FR2820339A1

FR2820339A1 - Jeu de construction ou puzzle tridimensionnel

Info

Publication number: FR2820339A1
Application number: FR0101745A
Authority: FR
Inventors: Jose Merino; Pascal Auxerre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2002-08-09

Abstract

Cette invention concerne un jeu de construction tridimensionnel qui permet de générer des figures courbes dans l'espace. Il peut être utilisé comme puzzle tridimensionnel du type jeu de réflexion ou casse-tête. Les pièces sont conçues pour permettre uniquement un mouvement de rotation relatif entre elles. Il s'agit d'un jeu éducatif favorisant le développement de la perception de l'espace. Il peut être réalisé avec différents niveaux de difficulté.Le jeu est composé de pièces pouvant être assemblées entre elles. Une fois connectées, les pièces forment une " chaîne " et elles peuvent tourner les unes par rapport aux autres autour d'axes prédéfinis.

Description

Cette invention concerne un jeu de construction tridimensionnel qui permet de générer des figures courbes dans l'espace. Il peut être utilisé comme puzzle tridimensionnel du type jeux de réflexion ou casse-tête. Les pièces sont conçues pour permettre un mouvement de rotation relatif entre elles.

Il s'agit d'un jeu éducatif favorisant le développement de la perception de l'espace et il peut être réalisé avec différents niveaux de difficulté.

Le jeu est composé de pièces pouvant être assemblées entre elles. Une fois connectées, les pièces forment une chaîne et elles peuvent tourner les unes par rapport aux autres autour d'axes prédéfinis si la chaîne est ouverte. Si la chaîne est fermée et les axes de rotation entre les pièces ne sont pas parallèles, alors les pièces ne peuvent plus tourner les unes par rapport aux autres : la chaîne est fixe.

Les objectifs du jeu peuvent être de former avec les pièces assemblées une chaîne fermée (c'est-à-dire, de trouver les angles de rotation entre pièces qui font coïncider les deux bouts de la chaîne en position et alignement des axes), de reproduire une figure spatiale donnée, de compléter une chaîne ouverte donnée pour qu'elle soit fermée, de faire un texte tridimensionnel, un logotype, un objet d'art, un bijou etc.

Les pièces du jeu ont une forme adaptée à la génération d'une chaîne tridimensionnelle : - chaque pièce possède 2 zones de connexion spécifiquement adaptées à la rotation des pièces autour de l'axe commun de rotation, seul mouvement qu'il est possible de réaliser entre deux pièces sans forcer ; - la zone hors connexion, c'est-à-dire celle qui est apparente quand les pièces sont connectées, est appelée surface extérieure ; - l'angle entre les deux axes de rotation d'une pièce sera nommé p. Si les deux axes ne sont pas coplanaires, ss est défini comme l'angle entre la projection du premier axe sur le plan parallèle au dit axe et passant par le second axe et le dit second axe ; - les pièces peuvent être de 2 types : - les pièces de type A se caractérisent par p=180 - (360 /n) avec n entier 2 < n < 25 ; - les pièces de type B qui peuvent être obtenues comme assemblage fixe et non fermé d'au moins deux pièces de type A.

Les pièces de type A de base du puzzle de l'invention ont un angle ss différent de 180 . Cet angle permet de former une chaîne dans l'espace. Un jeu conforme à l'invention peut contenir en plus de pièces de type A ou B, des pièces de type C ou D : - les pièces de type C ont un angle ss de 180 , par exemple des pièces cylindriques ou prismatiques ; - les pièces de type D peuvent être obtenues comme assemblage fixe et non fermé d'au moins une pièce de type A ou B et une pièce de type C.

Les pièces de type D sont des cas particuliers de pièces de type A ou B.

Les angles que nous utiliserons le plus fréquemment pour les pièces de type A sont

60 (n=3), 90 (n=4), 108 (n=5), 120 (n=6), 128'5714 (n=7), 135 (n=8), 140 (n=9), 144 (n=10), 150 (n=12) et 162 (n=20).

Les pièces présentent des surfaces extérieures et des zones de connexion. Les surfaces extérieures peuvent avoir une forme quelconque mais il est intéressant que ces surfaces soient conçues da façon à créer la continuité de tangence entre les différentes pièces une fois assemblées. Ainsi, la surface extérieure d'une pièce peut être générée par un balayage normal d'une section circulaire tout au long d'une courbe dans l'espace délimitée par 2 points E1 et E2, au moins à proximité de la zone de connexion.

Une forme de ces pièces particulièrement simple et adaptée est un secteur de tore. Les axes de rotation sont dans ce cas coplanaires. Les pièces avec un angle ss tel que : P=180"- (p/n) 360 avec n > 1, p < n, pet n entiers, sont particulièrement intéressantes pour former des chaînes fermées.

Toutes les pièces du jeu peuvent être identiques entre elles. Mais les pièces peuvent être de plusieurs types, par exemple avec des angles p ou des dimensions différents.

Un cas particulèrement intéressant est celui de pièces avec des axes coplanaires

qui se coupent en un point 1 et qui vérient que d (E1, 1) = d (E2, 1) = K ; où d (E1, 1) (respectivement d (E2, I)) est la distance entre les points E1 et 1 (respectivement E2 et 1) et K une constante pour toutes les pièces d'une même chaîne. Si les pièces constituant la chaîne sont de secteurs de tore, pour que d (E1, 1) = d (E2, I) = K, les rayons r, des

circonférences axe du tore des pièces correspondant à une valeur n, de n, sont de la forme ri* tan (180/n,) = constante.

Pour former des chaînes fermées il est particulièrement intéressant de se baser sur la géométrie des polyèdres. On désigne un ensemble de pièces formé par k sousensembles, dont le sous-ensemble j est formé par mj pièces avec des valeurs des paramètres p et n de p, et n, respectivement par : (mixpi/ni,..., mjxp/n,,..., mkXpnk) Les combinaisons suivantes sont particulièrement intéressantes : (4x1/3) ; (6x1/4) ; (8x1/4) ; (4x2/4) ; (6x1/3) ; (2x1/3, 2x2/3) ; (12x1/3) ; (6x2/3) ; (4x1/3, 4x2/3) ; (9x1/3) ; (3x1/3, 3x2/3) ; (10x1/5) ; (3x1/5, 3x2/5) ; (6x1/5, 2x2/5) ; (12x1/5) ; (6x2/5) ; (18x1/5) ; (2x1/5, 2x3/5) ; (20x1/5) ; (8x1/5, 4x3/5) ; (2x1/5, 4x1/3) ; (2x1/5, 2x2/3) ; (6x1/3, 6x1/5) ; (3x2/3, 3x2/5) ; (10x1/3, 15x1/5) ; (5x2/3, 5x3/5) ; (5x1/3, 10x1/5) ; (5x1/3, 5x2/5) ; (4x1/3, 4x1/4) ; (4x113, 2x1/4) ; (2x2/3, 2x1/4) ; (4x1/3, 4x1/4) ; (3x1/3, 6x1/4) ; (3x1/3, 3x2/4) ; (6x1/3, 6x1/4) ; (3x2/3, 3x2/4) ; (2x1/3, 6x1/4) ; (2x1/3, 2x3/4) ; (8x1/3, 12x1/4) ; (8x1/3, 4x2/4, 4x1/4) ; (8x1/3, 4x3/4) ; (4x2/3, 12x1/4) ; (4x2/3, 4x2/4, 4x1/4) ; (4x2/3, 4x3/4) ; (10x1/3) ; (20x1/3) ; (10x1/3, 5x2/3) ; (10x2/3) ; (24x1/3) ; (12x1/3, 6x2/3) ; (6x1/3, 2x2/3) ; (8x1/3, 2x2/3) ; (18x1/3) ; (6x1/3, 6x2/3) ; (4x1/3, 8x1/6) ; (3x1/3, 6x1/6) ; (3x1/3, 3x2/6) ; (2x1/3, 2x4/6) ; (2x1/3, 4x2/6) ; (2x1/3, 8x1/6) ; (4x1/4, 8x1/6) ; (6x1/4, 12x1/6) ; (3x2/4, 12x1/6) ; (4x1/4, 4x2/6) ; (3x2/4, 3x2/6) ; (6x1/4, 6x1/6) ; (2x2/4, 4x3/6) ; (4x1/4, 12x1/6) ; (4x1/4, 4x1/6, 4x2/6) ; (2x2/4, 4x1/6, 4x2/6) ; (2x1/4, 2x4/6) ; (2x1/4, 4x2/6) ; (2x1/4, 8x1/6) ; (3x2/4, 3x4/6) ; (6x1/4, 6x2/6).

Pour chaque ensemble il peut y avoir plusieurs possibilités (ou solutions) pour former une chaîne fermée.

Des éléments de liaison adaptés pour maintenir en contact les pièces sont disposés dans les zones de connexion entre lesdites pièces. Ces éléments permettent la rotation autour de l'axe de rotation. Il est avantageux de disposer des éléments de maintien qui font que le seul mouvement qu'il est possible de réaliser sans forcer entre deux pièces assemblées soit la rotation autour de l'axe de rotation. Pour pouvoir séparer deux pièces assemblées il faut exercer un certain effort, suffisant pour que l'ensemble des pièces reste connecté malgré le poids et en présence de petits chocs. Ainsi par exemple le moyen de liaison peut générer une pression entre les surfaces de connexion qui engendrent à leur tour un frottement freinant le mouvement de rotation.

Ces éléments de maintien peuvent être des assemblages mécaniques (forme géométrique adaptée des zones de connexion de chaque pièce par exemple du type male femelle), magnétiques ou à l'aide d'une pièce intermédiaire de liaison adaptée. Nous pouvons utiliser une combinaison de ces trois principes.

Lors du montage de la chaîne, l'angle entre pièces autour de l'axe de rotation peut être choisi de façon continue. Il est important de pouvoir fixer cet angle une fois qu'il est choisi.

La description de la formation d'un objet tridimensionnel avec l'assemblage de différentes pièces doit contenir la séquence de pièces et les angles a entre une pièce et la suivante. La variation de l'angle a étant continue, il est difficile de coder et de reproduire une chaîne donnée. Pour faciliter le codage 1 décodage et la communication des solutions nous pouvons fournir des systèmes adaptés, comme par exemple un anneau qui peut glisser tout au long de l'ensemble de pièces et qui est gradué pour mesurer l'angle entre des repères placés à cet effet sur les pièces.

Il est de même possible d'utiliser des codes de couleur pour le repérage. Une échelle avec les couleurs de l'arc-en-ciel peut être particulièrement adaptée. Dans le cas d'une variation continue de couleurs, la description de la solution est approximative et peut être un indice pour trouver la solution.

Il est possible que la formation d'une chaîne fermée avec un certain ensemble de pièces soit très difficile à obtenir. Dans ces cas il peut être intéressant de disposer d'une pièce joker qui facilite la finalisation d'une chaîne fermée quand le joueur est près de la solution. Cette pièce présente un angle ss variant entre 600 et 1800 et d'une longueur curviligne L, variant entre une longueur mini et une longueur maxi deux fois plus grande que la longueur mini.

Les pièces de ce jeux de construction peuvent par exemple être réalisées par injection de matières plastiques dans des moules adaptés. Un autre mode de réalisation peut consister en découper des anneaux, par exemple en bois, et en préparer les zones de connexion de façon adaptée (par exemple avec un trou dans une zone et l'ajout d'une pièce cylindrique dans l'autre pour obtenir une pièce semblable à celle de la figure 1).

L'invention qui vient d'être exposée sera aisément comprise à l'aide des dessins annexés qui ne représentent que des modes particuliers de réalisation et qui ne sauraient être considérés comme limitatifs.

- La figure 1 représente une pièce du jeu tridimensionnel suivant l'invention.

- La figure 2 représente deux pièces comme celle de la figure 1 assemblées.

- La figure 3 représente les deux pièces assemblées de la figure 2 après rotation d'un angle a. autour de l'axe de rotation.

- La figure 4 représente une pièce de type B.

- La figure 5 représente une pièce de type D.

- La figure 6 représente une pièce selon l'invention avec des éléments de maintien particulièrement adaptés à conserver la forme de l'assemblage des pièces après manipulation.

- La figure 7 représente une chaîne fermée formée avec 20 pièces de la figure 1.

- La figure 8 représente une chaîne fermée formée avec 12 pièces semblables à celle de la figure 1 avec un angle ss de 600.

- La figure 9 représente une pièce du puzzle semblable à celle de la figure 1 avec un angle ss de 1200.

- La figure 10 représente une pièce du puzzle semblable à celle de la figure 1 avec un angle ss de 60 avec un dimensionnement adapté à former un ensemble avec la pièce de la figure 9.

- La figure 11 représente une chaîne formée avec des pièces de différents types :
8 pièces de la figure 9 et 4 pièces de la figure 10.

- La figure 12 montre une pièce avec des éléments de maintien identiques sur ses deux extrémités et la pièce d'assemblage nécessaire pour connecter deux pièces du jeu.

- La figure 13 montre un système de mesure de l'angle a entre deux pièces à l'aide d'un anneau gradué.

- La figure 14 montre une pièce joker.

La figure 1 représente une pièce 1 du puzzle tridimensionnel avec une surface extérieure 31 qui est une section de tore et des zones de connexion en forme de couronne circulaire 411 et 421. Les extrémités de l'axe de la pièce 81 sont E1 et E2.

Sur les surfaces de connexion 411 et 421 il y a des éléments de maintien 611 et 621 respectivement. Ces éléments sont conçus pour permettre l'assemblage des pièces entre elles et pour permettre la rotation autour des axes de rotation 511 ou 521. Ces axes

sont coplanaires. L'angle formé par les axes 511 et 521 est de 108 , n=5 (180"-360 /5).

Le point intersection des axes de rotation est 1.

La figure 2 représente deux pièces 1 et 2 (comme celle de la figure 1) assemblées.

La surface de connexion 422 de la pièce 2 est mise en contact avec la surface de connexion 411 de la pièce 1. L'axe de rotation 522 de la pièce 2 coïncide dans cette position avec l'axe de rotation 511 de la pièce 1. La rotation relative des pièces autour de cet axe commun est alors possible. Dans cette figure tous les axes de rotation 511,521, 512 et 522 sont coplanaires.

Les surfaces de connexion 421 et 412 sont libres et permettent l'enchaînement de nouvelles pièces. Les axes de rotation 521 et 512 permettront la rotation des dites nouvelles pièces à l'aide des éléments de maintien 621 et 612.

La figure 3 représente les deux pièces assemblées de la figure 2 après rotation d'un angle a autour de l'axe commun de rotation 511/522. La rotation effectuée est de 600 dans cette figure. L'axe 512 n'est plus dans le même plan que les axes 511,521 et 522. Nous pouvons observer la continuité de tangence des deux pièces dans la zone de connexion.

La figure 4 représente une pièce 3 de type B, obtenue à partir de l'assemblage fixe des pièces de la figure 3.

La figure 5 représente une pièce de type D. La face extérieure 31 est composée de deux zones cylindriques 311 et 312 et d'une zone de transition 313 torique.

La figure 6 représente une pièce 6 semblable à celle de la figure 1 avec des éléments de maintien particulièrement adaptés pour conserver la forme de l'assemblage des pièces après manipulation. L'élément 616 peut être introduit dans l'élément 626 d'une autre pièce. Les parties qui composent l'élément 626, au nombre de 4 dans la figure 6, peuvent s'écarter pour laisser passer l'élément 616. Une fois que ledit élément est placé à l'intérieur de l'élément 626, les faces 416 et 426 sont en contact.

La position relative entre les pièces assemblées est conservée par le frottement entre les éléments 616 et 626 etlou entre les faces 416 et 426. Le dimensionnement de ces éléments sera adapté pour développer un niveau de frottement entre les pièces

suffisant afin que leur position relative soit conservée tout en permettant la variation par rotation de cette position.

La figure 7 représente 20 pièces (de 101 à 120) identiques à celle de la figure 1 formant une chaîne fermée : ensemble (20x1/5).

La figure 8 représente 12 pièces (de 151 à 162) semblables à celle de la figure 1 avec un angle p de 600 formant une chaîne fermée : ensemble (12x1/3).

La figure 9 représente une pièce 709 du jeu semblable à celle de la figure 1 avec un angle ss de 1200. La distance entre le point 1 intersection des axes et l'extrémité de l'axe de la pièce E1 est noté distance d9.

La figure 10 représente une pièce du puzzle 710 semblable à celle de la figure 1 avec un angle ss de 600. La distance entre le point 1 intersection des axes et l'extrémité de l'axe de la pièce E2 est noté d10. Le dimensionnement des pièces 710 et 709 de la figure 9 est adapté pour former un ensemble avec d10=d9.

La figure 11 représente une chaîne fermée, formée avec des pièces de différents types : 4 pièces (189 à 192) identiques à la pièce 710 de la figure 10 et 8 pièces (181 à 188) identiques à la pièce 709 de la figure 9 : ensemble (4x1/3, 8x1/6). La chaîne fermée est obtenue en combinant alternativement 2 pièces avec angle p de 1200 et une pièce avec angle ss de 60 .

La figure 12 montre une pièce 800 avec des formes de maintien 801 et 802 identiques sur ses deux extrémités et la pièce d'assemblage 803 nécessaire pour connecter deux pièces du jeu de ce type.

La figure 13 montre un système de mesure de l'angle a entre deux pièces 156 et 157 à l'aide d'un anneau 810 gradué. Les pièces ont les repères 820 et 821 permettant de mesurer l'angle entre elles.

La figure 14 montre un exemple de pièce joker avec un angle p et une longueur variables.

Claims

Chaque pièce possède 2 zones de connexion spécifiquement adaptées à la rotation des pièces autour de l'axe commun de rotation, seul mouvement qu'il est possible de réaliser entre deux pièces sans forcer.

REVENDICATIONS 1.-Jeu de construction ou puzzle tridimensionnel constitué d'un ensemble d'au moins 4 pièces rigides formant une chaîne ; deux pièces consécutives de la chaîne pouvant tourner relativement l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce que :

- La zone hors connexion, c'est-à-dire celle qui est apparente quand les pièces sont connectées, est appelée surface extérieure.

- L'angle entre les deux axes de rotation d'une pièce sera nommé Si les deux axes ne sont pas coplanaires, p est défini comme l'angle entre la projection du premier axe sur le plan parallèle au dit axe et passant par le second axe et le dit second axe.

- Les pièces de type B qui peuvent être obtenues comme assemblage fixe et non fermé d'au moins deux pièces de type A.

n prenant l'une des valeurs 3,5 ou 6.

Les pièces de type A se caractérisent par

Les pièces peuvent être de 2 types :
2.-Jeu de construction ou puzzle selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface extérieure d'une pièce peut être générée par un balayage normal d'une section circulaire tout au long d'une courbe dans l'espace délimitée par 2 points E1 et E2, au moins à proximité de la zone de connexion.

Les 2 axes de rotation d'une pièce se coupent en un point 1 ; - d (El, l) = d (E2, 1) = K où d (El, l) (respectivement d (E2, 1)) est la distance entre les points E1 et 1 (respectivement E2 et 1) et K une constante pour toutes les pièces d'une même chaîne.
3.-Jeu de construction ou puzzle selon la revendication 2 caractérisé en ce que les pièces ont leurs 2 axes de rotation coplanaires et vérifient les lois suivantes :

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4.-Jeu de construction ou puzzle selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que pour toute pièce la courbe dans l'espace délimitée par les points E1 et E2 décrit un arc de cercle. L'angle ss est :

- pour les pièces de type A ss = 180 --) 360 n) - pour les pièces de type B ss = 180 -)- 360 n

ou p est un entier compris entre 1 et n (1 < p < n) et n=3, 5 ou 6.
5.-Jeu de construction ou puzzle selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il peut contenir des pièces de type C ou D : - les pièces de type C ont un angle p de 180 , - les pièces de type D peuvent être obtenues comme assemblage fixe d'une pièce de type A ou B et d'au moins une pièce de type C.
6.-Jeu de construction ou puzzle selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il est formé par des pièces toutes identiques.
7.-Jeu de construction ou puzzle selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il est formé par : a) soit un ensemble de 4,6, 9,10, 12,18, 20 ou 24 pièces identiques de type A avec n=3 b) soit un ensemble de 10,12, 18 ou 20 pièces identiques de type A avec n=5 c) soit un ensemble de 10 pièces identiques de type A avec n=3 et 15 pièces identiques de type A avec n=5 d) soit un ensemble de 4 pièces identiques de type A avec n=3 et 8 pièces identiques de type A avec n=6.
8.-Jeu de construction ou puzzle selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les zones de connexion de chaque pièce sont de type male 1 femelle.
9.-Jeu de construction ou puzzle selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'angle entre pièces autour de l'axe de rotation peut être choisi de façon continue.
10.-Bijou obtenu selon l'une des revendications 1 à 9.