[发明专利]构件系统

说明书

本申请要求以1995年12月11日递交的临时专利申请No.60/011,609作为优先权。

本发明涉及构件系统，更具体地说，涉及包括许多带有球形和颚形接头的单个构件的构件系统。

从市场上可以获得的和在美国及其它国家的专利申请中所描述的构件系统，尤其是玩具领域中的构件系统是多种多样的。这些构件系统通常具有带凸互锁机构和凹互锁机构的构件，用以将构件相互连接起来。尽管这样一组构件通常能够以不同的方式连接起来，但是这样的系统通常有以下的局限性：

(ⅰ)一种类型的互锁机构不能和另一个同种类型的互锁机构连接；

(ⅱ)只可能有一种类型的凸/凹形相互连接；

(ⅲ)一个凸/凹形连接只有一个角度取向，或只有一个有限的角度取向范围；

(ⅳ)构件的一些表面不能被用于构成相互连接；

(ⅴ)只有一种尺寸规格对相互连接是有效的；

(ⅵ)构件不是由弹性材料制成的，因此不具有柔性；

(ⅶ)不能利用音响效果，例如发出“喀喇”声或转动棘轮所发出的声音，来增强相互连接的构件结构变形时的剧烈感；

(ⅷ)构件不具有类似于生物体的形状，因此不能模拟生物的、以及其它一些有机的和无机的系统、结构或相互作用；

(ⅸ)如果玩具包括球窝连接，则球窝连接不能在某一给定取向上锁定；

(ⅹ)构件没有用于进行微小、精确的和可重现的重新取向的机构；

(ⅹⅰ)不能用少量构件相互连接成一个封闭的环；

(ⅹⅱ)构件未制成可通过扭转力矩而使相互连接断开的形式；以及

(ⅹⅲ)构件未制成可方便地相互连接起来的形式。

(ⅹⅳ)如果两部件之间是球-颚连接，则不能仅通过施加相互作用力而使球在颚中从一个锁定位置向另一个锁定位置运动。

(ⅹⅴ)缺少模拟人机工程学运动和柏拉图与阿基米德几何图形的动态运动。

(ⅹⅵ)缺少类似于生物力学的运动、生长和形态。

(ⅹⅶ)没有其它的位于颚或承窝的周边上的唇部，以用来容纳球和轴，以及提供允许一个零件竖立放置的吸引凹形构造，和提供用于互锁机构的附加表面区，通过该表面区，一种类型的互锁机构可以和相同类型的互锁机构相互连接。

(ⅹⅷ)没有任何别的球-颚连接同时采用摩擦和“锁定”机构来控制相互连接起来的构件间的位置关系。

(ⅹⅸ)相同数目的零件可构成一个封闭系统，并能够触及虚球中的任一点。

(ⅹⅹ)作为一个系统，其它的玩具在一个很小的地方中不允许有复杂的形状和运动。

(ⅹⅹⅰ)作为一个系统，没有任何其它的玩具可以模拟复杂的增长和分支。

(ⅹⅹⅱ)仅用两个构件不能以十种以上的方式进行连接。

(ⅹⅹⅲ)不包含同时也起其它单独连接的过渡连接作用的单独连接。

(ⅹⅹⅳ)不具有开放的设计系统。

(ⅹⅹⅴ)不具有构成三角形的三个零件。

(ⅹⅹⅵ)不具有既稳定又可旋转的三角形。

因此需要设计一种克服了现有系统的局限、易于组装并且制造成本不高的构件系统。

本发明针对一种具有许多单个构件的构件系统，这些构件可以利用至少一个球形接头或球窝节而相互连接起来。一个基本的构件具有一个在一端带有一球头，在另一端带有一承窝的主体，或者是其两端均为球头或承窝的主体。其它构件则注重于可以具有用于单个构件的少于两个或多于两个的连接件。

一个构件的球头可以可拆卸地插入另一构件的承窝中。该承窝也可以被认为是一个颚，它具有至少两个被开口分开的瓣，所述开口位于瓣的两侧。当承窝内的至少一个卡扣扣入球头上的许多凹坑中的至少一个凹坑内时，该球形接头被锁定在一个方向上。由于颚的瓣状件的外形，球窝连接中可得到的取向范围至少为2π球面度。球头上排成有规则的图案的凹坑允许对连接进行微小的、可精确控制并可重现的重新取向。

构件也可按多种方式进行连接，例如，在被连接构件的纵轴处于共线的位置上时，可实现两种承窝-承窝的连接。在承窝-承窝连接中，一个构件的瓣与另一个构件的瓣相连接。第三种类型的承窝-承窝连接可以使构件形成一个链，其中构件的纵轴与链的方向平行、共面和垂直。构件间也可以通过使第一构件的承窝抱紧第二构件的主体而互相连接起来。通过承窝-主体连接，两构件的纵轴相互垂直，并且在第一构件的对称面和第二构件的纵轴之间的角度是360°内连续可调的。在承窝-主体连接中，可通过三个构件的连接形成一个封闭的系统。构件组可以包括不同尺寸规格的构件和具有多于一种尺寸规格的连接件的构件。