УЧЕБНАЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
TRAINING MULTIFUNCTIONAL MEASURING SYSTEM

Изобретение относится к учебным приборам с использованием измерительных модулей и деталей детских конструкторов, касается конструкции съёмного многофункционального измерительного модуля, предназначенного для соединения с передающим электронным устройством, деталями детских конструкторов, учебными приборами и экспериментальными установками, применяемыми в обучающих играх, опытах, исследованиях. Изобретение может быть использовано при изучении физики, химии, биологии, механики, робототехники и др.
Из области техники известен датчик (измерительный модуль), включающий разъемный корпус, в котором установлена электронная плата, чувствительный элемент, установленный в специальном отверстии корпуса и связанный с электронной платой, при этом корпус имеет разъем для соединения с интерфейсным кабелем компьютера, отверстие с гайкой для крепления корпуса и магнитную полосу на его нижней плоскости (см. патент на полезную модель RU № 93565, кл. G09B 23/00, опубл. в 2010 году). Корпус такого датчика (измерительного модуля) является удобным для размещения в нем чувствительного элемента и проведения разных измерений. Однако в современных условиях проведение лабораторных работ предполагает использование измерительного модуля в мобильном варианте, эргономика известного датчика не даёт возможности использовать его в таком варианте.
Известна игрушка-конструктор, содержащая сенсорный сборочный элемент с соединительными средствами кругло-штыревого типа и датчиком, реагирующим на внешнее физическое воздействие (см. патент RU № 2397000, патентообладатель ЛЕГО А/С (DK), кл. A63H 33/04, опубл. в 2010 году). Этот конструктор имеет значительные развивающие возможности за счет комбинирования различных сборочных деталей с соединительными элементами типа «Лего». Элементы конструктора имеют одинаковую механическую природу, позволяют образовывать кинематические или электрические цепи.
Известен шестигранный блок детского конструктора с квадратно-штыревыми соединительными элементами (см. патент на изобретение RU № 2596742, патентообладатель АРТЕК КО., ЛТД. (JP), кл. A63H 33/08, опубл. в 2016 г.). В отличие от Лего в этом конструкторе предусмотрены иные виды соединительных элементов, не совместимые с другими соединительными элементами.
Известен монтажный блок с серводвигателем для детского конструктора типа «Артек» (см. патент ES2752126, патентообладатель АРТЕК КО., ЛТД. (JP), кл. A63H 33/04, опубл. в 2020 г.). Монтажный блок с серводвигателем включает основной корпус с квадратно-штыревыми соединительными элементами, имеющими выступ или утопленную часть, серводвигатель, вращающийся вал, приводимый во вращение серводвигателем. Монтажный блок с серводвигателем может быть присоединен к другому сборочному блоку путем использования квадратно-штыревых соединительных элементов. Монтажный блок с серводвигателем также включает в себя поворотный блок, который выполнен в виде многогранника, имеет на своей поверхности квадратно-штыревые соединительные элементы, и закреплен на одном конце вала вращения.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является исследовательский модуль, включающий монтажную плиту с подвижной кареткой, связанной с электродвигателем, измерительный прибор с сенсорным элементом, связанный с системой управления измерениями, причем измерительный прибор снабжен радиоканалом для беспроводной передачи данных, USB-портом для подключения внешних устройств и аналоговым выходом для подключения к плате открытой архитектуры (см. патент РФ № 2732799, кл. G09B 23/14, опубл. в 2020 году). Этот достаточно сложный исследовательский модуль предназначен для занятий в школах и институтах.
Техническая проблема: детские конструкторы с каждым годом всё более усложняются и совершенствуются. Но их совершенствование в целом носит развлекательный характер. В известных устройствах остаётся нерешенной задача обучения детей в игре: изучение физики, химии, биологии, механики и электроники на одной игровой универсальной базе. При этом учебные многофункциональные измерительные модули и измерительные системы должны быть совместимыми с разными типами конструкторов и их соединительных устройств.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения универсальности учебной многофункциональной измерительной системы, упрощения её сбора и использования с деталями детских конструкторов при проведении опытов и экспериментов и визуализации получаемых результатов.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в учебной многофункциональной измерительной системе, включающей измерительный модуль с корпусом в виде основания с крышкой, электронной платой и элементами механического и электрического присоединения к электронному передающему устройству и измерительному модулю, измерительный модуль выполнен многофункциональным, а электронное передающее устройство выполнено мобильным, при этом элементы механического соединения корпуса измерительного модуля и мобильного электронного передающего устройства выполнены в виде соединительных элементов кругло-штыревого типа, расположенных в торцевой зоне крышки измерительного модуля и взаимодействующих с соединительными элементами обратного типа, расположенных в торцевой зоне мобильного электронного передающего устройства, причём крышка корпуса многофункционального измерительного модуля снабжена углублениями квадратно-штыревого типа. Корпус измерительного модуля снабжён неподвижными вкладышами, размещёнными на его боковых сторонах и предназначенных для установки сенсоров. Измерительная система снабжена переходниками соединительных элементов корпуса многофункционального измерительного модуля.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично изображен съёмный многофункциональный измерительный модуль в сборе с мобильным передающим электронным устройством, в изометрии. На фиг. 2 – то же, передающее электронное устройство. На фиг. 3 – то же, многофункциональный измерительный модуль, в изометрии. На фиг. 4 – то же, крышка корпуса, вид снизу в изометрии. На фиг. 5 – то же, крышка корпуса, вид сверху в изометрии. На фиг. 6 – то же, основание корпуса, вид сверху в изометрии. На фиг. 7 – то же, многофункциональный измерительный модуль в сборе с мобильным передающим электронным устройством и салазками детского конструктора. На фиг. 8 изображён прибор для изучения законов механики с желобом и многофункциональным измерительным модулем. На фиг. 9 изображён многофункциональный измерительный модуль в сборе с сенсорами для изучения биологии. На фиг. 10 изображён многофункциональный измерительный модуль в сборе с сенсорами для изучения физики. На фиг. 11 изображён многофункциональный измерительный модуль в сборе с сенсорами для изучения химии.
Учебная многофункциональная измерительная система со съёмным многофункциональным измерительным модулем, передающим электронным устройством, в соединении с учебными приборами и деталями детских конструкторов, предназначена для применения в развлекательных и обучающих играх в интерактивном режиме, а также для проведения опытов и экспериментов при визуализации получаемых результатов. Она совместима с разными типами конструкторов и их соединительных устройств, проста в сборке и эксплуатации. И может быть использована при изучении физики, химии, биологии и механики, робототехники и других дисциплин за счет возможности комплектации с разными сенсорами.
Учебная многофункциональная измерительная система включает съёмный многофункциональный измерительный модуль 1 (см. фиг. 3) и мобильное электронное передающее устройство 2 (см. фиг. 2). Съёмный многофункциональный измерительный модуль 1 имеет компактный корпус, состоящий из основания 3 и съёмной крышки 4, электронную плату, размещённую внутри основания 3 (на рисунке не показано), и электронные порты с разъёмами 5 и 6. В качестве разъема 5 можно использовать либо micro USB, либо usb type-c. Разъём 6 предназначен для соединения со входом 7 мобильного электронного передающего устройства 2. Разъём 5 предназначен для проводного соединения с любым внешним электронным устройством (компьютер, смартфон, ноутбук и т.д.) - (на рисунке не показано). Внутри основания 3 имеются установочные элементы 9 и 10 для размещения электронной платы (на рисунке не показано), а также пазы с защелками 11 для фиксации крышки 4. Крышка 4 многофункционального измерительного модуля 1 оснащена фиксаторами 12 защелкивающегося типа для взаимодействия с защелками 11 основания 3.
На корпусе многофункционального измерительного модуля (на его боковых сторонах) имеются отверстия 13 для установки неподвижных вкладышей (масок) 14, предназначенных для размещения (установки и закрепления) разъемных соединений 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 для сенсора 25 измерения температуры окружающей среды, сенсора 26 для измерения температуры тела, сенсора 27 для измерения pH, сенсора 28 для измерения температуры, сенсора 29 для измерения абсолютного давления, сенсора 30 для измерения магнитного поля, сенсора 31 для измерения pH, сенсора 32 для измерения температуры, сенсора 33 для измерения электропроводности (см. фиг. 9, 10 и 11). Сенсоры могут быть установлены на кабелях, если предполагается его использование для замеров показателей на расстоянии от модуля 1. Также сенсоры можно устанавливать без кабелей, как например сенсор 29 (см. фиг. 10), на наружной поверхности модуля 1. Также может быть использовано внутреннее размещение сенсоров, как например, в модуле 1 на фиг. 8, где использован сенсор ускорения, расположенный на электронной плате (на рисунке не показано).
Передняя торцевая панель крышки 4 многофункционального измерительного модуля 1 снабжена соединительными элементами 35 кругло-штыревого типа для взаимодействия с соединительными элементами 36 обратного типа электронного передающего устройства 2. При взаимодействии соединительных элементов 35 и 36 получают прочное устойчивое фрикционное соединение за счет касания, как минимум, по трем плоскостям каждого штыря с противолежащим штырём. Верхняя панель крышки 4 снабжена несколькими углублениями 37 квадратно-штыревого типа для взаимодействия с выпуклостями 38 квадратно-штыревого типа деталей детского конструктора. Например, собранные в виде салазок 39 (см. фиг. 7) детали конструктора установлены на наружной поверхности крышки 4 многофункционального измерительного модуля 1 с помощью углублений 37 квадратно-штыревого типа, взаимодействующих с выпуклостями 38 квадратно-штыревого типа деталей конструктора с салазками 39. Углубления 37 квадратно-штыревого типа взаимодействуют с выпуклостями (штырями) 38 по нескольким плоскостям, обеспечивая устойчивое и прочное фрикционное соединение. Для тех ситуаций, когда надо стыковать узлы и детали с разными типами штыревых соединений, используют переходники (на рисунке не показано), имеющие на своих гранях разные типы штыревых соединений.
Такую сборку можно использовать при проведении разных опытов и экспериментов с измерительным модулем 1, например, при взаимодействии с прибором 40 для изучения законов механики, имеющим закрепленный в штативе 41 желоб 42. В желобе 42 размещена учебная многофункциональная измерительная система с измерительным модулем 1, электронным передающим устройством 2 и салазками 39, которые в данном случае предназначены для скольжения вдоль желоба 42. В данной сборке модуль 1 может быть снабжен сенсором ускорения, установленным на электронную плату (на рисунке не показано).
На многофункциональный измерительный модуль 1 могут быть установлены функциональные блоки от деталей детского конструктора, например с сервоприводом (на рисунке не показано). Многофункциональный измерительный модуль 1, изображённый на фиг. 9, предназначен для изучения биологии и имеет сенсоры 25, 26 и 27. Многофункциональный измерительный модуль 1, изображённый на фиг. 10, предназначен для изучения физики и имеет сенсоры 28, 29, 30. Многофункциональный измерительный модуль 1, изображённый на фиг. 11, предназначен для изучения химии и имеет сенсоры 31, 32, 33. Такие измерительные модули 1 можно использовать с различными сборками и приборами, комбинируя их с пассивными элементами - деталями детских конструкторов и электронными передающими устройствами 2.
Учебную многофункциональную измерительную систему используют следующим образом. Основание 3 и съёмная крышка 4 в сборе позволяют устанавливать различные сенсоры на модуль 1 (до пяти и более сенсоров одновременно), как показано на фиг. 9, 10 и 11. Путём взаимодействия соединительных элементов 35 кругло-штыревого типа с соединительными элементами 36 электронное передающее устройство 2 закрепляют на торцевой поверхности крышки 4 модуля 1, при этом вход 7 вставляют в разъём 6 модуля 1, обеспечивая его постоянную электронную связь с внешними электронными устройствами (компьютер, смартфон, ноутбук и т.д.) посредством, например элементов беспроводной связи (на рисунке не показано). Используя углубления 37 квадратно-штыревого типа на поверхности крышки 4, взаимодействующие с выпуклостями (штырями) 38 квадратно-штыревого типа любых деталей конструктора, можно собирать учебные и экспериментальные узлы и устройства разного типа и назначения, как, например, изображено на фиг. 7 и 8.
Учебную многофункциональную измерительную систему можно использовать в школах, средних учебных заведениях, а также дома, снабдив ребёнка подробной инструкцией. Перед проведением экспериментов с учебной многофункциональной измерительной системой детей предварительно нужно ознакомить с основами электроники, робототехники, работы модуля и соответствующего раздела физики, химии и биологии и т.д. Использование при работе с многофункциональной измерительной системой пассивных элементов – деталей конструкторов даёт возможность детям получать не только удовольствие от игры с конструктором, но и теоретические знания, а затем практические навыки в работе с электронной и измерительной техникой.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в повышении универсальности учебной многофункциональной измерительной системы, упрощения её сбора и использования с деталями детских конструкторов при проведении опытов и экспериментов и визуализации получаемых результатов.