CN110090460B - 一种用于构建物体的模块系统 - Google Patents

Abstract

一种用于构建物体的模块系统，模块系统包括磁性模块，磁性模块包括非磁性的第一壳体和在该第一壳体之内或者之上安装的环形磁铁，其中，第一壳体之上或者之内设有能安装环形磁铁的至少一个安装部以及贯通第一壳体且与相应的安装部连通并用于在需要满足相应的使用需求时能通过穿入轴进一步改变构建的物体的内部连接关系和机械性能的至少一条通道。本发明的模块系统利用环形磁铁，在第一壳体上预先设置了能够通过穿入轴用于改变构建的物体的内部连接关系和机械性能的通道，且能通过相应通道直接安装紧固件，便于快速构建能满足使用需求的物体。

Description

一种用于构建物体的模块系统

本发明是申请号为2017108164639，申请日为2017年9月12日，申请类型为发明，申请名称为一种用于构建物体的模块系统的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于构建物体的模块，尤其涉及一种用于构建物体的模块系统。

背景技术

目前，现在市面上存在一些用于拼接的积木模块，通过堆积可拼接成不同的形状或物体。但是，这类积木的定位仅为玩具，用于在拼接过程中提高小孩的动手能力和开发智力。因此，对于积木模块的连接强度没有过多的要求，只需要能够完成拼接功能即可。常见的积木主要有以下两类：

第一类积木是磁力连接积木，利用安装在各积木内的磁铁之间产生的磁吸力进行拼接。例如，公开号为CN203736855U的中国专利公开的一种磁性积木玩具，包括至少一个第一磁性积木元件和至少一个第二磁性积木元件，第一及第二磁性积木元件均具有一正方体本体，正方体本体每个面的至少两条相平行的棱上设有插槽，在正方体本体的每个面中部均设有镶嵌槽；第一及第二磁性积木元件的正方体本体表面的镶嵌槽内分别设有第一磁性元件、第二磁性元件；第一和第二磁性元件均包括一镶嵌板，第一及第二磁性元件的镶嵌板内表面一侧分别设有第一单面磁铁、第二单面磁铁，且第一及第二单面磁铁的强磁面分别与第一及第二磁性元件镶嵌板的内表面相对；所述第一单面磁铁和所述第二单面磁铁的强磁面磁性相反。该专利提供了一种连接方便、趣味性强、容易造型的磁性积木玩具。

第二类积木是插接积木，利用安装各积木的凹陷部和凸出部的机械配合进行拼接。例如，公开号为CN203043566U的中国专利公开的一种积木及其连接结构，所述连接结构包括位于待连接的第一积木构件上的第一连接面和位于待连接的第二积木构件上的第二连接面，在第一连接面上设有两个倒圆角正方形的凸起和两个正方形凹槽，所述凸起和凹槽对角交错设置，在第二连接面上设有四个正方形凹槽，所述第一连接面上的倒圆角正方形的凸起与所述第二连接面上的正方形凹槽卡接配合。所述积木包括多个积木构件，在每一积木构件上，至少具有两个连接面，其中，每一积木构件上的至少一个连接面为上述的第一连接面，每一积木构件上的至少一个连接面为上述的第二连接面。本实用新型由于多增设了不同的部件，组合性能更佳，且连接结构为单体结构，结构简单，拆装方便。

磁力连接的第一类积木的问题在于，积木模块之间的接合稳固的程度完全取决于磁铁之间的吸力和接触面的摩擦力，并没有考虑到根据需要用于增强连接稳固性的情况，也就是说，没有根据需要而改善稳固程度的可能性。例如，当第一类积木模块用于搭建一个储物筐时，需要将棱边进行加固以防止主结构不稳。当第一类积木模块用于搭建一个凳子的情况下，需要提升稳固性的是凳面和凳腿。但是，由于没有考虑根据需要用于增强连接稳固性的情况，第一类积木并没有设置用于增加连接稳固程度的接口，很难对其进一步稳固。在实际使用过程中，仅靠磁力连接的凳腿不能承受横向力。而仅靠磁力连接的凳面也不能承载人的重力。所以，第一类积木拼接的物体只能用于观赏，而不能用于构建能够使用的物体。而且，第一类积木的磁铁通常占据了相应表面的中心大部分区域，导致这部分区域不能被其他连接件良好地利用。

使用插接配合来实现拼接的第二类积木的问题在于，第二类积木通常具有较薄的外壳，拼接好的模型不能用于承受较大的力。而且，为了拆卸方便，插接的力通常设置得较小，连接的稳固性不强。

上述两类积木存在的共同问题是未提供增强连接的接口，导致不便于或者不能根据实际需求通过穿入轴的方式改变构建的物体的各个积木之间的连接关系和机械性能。

韩国专利文献KR20160150441A公开了一种拼装玩具，但是，该拼装玩具采用齿轮咬合以实现轴心对齐的功能，该拼装玩具不可能具有贯通圆盘/圆柱形的磁铁和齿轮的通道，不需要考虑增强整个模块系统的工程强度的问题，并未涉及到在拼接模块上提供增强连接的接口，使得在满足相应的实际需求时通过穿入轴的方式改变构建的物体的连接关系和机械性能，没有相应的技术启示。因此，本发明和该韩国专利文献相比是非显而易见的。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种用于构建物体的模块系统，其特征在于，所述模块系统包括磁性模块，所述磁性模块包括非磁性的第一壳体和在该第一壳体之内或者之上安装的环形磁铁，其中，第一壳体之上或者之内设有能安装所述环形磁铁的至少一个安装部以及贯通所述第一壳体且与相应的安装部连通并用于在需要满足相应的使用需求时能通过穿入轴进一步改变构建的物体的内部连接关系和机械性能的至少一条通道，其中，环形磁铁在相应的安装部安装到位后该环形磁铁的中心空缺部与对应的通道重合或者将对应的通道包围在内。优选地，环形磁铁的中心空缺部与所述通道重合或者将通道包围在内使得环形磁铁的中心空缺部不会决定通道的大小和形状。由于中性模块不具有环形磁铁，如果实际通路的大小和形状由环形磁铁决定或者环形磁铁和通道共同决定，则会导致不具有环形磁铁的中性模块和具有和环形磁铁的磁性模块的两个通路的大小和形状不一致。因此，环形磁铁在安装部安装到位后环形磁铁的中心空缺部与所述通道重合或者所述中心空缺部将所述通道包围在内有助于通道的统一，也便于轴的统一。

根据一个优选实施方式，所述模块系统还包括中性模块和导磁性模块，其中，所述中性模块包括非磁性的第二壳体，所述导磁性模块包括非磁性的第三壳体和在该第三壳体之内或者之上安装的结构和尺寸与所述环形磁铁相同的环形导磁体，其中，第一壳体、第二壳体和第三壳体的结构和尺寸均相同，其中，所述通道的横截面为圆形或正多边形。优选地，由于磁性模块、中性模块和导磁性模块的属性差异，导致使用这三种模块构建的物体的磁连接差异。因此，在构建物体时可以根据使用需求在这三种模块中选用不同组合形式和采用不同构建形式构建出相应的物体。除此之外，属性的差异也使得这三种模块具有不同的价格成本。在分析了构建物体对连接强度的需求后，能够利用本发明的模块系统以成本尽可能低的方式构建出相应的物体。优选地，通道为圆形有助于在穿轴的情况下构建物体的磁性模块和/或中性模块之间可以沿轴存在一定的偏角，以实现特定的构建需求。优选地，通道为多边形可以使得在穿轴的情况下构建物体的磁性模块和/或中性模块之间沿轴不会出现翻转情况。

根据一个优选实施方式，所述第一壳体主结构为立方体且其包括能拼合为内壳的两个内单元和能拼合为能容纳所述内壳的外壳的两个外单元且所述内壳与两个外单元拼合到位后能在所述第一壳体的相应表面的内部分别形成至少一个由内单元和外单元共同界定的位于相应表面的中部的安装部，当两个内单元的第一接缝和两个外单元的第二接缝同向设置之时，与所述第一接缝垂向设置的四个安装部由两个内单元和两个外单元共同界定，与所述第一接缝同向设置的两个安装部由一个内单元及容纳该内单元的外单元共同界定，当两个内单元的第一接缝和两个外单元的第二接缝垂向设置之时，与所述第一接缝垂向设置且与所述第二接缝垂向设置的两个安装部由两个内单元和两个外单元共同界定，与所述第一接缝垂向设置且与第二接缝同向设置的两个安装部由两个内单元和一个外单元共同界定，与所述第一接缝同向设置且与第二接缝垂向设置的两个安装部由一个内单元和两个外单元共同界定。优选地，第一连接柱、第二连接柱和第一连接孔的设置使得本发明的第一壳体便于拆装。同时，由于第二壳体与第一壳体具有相同的结构，在安装环形磁铁，这种结构也有助于环形磁铁的安装。例如，当第二壳体中的环形磁铁以同一极性朝外的方式进行安装时，多个环形磁铁存在互斥情况。此时可以先将两个内单元拼合为内壳，然后将内壳和一个外单元进行拼合，并在拼合前在该外单元和其容纳的内单元即将拼合成的安装部内装入一片环形磁铁。拼合到位后，将四片环形磁铁从侧边塞入即将形成安装部的四个槽中，由于此时四片环形磁铁受到外单元内表面的阻档作用，无需预先粘接，也不会滑出相应的位置。最后，拼合另一个外单元并在拼合前在该外单元和其容纳的内单元即将拼合成的安装部内装入一片环形磁铁，完成拼接。

根据一个优选实施方式，所述第一壳体主结构为立方体且其包括一体的内壳和能拼接为容纳所述内壳的外壳的两个外单元且所述内壳与两个外单元拼合到位后能在相应表面的内部分别形成至少一个由内壳和外单元共同界定的位于相应表面的中部的安装部，当内壳和两个所述外壳拼合到位之时，与两个外单元的第三接缝垂向设置的四个安装部由内壳和两个外单元共同界定，与所述第三接缝同向设置的两个安装部由内壳及相应的外单元共同界定。优选地，采用一体的内壳有助于简化结构，内壳无需开模，可以使用钻孔加工并免去了拼装内壳的步骤，节约了制造成本。同时，提升了第一壳体整体的力学性能。

根据一个优选实施方式，所述第一壳体为一体结构且其主结构为立方体，所述第一壳体的各表面上的中部位置设有槽形的安装部。优选地，采用一体结构的第一壳体最大程度的简化了结构，节约了制造成本。

根据一个优选实施方式，所述环形磁铁的两个相对表面分别为S极所在表面和N极所在表面，其中，所述环形磁铁的S极所在表面上设有第一标志，N极所在表面上设有不同于所述第一标志的第二标志，所述环形导磁体的两个相对表面上设有不同于所述第一标志和所述第二标志的第三标志，其中，所述第一壳体按照当环形磁铁在所述第一壳体上完成安装时能露出所述第一标志或所述第二标志的方式进行设置，所述第三壳体按照当环形导磁体在所述第三壳体上完成安装时能露出第三标志的方式进行设置。优选地，在实际生产过程中，第一标志、第二标志或第三标志不仅可以在人工拼装磁性模块和导磁性模块时提供快速分辨环形磁铁和环形磁铁的指示标记，还可以快速分辨环形磁铁的极性朝向，能在批量生产时提高生产效率。除此之外，在实际的使用过程中，第一标志、第二标志和第三标志能在用户将磁性模块和导磁性模块拆卸为小部件后再次组装时提供指示标志，降低拼合难度并提高用户体验。同时，将第一标志、第二标志和第三标志设置在两端面也具有诸多优势。第一，对于涂层形式的标志，由于中心空缺部需要穿入轴，中心空缺部上的涂层在多次穿轴后可能被刮花甚至刮掉，在采用机器人自动搭建物体时，使用图像识别进行极性辨认会受到影响，导致极性判断错误，降低搭建物体的效率和准确性；第二，对于钢印形式的标志，由于中心空缺部的内表面狭窄，不便于加工，而且加工后由于内表面狭窄且不朝外，对于图像识别的所起的作用不大；第三，防止第一标志和第二标志同时出现在可视范围对图像识别造成影响，降低搭建物体的效率和准确性；第四，在采用导电的环形磁铁和环形导磁体的情况下，能够将未涂漆的表面用于各个环形磁铁或者环形导磁体之间的电连接。

根据一个优选实施方式，所述模块系统还包括全轴模块和半轴模块，其中，所述全轴模块与所述通道适配且所述全轴模块的两端面中的至少一端上的中心位置设有盲孔，其中，所述全轴模块和所述半轴模块上沿长度方向上开设有至少一个紧固孔且所述紧固孔的位置以在将多个中性模块、磁性模块和/或导磁性模块用所述全轴模块和/或所述半轴模块连接时能透过相应的安装部和通道直接安装紧固件的方式进行设置。优选地，紧固孔的位置以在将多个中性模块、磁性模块和/或导磁性模块用所述全轴模块和/或所述半轴模块连接时能透过所述安装部和所述通道直接安装紧固件的方式进行设置能够便于紧固件和构建物体的拆装。

根据一个优选实施方式，所述内单元的接缝面的两个斜对角位置分别设有带倒角的第一连接柱且另外两个斜对角位置设有穿通所述内单元的第一连接孔，所述外单元的内侧的两个斜对角位置以与所述内单元的第一连接孔位置匹配的方式设有两个第二连接柱，其中，当两个内单元拼合时，一个内单元的两个第一连接柱能够分别插入另一个内单元的两个第一连接孔，其中，当外单元卡合在所述内单元上时，两个所述第二连接柱能够从第一连接孔位于非接缝面的开口侧插入对应的第一连接孔，其中，第一连接柱与第一连接孔为过盈配合，第二连接柱与第一连接孔为过盈配合。优选地，采用过盈配合的方式可以便于用户对磁性模块、中性模块和导磁性模块进行自行拆装、组合和调换。

根据一个优选实施方式，所述内壳的至少两个相对面上分别设有两个第一连接孔且两个第一连接孔分别设置在一个表面的斜对角位置，所述外单元的内侧的两个斜对角位置以与所述内壳的第一连接孔位置匹配的方式设有两个第二连接柱，其中，当外单元卡合在所述内壳上时，两个所述第二连接柱能够插入对应的第一连接孔，其中，第二连接柱与第一连接孔为过盈配合。优选地，采用过盈配合的方式可以便于用户对磁性模块、中性模块和导磁性模块进行自行拆装、组合和调换。

根据一个优选实施方式，所述磁性模块至少分为在立方体的所有安装部内以S极朝外的方式装有环形磁铁的第一磁性模块和在立方体的所有安装部内以N极朝外的方式装有环形磁铁的第二磁性模块。优选地，利用在一个模块上统一极性的第一磁性模块和第二磁性模块可以便捷的进行磁力拼接而无需重复确认各个面的极性，便于提高构建物体的速度。

附图说明

图1是本发明的磁性模块、中性模块和导磁性模块的一个优选实施方式的示意图；

图2是本发明的磁性模块、中性模块和导磁性模块的一个优选实施方式的分解示意图；

图3是本发明的第一壳体的第一个优选实施方式的示意图；

图4是本发明的第一壳体的第二个优选实施方式的示意图；

图5是本发明的第一壳体的第三个优选实施方式的示意图；

图6是利用本发明的模块系统构建的一个凳子的外部示意图；

图7是利用本发明的模块系统构建的一个凳子的内部骨架的示意图；

图8是利用本发明的模块系统构建的一个装饰环的示意图；

图9是中心空缺部和通道设置的一个优选实施方式的示意图；和

图10是中心空缺部和通道设置的另一个优选实施方式的示意图。

附图标记列表

1：磁性模块 11：第一壳体 111：内壳

1111：内单元 11111：第一连接柱 11112：第一连接孔

112：外壳 1122：外单元 11221：第二连接柱

12：环形磁铁 121：中心空缺部 1a：通道

1b：安装部 2：中性模块 21：第二壳体

3：导磁性模块 31：第三壳体 32：环形导磁体

4：全轴模块 5：半轴模块

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

下面结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9和10示出本发明的一种用于构建物体的模块系统。

实施例1

如图1和图2所示，一种用于构建物体的模块系统，模块系统可以包括磁性模块1。磁性模块1可以包括非磁性的第一壳体11和在该第一壳体11之内或者之上安装的环形磁铁12。第一壳体11之上或者之内可以设有能安装环形磁铁12的至少一个安装部1b以及贯通第一壳体11且与相应的安装部1b连通并用于在需要满足相应的使用需求时能通过穿入轴进一步改变构建的物体的内部连接关系和机械性能的至少一条通道1a。环形磁铁12在相应的安装部1b安装到位后该环形磁铁12的中心空缺部121可以与对应的通道1a重合或者可以将对应的通道1a包围在内。优选地，用于固定环形磁铁12的第一壳体11具有中空筒形的形状，其与环形磁铁12的材料具有彼此相近的热胀冷缩系数，且以过盈配合的方式锁定环形磁铁12。优选地，当环形磁铁12和第一壳体11均为刚性体时，例如，环形磁铁12为钕铁硼磁铁而第一壳体11为钢化玻璃时，如果通过压装的方式可能导致第一壳体11破损。即使不存在破损问题，安装完成之后的环形磁铁12也不便于拆卸。因此，除了紧配合的安装方式外，环形磁铁12还可以通过粘接的方式固定于第一壳体11的安装部1b之内。优选地，环形磁铁12一面为S极而另一面为N极，所以磁性模块1的一个表面的极性取决于环形磁铁12的安装方向。优选地，环形磁铁的中心空缺部121与通道1a重合或者将通道1a包围在内使得环形磁铁的中心空缺部121不会决定通道1a的大小和形状。由于中性模块1不具有环形磁铁，如果实际通路的大小和形状由环形磁铁12决定或者环形磁铁12和通道共同决定，则会导致不具有环形磁铁12的中性模块2和具有和环形磁铁12的磁性模块1的两个通路的大小和形状不一致。因此，环形磁铁12在安装部1b安装到位后环形磁铁12的中心空缺部121与通道1a重合或者中心空缺部121将通道1a包围在内有助于通道1a的统一，也便于轴的统一。优选地，当环形磁铁12在相应的安装部1b内安装到位后，环形磁铁12的轴线和对应通道1a的轴线重合。

根据一个优选实施方式，在第一壳体11的顶角和/或棱边上设有倒圆角或者将锐角倒钝以提高安全性，防止对使用者造成伤害。

根据一个优选实施方式，中心空缺部121与通道1a的形状可以相同且环形磁铁12在安装部1b内安装到位后两者的内表面齐平，即中心空缺部121与通道1a重合，如图1所示。

根据一个优选实施方式，中心空缺部121与通道1a的形状可以相同但环形磁铁12的中心空缺部121大于通道1a。环形磁铁12在安装部1b内安装到位后，从外部看，通道1a被环形磁铁12的中心空缺部121包围在内。例如，中心空缺部121和通道1a的横截面均为圆形但环形磁铁12的中心空缺部121大于通道1a，如图9所示。

根据一个优选实施方式，中心空缺部121与通道1a的形状可以不同且环形磁铁12的中心空缺部121大于通道1a。环形磁铁12在安装部1b内安装到位后，从外部看，通道1a被环形磁铁12的中心空缺部121包围在内。例如，中心空缺部121为圆形，通道1a为正八边形，从外部看，通道1a内接于中心空缺部121，如图10所示。应当注意的是，通道1a不一定是被环形磁铁12的中心空缺部121以图10所示的内接形式包围在内，中心空缺部121的尺寸还可能设置得更大。而且，中心空缺部121和通道1a的具体形状也并不限于上述几种具体形式。

实施例2

再次参见图1和图2，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例的模块系统还可以包括中性模块2和导磁性模块3。中性模块2可以包括非磁性的第二壳体21。导磁性模块3可以包括非磁性的第三壳体31和在该第三壳体31之内或者之上安装的结构和尺寸与环形磁铁12相同的环形导磁体32。第一壳体11、第二壳体21和第三壳体31的结构和尺寸均相同。通道1a的横截面为圆形或正多边形。应当注意的是，导磁性另外一种可能的表述可以是铁磁性，导磁性或者铁磁性的物体能被磁铁磁化并被其吸引。

根据一个优选实施方式，磁性模块1至少可以分为在立方体的所有安装部1b内以S极朝外的方式装有环形磁铁12的第一磁性模块和在立方体的所有安装部1b内以N极朝外的方式装有环形磁铁12的第二磁性模块。

优选地，当第一壳体11的主结构为立方体且通道1a为正多边形时，优选具有2ⁿ×4条边的正多边形，其中，n≥0，尤其优选正方形或者正八边形，使得在拼接过程中，不会因为各模块内部在一条直线上的通道的内部角度不一致而导致在穿轴时需要再次对调整模块的角度而降低构造效率。除此之外，正方形和正八边形相对于边数更多的正多边形来说，也更便于加工。最优选地，通道1a为正八边形，因为正八边形的内角度数大于正方形的内角度数，使得与正八边形的通道1a相适配的全轴模块4和半轴模块5的边角度数比与正方形的通道1a相适配的全轴模块4和半轴模块5的边角度数更大。也就是说，与正方形的通道1a相适配的全轴模块4和半轴模块5的外形比与正八边形的通道1a相适配的全轴模块4和半轴模块5的外形更锐利，在承受外力之时，更有可能导致通道1a的损坏。优选地，当第一壳体11的主结构为立方体且通道1a为2ⁿ×4条边的正多边形时，正方形的两条对角线或者正八边形及以上的正多边形的其中互相垂直的两条对角线分别垂直于第一壳体11相应表面的两邻边，如图10所示。这种设置有助于快速构建局部或者整体有防止旋转的要求的物体。以对于能拼合为正八边形的半轴模块5为例，当一个半轴模块5的截面轮廓为例如图10中的竖向的最长对角线和该对角线左侧的四条短边构成的形状时，可以在连成一条直线的呈正八边形的多个通道1a中只插入一根相应长度的半轴模块5就能快速地解决该直线上相应的磁性模块1、中性模块2和/或导磁性模块3的旋转问题，还能大幅节省成本。此外，将紧固孔以与横向的对角线对应方式进行设置，并且多个紧固孔的间距为第一壳体边长的倍数时，紧固孔可以从通道处露出，便于从通道的位置直接安装紧固件。优选地，当环形磁铁12的中心空缺部为多边形之时，多边形的最长对角线与环形磁铁的外径之比优选为0.7:1，更优选为0.5:1。同时，当中心空缺部为八边形且其对角线长度与环形磁铁21的外径之比为0.4:1至0.5:1时，该环形磁铁12在南北极磁通路上做到了：靠近外边缘的磁通小于靠近中心区域的磁通，从而使得该环形磁铁12在彼此相遇时，不易出现左右扭转的现象。

优选地，环形导磁体32由于具有导磁性，能够被环形磁铁12吸引。由于磁性模块1、中性模块2和导磁性模块3的属性不同，因此，磁性模块1、中性模块2和导磁性模块3这三种模块可能代表三种不同的价格成本。按照目前的市场情况来看，环形磁铁12的第一成本可能高于环形导磁体32的第二成本。根据用户的实际使用需求可以选择的使用这三种模块中的一种或几种来完成物体的构建。例如，两个磁性模块之间夹一个中性模块2，其中两个磁性模块1与中性模块2接触的两个表面的对应的环形磁铁21的极性安装方向相反。使用这三种模块中的一种或几种来完成物体的构建可以在构建对磁吸力要求不高的物体时节约成本。

根据一个优选实施方式，第一壳体11、第二壳体21和第三壳体31的表面可以设置为不同的颜色或者纹路。

根据一个优选实施方式，磁性模块1、中性模块2或导磁性模块3之内还可以设有至少一个电气接口和至少一个机械接口，以便安装传感器或者装饰灯。

根据一个优选实施方式，虽然本发明的主要用途是用于根据用户的需要构建满足使用需求的物体，但是，还应该容易想到的是，本发明由于具有上述多种组合方式和拼接功能，在对零部件尺寸进行调整的情况下，也能够用于玩具领域，并具有提高动手能力、开发智力、教育启蒙或者娱乐的效果。

实施例3

如图1、2和3所示，根据一个优选实施方式，第一壳体11主结构可以为立方体且其包括能拼合为内壳111的两个内单元1111和能拼合为能容纳内壳111的外壳112的两个外单元1122且内壳111与两个外单元1122拼合到位后能在第一壳体11的相应表面的内部分别形成至少一个由内单元1111和外单元1122共同界定的位于相应表面的中部的安装部1b；当两个内单元1111的第一接缝和两个外单元1122的第二接缝同向设置之时，与第一接缝垂向设置的四个安装部1b由两个内单元1111和两个外单元1122共同界定，与第一接缝同向设置的两个安装部1b由一个内单元1111及容纳该内单元1111的外单元1122共同界定；当两个内单元1111的第一接缝和两个外单元1122的第二接缝垂向设置之时，与第一接缝垂向设置且与第二接缝垂向设置的两个安装部1b由两个内单元1111和两个外单元1122共同界定，与第一接缝垂向设置且与第二接缝同向设置的两个安装部1b由两个内单元1111和一个外单元1122共同界定，与第一接缝同向设置且与第二接缝垂向设置的两个安装部1b由一个内单元1111和两个外单元1122共同界定。

根据一个优选实施方式，内单元1111的接缝面的两个斜对角位置分别设有在自由端带倒角的第一连接柱11111且另外两个斜对角位置设有穿通内单元1111的第一连接孔11112。外单元1122的内侧的两个斜对角位置以与内单元1111的第一连接孔11112位置匹配的方式设有两个在自由端带倒角的第二连接柱11221。当两个内单元1111拼合时，一个内单元1111的两个第一连接柱11111能够分别插入另一个内单元1111的两个第一连接孔11112。当外单元1122卡合在内单元1111上时，两个第二连接柱11221能够从第一连接孔11112位于非接缝面的开口侧插入对应的第一连接孔11112。，第一连接柱11111与第一连接孔11112为过盈配合。第二连接柱11221与第一连接孔11112为过盈配合。

根据一个优选实施方式，本发明的两个内单元1111在拼合成为一个内壳111时，并不仅限于上述方式。例如，两个内单元1111之间可以不设任何的连接柱和连接孔，能够通过在结合面设置胶水直接将两个内单元1111粘接成为一个内壳体111。又例如，将第一连接孔11112改为盲孔并将第二连接柱11221所在位置设置一个沉头孔并安装螺纹紧固件进行紧固。根据一个优选实施方式，本发明的两个外单元1122在拼合成为一个外壳时，并不仅限于上述方式。例如，两个外单元1122之间可以不设任何的连接柱和连接孔，能够通过在接缝面设置胶水直接将两个外单元1122粘接成为一个外壳体112。又例如，在两个外单元1122的接缝面上设置与两个内单元1111的第一连接柱11111和第一连接孔11112相同的卡接结构用于连接。由于第二壳体21与第一壳体11具有相同的结构，在安装环形磁铁12，这种结构也有助于环形磁铁12的安装。例如，当第二壳体21中的环形磁铁12以同一极性朝外的方式进行安装时，多个环形磁铁12存在互斥情况。此时可以先将两个内单元1111拼合为内壳111，然后将内壳111和一个外单元1112进行拼合，并在拼合前在该外单元1122和其容纳的内单元1111即将拼合成的安装部1b内装入一片环形磁铁12。随后，将四片环形磁铁12从侧边塞入即将形成安装部的四个槽中，由于此时四片环形磁铁12受到外单元内表面的阻档作用，无需预先粘接，也不会滑出相应的位置。最后，拼合另一个外单元1122并在拼合前在该外单元1122和其容纳的内单元1111即将拼合成的安装部1b内装入一片环形磁铁12，完成拼接。

实施例4

如图4所示，本实施例与实施例3的不同之处在于，第一壳体11主结构可以为立方体且其包括一体的内壳111和能拼接为容纳内壳111的外壳112的两个外单元1122。内壳111与两个外单元1122拼合到位后能在相应表面的内部分别形成至少一个由内壳111和外单元1122共同界定的位于相应表面的中部的安装部1b，当内壳111和两个外壳112拼合到位之时，与两个外单元1122的第三接缝垂向设置的四个安装部1b由内壳111和两个外单元1122共同界定，与第三接缝同向设置的两个安装部1b由内壳111及相应的外单元1122共同界定。

根据一个优选实施方式，内壳111的至少两个相对面上分别设有两个第一连接孔11112且两个第一连接孔11112分别设置在一个表面的斜对角位置，外单元1122的内侧的两个斜对角位置以与内壳111的第一连接孔11112位置匹配的方式设有两个第二连接柱11221，其中，当外单元1122卡合在内壳111上时，两个第二连接柱11221能够插入对应的第一连接孔11112，其中，第二连接柱11221与第一连接孔11112为过盈配合。

实施例5

如图5所示，本实施例与实施例3的不同之处在于，第一壳体11可以为一体结构且其主结构为立方体。第一壳体11的各表面上的中部位置设有槽形的安装部1b。优选地，一体结构的第一壳体11可以通过3D打印制成或者在立方体上钻孔加工的方式制成。其具有便于加工和单个模块抗压性强的优点。

实施例6

根据一个优选实施方式，环形磁铁12的两个相对表面分别为S极所在表面和N极所在表面。环形磁铁12的S极所在表面上可以设有第一标志。N极所在表面上可以设有不同于第一标志的第二标志。环形导磁体32的两个相对表面上可以设有不同于第一标志和第二标志的第三标志。第一壳体11可以按照当环形磁铁12在第一壳体11上完成安装时能露出第一标志或第二标志的方式进行设置。第三壳体32可以按照当环形导磁体32在第三壳体31上完成安装时能露出第三标志的方式进行设置。

根据一个优选实施方式，当第一壳体11是实施例3或实施例4的形式时，外壳体112上开设的孔的大小大于环形磁铁12的中心空缺部121但小于环形磁铁12的外部轮廓以露出第一标志、第二标志或第三标志并对环形磁铁12或者环形导磁体32起限位作用，如图1所示。

根据一个优选实施方式，第一壳体11按照设置全透明或者至少部分透明的外壳体112的方式露出第一标志或第二标志以及第三壳体31也以与第一壳体11相同的方式设置以露出第三标志。

根据一个优选实施方式，第一壳体11按照实施例5的方式进行设置以使环形磁铁11或者环形导磁体31的一侧表面以不受任何遮挡的方式露出第一标志、第二标志或者第三标志。

优选地，环形磁铁12的两个相对表面的极性不同，但是常规的环形磁铁12通常为光滑的金属表面，没有用于区分极性的标志。而在完成磁性模块1的组装时，需要掌握环形磁铁12的极性，因此需要设置用于区分S极和N极的第一标志和第二标志。此外，由于环形导磁体32具有和环形磁铁12相同的结构和尺寸，同时还可能具有相同的颜色和光泽。因此，还需要不同于第一标志和第二标志的第三标志以便对环形导磁体32与环形磁铁12进行区分。在实际生产过程中，这不仅可以在人工拼装或者自动化拼装磁性模块1和导磁性模块3时提供快速分辨环形导磁体32和环形磁铁12的参考依据，还可以快速分辨环形磁铁12的极性朝向，能在批量生产时提高生产效率。除此之外，在实际的使用过程中，第一标志、第二标志和第三标志能在用户将磁性模块1和导磁性模块3拆卸为小部件后再次组装时提供指示标志，降低拼合难度并提高用户体验。

在本发明的范围内可以想到的是，第一标志、第二标志和第三标志为用颜色区分的涂层或者以涂层或者钢印形式呈现的不同的纹路、符号和字母。例如，第一标志是S极所在表面上设置的多条平行线，第二标志是N极所在表面设置的网格线，第三标志不同于第一标志和第二标志，因此，第三标志可以是保留环形导磁体32原有的表面，即不设置平行线或者网格线以同第一标志和第二标志区分，如图2所示。又例如，第一标志是在S极所在表面上设置蓝色的涂层，第二标志是在N极所在表面设置红色涂层，第三标志的形式是在环形导磁体32的两个相对表面设置黑色涂层。在本发明的范围内可以想到的是，对于环形磁铁12，第一标志和第二标志仅设于环形磁铁12的两相对表面，而不延伸至环形磁铁12的中心空缺部121。同理，第三标志也仅设于环形导磁体32的两相对表面。除了用于区分，这样设置还具有多个作用，第一，对于涂层形式的标志，由于中心空缺部121需要穿入轴，中心空缺部121上的涂层在多次穿轴后可能被刮花甚至刮掉，在采用机器人自动构建物体时，使用图像识别进行极性辨认会受到影响，导致极性判断错误，降低搭建物体的效率和准确性；第二，对于钢印形式的标志，由于中心空缺部121的内表面狭窄，不便于加工，而且加工后由于内表面狭窄且不朝外，对于图像识别的所起的作用不大；第三，防止第一标志和第二标志同时出现在可视范围对图像识别造成影响，降低搭建物体的效率和准确性；第四，在采用导电的环形磁铁12和环形导磁体32的情况下，能够将未涂漆的表面用于各个环形磁铁12或者环形导磁体32之间的电连接。

在本发明的范围内还可以想到的是，在实施例3和实施例4中，由于外壳112的存在，第一标志、第二标志或者第三标志所在的表面低于外壳112的表面，可以防止第一标志、第二标志或者第三标志在搭建物体的过程中被刮花影响日后的肉眼辨别或者图像识别。采用实施例5形式的第一壳体11时，安装部5的深度可以比环形磁铁12的厚度大以使第一标志、第二标志或者第三标志所在的表面低于第一壳体11的外表面，防止第一标志、第二标志或者第三标志被刮花。

根据一个优选实施方式，环形磁铁12的两个相对表面分别为S极所在表面和N极所在表面，其中，环形磁铁12的S极所在表面上设有第一标志，N极所在表面上设有不同于第一标志的第二标志，环形导磁体32的两个相对表面上设有不同于第一标志和第二标志的第三标志，其中，安装部1b按照当环形磁铁12在第一壳体11上完成安装时能露出的第一标志或第二标志且当环形导磁体32在第三壳体31上完成安装时能露出的第三标志的方式进行设置。

实施例7

根据一个优选实施方式，模块系统还可以包括全轴模块4和半轴模块5。全轴模块4与通道1a适配且全轴模块4的两端面中的至少一端上的中心位置可以设有盲孔。全轴模块4和半轴模块5上沿长度方向上开设有至少一个紧固孔且紧固孔的位置以在将多个中性模块2、磁性模块1和/或导磁性模块3用全轴模块4和/或半轴模块5连接时能透过相应的安装部1b和通道1a直接安装紧固件的方式进行设置。优选地，两个相同规格的半轴模块4能够拼出一个全轴模块5的形状。优选地，本发明的使用需求包括但不限于用途、承力情况和挪动情况。穿入全轴模块4和半轴模块5的数量和形式则根据用途、承力情况和挪动情况以及构建该物体具体使用的模块类型来进行设定。例如，用户需要使用本发明的模块构建一个凳子的模型，但该凳子的使用需求仅是用于在室内固定地点进行展出，且不用承受外力和经常挪动，因此，可以判定该构建物体对连接的稳固程度要求不高。在这种情况下，可以使用本发明的中性模块2、磁性模块1和导磁性模块3用于构建该凳子。其中，凳面可以是用磁性模块1和导磁性模块3共同构建，凳腿可以是由磁性模块1和中性模块2共同构建，该凳子的内部可以不设骨架，如图6所示。但是，如果用户构建该凳子的使用需求是用于实际使用，例如，人可以坐在该凳子上，则上述凳子则不能满足该使用需求。这时，则需要根据相应的使用需求在需要连接多个模块的通道中穿入轴进一步改变构建的物体的连接关系和机械性能。优选地，全轴模块4的紧固孔可以是呈如图7所示的十字孔形式，以便完成多个全轴模块4的连接。例如，在全轴模块4的端部上预先拧入双头螺钉，然后在构建物体时可以分次序将四个全轴模块4从不同的开口处拧入另一个全轴模块4的十字孔内用作构建物体的骨架。

根据一个优选实施方式，本发明的全轴模块4和半轴模块5可以是刚性的。如图7所示，利用刚性的全轴模块4和半轴模块5构建了安装在凳子中的骨架，两个半轴模块4可以用于在一个平面内的十字交叉点的连接，在十字交叉点的稳固孔对准之后，透过安装部1b和通道1a利用紧固工具和紧固件将两个半轴模块5紧固。例如，紧固件是外六角螺栓和螺母、销钉或者螺钉。当紧固件是外六角螺栓和螺母时，则通过两个内六角扳手进行紧固。在凳腿处，由于涉及到三个方向的连接，凳腿方向设置半轴模块5则不能匹配到对应的紧固孔。由于全轴模块4的端部开设有盲孔，穿入的全轴模块4的盲孔与上部的半轴模块5的紧固孔可以匹配。因此，可以通过在凳腿内设置全轴模块4并通过一个螺栓将两个半轴模块5和一个全轴模块4紧固在一起。这时，凳子的连接关系由原来的仅靠磁力维持变为了在部分靠磁力而另一部分还通过轴连接，而且整个凳子的机械性能得到提高，能够用于承力。这里用到的全轴模块4和半轴模块5都是刚性的，以便承受较大的外力。

根据一个优选实施方式，全轴模块4和半轴模块5还可以是塑性的。例如，一些构建的物体穿入轴可能是为了给其定形，而并不需要承受较大的外力。因此塑性的全轴模块4和半轴模块5可以用于将本发明的中性模块2、磁性模块1和/或导磁性模块3沿着全轴模块4或半轴模块5的预定的弯曲走向进行排布，以保持一定的形状。例如，用户构建一些物体的使用需求是用于活动现场的Logo，其需要挪动但是对承力要求不高。这时可以先将塑性的全轴模块4预先弯曲成该logo的形状后穿入相应的磁性模块1、中性模块2和导磁性模块3中的一种或多种。

根据一个优选实施方式，全轴模块4和半轴模块5还可以是柔性的。例如，构建一些没有固定形状的用于装饰的物体，需要将构建的物体进行较大幅度或者重复的调整。如果用塑性的全轴模块4和半轴模块5，大幅度或者重复的调整容易导致塑性的全轴模块4和半轴模块5断裂且由于调整塑性的全轴模块4和半轴模块5的形状时需要一定的力，这使得塑性的全轴模块4和半轴模块5在这种应用场景的情况下相对柔性的全轴模块4和半轴模块5来说，不够方便。例如，用多个中性模块2和柔性的半轴模块5构建一个如图8所示的装饰环。先将多个中性模块2穿入半轴模块5中，然后将半轴模块5的两个端部穿入其中一个中性模块2中，对齐两端部附近开设的紧固孔并通过该中性模块2的一个通道1a完成紧固件的安装。

根据一个优选实施方式，全轴模块4和半轴模块5还可以是空心的。实心的全轴模块4和半轴模块5虽然力学性能好，但是其重量大。在一些对力学要求不高的应用场景下，可以使用空心的全轴模块4和半轴模块5以实现全轴模块4和半轴模块5的轻量化或者构建物体的轻量化。

根据一个优选实施方式，全轴模块4和半轴模块5还可以是导磁性的。导磁性的全轴模块4和半轴模块5可以对具有磁性模块1和导磁性模块3的构建部的内部磁感线进行均衡，具有优化该构建部的内各模块之间的磁吸连接力的作用。优选地，用于紧固的紧固件可以是磁性材料。例如，紧固件是销钉形式，可以直接塞入需要紧固的紧固孔内，由于全轴模块4和半轴模块5是导磁性的，所以带磁性的销钉可以用磁力维持在连接处，可以用于对连接稳固性要求不高的一些连接点处的快速连接和拆卸。

根据一个优选实施方式，全轴模块4和半轴模块5的长度可以分为多种规格，能根据构建物体的尺寸进行匹配。

根据一个优选实施方式，全轴模块4和半轴模块5还可以是本实施例中上述几种优选实施方式的组合。

实施例8

根据一个优选实施方式，一种构建物体的模块系统，模块系统包括至少一个壳体模块、至少一个环形磁铁模块、至少一个环形导磁体模块，壳体模块之内或者之上设有能安装环形磁铁模块或者环形导磁体模块的至少一个安装部以及贯通该壳体模块且与相应的安装部连通并用于在需要满足相应的使用需求时能通过穿入轴进一步改变构建的物体的内部连接关系和机械性能的至少一条通道。环形导磁体模块的结构和尺寸与环形磁铁一致。通道的横截面为圆形或正多边形。壳体模块上可选地安装有环形磁铁模块和/或环形导磁体模块。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种用于构建物体的模块系统，其特征在于，所述模块系统包括磁性模块（1），

所述磁性模块（1）包括非磁性的第一壳体（11）和在该第一壳体（11）之内或者之上安装的环形磁铁（12），

其中，第一壳体（11）之上或者之内设有能安装所述环形磁铁（12）的至少一个安装部（1b）以及贯通所述第一壳体（11）且与相应的安装部（1b）连通并用于在需要满足相应的使用需求时能通过穿入轴进一步改变构建的物体的内部连接关系和机械性能的至少一条通道（1a），

环形磁铁（12）的中心空缺部（121）与对应的通道（1a）重合；

中心空缺部（121）与通道（1a）的形状相同且环形磁铁（12）在安装部（1b）内安装到位后两者的内表面齐平，即中心空缺部（121）与通道（1a）重合。

2.如权利要求1所述的模块系统，其特征在于，所述第一壳体（11）主结构为立方体且其包括能拼合为内壳（111）的两个内单元（1111）和能拼合为能容纳所述内壳（111）的外壳（112）的两个外单元（1122）且所述内壳（111）与两个外单元（1122）拼合到位后能在所述第一壳体（11）的相应表面的内部分别形成至少一个由内单元（1111）和外单元（1122）共同界定的位于相应表面的中部的安装部（1b）；或者

所述第一壳体（11）主结构为立方体且其包括一体的内壳（111）和能拼接为容纳所述内壳（111）的外壳（112）的两个外单元（1122）且所述内壳（111）与两个外单元（1122）拼合到位后能在相应表面的内部分别形成至少一个由内壳（111）和外单元（1122）共同界定的位于相应表面的中部的安装部（1b）；或者

所述第一壳体（11）为一体结构且其主结构为立方体，所述第一壳体（11）的各表面上的中部位置设有槽形的安装部（1b）。

3.如权利要求2所述的模块系统，其特征在于，所述模块系统还包括中性模块（2）和导磁性模块（3），

其中，所述中性模块（2）包括非磁性的第二壳体（21），所述导磁性模块（3）包括非磁性的第三壳体（31）和在该第三壳体（31）之内或者之上安装的结构和尺寸与所述环形磁铁（12）相同的环形导磁体（32）。

4.如权利要求3所述的模块系统，其特征在于，所述环形磁铁（12）的两个相对表面分别为S极所在表面和N极所在表面，

其中，所述环形磁铁（12）的S极所在表面上设有第一标志，N极所在表面上设有不同于所述第一标志的第二标志。

5.如权利要求4所述的模块系统，其特征在于，所述第一壳体（11）按照当环形磁铁（12）在所述第一壳体（11）上完成安装时能露出所述第一标志或所述第二标志的方式进行设置。

6.如权利要求4所述的模块系统，其特征在于，环形导磁体（32）的两个相对表面上设有不同于所述第一标志和所述第二标志的第三标志。

7.如权利要求6所述的模块系统，其特征在于，第三壳体（32）按照当环形导磁体（32）在所述第三壳体（31）上完成安装时能露出第三标志的方式进行设置。

8.如权利要求3所述的模块系统，其特征在于，第一壳体（11）、第二壳体（21）和第三壳体（31）的表面设置为不同的颜色或者纹路。

9.如权利要求1所述的模块系统，其特征在于，所述模块系统还包括全轴模块（4）和半轴模块（5），

其中，所述全轴模块（4）与所述通道（1a）适配且所述全轴模块（4）的两端面中的至少一端上的中心位置设有盲孔，

其中，所述全轴模块（4）和所述半轴模块（5）上沿长度方向上开设有至少一个紧固孔且所述紧固孔的位置以在将多个中性模块（2）、磁性模块（1）和/或导磁性模块（3）用所述全轴模块（4）和/或所述半轴模块（5）连接时能透过相应的安装部（1b）和通道（1a）直接安装紧固件的方式进行设置。

10.如权利要求1所述的模块系统，其特征在于，所述通道（1a）的横截面为圆形或正多边形。

11.如权利要求1所述的模块系统，其特征在于，当第一壳体（11）的主结构为立方体且通道（1a）为正多边形时，通道（1a）为具有2ⁿ×4条边的正多边形，其中，n≥0且为整数。

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