专利名称：自动评判显示插盘式算术积木的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种有评判显示装置来评判由数字积木在插盘上组成的加减算术等式正确与否的插盘式算术积木的设计。
本发明结构简单，制造方便，不使用电子元件因而成本低廉。
本发明的使用方法本发明所设计的插盘式算术积木由插盘和数字积木两部分组成，使用时，将3块数字积木插在插盘上，与插盘上标印着的“+”、“-”及“＝”符号一起组成加减等式，如等式正确，插盘上的显示装置就作出肯定的显示，如等式错误，显示装置便作出否定的显示。
本发明的构造及工作原理一、数字积木的构造。
数字积木构造见
图1。1为数字积木。积木两面印着相同的一个数字。2为前位数标识孔，简称前数孔。3为后位数标识孔，简称后数孔。前、后数孔统称数孔。数孔的深度各不相同，比如说，数孔有“深”、“次深”、“浅”3种不同的深度，就称之为数孔有3个深级。设前数孔有n个深级，则后数孔也以有n个深级为宜。后数孔由深至浅分别表示0、1、2、3……n-1共n个自然数(包括0)，前数孔由深至浅分别表示0n、1n、2n、3n……(n-1)n共n个n的整倍数，这样，前后数孔各n个深级的不同组合可标识0、1、2、3……n2-1共n2个自然数(包括0)。设某块积木的前数孔表示An，后数孔表示B，则这块积木的数字就是An+B。全部积木的数字都由两个数孔表示为An+B的形式(A≤n-1，B≤n-1)，其中An称为前位数，B称为后位数。n的大小视需要与可能而定。
二、插盘的构造。
插盘的构造见图2、4为插盘面板，5为积木插入槽，简称插槽。插槽的大小刚好能容一块积木插入，3个插槽分别以S1、S2、S3编号。6为前动柱，7为后动柱。前后动柱统称动柱。动柱以其所在的插槽的编号为其编号。动柱是绝缘的，动柱伸入在插槽内的那一段称为动柱外伸段，当积木插入插槽时，前动柱外伸段就落入前数孔中，后动柱外伸段落入后数孔中。6个动柱外伸段的长度相等。8为前触点。9为后触点。10为进位触点。前、后及进位触点统称触点。触点与其所在的动柱联动，即动柱上下移动时触点也跟着移动。触点以其所在的动柱的编号为其编号。11为前定触片。12为后定触点。前、后定触片统称定触片。定触片是固定不移动的。13为前动触片。14为后动触片。前、后动触片统称动触片。动触片与其所在的动柱联动。定、动触片统称触片。按图2所示，4类触片的数目都为5片，但这只是示意性的，应将触片的数目视作是一个不定数，其实际数目应与积木数孔的深级数目相等，也为n。触点与触片是导电的，但同类触片间互不通导。前触点S1与进位触点S1也不相通导。
图2中未画出触点触片间连通(指用可拉伸的导线接通。下同)的导线，但触片触点是按一定方式连通的。
进位触点S1与S3连通。
前触点S1与后触点S3连通。
自上至下，第一片前定触片与第一片前动触片连通，第二片前定触片与第二片前动触片连通，以下类推。后定触片与后动触片也按同样方法两两连通。
参照图2，当触点随动柱下移后，其尖端触到某块触片，就与该触片接触导通。当然，触点移动前(即处在如图所示的初始位置上)也同样与其尖端所接触的触片处于导通状态。
15为弹簧。弹簧的作用是在拔去插槽中的积木后能使下移的动柱回升到如图2所示的初始位置上。16为可拉伸的导线。17为按钮式开关。18为显示方式。图中所画是指示灯，但这也是示意性的，两只指示灯分别表示两种不同的显示方式，比如一个为声音显示，一个为光显示，或是另外形式的显示;所以，两只指示灯按其示意性分别称为显示方式x和显示方式y，当仅有显示方式y作出显示时，为否定显示，显示方式x与y同时作出显示时，为肯定显示。显示方式，电池和开关合称显示装置。
三、数孔深度、动柱外伸段长度、触点间距与触片间距的数值对应关系。
任一上下相邻两触片的中点间距都相等，设这个间距为一个长度单位，表示为e。
设动柱外伸段的长度为h，h等于或稍大于(n-1)e。
后触点S3与进位触点S3的间距(也指中点间距。以下凡提到触点触片间的间距或距离，都指中点间距)为ne。显然，前触点S1与进位触点S1的间距为e。
设积木的数字为f，f＝An+B，则积木f(即指数字为f的积木。下同)的前数孔深度为h-Ae，后数孔深度为h-Be。显然，当积木f插入插槽后，前动柱受前数孔底端压迫下移Ae-因为这里所说积木插入插槽是指积木在插槽中一插到底。同样，后动柱受后数孔底端压迫下移Be。就是说，积木数字的前后位数表示式An+B中的前位数An中的A及后位数B在积木插入插槽后能分别转化为前后动柱等数值的下移距离Ae和Be。
四、本发明的工作原理。
设在插槽S1中插入积木f1，f1＝A1n+B1;在插槽S2中插入积木f2，f2＝A2n+B2;在插槽S3中插入积木f3，f3＝A3n+B3。f1+f2≤n2-1。
这时，插盘上组成了f1+f2＝f3的等式，而插盘内的情况变动是1、后触点S1随后动柱S1下移B1e(前动柱的情况暂且不说)，这样，后触点S1与第B1+1片后定触片(从上往下数)接触导通，经由第B1+1片后定触片的传递，后触点S1与后触点S3的接导地点定在了第B1+1片后动触片上，而该动触片与后触点S3在距离正是动柱S1的下移距离B1e。
2、后动触片随后动柱S2下移B2e，第B1+1片后动触片与后触点S3的距离加大到了(B1+B2)e，也就是后动柱S1与S2的下移距离之和。
3、此时，只有使后动柱S3，同时也使后触点S3的下移距离等于后动柱S1与S2的下移距离之和(B1+B2)e，才能使后触点S1与S3经由触片的传导而通导，要做到这点，则只有使B1+B2＝B3。
4、前动柱的情况与后动柱完全相同，只有使前动柱S3的下移距离等于前动柱S1与S2的下移距离之和，也就是须A1+A2＝A3，才能使前触点S1与前触点S3通导。
5、通过以上几点分析，可知，在B1+B2＝B3且A1+A2＝A3从而f1+f2＝f3成立时，后触点S1与S3和前触点S1与S3经由触片传导同时通导，而后触点S3与前触点S1本就连通，于是就能在按下按钮式开关后使显示装置作出肯定的显示。
6、还有另一种情况，B1+B2＞n-1，而B3是后位数，所以B3≤n-1，这就无法使B1+B2＝B3，这时，得用上进位触点了。设B1+B2＝n+c(0≤c＜n-1)，那么，当且仅当f1+f2＝f3成立时，有B3＝C，A3＝A1+A2+n。通过分析可知，在这种情况下，后动柱S3的下移距离比后动柱S1、S2下移距离之和少ne，前动柱S3的下移距离比前动柱S1、S2的下移距离之和多一个e，于是，两个进位触点替代前触点S1和后触点S3参加接导，比后触点S3低ne的进位点触点S3刚好弥补了后动柱S3下移距离的不足而比前触点S1低一个e的进位触点S1又正好抵消了前动柱S3多下移的那点距离，所以仍能使显示装置作出肯定的显示。按前后位数间存在着的进位关系推论，前动柱下移e等同于后动柱下移ne，所以，在B1+B2＞n-1的情况下，尽管前后动柱各自间的下移距离之相加等式都不成立，但合起来看，动柱S3的下移距离依然等于动柱S1与S2的下移距离之和-当且仅当f1+f2＝f3成立时。
以上是就用积木进行加法运算时的情况的阐述，下面再来看减法运算的情况。
减法是加法的逆运算，f1+f2＝f3可变换成f3-f2＝f1，据此，在图2所示的插盘的背面标印上“-”和“＝”符号，再将插盘水平旋转180°，并相应利用积木另一面的数字，就可进行减法运算了。实际上，在插盘的一面用数字积木组成加法等式的同时，在插盘的另一面组成了减法等式，所以，在作减法运算时插盘内的情况变动就是加法运算时的情况的逆向重演，由动柱S1、S2的下移距离之和等于动柱S3下移距离变成了动柱S3与S2的下移距离之差等于动柱S1下移距离。
综上所述，本发明的工作原理可概括为本发明包含了一种将数字加减运算转化为动柱下移距离的加减运算并对运算结果予以评判显示的方法，即凭着数孔深度，动柱外伸段长度，触点间距与触片间距的数值对应关系，在积木插入插槽时，利用数孔底端对动柱的压迫，使积木数字转化为等数值的动柱下移距离，当且仅当插入的数字积木在插盘上组成正确的加减等式时，动柱间的下移距离加减等式也才成立，并经由触点触片的传导，令显示装置作出肯定的显示。
本发明的简略与改进对于低龄儿童来说，他们所需要的算术积木的运算数字量可以小一些，据此，本发明可以简略。本发明的简略型是将图2所示基本设计中的3根前动柱、前定触片及进位触点S3都简略掉，将原来接在前触点S3上的显示装置电路的导线接头改接在后触点S3上，相应地，积木的前数孔也简略掉。本发明的简略型可以进行n-1以下的加减运算。
如果本发明基本设计中的不定数n稍大一些，比如说n为10，这样虽可进行99以下的加减运算，但所需积木的数量高达200块-从0至99每个数字需2块。据此，本发明又提出一个改进型。本发明的改进型是将基本设计中的不定数n定为10，将插槽一分为二，前后动柱分留两边，在后动柱S1上比后触点S1低一个e的地方及前动柱S3上比前触点S3低ne且与该触点同在一条垂线上的地方加设一对新的进位触点，将插盘上标印“+”和“＝”号(从另一面看是“-”和“＝”)的地方也制成插槽，积木也相应改小二分之一且只有一个数孔，10个深级分别标识0、1、2、3……9，并增加印有“+”、“-”、“＝”的运算符号积木，使积木“-”和“＝”插入两个新增插槽(对应原来标印的“-”、“＝”符号)时能连通一对新设的进位触点而切断原有一对进位触点的连通，这样前动柱就变成了后动柱而后动柱变成了前动柱，正好适应插槽分隔后的减法运算，而换插积木“+”和“＝”(对应原来标印的“+”、“＝”)时则反之，即使原有进位触点连通而切断新设进位触点间的连通。经推算，本发明的改进型仅需42块积木就够用了，因为积木2和积木5能在一隔为二的插槽中组成25或52的数字了。
如果用一个加减运算转换开关来替代新开插槽和新增运算符号积木以变换两对进位触点间的连通与切断则更省事一些。
除上述简略与改进外，还有，图2所示的按钮式开关可增至两个，串接在线路中，并分别安装在插槽S1和S3的底端，凭插入积木的压迫而闭合通导。另外，还可在各一分为二的3个插槽上设置12块挡片，从两面遮住插槽，但当有积木插入时，挡片能被压下而不会遮住积木上的数字，在每一面每个插槽右侧的挡片上印上一个“○”，便可将积木○省去了。
本发明的实施本发明的设计具有灵活性，实施本发明的厂家可根据市场需求制造出积木数量多少不等的多种规格的产品，如将积木做得小巧一些，就是适宜于儿童玩耍学习的益智玩具，如将积木做得足够大，便可作为幼儿园和小学低年级的算术教具。
最后说明一点，如将积木数孔由深至浅标识由小到大的数字改为由浅至深标识由小到大的数字并将图2所示的触点触片颠倒过来排列装配，也是可行的，但这样并没有对本发明构成实质性的改变，因为可将经这样改动后的动柱受压下移的距离Ae视同于动柱下移(n-1)e后再回升(n-1-A)e，再将这个(n-1-A)e视同于动柱的实质性下移距离而使之与本发明的工作原理相吻合。
权利要求
1.一种由数字积木(图1)和插盘(图2)组成的具有自动评判显示功能的插盘式算术积木，其特征在于它的插盘上有供积木插入的插槽(5)，“+”“-”“=”符号和主要由显示方式(18)构成的显示装置，它的数字积木上两面都印有数字，当数字积木插入插槽，积木上的数字便与插盘上的“+”“-”“=”符号组成加减等式，显示装置即能对等式的正确与否作出肯定或否定的显示。
2.如权利要求项1所述的数字积木，其特征在于积木上开有数孔(2)(3)，并以数孔的不同深浅来标识不同的数字。
3.如权利要求项1、2所述的数字积木，其特征在于积木的数孔有两个，一个为前数孔(2)，一个为后数孔(3)，积木的数字由不同深浅的前后数孔的不同组合来标识。
4.如权利要求项1所述的插盘，其特征在于插盘内有动柱(6)(7)和定触片(11)(12)，动柱上有触点(8)(9)(10)和动触片(13)(14)，触点触片按说明书中的相关说明用导线连通，动柱的外伸段伸入在插槽中。
5.如权利要求项1、2、3、4所述的插盘式算术积木，其特征在于当数字积木插入插槽后，前动柱(6)外伸段落入积木前数孔中，后动柱(7)外伸段落入积木后数孔中，动柱受积木数孔底端压迫而下移，数孔的深浅决定动柱下移距离的多少，动柱的下移距离又决定了触点和动触片的下移距离，进而最终决定触点触片间的接导状况。
6.如权利要求项5所述的插盘式算术积木，它包含了一种将数字加减运算转化为动柱下移距离加减运算并对运算结果予以评判显示的方法，其特征在于它凭着积木数孔深度、动柱外伸段长度、触点间距与触片间距的数值对应关系，利用积木数孔底端对动柱的压迫，使插入插槽的积木的数字转化为等数值的动柱下移单位距离，当且仅当数字积木在插盘上组成正确的加减等式时，动柱间的下移距离加减等式才成立，同时触点与触片也才能导通显示方式x(在按下开关后)，使显示装置作出肯定的显示。
7.如权利要求项5所述的插盘式算术积木，其特征在于它可以将前动柱、前定触片(11)、进位触点S3(10)及积木上的前数孔都简略掉。
8.如权利要求项5所述的插盘式算术积木，其特征在于它的插槽可以一分为二，前后动柱分留两边，同时在后动柱S1和前动柱S3上加设一对进位触点，再将插盘上标印运算符号的地方也制成插槽，并相应将积木改小二分之一且只有一个数孔，另外再增加3块运算符号积木，以对插入新增插槽的运算符号积木的不同选择来决定是使原有一对进位触点保持连通而切断新设进位触点间的连通还是使之反之。
9.如权利要求项8所述的插盘式算术积木，其特征在于它也可采用一个加减运算转换开关来替代新增插槽和新增运算符号积木。
全文摘要
一种自动评判显示插盘式算术积木，由数字积木和插盘两部分组成。用3块数字积木(1)插入插盘的插槽(5)中，积木上的数字便与插盘上的“+”、“-”及“＝”符号组成加减等式，插盘上的显示装置能根据等式的正确与否作出肯定或否定的显示。本发明既可制成小巧的用于儿童玩耍学习的玩具积木，也可制成很大的供幼儿园和小学低年级使用的算术教具。
文档编号G09B1/10GK1066739SQ9110586
公开日1992年12月2日 申请日期1991年8月20日 优先权日1991年8月20日
发明者李向宇 申请人:李向宇