專利名稱：具有振動(dòng)傳感器的玩具搭建組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有搭建元件(building elements)的搭建組件(building set)，其中，搭建元件具有用于使搭建元件相互連接的耦合裝置。
背景技術(shù)：
例如孩子的玩具搭建組件形式的搭建組件是公知的，并且以下專利出版物如US 3 005 282、US 5 984 756和P 490 033等為示出了具有用于使搭建元件相互連接的各種耦合裝置的玩具搭建元件的例子，并且，具有其它耦合裝置的玩具搭建組件是公知的。這些或其它現(xiàn)有技術(shù)的搭建組件主要用作孩子的玩具，但也用于構(gòu)成建筑和機(jī)械模型。
以上專利出版物中描述的玩具搭建組件還可以具有可移動(dòng)元件，如電動(dòng)機(jī)和輪子，并且可以具有其它功能元件，某些其它功能元件能夠產(chǎn)生可聽見的聲音。在這些出版物中均沒有利用振動(dòng)來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)機(jī)械用途。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用作玩具和用于教學(xué)目的的搭建組件，由此，可以構(gòu)成具有新穎功能的模型，當(dāng)用作玩具以及當(dāng)用來(lái)構(gòu)成用于教學(xué)目的的模型時(shí)，這些新穎的功能是有用的，其中，可以構(gòu)成用于演示振動(dòng)對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的影響的說(shuō)明性模型。
利用按照本發(fā)明的搭建組件可以實(shí)現(xiàn)該目的，該搭建組件包括具有用于產(chǎn)生振動(dòng)的器件并且具有用于與搭建組件的剩余搭建元件相互連接的耦合裝置的振動(dòng)器搭建元件。
利用這樣的搭建組件，可以構(gòu)成各種結(jié)構(gòu)和模型，其中，振動(dòng)器搭建元件可以被布置在所述結(jié)構(gòu)中的各種位置。根據(jù)結(jié)構(gòu)的尺寸、其剛度等以及振動(dòng)的特性如強(qiáng)度和頻率，振動(dòng)以不同的方式對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。在振動(dòng)相對(duì)強(qiáng)的情況下，將使結(jié)構(gòu)相對(duì)其支撐件移動(dòng)，振動(dòng)器搭建元件在結(jié)構(gòu)上的不同位置將導(dǎo)致不同的運(yùn)動(dòng)方式，同樣，不同尺寸和剛度的構(gòu)建方式將對(duì)振動(dòng)有不同的反應(yīng)。此外，當(dāng)一個(gè)人用手或手指觸摸結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)對(duì)振動(dòng)的強(qiáng)度有感知印象。
利用還包括傳感器搭建元件的搭建組件，其中，所述傳感器搭建元件具有設(shè)計(jì)用來(lái)發(fā)射代表振動(dòng)的信號(hào)的振動(dòng)傳感器并且具有用于與搭建組件的剩余搭建元件相互連接的耦合裝置，可以得到用于客觀測(cè)量并且記錄由搭建組件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的振動(dòng)以便說(shuō)明振動(dòng)通過固體結(jié)構(gòu)的傳播的信號(hào)。由此，搭建組件可以用作玩具和用于教學(xué)目的。傳感器搭建元件可以被設(shè)計(jì)用來(lái)發(fā)射代表振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度的信號(hào)。
用于產(chǎn)生振動(dòng)的振動(dòng)器搭建元件的配置可以方便地包括一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，具有轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)軸上的偏心塊，用于產(chǎn)生二維振動(dòng)，或者，包括可磁化塊和用于通過磁性與可磁化塊協(xié)同作用的電磁螺線管，用于產(chǎn)生一維振動(dòng)。最好，發(fā)動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)，但也可以選用由可以纏繞的彈簧或者由用戶使其旋轉(zhuǎn)的飛輪驅(qū)動(dòng)的純機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)。
搭建組件還可以包括具有兩個(gè)可相互移動(dòng)的部分的搭建元件，其中，每個(gè)可移動(dòng)部分都具有用于與搭建組件的剩余搭建元件相互連接的耦合裝置，并且利用彈性元件使兩個(gè)可移動(dòng)部分相互連接。這樣的元件可以被設(shè)置為結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)緩沖或吸收元件，并且用戶可以對(duì)其具有的效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。


圖1示出了一種已知的玩具搭建元件，分別為從上、下看的透視圖；圖2示出了另一種已知的玩具搭建元件，分別為從上、下看的透視圖；圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)的玩具搭建系統(tǒng)的搭建元件；
圖4A和4B示出了按照本發(fā)明的振動(dòng)器搭建元件；圖5示出了在按照本發(fā)明的搭建組件中使用的彈性搭建元件；圖6A和6B示出了按照本發(fā)明的另一種振動(dòng)器搭建元件；圖7示出了按照本發(fā)明的第三種振動(dòng)器搭建元件；圖8為利用按照本發(fā)明的搭建組件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖9為利用按照本發(fā)明的搭建組件構(gòu)成的另一種結(jié)構(gòu)的示意圖；圖10示出了如何利用振動(dòng)以有利于建立純直線運(yùn)動(dòng)的原理；圖11示出了圖10所示的原理的變化；并且圖12示出了利用振動(dòng)以有利于建立純旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的原理。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖1示出了US 3 005 282中公開的搭建元件的例子。這種搭建元件具有垂直側(cè)壁以及具有圓柱形的突起或突臺(tái)形式的耦合裝置的頂壁。該元件具有向下開口的空腔，空腔的中央有一個(gè)與頂壁永久連接的管狀元件形式的耦合裝置。這樣的搭建元件可以有許多尺寸和不同數(shù)量的耦合突臺(tái)。當(dāng)要將它們相互連接時(shí)，圖1所示的搭建元件可以安裝在彼此的頂上，由此，將元件上的耦合突臺(tái)插入另一個(gè)元件的空腔。
圖2示出了與圖1所示的搭建元件具有共同的基本特性的另一種現(xiàn)有技術(shù)的搭建元件的例子。此外，在其耦合裝置上，圖2所示的搭建元件具有導(dǎo)電材料構(gòu)成的電接觸面。
因此，在其一部分圓柱面上，耦合裝置在其頂面上具有金屬接觸面；并且，構(gòu)成元件的空腔的四壁中的兩壁在某些位置具有對(duì)應(yīng)的金屬接觸面，當(dāng)與其它元件互相連接時(shí)，所述位置的金屬接觸面將與在它們的耦合突臺(tái)上的接觸面接觸。這樣相互連接的元件能夠傳送電功率和電信號(hào)。
圖3示出了利用與圖1和2所示的搭建元件相同的耦合原理的第三種公知搭建元件。此外，通透的圓柱形開口能夠接納襯套接頭，通過襯套接頭能夠使兩個(gè)搭建元件彼此相鄰地連接。在其端部，細(xì)長(zhǎng)的搭建元件具有以上引用的US 5 984 756中公知的耦合裝置。
現(xiàn)有技術(shù)的搭建元件僅是本發(fā)明應(yīng)用的搭建組件的例子。以下將利用圖1和2所示的現(xiàn)有技術(shù)的搭建元件對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述和舉例說(shuō)明。
圖4A和4B示出了具有與圖1和2類型相同的耦合裝置的搭建元件10，其中，示出了在頂面上的圓柱形耦合突臺(tái)11。搭建元件10包含電動(dòng)機(jī)12，其可轉(zhuǎn)動(dòng)軸13與偏心塊14連接。電動(dòng)機(jī)12和偏心塊14被整體包含在搭建元件10中，例如，通過電線或者通過與圖2所示的搭建元件相同的電接觸面，給電動(dòng)機(jī)12提供電功率。
圖6A和6B示出了搭建元件15，其中，電動(dòng)機(jī)12與搭建元件15集成在一起，而電動(dòng)機(jī)的軸13伸到搭建元件15外。以與圖4A和4B相似的方式，軸13連接偏心塊14，唯一的區(qū)別在于偏心塊14位于搭建元件15之外。
當(dāng)圖4A、4B、6A和6B中的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心塊14利用其不平衡產(chǎn)生導(dǎo)致振動(dòng)的相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)力。
圖7示出了包含振動(dòng)器的搭建元件16，振動(dòng)器具有電磁螺線管17和彈性地安裝在搭建元件16中的可磁化塊18。當(dāng)給螺線管17提供適當(dāng)頻率和幅值的交流電流時(shí)，螺線管將以已知的方式通過磁性與可磁化塊18協(xié)同作用，由此向搭建元件16發(fā)送與交流電流對(duì)應(yīng)的振蕩力，使搭建元件16相應(yīng)地振動(dòng)。在原理上，這些振動(dòng)是一維的直線振動(dòng)。
圖5示出了具有兩個(gè)可相互移動(dòng)的部分20A和20B的搭建元件20，可相互移動(dòng)的部分20A和20B中的每一個(gè)都有用于與搭建組件的剩余搭建元件相互連接的耦合裝置，并且可相互移動(dòng)的部分20A和20B利用彈性元件，這里是兩個(gè)彈簧21，相互連接。這種搭建元件是從EP 560843知道的。
圖8示意性地舉例說(shuō)明了利用按照本發(fā)明的搭建組件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，采用了許多圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的搭建元件。在這些現(xiàn)有技術(shù)的搭建元件的頂部有如圖4A和4B中所示的振動(dòng)器搭建元件10。通過單獨(dú)的導(dǎo)線或者利用與圖2相同的搭建元件，給振動(dòng)器搭建元件中的電動(dòng)機(jī)1提供來(lái)自電源22的電能。
圖8還示出了傳感器搭建元件23，傳感器搭建元件23的特點(diǎn)在于一個(gè)振動(dòng)傳感器，設(shè)計(jì)用來(lái)發(fā)射代表振動(dòng)的電信號(hào)；以及耦合裝置，用于與搭建組件的剩余搭建元件相互連接?？梢园凑张c圖7所示的振動(dòng)器搭建元件相同的原理對(duì)振動(dòng)傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)；并且當(dāng)使傳感器搭建元件振動(dòng)時(shí)，可磁化塊將相對(duì)于螺線管移動(dòng)，由此在螺線管中產(chǎn)生電信號(hào)，這個(gè)信號(hào)與振動(dòng)的速度成正比?；蛘撸駝?dòng)傳感器可以是發(fā)射與振動(dòng)的加速度成正比的信號(hào)的加速度計(jì)。
來(lái)自傳感器搭建元件23的電信號(hào)被傳送到分析器或測(cè)量?jī)x表24，分析器或測(cè)量?jī)x表24被設(shè)計(jì)用來(lái)顯示或測(cè)量振動(dòng)信號(hào)的幅值，或者，可選地，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析。
在所示的結(jié)構(gòu)中，來(lái)自振動(dòng)器搭建元件10的振動(dòng)將通過結(jié)構(gòu)傳送到傳感器搭建元件23，并且，測(cè)量?jī)x表24將顯示所傳送的振動(dòng)的幅值。
圖9示出了與圖8相同的結(jié)構(gòu)，但是，其中，使用了振動(dòng)器搭建元件15并已經(jīng)相對(duì)于圖8轉(zhuǎn)過90度，此外，圖5所示的搭建元件20被布置在振動(dòng)器搭建元件15與剩余的結(jié)構(gòu)之間。搭建元件20利用其彈簧起振動(dòng)緩沖元件的作用。
圖10示出了搭建元件25，在搭建元件25的下面具有毛刺26，所有毛刺26基本上以相對(duì)于表面形成從零度到法線的不同角度面向相同方向，并且因此與搭建元件的底部不垂直，而是都傾斜。毛刺可以由毛發(fā)或天然材料纖維如植物纖維或金屬細(xì)絲制成，或者由人工材料如塑料纖維制成。這里，振動(dòng)器搭建元件16與支撐在支撐件27上的這種搭建元件25相互連接。當(dāng)振動(dòng)器搭建元件16振動(dòng)時(shí)，它將與傾斜的毛刺協(xié)同作用，并且，使振動(dòng)器元件16沿著毛刺取向的方向，即向右，移動(dòng)。在圖10中，振動(dòng)器搭建元件被設(shè)計(jì)為沿著水平方向振動(dòng)，但沿著垂直方向的振動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)相同的效果。
圖11示出了具有毛刺28的支撐件27，毛刺28在支撐件27的頂面上，與支撐件的下面不垂直，而是，按照與圖10所示的毛刺相似的方式，是傾斜的。由許多相互連接的搭建元件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)29支撐在毛刺28的頂上。具有毛刺28的支撐件27沿著垂直方向振動(dòng)，同樣借助于這些振動(dòng)，結(jié)構(gòu)29將與傾斜的毛刺協(xié)同作用，達(dá)到結(jié)構(gòu)29將沿著毛刺取向的方向，即向右，移動(dòng)的效果。如果具有毛刺28的支撐件27沿著水平方向振動(dòng)，則可以實(shí)現(xiàn)相同的效果。
在圖10和11中，從原理看，振動(dòng)的元件有毛刺或沒有毛刺沒有區(qū)別，并且，振動(dòng)沿著垂直方向或水平方向沒有區(qū)別。產(chǎn)生的移動(dòng)決定于毛刺相對(duì)于具有毛刺的外表面的法線的方向。
圖12示出了與作為沒有示出的較大結(jié)構(gòu)的一部分的搭建元件30相互連接的振動(dòng)器搭建元件16。圖12還示出了輪子31，輪子31也是較大結(jié)構(gòu)的一部分。將搭建元件30布置為使其一端與輪子31的邊緣接觸。當(dāng)振動(dòng)器搭建元件16如圖所示沿著水平方向，即，在輪子的接觸點(diǎn)大致沿著輪子的切線方向振動(dòng)時(shí)，輪子將旋轉(zhuǎn)。這個(gè)作用依賴于搭建元件30在接觸點(diǎn)沿著振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)方向傳輸不同的力。這種旋轉(zhuǎn)可以被用于幫助操作所述結(jié)構(gòu)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種搭建組件，包括具有耦合裝置的搭建元件，所述耦合裝置用于將搭建元件相互連接，其特征在于，所述搭建組件包括具有用于產(chǎn)生振動(dòng)的器件和用于與所述搭建組件的剩余搭建元件相互連接的耦合裝置的振動(dòng)器搭建元件；其中，所述耦合裝置構(gòu)成了用于輸出所產(chǎn)生的振動(dòng)的唯一的接口。
2.如權(quán)利要求1所述的搭建組件，其特征在于，所述搭建組件包括傳感器搭建元件，所述傳感器搭建元件具有-振動(dòng)傳感器，被配置用來(lái)發(fā)射代表檢測(cè)到的振動(dòng)的信號(hào)；以及-耦合裝置，用于與所述搭建組件的剩余搭建元件相互連接。
3.如權(quán)利要求2所述的搭建組件，其特征在于，所述傳感器搭建元件的振動(dòng)傳感器被配置用來(lái)發(fā)射代表振動(dòng)速度的信號(hào)。
4.如權(quán)利要求2所述的搭建組件，其特征在于，所述傳感器搭建元件的振動(dòng)傳感器被配置用來(lái)發(fā)射代表振動(dòng)加速度的信號(hào)。
5.如權(quán)利要求2所述的搭建組件，其特征在于，所述搭建組件包括用于記錄來(lái)自振動(dòng)傳感器的代表振動(dòng)的信號(hào)的儀器。
6.如權(quán)利要求1-5所述的搭建組件，其特征在于，振動(dòng)器搭建元件的耦合裝置是振動(dòng)器搭建元件的僅有的被配置用來(lái)傳送來(lái)自振動(dòng)器搭建元件的機(jī)械能量的裝置。
7.如權(quán)利要求1-6所述的搭建組件，其特征在于，用于產(chǎn)生振動(dòng)的振動(dòng)器搭建元件的所述器件包括具有可轉(zhuǎn)動(dòng)軸以及所述軸上的偏心塊的電動(dòng)機(jī)。
8.如權(quán)利要求1-7所述的搭建組件，其特征在于，用于產(chǎn)生振動(dòng)的振動(dòng)器搭建元件的所述器件包括可磁化塊和用于通過磁性與可磁化塊協(xié)同作用的電磁螺線管。
9.如權(quán)利要求1-8所述的搭建組件，其特征在于，所述搭建組件包括具有兩個(gè)可相互移動(dòng)的部分的搭建元件，每個(gè)可移動(dòng)部分單獨(dú)具有用于與所述搭建組件的剩余搭建元件相互連接的耦合裝置；并且，兩個(gè)可移動(dòng)部分通過彈性元件相互連接。
10.如權(quán)利要求1-9所述的搭建組件，其特征在于，所述搭建組件包括這樣一個(gè)搭建元件，所述搭建元件具有用于與搭建組件的剩余部分相互連接的耦合裝置，并且在搭建元件的外表面上具有毛刺，其中，毛刺基本上以相對(duì)于表面形成從零度到法線的不同角度面向相同方向。
11.一種用于如權(quán)利要求1-10所述的搭建組件的振動(dòng)器搭建元件，其特征在于，所述振動(dòng)器搭建元件具有用于產(chǎn)生振動(dòng)的器件和用于與所述搭建組件的剩余搭建元件相互連接的耦合裝置；其中，所述耦合裝置是用于輸出產(chǎn)生的振動(dòng)的唯一接口。
12.如權(quán)利要求11所述的振動(dòng)器搭建元件，其特征在于，所述振動(dòng)器搭建元件的所述耦合裝置是所述振動(dòng)器搭建元件的僅有的被配置用來(lái)傳送來(lái)自所述振動(dòng)器搭建元件的機(jī)械能量的裝置。
13.如權(quán)利要求11-12所述的振動(dòng)器搭建元件，其特征在于，所述振動(dòng)器搭建元件的用于產(chǎn)生振動(dòng)的所述器件包括具有可轉(zhuǎn)動(dòng)軸和所述軸上的偏心塊的電動(dòng)機(jī)。
14.如權(quán)利要求11-12所述的振動(dòng)器搭建元件，其特征在于，所述振動(dòng)器搭建元件的用于產(chǎn)生振動(dòng)的器件包括可磁化塊和用于通過磁性與所述可磁化塊協(xié)同作用的電磁螺線管。
15.一種用于如權(quán)利要求1-10所述的搭建組件的傳感器搭建元件，其特征在于，所述傳感器搭建元件具有-振動(dòng)傳感器，被配置用來(lái)發(fā)射代表振動(dòng)的信號(hào)；以及-耦合裝置，用于與搭建組件的剩余搭建元件相互連接。
16.如權(quán)利要求15所述的傳感器搭建元件，其特征在于，所述傳感器搭建元件的振動(dòng)傳感器被配置用來(lái)發(fā)射代表振動(dòng)速度的信號(hào)。
17.如權(quán)利要求15所述的傳感器搭建元件，其特征在于，所述傳感器搭建元件的振動(dòng)傳感器被配置用來(lái)發(fā)射代表振動(dòng)加速度的信號(hào)。
全文摘要
一種包括具有用于與搭建元件相互連接的耦合裝置的搭建元件的搭建組件，其中，搭建組件包括具有用于產(chǎn)生振動(dòng)的器件和用于與搭建組件的剩余搭建元件相互連接的耦合裝置的振動(dòng)器搭建元件，其中，耦合裝置是用于輸出產(chǎn)生的振動(dòng)的唯一接口。搭建組件還包括傳感器搭建元件，利用搭建組件，可以構(gòu)成用于說(shuō)明振動(dòng)通過固體結(jié)構(gòu)的傳播的結(jié)構(gòu)。因此，搭建組件可以用作玩具，也可以用于教學(xué)目的。
文檔編號(hào)G09B23/10GK1732034SQ200380108003
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者埃里克·貝奇, 卡杰·S.·米克爾森 申請(qǐng)人:英特萊格公司