專利名稱：蛇形積木的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能被操縱成為不同構(gòu)型的裝置。該裝置包括借助一個或多個連接構(gòu)件連接且保持在一起的多個子單元。這些子單元在保持處于相同的物理位置的情況下可被旋轉(zhuǎn)從而位于不同的相對定向中。此外，這些子單元可被拉開并移動，從而相對于彼此位于不同的物理位置。本發(fā)明人意識到希望創(chuàng)作出一種用于構(gòu)建空間構(gòu)造、集美學(xué)吸引力與趣味性于一體的雕塑裝配體的媒介。本發(fā)明人還意識到這樣的美學(xué)與游戲的組合將對兒童具有特殊吸引力，以鼓勵他們嘗試雕塑及建筑以提高視覺與空間認知、手工靈敏度以及邏輯與創(chuàng)作性思維。本發(fā)明的某些實施方式可以以與眾所周知的魯比克魔方(Rubik’ s Cube )類似的方式提供拼圖。然而，本發(fā)明具有多種應(yīng)用。例如，本發(fā)明的實施方式可用來創(chuàng)作3維線 條畫、3維油畫或可用來構(gòu)建3維的詩或文字。某些實施方式也可提供發(fā)光燈或發(fā)光棒，其能被操縱成不同構(gòu)型。某些實施方式也可用來建造諸如可重新構(gòu)建的模塊建筑物等的結(jié)構(gòu)以使用于太空、水下、月球、地球或其它行星，并用來形成未來的可重新構(gòu)建的城市?？衫闷渌鼘嵤┓绞絹硇纬煽杀皇褂谜咧匦聵?gòu)建的運算、娛樂及通訊設(shè)備。已經(jīng)設(shè)想到許多其它應(yīng)用，其中一些應(yīng)用稍后在該說明書中更詳細地討論。
背景技術(shù)：
已知提供一種呈拼圖形式的裝置，其包括能相對于彼此被操縱的多個子單元。該裝置可包括將由使用者實現(xiàn)的目標(biāo)結(jié)構(gòu)。已提到將眾所周知的魯比克魔方(Rubik’ sCube )作為該拼圖的示例。標(biāo)準(zhǔn)的魯比克魔方(Rubik’ s Cube )是包括排列成立方體形結(jié)構(gòu)的二十六個立方體形子單元，其每個邊緣均包括三個子單元且其每個面均包括九個子單元。單獨的子單元自身不能旋轉(zhuǎn)。而是，為了操縱子單元，使立方體的一個面旋轉(zhuǎn)，從而移動該面/層中的子單元。立方體的每個面的中央子單元保持在固定式位置中，僅繞其中央軸線旋轉(zhuǎn)。也已知魯比克魔方(Rubik’s Cube )的變形例，這些變形例包括具有呈非立方體形狀的子單元。例如，魯比克扭塊(Rubik’s Twist )包括楔形/棱柱形子單元，這些子單元能相對于彼此被單獨地旋轉(zhuǎn)，以形成不同的形狀，如圖I所示。在該配置中，子單元能夠相對于彼此旋轉(zhuǎn)，但相鄰的子單元只能繞單一軸線旋轉(zhuǎn)，其中相鄰的子單元的相對面保持接觸。對于上述魯比克布置(Rubik’s arrangement)的已知另選方案包括借助撓性細長彈性構(gòu)件連接在一起的多個立方體形子單元。撓性細長彈性構(gòu)件以固定的方式附接至多個立方體形子單元的端構(gòu)件，并延伸經(jīng)過設(shè)置在布置于端構(gòu)件之間的子單元中的孔。立方體形子單元能夠相對于彼此旋轉(zhuǎn)，但如前述的魯比克蛇型(Rubik’ s Snake Type)布置,相鄰的子單元的相對面不變。也即，相鄰的子單元能夠相對于彼此繞穿過相鄰的子單元之間的撓性細長彈性構(gòu)件的縱軸線旋轉(zhuǎn)，但不能相對于彼此移動，使得其中一個塊體從其相鄰的子單元的一個面移動至另一個面。圖2中示出一種包括具有撓性細長彈性構(gòu)件的多個立方體形塊體的布置。該布置包括由彈性帶(圖2不可見)連接的二十七個立方體形子單元。這些立方體形子單元設(shè)有供彈性帶穿過的孔，所述彈性帶件以固定的方式附接至端構(gòu)件，從而將立方體形子單元保持在一起。這二十七個立方體形子單元設(shè)置于十七個組中，每組具有兩個或三個子單元。該拼圖目的在于將子單元的鏈排列 布置成為如該圖所示的3X3X3立方體。圖2所示及以上所述的裝置的一個問題在于相鄰的立方體不能被重新定向以使得不同的面彼此相對。因此，多個立方體所能配置的構(gòu)型的數(shù)量是有限的。例如，在圖2所示的布置中，多個立方體不能被重新布置以處于完全線性的構(gòu)型。而是，已在一特定構(gòu)型中借助彈性帶將這些立方體接合在一起，該構(gòu)型允許多個塊體被操縱成為一 3X3X3立方體而不需改變相鄰塊體的面對面關(guān)系。上述問題已根據(jù)另一現(xiàn)有技術(shù)布置，即圖3a所示的納夫方塊(Naef Cublex )被解決。在圖3a所示的裝置中，在各個子單元立方體的相反面中以彼此呈直角的方式切出兩個溝槽。該子單元在圖3b中更詳細地示出。溝槽允許彈性帶從其中穿過，從而能夠使一子單元立方體相對于其相鄰的配對子單元立方體移動，使得在移動后以不同的面與其相鄰的配對子單元立方體對置。彈性帶的彈性允許使用者拉開兩個相鄰的子單元，使得它們能夠重新布置以具有不同的相對面。彈性帶的彈性隨后在壓縮力作用下將塊體拉回到一起，以將塊體保持于新構(gòu)型中。該布置因此允許相鄰子單元之間具有更大的運動自由度。在圖2所示的布置的情況下，相鄰塊體只能相對于彼此繞一個軸線旋轉(zhuǎn)。相反地，圖3a和圖3b所示的布置允許相鄰的塊體相對于彼此沿全部三個正交的旋轉(zhuǎn)軸線移動。因此，子單元能夠被重新布置，從而形成一定范圍的形狀或構(gòu)型。然而，納夫方塊(Naef Cublex )只包括八個子單元立方體，且因此能夠?qū)崿F(xiàn)的可能構(gòu)型的數(shù)量仍受到限制。可添加更多個子單元。然而，構(gòu)型會在裝置整體的重量下開始崩解。從美國專利US 5，525，089及US 3，514，893中所公開的教育玩具及拼圖能夠明顯看到類似的問題。在這兩種拼圖中已認識到相鄰子單元的旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生問題，并且已經(jīng)包含了用于防止相鄰的子單元相對于彼此旋轉(zhuǎn)的器件。然而，這些構(gòu)型仍在裝置整體的重量下開始崩解，從而不可能具有半永久性及/或永久性結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的某些實施方式的一個目的在于提供一種作為上述配置的改進的裝置。本發(fā)明的某些實施方式的另一目的在于調(diào)整上述現(xiàn)有技術(shù)的布置，使得它們能夠形成半永久性或永久性結(jié)構(gòu)。這將允許該裝置具有更寬范圍的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已認知到如圖3a及圖3b所示的上述裝置提供了良好的運動自由度，使得子單元可重新排列從而形成一定范圍的三維形狀。然而，該布置所具有的缺陷在于當(dāng)通過操縱及重新排列子單元而形成期望的形狀時，子單元未被鎖定于該形狀中。子單元借助處于張力下的細長撓性彈性構(gòu)件對其施加的壓縮力以一定程度被保持就位。現(xiàn)有技術(shù)的布置的另一問題在于當(dāng)使用者試圖操縱子單元以實現(xiàn)期望的形狀時，一個子單元的運動會造成該布置中的其它子單元的運動，這讓人受挫折且會導(dǎo)致難以實現(xiàn)期望的形狀。并且，也能通過調(diào)整彈性偏壓構(gòu)件的張力，一定程度地緩減此問題。然而，張力必須仍足夠低以允許操縱子單元。因此，在彈性偏壓構(gòu)件中提供足夠高的張力以在期望的構(gòu)型中將子單元保持在一起同時還要在彈性偏壓構(gòu)件中提供足夠低的張力以允許首先將子單元操縱成期望的形狀之間，始終存在不能令人滿意的折衷辦法。當(dāng)此壓縮力由US 5，525，089及US 3，514，893中所公開的抗旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)來輔助時，這可具有一定程度的幫助，但當(dāng)想要半永久性及/或永久性結(jié)構(gòu)時，旋轉(zhuǎn)并非是唯一要面對的問題。在這樣的結(jié)構(gòu)中，即使在防止旋轉(zhuǎn)的情況下，相鄰子單元的分離也會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的崩潰。鑒于上述問題，顯然現(xiàn)有技術(shù)的布置未能理想地適于形成能至少被暫時固定/鎖定于期望構(gòu)型的半永久性結(jié)構(gòu)。可利用現(xiàn)有技術(shù)的裝置實現(xiàn)期望的構(gòu)型。然而，如果使用者或路人碰撞該構(gòu)型，則子單元會輕易地相對于彼此旋轉(zhuǎn)或分離，從而脫離期望的構(gòu)型。因此，如果想要實現(xiàn)并維持期望的構(gòu)型，則該裝置必須被定期重新調(diào)整。在想要該裝置產(chǎn)生一構(gòu)型而其隨后例如作為雕塑、建筑物結(jié)構(gòu)、模型、家具、燈、珠寶、發(fā)光棒或其它附件等進一步用途的情況下，則本發(fā)明人意識到理想的是提供一種能被 有效地鎖定成期望構(gòu)型的裝置。因此，如果使用者或路人碰撞該構(gòu)型，則子單元不會輕易地相對于彼此旋轉(zhuǎn)或分離而脫離該期望的構(gòu)型。本發(fā)明人已根據(jù)本發(fā)明的第一方面通過提供一種包括下列各項的裝置來解決這些問題，所述裝置包括多個子單元；以及一個或多個連接構(gòu)件，所述一個或多個連接構(gòu)件用于將多個子單元以成鏈的方式連接在一起，其中多個子單元借助配置于子單元之間的一個或多個連接構(gòu)件而成鏈地被保持在一起，其中各子單元均包括至少一個溝槽，所述連接構(gòu)件或其中一個連接構(gòu)件穿過該至少一個溝槽而可移動，以允許相鄰子單元相對于彼此繞至少一個旋轉(zhuǎn)軸線被使用者旋轉(zhuǎn)，且其中該裝置還包括鎖定機構(gòu)，以將相鄰子單元鎖定在一起抵抗旋轉(zhuǎn)且抵抗分離。在子單元中設(shè)置溝槽允許將相關(guān)聯(lián)的連接構(gòu)件定向成使得其以類似于背景技術(shù)部分中所描述的方式穿過子單元的不同面。因此，相鄰子單元能相對于彼此被旋轉(zhuǎn)使得相鄰子單元的不同面彼此抵靠。各溝槽優(yōu)選地延伸橫越其子單元的面的整個寬度，并且深度約為子單元的深度的一半，更確切來說，是子單元的一半深度加上連接構(gòu)件半徑的深度。與上述現(xiàn)有技術(shù)的布置相反，本發(fā)明的裝置設(shè)有一鎖定機構(gòu)，以將相鄰子單元鎖定在一起抵抗旋轉(zhuǎn)及分離。優(yōu)選的是，當(dāng)子單元被拉開時鎖定機構(gòu)被自動釋放，使得相鄰子單元能夠相對于彼此旋轉(zhuǎn)。鎖定機構(gòu)在子單元被釋放時重新接合以將相鄰子單元鎖定在一起，以抵抗進一步旋轉(zhuǎn)及分離。注意，當(dāng)子單元處于拉開構(gòu)型時，子單元由一個或多個連接構(gòu)件保持連接。一個或多個連接構(gòu)件可包括撓性細長偏壓構(gòu)件。多個子單元可借助處于張力下的撓性細長偏壓構(gòu)件而成鏈地保持在一起。注意，盡管這樣的撓性細長偏壓構(gòu)件在張力下將子單元保持在一起，但由于子單元仍可繞撓性細長偏壓機構(gòu)的縱軸線自由地旋轉(zhuǎn)，所以其并不用作鎖定機構(gòu)。當(dāng)子單元不處于拉開構(gòu)型時，本發(fā)明的鎖定機構(gòu)抵抗上述旋轉(zhuǎn)且抵抗分離。在本文中，術(shù)語“抵抗分離”是指子單元在任何構(gòu)型中都不會在其自身重量下或在結(jié)構(gòu)的整體重量下被分離。使用者必須主動操作才能分離子單元，使得該結(jié)構(gòu)在被鎖定在一構(gòu)型時呈現(xiàn)穩(wěn)定。鎖定機構(gòu)可包括一個或多個接合器件，所述一個或多個接合器件存在于子單元上且適于接合相鄰子單元上的接合器件。這例如可以呈突起部及適于接收該一個或多個突起部的相鄰凹部或孔(陽/陰接合器件)的形式，或諸如卡扣機構(gòu)等的一些其它器件。這將在下文更詳細地描述。雖然使用者需要進行操作來分離子單元，但是也可將接合器件設(shè)計成使用者不需要操作來接合子單元，或另選地，該設(shè)計可能需要使用者進行操作以方便接合(諸如通過引導(dǎo)和/或推動)。撓性細長偏壓構(gòu)件可以不沿著其整個長度具備固有彈性，而是可具有彈性構(gòu)件的一個或多個彈性部分以提供偏壓力。例如，撓性細長偏壓構(gòu)件可包括非彈性繩/線，所述非彈性繩/線被連接至提供偏壓力的一個或多個彈簧。彈簧可位于鏈的端構(gòu)件子單元中或者位于一個或多個中間子單元中。
其它實施方式可利用一個或多個非彈性連接構(gòu)件，所述非彈性連接構(gòu)件的運用不需要任何彈性或拉張機構(gòu)。這樣的布置將僅依賴于子單元之間的干涉或其它鎖定來阻止分離并維持半永久性構(gòu)型。連接構(gòu)件可具有首先防止子單元變得分散或失去其順序并且再者確保在任一時間只有有限數(shù)量的子單元“發(fā)生作用(in play)”(也即被分離)的功能。各子單元均可包括供撓性細長偏壓構(gòu)件延伸穿過的孔，所述撓性細長偏壓構(gòu)件延伸穿過多個子單元且在張力下連接至多個子單元的端構(gòu)件，藉此在壓縮的情況下將多個子單元保持在一起。另選地，可提供多個連接構(gòu)件，所述多個連接構(gòu)件均將相鄰子單元連接在一起。鎖定機構(gòu)可被構(gòu)建成使各子單元均包括至少一個突起部和/或與該至少一突起部互補的至少一個凹部，借此使子單元的至少一個突起部被接收于相鄰子單元的至少一個凹部中以將相鄰子單元鎖定在一起抵抗旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，突起部及凹部構(gòu)造成將相鄰子單元保持在一起，同時它們處于接合狀態(tài)并且抵抗旋轉(zhuǎn)。例如，突起部可緊緊地配合在互補凹部中，使得突起部由互補凹部所保持或抓住。突起部可完全地充填凹部以形成真空密封件來抵抗分離。突起部及凹部之間的這種干涉將與彈性偏壓構(gòu)件互補而抵抗子單兀的分尚。各子單元均可包括多個凹部和/或多個突起部。在鏈中交替的子單元可只包括凹部或只包括突起部?；蛘?，鏈中的各子單元均可包括至少一個凹部及至少一個突起部兩者。例如，各子單元均可在其一個面中包括至少一個凹部并在其另外的各面上包括至少一個突起部?；蛘?，各子單元均可在其一個面上包括至少一個突起部且在其其它各面中包括至少一個凹部。也可提供其它型式的突起部及凹部。作為上述鎖定機構(gòu)的另選方案，能夠構(gòu)建這樣的鎖定機構(gòu)其中相鄰子單元包括突起部并且在相鄰子單元之間配置分離的鎖定機構(gòu)，該鎖定構(gòu)件具有與突起部互補的凹部，借此使相鄰子單元的突起部被接收于鎖定構(gòu)件的凹部中，以將相鄰子單元鎖定在一起抵抗旋轉(zhuǎn)且抵抗分離。還另選地，可構(gòu)建這樣的鎖定機構(gòu)其中相鄰子單元包括凹部并且在相鄰子單元之間配置分離的鎖定構(gòu)件，鎖定構(gòu)件具有與凹部互補的突起部，因此使鎖定構(gòu)件的突起部被接收于相鄰子單元的凹部中以將相鄰子單元鎖定在一起抵抗旋轉(zhuǎn)且抵抗分離。又另一可行方案是具有一分離的鎖定構(gòu)件，該鎖定構(gòu)件包括至少一個凹部及至少一個突起部，所述至少一個凹部及至少一個突起部與相鄰子單元上的互補突起部及凹部協(xié)作以將相鄰子單元鎖定在一起抵抗旋轉(zhuǎn)且抵抗分離。對于上述鎖定機構(gòu)布置的另選方案或者除了上述鎖定機構(gòu)布置之外，鎖定機構(gòu)可包括下列中的一個或多個位于相鄰子單元之間的卡扣連接、磁性鎖定機構(gòu)(例如利用磁體或磁性銷)、電磁鎖定機構(gòu)、形狀記憶合金鎖定機構(gòu)、形狀記憶聚合物鎖定機構(gòu)、肌肉線鎖定機構(gòu)、維可牢型鎖定機構(gòu)和暫時粘合鎖定機構(gòu)。鎖定機構(gòu)可另選地或附加地包括半永久性或永久性固定機構(gòu)。例如，一旦該裝置已構(gòu)造成使用者希望保持的設(shè)計，則可使用膠體、緊固螺釘或其它永久性固定機構(gòu)將該裝置永久性地固定在期望的構(gòu)型中。優(yōu)選地，相鄰子單元能繞至少兩個旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)?？赏ㄟ^移動子單元來旋轉(zhuǎn)相鄰子單元，使得子單元的不同面彼此抵靠。相鄰子單元也可繞連接構(gòu)件的縱軸線旋轉(zhuǎn)。各子單元均可包括兩個溝槽，借此相鄰子單元能相對于彼此繞三個旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。兩個溝槽可彼此正交，借此使相鄰子單元能相對于彼此繞三個正交旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。兩個 溝槽可設(shè)置于各子單元的不同面上。另選地，兩個溝槽可設(shè)置于各子單元的相同面上。溝槽允許撓性細長偏壓構(gòu)件被定向以使撓性細長偏壓構(gòu)件穿過子單元的不同面。各子單元均可為立方體形。然而，可想到對于子單元而言，可根據(jù)本發(fā)明的某些實施方式而采用其它的三維形狀。因此，可采用任何理想的實心體(Platonic solid)，且特別是具有三個旋轉(zhuǎn)對稱度的任何理想的實心體。在一些實施方式中采用二十面體和斜方截半立方體(rhombicuboctahedral)。撓性細長偏壓構(gòu)件可為一簡單的彈性件?；蛘?，其可為任何類型的細長繩狀或線狀材料或復(fù)合結(jié)構(gòu)，其可用來將多個子單元連接在一起而向子單元施加壓縮性彈力以將子單元保持于壓縮狀態(tài)。彈力應(yīng)弱到足以使得子單元可被使用者拉開以將子單元相對于彼此重新定向。彈力可強到足以使得當(dāng)釋放時，撓性細長偏壓構(gòu)件將子單元拉到一起而成為一鎖定布置，其中，來自一個子單元的一個或多個突起部與相鄰子單元中的一個或多個凹部接合。某些實施方式的一個關(guān)鍵原理在于相鄰子單元之間的連接件在任一時間只有一個(或最多兩個)為活性的/發(fā)生作用/被延伸的。一個或多個連接件/一個或多個偏壓構(gòu)件能最佳地實現(xiàn)該效果。子單元可由透明或半透明材料制成且在一個或多個子單元中能夠安裝光源，借此提供能夠被操縱成為不同構(gòu)型的發(fā)光燈。可提供一個或多個導(dǎo)電構(gòu)件，該導(dǎo)電構(gòu)件延伸穿過多個子單元且連接至光源。子單元可以另選地或附加地包括諸如熒光或磷光性材料的發(fā)光材料，以形成發(fā)光棒。本發(fā)明的實施方式可用來創(chuàng)作3維線畫、3維油畫或可用來構(gòu)建3維的詩或文字。實施方式也可用來建造諸如可重新構(gòu)造式模塊建筑物的結(jié)構(gòu)。某些實施方式也可用來構(gòu)建諸如國際象棋用的游戲板。某些實施方式也可包括反射鏡陣列，用于將例如激光的光沿著裝置的長度引導(dǎo)經(jīng)過裝置的內(nèi)部，從而充當(dāng)光纜。這樣的實施方式也可用作潛望鏡或類似的觀察裝置。


現(xiàn)在將參照附圖僅借助實施例來描述本發(fā)明的實施方式，附圖中
圖I示出現(xiàn)有技術(shù)的魯比克扭塊(Rubik’ s Twist )裝置；圖2示出另一現(xiàn)有技術(shù)的布置，其包括由彈性偏壓構(gòu)件連接在一起的27個子單元;圖3a示出另一現(xiàn)有技術(shù)布置，其中8個子單元在相對面中設(shè)有正交的溝槽，從而允許子單元相對于彼此繞三個正交旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；圖3b示出圖3a的現(xiàn)有技術(shù)布置的子單元；圖4a至圖4d示出本發(fā)明的實施方式的不同視圖；圖5a示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的中空子單元的不同視圖；圖5b示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的中空子單元的不同視圖；·圖6示出具有十字部分以改善鎖定(改善抵抗分離)且改善剛性的另選的子單元。其具有包括端蓋的子單元，并作為圖5a所示的子單元的另選方案；圖7示出具有十字部分以改善鎖定(改善抵抗分離)且改善剛性的另選的子單元。其具有十字形子單元，并作為圖5b所示的子單元的另選方案；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的包括四個鎖定樁的子單元的不同視圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的包括具有延伸的鎖定部的大凸起的子單元的不同視圖；圖10至圖14示出具有配置于相鄰子單元之間的分離鎖定構(gòu)件的另選實施方式。圖12示出具有十字部分以改善鎖定(改善抵抗分離)且改善剛性的另選的鎖定構(gòu)件；圖15至圖17示出使各子單元具有其自身的連接構(gòu)件的另選實施方式；圖18a和圖18b示出包括具有配置于相鄰子單元之間的分離鎖定機構(gòu)的雙重立方體子單元的實施方式；圖19和圖20示出包括細長子單元的實施方式；圖21和圖22示出包括固定構(gòu)件的實施方式；圖23至圖29示出根據(jù)本發(fā)明的另選實施方式的多種不同布置，包括四維立方體子單元(圖23至圖28)及斜方截半立方體子單元(圖29)。
具體實施例方式圖4a至圖4d示出本發(fā)明的第一實施方式。該裝置包括六十四個子單元的鏈，這六十四個子單元借助穿過子單元中的孔且被附接至鏈的端構(gòu)件的彈性偏壓構(gòu)件而連接在一起。彈性偏壓構(gòu)件處于張力下，使得子單元借助端構(gòu)件在壓縮負載下被保持在一起。各子單元大體上呈立方體形狀。在各子單元的頂面中設(shè)置有兩個正交溝槽，從而形成向下延伸經(jīng)過子單元而到達子單元的近一半高度的十字形開口。子單元也包括一孔，該孔從底面向上延伸且在子單元的中央點處與十字形開口相交。各子單元進一步包括位于底面中的方形凹部。在每個側(cè)面上以及頂面中設(shè)置有方形突起部。這些方形突起部在形狀上與底表面中的方形凹部互補。溝槽延伸經(jīng)過方形突起部，使得頂面上的方形突起部被分割成四個較小方形子突起部，而側(cè)表面上的方形突起部則呈現(xiàn)U形。當(dāng)鏈排列為豎直的線性構(gòu)型時，一個子單元的頂面上的突起部整齊地配合至下一個子單元的底面上的凹部中。彈性偏壓構(gòu)件將突起部保持于凹部中，且突起部與凹部之間的互補配合防止子單元相對于彼此旋轉(zhuǎn)并阻止分離。為了使子單元相對于彼此旋轉(zhuǎn)，子單元被拉開(分離)，使得一個子單元的突起部不再延伸至其相鄰的子單元的凹部內(nèi)。一旦利用此方式拉開，則子單元仍借助在兩個相鄰子單元之間伸展的彈性偏壓構(gòu)件連接在一起。此經(jīng)拉開構(gòu)型中，兩個子單元能相對于彼此繞三個正交軸線中的任一個軸線旋轉(zhuǎn)。這些旋轉(zhuǎn)運動在下文針對一簡單示例進行描述，在該示例中包括彼此疊置配置的兩個相鄰子單元。對于彼此疊置配置的兩個相鄰子單元，如果頂部子單元繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)，則底部子單元的頂面保持為面對頂部子單元的底面。頂部子單元可相對于底部子單元旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°或360°。當(dāng)釋放時，彈性偏壓構(gòu)件將兩個子單元拉回在一起，其中底部子單元的頂面上的方形突起部重新接合頂部子單元的底面中的方形凹部。該操縱在圖中示出。另選地，如果頂部子單元繞穿過底部子單元中心的水平旋轉(zhuǎn)軸線相對于底部子單元旋轉(zhuǎn)90°，則頂部子單元的底面將與底部子單元的側(cè)面對置。當(dāng)釋放時，彈性偏壓構(gòu)件將 兩個子單元拉回在一起，其中底部子單元的側(cè)面上的方形突起部接合頂部子單元的底面中的方形凹部(雖然此處為了一致而使用術(shù)語“頂部子單元”，但“頂部子單元”現(xiàn)在將配置于底部子單元的一側(cè))。該操縱在圖中示出?？衫@穿過底部子單元的中心且與底部子單元中的十字形溝槽對準(zhǔn)的兩個正交水平旋轉(zhuǎn)軸線中的任一個軸線以順時針或逆時針方向進行與上述相類似的90°的旋轉(zhuǎn)操縱。因此，兩個相鄰子單元能繞三個正交旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)兩個水平軸線及一個豎直軸線。如此一來，頂部子單元的底面能被定位成抵靠底部子單元的頂面或側(cè)面中的任何一方。特別優(yōu)選的鏈長度是能夠被折疊成一立方體的鏈長度，并且包括八個(2X2X2立方體)、二十七個(3X3X3立方體)、六十四個(4X4X4立方體)、125個(5X5X5立方體)、216個(6X6X6立方體)以及以此類推。已發(fā)現(xiàn)包括六十四個子單元的鏈對于允許實現(xiàn)廣泛多元的結(jié)構(gòu)是特別有效的。如果各立方體面設(shè)有不同的圖案或顏色，則排列數(shù)的上限近似為1083，其大于可觀測的宇宙的原子數(shù)并遠遠超過具有近似102°種可能排列的標(biāo)準(zhǔn)魯比克魔方(Rubik’ S Cube )的排列數(shù)。已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的實施方式能夠由比起上文所討論的現(xiàn)有技術(shù)布置更多的子單元構(gòu)成。這是因為具有相對較多子單元數(shù)的鏈的重量增大所致。因為現(xiàn)有技術(shù)布置的相鄰子單元不具有任何阻礙子單元旋轉(zhuǎn)及分離的鎖定機構(gòu)，因此這種重量增加導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)布置在其自身重量下不能得到期望的構(gòu)型。相反地，本發(fā)明的實施方式的互補突起部及凹部當(dāng)未被使用者拉開時有效地鎖定子單元而抵抗旋轉(zhuǎn)。此外，突起部由凹部夾持以抵抗分離。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有多于八個或二十七個子單元的實施方式。子單元也可形成為中空的以降低重量。這會很重要，特別是對于大實施方式尤其如此，以幫助防止裝置在其自身重量下坍塌。在這樣的實施方式中，各子單元均能包括內(nèi)部腔體。該腔體可實質(zhì)上呈立方體形狀、球形或一些其它適當(dāng)形狀。本發(fā)明的實施方式能提供“半永久性”結(jié)構(gòu)。“半永久性”結(jié)構(gòu)是指這樣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)即使在被碰撞時也能有效地鎖定在其當(dāng)前構(gòu)型中且保持此構(gòu)型。此外，該結(jié)構(gòu)能夠整體上從一個位置移動至另一個位置，而不會使該結(jié)構(gòu)脫離其當(dāng)前的構(gòu)型。因為能夠由使用者拉開子單元并根據(jù)先前描述的運動來操縱子單元以重新構(gòu)建該結(jié)構(gòu)而獲得一新結(jié)構(gòu)，因此該結(jié)構(gòu)并非完全永久性。然而，只有當(dāng)使用者拉開且保持分開子單元時，子單元才能旋轉(zhuǎn)從而移動成不同的構(gòu)型。因此，該結(jié)構(gòu)最好被描述成“半永久性”且可對于任何期望的時間量保持在特定構(gòu)型中，例如作為一雕塑。除了抵抗旋轉(zhuǎn)及分離的暫時性鎖定機構(gòu)外，實施方式也可設(shè)有永久性固定機構(gòu)。例如，一旦裝置已被構(gòu)造成使用者希望保持的設(shè)計，則能夠使用膠劑、緊固螺釘或其它永久性固定機構(gòu)將裝置永久性固定于期望的構(gòu)型中。圖5a示出與圖4a至圖4d中所示的實施方式的子單元類似的中空子單元的不同視圖。該子單元包括主體構(gòu)件，在該主體構(gòu)件中配置有正交溝槽；以及端蓋構(gòu)件，在該端蓋構(gòu)件中配置有凹部。主體構(gòu)件為中空的且構(gòu)造成接收端蓋構(gòu)件以構(gòu)建子單元。該中空子單元由于其減輕了裝置的重量而可以是有利的。圖5b示出與圖5a所示的類似但不具有端蓋構(gòu)件的中空子單元。在該布置中，主體構(gòu)件具有敞開端，該敞開端形成用于接收來自相鄰子單元的互補突起部的凹部?；蛟S應(yīng)強調(diào)子單元的中空性對于本發(fā)明的某些實施方式的功用而言極為重要， 長的實施方式尤其如此。第6和圖7示出具有十字部分以改善鎖定(改善抵抗分離)且改善剛性的另選的子單元。在圖6中，示出具有端蓋的子單元，該子單元作為圖5a所示的另選方案。在頂部列中，示出了具有其附加環(huán)帶端蓋的子單元，以利于接合及抵抗分離。圖7示出具有十字形部分的子單元，該子單元作為圖5b所示的另選方案，且為不具有端蓋的子單元。該子單元具有在五個面中的每個面上排列為方形的四個接合構(gòu)件；以及具有四個中空部、凹部或孔以接收類似子單元的接合構(gòu)件的表面。圖6中所示的子單元的另選形式在內(nèi)部與圖5a的子單元并無不同，但作了一些外部修改。已添加與圖12中的類似的環(huán)帶作為端蓋。環(huán)帶可為圖12中所示出的任何一個。此圖中所示的有利實施方式包括十字形形狀(具有孔)，以形成四個獨特凹部。在子單元的主體部的所有其余面上在突起部中切出附加的溝槽；藉此形成一與附加至端蓋的新十字形元件互補的十字形形狀。這導(dǎo)致子單元更好的強度(例如，更能抵抗壓縮，較小的撓曲)以及改善的抵抗旋轉(zhuǎn)。其也由于面上所有突起部之間的貼合、潛在氣密性、適配/密封而提供更好的鎖定/抵抗分離。突起部可以位于一個或多個面上，或五個面上，如此處所描述的。圖7中所示的子單元的另選形式與圖5b中所示的類似，差異在于子單元的內(nèi)側(cè)、中空化部分(其可供偏壓構(gòu)件移行經(jīng)過)附加有內(nèi)部管狀通路。已附加有肋，從而限定具有四個獨特凹部的十字形形狀。在子單元的所有其余面上在突起部中已切出附加的溝槽，這形成與附加至內(nèi)側(cè)的新十字形元件互補的十字形形狀。這導(dǎo)致子單元更好的強度(例如，更能抵抗壓縮，較小的撓曲)以及改善的抵抗旋轉(zhuǎn)。其也由于面上所有突起部之間的貼合、潛在氣密性、適配/密封而導(dǎo)致更好的鎖定/抵抗分離。突起部可以位于一個或多個面上，或五個面上，如此處所描述的。圖8示出根據(jù)另一實施方式的子單元的不同視圖。各子單元均具有十字形溝槽以及供彈性偏壓構(gòu)件(未示出)延伸經(jīng)過的孔。子單元也包括突起部及互補凹部。圖8中所示的特定子單元包括四個圓柱形突起部，這四個圓柱形突起部在一個面上配置成方形構(gòu)型。在各子單元的其它面中設(shè)置對應(yīng)的孔。該布置在某些方面是圖4a至圖4d的實施方式的倒置形式。雖然圖4a至圖4d中所示的子單元在一個面中具有單一凹部且在所有其它面上具有突起部，但圖8中所示的子單元在一個面上包括突起部且在所有其它面中具有凹部。圖9示出根據(jù)另一實施方式的子單元的不同視圖。圖9中的各子單元包括位于一個面上的單一突起部，該單一突起部具有大體上呈方形的橫截面。在其它面中設(shè)置對應(yīng)的方形凹部。該實施方式中的突起部相較于先前所描述的實施方式而言相對較大并延伸經(jīng)過鏈中的相鄰子單元的中心。為了容納彈性偏壓構(gòu)件(其也將穿過子單元的中心)并允許彈性偏壓構(gòu)件的適當(dāng)重新定向，突起部也具有能供彈性偏壓構(gòu)件延伸經(jīng)過的十字形溝槽。當(dāng)相鄰子單元鎖定在一起時，突起部中的十字形溝槽的底部將配置于相鄰子單元中的中央點處。 圖10至圖14示出另選的鎖定機構(gòu)，該鎖定機構(gòu)利用配置于相鄰子單元之間的分離的鎖定構(gòu)件。在圖10所示的布置中，相鄰子單元包括突起部，且在相鄰子單元之間配置有鎖定構(gòu)件，該鎖定構(gòu)件具有與突起部互補的凹部。相鄰子單元的突起部被接收于鎖定構(gòu)件的凹部中，以將相鄰子單元鎖定在一起而抵抗旋轉(zhuǎn)及分離。當(dāng)相鄰子單元被拉開時，突起部不再延伸至配置于其間的鎖定構(gòu)件的凹部中，且相鄰子單元隨后能相對于彼此旋轉(zhuǎn)至一新構(gòu)型。當(dāng)釋放時，偏壓構(gòu)件將相鄰子單元拉到一起，且突起部重新接合于中間鎖定構(gòu)件的凹部中藉此防止進一步旋轉(zhuǎn)及分離。在圖10中所示的實施方式中，突起部具有方形橫截面形狀，且鎖定構(gòu)件呈具有對應(yīng)方形橫截面形狀的管或環(huán)的形式。然而，也可以想到其它形狀。重要的特征是當(dāng)處于接合構(gòu)型中時，突起部及凹部互補并抵抗旋轉(zhuǎn)，而且也抵抗分離。圖11示出與圖10中所示的類似的鎖定環(huán)布置，但其中以不同方式構(gòu)造各子單元中的溝槽。在圖10所示的布置中，各子單元的一面具有一對正交溝槽,而相反面不具有溝槽。相反地，在圖11所示的配置中，正交溝槽配置于各子單元的相反兩面中。圖12示出另選的分離的鎖定構(gòu)件，這些鎖定構(gòu)件具有十字部分以改善鎖定(改善抵抗分離)且改善剛性。其示出一外環(huán)，該外環(huán)可在部分子單元中用作分離的鎖定構(gòu)件。當(dāng)圖12的外環(huán)在子單元中用作分離的鎖定構(gòu)件時，它們特別有利地抵抗分離及旋轉(zhuǎn)。在該情況下，示出具有方形橫截面的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但在本發(fā)明中，基于子單元的性質(zhì)，可以采用具有任何橫截面的任何環(huán)帶。環(huán)帶中可具有單一的孔，如同圖12的左上環(huán)帶中那樣，或具有多重孔，如同圖12的左下(2孔)及右下(4孔)環(huán)帶那樣。子單元也可包括進一步的中央或中間部分，它們適于引導(dǎo)相鄰子單元的鎖定構(gòu)件(也即，環(huán)帶或其它這樣的構(gòu)件)及接合構(gòu)件更好地朝向接合位置。因此，在一些實施方式中，環(huán)帶可包括從環(huán)帶的周邊朝向其中心的突起部，以提供用于連接構(gòu)件/偏壓構(gòu)件的引導(dǎo)件、孔或通路，如同圖12右上部的環(huán)帶中那樣。在環(huán)帶中存在多個孔的情況下，具有從邊緣至邊緣橫越開口的一個或多個橋接件，且這可提供改善的強度/剛性。這些環(huán)帶可用在任何其它適當(dāng)類型的子單元中。分離的這種環(huán)已被示出為圖10、圖11及圖18a中的鎖定構(gòu)件，但環(huán)帶也可與子單元形成為一體，如圖5b和圖6所示。在圖13所示的布置中，相鄰子單元包括凹部，并且在相鄰子單元之間配置有鎖定構(gòu)件，該鎖定構(gòu)件具有與凹部互補的突起部。鎖定構(gòu)件的突起部被接收于相鄰子單元的凹部中以將相鄰子單元鎖定在一起從而抵抗旋轉(zhuǎn)及分離。當(dāng)相鄰子單元被拉開時，鎖定構(gòu)件的突起部不再延伸至子單元的凹部內(nèi)，且相鄰子單元隨后能相對于彼此旋轉(zhuǎn)成一新構(gòu)型。當(dāng)釋放時，偏壓構(gòu)件將相鄰子單元拉到一起，且突起部重新接合于凹部中藉此防止進一步旋轉(zhuǎn)及分離。在圖13所示的實施方式中，各子單元中的凹部具有方形橫截面形狀，且鎖定構(gòu)件呈具有對應(yīng)方形橫截面形狀的桿或樁的形式。然而，能夠想到其它形狀。重要的特征為當(dāng)處于接合構(gòu)型中時，突起部及凹部互補并抵抗旋轉(zhuǎn)。圖14示出與圖13所示的類似的鎖定桿布置，但其中以不同方式構(gòu)造了各子單元中的溝槽。在圖13所示的布置中，各子單元的一個面具有一對正交溝槽，而相反面不具有溝槽。相反地，在圖14所示的布置中，正交溝槽配置于各子單元的相反兩面中，使得一個溝槽配置于一個面中而正交溝槽配置于相反面中。能夠想到用于突起部及凹部的其它構(gòu)型。能夠根據(jù)期望的用途來選擇突起部及凹部的尺寸及形狀。長突起部及深凹部能提供更強的鎖定機構(gòu)，而導(dǎo)致非常剛性的結(jié)構(gòu)。然而，子單元必須隨后被進一步拉開，以使突起部及凹部脫開從而將鏈操縱成不同構(gòu)型。因 此，能獲得剛性增加，但代價在于使操縱容易度降低。較短的突起部及較淺的凹部易于脫開以便操縱鏈，但當(dāng)鏈處于期望的構(gòu)型時也更容易“意外”脫開。操縱容易度以及抵抗突起部與凹部“意外”脫開之間的這種平衡也取決于彈性偏壓構(gòu)件中的張力的量。如果彈性偏壓構(gòu)件中具有高的張力，則子單元更牢固地被保持在一起以使得子單元的任何結(jié)構(gòu)性構(gòu)型更為強固。然而，隨后更難以拉開子單元并將其操縱成不同結(jié)構(gòu)的構(gòu)型。相反地，如果彈性偏壓構(gòu)件具有低的張力，則子單元能被輕易地拉開以被操縱成新構(gòu)型。然而，子單元隨后被較不牢固地保持在一起而使得子單元的任何結(jié)構(gòu)的構(gòu)型更為脆弱。鎖定構(gòu)件將在任何情況下均能抵抗分離，且其抵抗水平能適合于偏壓構(gòu)件中的張力，以使結(jié)構(gòu)完整性達到最佳化。在突起部/凹部的尺寸與彈性偏壓構(gòu)件的強度之間可達成適當(dāng)平衡。另選地，可以提供一種用于調(diào)整彈性偏壓構(gòu)件中的張力的調(diào)整機構(gòu)。例如，鏈的端構(gòu)件的一個或兩者都可設(shè)有這樣的機構(gòu)。該機構(gòu)可采取被連接至彈性偏壓構(gòu)件的端部的螺釘型布置的形式。例如，向外旋擰該機構(gòu)可以增加彈性偏壓構(gòu)件的長度，且因此增加張力，而向內(nèi)旋擰該機構(gòu)則可以減小彈性偏壓構(gòu)件的長度，且因此減小張力。利用該機構(gòu)，彈性偏壓構(gòu)件的張力可減小以易于操縱而實現(xiàn)期望的構(gòu)型。當(dāng)已實現(xiàn)期望的構(gòu)型時，可增大彈性偏壓構(gòu)件的張力以提高期望構(gòu)型的強度，使得其即使掉落或拋擲也不會意外破壞此構(gòu)型。這些機構(gòu)也允許具有使用非彈性線或尼龍繩來作為連接構(gòu)件的可能性。另選地，可使用一彈性構(gòu)件，但并入一些非彈性束股或線以限制最大延伸值或附加強度，從而防止彈性構(gòu)件的災(zāi)難性撕裂。對于連接構(gòu)件的另一可能性將為使用一“肌肉線(muscle wire) ”,其包括形狀記憶合金線或形狀記憶聚合物線/繩。能夠想到其它張力調(diào)整機構(gòu)。例如，棘輪機構(gòu)、扭轉(zhuǎn)機構(gòu)、按鈕機構(gòu)、電氣機構(gòu)或機電機構(gòu)。其它實施方式可利用一個或多個非彈性連接構(gòu)件來運作，而不需任何彈簧或拉伸機構(gòu)。例如，某些布置可利用通常的繩件而無需任何彈簧或張緊機構(gòu)。這種布置將僅依賴于子單元之間的干涉或其它鎖定來抵抗分離及維持半永久性構(gòu)型。一個或多個連接構(gòu)件具有首先防止子單元變得分散或失去其順序其次確保任一時間只有有限數(shù)量的子單元“發(fā)生作用”(也即被分離)的功能。
先前實施方式已被描述成與單一撓性細長偏壓構(gòu)件一起使用，該單一撓性細長偏壓構(gòu)件沿著子單元的鏈延伸且以壓縮的方式將子單元保持在一起。然而，也可以提供包括多個連接構(gòu)件的布置，各連接構(gòu)件均沿著鏈配置于相鄰子單元之間。圖15至圖17示出該連接構(gòu)件的示例。圖15示出立方體形子單元的不同視圖，這些立方體子單元包括位于一個面中的十字形溝槽以及從相反面延伸的連接構(gòu)件。連接構(gòu)件包括細長桿，該細長桿延伸經(jīng)過相鄰子單元的溝槽且可在溝槽內(nèi)移動。連接構(gòu)件進一步包括位于細長桿的端部處的隆起，該隆起配置于相鄰子單元的內(nèi)部中的腔體內(nèi)。桿及隆起共同形成喙部。隆起寬于溝槽，從而其不會回穿過溝槽。因此，相鄰子單元被保持在一起。然而，隆起小于腔體從而允許相鄰子單元之間具有一些自由游隙，而使它們能夠被拉開。在桿周圍以及在隆起與腔體的內(nèi)壁之間配置有彈簧或一些其它偏壓構(gòu)件，使得當(dāng)兩個相鄰子單元被拉開時，彈簧/偏壓構(gòu)件被壓縮?？商峁┮粋€杯及環(huán)以抵靠腔體的內(nèi)壁安裝彈簧/偏壓構(gòu)件，如圖15所示。當(dāng)被釋放時，彈簧/偏壓構(gòu)件將兩個相鄰子單元拉回到一起。在空腔的內(nèi)壁中設(shè)置有凹部，該凹部具有與隆起互補的形狀。因此，當(dāng)兩個相鄰子單元被彈簧拉到一起時，隆起被接收于凹部中且將兩個相鄰子單元鎖定在一起。內(nèi)部空腔優(yōu)選為球形，以當(dāng)子單元相對于彼此移動時允許連接構(gòu)件繞腔體的內(nèi)壁滑動。圖16示出與圖15所示的類似的布置。此處的差異在于連接構(gòu)件具有比桿更寬的基部。由于子單元的其它面具有能供基部配合至其內(nèi)以將相鄰子單元鎖定在一起的互補凹部，所以基部作為二次鎖定機構(gòu)。在圖15及圖16中，連接構(gòu)件用來將相鄰子單元連接在一起，且也用來經(jīng)由連接構(gòu)件的隆起和/或基部以及相鄰子單元的內(nèi)部或外部表面上的對應(yīng)凹部而將相鄰子單元鎖定在一起。相反地，圖17所示的布置包括這樣的連接構(gòu)件該連接構(gòu)件將相鄰子單元連接在一起但不用來將兩個相鄰子單元鎖定在一起。而是，在該布置中，相鄰子單元的外部表面上的突起部及凹部用來以與圖4a至圖4d所示的類似的方式將相鄰子單元鎖定在一起。連接構(gòu)件包括類似于圖15所示的桿及隆起。然而，由于外部表面上的凹部及突起部作為鎖定機構(gòu)，因此腔體壁中不需要凹部。請注意，盡管在圖17中未示出，但在該布置中存在一偏壓構(gòu)件。該偏壓構(gòu)件可為一彈簧，如圖15及圖16所示的。另選地，可如圖4a至圖4d的布置中那樣提供細長彈性構(gòu)件。又一另選方案可利用伸縮喙部。也可以想到與圖17所示的類似的子單元的形式，然而，將一與具有圖9所示的延伸鎖定的大凸起類似(但較短)的元件進行結(jié)合而作為喙部的“隆起”。以上討論的喙部布置的一個優(yōu)點在于例如，如果彈性件彈斷，則裝置不會物理性分開(而允許用于兒童或成人的強度)。因此，可以使該裝置更為堅固。先前描述的布置包括實質(zhì)上呈立方體形狀的子單元。然而，這不是一嚴(yán)格要求。例如，圖18a所示的裝置包括與圖10及圖11所示的類似的鎖定環(huán)，但各子單元有效地包括兩個立方體形構(gòu)件。類似地，圖18b所示的布置包括與圖13及14圖所示的類似的鎖定桿，但各子單元有效地包括兩個立方體形構(gòu)件?！半p重立方體”子單元可設(shè)有如本文所述的其它鎖定機構(gòu)。例如，可提供具有如圖4a至圖4d所示的鎖定機構(gòu)或如圖15至圖17所示的內(nèi)部鎖定機構(gòu)的雙重立方體子單元。通過考慮將來自圖4a至圖4d的兩個子單元永久性接合在一起以形成子單元，可以呈現(xiàn)使用圖4a至圖4d所示的鎖定布置的雙重立方體子單元?；蛘?，可想到圖19所示的較不細長的形式的子單元。也可想到“三重以上的立方體”子單元。圖19所示的布置在某些方面類似于圖4a至圖4d所示的(且也類似于圖18a至圖18b所示的)布置，但具有更長的細長子單元。在細長子單元的各端部中設(shè)置有十字形溝槽，其中突起部配置于一端且對應(yīng)的凹部配置于相反端。圖20示出圖19所示布置的變形例。此處，只在細長子單元的各端設(shè)置有單一溝槽。相對端中的溝槽彼此平行，從而相對于可以三維操縱的前述布置而言，該裝置更易于在二維平面中操縱?？上氲结槍喜鄣钠渌鼧?gòu)型。可根據(jù)子單元的形狀及對于特定應(yīng)用所需要的理想運動自由度，提供一個、兩個或更多個溝槽。在前述布置中，利用該裝置所形成的結(jié)構(gòu)可被描述成半永久性的原因是在于子單元被鎖定在一起以抵抗相對旋轉(zhuǎn)，但能被拉開從而根據(jù)需要操縱成新構(gòu)型。
上述裝置能適于提供這樣的結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)通過包括固定構(gòu)件而可被描述成永久性的。例如可借助螺釘及對應(yīng)的螺釘孔提供固定構(gòu)件，該固定構(gòu)件能用來在裝置被操縱成期望的構(gòu)型之后予以固定。圖21示出其中使子單元沿著子單元的邊緣在凹部內(nèi)設(shè)置螺釘孔的布置。具有與凹部互補的形狀的固定構(gòu)件能被旋入相鄰子單元的螺釘孔中，以將相鄰子單元固定在一起，如圖所示。圖22示出另選的固定布置，其中固定構(gòu)件配置于相鄰子單元的角部處而非如圖21所示沿著相鄰子單元的邊緣配置。在前述布置中，鏈的各子單元均包括至少一個突起部及至少一個凹部兩者。因此，在單一鏈中，所有子單元可形成為相同。然而，可想到在單一鏈中提供不同的子單元。例如，子單元可在只有凹部的子單元及只有突起部的子單元之間交替。子單元可具有任何形狀。例如，可使用立方體、長方體、四面體、球體、棱錐、棱柱、多面體、長斜方體、斜方截半立方體、四維立方體或超立方體形狀。根據(jù)期望的用途，子單元可由包括木材、金屬、玻璃、泡沫、塑料、橡膠、復(fù)合物、鋼強化混凝土、及預(yù)應(yīng)力混凝土等適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞Ｗ訂卧蔀閷嵭牡幕蛑锌盏?。圖23至圖29示出根據(jù)本發(fā)明另選實施方式的多種不同的布置。圖23至圖28示出包括四維立方體子單元的布置。圖27示出具有用于鎖定螺釘/銷的孔的四維立方體子單元，圖28則示出具有鎖定滑動環(huán)的四維立方體子單元。圖29示出斜方截半立方體子單元。斜方截半立方體布置為具有三個以上旋轉(zhuǎn)軸線的示例。值得強調(diào)的是關(guān)于子單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一些共通點。中空子單元因為其賦予該裝置以輕重量，而可允許用大量子單元構(gòu)建較大的結(jié)構(gòu)，所以為有利方式。如果子單元為小型的或少量的，則中空子單元將不太理想。偏壓構(gòu)件中的張力在所有構(gòu)型中都應(yīng)該盡量接近于相等。這能夠使構(gòu)型之間具有改善的功能性及操作性(對于使用者而言，通過子單元進行平滑、不受阻的連續(xù)操作(flow)是更為舒適的)。通路(形成于偏壓構(gòu)件周圍/供偏壓構(gòu)件穿過的材料中的溝槽及管)可同時實行下列數(shù)項功能，特別是在申請人的中空子單元形式中尤為如此它們可引導(dǎo)并/或支撐偏壓構(gòu)件，使其平滑地暢行(自由和/或不受阻地)經(jīng)過每個(子單元)的近似中心點，以有助于在所有構(gòu)型中維持接近相等的張力；它們可輔助以結(jié)構(gòu)性方式(諸如以強化方式)應(yīng)對抵抗、傳輸及分配壓縮力、負荷、應(yīng)力及應(yīng)變等中的一方或多方；它們改善可制造性，特別是對于中空形式的注塑成型來說尤其如此?？稍趦?nèi)部結(jié)構(gòu)的邊緣上采用方網(wǎng)眼(filet)，以確保偏壓構(gòu)件的平滑暢行。其也可有利地提供一種諸如娃基潤滑劑等的潤滑劑，或一種諸如尼龍或石墨等的自潤滑材料。諸如石墨粉末等的干潤滑劑可能是有利的方式。當(dāng)一子單元被分離時，端蓋可被隱藏，即被固定，從而從仰視圖只可見分離的部分；而當(dāng)處于接合狀態(tài)時則根本看不見(避免看到接合線)。撓性細長偏壓構(gòu)件可包括導(dǎo)電材料，從而提供電連接。光源可被安裝在一個或多個子單元中并連接至功率線纜。例如，子單元可由半透明的有色塑料(例如半透明的紅塑料材料)制成，且可沿著撓性細長偏壓構(gòu)件的長度(也即位于撓性細長偏壓構(gòu)件內(nèi)側(cè)以保護線)卷繞的螺旋線，并且該螺旋線連接至各子單元內(nèi)的諸如LED光源等的光源。當(dāng)操縱裝置的子單元時，用于線纜/線的螺旋形布置允許線纜/線的長度延伸。另選地，可在各個單獨子單元中提供電連接，以提供經(jīng)過鏈的導(dǎo)電路徑，以對于發(fā)光元件供電。該構(gòu)型可提供能被操縱成不同構(gòu)型且可作為燈具用的發(fā)光燈。另一可行實施方式涉及將發(fā)光材料(諸如熒光或磷光性材料)結(jié)合至裝置中的子 單元的塑料材料內(nèi)。這可避免先前就燈具實施方式所描述的任何復(fù)雜配線。雖然此實施方式可能不如線/LED布置那樣良好地用來作為燈具，但其仍能提供在黑暗中發(fā)光的發(fā)光棒。另一另選方案是在一個或多個子單元中提供功率源(諸如電池)以及光源，從而不需使用延伸經(jīng)過子單元的功率線纜。子單元可由諸如金屬或?qū)щ娋酆衔锏葘?dǎo)電材料制成(或部分地由其制成)。另一可行應(yīng)用是提供一種能夠漂浮以使用于泳池中的裝置。通過利用針對該裝置的子單元的適當(dāng)塑料、木材或泡沫材料而可實現(xiàn)。其它布置可使用在太空或其它低重力環(huán)境中。又一可行應(yīng)用是作為圍籬或暫時性建筑物結(jié)構(gòu)。能夠使用適當(dāng)尺寸的裝置、或多個此類裝置來圍住不同形狀的區(qū)域或形成臨時性墻壁、平臺或類似物。此類裝置可特別有效地使用在諸如社交、運動或音樂會場等處的臨時性結(jié)構(gòu)。該裝置隨后可易于被重新構(gòu)造成較密實的結(jié)構(gòu)以供在會場之間進行運輸?？墒褂闷渌鼘嵤┓绞絹碜鳛榻ㄖＰ椭械目芍匦聵?gòu)造式建筑物以及作為用于太空、水下、月球、地球與其它行星上的現(xiàn)實生活中全尺寸模塊式建筑物并用來形成未來的可重新構(gòu)造式城市。本發(fā)明的其它實施方式可用來創(chuàng)作3維線畫、3維油畫或用來構(gòu)建3維的詩或文字。實施方式也可用來構(gòu)建諸如椅或桌等家具。進一步的實施方式可用來構(gòu)建梯子或繩索。根據(jù)本發(fā)明的兩個或更多個裝置可被構(gòu)造以連接在一起形成包括多個鏈的結(jié)構(gòu)。例如，端構(gòu)件子單元可被構(gòu)造以連接至另一個鏈。另選地或附加地，一或多個中間子單元可被構(gòu)造以連接至另一個鏈。該裝置也可被構(gòu)造以包括數(shù)個永久性連接在一起的鏈?；蛘撸撗b置可使各端部連接在一起例如形成項鏈、手鏈、腳鏈和/或由諸如金等的適當(dāng)貴重金屬制成。另選地，可提供“多頭式”(或“多尾式”)裝置。在典型的實施方式中，該裝置是具有頭和尾的線性，但在一些情況下，具有兩個頭及一個尾或兩個頭及兩個尾(或者三個或更多個頭和/或三個或更多個尾)的裝置也可以所期望的。這些多頭式部件可例如為十字形形狀(例如，加號、馬耳他十字(Maltese cross)、3D十字、雙加號等)。子單元可具有不同的有色表面、圖案、圖片、數(shù)字或字母以形成將由使用者解出的一或多個拼圖。裝置可以成套的方式設(shè)有將由使用者形成的一個或多個目標(biāo)結(jié)構(gòu)、圖案、圖片或文字。可通過將裝置操縱成一特定構(gòu)型來達成目標(biāo)圖案、圖片、數(shù)字或文字。某些實施方式也可用來形成魔幻方形、魔幻立方體、文字方形或文字立方體。單一裝置內(nèi)可含有/隱藏有一個以上的不同設(shè)計/拼圖。該裝置也可包括可通過傾斜該裝置而繞子單元移動的滾珠軸承，以形成 包括溝槽及孔的滾珠軸承型拼圖。當(dāng)實現(xiàn)某些構(gòu)型時，該裝置可發(fā)亮、發(fā)聲和/或振動。不同顏色的光或不同的聲音或音樂可與裝置的不同構(gòu)型相關(guān)聯(lián)?？衫缤ㄟ^在子單元的各個面上提供不同電連接來實現(xiàn)此功能。可提供處理器以分析多個子單元之間的電連接并且控制發(fā)光單元、揚聲器、振動單元或根據(jù)該裝置的構(gòu)型的部分其它裝置。也可想到可利用例如光學(xué)類型的其它類型的連接來提供此控制功能。其它實施方式可用來作為三維標(biāo)尺并可包括用于在三維中測量距離的適當(dāng)比例尺。在該裝置中可設(shè)置一處理器，并且該處理器被構(gòu)造成經(jīng)由Wi-Fi、藍牙(Bluetooth)等與計算機和/或其它設(shè)備通信。盡管先前的實施方式已被描述成由使用者用手操縱，但其它實施方式可設(shè)有機械性/機動式機構(gòu)，從而允許以遠程控制的方式重新構(gòu)造該裝置。本發(fā)明的實施方式的其它潛在使用包括被構(gòu)造成作為可折疊的計算機、個人數(shù)字助理或移動電話鍵盤(其中各面具有觸敏性)的裝置；被構(gòu)造成作為移動電話的裝置，其例如從項鏈/手鏈/腳鏈折疊及展開從而形成平板/墊板，一些子單元面可具有顯示器，部分子單元面可具有觸敏性，部分子單元可用作揚聲器，等等；被構(gòu)造成作為視頻投影儀的裝置；被構(gòu)造成作為投影儀屏幕的裝置；被構(gòu)造成作為LED顯示器的裝置；被構(gòu)造成作為USB鍵或固態(tài)數(shù)字存儲設(shè)備的裝置，其可被作為皮帶、項鏈、手鏈/腳鏈配戴；被構(gòu)造成作為可重新構(gòu)造式太陽能單元的裝置；被構(gòu)造成作為用于TV、無線電、wi-fi等的天線的裝置；被構(gòu)造成作為無線電單元的裝置；被構(gòu)造成作為MP3播放器的裝置；被構(gòu)造成作為不可展開式揚聲器單元或頭戴式耳機的裝置；被構(gòu)造成作為電視機(TV set)的裝置；被構(gòu)造成作為游戲控制臺的裝置；被構(gòu)造成作為計算機的裝置，所述計算機包括與上述一個或多個其它元件結(jié)合的中央處理單元芯片(可能為并行方式)；被構(gòu)造成作為書寫工具的裝置；
被構(gòu)造成作為擦除器的裝置；以及被構(gòu)造成作為臺架、三腳架(或其它多腳架)的裝置。使用者也很有可能通過提供待由使用者組裝的一個或多個套件以建造/組裝其自己的裝置。套件可以包 括一個或多個連接構(gòu)件以及可以是相同或不同的子單元的選擇。雖然已特別參照其優(yōu)選實施方式來示出及描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解在不脫離由本申請的所附的權(quán)利要求限定的范圍的情況下，可作出形式及細節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種裝置，該裝置包括 多個子單元；以及 一個或多個連接構(gòu)件，所述一個或多個連接構(gòu)件用于將所述多個子單元以成鏈的方式連接在一起， 其中，所述多個子單元借助布置在所述多個子單元之間的所述一個或多個連接構(gòu)件而成鏈地保持在一起， 其中每個子單元均包括至少一個溝槽，所述連接構(gòu)件或其中一個所述連接構(gòu)件穿過所述至少一個溝槽而能夠運動，以允許使用者將相鄰子單元相對于彼此繞至少一個旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并且 其中，所述裝置還包括鎖定機構(gòu)，該鎖定機構(gòu)構(gòu)造成將相鄰子單元鎖定在一起，由此阻止相鄰子單元的旋轉(zhuǎn)并且阻止相鄰子單元的分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述一個或多個連接構(gòu)件包括柔性細長構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述柔性細長構(gòu)件具有彈性。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其中，每個所述子單元均包括孔，所述柔性細長構(gòu)件延伸通過該孔并且延伸通過多個所述子單元，由此將所述多個子單元保持在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的裝置，其中，設(shè)置有多個連接構(gòu)件，每個連接構(gòu)件將相鄰的子單元連接在一起。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述鎖定機構(gòu)構(gòu)造成使得每個子單元均包括至少一個突起部和/或與所述至少一個突起部互補的至少一個凹部，借此子單元的至少一個突起部被接收在相鄰子單元的至少一個凹部中，以將相鄰子單元鎖定在一起，從而阻止旋轉(zhuǎn)和分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，每個子單元均包括多個凹部和/或多個突起部。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中，所述鏈中的交替的子單元僅包括凹部或僅包括關(guān)起部。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的裝置，其中，所述鏈中的每個子單元均包括至少一個凹部和至少一個突起部兩者。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，每個子單元均包括位于該子單元的一個面中的至少一個凹部和位于該子單元的每個其它面上的至少一個突起部。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，每個子單元均包括位于該子單元的一個面上的至少一個突起部和位于該子單元的每個其它面上的至少一個凹部。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的裝置，所述鎖定機構(gòu)構(gòu)造成使得相鄰子單元包括突起部，并且在相鄰子單元之間配置有鎖定構(gòu)件，所述鎖定構(gòu)件具有與所述突起部互補的凹部，借此所述相鄰子單元的所述突起部被接收在所述鎖定構(gòu)件的所述凹部中，以將所述相鄰子單元鎖定在一起，從而阻止旋轉(zhuǎn)和分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的裝置，所述鎖定機構(gòu)構(gòu)造成使得相鄰子單元包括凹部，并且在相鄰子單元之間配置有鎖定構(gòu)件，所述鎖定構(gòu)件具有與所述凹部互補的突起部，借此所述鎖定構(gòu)件的所述突起部被接收在所述相鄰子單元的所述凹部中，以將所述相鄰子單元鎖定在一起，從而阻止旋轉(zhuǎn)和分離。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述鎖定機構(gòu)包括以下中的一個或多個磁性鎖定機構(gòu)、電磁鎖定機構(gòu)、形狀記憶合金鎖定機構(gòu)、形狀記憶聚合物鎖定機構(gòu)、肌肉線鎖定機構(gòu)、維可牢型鎖定機構(gòu)、暫時粘合鎖定機構(gòu)、一個或多個螺釘、一個或多個銷釘、一個或多個楔形件、一個或多個螺栓、一個或多個螺母、或者位于相鄰子單元之間的卡扣連接。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，每個子單元均包括兩個溝槽，借此相鄰子單元能夠相對于彼此繞三個旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述兩個溝槽彼此正交，借此相鄰子單元能夠相對于彼此繞三個正交旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的裝置，其中，所述兩個溝槽設(shè)置在每個子單元的不同面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的裝置，其中，所述兩個溝槽設(shè)置在每個子單元的相同面上。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，每個子單元是立方體、長方體、四面體、球體、棱錐、棱柱、多面體、長斜方體、細長形、三維瑞士十字形、斜方截半立方體、四維立方體或超立方體形狀。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，相鄰子單元構(gòu)造成能夠相對于彼此繞多于三個的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述子單元中的一個或多個是中空的。
22.—種套件，該套件包括被構(gòu)造成構(gòu)建根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置的多個子單元和一個或多個連接構(gòu)件。
全文摘要
一種裝置，包括多個子單元；以及一個或多個連接構(gòu)件，所述一個或多個連接構(gòu)件用于將多個子單元以鏈的方式連接在一起，其中，多個子單元借助配置于子單元之間的一個或多個連接構(gòu)件而以所述鏈的形式保持在一起，其中各子單元均包括至少一個溝槽，所述連接構(gòu)件或連接構(gòu)件中的一個穿過所述至少一個溝槽能夠移動，以允許使用者將相鄰子單元相對于彼此繞至少一個旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，且其中該裝置還包括鎖定機構(gòu)，以將相鄰子單元鎖定在一起抵抗旋轉(zhuǎn)且抵抗分離。
文檔編號A63H33/10GK102917762SQ201180023274
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者G·庫貝-舍爾曼 申請人:庫貝-舍爾曼私人有限公司