CN108601984B - 模块框架连接件以及使用这些连接件的系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种卡扣系统和方法，用于使用该卡扣系统连接板，每个卡扣包括基座、第一突起、第二突起、第一对指状物和第二对指状物，第一突起和第二突起沿相对方向延伸远离基座。

Description

模块框架连接件以及使用这些连接件的系统
优先权
本发明要求分别于2015年11月6日、2016年10月26日、2016年11月3日和2016年11月3日在美国专利商标局申请的美国临时申请No.62/251,926、62/412,973、62/416,946和62/416,955的优先权。
技术领域
本发明一般涉及模块化建筑部件和系统，以及构建使用它的系统的方法。
背景技术
玩具建造和建模，特别是使用积木或可连接部件的建造，培养想象力，刺激学习，并促进解决问题。然而，基于每个独特玩具的物理需求，例如承重，传统系统不允许使用能够制造成具有各种厚度的板和/或梁的各种各样的材料进行设计，例如亚克力、迭尔林和木材。而且，传统系统不提供可释放地附接到板和梁的独特几何特征，例如槽和孔的单组夹子。
建造机器人系统还能培养想象力并激发学习。然而，传统的机器人建造系统，例如乐高头脑风暴，具有类似的缺点，并且仅提供与单一厚度的板和梁一起工作的紧固件，并限制了板相互连接至单个几何平面。此外，传统系统不适用于机器人部件的各种尺寸，并且通常要求只能使用具有相应尺寸的部件。
发明内容
为了避免传统系统和方法的上述缺点，本发明的各方面提供一种卡扣系统，用于连接梁、板和其他材料，每个卡扣包括基座、第一突起、第二突起、第一对指状物和第二对指状物，第一突起和第二突起沿相对方向延伸远离基座。
另一方面提供一种卡扣，卡扣包括基座、第一突起、第二突起、第一对指状物和第二对指状物，第一对指状物包括处于其末端的第一开口，向基座延伸形成第一沟槽，且第二对指状物包括包括处于其末端的第二开口，向基座延伸形成第二沟槽。
另一方面提供一种使用该卡扣的系统，通过将第一对指状物的指状物压向彼此以装入板或梁固定孔，将至少两个板可释放地连接。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，本发明的某些示例性实施例的以上和其他目的、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1示出了本发明的L-卡扣；
图2示出了本发明的C-卡扣；
图3示出了本发明的H-卡扣；
图4示出了本发明的I-卡扣；
图5示出了本发明的板；
图6为本发明的已组装的系统的透视图；
图7为本发明的另一个已组装的系统的透视图；
图8示出了具有增加至其中的附加部件的图7的系统；
图9为示出了由I-卡扣提供的旋转的侧视图；以及
图10为本发明的多个V-卡扣的前视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作详细描述。在描述本发明时，为了清楚理解本发明的概念并避免不必要的细节使本发明模糊，省略了关于本领域已知的相关功能或构造的解释。
图1示出了本发明的L-卡扣。该L-卡扣100以及其他类型的卡扣包括基座110、第一突起120、第二突起130、第一对指状物140和第二对指状物150。第一对指状物140和第二对指状物150从其各自的尖端到基座110具有相同的长度。设置垫片S，当卡扣100可释放地附着在板上时，垫片S抵靠在板的表面(图6-8)。
在L-卡扣100中，第一突起120和第二突起130沿相对方向延伸远离基座110。第一对指状物140和第二对指状物150延伸远离基座110，其各自的方向与第一突起120和第二突起130各自的相对延伸方向成90度。
在二维方式中，第一突起120、第二突起130、第一对指状物140和第二对指状物150各自沿同样的平面从基座110延伸。曲率R的预设半径设置在第一突起120和第二突起130之间。预设半径的曲率R设置为用于用户按压指头以将卡扣100插入板的开口。
第一对指状物140在其末端形成第一开口141。第一沟槽142从第一开口141延伸至基座110。第二对指状物150在其末端形成第二开口151。第二沟槽152从第二开口151延伸至基座110。
第一对第一接合突起144a、144c设置在第一对指状物的一个指状物的外侧，且第二对第一接合突起144b、144d设置在第一对指状物的另一个指状物的相对外侧的相应位置。第一突起120、第二突起130、第一对指状物140和第二对指状物150各自沿同样的平面从基座110延伸。
为了便于插入梁或板500(图5-90)的开口中，第一对指状物140的每个指状物向内朝第一沟槽142弯曲。第一对指状物140和第二对指状物150中的每一个分别有弹性地移向第一沟槽142和第二沟槽152，来响应将第一对指状物140向第二对指状物150按压的应力。当各对指状物处于弯曲状态时，一旦将接合突起144a、144b穿过梁或板500上的通孔开口插入，就产生锁定摩擦，并和将第一对指状物140和第二对指状物150按压远离第一沟槽142和第二沟槽152的弹性应力一起固定卡扣。一旦可释放地将卡扣固定在第一板或第二板，可听到咔哒声产生，因为当第一对第一接合突起144a、144c之间的第一区域和第二对第一接合突起144b、144d之间的第二区域击打各自的固定孔的内侧时，咔哒声随之产生。
L-卡扣设置为连接处于垂直平面的板。本文公开的系统的每个卡扣为两个或更多板的快速组装和快速拆卸提供旋转轴。当使用L-卡扣连接第一板和第二板，相对第二板旋转第一板提供了通向卡扣的一对指状物末端的通道。向板推动这一对指状物的末端将松开卡扣，提供一种简单、肯定的拆卸方法，这在通过螺钉或其他传统紧固件连接板时是不可能的。
本文公开的系统的每个卡扣具有共同的指状物设计，用于板连接，为快速且简易组装和多功能性提供了模块设计。
通过推动指状物的末端，将指状物从板的各自开口中取出，该卡扣便于快速拆卸。
第一突起120、第二突起130、第一对指状物140和第二对指状物150各自沿相同的平面从基座110延伸。
图2示出了本发明的C-卡扣200。如图2所示，第一对指状物244a、244b和第二对指状物244c、244d设置在同侧，以便沿同一平面连接板和/或梁，如图6和图8所示。
图3示出了本发明的H-卡扣300。如图3所示，第一对指状物344a、344b和第二对指状物344c、344d设置在相反侧，以便沿平行的平面连接板和/或梁，如图7和图8所示。
图4示出了本发明的I-卡扣400。该I-卡扣400提供连接，该连接在其附带的平行的平面中可旋转，如图8和图9所示。
图5示出了本发明的系统的板500。板500包括多个X形通孔510、511，多个O形通孔515、516和多个圆I形通孔518、519，用于利用所公开的系统的卡扣来组装本发明的系统，该卡扣除了L-卡扣、H-卡扣和I-卡扣之外，还包括用于在偏移的平行平面中的连接的U-卡扣、和用于在成角度平面中的连接的V-卡扣。
图6为本发明的已组装的系统的透视图。图6示出了在垂直平面和平行平面由四块板500相互连接形成的三维(3D)结构。在垂直平面的互相连接由L-卡扣100提供，且方向在同一平面的相邻板由C-卡扣相互连接。
图7为本发明的另一个已组装的系统的透视图。图7示出了6块板在垂直平面和平行平面相互连接的3D结构。垂直平面的相互连接由L-卡扣100提供，在平行平面上的板500的相互连接由H-卡扣300提供。
图8示出了具有增加至其中的附加部件的图7的系统。在图8中，增加了两个垂直梁和一个水平梁，水平梁通过L-卡扣100连接不可旋转地至每个垂直梁，每个垂直梁可旋转地连接至系统的相应侧。
图9为示出了由I-卡扣提供的旋转移动的侧视图。在图9中，L-卡扣100固定板500。在一个板500上，设有多个I-卡扣400，其允许各自的梁旋转。
图10为附接在梁500上的多个V-卡扣1010的前视图。
提供一组柔性多功能架，用于对各种模块化设计进行原型化的部件，包括用于传统传感器、致动器、伺服电机、直流电机和控制器，例如Arduino、树莓派(Raspberry PI)以在系统中使用的架。因此，在包括一组低制造成本的平面卡扣的套装中，提供了模块化机器人、机器和结构系统。平面卡扣在垂直于卡扣平面的每个横截面都具有相同的几何结构，使得他们适于快速、高效激光切割或类似制造工艺。该L-卡扣、C-卡扣、U-卡扣和V-卡扣提供了静态固定功能，I-卡扣提供了铰接功能。
为了与厚度变化的材料一起使用，指状物的深度和卡扣的基座尺寸能够变化，以便使用板和各种厚度的其他材料进行快速、低成本原型化，板的厚度易于修改以符合各种系统的结构需求。该卡扣与两个名义厚度的材料相匹配，该名义厚度与每个卡扣的第一接合突起和第二接合突起相接合，从而允许连接较薄的板和较厚的梁，以相比较薄的梁提供附加强度，反之亦然。
还提供了一种通过激光切割自动化制造各种厚度的板的系统，该系统不需要创建昂贵的模和模具以及注射成型，以提供板和梁或其他类似结构的独特和定制的通孔尺寸和/或间隔和/或几何形状。通过基于网络的计算机接口，该自动化制造系统还将提供与前述卡扣、板、梁和多功能架相接合的定制设计部分。
虽然已经参照本发明的某些示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求书及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做出各种变化和细节。

Claims (15)

1.一种平面卡扣，包括
基座；
第一突起，其包括第一平坦表面，所述第一平坦表面沿第一方向从第一突起的近端沿第一平面延伸到第一突起的远端；
第二突起，其包括第二平坦表面，所述第二平坦表面沿第二方向从第二突起的近端沿第二平面延伸到第二突起的远端，其中所述第二方向大致垂直于所述第一方向；
预设半径，从所述第一突起的近端延伸到所述第二突起的近端，
第一对指状物，沿第三方向延伸远离所述基座，所述第三方向与所述第一方向为相反方向；以及
第二对指状物，沿第四方向延伸远离所述基座，所述第四方向与所述第二方向为相反方向，
其特征在于，
所述基座、第一突起、第二突起、第一对指状物以及第二对指状物均形成于二维平面内。
2.根据权利要求1所述的平面卡扣，其特征在于，所述第一突起和所述第一对指状物分别大致垂直于所述第二突起和所述第二对指状物。
3.使用根据权利要求1所述的平面卡扣的系统，以可释放地将第一板连接至第二板。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述预设半径设置为能够容纳用户手指按压将所述平面卡扣附接到第一板和第二板中的至少一个上，且所述第一板沿大致垂直于由所述第二板形成的平面可释放地附接。
5.一种平面卡扣，包括：
基座；
第一突起，其包括第一平坦表面，所述第一平坦表面沿第一方向从第一突起的近端沿第一平面延伸到第一突起的远端；
第二突起，其包括第二平坦表面，所述第二平坦表面沿第二方向从第二突起的近端沿第二平面延伸到第二突起的远端，其中所述第二方向大致垂直于所述第一方向；
预设半径，从所述第一突起的近端延伸到所述第二突起的近端；
第一对指状物，沿第三方向延伸远离所述基座，所述第三方向与所述第一方向为相反方向；以及
第二对指状物，沿第四方向延伸远离所述基座，所述第四方向与所述第二方向为相反方向，
其中所述基座、第一突起、第二突起、第一对指状物以及第二对指状物均形成于二维平面内，
所述第一对指状物包括处于其末端的第一开口，向所述基座延伸，形成第一沟槽。
6.根据权利要求5所述的平面卡扣，其特征在于，所述第二对指状物包括处于其末端的第二开口，向所述基座延伸，形成第二沟槽。
7.根据权利要求6所述的平面卡扣，其特征在于，所述第一对指状物和第二对指状物设置为分别弹性移向所述第一沟槽和所述第二沟槽，来响应将第一对指状物向第二对指状物按压的应力。
8.根据权利要求5所述的平面卡扣，还包括形成于第一对指状物的每个指状物各自外侧的第一对第一接合突起和第二对第一接合突起。
9.根据权利要求8所述的平面卡扣，还包括形成于第二对指状物的每个指状物各自外侧的第一对第二接合突起和第二对第二接合突起。
10.根据权利要求8所述的平面卡扣，其特征在于，一旦卡扣插入具有大于第一沟槽且小于第一对第一接合突起的末端突起的外边缘与第二对接合突起的末端突起的外边缘之间的距离的开口的孔，第一对指状物中的每个指状物设置为向内朝第一沟槽弯曲。
11.一种使用根据权利要求5所述的平面卡扣的系统，以可释放地将第一板连接至第二板。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，当第一对指状物插入第一板和第二板之一的固定孔时，第一对指状物中的每个指状物朝第一沟槽弯曲以减小第一开口的尺寸。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，一旦将第一板卡固定至第二板，咔哒声产生。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，当第一对第一接合突起之间的第一区域和第二对第一接合突起之间的第二区域击打固定孔的各自内侧时，咔哒声产生。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，组装所述系统不使用粘合剂、焊接、螺钉、螺母或螺栓。
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