CN1732034A - 具有振动传感器的玩具搭建组件 - Google Patents
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Abstract
一种包括具有用于与搭建元件相互连接的耦合装置的搭建元件的搭建组件，其中，搭建组件包括具有用于产生振动的器件和用于与搭建组件的剩余搭建元件相互连接的耦合装置的振动器搭建元件，其中，耦合装置是用于输出产生的振动的唯一接口。搭建组件还包括传感器搭建元件，利用搭建组件，可以构成用于说明振动通过固体结构的传播的结构。因此，搭建组件可以用作玩具，也可以用于教学目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有搭建元件(building elements)的搭建组件(building set)，其中，搭建元件具有用于使搭建元件相互连接的耦合装置。
背景技术
例如孩子的玩具搭建组件形式的搭建组件是公知的，并且以下专利出版物如US 3 005 282、US 5 984 756和P 490 033等为示出了具有用于使搭建元件相互连接的各种耦合装置的玩具搭建元件的例子，并且，具有其它耦合装置的玩具搭建组件是公知的。这些或其它现有技术的搭建组件主要用作孩子的玩具，但也用于构成建筑和机械模型。
以上专利出版物中描述的玩具搭建组件还可以具有可移动元件，如电动机和轮子，并且可以具有其它功能元件，某些其它功能元件能够产生可听见的声音。在这些出版物中均没有利用振动来帮助实现机械用途。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用作玩具和用于教学目的的搭建组件，由此，可以构成具有新颖功能的模型，当用作玩具以及当用来构成用于教学目的的模型时，这些新颖的功能是有用的，其中，可以构成用于演示振动对静态和动态结构的影响的说明性模型。
利用按照本发明的搭建组件可以实现该目的，该搭建组件包括具有用于产生振动的器件并且具有用于与搭建组件的剩余搭建元件相互连接的耦合装置的振动器搭建元件。
利用这样的搭建组件，可以构成各种结构和模型，其中，振动器搭建元件可以被布置在所述结构中的各种位置。根据结构的尺寸、其刚度等以及振动的特性如强度和频率，振动以不同的方式对结构产生影响。在振动相对强的情况下，将使结构相对其支撑件移动，振动器搭建元件在结构上的不同位置将导致不同的运动方式，同样，不同尺寸和刚度的构建方式将对振动有不同的反应。此外，当一个人用手或手指触摸结构时，会对振动的强度有感知印象。
利用还包括传感器搭建元件的搭建组件，其中，所述传感器搭建元件具有设计用来发射代表振动的信号的振动传感器并且具有用于与搭建组件的剩余搭建元件相互连接的耦合装置，可以得到用于客观测量并且记录由搭建组件构成的结构的振动以便说明振动通过固体结构的传播的信号。由此，搭建组件可以用作玩具和用于教学目的。传感器搭建元件可以被设计用来发射代表振动速度或振动加速度的信号。
用于产生振动的振动器搭建元件的配置可以方便地包括一个发动机，具有转轴和转轴上的偏心块，用于产生二维振动，或者，包括可磁化块和用于通过磁性与可磁化块协同作用的电磁螺线管，用于产生一维振动。最好，发动机是电动机，但也可以选用由可以缠绕的弹簧或者由用户使其旋转的飞轮驱动的纯机械发动机。
搭建组件还可以包括具有两个可相互移动的部分的搭建元件，其中，每个可移动部分都具有用于与搭建组件的剩余搭建元件相互连接的耦合装置，并且利用弹性元件使两个可移动部分相互连接。这样的元件可以被设置为结构中的振动缓冲或吸收元件，并且用户可以对其具有的效果进行实验。
附图说明
图1示出了一种已知的玩具搭建元件，分别为从上、下看的透视图；
图2示出了另一种已知的玩具搭建元件，分别为从上、下看的透视图；
图3示出了现有技术的玩具搭建系统的搭建元件；
图4A和4B示出了按照本发明的振动器搭建元件；
图5示出了在按照本发明的搭建组件中使用的弹性搭建元件；
图6A和6B示出了按照本发明的另一种振动器搭建元件；
图7示出了按照本发明的第三种振动器搭建元件；
图8为利用按照本发明的搭建组件构成的结构的示意图；
图9为利用按照本发明的搭建组件构成的另一种结构的示意图；
图10示出了如何利用振动以有利于建立纯直线运动的原理；
图11示出了图10所示的原理的变化；并且
图12示出了利用振动以有利于建立纯旋转运动的原理。
本发明的详细描述
图1示出了US 3 005 282中公开的搭建元件的例子。这种搭建元件具有垂直侧壁以及具有圆柱形的突起或突台形式的耦合装置的顶壁。该元件具有向下开口的空腔，空腔的中央有一个与顶壁永久连接的管状元件形式的耦合装置。这样的搭建元件可以有许多尺寸和不同数量的耦合突台。当要将它们相互连接时，图1所示的搭建元件可以安装在彼此的顶上，由此，将元件上的耦合突台插入另一个元件的空腔。
图2示出了与图1所示的搭建元件具有共同的基本特性的另一种现有技术的搭建元件的例子。此外，在其耦合装置上，图2所示的搭建元件具有导电材料构成的电接触面。
因此，在其一部分圆柱面上，耦合装置在其顶面上具有金属接触面；并且，构成元件的空腔的四壁中的两壁在某些位置具有对应的金属接触面，当与其它元件互相连接时，所述位置的金属接触面将与在它们的耦合突台上的接触面接触。这样相互连接的元件能够传送电功率和电信号。
图3示出了利用与图1和2所示的搭建元件相同的耦合原理的第三种公知搭建元件。此外，通透的圆柱形开口能够接纳衬套接头，通过衬套接头能够使两个搭建元件彼此相邻地连接。在其端部，细长的搭建元件具有以上引用的US 5 984 756中公知的耦合装置。
现有技术的搭建元件仅是本发明应用的搭建组件的例子。以下将利用图1和2所示的现有技术的搭建元件对本发明进行描述和举例说明。
图4A和4B示出了具有与图1和2类型相同的耦合装置的搭建元件10，其中，示出了在顶面上的圆柱形耦合突台11。搭建元件10包含电动机12，其可转动轴13与偏心块14连接。电动机12和偏心块14被整体包含在搭建元件10中，例如，通过电线或者通过与图2所示的搭建元件相同的电接触面，给电动机12提供电功率。
图6A和6B示出了搭建元件15，其中，电动机12与搭建元件15集成在一起，而电动机的轴13伸到搭建元件15外。以与图4A和4B相似的方式，轴13连接偏心块14，唯一的区别在于偏心块14位于搭建元件15之外。
当图4A、4B、6A和6B中的电动机旋转时，偏心块14利用其不平衡产生导致振动的相应的旋转力。
图7示出了包含振动器的搭建元件16，振动器具有电磁螺线管17和弹性地安装在搭建元件16中的可磁化块18。当给螺线管17提供适当频率和幅值的交流电流时，螺线管将以已知的方式通过磁性与可磁化块18协同作用，由此向搭建元件16发送与交流电流对应的振荡力，使搭建元件16相应地振动。在原理上，这些振动是一维的直线振动。
图5示出了具有两个可相互移动的部分20A和20B的搭建元件20，可相互移动的部分20A和20B中的每一个都有用于与搭建组件的剩余搭建元件相互连接的耦合装置，并且可相互移动的部分20A和20B利用弹性元件，这里是两个弹簧21，相互连接。这种搭建元件是从EP 560843知道的。
图8示意性地举例说明了利用按照本发明的搭建组件构成的结构。在这个结构中，采用了许多图1所示的现有技术的搭建元件。在这些现有技术的搭建元件的顶部有如图4A和4B中所示的振动器搭建元件10。通过单独的导线或者利用与图2相同的搭建元件，给振动器搭建元件中的电动机1提供来自电源22的电能。
图8还示出了传感器搭建元件23，传感器搭建元件23的特点在于一个振动传感器，设计用来发射代表振动的电信号；以及耦合装置，用于与搭建组件的剩余搭建元件相互连接。可以按照与图7所示的振动器搭建元件相同的原理对振动传感器进行设计；并且当使传感器搭建元件振动时，可磁化块将相对于螺线管移动，由此在螺线管中产生电信号，这个信号与振动的速度成正比。或者，振动传感器可以是发射与振动的加速度成正比的信号的加速度计。
来自传感器搭建元件23的电信号被传送到分析器或测量仪表24，分析器或测量仪表24被设计用来显示或测量振动信号的幅值，或者，可选地，对这些信号进行分析。
在所示的结构中，来自振动器搭建元件10的振动将通过结构传送到传感器搭建元件23，并且，测量仪表24将显示所传送的振动的幅值。
图9示出了与图8相同的结构，但是，其中，使用了振动器搭建元件15并已经相对于图8转过90度，此外，图5所示的搭建元件20被布置在振动器搭建元件15与剩余的结构之间。搭建元件20利用其弹簧起振动缓冲元件的作用。
图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基本上以相对于表面形成从零度到法线的不同角度面向相同方向，并且因此与搭建元件的底部不垂直，而是都倾斜。毛刺可以由毛发或天然材料纤维如植物纤维或金属细丝制成，或者由人工材料如塑料纤维制成。这里，振动器搭建元件16与支撑在支撑件27上的这种搭建元件25相互连接。当振动器搭建元件16振动时，它将与倾斜的毛刺协同作用，并且，使振动器元件16沿着毛刺取向的方向，即向右，移动。在图10中，振动器搭建元件被设计为沿着水平方向振动，但沿着垂直方向的振动能够实现相同的效果。
图11示出了具有毛刺28的支撑件27，毛刺28在支撑件27的顶面上，与支撑件的下面不垂直，而是，按照与图10所示的毛刺相似的方式，是倾斜的。由许多相互连接的搭建元件构成的结构29支撑在毛刺28的顶上。具有毛刺28的支撑件27沿着垂直方向振动，同样借助于这些振动，结构29将与倾斜的毛刺协同作用，达到结构29将沿着毛刺取向的方向，即向右，移动的效果。如果具有毛刺28的支撑件27沿着水平方向振动，则可以实现相同的效果。
在图10和11中，从原理看，振动的元件有毛刺或没有毛刺没有区别，并且，振动沿着垂直方向或水平方向没有区别。产生的移动决定于毛刺相对于具有毛刺的外表面的法线的方向。
图12示出了与作为没有示出的较大结构的一部分的搭建元件30相互连接的振动器搭建元件16。图12还示出了轮子31，轮子31也是较大结构的一部分。将搭建元件30布置为使其一端与轮子31的边缘接触。当振动器搭建元件16如图所示沿着水平方向，即，在轮子的接触点大致沿着轮子的切线方向振动时，轮子将旋转。这个作用依赖于搭建元件30在接触点沿着振动运动的两个方向传输不同的力。这种旋转可以被用于帮助操作所述结构中的机械结构。
Claims (17)
1.一种搭建组件，包括具有耦合装置的搭建元件，所述耦合装置用于将搭建元件相互连接，其特征在于，所述搭建组件包括具有用于产生振动的器件和用于与所述搭建组件的剩余搭建元件相互连接的耦合装置的振动器搭建元件；其中，所述耦合装置构成了用于输出所产生的振动的唯一的接口。
2.如权利要求1所述的搭建组件，其特征在于，所述搭建组件包括传感器搭建元件，所述传感器搭建元件具有：
-振动传感器，被配置用来发射代表检测到的振动的信号；以及
-耦合装置，用于与所述搭建组件的剩余搭建元件相互连接。
3.如权利要求2所述的搭建组件，其特征在于，所述传感器搭建元件的振动传感器被配置用来发射代表振动速度的信号。
4.如权利要求2所述的搭建组件，其特征在于，所述传感器搭建元件的振动传感器被配置用来发射代表振动加速度的信号。
5.如权利要求2所述的搭建组件，其特征在于，所述搭建组件包括用于记录来自振动传感器的代表振动的信号的仪器。
6.如权利要求1-5所述的搭建组件，其特征在于，振动器搭建元件的耦合装置是振动器搭建元件的仅有的被配置用来传送来自振动器搭建元件的机械能量的装置。
7.如权利要求1-6所述的搭建组件，其特征在于，用于产生振动的振动器搭建元件的所述器件包括具有可转动轴以及所述轴上的偏心块的电动机。
8.如权利要求1-7所述的搭建组件，其特征在于，用于产生振动的振动器搭建元件的所述器件包括可磁化块和用于通过磁性与可磁化块协同作用的电磁螺线管。
9.如权利要求1-8所述的搭建组件，其特征在于，所述搭建组件包括具有两个可相互移动的部分的搭建元件，每个可移动部分单独具有用于与所述搭建组件的剩余搭建元件相互连接的耦合装置；并且，两个可移动部分通过弹性元件相互连接。
10.如权利要求1-9所述的搭建组件，其特征在于，所述搭建组件包括这样一个搭建元件，所述搭建元件具有用于与搭建组件的剩余部分相互连接的耦合装置，并且在搭建元件的外表面上具有毛刺，其中，毛刺基本上以相对于表面形成从零度到法线的不同角度面向相同方向。
11.一种用于如权利要求1-10所述的搭建组件的振动器搭建元件，其特征在于，所述振动器搭建元件具有用于产生振动的器件和用于与所述搭建组件的剩余搭建元件相互连接的耦合装置；其中，所述耦合装置是用于输出产生的振动的唯一接口。
12.如权利要求11所述的振动器搭建元件，其特征在于，所述振动器搭建元件的所述耦合装置是所述振动器搭建元件的仅有的被配置用来传送来自所述振动器搭建元件的机械能量的装置。
13.如权利要求11-12所述的振动器搭建元件，其特征在于，所述振动器搭建元件的用于产生振动的所述器件包括具有可转动轴和所述轴上的偏心块的电动机。
14.如权利要求11-12所述的振动器搭建元件，其特征在于，所述振动器搭建元件的用于产生振动的器件包括可磁化块和用于通过磁性与所述可磁化块协同作用的电磁螺线管。
15.一种用于如权利要求1-10所述的搭建组件的传感器搭建元件，其特征在于，所述传感器搭建元件具有：
-振动传感器，被配置用来发射代表振动的信号；以及
-耦合装置，用于与搭建组件的剩余搭建元件相互连接。
16.如权利要求15所述的传感器搭建元件，其特征在于，所述传感器搭建元件的振动传感器被配置用来发射代表振动速度的信号。
17.如权利要求15所述的传感器搭建元件，其特征在于，所述传感器搭建元件的振动传感器被配置用来发射代表振动加速度的信号。
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