CN113898650A - 一种物块边边相连互转可合可分的连接结构与应用 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种物块边边相连互转、可合可分的连接结构，包括传统的榫头和卯眼部分，增加[超块卡芯扣核]第三部分，[超块卡芯]与榫卯轮廓同构，形成连接的进出控制和相对旋转的范围控制，[超块扣核]用于连接进出时的滑动控制和连接后绕[超块卡芯]旋转与榫头卯眼距离的范围控制；连接结构中的各部分各元素具有合适的大小比例与恰当的距离和间隙，适合连接的分合运动和相对旋转的操作。本连接结构基于传统而创新物物连接方式，可多方位多元素拓展，实现产品化、系列化和模块化。已实现一套由24个正三方超块和等边同构的6个正四方超块组成的套装实体产品的生产，融合内容内涵创新，拓展到思维智慧连接，形成三次元创新体验探究体系。

Description

一种物块边边相连互转可合可分的连接结构与应用

技术领域

本申请提出一种物块边边相连互转、可合可分的连接结构，特别是基于传统榫卯结构结合新理念新材料新工艺而创新物物连接方式，广泛应用于玩具、文具、教学用具、办公用品、家居用品、包装容器、装饰展示、建筑工程和智能制造、智慧创造等领域和场景。

背景技术

连接造物，连接结构造就人类文明。榫卯结构以榫头和卯眼互补结合，发展形成多种连接结构，是中国家具和建筑领域几千年智慧的结晶。榫卯结构以木材为主要材料以木工工艺发展而来，在现代新材料新工艺时代，可以通过新理念新技术新设计新制造予以传承创新。

基于超链接(HyperLink)发展起来的互联网技术已造就了万物互联的新时代，人本智慧中的超链接能力穿越虚拟现实，正在培育形成日益强大的人工智能，人类社会正在迈进链接一切物、人、事的新未来。“物-物”的实体连接中，新的连接方式和连接结构具有创新和深刻的时代内涵，新连接形成新的内容创造，特别是映射融合到创新人本智慧的系统思维连接和多元智慧开发，对于人类文明的进步发展具有深远的意义和现实的价值。

本申请的提出者作为超媒体(HyperMedia)信息管理系统技术领域始于1990年的探索研究者，曾就此撰写硕士论文，2000年代提出和构建广义的硬件软件之外之中之上的第三件[超件(HyperWare)]创新知识体系，实践探索信息化、知识化、网络化、关系化和品牌化的五化融合创新，2015年起探索构建和呈现人本智慧的可视化、产品化、体系化、集群化和生态化，长期致力于通过超链接创新实现知识产品与智慧体系的构建和呈现，本申请即为其中一项物物连接结构与系列实体产品的原创构建与呈现，探索通过实体产品融合知识内容和挖掘智慧内涵构成三次元的创新体系，格物致知，造物生智，穿越通达。此实体连接结构技术可广泛应用于玩具、文具、教学用具、办公用品、家居用品、包装容器、装饰展示、建筑工程和智能制造、智慧创造等领域和场景。

发明内容

本申请结合附图，逐步递进地分为几部分来说明发明内容：

一、基于榫卯结构的“超块卡芯扣核”连接基本结构的构建

本申请提出一种物块相连的连接结构，两物块的连接结构单元同构，如图1和图2所示(三种不同的圆圈标识不同的部分)，在榫卯结构的“榫头”(1)和“卯眼”(2)两大部分之外，新增加“超块卡芯扣核”(3)第三部分，此部分又划分为[超块卡芯]和[超块扣核]两个子部分：

通过与榫卯轮廓同构配合的[超块卡芯]形成连接的进出控制和相对旋转的范围控制，[超块扣核]用于连接离合时的滑动控制和连接后绕对方[超块卡芯]旋转与榫头卯眼距离的范围控制；

形成连接的两组连接结构单元同构，两对榫卯的榫头相向对应贴近对方卯眼而同时进入对接时，各[超块扣核]贴着对方的[超块卡芯]而旋转滑动并同步卡入；两对榫卯都进入到位后，两对[超块卡芯扣核]可立体相对移动和转动在控制区间内；已连接的两对榫卯连接结构可通过以上的逆向运动而解开连接，两榫头离开所在对方卯眼的同时，两[超块扣核]与进入时反向运动而旋转滑离开对方[超块卡芯]。

其中，连接结构单元物块的材料需要有适合的弹性和一定的刚性，如可一体化注塑制造的塑料材料等；若需要，此连接结构单元模块由弹性材料生产后，可嵌入刚性强度高的框体材料边框中。

设计实现时，需考虑各部分各元素的大小比例与各处的距离和间隙，以适合连接的分离和接合与相对旋转的操作，包括三大部分的外围圆方结合、边缘圆弧造型和多处斜切滑动面等诸多细节，并考虑制造工艺(如注塑)实现生产的要求和限制，充分实现人体工学设计。物块连接结构的整体同构设计实现产品模块化，具有经济实用价值。

从图3组图图示了两同构物块实现对接由分到合的的各阶段状态，最右图图示了两同构物块实现相对旋转的一个状态，反向从右图到左图则是对接由合到分的逆向拆解过程。其中，两物块垂直旋转轴线的相对角度与各元素的形状大小等设计相关，如两物块对接后自然状态下是不易拆分分离的，平行对接时是难以直接拆分的，可设计为两物块接近垂直相交左右时为合和分的较佳状态，无需使用暴力非规范的动作可用双手轻松实现连接的分离和接合操作。

以上构建的基于榫卯结构增加“超块卡芯扣核”三大部分的连接基本结构，构成一组连接结构单元，以下简称拟名为“超块连接结构单元”。

二、基于“超块连接结构单元”的榫卯拓展

图4所示(五种不同的圆圈标识不同的1-5部分)为整体的扩充，其中卯眼(2)和超块(3)卡芯扣核融合在一起，榫头(1)部分对应延展，并在块边的垂直方向之双边各构建榫头(4)和卯眼(5)两部分，分别呈现为特立的突起块和自然的凹陷处，在收纳时可相对叠放，在分合操作时候突起部分可作为手指着力借力处，且在单面和双面状态下操作时均可发挥作用，在面体立放时起到支撑立面的作用，实现可套叠可堆垛。

在图5套叠堆垛组图中，图示(第4、5种不同的圆圈标识不同的部分)了立体可见的四个物块垂直方向两两面面相对(面对面/背对背)叠合的榫头(4)和卯眼(5)结构收纳状态。

三、基于“超块连接结构单元”的框体产品构建

图6至12系列图示了正三方框体与正四方框体底部连接后的立体造型的各视图，其中正三四方框体各自的连接旋转的轴线长度相等，各框边的连接结构为同构且旋转方向均一致的单个单元：

图6为立体主视图；

图7为左视图；

图8为右视图；

图9为主视图；

图10为俯视图；

图11为后视图；

图12为仰视图。

四、基于“超块连接结构单元”的多方块体系列产品构建

图13至24系列图示了几种常见多方(边)面体的整体立体造型，在框边体围成的中间部分增加了面体设计，各种不同方块体各自各单元连接结构的连接旋转的轴线长度单元相等，其中的长方体和大正四方体中，长边为双倍长度，可对接立体时合适的双单元。

面体设计中融入了垂直于面体双面相应的榫卯结构，面体设计考量产品整体材料刚性和弹性、力学性能与人体工程学及美学风格等因素，融合设计而成。

图13至19系列图示了两个正三方块体与正四方块体分别在底部和左部连接并两边连接后的立体造型的各视图。两个正三方块体各自采用了圆型和方型形象元素设计，并分别区分为单面和双面内容载体设计。正三四方块体各自的连接旋转的轴线长度相等(即为“等边”)，各块边的连接结构为主体部分同构且旋转方向均一致的单个单元：

图13为立体主视图；

图14为左视图；

图15为右视图；

图16为主视图；

图17为俯视图；

图18为后视图；

图19为仰视图；

图20图示双个连接结构单元x单个单元的长方体超块的立体视图，其连接结构旋转方向均一致，对应边同构；

图21图示双个同构连接结构单元的大正四方体超块的立体视图，其连接结构旋转方向均一致且边边同构；

图22至24分别图示单个连接结构单元的正五、六、八方块体超块的立体视图，其各自的连接结构旋转方向均一致且边边同构。

多边具有以上“超块连接结构单元”同构的物块简称拟名为[超块(HyperBrick)](已注册为商标)，各种多边体的各边各单元(不限于一单元)连接结构在榫卯旋转轴线上长度相等，形成多规格的多边超块系列产品。同一多边体各边的各连接结构单元同构，不同规格多边体之间的各连接结构单元的各连接旋转的轴线长度相等，一般要求同一多边体各连接结构单元旋转方向均一致，也可特别逆向设计。

五、基于“超块连接结构单元”的套装产品及系列构建

图25图示了一个正三、四方面体超块的套装版本为6个正四方面体超块和24个正三方面体超块，全部收纳呈一立方盒；

其中六个正四方超块拼接为六面立方体，其内由22个正三方超块榫卯方式收纳为一叠和另2个榫卯收纳为一对而正好填进立方盒；

立方盒打开需逐一拆解开任一方面体的三边榫卯后而旋转打开，或逐一拆解开四方超块的四边榫卯后而揭开此面体块；

这个套装已注塑产品化，产品结合材料生产多种透明到不透明类别的颜色组合系列，一盒套装配备同类6或12种颜色组合。此一盒套装可拼接的立体图案已超过1000套(指不考虑颜色组合变化且具有显著特征的整体构型)，融合内容内涵创新，拓展到思维智慧连接，形成三次元创新体验探究体系。

图25为以上所述超块套装盒在开盖后的实物；

图26至29分别为套装拼构的闭合图形样例的实物，

图26为六面八角型，六面为四方块，八角均为三个三方块锥体型凸起，为至方正立体的布局之一；

图27为三对六合型，三个三方超块贴一个四方超块配对成组，三组在中间合围并凸起两对三个三方超块锥体而成，为至紧凑的布局之一；

图28为三六组合的立塔型，上下六层，多处三六元素组合而成；

图29为四面八方型，为方正的布局之一；

图30至33分别为套装拼构的开放型图形样例的实物，

图30两图为套装拼构的同一人形的两立体视图，一体呈双人，各有心思；

图31为套装拼构的“孔雀开屏”系列之一的立体视图，实物可自然而立，无需任何辅助和支撑；

图32为套装拼构的四合连芯的立体视图，实物可自然而立，也可自然而然地折合为多型态；

图33为套装拼构的“脑洞大开”意境的立体视图，可在正二十面体构建的球体脑型及双边立块体的多处“开窍”变化；

图34和图35为套装拼构的动态型图形样例的实物，可动态联动，

图34为套装拼构的“天地之合”意境的立体视图，左右立体旋转对称，上下天地之合，左右上下联动生趣，尚有空间载体可作容器，寓意好和吉祥、积富纳德；

图35为套装拼构的“双壁之合”意境的立体视图，双四方合璧而左右旋转对称，双三方对合连底，双四方对接而成天盖，内筑空间载体，左右上下均可联动，广阔天地，有容乃大；

图36为套装拼构的镂空型的立体视图，为儿童喜闻乐见的一品牌动漫形象造型，镂空内部为对角型旋转对称，内有乾坤；

图37至41系列五图为套装拼构的基于四方内空芯型方链的组图，均为动态型，可多型态联动，

图37为套装拼构的一种四链对称花型，花盆为一种双边旋转对称结构；

图38为套装拼构的一种四链对称花型，花盆为另一种双边旋转对称结构；

图39为套装拼构的一种四链对称花蕾型，外层花瓣为双边旋转对称结构；

图40为套装拼构的一种四链对称树型，根部为另一种双边旋转对称结构；

图41为套装拼构的一种四链对称人型，芯体角度可变，栩栩如生。

此套装整体命名为[超方(HyperMagic)](已注册为商标)品牌，包括三部分：

如上所述的6个正四方超块和24个正三方超块为一个版本的套装实体产品；

所拼构的内容命名为[超局(HyperMatrix)](已注册为商标)，产品化为内容卡片，分组分类分色分主题分级别编号编辑，可装入若干超块拼接成的容器盒内，不同的套装规格可形成多版本内容和多规格包装；

而其内涵品牌命名为[超道(HyperWay)](已注册为商标)，由此融合创新构成[三次元]的知识产品创新体系，用户通过动脑思考、动手体验、用心领悟，谋变局创新局，穿越虚拟现实，在千变万化中千锤百炼，着力训练系统创新思维，培育创新创造力，领悟知识体系和思维体系的构建和呈现，并可在互动中协作共谋共创，创新探索智慧之道，融探于乐，融会贯通，创造无限。

此套装知识产品并非一般的儿童益智玩具，而是适用于不同年龄和教育背景的多各类人群的思维启迪工具，不同人有不同的认知和不同体验，特别适用于家庭亲子互动，家长引导和参与互动，小朋友探索探究领悟，持续深度训练系统思维和创新思维，越深入越精彩。

超块与市场上出现的相关产品比较如下：相比七巧板，超块是立体的多元的；相比魔方，都具有一定的逻辑思维，超块是具象直观的，不至于望而止步，且更需要想象力；相比传统积木的直观具象和基本上照本宣科的拼图套路，超块更要求创造力和系统性，也更要求持续毅力；相比市场上的磁铁片框体，都具有连接构图功能，超块的榫卯连接更结实且可以相对旋转而构建联动多态形体，表现力更丰富，还具有动手劳动锻炼和十指灵巧训练的价值，而限定原件数量的套装拼法更富有系统性和挑战性；相比近年兴起的机器人编程等课程，都含有程序化模块化思维，超块更要求系统架构的把握，内容更丰富多变，每一步都要用心动脑，以造物构型建体系。超块是多元融合创新的，而且可以可视化场景化具有互动性生态性，智慧赋能每个人。

以上版本的超块套装产品之外，可不限定数量规格地构建更多版本，富有延展性。如双盒套装可形成双人互动版，特别是12色双盒可配对组合为情侣版；相同的6色6盒、12色12盒分别组成团队版、家庭版的组装化实体产品，可相互重组形成同色套装，可以进行系列化地演变和转化，特别是可供一起相互对比。

类似地，可构建更多数量更多规格更多版本的超块产品与套装系列。

六、基于“超块连接结构单元”的多场景系列产品的构建

超块产品可以边边相连互转、可合可分，可套叠可堆垛，立体连接组合变化多样，可构建各种展示、建筑、教学、训练等模型，可构建为多规格的文具盒、收纳盒、包装容器、装饰品等实用器具，可任意组合变化使用；

作为模型器具，超块可广泛应用在多场景多行业多领域；作为实用器具，超块可设计实现为多种材质、颜色、大小、规格的实体产品，如可产品化构建各种容器、装饰物、展示摆件等，以千姿百态展现创造力，实现随心所欲、因地制宜地造物筑景。

图42至51系列图为部分案例作品，实物为彩色，部分为透明色，现均以灰度图形转换呈现，分别简介如下：

图42为12块正四方超块拼构的立体箱盒，可作为实用的文具或容器；

图43为上文所述的套装超块(6块正四方超块和24块正三方超块)拼构的立体容器，可作为实用的花瓶或摆件；

图44为6块正四方超块和26块正三方超块所拼构的立体箱盒，可作为实用的文具或容器，实物可多态调整，甚至可适度自然弹性变型；

图45为12块正四方超块和24块正三方超块所拼构的立体箱盒，可作为实用的文具或收纳容器或摆件；

图46为6块2：1长方超块拼构的立体箱盒，可作为实用的包装盒或收纳容器；

图47为6块双单元正四方超块拼构的立体箱盒，可作为实用的包装盒或收纳容器；

图48为12块正五方超块拼构的正十二面体，也是球体的拓扑结构之一；

图49至51系列三图分别为由5块正四超块、4块正六方超块和2块正八方超块所拼构的一个立体造型之三个不同视觉方位的立体视图。

七、基于“超块连接结构”的多构件模块化产品的构建

基于本申请所设计的榫卯超块连接结构，其中的各部分元件，特别是超块卡芯扣核部分，可设计为模块化构件而生产制造，在具体应用中灵活组合使用，如超块卡芯扣核部分的超块扣核可设计为活动的构件在榫卯闭合前后植入或取出，相应地构件材料就可不限于弹性材料。特别是在精细要求下，或者在较大体量和较宏大场景下，“超块连接结构单元”可分体分模块设计实现多形式产品化。

综上所述，本“超块连接结构”可以广泛应用在智能制造和智慧创造等多领域多场景。

Claims (10)

1.一种物块边边相连互转、可合可分的连接结构，所述连接结构包括传统的榫头部分和卯眼部分，新增[超块卡芯扣核]第三部分，其特征在于，

--所述传统的榫头部分和卯眼部分具有实现榫卯连接的基本结构；并且

--所述[超块卡芯]与榫卯轮廓同构，形成连接的进出控制和相对旋转的范围控制，[超块扣核]用于连接进出时的滑动控制和连接后绕[超块卡芯]旋转与榫头卯眼距离的范围控制；并且

--所述形成连接的两组连接结构单元同构，两对榫卯的榫头相向对应贴近对方卯眼而同时进入对接时，两[超块扣核]贴着对方的[超块卡芯]而旋转滑动并同步卡入；两对榫卯都进入到位后，两对[超块卡芯扣核]可立体相对移动和转动在控制区间内；已连接的两对榫卯连接结构可通过以上的逆向运动而解开连接，两榫头离开所在对方卯眼的同时，两[超块扣核]与进入时反向运动而旋转滑离开对方[超块卡芯]；并且

--所述连接结构中的各部分各元素具有合适的大小比例与恰当的距离和间隙，适合连接的的分离和接合与相对旋转的操作，包括三大部分的外围圆方结合、边缘圆弧造型和多处斜切滑动面等；

以上榫头和卯眼与[超块卡芯扣核]三部分构成一组基本的连接结构单元，简称拟名为[超块连接结构单元]，多边具有以上[超块连接结构单元]且各单元同构的物块简称拟名为[超块]。

2.根据权利要求1所述的连接结构的材料，其特征在于，所述连接结构单元的材料需要有适合的弹性和一定的刚性。

3.根据权利要求1所述的连接结构的融合，其特征在于，所述的连接结构单元中，卯眼部分和[超块卡芯扣核]融合在一起，榫头部分对应延展。

4.根据权利要求1所述的连接结构的拓展，其特征在于，所述的连接结构单元中，可在与所述的连接结构垂直方向在边块的两侧各构建新的榫卯结构，实现可套叠可堆垛。

5.根据权利要求1所述的连接结构的应用，其特征在于，所述的连接结构单元可形成基于框体的系列产品，要求连接结构单元同构。

6.根据权利要求1所述的连接结构的应用，其特征在于，所述的连接结构单元可形成基于面体的系列产品，要求连接结构单元同构，物块的面体部分可设计功能性内容。

7.根据权利要求1所述的连接结构的应用，其特征在于，所述的连接结构单元可构建基于多种多边体的系列产品应用在多领域多场景，同一多边体各边的各连接结构单元同构，不同规格多边体之间的各连接结构单元的各连接旋转的轴线长度相等，一般要求各连接结构单元旋转方向均一致，也可特别逆向设计。

8.根据权利要求7所述的连接结构的应用，其特征在于，所述的连接结构单元可形成正三方超块24个和等边同构的正四方超块6个的一组套装产品；进一步，24个正三方超块可榫卯方式收纳在6个正四方超块拼接的正立方体盒内。

9.根据权利要求8所述的连接结构的应用，其特征在于，所述的连接结构单元可构建多规格和多数量的多版本的套装产品系列，相应可形成多样化包装。

10.根据权利要求1所述的连接结构的应用，其特征在于，所述的连接结构单元不限于一体化整体设计和生产，可形成物块连接结构同构的多构件模块化多样化产品，包括具有所述的连接结构的各构件的零部件产品元件。

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