專利名稱：構(gòu)件系統(tǒng)的制作方法
本申請要求以1995年12月11日遞交的臨時專利申請No.60/011,609作為優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及構(gòu)件系統(tǒng)，更具體地說，涉及包括許多帶有球形和顎形接頭的單個構(gòu)件的構(gòu)件系統(tǒng)。
從市場上可以獲得的和在美國及其它國家的專利申請中所描述的構(gòu)件系統(tǒng)，尤其是玩具領(lǐng)域中的構(gòu)件系統(tǒng)是多種多樣的。這些構(gòu)件系統(tǒng)通常具有帶凸互鎖機構(gòu)和凹互鎖機構(gòu)的構(gòu)件，用以將構(gòu)件相互連接起來。盡管這樣一組構(gòu)件通常能夠以不同的方式連接起來，但是這樣的系統(tǒng)通常有以下的局限性(ⅰ)一種類型的互鎖機構(gòu)不能和另一個同種類型的互鎖機構(gòu)連接；(ⅱ)只可能有一種類型的凸/凹形相互連接；(ⅲ)一個凸/凹形連接只有一個角度取向，或只有一個有限的角度取向范圍；(ⅳ)構(gòu)件的一些表面不能被用于構(gòu)成相互連接；(ⅴ)只有一種尺寸規(guī)格對相互連接是有效的；(ⅵ)構(gòu)件不是由彈性材料制成的，因此不具有柔性；(ⅶ)不能利用音響效果，例如發(fā)出“喀喇”聲或轉(zhuǎn)動棘輪所發(fā)出的聲音，來增強相互連接的構(gòu)件結(jié)構(gòu)變形時的劇烈感；(ⅷ)構(gòu)件不具有類似于生物體的形狀，因此不能模擬生物的、以及其它一些有機的和無機的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)或相互作用；(ⅸ)如果玩具包括球窩連接，則球窩連接不能在某一給定取向上鎖定；(ⅹ)構(gòu)件沒有用于進(jìn)行微小、精確的和可重現(xiàn)的重新取向的機構(gòu)；(ⅹⅰ)不能用少量構(gòu)件相互連接成一個封閉的環(huán)；(ⅹⅱ)構(gòu)件未制成可通過扭轉(zhuǎn)力矩而使相互連接斷開的形式；以及(ⅹⅲ)構(gòu)件未制成可方便地相互連接起來的形式。
(ⅹⅳ)如果兩部件之間是球-顎連接，則不能僅通過施加相互作用力而使球在顎中從一個鎖定位置向另一個鎖定位置運動。
(ⅹⅴ)缺少模擬人機工程學(xué)運動和柏拉圖與阿基米德幾何圖形的動態(tài)運動。
(ⅹⅵ)缺少類似于生物力學(xué)的運動、生長和形態(tài)。
(ⅹⅶ)沒有其它的位于顎或承窩的周邊上的唇部，以用來容納球和軸，以及提供允許一個零件豎立放置的吸引凹形構(gòu)造，和提供用于互鎖機構(gòu)的附加表面區(qū)，通過該表面區(qū)，一種類型的互鎖機構(gòu)可以和相同類型的互鎖機構(gòu)相互連接。
(ⅹⅷ)沒有任何別的球-顎連接同時采用摩擦和“鎖定”機構(gòu)來控制相互連接起來的構(gòu)件間的位置關(guān)系。
(ⅹⅸ)相同數(shù)目的零件可構(gòu)成一個封閉系統(tǒng)，并能夠觸及虛球中的任一點。
(ⅹⅹ)作為一個系統(tǒng)，其它的玩具在一個很小的地方中不允許有復(fù)雜的形狀和運動。
(ⅹⅹⅰ)作為一個系統(tǒng)，沒有任何其它的玩具可以模擬復(fù)雜的增長和分支。
(ⅹⅹⅱ)僅用兩個構(gòu)件不能以十種以上的方式進(jìn)行連接。
(ⅹⅹⅲ)不包含同時也起其它單獨連接的過渡連接作用的單獨連接。
(ⅹⅹⅳ)不具有開放的設(shè)計系統(tǒng)。
(ⅹⅹⅴ)不具有構(gòu)成三角形的三個零件。
(ⅹⅹⅵ)不具有既穩(wěn)定又可旋轉(zhuǎn)的三角形。
因此需要設(shè)計一種克服了現(xiàn)有系統(tǒng)的局限、易于組裝并且制造成本不高的構(gòu)件系統(tǒng)。
本發(fā)明針對一種具有許多單個構(gòu)件的構(gòu)件系統(tǒng)，這些構(gòu)件可以利用至少一個球形接頭或球窩節(jié)而相互連接起來。一個基本的構(gòu)件具有一個在一端帶有一球頭，在另一端帶有一承窩的主體，或者是其兩端均為球頭或承窩的主體。其它構(gòu)件則注重于可以具有用于單個構(gòu)件的少于兩個或多于兩個的連接件。
一個構(gòu)件的球頭可以可拆卸地插入另一構(gòu)件的承窩中。該承窩也可以被認(rèn)為是一個顎，它具有至少兩個被開口分開的瓣，所述開口位于瓣的兩側(cè)。當(dāng)承窩內(nèi)的至少一個卡扣扣入球頭上的許多凹坑中的至少一個凹坑內(nèi)時，該球形接頭被鎖定在一個方向上。由于顎的瓣狀件的外形，球窩連接中可得到的取向范圍至少為2π球面度。球頭上排成有規(guī)則的圖案的凹坑允許對連接進(jìn)行微小的、可精確控制并可重現(xiàn)的重新取向。
構(gòu)件也可按多種方式進(jìn)行連接，例如，在被連接構(gòu)件的縱軸處于共線的位置上時，可實現(xiàn)兩種承窩-承窩的連接。在承窩-承窩連接中，一個構(gòu)件的瓣與另一個構(gòu)件的瓣相連接。第三種類型的承窩-承窩連接可以使構(gòu)件形成一個鏈，其中構(gòu)件的縱軸與鏈的方向平行、共面和垂直。構(gòu)件間也可以通過使第一構(gòu)件的承窩抱緊第二構(gòu)件的主體而互相連接起來。通過承窩-主體連接，兩構(gòu)件的縱軸相互垂直，并且在第一構(gòu)件的對稱面和第二構(gòu)件的縱軸之間的角度是360°內(nèi)連續(xù)可調(diào)的。在承窩-主體連接中，可通過三個構(gòu)件的連接形成一個封閉的系統(tǒng)。構(gòu)件組可以包括不同尺寸規(guī)格的構(gòu)件和具有多于一種尺寸規(guī)格的連接件的構(gòu)件。
盡管本發(fā)明被用于作為兒童玩具領(lǐng)域中的構(gòu)件組最好，但是本發(fā)明的基本特點是可以適用于各種廣泛的最終用途。在玩具領(lǐng)域中，本發(fā)明的構(gòu)件組主要用于建造各種玩具，例如活動形體，絨毛玩具，玩偶，游戲和學(xué)齡前兒童玩具。此外本發(fā)明還可以成為其它玩具，例如活動形體、絨毛玩具和玩偶的臺架，因此，本發(fā)明的技術(shù)主要是被結(jié)合到這些玩具中，而不是作為建造這些玩具的系統(tǒng)。本發(fā)明的其它用途包括家具和金屬構(gòu)件的制造。在家具領(lǐng)域的應(yīng)用中，構(gòu)件可以由適當(dāng)?shù)牟牧现瞥奢^大的規(guī)格，并在工廠中或由買方組裝成家具。另外，本發(fā)明可以用作用于待組裝家具的連接件。球窩連接可以被用于制造可移動的家具，例如一種四輪馬車式的庭院用座椅(chaise patio chair)。其它的主要用途還包括用作臨時建筑物，例如腳手架和辦公室隔斷。
本發(fā)明可以被用于科學(xué)模制造，例如，分子工程學(xué)，人機工程學(xué)和解剖學(xué)及藝術(shù)造型，其中包括可擺成各種姿勢的造型和雕塑用的造形支架。本系統(tǒng)可以用于展示例如在商店、博物館或辦公室中的陳列品，包括壁架和擱板。本系統(tǒng)可以用于制造服裝工業(yè)中的人體模特。本系統(tǒng)也可以用于戶外運動場上的設(shè)備，運動用品以及用于珠寶或其它的服裝配件。
其它的用途主要是用于假肢器官、機器人學(xué)和計算機應(yīng)用。在計算機領(lǐng)域中，可以開發(fā)軟件，由此可將本系統(tǒng)用于計算機輔助造型。本系統(tǒng)可以被用于建造一個可與計算機相聯(lián)系的模型，用以建立模型的虛擬的3-D模型。由本系統(tǒng)制造的模型可以被連接到計算機上，然后進(jìn)行操作以產(chǎn)生相應(yīng)的計算機生成模型的虛擬形式的實時動畫，即，例如，電子傀儡。本系統(tǒng)可以用于在停止-運動動畫中形成框架，并可在其上設(shè)置皮膚，粘土或其它材料，以產(chǎn)生各種特性。
因此，本發(fā)明總的目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括可提供多種類型的相互連接的構(gòu)件。
本發(fā)明的另一個總的目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括許多具有可在很寬的范圍內(nèi)取向的相互連接的構(gòu)件。
本發(fā)明的一個目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括許多帶有一互鎖機構(gòu)的構(gòu)件，這些機構(gòu)允許對構(gòu)件之間的取向進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括許多可以進(jìn)行凹/凹連接的構(gòu)件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括許多允許多種類型的凹/凹連接的構(gòu)件。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括許多可提供具有一定角度取向的凸/凹連接，該角度取向是連續(xù)可調(diào)的和易變的。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括許多可提供凸/凹連接的構(gòu)件，在這種連接中可獲得的取向范圍至少為2π球面度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，這樣由三個構(gòu)件就可以相互連接成一個封閉的環(huán)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，該系統(tǒng)的構(gòu)件可提供一種用于將一個構(gòu)件的凹形互鎖機構(gòu)連接到在另一個構(gòu)件的凸形互鎖機構(gòu)和凹形互鎖機構(gòu)之間的區(qū)域上的機構(gòu)，該連接在一定的取向范圍內(nèi)可調(diào)，或是被固定在一個方向上。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括許多可改變規(guī)格的構(gòu)件。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種構(gòu)件系統(tǒng)，其中的構(gòu)件具有在相互連接的構(gòu)件重新取向時可發(fā)出聲音的機構(gòu)。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點通過參考附圖和詳細(xì)的說明會變得更加清楚。各種實施例和它們的細(xì)節(jié)將在詳細(xì)說明中非常詳盡的論述。
與本發(fā)明的說明書相結(jié)合并成為其一部分的附圖將示出本發(fā)明的實施例，并和詳細(xì)說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1是本發(fā)明構(gòu)件的透視圖。
圖1A是表示其不光滑表面的球連接件的側(cè)視圖。
圖1B是表示帶凹坑的球連接件的側(cè)視圖。
圖1C是表示帶凸起的球連接件的側(cè)視圖。
圖1D是表示具有小塊平面的球連接件的俯視圖。
圖1E是表示具有整體的加強肋的球連接件的俯視圖。
圖1F是表示做成端部開口的連接球的球連接件的側(cè)視圖。
圖1G是表示具有螺旋形制動機構(gòu)的球連接件的側(cè)視圖。
圖1H是一個穿孔的球連接件的側(cè)視圖。
圖1I是一個卵形球連接件的側(cè)視圖。
圖1J是一個帶切口的球連接件的側(cè)視圖。
圖2是本發(fā)明構(gòu)件的第一剖視圖。
圖2A是一個穿孔的瓣狀連接件的正視圖。
圖2B是一個網(wǎng)格形瓣狀連接件的正視圖。
圖2C是一個開口式瓣狀連接件的正視圖。
圖2D是一個由許多指狀件構(gòu)成的瓣狀連接件的正視圖。
圖3表示本發(fā)明構(gòu)件的第二剖視圖。
圖3A是一個承窩的頂視圖，用于表示一個具有旋轉(zhuǎn)限制器的制動機構(gòu)。
圖4是表示以第一種承窩-承窩連接相互連接在一起的兩個構(gòu)件的透視圖。
圖5A表示以球窩連接相互連接在一起的兩個構(gòu)件的透視圖，圖中兩構(gòu)件的縱軸取向互成大約120°，并且一個構(gòu)件的頸部抵靠在另一構(gòu)件的唇部內(nèi)側(cè)部分上。
圖5B表示以球窩連接互相連接在一起的兩個構(gòu)件的透視圖，圖中兩構(gòu)件的縱軸取向互成大約30°，并且一個構(gòu)件的頸部抵靠在位于另一構(gòu)件的唇部前緣處的凹形構(gòu)件上。
圖6表示一個由球窩連接連接起來的構(gòu)件鏈。
圖7是表示以承窩-主體連接連接在一起的兩個構(gòu)件的透視圖。
圖7A是一種可替代的主體結(jié)構(gòu)的局部示意圖。
圖7B是第二種可替代的主體結(jié)構(gòu)的局部示意圖。
圖7C是第三種可替代的主體結(jié)構(gòu)的局部示意圖。
圖8是表示以第二種承窩-承窩連接連接在一起的兩個構(gòu)件的透視圖。
圖9是表示以第三種承窩-承窩連接連接在一起的構(gòu)件鏈的平面圖，其中構(gòu)件的縱軸在同一平面內(nèi)，并且與鏈的方向成橫向。
圖9A是表示一個擺式承窩-承窩連接的平面圖。
圖10是表示本發(fā)明構(gòu)件的替代實施例的透視圖。
圖11是表示圖10中構(gòu)件的第一剖面圖。
圖12是表示圖10中構(gòu)件的第二剖面圖。
圖13是表示具有彎月形頸部結(jié)構(gòu)的替代實施例的局部剖視圖。
圖14是包括一帶切口的主體的本發(fā)明替代實施例的平面圖。
圖14A是相互連接在一起的具有帶切口的主體的構(gòu)件的平面圖。
圖15A是本發(fā)明的方板狀構(gòu)件的俯視圖。
圖15B是本發(fā)明的三角板狀構(gòu)件的俯視圖。
圖15C是本發(fā)明的圓板狀構(gòu)件的俯視圖。
圖16A是本發(fā)明的一種定標(biāo)構(gòu)件的平面圖。
圖16B是一種可替代定標(biāo)構(gòu)件平面圖。
圖16C是另一種可替代定標(biāo)構(gòu)件平面圖。
圖1所示是根據(jù)本發(fā)明的一個基本構(gòu)件100的透視圖，圖2和圖3是它的剖視圖。在優(yōu)選的實施例中，構(gòu)件100是由彈體配混物制成的。構(gòu)件100具有一個細(xì)長的大體為圓柱形的主體部分120，一個大體為球形的球頭110通過一個較細(xì)的頸部150連接到主體120的一端，以及一個從主體120的另一端伸出的承窩或顎130。頸部150的截面可以為圓形、橢圓形、矩形或其它形狀。例如，與一個直徑為0.75英寸的球頭相配套的有一個直徑為0.2英寸的頸部、一個直徑為0.548英寸的主體和一個在顎的瓣狀件之間具有一個0.54英寸的開口的顎。在頸部的基部設(shè)有倒角以提高強度。環(huán)繞球頭110的表面有許多相互間隔的小凹坑112。在優(yōu)選的實施例中，對于具有大約為3/8″的直徑的球頭110來說，設(shè)有六十二個凹坑112，它們排列成一個isosahedral圖案(12個頂點，20個中心，30個中點)，該圖案沿著具有一個頂點的縱軸對中。對于具有大約為3/4″的直徑的球頭110來說，設(shè)有一百二十二個凹坑112，它們位于“Bucky球”(一種具有十二個五邊形面，二十個六邊形面和九十個邊的實體)表面的中心和邊的中點處，其中，兩個六邊形表面的法向邊與主體120的縱軸對準(zhǔn)。
在Bucky球布置中，有32個凹坑位于中心，另外90個凹坑位于中點。Bucky球布置允許實現(xiàn)非常精確和廣泛的科學(xué)及機械造型。這些凹坑具有兩種不同的直徑(中點處較大，中心處較小)，這樣，當(dāng)在顎中轉(zhuǎn)動時，便可以產(chǎn)生不同的喀喇聲、感覺以及鎖緊強度。然而，凹坑也可以都具有相同的形狀、直徑和深度。應(yīng)當(dāng)注意，對于這兩種凹坑布置，沿球頭上的赤道線均安排有凹坑。根據(jù)實際應(yīng)用的需要，也可以采用其它圖案的布置和凹坑的幾何形狀。例如，將本發(fā)明的系統(tǒng)用于模擬原子結(jié)構(gòu)時，凹坑的布置可以根據(jù)圍繞原子核的電子云的取向進(jìn)行選擇。
圖1A至1J以舉例的方式畫出了球頭110的各種表面布局，但并不僅限于此。在圖1A中，球頭110的外表面114是一個形狀不規(guī)則的粗糙表面。在圖1B中，球頭110具有凹陷的餅鐺形凹坑112，其中凹坑具有不同尺寸的直徑和深度。淺坑將球頭保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙希^深的凹坑可以使球頭在承窩內(nèi)的制動機構(gòu)上旋轉(zhuǎn)。還應(yīng)當(dāng)理解到，凹坑的布局可被安排成圍繞球頭表面的規(guī)則或不規(guī)則圖案。圖1C表示具有凸起113的球頭110，其中凸起113具有統(tǒng)一的直徑和高度或具有不同的直徑和高度。圖1D表示一個球頭110，其表面包括許多小平面115，類似于一個英式足球的布置?？梢岳斫猓M管所示的小平面115是六邊形的，但其它的幾何形狀也可以用于形成小平面。在圖1E中，球頭110的表面加有緯度方向和經(jīng)度方向的肋條116，形成一個地球儀狀的圖案。這些肋可以以相互平行、垂直或交叉延伸的正弦波圖案形成，以便形成一個三維齒輪。圖1F表示了再一種可替代的布局，其中，球頭110的表面包括一個位于球頭端部的只在一端開口的球體117。如圖1G所示，繞著球頭的周面形成有螺旋圖案111。相似的球頭110可以是實心的或空心的。在圖1H中，于空心球頭110的表面上形成的凹坑112既可以是在球頭表面上的凹陷小坑，也可以是穿透球頭110的壁而形成的孔。
在圖1I和圖1J中示出了球頭110的其它變型。盡管球頭112的優(yōu)選形狀是球形，但也可以考慮其它的形狀，例如圖1I中所示的卵形。如圖1J所示，球頭110可以被劈開，或是具有一個切口118，從而可將片狀物插入由切口產(chǎn)生的開口中。片狀物提供了額外的表面，用于連接其它的構(gòu)件以形成各種圖案。盡管球頭110最好具有一種所述的表面型式，但作為并非優(yōu)選的實施例，球頭也可以具有光滑的表面。
如圖2和圖3所示，承窩130或顎具有兩個內(nèi)、外表面大體成球形的相對的瓣狀件140。瓣狀件140的內(nèi)表面131確定出直徑與球頭110的直徑大致相等的空腔144的壁。沿瓣狀件140的周邊延伸的唇部142包括一個位于各瓣狀件140端部的中心凹形構(gòu)造132，在各瓣狀件140端部處的凹形構(gòu)造132的兩側(cè)具有峰部134，在瓣狀件140之間沿唇部142設(shè)有凸緣136。唇部形成各瓣狀件的周邊以及在瓣狀件兩側(cè)的開口的周邊。開口的周邊是瓣狀件的反轉(zhuǎn)圖象。在本說明書中，唇部142的“外”部是指在唇部142的峰部134之間延伸的部分。類似地，在本說明書中，唇部142的“內(nèi)”部是指包括凸緣136在內(nèi)并一直延伸到峰部134的部分。唇部142外部的輪廓與唇部142內(nèi)部的輪廓互補，即，兩個構(gòu)件100的兩個瓣狀件140可以象圖4所示的(及下面將更加詳細(xì)描述的)那樣互鎖，以形成一個完整的球，很象在接縫兩側(cè)的網(wǎng)球兩半形成一個球體。因此，凹形構(gòu)造132相對于峰部134凹入，凹入的距離與凸緣136向外伸出的距離相同。在承窩130的唇部142中，凹形構(gòu)造132形成了一個通向承窩130的內(nèi)部空腔144的通道，與如果唇部142限定了一條和峰部134相連、用于限制球頭進(jìn)入的自由度的直線時所提供的寬度相比，其寬度更接近于球頭110的寬度。
唇部增大了用于承窩-承窩連接的表面積，并且也可以被楔入主體的端部和球頭的基部之間(沿著頸部)，即，一個壓配合，以在進(jìn)行球窩連接時，提供懸臂部分的附加強度。當(dāng)球頭110通過凹形構(gòu)造132插入空腔144時，主要的摩擦阻力是由峰部134施加的。一旦球頭110的中心點位于由四個峰部134確定的平面之外，則球頭110迅速卡入承窩130。類似地，當(dāng)經(jīng)由凹形構(gòu)造132從空腔144中拔出球頭110時，由峰部134施加主要的摩擦阻力，并且一旦球頭110的中心點位于由四個峰部確定的平面之外，球頭110便會被迅速地取出承窩130。應(yīng)該注意，因為峰部134的端部是共面的，所以構(gòu)件100可以依靠峰部134以縱軸垂直取向的方式豎立起來。還應(yīng)該注意的是，無論在本說明書中的任何一處，對于球窩連接來說，球頭110被認(rèn)為是凸連接部件，而承窩130則被認(rèn)為是凹連接部件。
當(dāng)從圖2所示剖視圖的側(cè)面看時，唇部142到峰部134內(nèi)側(cè)的輪廓大約為一個圓弧形，其直徑約等于主體120的直徑。這就可以允許進(jìn)行如下面參照圖7更詳細(xì)地描述的承窩-主體連接。
盡管優(yōu)選的瓣狀件設(shè)計是使瓣狀件具有如圖1和圖2所示的均勻連續(xù)的表面，但是在圖2A至圖2D中還給出了各種不同的瓣狀件設(shè)計。在圖2A中，瓣狀件140可以被穿孔，從而具有許多穿過瓣狀件的孔141。在圖2B中，瓣狀件140通過設(shè)置許多限定瓣狀件的縱列143和橫行145而被制成網(wǎng)格狀。在圖2C中，瓣狀件140由一個凸緣147形成，它沿瓣狀件的周邊延伸，因此具有一個開口的中心部分。如圖2D所示的瓣狀件140是由許多垂直取向的指狀構(gòu)件149構(gòu)成的。
應(yīng)當(dāng)理解到，盡管顎的優(yōu)選設(shè)計包括具有當(dāng)球頭插入顎中時可覆蓋50％的球頭的均勻表面的瓣狀件，但是無論瓣狀件是象圖1和圖2所示的那樣連續(xù)均勻的，還是象圖2A至圖2D所示的那樣為不連續(xù)的其它設(shè)計形式，顎都被認(rèn)為是覆蓋了插入承窩中的球頭的50％的表面。在非優(yōu)選的設(shè)計中，瓣狀件所覆蓋的球頭表面可以小于50％。顎在構(gòu)件上的優(yōu)選取向是，在瓣狀件兩側(cè)的開口垂直于球頭的平面(當(dāng)在一個構(gòu)件上有多于一個的球頭時)。可以將顎旋轉(zhuǎn)90°，但是這樣做并不好。
在承窩130內(nèi)側(cè)，沿著主體120的中心縱向軸線設(shè)有一個凸出的制動機構(gòu)138。制動機構(gòu)138伸入承窩130的球形空腔144中，其伸入的長度與球頭110上凹坑112的深度大體相同。因此，如圖5A所示，當(dāng)?shù)谝粋€構(gòu)件100a的球頭110a插入第二個構(gòu)件100b的承窩130b中時，和當(dāng)?shù)诙€構(gòu)件100b的制動機構(gòu)(圖5A中未示出)伸出第一個構(gòu)件100a的球頭110a上的凹坑112a中時，第一構(gòu)件100a和第二構(gòu)件100b的縱軸間的角度被限定或“鎖定”。
因為在這個實施例中僅有一個沿縱軸方向設(shè)置的制動機構(gòu)，所以第一構(gòu)件100a可以繞第二個構(gòu)件100b的縱軸轉(zhuǎn)動。球頭110a和承窩130b的幾何形狀和結(jié)構(gòu)使得由人施加的力可以將第二構(gòu)件100b的制動機構(gòu)從第一構(gòu)件100a的凹坑112a中移出，并可以使第一構(gòu)件100a的縱軸相對于第二個構(gòu)件100b的縱軸轉(zhuǎn)動。由于在第一構(gòu)件100a的球頭110a上的凹坑112a的圖案，使得兩個構(gòu)件100a和100b可以按許多間隔角鎖定。
盡管一個制動機構(gòu)138是優(yōu)選的，但也可以在空腔144中沿內(nèi)表面131設(shè)置多于一個的制動機構(gòu)，例如兩個。如果例如兩個制動機構(gòu)設(shè)置在任何位置上，而且兩者被相互分開180°并穿過球心排成一排，則球頭可以被鎖定的位置數(shù)與僅有一個制動機構(gòu)時被鎖定的位置的數(shù)目相同。然而，如果兩個制動機構(gòu)不是相互分開180°，或者如果有多于兩個的制動機構(gòu)，則制動機構(gòu)可以同時排列對準(zhǔn)的位置數(shù)顯著地減少到十二個。當(dāng)將幾何實體作為解決方案考慮時，特殊的對稱位置的最大數(shù)目為十二個。
制動機構(gòu)的優(yōu)選設(shè)計是具有一個帶平頂?shù)膱A形基部和傾斜的側(cè)面，以便可以和球頭上的凹坑牢固的鎖定。制動機構(gòu)和凹坑一樣，可以被設(shè)計成具有各種不同的尺寸和形狀，以產(chǎn)生不同的感覺、聲音和鎖定性能。在一個單一的構(gòu)件上可以存在幾種不同尺寸的制動機構(gòu)，以產(chǎn)生特殊的聲音和音調(diào)變化，并且感覺到不同制動機構(gòu)間的區(qū)別。
在球頭具有凸起而不是凹坑的結(jié)構(gòu)中，制動機構(gòu)138應(yīng)被設(shè)計成具有一個如圖3A中所示的凹形頂部。在這種設(shè)計中，制動機構(gòu)應(yīng)該在中心具有一個用于與凸起接合的孔。在只有一個制動機構(gòu)時，軸向?qū)?zhǔn)的球窩連接可以繞構(gòu)件的軸旋轉(zhuǎn)360°。制動機構(gòu)138可以設(shè)有一個防旋轉(zhuǎn)部件139，以防止兩個鄰接的構(gòu)件繞軸轉(zhuǎn)動。部件139包括一個開口，用以容納相鄰的凸起以防止旋轉(zhuǎn)。防旋轉(zhuǎn)部件也可以用于具有凹坑的球頭上，這時的防旋轉(zhuǎn)部件應(yīng)該包括一個凸出物。
在圖5A中，第一個構(gòu)件100a的縱軸的取向相對于第二個構(gòu)件100b的縱軸大約旋轉(zhuǎn)了120°，并且第一個構(gòu)件100a的頸部150a抵靠第二個構(gòu)件100b的唇部142b中的凸緣136。由于第一個構(gòu)件100a的頸部和第二個構(gòu)件100b的凸緣之間的接觸，兩構(gòu)件100a和100b之間的角度不能通過在兩構(gòu)件100a和100b的平面中的旋轉(zhuǎn)而被增加。然而，一個用于增加第二個構(gòu)件100b的凸緣和第一個構(gòu)件100a的頸部之間的壓力的力可以用來將球頭110a移出承窩130b。通過使制動機構(gòu)相對于一系列的凹坑112a移位，可以使第一個構(gòu)件100a在兩構(gòu)件100a和100b的平面中旋轉(zhuǎn)大約240°，從圖5A所示的位置到達(dá)第一個構(gòu)件100a的頸部抵靠第二個構(gòu)件100b的唇部142中的另一個凸緣136b的位置。
在圖5B中，第一個構(gòu)件100a′的縱軸相對于第二個構(gòu)件100b′的縱軸大約成30°地取向，并且第一個元件100a′的頸部150a′抵靠第二個構(gòu)件100b′的唇部142b′中的凹形構(gòu)造132b′。由于第一個構(gòu)件100a′的頸部150a′與第二個構(gòu)件100b′的凹形構(gòu)造132b′之間的接觸，兩構(gòu)件100a′和100b′之間的角度不能通過在兩構(gòu)件100a′和100b′的平面中的旋轉(zhuǎn)而被增加。通過使第二個構(gòu)件100b′的制動機構(gòu)相對于第一個構(gòu)件100a′的一系列凹坑112a′移位，可以使第一個構(gòu)件100a′在兩構(gòu)件100a′和100b′的平面中旋轉(zhuǎn)大約90°，從而使第一個構(gòu)件100a′的頸部150a′抵靠第二個構(gòu)件100b′的唇部142b′中另一個凸緣(圖中不可見)。
應(yīng)當(dāng)注意到，在本發(fā)明中，對于球窩連接中構(gòu)件的取向，可獲得的穩(wěn)定的角度至少為2π個球面度，即，一個球頭被卡在承窩中的構(gòu)件，其取向可以指向以球頭為中心的球面上大約50％的表面。這對于通過任何具有平面唇部輪廓的承窩可獲得的穩(wěn)固的角度是有利的，這是因為要固定一個球頭，至少承窩的一些截面有必要覆蓋大于180°的弧度。還應(yīng)該注意，如果從頸部150的邊緣到頸部150的中心所對的弧(從球頭110的中心看)小于從制動機構(gòu)138到唇部142上最近的邊緣所對的弧(從承窩144的中心看)，則球頭110上的凹坑112的圖案不必一直延伸到頸部150。
圖6描繪了一個由構(gòu)件310、320、330、340、350、360和370(總體上由參考標(biāo)號310+表示)組成的鏈300，其中一些構(gòu)件具有有柔性的頸部328、338、348、349、358和368(下面將詳細(xì)討論它們的幾何結(jié)構(gòu)和功能)，這些構(gòu)件以圖5A和圖5B所示的球窩型連接相互連在一起。如圖6所示，構(gòu)件310+的主體部分具有不同的長度。構(gòu)件360具有一個主體364，它比構(gòu)件350的主體354長，而后者又比構(gòu)件340的主體344長。構(gòu)件320和310具有尺寸相同的主體324和314，但它們比具有較大直徑的構(gòu)件340、350、360和370的主體344、354、364和374的尺寸小。構(gòu)件310和320具有比構(gòu)件340、350、360和370的球頭342、343、352、362和承窩356、366、376的直徑小的球頭312和322及承窩316和326。構(gòu)件340在主體344的兩端具有球頭342和343(類似地，一個構(gòu)件也可以在主體部分兩端都具有承窩，并且承窩的顎可以成一直線，相互成90°，或相互偏斜一個介于中間的角度)。構(gòu)件330具有一個承窩336，其空腔的直徑大于構(gòu)件330的球頭332的直徑，并因此可以改變構(gòu)件310+組成的鏈的“規(guī)格”?！耙?guī)格變換”構(gòu)件330的主體334的長度很短，幾乎沒有。雖然圖6中僅表示出兩種規(guī)格尺寸，但一套構(gòu)件還可以包括其它規(guī)格尺寸的構(gòu)件，并且可以包括連接相鄰或不相鄰規(guī)格尺寸的構(gòu)件用的規(guī)格變換構(gòu)件。
由于從圖7的角度看，唇部142C的輪廓近似于一個直徑與主體120D的直徑基本相等的圓形，因此在構(gòu)件之間可以進(jìn)行另一種可能的連接，即承窩-主體連接，其中第一個構(gòu)件100c的承窩130C抱住第二個構(gòu)件100D的主體120D。因為第二個構(gòu)件100D的主體120D是圓柱形對稱的，所以第一個構(gòu)件100C的主體120C的縱軸可以相對于介于第二個構(gòu)件100D的瓣狀件140D之間的平面按任意角度取向。此外，凹形構(gòu)造132C允許承窩130C與主體的中心軸線成一定角度地與主體120D相連接，從而使三個構(gòu)件可以構(gòu)成一個三個承窩-主體連接的封閉環(huán)。另外，構(gòu)件可以具有一個幫助保持凸緣136處于適當(dāng)位置的有裙?fàn)罨ㄟ叺呐_肩，從而使三角形保持穩(wěn)定。另一方面，如果第二個構(gòu)件100D的主體120D具有縱向的肋(未示出)，則第一個構(gòu)件100C的主體120C的縱軸可以相對于介于第二個構(gòu)件100D的瓣狀件140D之間的平面鎖定在固定的取向上。
主體120的優(yōu)選設(shè)計是圖7所示的圓柱形。主體也可以具有如圖7A-7C所示的其它設(shè)計形式。作為非限制性的例子，圖7A中的主體120具有穿孔。在圖7B中，主體120具有I形梁的結(jié)構(gòu)。在圖7C中，主體120包括相互平行的圓柱體151和153，它們相應(yīng)于系統(tǒng)的規(guī)格具有不同的直徑，從而可以使三個不同規(guī)格的顎同時與主體接合。參見圖1，類似地，主體的臺肩160可以具有各種構(gòu)形。臺肩160最好為圓形，然而例如圖13所示的彎月形1221那樣的其它設(shè)計形式也是可以的。
如上面提到的那樣，在圖4所示的承窩-承窩連接中，第一個構(gòu)件100e的瓣狀件140e的唇部142e的外部輪廓與第二個構(gòu)件100f的唇部142f的內(nèi)部輪廓是互補的，并且反之依然，從而使得兩個構(gòu)件100e和100f的瓣狀件140e和140f可以伴隨著清晰的砰的一聲而互鎖成一個完整的球形，就象位于接縫相對兩側(cè)的兩個半個網(wǎng)球形成一個完整的球形。在這種承窩-承窩連接中，構(gòu)件100e和100f的主體120e和120f的縱軸是共線的，并且在兩構(gòu)件100e和100f的瓣狀件140e和140f之間的平面是相互垂直的。在構(gòu)件100e和100f之間的取向沒有調(diào)整的可能。構(gòu)件100e和100f可以借助手的力量相互接合或分開。
在圖8所示的另一種類型的承窩-承窩連接中，兩個連接構(gòu)件100g和100h的瓣狀件140g和140h的唇部142g和142h的內(nèi)緣相互鄰接，并且各構(gòu)件100g和100h的瓣狀件140g和140h的唇部142g和142h的外緣抱住另一個構(gòu)件100h和100g的主體120h和120g。在這種連接中，構(gòu)件100g和100h的主體120g和120h的縱軸是共線的，在兩構(gòu)件100g和100h的瓣狀件140g和140h之間的平面是相互垂直的。通過將兩個構(gòu)件100g和100h相互拉開，對一個構(gòu)件100g或100h施加一個使其繞縱軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)距，或者施加一個使構(gòu)件100g和100h的縱軸轉(zhuǎn)動，由此使其不再與另一構(gòu)件100h或100g共線的力，可以對構(gòu)件100g和100h之間的取向做一定程度的調(diào)整。構(gòu)件100g和100h可以通過手的力量相互接合或分開。而且，人們可以在不將兩構(gòu)件拉開的情況下在圖4和圖8的連接方式之間進(jìn)行變換。
在圖9所示的第三種類型的承窩-承窩連接中，構(gòu)件410、420、430、440、450和460構(gòu)成一個鏈400，構(gòu)件410、420、430、440、450和460的縱軸是共面的，并且垂直于鏈400的方向401。這種類型的承窩-承窩連接400是通過將第一個構(gòu)件的第一瓣狀件和第二個構(gòu)件的第二瓣狀件插入并固定在第三個構(gòu)件的瓣狀件之間而實現(xiàn)的。例如，如圖9所示，構(gòu)件410的右側(cè)瓣狀件412和構(gòu)件430的左側(cè)瓣狀件431被插入并固定在構(gòu)件420的瓣狀件421和422之間，由此瓣狀件412和431的外表面相互接觸，瓣狀件412和431的外緣與構(gòu)件420的空腔425的壁接觸，并且瓣狀件421和422的外緣分別與構(gòu)件410和430的空腔415和435的壁接觸。類似地，構(gòu)件420的右側(cè)瓣狀件422和構(gòu)件440的左側(cè)瓣狀件441被插入并固定在構(gòu)件430的瓣狀件431和432之間，由此瓣狀件422和441的外表面相互接觸，瓣狀件422和441的外緣與構(gòu)件430的空腔435的壁接觸，并且瓣狀件431和432的外緣分別與構(gòu)件420和440的空腔425和445的壁接觸。瓣狀件之間的這種類型的接觸延續(xù)形成鏈400的長度，并且這樣的鏈400顯然可以無限地延長下去。瓣狀件411、412、421、422、431、432、441、442、451、451、461和462(總體用參考標(biāo)號411+表示)的幾何形狀使得在瓣狀件411+前緣的峰部(圖9中未用標(biāo)號標(biāo)出)位于承窩空腔415、425、435、445、455和465內(nèi)部。這一鏈狀結(jié)構(gòu)400允許構(gòu)件410、420、430、440、450和460垂直于構(gòu)件410、420、430、440、450和460的平面做一定程度的旋轉(zhuǎn)，也允許在構(gòu)件410、420、430、440、450和460的平面內(nèi)做一定程度的旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的一個替代實施例中，位于瓣狀件412和431、432和451、422和441、442和461的外表面的接觸點上的制動機構(gòu)可以穩(wěn)固鏈形結(jié)構(gòu)400。
圖9A中還表示出第四種類型的承窩-承窩連接。在圖9A中，構(gòu)件510和520被連接到構(gòu)件530上。在這種結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件510的顎540被連接到構(gòu)件530的瓣狀件550上。類似地，構(gòu)件520的顎560被連接到構(gòu)件530的瓣狀件570上。在這種結(jié)構(gòu)中，瓣狀件550位于顎540的瓣狀件之間，而瓣狀件570位于顎560的瓣狀件之間。這種連接被稱作擺動連接，因為構(gòu)件510和520可以象一個擺錘一樣繞著瓣狀件550和570自由擺動。
圖10中的透視圖以及圖11和圖12中的剖視圖示出了本發(fā)明基本構(gòu)件1100的一個可替代的實施例。這種構(gòu)件1100與圖1、2和3中所示的構(gòu)件100相比，除了圖10、11和12中的構(gòu)件1100具有一個位于球頭1110和主體1120之間的“柔性頸部”1150，以及在承窩1130內(nèi)部有一個單一的制動機構(gòu)1138或兩個制動機構(gòu)1139之外，其它結(jié)構(gòu)都相同。柔性頸部1150有一個相對于主體的縱軸對稱的中心環(huán)形件1155，并且通過窄頸1157和1153分別連接到球頭1110和主體1120上。窄頸1157和1153(或者也可以是整個構(gòu)件1100)由柔性材料制成，例如由橡膠或塑料制成，因而，如果將第二個這種類型的構(gòu)件1100通過球窩連接連接到第一個構(gòu)件100上，即使在第二個構(gòu)件1100的承窩1130中的制動機構(gòu)1138和1139保持在第一個構(gòu)件1100的球頭1110上的凹坑1112中的情況下，也可以對第二個構(gòu)件的取向做一定程度的調(diào)整。
由于除了柔性頸部1150和附加的制動機構(gòu)1139外，構(gòu)件100和1100的設(shè)計相同，所以上面所討論的和圖4-9中所示的相互連接類型也都可以用圖10-12中構(gòu)件1100的替代較佳實施例來實現(xiàn)。在環(huán)形件1155和球頭1110之間的頸部1157的輪廓使得當(dāng)構(gòu)件1100進(jìn)行球窩連接時，承窩1130的唇部1142可以被插入并固定在環(huán)形件1155和球頭1110之間，以便加強連接的穩(wěn)固性。
在圖13中的剖面圖所示的替代實施例中，在主體1220的彎月形臺肩1221和球頭1210之間設(shè)有頸部1250。參考圖10-13的實施例，當(dāng)這一替代實施例的球頭1210連接到一個承窩130或1130上時，承窩130或1130的唇部142或1142可以插入并固定在位于主體1220的臺肩1221和球頭1210之間的縫隙1252中，以便加強連接的穩(wěn)固性。
作為構(gòu)件系統(tǒng)的一部分，圓柱形主體可以具有一個沿著主體的長度形成的空腔2000，如圖14和圖14A所示?？涨?000通常是一個U形槽，帶有唇部2010和2020，用以使兩個構(gòu)件2030和2040保持在如圖14A所示的狀態(tài)?？梢栽谌魏我环N類型的構(gòu)件中形成空腔2000，例如在具有兩個承窩2050和2060的構(gòu)件中(圖14)，或者在具有兩個球頭2070和2080或一個球頭2090和一個承窩2100的構(gòu)件中，如圖14A所示。
作為一套完整的構(gòu)件的一部分或者為了造型的目的，本發(fā)明還設(shè)計了其它一些系統(tǒng)構(gòu)件，如圖15A-15C所示。在圖15A中示出了一個方形構(gòu)件2500，在方形的各角上設(shè)有球頭2510、2520、2530和2540。在各個相鄰的一對球頭之間有一個半圓形的邊緣2550，以進(jìn)一步提供一個用于和其它構(gòu)件(未示出)的顎連接的位置。圖15B表示一個在三角形構(gòu)件的各個角上設(shè)有球頭2610、2620和2630的三角形構(gòu)件2600。同樣，在各個相鄰的一對球頭之間有一個半圓形的邊緣2640，以提供一個用于和額外的構(gòu)件(未示出)的承窩連接的附加連接位置。三角形構(gòu)件2600和方形構(gòu)件2500可以被設(shè)計成這樣另一個構(gòu)件的球頭能夠連接到位于構(gòu)件2500和2600的角上的球頭之間。圖15C示出了一個圓形構(gòu)件2700，該構(gòu)件圍繞著圓形構(gòu)件的周邊設(shè)有圓形的邊緣2800，提供了用于與其它構(gòu)件(未示出)的承窩連接的連續(xù)連接位置。除方形、三角形和圓形外還可以考慮其它的形狀。如圖15A至圖15C中所示的片狀構(gòu)件也可以被設(shè)計成在側(cè)面具有允許球頭插入其中的凹口，以及具有一個位于中心的球頭可插入其中的孔。
另外，系統(tǒng)可以借助圖16A至圖16C所示的減徑構(gòu)件改變規(guī)格。圖16A示出了一個具有不同規(guī)格的球頭3100和3200的減徑構(gòu)件3000。圖16B示出了一個具有不同規(guī)格的承窩3400和3500的減徑構(gòu)件3300。圖16C示出了一個具有不同規(guī)格的球頭3700和承窩3800的減徑構(gòu)件3600。優(yōu)選的規(guī)格變化比例是最好有三個規(guī)格的費班納賽級數(shù)(黃金平均=1.618X)。如果費班納賽級數(shù)是基于球頭的體積，則增長的量為X3，但如果費班納賽級數(shù)是基于構(gòu)體的長度，則增長量為X2?？梢杂性S多規(guī)格，并且，為了不同的造形目的，規(guī)格之間的比例可以是隨機的、笛卡兒的、均方根的或調(diào)和的。
構(gòu)件存在于極坐標(biāo)中，這個極坐標(biāo)表示的是在系統(tǒng)的增長和3維空間中的整數(shù)或小于整數(shù)的變化。當(dāng)部件處于運動中時可以實現(xiàn)這些極坐標(biāo)關(guān)系。因此，三個等長度的部件當(dāng)連成一線(球窩連接)時可以這樣運動位于三個連接在一起的部件端部的球頭，其中心可以到達(dá)半徑等于球頭中心和承窩中心(承窩的中心是由一個假想的位于承窩中的球頭的中心確定的)之間距離的假想球形中的任意一點。并且分支部件(具有至少三個球、顎或任何球和顎的組合的部件)具有一個中心徑向?qū)ΨQ點/軌跡，它將所有的球頭置于一個從一原點出發(fā)的軌跡上。在一個特殊的規(guī)格中，部件被設(shè)計成布置于笛卡兒網(wǎng)格(1、2、3、4…)上。例如，帶有一個球頭和一個承窩的部件可以具有不同的長度，但它們的長度建立在簡單的笛卡兒比的基礎(chǔ)上。這便允許建造出一種人造結(jié)構(gòu)，例如一個立方體或一個房子，以及其它的組織結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)的其它實施例可以將部件放置在不同的網(wǎng)格上，如調(diào)和級數(shù)、均方根級數(shù)和費班納賽級數(shù)。
構(gòu)件最好由兩個空心的對半構(gòu)件通過聲波焊焊接在一起。在獨立的構(gòu)件中，空心件中可以灌入液體，加入光源，發(fā)聲的碎片等等。所有的構(gòu)件都可以由幾個部分組裝而成，它們可以通過模內(nèi)組裝制成一個單一的部分。模內(nèi)組裝允許各部分采用多種顏色和材料。它還可以制作可動的部件，例如一個旋轉(zhuǎn)的球或一個可伸縮的主體。
盡管本發(fā)明構(gòu)件的優(yōu)選設(shè)計為具有圓柱形的主體，但構(gòu)件的主體也可以被制成或裝飾成類似于植物、動物、人造物體等形狀，或者由例如橡膠、金屬、泡沫塑料或絨毛材料等幾乎任何一種材料制成。另外，主體可以具有骨骼、枝杈、竹節(jié)、磚塊、原子鍵的電子云等的形狀。這些舉例證明本系統(tǒng)的開放式設(shè)計允許用幾乎任何一種材料或設(shè)計來替換圓柱形的主體，其中包括允許將該系統(tǒng)作為一個把得到許可的特性綜合成一個整體的臺式玩具和作為非建造玩具的玩具銷售。本發(fā)明的構(gòu)件可以被用于建筑或工程的目的，或用于建造臨時的半永久性的或永久性的結(jié)構(gòu)。另外，承窩部分可以被修飾成類似于動物的腦袋，例如在顎的一側(cè)上繪制或模塑出一對眼睛；或可以用一個腦袋或其它物體來代替球頭。
盡管上述說明包括了許多特性，但不應(yīng)將其解釋為對本發(fā)明范圍的限制，而應(yīng)該將其僅作為對本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例的說明?？梢杂性S多變型，并且認(rèn)為這些變型都落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如構(gòu)件的主體不必制成細(xì)長形或圓柱形；球頭不必具有凹坑和/或承窩不必具有制動機構(gòu)，從而使通過球窩連接而相互連接在一起的兩構(gòu)件之間的關(guān)系連續(xù)可調(diào)；承窩可以只具有兩個制動機構(gòu)，例如各瓣狀件上有一個制動機構(gòu)；承窩可以具有多于三個的制動機構(gòu)；球頭上的凹坑不必按上面所述安排；凹坑的間隔可以非常小，從而可以對球窩連接進(jìn)行微小的且精確地控制的重新取向；承窩可以具有一個彈簧銷，用以鎖定球頭的取向；可用一個開口銷將球頭鎖定在承窩內(nèi)；可以提供向承窩的瓣狀件施加向內(nèi)的力的機構(gòu)，以固定球頭在承窩中的取向；對于用上述任何一種承窩-承窩連接連接起來的構(gòu)件，構(gòu)件之間的關(guān)系可以是可調(diào)的；構(gòu)件的主體可以具有縱向的隆脊，以便當(dāng)其它的構(gòu)件通過承窩-主體連接與之相連時，其它構(gòu)件的取向可以鎖定在許多不連續(xù)的角度上；第一個構(gòu)件的主體可以具有縱向隆脊，并且可以相對于球頭和承窩自由轉(zhuǎn)動，從而當(dāng)一個或更多的其它構(gòu)件通過承窩-主體連接連接到第一個構(gòu)件上時，其它構(gòu)件的取向可以鎖定在許多彼此相互不連續(xù)的角度上，并且其它的構(gòu)件可以繞著第一個構(gòu)件的主體的對稱軸旋轉(zhuǎn)；構(gòu)件的主體可以在各端具有一個橫向隆脊，以便當(dāng)另一個構(gòu)件通過承窩-主體連接連接到其上時，另一個構(gòu)件不能從主體的端部滑脫；將球頭連接到主體上的頸部可以具有橢圓形或其它形狀的截面，而不采用圓形截面，并且橢圓的主軸可以具有與在承窩的相對瓣狀件上的凹形構(gòu)造之間的距離相等的長度，以便頸部可以插入并固定在顎之間；構(gòu)件的球頭和主體之間的頸部可以具有其它的截面形狀，例如正方形、三角形，矩形、星形或星號形；一組構(gòu)件不必包括多于一個尺寸規(guī)格的構(gòu)件，并且不必包括具有多于一種尺寸規(guī)格的連接件的構(gòu)件；構(gòu)件可以具有通孔以減輕構(gòu)件的重量和/或提供用于容納較小規(guī)格的構(gòu)件的容座；構(gòu)件可以具有縱向的孔，從而端部相互連接起來的構(gòu)件鏈可以提供一個用于流體、粉末、線材、彈子等的管道；構(gòu)件可以由金屬構(gòu)成，以用作為桁架等；構(gòu)件可以由非柔性材料，例如金屬制成，并且可以沿著一個通過中心縱軸并位于顎的中間的平面分成兩半，從而當(dāng)將一個金屬球頭放置在構(gòu)件的顎之間并且構(gòu)件的兩半被固定在一起時，使球頭不能被拆下來；當(dāng)球頭在承窩中重新取向時，可以發(fā)出喀喇聲；構(gòu)件可以被改造成具有笛子、管樂器、鍵盤樂器和/或打擊樂器的功能；一套構(gòu)件可以適于用作動畫物體或一個動畫輪廓；構(gòu)件可以包括一個連接件的附加系統(tǒng)，例如磁性連接件；一套構(gòu)件可以包括翼狀件、輪子和軸；大型構(gòu)件可以通過吹塑制成，以便將構(gòu)件的重量保持在合理的限度內(nèi)；球頭可以由小平面拼成，以代替具有凹坑的球頭，主體和顎可以分開制成，然后再組裝到一起，并且可以根據(jù)顧客的需要重新組裝；等等。
許多其它的改型也被認(rèn)為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的范圍并不由這里的例子所限定，而是由后面的權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1．一種構(gòu)件系統(tǒng)，包括一個具有一個第一互鎖機構(gòu)和一個第二互鎖機構(gòu)的第一構(gòu)件；和一個具有一個第一互鎖機構(gòu)和一個第二互鎖機構(gòu)的第二構(gòu)件；其特征在于，第一和第二構(gòu)件的第一互鎖機構(gòu)或第二互鎖機構(gòu)中的至少一個包括一個承窩，該承窩具有至少兩個分開的瓣狀件，將該瓣狀件構(gòu)造成當(dāng)使承窩的瓣狀件相互連接時，所述瓣狀件形成一個球體。
2．如權(quán)利要求1所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，第一或第二互鎖機構(gòu)的另一個是一個第二承窩，該承窩具有至少兩個分開的瓣狀件，將該瓣狀件構(gòu)造成當(dāng)使承窩的瓣狀件連接時，所述瓣狀件形成一個球體。
3．如權(quán)利要求1所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，第一或第二互鎖機構(gòu)的另一個是一個尺寸適于配合在所述承窩內(nèi)的球頭。
4．如權(quán)利要求3所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二構(gòu)件包括一個位于第一和第二互鎖機構(gòu)之間的主體部分。
5．如權(quán)利要求4所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件還包括一個位于主體部分和球頭之間的頸部。
6．如權(quán)利要求3所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件還包括用于鎖定球頭在承窩中的位置的機構(gòu)。
7．如權(quán)利要求6所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖定機構(gòu)包括至少一個位于承窩中的制動機構(gòu)，該制動機構(gòu)與球頭表面上的至少一個凹坑接合。
8．如權(quán)利要求7所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，球頭上設(shè)有許多以Bucky球圖案排列的凹坑。
9．如權(quán)利要求3所述的構(gòu)件系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個具有第一互鎖機構(gòu)和第二互鎖機構(gòu)的第三構(gòu)件，其中，所述第一、第二和第三構(gòu)件可以相互連接在一起，從而可以使第三構(gòu)件被鉸接到一個球形體積中的任何位置上。
10．如權(quán)利要求3所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，承窩的構(gòu)造使得第一和第二構(gòu)件之間的球窩連接可以作至少為2π球面度的運動。
11．如權(quán)利要求3所述的構(gòu)件系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個具有一個第一互鎖機構(gòu)和一個第二互鎖機構(gòu)的第三構(gòu)件，其中，第一構(gòu)件、第二構(gòu)件和第三構(gòu)件可以相互連接成一個封閉的環(huán)。
12．如權(quán)利要求2所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，所述承窩的構(gòu)造使其可以與所述主體部分進(jìn)行連接。
13．一種構(gòu)件系統(tǒng)，包括一個具有一個主體部分和至少一個位于主體部分上的承窩連接件的第一構(gòu)件；一個具有一個主體部分和至少一個從所述主體部分伸出的球頭連接件的第二構(gòu)件；所述承窩具有用于接收球頭的機構(gòu)，并且其構(gòu)造允許在第一和第二構(gòu)件之間進(jìn)行至少在2π球面度范圍內(nèi)的運動。
14．如權(quán)利要求13所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，用于接收球頭的機構(gòu)為至少兩個分開的瓣狀件，所述承窩還包括用于將球頭鎖定在承窩中的機構(gòu)。
15．如權(quán)利要求14所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，該鎖定機構(gòu)包括至少一個位于承窩中的制動機構(gòu)，該制動機構(gòu)與球頭表面上的至少一個凹坑接合。
16．如權(quán)利要求14所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，用于將球頭鎖定在承窩中的機構(gòu)包括一個在承窩中的制動機構(gòu)和至少一個位于球頭表面上的凸起，所述制動機構(gòu)具有用于接收凸起的機構(gòu)。
17．如權(quán)利要求16所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，在球頭的表面上有許多凸起，并且所述制動機構(gòu)包括用于限制球頭在承窩中的旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。
18．如權(quán)利要求13所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，所述第二構(gòu)件還包括一個具有兩個分開的瓣狀件的承窩連接件，將該連接件構(gòu)造成當(dāng)使第一和第二構(gòu)件的瓣狀件相互連接起來時，可構(gòu)成一個球體。
19．如權(quán)利要求13所述的構(gòu)件系統(tǒng)，還包括一個具有一個第一互鎖機構(gòu)和一個第二互鎖機構(gòu)的第三構(gòu)件，其中，第一構(gòu)件、第二構(gòu)件和第三構(gòu)件可以相互連接成一個封閉的環(huán)。
20．如權(quán)利要求13所述的構(gòu)件系統(tǒng)，還包括一個具有一個第一互鎖機構(gòu)和一個第二互鎖機構(gòu)的第三構(gòu)件，其中，第一、第二和第三構(gòu)件可以被相互連接起來，從而使第三構(gòu)件可以被鉸接到一個球形體積中的任何位置。
21．一種互鎖機構(gòu)，包括一個具有至少兩個可覆蓋球體的2π球面度的瓣狀件的第一顎；和一個具有至少兩個可覆蓋球體的27π球面度的瓣狀件的第二顎；其特征在于，第一顎的瓣狀件與第二顎的瓣狀件相互連接，將顎鎖定在一起。
22．一種構(gòu)件系統(tǒng)，包括包含第一和第二構(gòu)件在內(nèi)的許多構(gòu)件，各構(gòu)件具有一個主體部分和一個從主體部分伸出的連接部分，連接部分具有可以與系統(tǒng)中的其它構(gòu)件相互連接的結(jié)構(gòu)；其中，第一構(gòu)件的連接部分包括一個大體為球形的結(jié)構(gòu)，它在表面上具有二維排列的表面特征，并且第二構(gòu)件的連接部分包括一個大體為承窩形的結(jié)構(gòu)，它被構(gòu)造成可以接收球形結(jié)構(gòu)，所述承窩形結(jié)構(gòu)具有用于與球形結(jié)構(gòu)的所述表面特征形成可拆開的互鎖的固定表面機構(gòu)，以便當(dāng)球形結(jié)構(gòu)位于承窩形結(jié)構(gòu)中時，阻止球形結(jié)構(gòu)和承窩形結(jié)構(gòu)之間的相對轉(zhuǎn)動。
23．一種構(gòu)件系統(tǒng)，包括許多構(gòu)件，各構(gòu)件具有一個主體部分以及第一和第二連接部分，連接部分具有與系統(tǒng)中的其它構(gòu)件相互連接的結(jié)構(gòu)；其中，各構(gòu)件的第一連接部分包括一個大體為球形的結(jié)構(gòu)，它具有預(yù)先限定的二維排列的表面特征，并且各第二構(gòu)件的第二連接部分包括一個被構(gòu)造成可接收第一連接部分的所述球形結(jié)構(gòu)的、大體為承窩形的結(jié)構(gòu)，所述承窩形結(jié)構(gòu)具有用于當(dāng)球形結(jié)構(gòu)裝入承窩形結(jié)構(gòu)中時，使一個構(gòu)件的第二連接部分與另一構(gòu)件的球形結(jié)構(gòu)的所述表面特征可拆開地互鎖的固定表面機構(gòu)，由此阻止球形結(jié)構(gòu)在承窩形結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動。
24．如權(quán)利要求22所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，承窩形結(jié)構(gòu)的表面機構(gòu)和球形結(jié)構(gòu)的表面特征的結(jié)構(gòu)使得當(dāng)球形結(jié)構(gòu)在承窩形結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)動時，能夠以快速裝接的方式配合在一起，從而使兩構(gòu)件的第一和第二連接部分可拆開地互鎖。
25．如權(quán)利要求23所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，承窩形結(jié)構(gòu)的表面機構(gòu)和球形結(jié)構(gòu)的表面特征的結(jié)構(gòu)使得當(dāng)它們當(dāng)球形結(jié)構(gòu)在承窩形結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)動時，能夠以快速裝接的方式配合在一起，從而使兩構(gòu)件的第一和第二連接部分可拆開地互鎖。
26．如權(quán)利要求25所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，將球形結(jié)構(gòu)的表面特征構(gòu)形成確定了它們與表面機構(gòu)嚙合的互鎖位置，從而使球形結(jié)構(gòu)可以借助于外力從一個互鎖位置可轉(zhuǎn)動地轉(zhuǎn)換到另一互鎖位置。
27．如權(quán)利要求26所述的構(gòu)件系統(tǒng)，其特征在于，將表面特征和表面機構(gòu)構(gòu)造成分別與承窩形和球形結(jié)構(gòu)成一整體，不含有可動部分。
全文摘要
一種構(gòu)件系統(tǒng),其中的構(gòu)件具有用于球窩或承窩－承窩連接的機構(gòu)。當(dāng)承窩內(nèi)部的一個或更多的制動機構(gòu)伸入球頭上的許多凹坑中的一個或更多的凹坑中時,球窩連接鎖定在一個取向上。構(gòu)件通常具有一個細(xì)長的主體,其一端有一個帶凹坑的球,另一端有一個承窩,或者在主體的兩端都是有凹坑的球頭或都是承窩。另外,對于球窩連接來說,構(gòu)件可以進(jìn)行承窩－主體連接,或者進(jìn)行不同類型的承窩－承窩連接。承窩具有至少兩個帶唇部輪廓的瓣狀件,從而在一種承窩－承窩連接中,一對承窩可以互鎖成一個球。承窩的唇部的不規(guī)則形狀允許借助扭轉(zhuǎn)力矩將球頭從承窩中取出,并且可以在球窩連接中獲得在至少2π個球面度范圍內(nèi)的取向。
文檔編號A63H33/08GK1208358SQ9619962
公開日1999年2月17日 申請日期1996年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月11日
發(fā)明者邁克爾·J·格雷 申請人:普里莫戴爾有限責(zé)任公司