ES2981786T3 - Juguete educativo autopropulsado - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un juguete educativo (1) que comprende un vehículo autopropulsado (10) adaptado para moverse y dirigirse libremente sobre una superficie bidimensional (2) tal como la hoja de una mesa. Un marcador tridimensional tangible (20) que comprende al menos una etiqueta RFID (21) se utiliza para activar de forma inalámbrica una acción específica del vehículo (10), por ejemplo, girar 90 grados a la derecha, cuando el vehículo (10) entra en un rango de lectura del marcador (20). El marcador (20) se puede colocar libremente sobre la superficie (2) y no puede ser sobrepasado por el vehículo (10). De este modo, se ordena al vehículo (10) que realice una determinada acción, por ejemplo, girar 90 grados a la izquierda, utilizando el marcador (20). A continuación, el vehículo (10) avanza hasta que se encuentra un siguiente marcador (20') desde el que el vehículo (10) recibe su siguiente instrucción. Esto permite que el juguete educativo (1) enseñe programación durante el juego, lo que reduce el riesgo de que los niños pierdan el interés. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Juguete educativo autopropulsado
Ámbito técnico
La presente invención se refiere a un juguete autopropulsado para fines educativos que es controlable por una lectura inalámbrica de marcadores tangibles tridimensionales. Tanto el juguete como los marcadores pueden ser colocados libremente sobre una superficie.
Introducción y técnica antecedente
Se conocen robots con fines educativos, especialmente para enseñar a programar un ordenador a niños con poca o ninguna experiencia en lenguajes de programación.
El documento EP 3282 327 A1 divulga un robot programable de este tipo para fines educativos que comprende un cuerpo y una cabeza separada, que escanea un área entre las ruedas del robot en busca de ciertas tarjetas portadoras de información y -al navegar sobre una calle de tales tarjetas- responde con acciones específicas.
Sin embargo, el dispositivo divulgado tiene la desventaja de que el robot no puede moverse libremente sobre una superficie y, en particular, depende de una calle cerrada de tarjetas para navegar. Por tanto, su impacto educativo es limitado.
El documento WO 2009/037677 A1 describe un sistema de juego robótico interactivo. Su principal objetivo es ofrecer una experiencia más tangible y realista, incorporando al mismo tiempo elementos de los juegos de consola y ordenador.
El documento US 2010/203933 A1 se refiere a un sistema de entretenimiento con un juguete controlable a distancia que tiene una cámara de vídeo y medios de locomoción. Su objetivo es ofrecer una experiencia de realidad aumentada en forma, por ejemplo, de juego de carreras con un coche teledirigido y un circuito virtual en el propio salón.
El documento US 2004/214642 A1 divulga un juguete que comprende un anfitrión energizado o una unidad principal que funciona interactivamente con uno o más objetos de juego no autopropulsados. El anfitrión dispone de un microcontrolador preprogramado y un circuito de lectura/consulta RFID. Cada objeto de juego está equipado con una etiqueta RFID. Si el anfitrión y un objeto de juego están colocados de forma que permitan la comunicación por radiofrecuencia entre ellos, el anfitrión envía energía a la etiqueta del objeto de juego para activarla. Esto hace que la etiqueta envíe datos al anfitrión. El anfitrión reconoce estos datos transmitidos y los presenta al usuario basándose en ellos.
El documento US 20091081923 A1 se refiere a un juego de seguimiento de vehículos que incluye un primer objeto de juego y un segundo objeto de juego que escanea un punto proyectado en una superficie superior. A continuación, el segundo objeto de juego detecta el punto proyectado en la superficie superior y recopila información de ubicación basada en el punto proyectado detectado. El segundo objeto de juego crea una posición del primer objeto de juego basándose en la información de ubicación. El segundo objeto de juego transmite la posición del primer objeto de juego al programa de aplicación para un juego de persecución.
El documento US 2013/072083 A1 muestra un escenario de juego que incluye un juguete principal, una variedad de figuras de acción y/o accesorios de juego. El escenario de juego inteligente identifica y rastrea las figuras de acción y/o accesorios de juego utilizados por un jugador durante una sesión de juego, proporciona interacciones basadas en las figuras de acción específicas, accesorios o combinaciones de los mismos utilizados por un jugador durante el juego.
Divulgación de la invención
Por lo tanto, es un objetivo de la invención proporcionar un juguete educativo mejorado que supere al menos parcialmente estos inconvenientes.
Este objetivo se consigue mediante un dispositivo de la reivindicación independiente.
En consecuencia, un juguete educativo comprende al menos un vehículo autopropulsado que está adaptado para moverse y dirigirse libremente sobre una superficie bidimensional. Los términos "autopropulsado" y "desplazarse y dirigirse libremente sobre una superficie bidimensional", respectivamente, deben interpretarse de manera que el vehículo tenga capacidad de locomoción, por ejemplo, mediante patas o ruedas accionadas eléctricamente, y pueda desplazarse y dirigirse sin guía mecánica adicional sobre la superficie bidimensional, por ejemplo, mediante raíles o similares. Esta superficie puede ser una superficie preexistente, como el suelo de una sala de estar o la hoja de una mesa, o puede proporcionarse junto con el juguete, por ejemplo, en forma de alfombra que puede incluir, por ejemplo, determinadas ilustraciones impresas predefinidas, como edificios y calles, pero que no proporciona una guía mecánica al vehículo. En otras palabras, la "superficie" no comprende específicamente raíles u otros medios mecánicos que definan o limiten un posible recorrido del vehículo autopropulsado sobre la superficie.
El juguete comprende además al menos un marcador tangible tridimensional que contiene al menos un elemento de información legible por máquina, por ejemplo, una etiqueta RFID. El marcador -al igual que el vehículo- está adaptado para poder ser colocado libremente sobre la superficie, es decir, sin limitaciones ni restricciones mecánicas adicionales. De este modo, el marcador tiene una altura sobre la superficie mayor que la distancia al suelo del vehículo autopropulsado. Por lo tanto, el vehículo no puede pasar por encima del marcador.
Además, el vehículo autopropulsado comprende al menos un sensor adaptado para la lectura inalámbrica de la información legible por máquina del marcador. De este modo, el vehículo puede -mediante el sensor- detectar, por ejemplo, la presencia, la posición, la distancia, el rumbo y/u otras características del marcador. Además, el vehículo incluye una unidad de control (por ejemplo, un microcontrolador con memoria) adaptada para controlar el vehículo autopropulsado en función de la información legible por máquina leída por el sensor. De este modo, determinadas acciones del vehículo pueden, por ejemplo, activarse en cuanto el vehículo detecta de forma inalámbrica la presencia y/o la posición y/o la distancia y/o una instrucción almacenada en el marcador y/u otras características del marcador por medio del sensor. De este modo, la programación de ordenadores (es decir, el "vehículo") puede enseñarse a los niños de forma lúdica y divertida.
En una realización ventajosa, el juguete está adaptado para activar al menos una acción del vehículo autopropulsado en respuesta al elemento de información legible por máquina leído por el sensor. Por ejemplo, el vehículo puede girar a la izquierda tan pronto como pase por un marcador específico con "instrucciones de giro a la izquierda" almacenadas en él (véase más adelante). De este modo, se hace posible una retroalimentación del vehículo, por ejemplo, cuando el vehículo emite un sonido al pasar por un determinado marcador (véase más adelante). De este modo, la programación de los ordenadores (es decir, el "vehículo") puede enseñarse a los niños de forma lúdica y divertida, a la vez que se posibilita la retroalimentación directa a los niños.
En tal caso, en otra realización ventajosa, el juguete está adaptado para activar la acción del vehículo autopropulsado únicamente cuando el vehículo autopropulsado se encuentra dentro de un umbral de distancia predeterminado al marcador (es decir, más cerca del marcador que el umbral de distancia) que comprende el elemento de información legible por máquina. Este umbral de distancia es preferiblemente de 20 cm, más preferiblemente de 5 cm. Este umbral de distancia puede corresponder a un alcance inalámbrico del elemento de información legible por máquina - sensor - combinación, es decir, a una distancia en la que el sensor puede leer la información. Así, es más fácil evitar una "sobrecarga de información", por ejemplo, por una pluralidad de marcadores, y el vehículo sólo puede responder a un marcador en su proximidad, lo que simplifica el desencadenamiento de acciones específicas del marcador del vehículo.
Más ventajosamente, el juguete comprende además un configurador para configurar la acción desencadenada del vehículo autopropulsado en respuesta al elemento de información legible por máquina leído por el sensor del vehículo. Este configurador es, por ejemplo, una tableta específica o un ordenador de tableta estándar con una aplicación personalizada que incluye una serie de botones de hardware o software diferentes para configurar una acción específica que debe llevar a cabo el vehículo cuando lee el elemento de información del marcador específico. Otra opción para el configurador es en forma de aplicación para teléfono inteligente. Así, un determinado marcador puede "reconfigurarse" más fácilmente, lo que mejora el impacto educativo del juguete.
Preferiblemente, en tal caso, el juguete está adaptado para almacenar datos de configuración relacionados con la acción desencadenada del vehículo autopropulsado en respuesta al elemento de información legible por máquina del marcador específico leído por el sensor. Por ejemplo, un marcador con un número de serie RFID 08:A8:BF:C0 podría tener una acción predeterminada de "girar 90 grados a la izquierda", por ejemplo, almacenada en la etiqueta RFID del marcador como un código de instrucción hexadecimal 0x47. Utilizando el configurador, el marcador puede reconfigurarse para activar "girar en U a la izquierda", por ejemplo, almacenando un código de instrucción hexadecimal 0x48 en la etiqueta RFID. De este modo, son posibles muchas "configuraciones de marcadores" diferentes. Estos datos de configuración se almacenan preferentemente en el propio marcador (por ejemplo, en el elemento de información legible por máquina). Opcionalmente, también puede almacenarse en el vehículo, por ejemplo, en una memoria volátil o no volátil conectada a la unidad de control. En el primer caso, no es necesario escribir datos en el vehículo mediante el configurador, sino que el marcador contiene toda la información necesaria, por ejemplo, como códigos de instrucción hexadecimales (véase más arriba) en el elemento de información legible por máquina. En el segundo caso, cuando el vehículo lee el número de serie RFID 08:A8:BF:C0, la acción asociada podría leerse de la memoria del vehículo y ser ejecutada por éste.
Así, un determinado marcador puede "reconfigurarse" más fácilmente, lo que mejora el impacto educativo del juguete.
Una acción desencadenada del vehículo como la descrita anteriormente comprende ventajosamente al menos una del grupo que consiste en:
• el inicio de un movimiento del vehículo autopropulsado, por ejemplo, un movimiento hacia delante con una velocidad de 1 m en 12 s; también son posibles otras velocidades;
• una aceleración del vehículo autopropulsado;
• un frenado del vehículo autónomo;
• la detención de un movimiento del vehículo autónomo;
• un giro a la izquierda del vehículo autopropulsado, por ejemplo, por delante o por detrás del marcador, en particular 90 grados;
• un giro a la derecha del vehículo autopropulsado, por ejemplo, por delante o por detrás del marcador, en particular 90 grados;
• un giro en U a la izquierda o a la derecha (por ejemplo, alrededor del marcador, por ejemplo, con un radio de giro de 30 cm) o un viraje (por ejemplo, sobre el terreno) del vehículo autónomo;
• la reproducción de una señal de audio (por ejemplo, el sonido de una bocina o la reproducción de una historia relacionada con un león rugiendo en la selva cuando se detecta un marcador con forma de león) por medio de (por ejemplo, un altavoz de) el vehículo autónomo;
• una inversión de la dirección de movimiento del vehículo autopropulsado (por ejemplo, de marcha adelante a marcha atrás); y
• un encendido o apagado de una fuente de luz del vehículo autopropulsado.
Como consecuencia, se pueden desencadenar una pluralidad de acciones que mejoran el impacto educativo del juguete mediante una interacción mejorada entre los niños y el juguete.
En otra realización ventajosa del juguete, el vehículo autopropulsado comprende además un dispositivo de adquisición de imágenes, por ejemplo una cámara, para adquirir una imagen, por ejemplo de los alrededores del vehículo. El dispositivo de adquisición de imágenes puede montarse de forma móvil en el vehículo, es decir, puede mirar en distintas direcciones. La unidad de control del vehículo autopropulsado está adaptada para controlar el vehículo autopropulsado en función de la imagen adquirida. Así, se hace posible un control más interactivo del vehículo en función del entorno.
Entonces, ventajosamente, la imagen comprende el marcador (es decir, el marcador puede verse en la imagen adquirida) y la unidad de control del vehículo autopropulsado está adaptada para controlar el vehículo autopropulsado en función del marcador en la imagen (por ejemplo, su posición y/o rumbo y/o distancia con respecto al vehículo). Por ejemplo, el vehículo puede desplazarse hacia un marcador siguiente en su ruta pasando el marcador por su lado izquierdo o derecho al acercarse a él. Existe una pluralidad de métodos de reconocimiento/clasificación de imágenes basados en visión por ordenador para la extracción de características, algunos de los cuales se basan en tecnologías de inteligencia artificial/aprendizaje profundo. Estos son conocidos por el experto y no se describirán con más detalle en el presente documento. Así, se hace posible un control más interactivo del vehículo en función del entorno.
En otra realización ventajosa del juguete, el vehículo autopropulsado comprende además
• una batería, en particular una batería recargable como una batería LiPo;
• un motor eléctrico; y
• ruedas y/o cadenas y/o patas adaptadas para poder ser colocado sobre la superficie.
Así, las características "de autopropulsión" y "movimiento y dirección libres sobre la superficie" son más fáciles de conseguir sin limitaciones mecánicas adicionales.
En otra realización ventajosa del juguete, el elemento de información legible por máquina comprende al menos uno del grupo consistente en
• una etiqueta RFID y/o NFC (sobre o dentro del marcador);
• un código de barras (en el marcador);
• un código QR (en el marcador);
• un color (del marcador);
• una forma (del marcador); y
• una señal visible (en el marcador).
De este modo, el elemento de información del marcador puede ser detectado con mayor fiabilidad por medio del sensor (por ejemplo, un lector RFID que puede ser aumentado por una cámara y/o un sensor ultrasónico) del vehículo autopropulsado (por ejemplo, por medio de una emisión RFID - secuencia de eco).
Preferiblemente, el marcador es un dispositivo pasivo, y en particular no comprende una fuente de energía. Esto mantiene bajos los costes de producción y simplifica el mantenimiento del juguete porque, por ejemplo, no hay que cambiar las pilas del marcador.
Ventajosamente, el marcador comprende elementos de madera, plástico o cartón y, en particular, está hecho predominantemente de madera, plástico o cartón. Así, la interacción de los niños pequeños con el marcador se hace más lúdica y divertida, al tiempo que se simplifica el mantenimiento y se mantienen bajos los costes de producción.
El juguete comprende preferiblemente más de un marcador, en el que cada marcador comprende al menos un elemento de información legible por máquina y cada marcador está adaptado para poder ser colocado libremente sobre la superficie. De este modo, se facilita una experiencia educativa más compleja porque el vehículo autopropulsado puede, por ejemplo, navegar a lo largo de una ruta de una pluralidad de marcadores con espacio libre entre ellos. A continuación, cada marcador puede desencadenar una acción específica del vehículo autopropulsado, por ejemplo, girar a la izquierda en el primer marcador, tocar el claxon en el segundo marcador, girar a la derecha en el tercer marcador, contar una historia de leones en el cuarto marcador, girar en U con un radio de giro de, por ejemplo, 30 cm en el quinto marcador y detenerse en el sexto marcador.
Entonces, ventajosamente, al menos dos marcadores son distinguibles por máquina por el vehículo autopropulsado, en particular por medio de los respectivos elementos de información legibles por máquina (por ejemplo, los números de serie RFID de los marcadores y/o los conjuntos de instrucciones almacenados en los mismos). De este modo, se facilita una experiencia educativa más compleja, ya que distintos marcadores pueden desencadenar acciones diferentes. También es posible asignar un marcador específico o un grupo de marcadores específicos a un vehículo y/o ruta específicos, por ejemplo, almacenando una asignación de ruta en el elemento o elementos de información legible por máquina del marcador o marcadores correspondientes.
En otra realización ventajosa, el vehículo autopropulsado comprende además un sensor de obstáculos para detectar una aproximación del vehículo autopropulsado a un obstáculo, por ejemplo, un borde de una hoja de mesa como superficie o una pared del suelo del salón como superficie. Entonces, preferiblemente, la unidad de control del vehículo autopropulsado está adaptada para detener el movimiento del vehículo autopropulsado al acercarse al obstáculo, por ejemplo, para evitar una caída del vehículo desde la mesa. Opcionalmente, se puede reproducir una señal acústica de advertencia, el vehículo puede dar la vuelta, detenerse y esperar nuevas instrucciones. De este modo, se mejora la seguridad del juguete.
En otra realización preferida, el vehículo autopropulsado comprende además un sensor de rodamiento (por ejemplo, un magnetómetro, giroscopio y/o acelerómetro) para monitorizar una dirección de movimiento del vehículo autopropulsado. De este modo, se puede recopilar más fácilmente información adicional sobre la trayectoria real de movimiento del vehículo autopropulsado. A continuación, preferiblemente, la unidad de control del vehículo autopropulsado está adaptada para ajustar la dirección de movimiento del vehículo autopropulsado en función del movimiento real monitorizado por el sensor de rodamiento. De este modo, es más fácil, por ejemplo, garantizar movimientos rectos del vehículo en el espacio libre entre los marcadores individuales, en particular en superficies ligeramente irregulares. También surgen otras opciones más avanzadas, el vehículo puede, por ejemplo, escanear los alrededores en busca del siguiente marcador (por ejemplo, a través de su dispositivo de adquisición de imágenes en combinación con algoritmos de reconocimiento de objetos como sensor de marcación) y ajustar su dirección de movimiento hacia este marcador, mientras que en las proximidades del marcador, el marcador se pasa entonces a su lado izquierdo o derecho. De este modo, se facilita una experiencia educativa más compleja. También es posible "activar" esta y otras funciones opcionales sólo después de pasar un marcador específico que puede comprender un código de licencia específico, por ejemplo, almacenado en su elemento de información legible por máquina.
En otra realización ventajosa, el vehículo autopropulsado está adaptado para ser conectado a un ordenador y/o a un teléfono inteligente y/o a una tableta para cargar y/o descargar información. Esto puede conseguirse, por ejemplo, a través de una interfaz USB, WLAN o BLE. De este modo, se dispone de datos adicionales (por ejemplo, de un recorrido de juego anterior) que pueden visualizarse en un ordenador o un teléfono inteligente, y resulta más fácil implementar funciones adicionales en el juguete (por ejemplo, actualizar el firmware, cargar historias de audio para leer en determinados marcadores, etc.)
Ventajosamente, el vehículo autopropulsado es de una sola pieza, es decir, no comprende en particular un cuerpo y una cabeza intercambiable por el usuario (durante el funcionamiento). Esto facilita la producción y reduce los esfuerzos de mantenimiento.
En otra realización ventajosa, el juguete comprende un segundo vehículo autopropulsado. Opcionalmente, el primer vehículo autopropulsado puede responder únicamente a un primer grupo de marcadores, mientras que el segundo vehículo autopropulsado responde únicamente a un segundo grupo de marcadores. Esta información sobre el conjunto de marcadores y la asignación de vehículos se almacena preferentemente como conjunto de instrucciones en los elementos de información legibles por máquina de los marcadores. Esto aumenta el impacto educativo del juguete porque la experiencia de los niños se ve reforzada por la pluralidad de vehículos que se mueven solos. Como es obvio para el experto, también puede haber más de dos vehículos autopropulsados en el juguete educativo.
A continuación, preferiblemente, el primer vehículo autopropulsado y el segundo vehículo autopropulsado disponen cada uno de un dispositivo de comunicación adaptado para intercambiar información sobre el vehículo autopropulsado respectivo con el otro vehículo autopropulsado (por ejemplo, posición, rumbo, distancia, etc.). Así, el impacto educativo del juguete se ve potenciado por la interacción de los vehículos.
En otra realización ventajosa del juguete, la información sobre un recorrido de juego anterior del vehículo autopropulsado se almacena en una memoria del vehículo autopropulsado. Esta información incluye, en particular, información sobre el marcador o marcadores leídos durante el recorrido de juego anterior. Esta información puede utilizarse para repetir el recorrido de juego anterior en ausencia de los marcadores. En otras palabras, una vez que el vehículo autopropulsado ha completado un recorrido de juego en presencia del marcador o marcadores, los niños pueden retirar el marcador o marcadores y repetir el recorrido de juego en ausencia del marcador o marcadores. Esto aumenta el impacto educativo del juguete porque se puede enseñar a los niños de forma más sencilla cómo un "ordenador" ejecuta un "programa" una vez que ha sido "programado" con un conjunto de instrucciones.
Breve descripción de los dibujos
La invención y sus realizaciones serán apreciadas más completamente por referencia a la descripción detallada siguiente de realizaciones actualmente preferidas pero no obstante ilustrativas de acuerdo con la invención presente cuando está tomada conjuntamente con los dibujos de acompañamiento.
La Fig. 1 muestra una vista en perspectiva de un primer marcador tridimensional 20 con un elemento de información legible por máquina 21 y una altura h;
La Fig. 2 muestra una vista en perspectiva de un segundo marcador tridimensional 20' con un elemento de información legible por máquina 21' y una altura h';
La Fig. 3 muestra una vista en perspectiva de un vehículo autopropulsado 10 con -entre otras cosas- una distancia al suelo g, un sensor 11 y una unidad de control 12;
La Fig. 4 muestra una vista en perspectiva de un configurador 30;
La Fig. 5 muestra una vista en perspectiva de un juguete 1 según una primera realización de la invención; La Fig. 6 muestra una vista superior de un juguete 1 según una segunda realización de la invención;
La Fig. 7 muestra una vista superior de un juguete 1 según una tercera realización de la invención.
Modos de realización de la invención
La Fig. 1 muestra una vista en perspectiva de un primer marcador tridimensional tangible 20 como parte de una realización de la invención con un elemento de información legible por máquina 21 en forma de etiqueta RFID pasiva sin fuente de energía. La etiqueta RFID puede ser interrogada por un lector RFID (sensor 11 del vehículo 10, véase más adelante) y, tras una emisión RFID, devuelve una instrucción de acción del vehículo que debe ser activada por el marcador 20. Por ejemplo, el marcador 20 repite 0x47 como instrucción, que corresponde a "girar 90 grados a la izquierda". También se puede intercambiar otra información, como un número de serie RFID 08:A8:BF:C0. El marcador 20 está hecho predominantemente de un bloque de madera (excepto la etiqueta RFID) y está cubierto con un barniz azul (no mostrado). El marcador 20 tiene unas dimensiones de 3 cm x 3 cm y una altura h de 10 cm. También son posibles otros materiales y/o dimensiones y/o formas. El marcador 20 puede ser colocado libremente sobre una superficie bidimensional (no mostrada).
La Fig. 2 muestra una vista en perspectiva de un segundo marcador tridimensional tangible 20' como parte de una realización de la invención con un elemento de información legible por máquina 21' en forma de etiqueta RFID pasiva sin fuente de energía. La etiqueta RFID puede ser interrogada por un lector RFID (sensor 11 del vehículo 10, véase más adelante) y, tras una emisión RFID, devuelve una instrucción de acción del vehículo que debe ser activada por el marcador 20'. Por ejemplo, el marcador 20' repite 0x51 como instrucción, que corresponde a "para, reproduce la historia del león y luego sigue recto". También puede intercambiarse otra información, como un número de serie RFID 08:B1:C1:F3. Debido a las diferentes instrucciones, el vehículo 10 puede distinguir el marcador 20 mostrado en la fig.
1 y el marcador 20'. El marcador 20' está hecho predominantemente de cartón plegado (excepto la etiqueta RFID) y tiene una forma y un dibujo impresos que lo asemejan a un león. El marcador 20' tiene unas dimensiones de 10 cm x 5 cm y una altura h' de 8 cm. También son posibles otros materiales y/o dimensiones y/o formas. El marcador 20' puede ser colocado libremente sobre una superficie bidimensional (no mostrada).
La fig. 3 muestra una vista en perspectiva de un vehículo autopropulsado 10 como parte de la invención con una distancia al suelo g de 3 cm. Así, el vehículo 10 no puede pasar por encima de los marcadores 20, 20' como se muestra en las figs. 1 y 2, respectivamente, porque su distancia al suelo g es menor que las alturas h, h' de los marcadores 20, 20'. El vehículo 10 puede ser colocado libremente sobre una superficie bidimensional (no mostrada) y está adaptado para moverse y girar libremente sobre dicha superficie (véase más adelante). Para ello, el vehículo 10 dispone de ruedas 16 accionadas por motores eléctricos 15. Las cadenas 16' también serían posibles (no se muestran). La energía para los motores 15 y los demás componentes del vehículo 10 la proporciona una batería LiPo recargable 14 que está conectada de forma desmontable al vehículo 10. Además, el vehículo 10 comprende un sensor 11 en forma de lector RFID, que está adaptado para una lectura inalámbrica de los elementos de información legibles por máquina 21, 21' de los marcadores 20, 20' como se muestra en las figs. 1 y 2. Para ello, el lector RFID envía una emisión RFID y recibe -opcionalmente junto con el número de serie del marcador y, opcionalmente, información adicional- una instrucción de marcador específica almacenada en las etiquetas RFID 21, 21' de los marcadores 20, 20'. Mediante las instrucciones y/o los números de serie opcionales, los marcadores 20, 20' pueden ser distinguidos por el vehículo 10. Además, el vehículo 10 comprende una unidad de control 12 en forma de microordenador programable con memoria, que está adaptada para controlar el funcionamiento del vehículo autopropulsado 10 en función de los elementos de información legibles por máquina 21, 21' leídos por el sensor 11 y en función de otra información. A modo de ejemplo, el vehículo 10 girará 90 grados a la izquierda al leer una instrucción 0x47 de un elemento de información legible por máquina 21 de un marcador 20, como se muestra en la fig. 1. La otra información mencionada es, por ejemplo, proporcionada por un sensor de obstáculos 17, un dispositivo de adquisición de imágenes 13 en forma de cámara con lógica de reconocimiento de imágenes conectada (no mostrada), y un sensor de rumbo 18 en forma de combinación giroscopiomagnetómetro. Los datos de una imagen I proporcionados por la cámara 13 también se utilizan para detectar el rumbo/desviación del rumbo del vehículo 10 cuando está en movimiento. Específicamente, se realiza una detección de bordes en imágenes consecutivas I y se calcula una trayectoria del vehículo 10 y, si es necesario, se corrige suministrando señales de control adecuadas a los motores 15. De este modo, es más fácil para el vehículo 10 navegar por un camino recto o ir hacia un punto de referencia específico, como el siguiente marcador, si se desea. Además, el vehículo 10 incluye un dispositivo de comunicación 19 para intercambiar información con otros vehículos 10' (véase más adelante) o con un ordenador o teléfono inteligente. Por lo tanto, este dispositivo de comunicación 19 en forma de interfaz WLAN también puede utilizarse para conectar el vehículo 10 a un ordenador para, por ejemplo, actualizar el software del vehículo 10 y/o actualizar o descargar datos específicos del vehículo. Además, el vehículo 10 comprende un faro 102 (que puede encenderse y apagarse mediante un marcador) y un altavoz 101 (para reproducir un sonido y/o leer una historia) y (un) botón(es) de control 103 (por ejemplo, para iniciar un movimiento del vehículo).
La Fig. 4 muestra una vista en perspectiva de un configurador 30 como parte de una realización de la invención. El configurador 30 está adaptado para configurar acciones del vehículo 10 como se muestra en la fig. 3 en respuesta a una lectura de un elemento de información específico legible por máquina 21, 21' de los marcadores como se muestra en las figs. 1 y 2, respectivamente. El configurador 30 incluye botones táctiles 31-36 que pueden ser accionados por un usuario. A modo de ejemplo, cuando un usuario pulsa el botón 34 ("girar en U a la derecha") y acerca el marcador 20 de la fig. 1 al configurador 30, se escribe la instrucción de acción 0x50 en la etiqueta RFID 21 del marcador 20. Entonces, al leer el comando 0x50 de la etiqueta RFID 21 del marcador 20 en un momento posterior por medio de su sensor 11, el vehículo 10 se activa para hacer un giro en U a la derecha.
También se muestran ejemplos para otras acciones, es decir, "girar 90 grados a la derecha" para el botón 31, "ir recto" para el botón 32, "girar 90 grados a la izquierda" para el botón 33, "encender la luz" para el botón 35, y "tocar la bocina" para el botón 36. También son posibles otros botones y/u opciones adicionales para determinados comportamientos, como establecer un radio de giro. Cabe señalar que el configurador 30 también puede implementarse de otra manera, por ejemplo, como una aplicación para teléfono inteligente o tableta.
La Fig. 5 muestra una vista en perspectiva de un juguete 1 según una primera realización de la invención. Aquí, un primer marcador 20 como se muestra en la fig. 1 y un segundo marcador 20" se colocan sobre una hoja de mesa como superficie 2. El segundo marcador 20" se parece mucho al primer marcador 20, con la excepción de que las instrucciones del primero y del segundo son diferentes, de modo que los marcadores 20 y 20" pueden distinguirse por máquina en el vehículo 10. Además, un vehículo 10, como se muestra en la fig. 3, se coloca en un punto de partida A. A continuación, se inicia el movimiento del vehículo, por ejemplo, pulsando un botón de control dedicado 103 en el vehículo 10. A continuación, el vehículo 10 se desplaza en línea recta (comportamiento estándar en ausencia de un elemento de información legible por máquina 21, 21", flecha negra en la parte superior de la figura), por lo que la información procedente del dispositivo de adquisición de imágenes 13 y del sensor de rodamiento 18 es utilizada por la unidad de control 12 para controlar los motores 15 de forma que el vehículo 10 se desplace en línea recta. Al entrar en una zona alrededor del primer marcador 20 por debajo de un umbral de distancia d de 20 cm (rango de lectura para el primer elemento de información legible por máquina 21 del primer marcador 20), el sensor 11 del vehículo 10 lee la etiqueta RFID 21 del primer marcador 20 y sabe por el código de instrucción recibido 0x47 que debe activarse un giro a la izquierda de 90 grados en respuesta al elemento de información legible por máquina 21 leído por el sensor 11 (flecha curvada blanca superior). De este modo, el vehículo 10 girará a la izquierda después de pasar el marcador 20. A continuación, el vehículo se dirige en línea recta hacia la segunda baliza 20" (flecha negra larga), utilizando de nuevo señales de corrección procedentes de una imagen I adquirida por la cámara 13 y del sensor de marcación 18. Para ello, la imagen de la cámara I incluye la segunda marca 20" y se detecta en ella mediante algoritmos de visión artificial. Al entrar en un rango de lectura alrededor del segundo marcador 20" por debajo de un umbral de distancia d" de 5 cm, el sensor 11 del vehículo 10 lee la etiqueta RFID 21" del segundo marcador 20 y sabe por el código de instrucción recibido 0x49 que debe activarse un giro a la derecha de 90 grados en respuesta al elemento de información legible por máquina 21" leído por el sensor 11 (flecha doblada blanca inferior). Así, el vehículo 10 girará a la derecha delante del marcador 20''.
Cabe señalar aquí que el vehículo 10 detendría su movimiento, reproduciría un sonido y esperaría a recibir más información, por ejemplo, a través de los botones de control 103, después de avanzar en línea recta durante 2 m sin recibir un elemento de información legible por máquina 21" (u otro elemento de información legible por máquina). Esta característica se implementa por motivos de seguridad y puede modificarse a otros valores y/o comportamientos. A modo de ejemplo, el vehículo 10 puede detenerse tras chocar con un muro, girar sobre el terreno 180 grados, detener su movimiento y esperar a que se produzcan nuevas entradas.
Después de tomar el giro a la derecha, el vehículo 10 detecta por su sensor de obstáculos 17 que está a punto de caerse de la hoja de la mesa 2 (obstáculo O), lo que hace que la unidad de control 12 pare los motores y reproduzca un sonido de advertencia a través del altavoz del vehículo 101 (cerca del punto final B). Cabe señalar aquí que las acciones desencadenadas "girar 90 grados a la izquierda" del primer marcador 20 se han configurado a medida antes de iniciar el recorrido de juego mediante un configurador 30 como se muestra en la fig. 4. La acción activada "girar 90 grados a la derecha" del segundo marcador 20" no se ha configurado a medida, sino que es una acción estándar del segundo marcador 20" (que también está marcado con una flecha "90 grados a la derecha" en su superficie).
La Fig. 6 muestra una vista superior de un juguete 1 según una segunda realización de la invención. A diferencia de la primera realización mostrada en la fig. 5, la segunda realización comprende un primer vehículo 10 (inicialmente en un punto de partida A) y un segundo vehículo 10' (inicialmente en un punto de partida A') que intercambian información entre sí utilizando sus respectivos dispositivos de comunicación 19, 19'. El recorrido del primer vehículo 10 incluye un giro de 90 grados a la izquierda provocado por el marcador superior 20 (correspondiente a la lectura de una instrucción 0x0147 almacenada en la etiqueta RFID del marcador 20), un giro de 90 grados a la derecha (marcador no referenciado), otro giro de 90 grados a la derecha (marcador no referenciado), otro giro de 90 grados a la derecha (marcador no referenciado), un giro de 180 grados en U alrededor del marcador (no referenciado), una parada y narración de una primera historia de leones en un marcador con forma de león 20' (correspondiente a la lectura de una instrucción 0x0151 almacenada en la etiqueta RFID del marcador 20') como se muestra en la fig. 2, y un movimiento rectilíneo hasta un punto final B.
El recorrido del segundo vehículo 10' incluye un giro a la izquierda de 90 grados activado por el marcador inferior 20 (correspondiente a la lectura de una instrucción 0x0247 almacenada en la etiqueta RFID del marcador inferior 20), un giro a la derecha de 90 grados (marcador no referenciado), una parada y narración de una segunda historia del león en el marcador con forma de león 20' (correspondiente a la lectura de una instrucción 0x0251 almacenada en la etiqueta RFID del marcador 20') como se muestra en la fig. 2, y un movimiento recto hasta un punto final B'. La distinción entre el recorrido del primer vehículo 10 y el recorrido del segundo vehículo 10' es posible mediante el uso de marcadores azules para el primer recorrido y marcadores rojos para el segundo recorrido. Los vehículos 10, 10' detectan los colores de las marcas mediante sus dispositivos de adquisición de imágenes y sólo tienen en cuenta las marcas "propias", descartando las marcas "ajenas". Otra característica de discriminación de cursos es la adición de un número de curso en las etiquetas RFID del marcador específico, es decir, 0x0147 y 0x0151 para los marcadores del primer curso y 0x0247 y 0x0251para los marcadores del segundo curso. Otras codificaciones son posibles y obvias para el experto.
Cabe señalar además aquí la primera historia del león
[0051]"El león,Panthera leo,es una especie de la familiaFelidaey miembro del géneroPanthera.El león suele habitar praderas y sabanas, pero está ausente en bosques densos. Con algunos machos que superan los 250 kg de peso, es la segunda especie de felino viviente más grande después del tigre", se diferencia de la segunda historia del león
"El león,Panthera leo,es una especie de la familia de los felinos(Felidae).Gato musculoso y de pecho profundo, tiene la cabeza corta y redondeada, el cuello reducido y las orejas redondas, y un mechón peludo al final de la cola. Los leones macho tienen una melena prominente, que es la característica más reconocible de la especie"
Las historias de leones se han cargado en los vehículos específicos 10, 10' antes de realizar el recorrido mediante los dispositivos de comunicación 19, 19', respectivamente. El intercambio de información entre los vehículos 10 y 10' también garantiza que la primera y la segunda historia del león no se cuenten al mismo tiempo.
La Fig. 7 muestra una vista superior de un juguete 1 según una tercera realización de la invención. En esta realización, el vehículo 10 como se muestra en la fig. 6 es - después de completar el recorrido de juego como se describe en la fig. 6 - llevado al punto de partida A de nuevo y - presionando un botón de control 103 - disparado para volver a ejecutar la secuencia o curso como "aprendido" durante el recorrido de juego de la fig. 6, pero ahora en ausencia de cualquier marcador 20, 20'. Para ello, el vehículo 10 ha almacenado en una memoria conectada a la unidad de control 102 toda la información necesaria sobre el recorrido de juego anterior de la fig. 6. De este modo, a los niños les resulta más fácil aprender el modo en que un ordenador (es decir, el vehículo 10) ejecuta un "programa" una vez que ha sido "programado" con un conjunto de instrucciones.
El uso de los marcadores tridimensionales (es decir, los bloques de juguete de madera y el león) con elementos de información legibles por máquina permite a los usuarios, por ejemplo los niños, construir una secuencia de instrucciones colocando los marcadores en la secuencia deseada a lo largo de un camino o recorrido. Esto proporciona una potente representación visual de la secuencia de instrucciones, que no puede conseguirse con otros dispositivos programables. Además, la posibilidad de "programar" el juguete educativo programable de forma visual e intuitiva hace que la tarea de programación sea más fácil de entender y accesible para los niños de menor edad.
Aunque se muestran y describen realizaciones preferidas de la invención, debe entenderse claramente que la invención no está limitada a las mismas, sino que puede realizarse y practicarse de diversas formas dentro del alcance de las reivindicaciones siguientes.
Lista de signos de referencia
1:juguete
10,10': vehículo
11: sensor
12: unidad de control
13: dispositivo de adquisición de imágenes
I: imagen
14: batería
15: motor
16: ruedas
16': cadenas
17: sensor de obstáculos
18: sensor de rodamiento
19: dispositivo de comunicación
2: superficie
20,20': marcador tridimensional
21,21': elemento de información legible por máquina
h: altura (del marcador)
g: distancia al suelo (del vehículo)
d: umbral de distancia
30: configurador
31-36: botones
A, A': puntos de partida
B, B': puntos finales
101: altavoz
102: faro
103: botón(es) de control
Claims (21)
1. Un juguete educativo (1) que comprende
a. al menos un primer vehículo autopropulsado (10) adaptado para desplazarse y dirigirse libremente sobre una superficie bidimensional (2) y que comprende un botón de control (103) para iniciar el movimiento del vehículo, y
b. Al menos un marcador tangible tridimensional (20) que incluye al menos un elemento de información legible por máquina (21),
en el que el marcador (20) está adaptado para poder ser colocado libremente sobre la superficie (2) y en el que el marcador (20) tiene una altura (h) por encima de la superficie cuando se coloca sobre la superficie (2), en el que una distancia al suelo (g) del vehículo autopropulsado (10) es menor que la altura (h) del marcador (20) sobre la superficie (2), y
en el que el vehículo autopropulsado (10) comprende al menos un sensor (11) adaptado para la lectura inalámbrica de la información legible por máquina (21) del marcador (20) y una unidad de control (12) adaptada para controlar el vehículo autopropulsado (10) en función del elemento de información legible por máquina (21) leído por el sensor (11), y
caracterizado porque,
la información sobre un recorrido de juego anterior del vehículo autopropulsado (10) se almacena en una memoria del vehículo autopropulsado y en el que esta información comprende información sobre el marcador (20) tal como se leyó durante el recorrido de juego anterior, y en el que el vehículo autopropulsado (10) está adaptado para almacenar toda la información necesaria sobre un recorrido de juego en la memoria conectada a la unidad de control (12) y está adaptado, pulsando el botón de control (103), para volver a ejecutar una secuencia o recorrido correspondiente a la información almacenada en el recorrido de juego anterior en ausencia de los marcadores.
2. El juguete (1) según la reivindicación 1, adaptado para desencadenar al menos una acción del vehículo autopropulsado (10) en respuesta al elemento de información legible por máquina (21) leído por el sensor (11).
3. El juguete (1) según la reivindicación 2, adaptado para desencadenar la acción del vehículo autopropulsado (10) únicamente cuando el vehículo autopropulsado (10) se encuentra dentro de un umbral de distancia predeterminado (d) al marcador (20) que comprende el elemento de información legible por máquina (21).
4. El juguete (1) según la reivindicación 3, en el que el umbral de distancia predeterminado (d) es de 20 cm, preferiblemente de 5 cm.
5. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4 comprende además
- un configurador (30) para configurar la acción desencadenada del vehículo autopropulsado (10) en respuesta al elemento de información legible por máquina (21) leído por el sensor (11).
6. El juguete (1) según la reivindicación 5, adaptado para almacenar datos de configuración relacionados con la acción desencadenada del vehículo autopropulsado (10) en respuesta al elemento de información legible por máquina (21) leído por el sensor (11), en particular dentro del elemento de información legible por máquina (21) del marcador (20).
7. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que la acción desencadenada comprende al menos una del grupo que consiste en:
- un inicio de un movimiento del vehículo autopropulsado (10), en particular en una dirección de avance, - una aceleración del vehículo autopropulsado (10),
- un frenado del vehículo autopropulsado (10),
- la detención de un movimiento del vehículo autopropulsado (10),
- un giro a la izquierda del vehículo autopropulsado (10), en particular de 90 grados,
- un giro a la derecha del vehículo autopropulsado (10), en particular de 90 grados,
- un giro en U a la izquierda o a la derecha o un viraje del vehículo autopropulsado (10),
- la reproducción de una señal de audio mediante el vehículo autopropulsado (10),
- una inversión de la dirección de movimiento del vehículo autopropulsado (10), y
- un encendido o apagado de una fuente de luz del vehículo autopropulsado (10).
8. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el vehículo autopropulsado (10) comprende además un dispositivo de adquisición de imágenes (13) para adquirir una imagen (I) y en el que la unidad de control (12) del vehículo autopropulsado (10) está adaptada para controlar el vehículo autopropulsado (10) en función de la imagen (I).
9. El juguete (1) según la reivindicación 8, en el que la imagen (I) comprende el marcador (20) y en el que la unidad de control (12) del vehículo autopropulsado (1 0) está adaptada para controlar el vehículo autopropulsado (10) en función del marcador de la imagen (I).
10. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el vehículo autopropulsado (10) comprende además
- una batería (14), en particular una batería recargable (14),
- un motor eléctrico (15), y
- ruedas (16) y/o cadenas (16') adaptadas para ser colocadas sobre la superficie (2).
11. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento de información legible por máquina (21) comprende al menos uno del grupo que consiste en
- una etiqueta RFID
- un código de barras,
- un código QR,
- un color,
- una forma, y
- un signo visible.
12. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el marcador (20) es un dispositivo pasivo, y en particular no comprende una fuente de energía.
13. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el marcador (20) comprende elementos de madera, plástico o cartón, y en particular está hecho predominantemente de madera, plástico o cartón.
14. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende más de un marcador (20, 20' ...), comprendiendo cada marcador (20, 20', ...) al menos un elemento de información legible por máquina (21,21', ...) y estando cada marcador (20, 20', ...) adaptado para poder ser colocado libremente sobre la superficie (2).
15. El juguete (1) según la reivindicación 14, en el que al menos dos marcadores (20, 20', ...) son distinguibles por máquina por el vehículo autopropulsado (10), en particular mediante los respectivos elementos de información legibles por máquina (21, 21', ...).
16. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el vehículo autopropulsado (10) comprende además un sensor de obstáculos (17) para detectar la aproximación del vehículo autopropulsado (10) a un obstáculo (O) y, en particular, en el que la unidad de control (12) del vehículo autopropulsado (10) está adaptada para detener el movimiento del vehículo autopropulsado (10) al aproximarse al obstáculo (O).
17. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el vehículo autopropulsado (10) comprende además un sensor de rodamiento (18) para controlar la dirección de movimiento del vehículo autopropulsado (10) y, en particular, en el que la unidad de control (12) del vehículo autopropulsado (10) está adaptada para ajustar la dirección de movimiento del vehículo autopropulsado (10) en función de la dirección de movimiento controlada por el sensor de rodamiento (18).
18. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el vehículo autopropulsado (10) está adaptado para ser conectado a un ordenador y/o a un teléfono inteligente y/o a una tableta para cargar y/o descargar información.
19. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el vehículo autopropulsado (10) es de una sola pieza.
20. El juguete (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende un segundo vehículo autopropulsado (10').
21. El juguete (1) según la reivindicación 20, en el que el primer vehículo autopropulsado (10) y el segundo vehículo autopropulsado (10') comprenden cada uno un dispositivo de comunicación (19) adaptado para intercambiar información sobre el respectivo vehículo autopropulsado (10, 10') con el otro vehículo autopropulsado (10', 10).
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