科教积木的制作方法

本发明涉及一种拼装积木，确切地说是一种科教积木。

背景技术：

现有的积木为了能够拼装出各种形状的模型，例如玩具小车、机器人等都必须制作出多种尺寸不同形状各异的单元体部件。但是，首先，过多形状的部件其加工成本较高，而且，拼装方式过于复杂繁琐，不易上手，趣味性不强。再者，各种形状不同的部件之间都有特定的插接方式，造成有些部件之间无法有效拼接。上述因素都会限制拼装者的创造性思维，同时，也不利于拼装者的智力发展和三维空间感的建立。最后，现有的拼装积木的体积较大，尤其是在厚度方面，使得拼装出的小车或机器人等模型内缺少安装动力装置和传动装置的必要空间，从而，难以拼装出可自动运行的小车或机器人，限制了拼装者的创造空间。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种科教积木，它积木种类较少，插接兼容性好，而且，它的全部积木部件均为板装结构，厚度较小，拼装成模型后可在模型内预留出足以从容安装动力装置、传动机构和各类控制装置的空间，更有利于将模型制作成可控制其自行运动的模型，例如可遥控或按编程自行运动的巡航小车或机器人，使其不仅是玩具，还是具有试验和教学价值的积木。任两个单元体部件之间均可通过插接头拼装固定，而且，拼装方式简单易学，可有效激发拼装者的兴趣和创造欲望，并可使拼装者在拼装建模的过程中获得成就感，兴趣更加浓厚，从而，可大幅提高拼装者的空间感和创造力。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：科教积木，包括至少一个单元体，单元体的结构如下：单元体有相互平行的两个第一正方形面，两个第一正方形面之间的四角处分别连接四个大小相同的第二正方形面，四个第二正方形面两两平行，第一正方形面的四角分别与四个第二正方形面的角连接，其中两个相互平行的第二正方形面上一个竖向设置插接头，另一个竖向设置插接孔，两个单元体能通过插接头和插接孔竖向配合插接；所述单元体上的任两个相邻的第二正方形面之间设置两个大小相同的等腰梯形面，两个等腰梯形面的梯形上底重合，两个等腰梯形面的梯形下底分别与两个第一正方形面的正方形边重合，等腰梯形面的腰分别与两侧的第二正方形面的正方形边重合。

为进一步实现本发明的目的，还可以采用以下技术方案：至少两个单元体依次横向固定连接构成单排的联合体，相连的单元体通过第二正方形面连接，所有单元体插接头的朝向相同；联合体的任两个相邻的单元体之间形成两个对称的V形的凹槽。任一所述等腰梯形面的上底的两个内角的角度为120°。所述的两个第一正方形面之间纵向开设贯通两个第一正方形面的固定孔，固定孔与插接孔相通。所述的固定孔为圆孔。所述的固定孔的孔壁上绕圆周方向均匀纵向开设数个透槽。数个所述联合体竖向排列于同一平面内，数个联合体通过长条形的第一连接件连接，第一连接件的两端同侧各设置一个凸出段，凸出段的端部设置第一凸台，两个第一凸台与最外侧两个的联合体的凹槽配合，凸出段以及第一凸台的内侧沿长度方向设置中部外凸的凸棱，凸出段和第一凸台的凸棱外形与对应的联合体一侧V形的凹槽外形吻合。两个所述联合体纵向平行排列，两联合体的第一正方形面平行，纵向相邻的联合体之间设置板状的第二连接件，第二连接件两端各设置两个卡爪，卡爪端部内侧设置第二凸台，卡爪通过第二凸台与纵向相邻的联合体的V形的凹槽配合连接，卡爪和第二凸台内侧沿长度方向设置中部外凸的凸沿，卡爪的凸沿和第二凸台的凸沿外形与联合体一侧V形的凹槽的外形吻合。所述的第二连接件中部开设避让孔。所述的卡爪为两个向外倾斜的杆，两个杆之间构成V形卡槽。

本发明的优点在于：各单元体部件之间既可插接固定，又可交错拼接相互咬合锁定，模型更加牢固、不易散落。它的设计更加人性化，联合体部件可通过各种连接件连接，实现拼合各种模型及模型骨架，可使拼装者更早的开发自身的空间感和创造力。更重要的是，该积木拼装成的模型内留有足够方便安装动力装置、传动机构和控制装置的空间，且安装位置可根据需要任意选择，使拼装成的机器人、巡航小车或其他自动动行模型更加紧凑、小巧，运行更加灵活稳定，特别适合应用于机械领域科学研究和教学。本发明还可以应用于机械、建筑和家具领域。例如，本发明的材质可采用金属，使其适合拼装成各种机械设备的骨架或亭台楼阁的骨架，也可采用木质，使其适合拼装成各种家具。本发明还具有结构简单紧凑、制造成本低廉和插接方便的优点。

附图说明

图1是科教积木的单元体的主视结构示意图；图2是图1的仰视图；图3是图1的右视图；图4是图1的俯视图；图5是3个联合体通过1个第一连接管纵向连接的结构示意图；图6是3个联合体通过1个第二连接管纵向连接的结构示意图；图7是6个联合体组合连接结构示意图，其中两个联合体纵向平行放置在底部，两个联合体横向平行放置在中部，其余两个联合体纵向旋转90°放置在上部；图8是3个联合体组合联合结构示意图，其中两个联合体竖向插接，剩余一个联合体纵向卡在两个相互插接的联合体之间；图9是图8的爆炸图之一；图10是图8的爆炸图之二；图11是两个联合体竖向插接结构示意图；图12是联合体与第一连接管连接结构示意图；图13是4个联合体组合连接结构示意图，其中1个联合体位于下部，1个联合体位于上部，其余两个联合体插接在上下两个联合体之间；图14是5个联合体组合连接结构示意图，其中位于下部的两个联合体通过第二连接件连接，上部的两个连接件分别插接在下部的联合体上，剩余1个联合体卡在上下联合体之间；图15是联合体与第三连接管连接结构示意图，其中第三连接管内配合设置连接杆；图16是联合体与第二连接管连接结构示意图；图17是4个联合体竖向连接结构示意图之一，4个联合体竖向排列并由第一连接件连接；图18是第一连接件结构示意图；图19是图17的4个联合体竖向连接结构示意图之二；图20是卡口结构示意图之一；图21是卡口结构示意图之二；图22是两个联合体通过第二连接件连接结构示意图之一；图23是第二连接件结构示意图之一；图24是两个联合体通过第二连接件连接结构示意图之二；图25是第二连接件结构示意图之二；图26是4个联合体组合连接结构示意图，其中1个联合体位于下部，1个联合体位于上部，其余两个联合体插接在上下两个联合体之间，上下联合体通过第一连接件8连接；图27是联合体组合连接结构示意图，图中竖向和纵向的联合体设置在两个联合体之间；图28是科教积木的单元体立体结构示意图。

附图标记：1第一正方形面 2第二正方形面 3插接头 4插接孔 5等腰梯形面 6固定孔 7透槽 8第一连接件 9凸出段 10第一凸台 11第二连接件 12卡爪 13第二凸台 14避让孔15卡口 16第一连接管 17限位环 18限位槽 20第二连接管 21连接杆 22第一凹槽 23第二凹槽 24第三凹槽 25第四凹槽 26第三连接管 27卡槽 28凸棱 29第一五颗粒的联合体 30第二五颗粒的联合体 31第三五颗粒的联合体。

具体实施方式

本发明所述的科教积木包括至少一个单元体，如图1-4和图28所示，单元体的结构如下：单元体有相互平行的两个第一正方形面1，两个第一正方形面1之间的四角处分别连接四个两两平行且大小相同的第一正方形面2。第一正方形面1的四角分别与四个第一正方形面2的角连接，其中两个相互平行的第一正方形面2上分别设置插接头3和插接孔4。两个单元体能够依次通过插接头3和插接孔4竖向配合插接。所述单元体上的任两个相邻的第二正方形面2之间设置两个大小相同的等腰梯形面5，两个等腰梯形面5的梯形上底重合，两个等腰梯形面5的梯形下底分别与两个第一正方形面1的正方形边重合，等腰梯形面5的腰分别与两侧的第二正方形面2的正方形边重合。插接头3可以与单元体一体制成，也可与单元体分体制成并相互连接，两个单元体主体插接拼装时，一个单元体的插接头3与另一个单元体的插接孔4插接配合。任意两个单元体通过插接头3和插接孔4插接配合时，能够相互转动。插接孔4也可以为2至3个，数个插接孔4分布在不同的第一正方形面2上，这种结构能够使多个单元体在不同角度不同位置的插接组合，实现向不同方向拼装延伸的需求。

至少两个单元体依次横向固定连接构成单排的联合体，相连的单元体通过第二正方形面2连接，所有单元体插接头3的朝向相同；联合体的任两个相邻的单元体之间形成两个对称的V形的凹槽，此处为联合体的一个腰部。如图15所示为三个单元体依次连接构成的三颗粒的联合体。如图16所示为四个单元体依次连接构成的四颗粒的联合体。联合体有利于快速拼装，且拼装出的模型一全性好，更加牢固。如图11所示，两个五颗粒的联合体通过插接头3和插接孔4竖向插接于一体。

任一所述等腰梯形面5的上底的两个内角的角度为120°。

所述的两个第一正方形面1之间纵向开设贯通两个第一正方形面1的固定孔6，固定孔6与插接孔4相通。固定孔6与插接孔4相通可防止插接时产生气阻。

所述的固定孔6为圆孔。固定孔6内转动安装圆形连杆的一端，连杆的另一端与另一单元体上的固定孔6连接，这种结构能够实现两个单元体通过连杆铰接，能够实现多种铰接机构的模型，连杆上还可配合安装齿轮等传动装置，以实现对机器人、巡航小车等能够运转或行走的模型组合。所述的固定孔6还可为方孔或其他多边形孔，孔内配合设置连管的一端，连管的另一端插入另一单元体的固定孔6内，以实现两个单元体的固定连接。

所述的固定孔6的孔壁上绕圆周方向均匀开设数个透槽7。如图16所示，固定孔6内可安装外周有凸筋的连杆或连管，凸筋与透槽7配合使连杆或连管无法相对固定孔6转动，能够实现连杆上的数个单元体的固定连接，连管内可设置圆形通孔或十字形通孔，并配合设置转轴或十字轴，以实现数个单元体的转动连接或固定连接，方便制成机器人、巡航小车等能够运转或行走的模型。透槽7的数量取决于两个单元体之间可形成的固定夹角，优选透槽7的数量为4个，这种结构可使两个单元体或联合体以90°夹角实现固定。

如图5、图6、图12、图15和图16所示，固定孔6内可设置第一连接管16或第二连接管20或第三连接管26，以方便与其他单元体连接。第一连接管16为圆形管，单元体能够通过第一连接管16与其他单元体连接，实现铰接；第二连接管20为外壁沿长度方向设置4条凸筋的圆形管，4条凸筋分别与固定孔6上的透槽7一一对应配合，单元体能够通过第二连接管20与其他单元体连接且无法相对转动，第二连接管20内开设圆孔，其内安装轴，轴可相对该圆孔旋转；第三连接管26为外壁沿长度方向设置4条棱、内开设十字孔的圆形管，4条棱分别与固定孔6上的透槽7对应配合，第三连接管26内能够安装连接杆21，连接杆21截面为十字形，连接杆21与第三连接管26内十字孔相互配合。第一连接管16、第二连接管20和第三连接管26外壁上可均设置限位环17，固定孔6两端端部开设限位槽18，限位环17与限位槽18配合，限位环17能够在上述连接管与单元体插接时被挤入固定孔6后进入限位槽18，限位环17设置在第一连接管16、第二连接管20和第三连接管26外壁端部，可防止上述连接管与单元体相互脱离或产生轴向位移，限位环17设置在上述连接管中部，可防止限位环17两侧的单元体相对移动产生碰撞，限位环17在上述连接管上可设置多个。

所述的联合体为数个，数个联合体竖向排列于同一平面内，数个联合体通过长条形的第一连接件8连接。任相邻两个联合体通过插接头3和插接孔4可插接，第一连接件8的长度可为第一正方形面1的正方形对角线长度的整数倍，第一连接件8的两端侧部各设置一个凸出段9，两个凸出段9位于第一连接件8同侧。每个凸出段9的端部各设置第一凸台10，两个第一凸台10与最外侧两个的联合体V形的凹槽配合。这种结构既能够在两个插接孔4相对的联合体竖向排列时，起到对两个联合体的固定作用，还能够在通过插接头3插接孔4插接的数个联合体竖向排列时，起到对数个联合体的加强固定的作用。安装第一连接件8时，需要将第一连接件8两端的第一凸台10经横向固定连接的单元体连接处的一侧，挤压至横向固定连接的单元体连接处的另一侧，使第一凸台10与第一连接件8分别位于横向固定连接的单元体两侧，实现对数个联合体的固定。

所述的联合体为数个，数个联合体竖向排列，数个联合体通过长条形的第一连接件8连接，第一连接件8的长度为第一正方形面1的正方形对角线长度的整数倍，第一连接件8的两端侧部设置凸出段9，凸出段9的端部设置弹性的第一凸台10，两个第一凸台10与最外侧两个的联合体的凹槽配合，凸出段9以及第一凸台10的内侧沿长度方向设置中部外凸的凸棱，凸出段9的凸棱与联合体一侧的两个等腰梯形面5配合，第一凸台10的凸棱与联合体另一侧的两个等腰梯形面5配合。这种结构的凸棱两面分别与两个等腰梯形面5贴合，从而使联合体与第一连接件8配合紧密，能够避免联合体间相互晃动，使模型稳定。

所述的联合体为数个，数个联合体竖向排列，纵向相邻的联合体之间设置板状的第二连接件11，第二连接件11的长度为第一正方形面2的正方形对角线长度的整数倍，第二连接件11两端分别设置两个卡爪12，卡爪12端部设置第二凸台13，卡爪12通过第二凸台13与纵向相邻的联合体配合连接。这种结构既能够在两个插接孔4相对的联合体竖向排列时，起到对两个联合体的固定作用，还能够在通过插接头3插接孔4插接的数个联合体竖向排列时，起到对数个联合体的加强固定的作用。安装第二连接件11时，需要将第二连接件11两端卡爪12上的第二凸台13经横向固定连接的单元体连接处的一侧，挤压至横向固定连接的单元体连接处的另一侧，使两个第二凸台13分别位于竖向相邻的联合体两侧，实现对竖向相邻的联合体的固定。

所述的联合体为数个，数个联合体纵向排列，纵向相邻的联合体之间设置板状的第二连接件11，第二连接件11两端分别设置两个卡爪12，卡爪12端部设置第二凸台13，卡爪12通过第二凸台13与纵向相邻的联合体配合连接，卡爪12和第二凸台13内侧沿长度方向设置中部外凸的凸棱，卡爪12的凸棱与联合体一侧的两个等腰梯形面5配合，第二凸台13的凸棱与联合体另一侧的两个等腰梯形面5配合。这种结构既能够在两个插接孔4相对的联合体竖向排列时，起到对两个联合体的固定作用，还能够在通过插接头3和插接孔4相互插接的数个联合体竖向排列时，起到对数个联合体的加强固定的作用。凸棱两面分别与两个等腰梯形面5贴合，从而使联合体与第二连接件11配合紧密，能够避免联合体间相互晃动，使模型稳定。安装第二连接件11时，需要将第二连接件11两端卡爪12上的第二凸台13经横向固定连接的单元体连接处的一侧，挤压至横向固定连接的单元体连接处的另一侧，使两个第二凸台13分别位于竖向相邻的联合体两侧，实现对竖向相邻的联合体的固定。

所述的第二连接件11中部开设避让孔14。这种结构能够在模型中应用连杆连管等传动部件时，可以使连杆连管穿过避让孔14。

所述的卡爪12为两个向外倾斜的杆，两个杆之间形成的槽为卡槽27。

所述的联合体为数个，数个联合体竖向排列，竖向相邻的两个单元体和横向相邻的两个单元体的一侧腰重合的两个等腰梯形面5构成卡口15，一侧腰重合的两个等腰梯形面5的两个上底和两个下底均相互垂直，竖向相邻的联合体之间设置纵向的联合体，纵向相邻的单元体两个腰重合的等腰梯形面5为一组，纵向相邻的单元体的至少三组等腰梯形面5与卡口15配合，纵向的联合体通过纵向相邻的单元体与卡口15配合固定在竖向相邻的联合体之间。卡口15可由三个或四个单元体围成，如图21所示，三个单元体的等腰梯形面5围成的卡口15为U形，即一侧开口的正方形，如图20所示，四个单元体的等腰梯形面5围成的卡口15为正方形，卡口15的大小与第一正方形面2大小相同，卡口15中部向内凸出，卡口15能够与纵向的联合体或横向翻转90°后的纵向的联合体相配合。如图9和图10所示，一个横向联合体中相邻的单元体之间形成第一凹槽22，与联合体竖向插接的另一个横向的联合体中，相邻的单元体之间形成第二凹槽23，两个联合体之间设置的联合体中，相邻的单元体之间两侧分别形成第三凹槽24和第四凹槽25，第三凹槽24与第一凹槽22或第二凹槽23相互配合，第四凹槽25与第一凹槽22或第二凹槽23相互配合，第一凹槽22与第二凹槽23开口相对围成卡口15，因此，卡口15能够与横向、竖向或纵向的联合体配合连接。

为方便描述联合体之间的拼装位置关系从而说明拼装方法，所述联合体上均安装有朝向相同的一排插接头3，以表明联合体的朝向。

拼装方法一：两个单元体1通过插接头3和插接孔4插接配合。

拼装方法二：如图11所示，两个联合体通过插接头3和插接孔4插接配合。

拼装方法三：如图7所示，6个联合体组合连接，其中两个联合体纵向平行放置在底部，两个联合体横向平行放置在中部，其余两个联合体纵向旋转90°放置在上部；中部两个联合体两端下部的凹槽均配合卡在下部两个联合体的上部凹槽内，中部两个联合体两端上部的凹槽均配合卡在上部两个联合体的两侧凹槽内。

拼装方法四：如图8所示为三个联合体组合连接：其中横向的第一五颗粒的联合体29和第二五颗粒的联合体30通过插接头3和插接孔4竖向插接，两者形成的其中一个卡口15内卡接一个纵向的第三五颗粒的联合体31，第三五颗粒的联合体31上的一对凹槽与卡口15 配合，第一五颗粒的联合体29、第二五颗粒的联合体30和第三五颗粒的联合体31拼装成一体，第三五颗粒的联合体31既无法相对第一五颗粒的联合体29或第二五颗粒的联合体30直线移动，也无法转动。用该拦装方法，可以快速拼装出机器人或其他机械设备的机架。

本发明的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。