ИГРОВОЙ КОНСТРУКТОР Российский патент 1996 года по МПК A63H33/08 

Изобретение относится к игрушечным строительным наборам и конструкторам и может быть использовано для построения детьми различных напольных игровых пространств и их оборудования (интерьерных комната, квартира, класс, магазин и т. д. и экстерьерных город, улица, площадь, двор, парк и т.д.) в условиях квартир, детских садов и школ как спецоборудование для активации игровых методов обучения и воспитания.

Известны строительные игровые наборы, содержащие детали с выступами и канавками соответствующего профиля для их крепления (1), или содержащие перфорированные с фигурными кромками детали и шипы для их соединения (2, 3, 4). Однако, получаемые игровые формы являются настольными играми и при этом ограничены их варианты сборки.

Наиболее близким техническим решением, рассматриваемым как прототип, является конструктор (5), содержащий прямоугольные модульные перфорированные плоскости, кромки которых имеют чередующиеся пазы и трубчатые выступы для размещения в них соединительных стержней. Однако, каждая плоскость может быть соединена одной или четырьмя кромками соответственно только с одной или четырьмя аналогичными плоскостями для создания настольных легких моделей с ограниченным функциональным назначением.

Поставленная техническая задача заключается в развитии детской творческой фантазии, конструкторского и пространственного мышления, индивидуальных и коллективных навыков и начал архитектурного формообразования при повышенной прочности и безопасности в обращении с укрупненными панелями и их сочетаниями, соразмерными росту ребенка (100-150 см).

Задача решается заявляемым изобретением, суть которого характеризуется совокупностью четырех существенных признаков, где исключение одного из них не позволяет решать поставленную задачу:
модульность размеров исходных перфорированных панельных элементов (где линейный модуль "а" составляет размер 30 см расстояние между осями отверстий в трубчатых выступах противоположных кромок минимального панельного элемента, а плоскостной модуль "а²" составляет площадь 30х30 см², совпадающую с площадью минимального панельного элемента), и набор разновидностей панельных элементов, обусловленный оптимальной комбинаторикой их модульных оснований площадью "па²", где "п" 1, 2, 3, 6, 9, 12, 15, 18 (фиг.2);
перфорация плоскостей панельных элементов в виде прямоугольных отверстий, относительно равномерно расположенных на пересечениям условных взаимоперпендикулярных осей, шаг которых составляет величину линейного модуля "а", а также на диагоналях получаемых при такой разбивке модульных квадратов, где шаг перфорационных прямоугольных отверстий составляет "1/2а"; причем площадь продольного сечения трубчатого выступа соответствует площади прямоугольного отверстия перфорация панели (фиг.1,3); это позволяет соединять между собой модульные перфорированные панели не только по их кромкам с помощью стержней (подобно тому, как имеет место в прототипе), но и путем вхождения трубчатых выступов одних панелей в перфорацию других панелей под различными углами с интервалов в 45^o, что существенно увеличивает комбинаторные возможности заявляемого игрового конструктора и отличает его от прототипа, имеющего в качестве перфорации парные круглые отверстие на кромках панели, служащие для вхождения в них соединительных стержней;
кромки перфорированных панелей выполнены в виде чередующихся пазов и трубчатых выступов для размещения в них соединительных стержней, причем длина паза pавна двукратной длине трубчатого выступа на минимальном панельном элементе и пятикратной длине на основных панельных элементах (фиг.1,3); предложенная двукратная и пятикратная длина паза по отношению к длине трубчатого выступа, в сравнении с одинаковой длиной паза и выступа в прототипе (5), позволяет увеличить комбинаторные возможности детского игрового конструктора на порядок, в частности это позволяет соединять до 18 элементов в узле по одной вертикальной оси с возможностью как плавного изменения углов их взаиморасположения от 0 ^o до 360 ^o, так и жесткой фиксации их различных состояний; оптимальные пределы шага перфорационных отверстий и соотношения длины выступа к пазу кромки панели были определены путем компьютерной обработки математических моделей вариантов соединений плоскостных модулей, где было установлено, что при шаге отверстий перфорации менее "1/3а" или более "1/2а" прочностные характеристики становятся не соответствующими требованиям к напольным игровым конструкторам или вовсе не происходит совпадений трубчатых выступов кромок панелей и отверстий их перфораций, что резко сокращает количество вариаций элементов конструктора; поэтому экспериментально установленные оптимальные соотношения длины трубчатого выступа к пазу на кромке панели "1/2" и "1/5" и шага чередования сопрягаемых выступов и отверстий "1/2а" обеспечивает не только равномерное распределение нагрузок в перфорационных прямоугольных панелях в любых направлениях и тем самым обеспечивает надежность и прочность конструктивных решений, но и повышает количество реальных вариантов комбинирования элементов конструктора при создании различных игровых пространств;
панели выполнены из экологического эргономического полимерного гофропласта (преимущественно поливинилхлоридного или полистирольного); выбранные форма и соотношения размеров перфорации и трубчатых выступов на кромках панели непосредственно связаны со свойствами материала панелей; в результате сравнения четырех экологически и эргономически возможных для использования в игровом конструктору материалов (технического картона, дерева или фанеры, плексигласа, поливинилхлорида или полистирола) по основным техническим показателям выбран поливинилхлоридный или полистирольный гофропласт (табл.1).

Характерно, что в предложенном конструкторе поливинилхлорид или полистирол используется не литой (как сравниваемых патентах и прототипе), а листовой гофрированный, чем достигается снижение веса в 2,2 раза, что для детского напольного конструктора является существенным фактором при обеспечении необходимых прочностных его свойств и технологичности изготовления; используя бесцветный прозрачный и цветной поливинилхлоридный или полистирольный гофропласт, достигается высокий эстетический уровень изделий и создаваемых из них пространств, что является принципиально важным условием для детского творчества; именно прочностные, весовые и эргономико-экологические характеристики материала, подобранные теоретически и проверенные экспериментально, позволили выполнить оптимальный набор панелей с площадями "па²" (где "а" 30 см, а "п" 1, 2, 3, 6, 9, 12, 15, 18) для комбинаторной сборки конструктивных вариантов различных по функциональному наполнению игровых пространств, соразмерных росту ребенка, а форма выступов по кромкам панелей и отверстий перфораций панелей позволяет собирать на комбинаторной основе до 500 вариантов простpанств, сопрягая перфорационные отверстия и кромочные выступы под различными углами (45, 90, 135, 225, 270, 315, 360 ^o), что обеспечивает в совокупности с прочностными характеристиками материала надежные и быстро собираемые и разбираемые соединения конструкций при игровом моделировании пространств дома, дворика, квартиры, улицы, площади, парка, города и др.

Таким образом, в предложенном техническом решении дан теоретически выявленный и экспериментально подтвержденный оптимальный ряд площадей перфорированных модульных панелей, который в совокупности с форой фиксирующих отверстий перфорации панелей и трубчатых выступов кромочных креплений, шагом их размещения и характеристиками материала, является необходимым и достаточным комплексом условий для решения поставленной задачи создания детского напольного игрового пространственного конструктора промышленного изготовления. Авторами было исследовано 165 вариантов панелей с обработкой данных на компьютере по оптимизационным программам, в результате чего был установлен предлагаемый оптимальный ряд модульно совместимых площадей.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена минимальная перфорационная панель минимальный плоскостной квадратный модуль основа для построения ряда модульных панелей. Сторона модуля "а", на кромке два трубчатых выступа длиной "в" "1/6а" и два паза, один из которых основной (длиной "2в" "1/3а") и один пограничный с другим модулем в панели (длиной "в" "1/6а"). На условных диагоналях выполнены прямоугольные отверстия (перфорация) с шагом "1/2а". В трубчатых выступах отверстие диаметром "г", который соответствует диаметру вставляемого в него стержня.

На фиг. 2 изображен принцип модульного построения панелей с площадями 1а², 2a², 3a², 6a², 9a², 12a², 15a², 18a².

На фиг.3 изображен общий вид панели с максимальной площадью 18a²: в местах сопряжения вершин углов плоских квадратных модулей "a²", на пересечениях вертикальных и горизонтальных прямоугольных отверстий перфорации, образуются крестообразные отверстия "с". Оптимально подобранные размеры перфорации позволяют на одной панели крепить под разными углами с интервалом в 45^o другие модульные панели.

На фиг.4, 5, 6 изображены принципы и некоторые варианты построения различных пространств и композиций из модульных панелей игрового конструктора, в частности: на фиг. 4 изображен вариант построения спортивной площадки; на фиг. 5 изображен вариант построения пространства дворика, театра; на фиг.6 изображен вариант моделирования пространств комнаты, кабинета, класса; на фиг. 7 изображены принципы покромочного и перфорационного соединения модульных панелей между собою при построении различных пространств; на фиг.8 изображены принципы организации интерьерных пространств жилых (квартир), производственных (мастерских, лабораторий, заводов), административных (офисов, контор, кабинетов); на фиг.9 изображены принципы построения экстерьерных пространств (улицы, площади, города).

Игровой конструктор содержит прямоугольные детали с отверстиями и фигурными кромками для соединения в пространственные трехмерны формы с помощью соединительных стержней. Прямоугольные детали выполнены в виде модульных перфорированных панелей из полимерного материала со стороной "а" наименьшего плоскостного квадратного модуля "a²" и площадью панели "пa²", где п 1, 2, 3, 6, 9, 12, 15, 18. При этом перфорация панелей выполнена в виде прямоугольных отверстий, расположенных на условных взаимоперпендикулярных осях и диагоналях плоскостных модулей с шагом "1/2а", а кромки панелей имеют чередующиеся пазы и трубчатые выступы для установки в них стержней, причем площадь продольного сечения трубчатых выступов соответствует площади сечения перфорации панелей, а длина паза равна двукратной или пятикратной длине трубчатого выступа.

Модульные панели выполнены из прозрачного цветного эргономического и экологического поливинилхлоридного или полистирольного гофропласта. На опытной модели игрового конструктора апробирована сборка различных вариантов пространственных композиций (комната, дворик, улица, площадь, стол, стул, стенка, диван и др.) и прочность конструкции при приложении силы (соответствующая весу ребенка 30-50 кгс в динамическом режиме), что позволяет считать предложение заявителя соответствующим критерию изобретения - "промышленная применимость".

Проведенный поиск по патентным источникам не выявил устройства, характеризуемого такими же совокупными существенными признаками как в предложенном игровом конструкторе, что позволяет считать заявляемое предложение соответствующим критерию изобретения "изобретательский уровень".

При сравнении заявляемого предложения с прототипом выявлено, что предложенное устройство отличается рядом совокупных признаков: сочетанием модулей с оптимизацией соотношений их размеров и сочетаний в наборе панелей; равновеликими площадями отверстий перфорации на панелях и продольных сечений трубчатых выступов на кромках панелей; оптимальной кратностью длин пазов и трубчатых выступов на кромках панелей; эргономическим материалом, легким и прочным для построения крупных, соизмеримых с ростом ребенка, конструкций, что позволяет считать заявляемое предложение соответствующим критерию изобретения "новизна".

В приведенных в заявке аналогах и в других известных решениях, указанных в библиографии источников информации, приведены технические решения, содержащие детали с фигурными пазами, выступами, отверстиями для соединения крепежными элементами, но они не являются напольными игровыми конструкторами, а кроме того, в них отсутствует совокупность четырех указанных отличительных существенных признаков оптимизация модульных конструктивных элементов, их размеров и сочетаний; перфорированность элементов панелей, оптимизация соотношения размеров соединительных трубчатых выступов и пазов кромок панелей, а также перфорации плоскости панелей; выбор полимерного эргономического и экологического легкого и прочного гофропласта, позволяющего собирать большие, соразмерные с ростом ребенка, конструкции.

Суть изобретения в работе заключается в том, что игровой конструктор представляет собою комбинацию из набора 9 плоских прямоугольных модульных панелей площадью "пa²", где "п" 1, 2, 3, 6, 9, 12, 15, 18. Например, п 1 30•30 см², при п 2 30•60 см², при п 3 - 30•90 см², при п 6 60•90 см², при п 9 90•90 см², при п 12 90•120 см², при п 15 90•150 см², при п 18 90•180 см². Выбор размеров единичной панели величиной в один модуль ("а²" 30•30 см², что составляет 1/18 часть от площади максимально большой панели 3а•6а 90•180 см², фиг.1, 2) обусловлен, с одной стороны, эргономическими требованиями к детским напольным конструкторам, а с другой стороны, конструктивными требованиями прочности, устойчивости и надежности при конструировании игровых пространств и технологичностью заводского изготовления деталей штампами и пресс-формами. Кромки панелей имеют трубчатые выступы, в виде полуцилиндров с отверстиями, которые сопрягаются как с перфорацией панелей, так и с пазами и аналогичными выступами кромок других модульных панелей и фиксируются с возможностью поворота стержнем, снабженным сферической головкой для безопасного и качественного соединения панелей; с помощью одного стержня можно соединять до 6 модульных панелей в одном уровне, как с жесткой фиксацией их положения, так и с возможностью их поворотов вокруг этого стержня, что значительно увеличивает комбинаторные возможности игрового конструктора; комбинируя модульные панели, можно получать двухстворчатые динамические элементы, трех-, четырех-, пяти- и шестиугольные пространственные формы и их правильные и неправильные комбинации (фиг.4, 5, 6). Трубчатые выступы выполняют двойную функцию: при вхождении в перфорацию панелей, они позволяют под различными углами устанавливать различные модульные панели и таким образом строить пространственные конструкции; при вхождении в пазы кромок других панелей, соосно их трубчатым выступам и фиксировании стержнем, позволяют поворачивать панели относительно друг друга на любой требуемый угол. Модули позволяют строить вертикальные, горизонтальные и наклонные под разными углами плоскости в трех направлениях координат. Оптимизация их сочетаний выбрана из максимальной площади панели, разбитой на оптимальное число плоскостных модулей, наименьший из которых имеет стороны "а" и площадь "а²". Исходя из точек пересечений условных осей и диагоналей наименьшего плоскостного квадратного модуля "а²" определенно оптимальное количество отверстий перфорации панелей (фиг.3). Из апробированных материалов технический картон, дерево или фанера, плексиглас, поливинилхлорид или полистирол выбран и предлагается как оптимальный по эргономическим и прочностным характеристикам поливинилхлоридный или полистирольный гофропласт . Модули с площадью 1а², 2а², 3а² позволяют выполнять конструкции типа "окно", "дверь", "балкон", "фронтон", "мебель". Крупные панели позволяют строить пространства типа "город", "парк", "набережная", "площадь", "улица", "двор", "дом", "квартира", "офис", "магазин" и др. (фиг.4, 5, 6).

Положительный результат, получаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в том, что предложенный игровой конструктор позволяет осуществлять быструю трансформацию одних пространственных форм в другие, соизмеримые с ростом ребенка, а сами формы представляют собой различные архитектурные композиции и пространственные построения: от игровой мебели до элементов или моделей архитектурных интерьеров, сооружений, городов.

Игровой конструктор предназначен для детей 3-15 лет и может быть использован в домашних условиях, в детских садах, в школах как спецоборудование для активации игровых методов воспитания и обучения языку, математике, геофизике, истории, архитектуре, рисунку, живописи, скульптуре и др. Размеры элементов и фактура материала позволяют вовлекать в игры и тем самым развивать также детей с пораженными системами: зрительной, слуховой, двигательной.

Использование: в игрушечных строительных наборах. Сущность изобретения: игровой конструктор содержит набор плоскостных модулей, выполненных в виде неметаллических прямоугольных перфорированных панелей, каждая из которых на кромках имеет чередующиеся пазы и выступы для размещения соединительных стержней. Панели выполнены в виде гофропласта из полимерного материала. Площадь панели равна "па²", где "а" - длина стороны наименьшего плоскостного квадратного модуля, а "п" = 1, 2, 3, 6, 9, 12, 15, 18, а перфорация имеет форму прямоугольных отверстий, расположенных с шагом, равным "1/2а", при этом длина выступа, выполненного трубчатым", составляет "1/6а", а длина паза - "1/3а" и "5/6а". 1 табл. 9 ил.

Игровой конструктор, содержащий плоскостные модули в виде неметаллических прямоугольных перфорированных панелей, кромки которых имеют чередующиеся пазы и трубчатые выступы для размещения в них соединительных стержней, отличающийся тем, что прямоугольные панели выполнены в виде гофорпласта из полимерного материала, преимущественно поливинилхлоридного или полистирольного, с площадями nа², где а длина стороны наименьшего плоскостного квадрата модуля, а n 1,2,3,6,9,12,15,18, при этом перфорация панелей выполнена с возможностью установки в ней трубчатых выступов и имеет форму прямоугольных отверстий, расположенных на условных взаимно перпендикулярных осях и диагоналях минимальных плоскостных квадратных модулей с шагом 1/2а, причем площадь отверстия перфорации равна площади продольного сечения трубчатого выступа кромки панели, длина которого составляет 1/6а, а длина паза 1/3а и 5/6а.