CN218572800U - 一种拼图 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种拼图，包括通过铰接装置铰接连接的多面体的连续环，所述多面体包括第一类多面体和第二类多面体，第一类多面体具有第一几何形状，第二类多面体具有第二几何形状。每个多面体包括靠近所述每个多面体的至少一个面设置的至少一个磁体。

Description

一种拼图

技术领域

本申请涉及具有多个实心多面体的变形拼图领域。

背景技术

已知的变形拼图受到特定的几何形状、磁性构造和铰接构造以及使用单个多面体(所述拼图的所有多面体是全等的)的限制。这些特征限制了所述拼图的数量和吸引力。

本申请的变形拼图克服了这些以及其他缺陷。

实用新型内容

本申请提供具有铰接在连续环中的多个实心多面体的变形拼图。通过进行不同的移动序列，可以将拼图操作成许多不同的具有视觉和触觉兴趣的构造。例如，多面体被构造为围绕连续环的环轴进行操作(即将拼图从里向外翻转)和/或围绕连接相邻多面体的铰接装置(例如，桥接条)来回切换。多面体的特定几何形状和桥接条限定的特定铰接关系使拼图能够进行操作以具有大量不同的几何结构。此外，具有互补极性的多个磁体被设置在整个拼图中。有利的是，所述磁体将拼图稳定在上述构造中。

附图说明

参考以下附图描述了本申请的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在各个视图中指代相同的部分。

图1示出了本申请中代表性的拼图的第一构造的俯视图。

图2A示出了图1中的拼图的第一类多面体的立体图。

图2B示出了图1中的拼图的第一类多面体的立体图。

图3A示出了图2A中的第一类多面体的几何结构的示意图。

图3B示出了图2B中的第二类多面体的几何结构的示意图。

图4示出了图1中的拼图的第一铰接构造的立体图。

图5示出了图1中的拼图的第二铰接构造的立体图。

图6示出了图1中的拼图的第三铰接构造的立体图。

图7示出了图1中的拼图的第一类多面体和第二类多面体中的磁体放置的图示。

图8示出了图1中的拼图以立方体构造的立体图。

图9示出了图1中的拼图以第二构造的立体图。

图10示出了图1中的拼图以第三构造的立体图。

图11示出了图1中的拼图以第四构造的立体图。

图12示出了图1中的拼图以第五构造的立体图。

图13示出了图1中的拼图以第六构造的立体图。

具体实施方式

以下公开提供了具有至少两种不同类型的多面体主体的铰接磁性拼图。本文所述的具体示例是代表性的，而非限制性的，并且，应当理解的是，本申请不限于所描述的具体实施例。还应当理解的是，任何实施例都可以包括以任何组合形式描述的任何一个或多个特征。

请参阅图1，变形拼图(以下称为拼图100)包括多个以连续环106 形式连接在一起的多面体102a-1。每个多面体是实心体，例如可以由热塑性聚合物(例如，PLA)或其他刚性材料形成。然而，这里描述的拼图不限于完全实心的物体。在一些实施例中，一个或多个多面体可以是中空的和/或具有来自其体积中的一个或多个切口。

多面体102a-1通过铰接装置(例如，桥接条104a-1)在端对端构造中以串联方式(例如，连续环)铰接联接在一起。如下文所述，多面体102a-1 的每个多面体设有至少一个磁体；同时，磁铁使得拼图100以具有视觉和触觉吸引力的各种构造稳定存在。

通过操作多面体102a-1，拼图100可以具有成数千种不同的复合构造。附图示出了可以操作拼图100的任何一种或多种的代表性且非限制性的复合构造，包括各种规则多面体、不规则多面体、凸多面体、凹多面体和其他多面体类型。

为了实现不同的构造，多面体102a-1以不同的顺序进行操作，包括以下步骤中的一个或多个：

·围绕环106旋转一个或多个多面体102a-1(倾向于将拼图100“从里向外翻转”翻转)；

·围绕桥接条104a-1切换一个或多个多面体102a-1，使得多面体102a-1 的不同面彼此抵接；或

·相对于彼此平移一个或多个多面体102a-1。

与已知的组合不同，本申请的拼图包括至少两个不同的多面体102a-1的连续环。在以下条件中的一个或多个为真的情况下，多面体可以被认为与另一多面体不同：

·两个不同多面体具有不同数量的面、边和/或顶点；

·两个不同多面体具有相似但不同尺寸的面、边和/或顶点；或

·两个不同多面体不是全等的。

有利的是，使用两个或更多个不同的多面体，能够使拼图100被操作为具有如图8-13所示的新的和有趣的构造。然而，不同的多面体的使用相对于单一多面体的几何形状选择提出了挑战。理论上，可以使用不同多面体的无限组合。然而，由于不同的边长和顶点，几乎所有无限的不同的多面体都不能产生与拼图100可实现的和谐构造。例如，由于面不匹配，图8-13中所示构造的组合通过大多数多面体组合都无法实现。因此，本申请克服的关键挑战在于特定多面体的选择和有序排列，这些多面体在某些方面不同(例如，不同的边长)但在其他方面相似(例如，具有一些全等面)。

现在将描述代表性和非限制性拼图100的具体特征。

拼图100由十二个铰接的多面体102a-1的连续环形成，其中，每个多面体均为四面体。每个四面体通过桥接条带104a-104a1中的两个沿环106 铰接连接到的两个相邻四面体。十二个多面体102中的八个即102a、102c、 102d、102f、102g、102i、102j、102l是具有第一几何形状的第一类四面体(参见图2A和图3A)。其余的四个多面体102b、102e、102h、102k是具有不同第二几何形状的第二类四面体(参见图2B和图3B)。如本文中所用，如果两个或更多个的多面体彼此全等，则它们可以是单一类型的多面体(即第一类或第二类)。例如，镜像多面体既可以是第一种类型，也可以是第二种类型，因为它们是全等的。

多面体102a-1以由一个第一类、一个第二类和一个第一类组成的重复序列铰接连接。需要再次说明的是，如果第一类多面体表示为A型，而第二类多面体表示为B型，则多面体102a-1021从四面体102a开始按以下顺序连接：A、B、A、A、B、A、A、B、A、A、B、A。

图2A示出了代表性的第一类四面体102a的立体图，其几何形状在下文结合图3A进行详述。四面体102a与多面体102c、102d、102f、102g、 102i、102j、102l全等。

图2B示出了代表性的第二类四面体102b的立体图，其几何形状在下文结合图3A进行详述。四面体102b与多面体102e、102h、102k全等。

图3A和图3B分别示出了第一类和第二类多面体102a-102a 1。图3A 和图3B的含义均由图例108决定，图例108描述了第一类四面体和第二类四面体的不同边长之间的关系。标有加号“+”的边的边长为一个单位，在不同的实施例中可以按比例放大或缩小。不管单位(“+”)的数值如何，不同边之间的相对关系在不同实施例之间保持不变。在此重申，无论单位长度(“+”) 的数值如何，标有“○”的边的边长为√(2)(单位长度)，标有Δ的边的边长为2(单位长度)，标有“□”的边长＝√(3)(单位长度)。

图3A示意性地表示了第一类四面体102a的几何形状，四面体102a 全等于四面体102c、102d、102f、102g、102i、102j、102l。如图所示，四面体102a具有四个面110、112、114和116，以及六条边118、120、122、124、 126和128。每条边的相对长度由图例108规定。根据图例108的边长关系，所有四个面110、112、114和116面为直角三角形，并且第二面112和第三面114为等腰三角形。

在图示的实施例中，第一类多面体中的每一个都是具有六条边的四面体，包括两条边长为1个单位的边、两条边长为√(2)个单位的边、一条边长为2个单位的边，和一条边长为√(3)个单位的边。

图3B示意性地示出了第二类四面体102b的几何形状，四面体102b 与四面体102e、102h、102k一致。如图所示，四面体102b具有四个面130、 132、134、136和六条边138、140、142、144、146、148。每条边的相对长度由图例108规定。根据图例108的边长关系，所有四个面130、132、134、 136都是直角三角形。并且，第一面130和第二面132是全等的，第三面134和第四面136是全等的。

在所示实施例中，每个第二类多面体是具有六条边的四面体，包括两条边长为一个单位的边、一条边的边长为√(2)个单位的边、一条边长为 2个单位的边和两条边长为√(3)个单位的边。

比较图3A和图3B所示，显然，第一类四面体102a的第一面110 与第二类四面体102b的第一面130和第二面132全等。这种全等连同这两类四面体的其他边长关系、第一类多面体和第二类多面体在连续环中的有序序列、以及桥接条的放置，使得其中一个第一类四面体102a的第一面110抵接其中一个第二类四面体102b的第一面130或第二面132，从而形成具有三个正交面的复合五面体。如图8-图10所示，这种具有三个正交面的复合多面体可用于构建各种平行六面体结构。

再次参阅图1，拼图100包括桥接条104a-1形式的连接两个相邻的多面体的铰接装置。桥接条104a-1灵活地连接相邻的多面体102a-1，使得连接的体能够可逆地切换，从而使得不同的面彼此接触。

图示的实施例包括设置在三种不同类型的位置处的桥接条(下面标识的不同的边对应于图3A-图3B的图)：

·在第一类四面体的第一边与相邻的第二类四面体的第一边之间(见图 4)；

·在第一类四面体的第一边与相邻的第二类四面体的第四边之间(见图 5)；和

·在第一类四面体的第五边与相邻的第一类四面体的第五边之间(见图 6)。

在如图1所示的一些实施例中，上述桥接条类型以上面介绍的顺序排列在拼图100周围。在一些实施例中，桥接条可以是与多面体的相邻面粘合连接的粘合剂或胶带型桥接条。然而，桥接条不受此限制。在一些实施例中，桥接条是穿过每个多面体的内部体积延伸的内部型桥接条。在申请日为 2021年12月16日的美国专利号为10,569,185B2的美国专利和PCT专利申请号为PCT/IB2021/061868的专利中描述了示例性的桥接条，上述专利在此通过引用并入。

拼图100的多个多面体包括使拼图100稳定在本文所示和描述的任何一种或多种构造中的磁体。特别地，至少一个磁体设置在每个多面体上的某个位置处并且，当拼图100被操作为具有不同构造时，选择该磁体的极性，使得该磁体与位于另一多面体上的具有相反极性的至少一个磁体磁性连接。

在所示实施例中，每个多面体的每个面包括与该面相邻设置的至少一个磁体。也就是说，每个第一类多面体(例如，四面体102a)包括与第一面110相邻设置的磁体150a、与第二面112相邻设置的磁体150b、与第三面 114相邻设置的磁体150c和与第四面116相邻设置的磁体150d。

类似地，每个第二类多面体(例如，四面体102b)包括与第一面130 相邻设置的磁体152a、与第二面132相邻设置的磁体152b、与第三面134相邻设置的磁体152c，以及与第四面136相邻设置的152d。

在所示实施例中，每个磁体嵌入在每个面中，例如，嵌入在面本身中形成的凹槽中。在其他实施例中，每个磁体可以设置在充分靠近相关面的每个多面体内，从而使得磁体的磁场穿过所述面延伸。在申请日为2020年8 月13日的美国专利号为10,569,185B2专利和美国专利申请号为16/992,295 的专利申请中描述了用于将磁体固定在多面体中的代表性结构。

磁体150a-150d和磁体152a-152d被定位和极化，从而与拼图100的其他磁体磁联接。例如，在任一实施例中，以下磁体对中的任何一个或多个可以被定位和极化以互相进行磁性连接：

·第一类多面体的第一面110的磁体150a和第二类多面体(例如，铰接联接的第二类多面体)的第一面130的磁体152a。

·第一类多面体的第一面110的磁体150a和第二类多面体(例如，铰接联接的第二类多面体)的第二面132的磁体152b。

·相邻的第一类多面体(例如，铰接联接的第一类多面体)的第二面112 的磁体150b。

·相邻的第一类多面体(例如，铰接联接的第一类多面体)的第三面114 的磁体150c。

·第一类多面体的第四面116的磁体150d。

·第二类多面体的第三面134的磁体152c。

·第二类多面体的第四面136的磁体152d。

为了促进上述磁联接，在一些实施例中，每个第一类多面体具有相似位置的磁体150a-150d，并且每个第二类型多面体具有相似位置的磁体152a-150d。在一些实施例中，每个多面体具有单一极性(即正极或负极)的磁体，并且不论多面体是第一类还是第二类，该极性在连续环中的连续多面体之间切换。在此重申，在一些实施例中，一个多面体中的所有磁体的极性为正或负，则连续环中的下一个连续多面体中的所有磁体的极性为相反极性，即分别为负或正。

上述特征结合起来赋予了拼图100许多独特的特征，这些特征增强了其作为用于学习几何和其他数学概念的拼图、玩具和/或教具的吸引力。作为一个示例，相邻多面体之间的铰接联接使拼图100能够围绕环106由内向外翻转。连续环中的铰接联接还能够在不丢失单一多面体的情况下在各种构造之间进行快速操作。

多面体的特定几何形状、有序排列和定位使拼图100能够获得多种具有视觉和触觉吸引力的构造，包括但不限于图8-图13所示的构造。所述构造呈现出独特的对称形式，并且可以快速重组为图8中的例如方便存放和携带的立方体构造。特别地，使用两种具有图3A和图3B中定义的特定几何形状的不同类多面体是新的且非显而易见的。

最后，将磁体定位和极化成特定的构造，使拼图100稳定在所有主要构造中，赋予令人愉悦的坚固性和质量感。

应当理解的是，前述优点来自各个特征以及所述特征的结合。

Claims (13)

1.一种拼图，包括：

通过铰接装置铰接连接的多面体的连续环，其中，第一类的多个多面体是具有第一几何形状的第一类多面体，并且其中，第二类的多个多面体是具有不同的第二几何形状的第二类多面体，其中，每个多面体包括靠近该多面体的至少一个面而设置的至少一个磁体。

2.根据权利要求1所述的拼图，其中，

所述多面体由十二个多面体组成，其中，十二个多面体中的四个多面体为第一类多面体，十二个多面体中的八个多面体为第二类多面体。

3.根据权利要求2所述的拼图，其特征在于，

所述十二个多面体以由一个所述第一类多面体、一个所述第二类多面体和另一个所述第一类多面体组成的重复序列铰接连接在所述连续环中。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的拼图，其特征在于，

每个所述第一类多面体和每个所述第二类多面体均为四面体。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的拼图，其特征在于，

每个所述第一类多面体包括四个直角三角形面。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的拼图，其特征在于，

所述第一类多面体和所述第二类多面体中的每个多面体都具有边长分别为1个单位、√(2)个单位、2个单位或√(3)个单位的边。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的拼图，其特征在于，

每个第一类多面体的第一面与每个第二类多面体的第一面和第二面全等。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的拼图，其特征在于，

每个第一类多面体的第四面与每个第二类多面体的第三面和第四面全等。

9.根据权利要求2或3所述的拼图，其特征在于，

所述十二个多面体当中的每个多面体包括靠近该多面体的每个面设置的至少一个磁体。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的拼图，其特征在于，

每个多面体的至少一个磁体的极性与所述连续环中的每个相邻的多面体的至少一个磁体的极性相反。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的拼图，其特征在于，

所述铰接装置包括设置在相邻多面体之间的桥接条。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的拼图，其特征在于，

每个所述第一类多面体为具有六条边的四面体，包括两个边长为1个单位的边、两个边长为

个单位的边、一个边长为2个单位的边和一个边长为

个单位的边。

13.根据权利要求1-3中任一项或多项所述的拼图，其特征在于，

每个所述第二类多面体为具有六条边的四面体，包括两条边长为1个单位的边、两条边长为

个单位的边、一条边长为2个单位的边和一条边长为

个单位的边。

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