表現する。また、例えば、お手本データが立方体Ｑと直方体Ｒで構成されている場合、立方体が置かれる位置と直方体が置かれる位置は、組み立て方データにおいて、お手本データ中の位置・領域のナンバに対応している。この位置・領域に対して全工程中の何番目にブロックが置かれるかを組み立て方データ[ｉ][ｊ]とする。すなわち、お手本位置ナンバＰ１，Ｐ２，−，Ｐｎが全工程中の各ブロックの組み立ての順序を示している。
【００３０】
次に、図４Ｂの月齢範囲毎の組み立て方データ１０２０２について、説明する。組み立て方の種類については、基点を１段目の領域のいずれかひとつのブロックとし、同基点に対する最終形状に至るまでの組み立て過程／積み方過程を上記方法にて抽出し、各形状に対するお手本の組み立て方として組み立て方データに登録する。ここでは、４つの組み立て方順のお手本データが登録されている。例えば、組み立て順データ[０][０]では、お手本の組み立て方が、Ｑ２→Ｑ１→Ｑ３→Ｒ１となっている。
【００３１】
図４Ｃに、組み立て共通部分形状データ１０２０３の例を示す。図４Ｂの組み立て方データにおいて、同一の組み立て部分がある場合（例えば、Ｐ１→Ｐ２、Ｐ３→Ｐ４など）は、その部分の組み立てフローを抽出して、図４Ｃの組み立て共通部分形状データとして登録する。登録方法としては、お手本毎の組み立て方データ間でマッチングを行ない、同一のフローを抽出し、同フローを組み立て部分フロー[ｉ]として登録しておく。
【００３２】
図５Ａは、重量感知センサにより計測された重量の時間推移データの例を示す図である。また、図５Ｂは、シート１７上における玩具ブロックの組み立て位置の例を示している。また、図５Ｃは、シート１７上におけるユーザの組み立て領域の一例である。
【００３３】
利用者が玩具ブロックを選択し、順次シート１７上に組み立てるのに伴い、図５Ａのように、計測重量が時間の経過とともに変化する。シート１７には、玩具ブロックの自重のみならず、利用者が組み立て作業を行う際に手の力も加わるので、計測重量Ｗは時間の推移と共に大きく変動する。図５Ａの例では、時間ｔ１の時点で、所定の時間ΔＴ、例えば３ｓｅｃ以上の圧力が定常の状態が現れている。これは、ユーザによる最初の組み立て作業が終了した状態と推定される。次に、時間ｔ２の時点で再び所定の時間ΔＴ、例えば３ｓｅｃ以上の圧力が定常の状態が現れる。これは、ユーザによる２つ目の玩具ブロックの組み立て作業が終了した状態と推定される。以下、同様にして、制限時間以内に計測重量が所定の計測重量値Ｗｆになった時、ブロックの組み立てが完成した状態と推定される。
【００３４】
このようにして、サーバ１０は、各メッシュのうちの１メッシュを基点として、複数のメッシュにて１ｓｅｃ以上の加圧があり、さらに圧力が減衰し、例えば減衰してから各メッシュに対する圧力が３ｓｅｃ定常であった場合、シート・ブロック形状対応データ１０３０３を参照して、圧力がピークとなったメッシュ領域との類似度を計算する。類似度は、立方体・直方体といった各形状の領域と加圧センサ反応領域との相関を計算し、尤度を計算する。
【００３５】
図５Ａに示したように、計測重量Ｗには、玩具ブロックの自重のみならず、ユーザの手の力も加わり大きく変動するので、加圧がピークとなった状態（加圧＝２５６）の時間的に前後となる２つの定常状態におけるシート全体に対する圧データを計算し、同２データの差分ΔＷを計算する。計算された差分値ΔＷとブロックデータ１０３０２に格納されているブロック形状毎の重量との差分を計算する。最終的に、最も尤度が高くかつ重量差分が少ないブロックの形状を置かれた、或いははずされたブロックであると判断する。
【００３６】
特に、２段目以降の組み立て状態の推定においては、重量差分によって形状判断を行ない、さらに、設置位置を、重量の重心位置を計算して判断する。形状の尤度がいずれの形状についても低い場合（０.５以下）、例えば、直方体の一部が下段にある立方体の一部に対して重なっている場合には、各メッシュに対する定常状態での重量配分が立方体領域の最もエッジに近いメッシュ列Ｌ（ｎ）に対して、当該立方体において内側となるメッシュ列Ｌ（ｎ-１）に高い重量配分（例えば、１：５）がある場合は、立方体に対して直方体が左右同じ幅で組み立てられている、すなわち、図３ＤのＴ型の状態にあると判断する。一方、エッジに近いメッシュ列Ｌ（ｎ）とその１列前のメッシュ列Ｌ（ｎ-１）にかかる重量がＬ（ｎ）と比較して例えば、１（Ｌ（ｎ-１））:１（Ｌ（ｎ））の重量配分となっている場合には、立方体に対して直方体が片側に組み立てられている、すなわち、図３ＤのＬ型の状態にあると判断する。また、エッジに近いメッシュ列Ｌ（ｎ）とその１列前のメッシュ列Ｌ（ｎ-１）にかかる重量がＬ（ｎ）と比較して例えば、１（Ｌ（ｎ-１））:３（Ｌ（ｎ））の重量配分となっている場合には、立方体に対して直方体が中央と片側の中間の位置に組み立てられている、すなわち、図３Ｄの中間型の状態にあると判断する。これらの判定パタンは、使用されるブロックの組み合わせによって異なってくる。例えば、立方体と立方体、直方体と直方体、あるいは立方体と他の形状との組み合わせにより、各々異なる。そのため、予め、使用されるブロックに関し、想定されるすべての組み合わせに対する重量配分による判定パタンをデータベースに保持しておくものとする。
【００３７】
また、設置された或いは取り外された形状毎に設置された時刻（順序）、取り外された時刻（順序）を、センシングデータに格納する。例えば各時刻は、定常状態に入った時刻とする。
【００３８】
上記ステップによって、どの形状のブロックがいつ設定されたかを推定する。
【００３９】
図５Ａにおいて、計測重量が所定の重量Ｗｆになれば、組み立てが完成したと判定することができる。所定の重量Ｗｆは、組み立てるべき課題に応じて使用される立方体や直方体の総数に応じて決まることは言うまでも無い。
【００４０】
なお、子供がブロックを積む場合には、図５Ｂの斜線で示したお手本の領域Ｐ１〜Ｐｎの領域に対して、その範囲外の領域Ｐｚにも積む可能性も十分有る。このような場合は、この領域Ｐｚのブロックは、正しくない位置にあるとしてエラーメッセージの対象となり、従って、組み立ての完成の判定の対象外となる。
【００４１】
図５Ｃは、利用者である子供がブロックを積む場合の実際の組み立て過程の一例であり、ユーザの組み立てデータとしてバッファ等に記録され、お手本のデータと比較され、教示などに利用される。図５Ｃの例は、お手本データとは異なっているため教示の対象となる。
［組み立て方／センテンスＤＢ１２へのデータ登録］
次に、図６〜図８Ｂ、及び図１１を参照しながら、お手本データの作成・登録について、述べる。  
ユーザがお手本を見て同様の組み立てを行なう場合には、お手本を構成するブロックの種類、各ブロックの位置、ブロックの置かれる順序を予めお手本データとして登録しておき、お手本データと実際にユーザが組み立てる順序、時間、との差分を検出し、さらには、検出された差分データから、ユーザに対する教示・指導を行なうことが必要である。
【００４２】
一方で、ユーザの発育状態に合わせたお手本を提示することが必要であり、そのためには、ユーザの情報が必要である。
【００４３】
ユーザ情報の例を図６に示す。ユーザ情報は、ユーザＩＤ、生年月日、形状データ、組み立て方データ、組み立て共通部分形状データ、及び、利用した教示／センテンスデータから構成される。ユーザＩＤは、本装置を起動する場合に必要なデータであり、初期登録しておく。生年月日は、ユーザＩＤ登録時に登録しておく。形状データの欄の右列は各左欄のデータに対する成功数／実施数を示し、組み立て共通部分形状データ、及び、利用した教示／センテンスデータの各欄の右列は各左欄のデータに対する成功数／出現数を示している。例えば、組み立て共通部分形状データの部分パタン１について、ユーザは、２回実施したうち１回だけ成功している。
【００４４】
形状データ、また、ユーザに対する教示・指導を行なうにあたり、出力するセンテンスデータを登録しておく必要がある。図７に教示センテンス・指導センテンスデータの例を示す。同データは、月齢範囲と教示・指導のマトリクスである。「教示」は、課題が遂行される最初の段階で出力されるデータである。「指導」は、組み立て状態に対応して出力される。「指導」の内容は同様であるが、各月齢範囲において理解できるセンテンスを格納し、ユーザの月齢に応じて選択する（図８Ｂ参照）。
【００４５】
図６のユーザ情報によれば、ユーザが失敗したとき、組み立て共通部分形状データの部分パタン１について、図７に教示センテンス・指導センテンスデータの中の１−１−１の「指導」を行うことで、このユーザは組み立てに成功している。一方、部分パタン２については、１−１−２の「指導」を行ったものの、このユーザは組み立てに失敗している。
【００４６】
お手本データ及び組み立て方データの作成方法には、以下の２通りがある。１つは、ユーザが遊戯端末装置１１のシート上にブロックを正解通りに組み立て・積み上げを行なう方法である。この場合は、ユーザがシート上に正解通りに組み立て・積み上げを行ない、上記方法を用いて、全体重量と重量分散領域における現在と積みステップの差分を取り、ブロックが組み立てられ／積まれた位置、組み立てられ／積まれたブロックの種類、各ブロックの個数、を推定し、積み方／センテンスＤＢにお手本データとして登録する。
【００４７】
もうひとつは、各データに直接入力を行なう方法であり、各数値を入力して、お手本データ及び組み立て方データとする。
【００４８】
図８Ａは、正解通りに組み立て・積み上げを行なって、お手本形の登録を行う手順の一例を示す、フローチャートである。まず、シート上に正解通りに積む（Ｓ８０２）。また、設定された領域毎に、組み立てられる個数と種類を設定する（Ｓ８０４）。次に、全体重量と重量分散領域について、現在値と組み立てステップ（／１個積む）値の差分を取って、積まれた位置と積まれたブロック・積み木の種類を推定する（Ｓ８０６）。そして、各領域或いは複数領域毎に組み立てられる「ブロック・積み木の個数」を推定する（Ｓ８０８）。さらに、各領域或いは複数領域毎に組み立てられる「ブロック・積み木の個数」を、組み立て方／センテンスＤＢ１２に、お手本形データとして登録する。
【００４９】
図１１は、センシングデータからブロックの組み立て状態を推定する詳細手順を示す、フローチャートの一例である。まず、シートセンサの各メッシュ圧力データを収集する（Ｓ１１０２）。そして、或る一定時間ΔＴ以上の定常のメッシュ圧力を感知した場合、シート・ブロック形状対応データを用いてブロック形状を一次推定する（Ｓ１１０４））。全メッシュ圧力データを或る時刻幅で計測し、全メッシュ重量総計Ｗに差分ΔＷが観測された場合に、その差分値ΔＷとブロックデータの重量データとにより、組み立てられたブロック形状或いははずされたブロック形状を推定する（Ｓ１１０４）。
【００５０】
図８Ｂの左側のフローは、お手本形の登録手順の他の例を示す、フローチャートである。まず、一段目の領域のブロック・積み木のいずれかを、イニシャルブロック・積み木として設定する（Ｓ８２０）。次に、イニシャルブロック・積み木を基点として、最終形状に至るまでの組み立て方を抽出する（Ｓ８２２）。さらに、抽出された組み立て方バリエーションを、各形状に対するお手本の組み立て方バリエーションとして組み立て方／センテンスＤＢに登録する（Ｓ８２４）。
【００５１】
図８Ｂの右側のフローは、既存の教示データを直接入力する方法を示している。すなわち、各月齢毎に標準的な教示データ・指導データを、ブロック・積み木の積み過程に対応付けて登録する（Ｓ８３０）。
［利用者（子供）に対する教示・指導機能］
次に、図９、図１０を参照しながら、利用者（子供）に対する教示・指導機能について述べる。すなわち、利用者である子供（以下、単にユーザ）が、お手本を見て、同お手本と同様の組み立てを行なう場合の、教示・指導機能について述べる。
【００５２】
まず、図９を参照しながら、お手本とユーザの操作との差分データの抽出方法及び差分データに対応した教示・指導データの出力方法について述べる。図９は、お手本形と操作とのマッチングのフローチャートの一例である。
【００５３】
ユーザの保護者等は、遊戯端末装置１１において、図８Ａ、図８Ｂで述べたお手本データの作成・登録の手順により、予め、形状データ、組み立て方データ、ユーザ情報を計測アプリ搭載用ＰＣの初期入力画面にてセットしておく（Ｓ９０２）。次に、データ表示・音声出力用ＰＣにて表示アプリを起動する（Ｓ９０４）。次に、表示アプリで最終形状データであるお手本をデータ表示・音声出力用ＰＣ１４の画面に表示する（Ｓ９０６）。同お手本は、写真画像であっても、イラスト画像であっても良い。この場合、別方法として、お手本と同様の具体物を作成してユーザの視野内に設置するという方法でも良い。次に、ユーザ情報と現在の組み立て状態に対応した教示・指導データを選択する（Ｓ９０８）。例えば、図７の教示センテンス・指導センテンスデータに基づき、「（０−２−１）これと同じに作ってみて。」、「（１−１−１）高く積んでみるとどうかな？」等の教示・指導データを選択する。そして、これらの選択した教示データを音声で出力する（Ｓ９１０）。（この処理の詳細は図１０で説明する）。この時、教示データの音声化については、各教示データであるセンテンスを読み上げている音声ファイルを対応付けておく方法や、音声合成機能を用いてテキストを読み上げるという方法がある。次に、ユーザは上記のように呈示されたお手本を見ながらシート上１７でブロックを組み立て、積んでいく（Ｓ９１２、Ｓ９１６）。この過程において、遊戯端末装置１１及びサーバ１０は、上述した方法にて各領域での重量値を計測し、置かれた／はずされたブロックの種類を推定し（Ｓ９１４）、さらに組み立て状態、すなわち完成状態あるいは所定時間経過の有無を推定する（Ｓ９１８）。すなわち、一定時間内に検出されたブロックの位置と前記重量、及び時刻のデータとお手本の完成形状との差分を計算することで、或る時刻における完成率を算出する。ここで、完成状態あるいは所定時間経過でなければ、組み立て状態と完成状態との差分を計算し、組み立て方データ及び組み立て共通部分形状データとの照合を行なって、組み立て方データと共通部分形状データとの差分をさらに計算する（Ｓ９２０）。計算結果として、差分があった場合には、ユーザ情報の該当する形状データ中の組み立て方データで不成功だった回数、部分形状データから部分パタンとして不成功であった回数を抽出し、同部分パタン情報と不成功回数を教示センテンス・指導センテンスデータの逸脱ナンバと対応付ける。ここで不正解であった部分形状と、過去の不正解回数、組み立てに必要な全体個数中の何個目であるかによって、図７の教示センテンス・指導センテンスデータに基づき、「（１−２−２）うまくいってたんだけどな〜。どうしたかな〜。」等、教示センテンス・指導センテンスを出力するセンテンスを選択し（Ｓ９２２）、音声情報として出力する（Ｓ９２４）。この教示センテンス・指導センテンス出力処理の詳細は図１０で説明する。
【００５４】
また、新たに組み立てが行なわれた場合には、その旨の情報を出力する（Ｓ９２５）と共に、この新たに組み立てが行なわれたデータをユーザ情報に格納する（Ｓ９２６）。例えば、形状データとしては、成功回数／不成功回数を登録し、部分パタン１においては、部分パタン実施回数と成功回数を登録する。このユーザ情報を用いて、次回の課題としてのお手本を選択する。さらには、利用した教示データ、センテンスデータと、同データを利用したことによって成功した場合、不成功だった場合の回数をユーザ情報に格納する。
【００５５】
次に、図１０に、図９のＳ９０８及びＳ９２４における教示センテンス・指導センテンスの出力の詳細フローを示す。まず、Ｓ１００２は、ユーザが呈示されたお手本を見ながらシート上１７でブロックを組み立て、積んでいく図９のＳ９１２〜Ｓ９１６に相当する。すなわち、ユーザが、（シート上で、違う場所に積む、積む・はずすの繰り返し等を行う組み立て状態パタンに基づき、［組み立て方パタン］を推定する。次に、組み立て状態と完成状態との差分を計算する（Ｓ１００４）。一方、組み立て方／センテンスＤＢのユーザ情報から、過去にユーザが実施した形状データ、及び同形状データ中の部分パタンデータを呼び出す（Ｓ１０１０）。また、ユーザ情報中の生年月日から月齢を計算し（Ｓ１０１２）、該当する形状データ、部分パタンデータを抽出する（Ｓ１０１４）。一方、組み立て方／センテンスＤＢのユーザ情報から、図７に示したような、教示センテンス・指導センテンスデータを呼び出す（Ｓ１０１６）。そして、ユーザ情報と現在の組み立て方パタンと（完成状態との差分）に対応した、教示・指導データを選択し（Ｓ１０１８）、教示・指導データを出力する（Ｓ１０２０）。
【００５６】
図７の例からもわかるように、教示センテンス・指導センテンスに関して、初期状態では月齢範囲毎に教示センテンス、指導センテンスを設定しているが、ユーザ情報中の「利用したセンテンスデータ」において同データを出力した後に部分形状データの組み立てが成功していた場合は、初期状態の教師・指導センテンスとするが、成功していなかった場合は、ユーザの対象月齢範囲のひとつ前の月齢範囲に設定されている教示・指導センテンスデータを設定する。また、お手本データは、初期状態では月齢の標準値範囲毎逆に、所定の時間よりもかなり早く成功したような場合は、ユーザの対象月齢範囲のひとつ後の月齢範囲に設定されている教示・指導センテンスデータを設定する。
【００５７】
本実施の形態の玩具ブロックシステムを用いたブロック遊びは、３歳程度までの幼児に効果的であると考えられる。従って、玩具ブロックの総数は例えば２０個程度以内とし、４個のブロックを用いて犬、８個のブロックを用いてキリンの形を作ることを課題として与える、というような使用事例が想定される。
【００５８】
本実施例によれば、ブロック遊びに関して子供の発育段階を簡易かつ的確に判定する玩具ブロックシステムを提供することが出来る。すなわち、個々のユーザ（子供）が、ブロックを組み立てる過程を自動的にデータ化し、収集・解析することで、システム開発に必要な客観的なデータの収集、活用を図ることができる。また、収集・解析されたデータを利用して、ブロックを組み立てる過程から、ユーザの発育段階を判定することができる。また、ブロックを組み立てる過程に応じて、ユーザの発育段階や組み立ての成否に応じたお手本や指示を提示するなど、そのユーザの教育・指導への適切なフィードバックを行うことができる。
【００５９】
なお、重量感知センサ１５をシート上の総重量を検出するものに変え、図５Ａの例における定常状態（ΔＴ）となった時刻毎に、シート上におけるブロックの積まれた状態を複数の位置からカメラで撮像し、画像処理を行い、得られた画像から設置されたブロックの形状、設置された時刻、設置された位置を認識し、出力するようにしても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１０…データ収集・解析・アシストデータ制御用サーバ（ホストコンピュータ）、１１…遊戯端末装置、１２…組み立て方／センテンスＤＢ、１３…計測用ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、１４…データ表示・音声出力用ＰＣ、１５…重量感知センサ、１６…玩具ブロック、１７…シート、１８…通信ネットワーク、１０１…ＣＰＵ、１０２…プログラム領域、１０３…メモリ領域、１０２０３…センシングデータ解析プログラム、１０２０４…データ呈示プログラム、１０２０５…解析結果表示プログラム、１０３０１…センシングデータ、１０３０２…ブロックデータ、１０３０３…シート・ブロック形状対応データ。
【図１】
0005554732.tif 000002
【図２Ａ】
0005554732.tif 000003
【図２Ｂ】
0005554732.tif 000004
【図３Ａ】
0005554732.tif 000005
【図３Ｂ】
0005554732.tif 000006
【図３Ｃ】
0005554732.tif 000007
【図３Ｄ】
0005554732.tif 000008
【図３Ｅ】
0005554732.tif 000009
【図４Ａ】
0005554732.tif 000010
【図４Ｂ】
0005554732.tif 000011
【図４Ｃ】
0005554732.tif 000012
【図５Ａ】
0005554732.tif 000013
【図５Ｂ】
0005554732.tif 000014
【図５Ｃ】
0005554732.tif 000015
【図６】
0005554732.tif 000016
【図７】
0005554732.tif 000017
【図８Ａ】
0005554732.tif 000018
【図８Ｂ】
0005554732.tif 000019
【図９】
0005554732.tif 000020
【図１０】
0005554732.tif 000021
【図１１】
0005554732.tif 000022