DE69915391T3

DE69915391T3 - Mechanismus zur unabhängigen Bewegung der Teile eines dreidimensionalen Gegenstandes und dessen Anwendungen

Info

Publication number: DE69915391T3
Application number: DE69915391T
Authority: DE
Inventors: Saleh Netherlee Khoudary
Original assignee: International Marketing and Licensing Ltd
Current assignee: International Marketing and Licensing Ltd
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: GB0012438D0; AU1058000A; ES2217832T3; ES2218479T3; ES2218479T5; JP2002528240A; DE69915391T2; GB2345863A; DE69915371T2; HK1041230A1; ATE260693T1; ATE260694T1; GB2345863B; DE69915371D1; EP1148917A1; EP1210965A1; WO2000025874A1; EP1148917B1; EP1210965B2; DE69915391D1

Description

Die Erfindung hängt mit einem Mechanismus zusammen, mit dem die Bewegung der äußeren Segmente einer Kugel oder eines weiteren dreidimensionalen Gegenstandes und deren Anwendungen unabhängig voneinander erfolgen können. Dies schließt die Verwendung des besagten Mechanismus für ein logisches Puzzle ein.
Ein gemeinsames technisches Problem, besonders in der Weltraumindustrie, liegt darin, Instrumente auf der Oberfläche eines Gegenstandes in Bezug zueinander zu bewegen sowie die Beziehung der Winkel zwischen ihnen zu verändern. So wird zum Beispiel ein Satellit in der Umlaufbahn mit vielen externen Instrumenten wie Antennen, Solarplatten, einem Kommunikationsapparat sowie allem, was von der äußeren Oberfläche ausstrahlt und für besondere Aufgaben besonders ausgerichtet sein muss, ausgestattet sein. Außerdem muss die Richtung dynamisch und in einer kontrollierten Art und Weise geändert werden können.
Im Weltraum ist dies schwierig zu erreichen, da jeder Augenblick, der für die Bewegung eines Instrumentes angewandt wird, auf dem Satelliten als Ganzes zu dem gleichen gegenteiligen Moment führt.
Deshalb kann die Bewegung von Instrumenten zu unerwünschten Veränderungen in der Ausrichtung des Satelliten führen.
Es ist deshalb oberstes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Mechanismus bereitzustellen, mit dem die Winkel und die Ausrichtung der verschiedenen Gegenstände auf der Oberfläche eines Gegenstandes wie eines Satelliten verändert werden können.
Die Bewegung eines Instrumentes um einen Mittelpunkt fand man bei einigen anderen Instrumenten; Sicherheitskameras in Geschäften werden z. B. an der Decke an einem besonderen Punkt angebracht. Die Kamera muss sich dann in alle festen Winkel und Richtungen bewegen können. Dies könnte typischerweise mit einem Auslöser erreicht werden, der die Kamera um eine vertikale Achse drehen kann, und einem zweiten Auslöser, der die Kamera vertikal bewegen kann. Es ist schwierig, sich einen Weg hierfür auszudenken, der es möglich macht, dass sich die Kamera ruhig und kontrollierbar durch so viele feste Winkel wie möglich bewegt.
Deshalb ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, es zu ermöglichen, die Beziehung der Winkel zwischen Teilen der Oberfläche, wie z. B. einer Kugel, zu verändern.
Ein damit zusammenhängender Bereich, der hierfür als Anleitung genommen werden kann, ist der Bereich der logischen Puzzles. Puzzle mit dreidimensionalen Teilen sind sehr bekannt, und es wurden hierfür verschiedene Formate vorgeschlagen. Das bekannteste Beispiel ist das, was als Rubik's Cube bekannt ist. Hier entsteht ein großer Würfel aus einer Reihe sich zusammenfügender kleiner Würfel. Die Würfel können relativ zueinander um eine zentrale Achse bewegt werden. Die Bewegung kann nur durch den Anwender erfolgen. Aber der Rubik's Cube zeigt einige Prinzipien der kombinierten Einstellung der relativen Stellung der Segmente der Oberfläche eines dreidimensionalen Gegenstandes.
Die BE-887 875 betrifft ein räumliches Spielzeug, das aus 27 Festkörpern zusammengesetzt ist, die einen geschlossenen Würfel (oder ein räumliches Spielzeug) bilden. Neun Elemente, die jede Oberfläche des Würfels bilden, sind so befestigt, dass sie sich zusammen und gleichzeitig drehen. Sechs der drehbaren Elemente (Mittelflächen) sind an einem Kern befestigt, wobei die Möglichkeit, sich zu drehen beibehalten wird. Die festen Teile, die den Würfel bilden, weisen Oberflächenteile und innerne Teile auf. Die inneren Teile sind so geformt, dass sie ein Gefüge bilden und gleichzeitig relative Bewegungen beispielsweise durch Drehen um eine räumliche Achse ermöglichen. Wiederholte Drehbewegungen der Oberflächen bezüglich des Würfels führen dazu, dass die gegenseitigen, relativen Positionen der Oberflächenteile ausgetauscht werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, neue Formate der segmentierten logischen Puzzle zu ermöglichen. Im Rubik's Cube hat die Oberfläche jeder der verschiedenen Würfel, aus denen er besteht, eine Reihe von Farben. Ziel des Puzzles ist es, die einzelnen Würfel so anzuordnen, das jede ihrer Oberflächen eine einzige Farbe hat.
Zuvor wurden verschiedene Vorschläge gemacht, um ein ähnlich segmentiertes sphärisches Puzzle herzustellen. Ein solches Beispiel wird in EP 542327 beschrieben. Dies ist ein aus acht Teile bestehendes Puzzle, bei welchem jedes Teil an einem konischen Element im Mittelteil befestigt ist. Theoretisch können beliebig viele Kombinationen der Segmente um die verschiedenen Achsen gedreht werden. Praktisch besteht jedoch ein Konflikt zwischen der engen Toleranz, die erforderlich ist, damit das Puzzle nicht zerfällt, und der Notwendigkeit für einen Grad an Bewegung, damit die Teile relativ zueinander bewegt werden können. Das in diesem Dokument beschriebene Puzzle kann wahrscheinlich ebenfalls leicht zusammengesetzt werden.
Zusätzlich ist der Spielraum des Puzzles mit nur acht Teilen begrenzt. Deshalb ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Puzzle vorzulegen, dass leicht zu benutzen ist, wobei es keine unpraktischen Toleranzen beim Herstellungsprozess erfordert. Außerdem ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein dreidimensionales sich drehendes sphärisches Puzzle vorzulegen, das komplexer ist als das des Rubik's Cube und anderer solcher Puzzle, die bereits bekannt sind.
Die folgende Beschreibung betont die logischen Puzzles, aber an die Entsprechung dieser Puzzles und den technischen Problemen bei der Veränderung des Winkelverhältnisses zwischen den Instrumenten soll an dieser Stelle erinnert werden.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein dreidimensionales Objekt, das aus einer Vielfalt von Oberflächensegmenten besteht, auf denen ein Teil der Oberfläche ist, die Oberflächensegmente, die ein Primäroberflächen-Segmente und eine Gruppe von sekundären Oberflächensegmenten enthalten, geliefert; eine Vielfalt von Verbindungsstücken, die die sekundären Oberflächensegmenten miteinander verbinden und gemeinsam mit dem Primär-Oberflächensegment das dreidimensionale Objekt bilden, in dem die Oberflächensegmente in der Weise relativ zueinander beweglich sind, dass einzelne Oberflächensegmente ausgetauscht werden können; ein Kernelement, das die Bewegungsachse der Segmente definiert; darin wird das Primär-Oberflächensegment in einer festen Beziehung zum Kernelement gehalten, und die Sekundär-Oberflächensegmente haben eine Anordnung, die einfach mit einer komplementären Anordnung auf den Verbindungsstücken zusammenpasst, und die Verbindungsstücken sind relativ zueinander beweglich.
Vorzugsweise umfasst das Kernelement sechs allgemein zylindrisch verlängerte Glieder, die orthogonal zu einander angeordnet sind und wodurch die Bewegungsachse der Segmente bestimmt wird.
Es kann sein, dass das Primär-Oberflächensegment drei gerade Seiten hat, jede gerade Seite hat eine vorstehende Kante, damit sie in die Komplementär-Formen auf den Sekundär-Oberflächensegmenten passt.
Im ganzen umfassen die 3D-Objekte ein Primär-Oberflächensegmente, sieben Sekundär-Oberflächensegmente und neun Verbindungsstücke, wobei durch das Primär-Oberflächen-Segment und die 3 Sekundär-Oberflächen-Segmente ein erstes Teilvolumen des 3D-Objektes bestimmt wird; die 4 verbleibenden Sekundär-Oberflächensegmente bestimmen das zweite Teilvolumen des 3D-Objektes; dabei umfasst das erste Teilvolumen eine erste Gruppe von zwei Verbindungsstücken; das zweite Teilvolumen umfasst eine zweite Gruppe vier Verbindungsstücken, und eine dritte Gruppe von drei, Verbindungsstücken befinden sich einer Ebene, durch die das erste und zweite Teilvolumen voneinander getrennt wird, und worin die Drehbewegung eines Teilvolumens im Bezug auf das andere eine relative Bewegung der ersten Gruppe von Verbindungsstücken in Bezug auf die zweite Gruppe von Verbindungsstücken bewirkt.
Während der Drehbewegung eines Teilvolumens in Bezug auf das andere bleibt die dritte Gruppe von Verbindungsstücken in Bezug auf das erste Teilvolumen vorzugsweise stationär.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Puzzle vorgelegt, das ein dreidimensionales Objekt entsprechend dem ersten Aspekt beinhaltet, bei dem auf Teilen der Oberfläche des Gegenstandes Muster sind.
Entsprechend dem dritten Teil der vorliegenden Erfindung wird eine Maschine zur kontrollierbaren Ausrichtung einer Vielzahl von Geräten geliefert; die Maschine umfasst ein 3D-Objekt entsprechend dem ersten Aspekt, in dem Geräte auf Teilen der Oberfläche des Gerätes aufgestellt werden; und es werden weitere Mittel geliefert, um einzelne Segmente kontrolliert dazu zu bringen, sich relativ zueinander auszurichten.
Teile der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Beispielen und beiliegender Figuren beschrieben: –
1a–c zeigen die isometrische Ansicht des sphärischen 3D-Drehpuzzles von oben und unten, entsprechend der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine explodierende isometrische Ansicht vom süd-östlichen Punkt aus gesehen;
3a–b zeigt isometrische, rechtsseitige Ansichten des externen Primär-Segmentes des 3D-Puzzles;
4a–b zeigt isometrische, rechtsseitige Ansichten des externen Sekundär-Segmentes des 3D-Puzzles;
5a–d zeigt die isometrische Vorder- und Rückansicht des Verbindungsstücks des 3D-Puzzles;
6a–b zeigt die isometrischen Ansichten des Kerns des 3D-Puzzles. 6c–d sind isometrische Ansichten, die das Zusammenfügen des Kerns mit den externen Teilen und den Verbindungsstücken zeigen;
7a–b zeigt teilweise Schnittansichten, die die Beziehung zwischen allen Teilen darstellt:
8a–e zeigt den Fortschritt beim Zusammensetzen des Puzzles;
9a–e zeigt die verschiedenen Rotationsmöglichkeiten des 3D-Puzzles;
10 zeigt die Art und Weise, wie die Teile zusammengehören;
11 zeigt eine Ansicht eines 3D-Puzzles, das ein alternatives Oberflächendekor hat.
1–11 der Figuren zeigen ein sphärisches 3D-Drehpuzzle 1. Es muss angemerkt werden, dass dieses Beispiel nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Das Puzzle 1 enthält das externe Primär-Segment 10 und sieben externe Sekundär-Segmente 20, neun Verbindungsstücke 30 und einen zentrales Kernstück.
Das externe Primär-Segment 10 ist sphärisches Teil auf der externen Oberfläche 11 und hat einen hervorstehenden Rand 12 auf jeder seiner drei geraden Seiten, wie in den 3a und 3b dargestellt.
Die sieben externen Sekundär-Segmente 20 sind dem externen Primär-Segment 10 ähnlich, aber intern unterschiedlich, wie in 4a und 4b dargestellt. Sie sind wiederum sphärischer Teil auf der externen Oberfläche 21, die aber teilweise hohl sind und eine Nut 22 auf jeder ihrer drei Seiten haben.
Die hervorstehenden Ränder 12 auf dem externen Primär-Segment 10 ergänzen und passen verschiebbar in die Nuten 22 an den externen Sekundär-Segmenten 20.
Die neun Verbindungsplatten 30 haben auf beiden Seiten Ränder 32, die genau die gleichen Maße wie die externen Sekundär-Segmente 10 haben, dargestellt in den 5a bis 5d. Diese ergänzen und passen auch verschiebbar in die Nuten 22 an den externen Sekundär-Segmenten 20. Sie werden wie in 10 dargestellt an der Stelle befestigt.
Um ein mögliches Blockieren der Teile auf Grund der freien Bewegungen oder das Gleiten der Platten zu verhindern und das Verhalten aller Teile bei der Drehung zu kontrollieren, wird ein Kernstück zur Verfügung gestellt, dargestellt in 6. Der Kern hat sechs breite zylinderförmige Punkte 41, die im 90° Winkel zueinander stehen, wie in 6a dargestellt. Das Kernstück hat auch eine Nut 42, die in den geraden Winkeln entlang den x-y-z-Achsen steht; Mittelpunkt zu Mittelpunkt, so entworfen, dass die geraden Ränder von Segment 10 hineinpassen, wie in 6c gezeigt. Die breiten zylinderförmigen Punkte ermöglichen es, dass die Verlängerungsstücke 33 der Verbindungsstücke in das Kernstück passen. So wird sichergestellt, dass alle Platten in ihrer Ausgangsposition bleiben und eine mögliche Bewegung aller drei Platten, die der Drehrichtung entgegenstehen, blockiert wird, wenn das externe Primär-Segment 10 gehalten wird, oder bringt alle drei Platten in Drehrichtung, wenn das wichtigste externe Segment 10 gedreht wird. Dieses wird an den folgenden Beispielen deutlich.
Die Primär- und Sekundär-Segmente 10 und 20 kommen in die angrenzenden Verbindungsstücke 30 und wirken auf das Kernstück ein. Wenn alle Teile zusammengesetzt worden sind, ist eine komplette Sphäre entstanden.
Danach können vier Segmente gegen die anderen vier wie folgt gedreht werden:
die Oberseite des vierten Segments gegen die Unterseite des vierten Segmentes und umgekehrt
die rechte Seite des vierten Segments gegen die linke Seite des vierten Segments und umgekehrt
die Vorderseite des vierten Segments gegen die Rückseite des vierten Segments und umgekehrt
Man erhält die Ausgangsposition jedes Mal, wenn die Teile in 90°-Schritten ungeachtet der Richtung, z. B. 90, 180, 270 und 360, gedreht werden, ohne das Muster des Puzzles notwendigerweise zu aufzulösen.
Für die, die ein schwierigeres Puzzle wünschen, kann das Puzzle auf eine Vielzahl von Möglichkeiten eingestellt werden, die die Lösung schwieriger machen, ohne dabei die physische Aufmachung des Puzzles zu ändern.
Eine solche Änderung besteht darin, die Segmente mit einem unsymmetrisches Design zu versehen. Z. B. zeigt 11 ein Kugeldiagramm, welches das Puzzle eher schwieriger macht, indem es in diesem Fall Kenntnisse in Geographie sowie Logik erfordert.
In der Grund-Version des Puzzles haben die Segmente drei unterschiedliche Farbabschnitte, wie 1 zeigt. In der Ausgangsposition des Puzzles werden die Segmente so angeordnet, dass die Farben der angrenzenden Segmente zusammenpassen. Die Zielsetzung des Puzzles ist es, das Farbmuster der acht externen Segmente wieder herzustellen, nachdem sie zerlegt worden sind.
Es ist auch dem Fachmann in der Puzzlekunst klar, dass dieses Puzzle angepasst werden kann, indem Möglichkeiten hinzugenommen werden, um die externen Segmente im Verhältnis zueinander zu drehen, analog zu der Bewegung der externen Segmente des Puzzles, um einen Weg zu finden, die externen Segmente eines 3D-Objektes im Verhältnis zueinander zu bewegen. Zum Beispiel könnte die Verbindung zwischen den hervorstehenden Rändern und den Nuten verschiebbare Zähne auf einer Oberfläche und eine Vielzahl von Zähnen auf der anderen haben. Dadurch wird der Automatik-Motor in die Lage versetzt, die externen Segmente im Verhältnis zueinander zu bewegen. Dadurch kann ein 3D-Gegenstand wie ein Satellit Gegenstände wie Antennen, Schüsseln, Kommunikationsmittel, Solarplatten etc. im Verhältnis zueinander bewegen. Berücksichtigt man hierbei besonders die Gesetze Newtons, wird klar, dass wenn der Drehmoment jedes Segments des Gegenstandes ausgeglichen wird, die einzelnen externen Segmente, z. B. eines Satelliten in der Umlaufbahn, im Verhältnis zueinander verschoben werden können, ohne die Ausrichtung des Kernstücks der Vorrichtung zu ändern. Dadurch ist es viel einfacher, die Antennen im Verhältnis zueinander auszurichten etc., ohne dass es ein kompliziertes Manöver erfordert, um die Ausrichtung beizubehalten.
Wenn es eine Möglichkeit gäbe, eine größere Anzahl von externen Platten einer Sphäre oder einen anderen 3D-Gegenstand im Verhältnis zueinander zu verschieben, könnte diese dazu benutzt werden, um ein schwierigeres Puzzle und einen flexibleren Apparat zum Verschieben der externen Teile im Verhältnis zueinander zu schaffen.

Claims

Dreidimensionales Objekt (1), umfassend: eine Mehrzahl von Oberflächensegmenten (10, 20), an denen sich ein Teil der Oberfläche befindet, wobei die Oberflächensegmente ein Hauptoberflächensegment (10) und eine Gruppe sekundärer Oberflächensegmente (20) aufweisen; eine Mehrzahl von Verbindungssegmenten (30) zum Verbinden sekundärer Oberflächensegmente miteinander, um zusammen mit dem Hauptoberflächenelement das dreidimensionale Objekt zu bilden, bei dem die Oberflächenelemente relativ zueinander so bewegbar sind, dass einzelne Gruppen von Oberflächensegmenten miteinander vertauscht werden können; ein Kernelement, das Bewegungsachsen der Segmente definiert; wobei das Hauptoberflächenelement (10) in einer festen Beziehung zu dem Kernelement gehalten wird und die sekundären Oberflächensegmente eine Anordnung (22) bilden, die mit einer komplementären Anordnung (32) an den Verbindungssegmenten verschiebbar zusammenwirkt, und die Verbindungssegmente relativ zueinander bewegbar sind.
Dreidimensionales Objekt nach Anspruch 1, bei dem das Kernelement sechs allgemein zylindrische längliche Elemente (41) aufweist, die orthogonal zueinander angeordnet sind und Bewegungsachsen für die Segmente definieren.
Dreidimensionales Objekt nach Anspruch 1, bei dem das Hauptoberflächensegment drei gerade Seiten hat und jede gerade Seite einen vorspringenden Rand (12) zum verschiebbaren Zusammenwirken mit komplementären Anordnungen an den sekundären Oberflächensegmenten hat.
Dreidimensionales Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 3. umfassend; ein Hauptoberflächenelement (10), sieben sekundäre Oberflächensegmente (20) und neun Verbindungselemente (30), wobei das Hauptoberflächenelement und drei der sekundären Oberflächenelemente ein erstes Teilvolumen des dreidimensionalen Objekts definieren und vier übrige sekundäre Oberflächensegmente ein zweites Teilvolumen des dreidimensionalen Objekts definieren, wobei das erste Teilvolumen eine erste Gruppe von zwei Verbindungssegmenten aufweist und das zweite Teilvolumen eine zweite Gruppe von vier Verbindungssegmenten aufweist und eine dritte Gruppe von drei Verbindungselementen sich auf einer Ebene befindet, die das erste und das zweite Teilvolumen trennt, wobei die Drehbewegung eines Teilvolumens in Bezug auf das andere eine relative, Bewegung der ersten Gruppe von Verbindungselementen relativ zu der zweiten Gruppe von Verbindungselementen bewirkt.
Dreidimensionales Objekt nach Anspruch 4, bei dem die dritte Gruppe von Verbindungselementen während einer Drehbewegung eines Teilvolumens in Bezug auf das andere mit Bezug auf das erste Teilvolumen unbeweglich bleibt.
Geduldsspiel, umfassend ein dreidimensionales Objekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Teile der Oberfläche des Objekts Musterelemente aufweisen.
Maschine zum steuerbaren Ausrichten einer Mehrzahl von Vorrichtungen, wobei die Maschine ein dreidimensionales Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst, bei der die Vorrichtungen auf Teilen der Oberfläche des Objekts montiert sind und ferner Mittel bereitgestellt sind, um einzelne Segmente steuerbar zu zwingen, sich relativ zueinander zu bewegen.