ES2217832T3 - Mecanismo para mover independientemente segmentos de un objeto tridimensional y aplicaciones derivadas. - Google Patents
Mecanismo para mover independientemente segmentos de un objeto tridimensional y aplicaciones derivadas.Info
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Abstract
Objeto tridimensional (300, 400) que comprende un núcleo (530) que tiene una pluralidad de partes superiores del núcleo (332-335, 540, 541), y una pluralidad de segmentos externos (310, 320, 410, 420, 510, 520), donde los segmentos externos tienen formaciones dispuestas sobre los mismos para cooperar de modo deslizable con las formaciones correspondientes en el núcleo, por las que los segmentos externos pueden moverse unos con respecto a otros, de tal manera que permiten que grupos individuales de segmentos externos se intercambien entre sí, y los segmentos externos comprenden una cubierta interna (329, 522) y una cubierta externa (323, 521) conectadas por una pieza de unión (322, 528), caracterizado por el hecho de que: la cubierta interna (324, 522) y la cubierta externa (323, 521) están adaptadas a bordes de sándwich de las partes superiores del núcleo (332-335, , 540, 541) intermedias.
Description
Mecanismo para mover independientemente segmentos
de un objeto tridimensional y aplicaciones derivadas.
Esta invención se refiere a un mecanismo para
proporcionar un movimiento independiente de los segmentos externos
de una esfera u otro objeto tridimensional y a aplicaciones
derivadas, incluyendo el uso de dicho mecanismo para proporcionar
un puzzle de lógica.
Un problema común en ingeniería, particularmente
en la industria espacial, es el movimiento de instrumentos
expuestos en la superficie de un objeto unos respecto a otros,
alterando la relación angular entre los mismos. Por ejemplo, un
satélite en órbita puede tener muchos instrumentos externos como
antenas, paneles solares, aparatos de comunicaciones y similares,
todos los cuales emiten desde su superficie externa y deben
mantenerse con orientaciones particulares para objetivos
particulares. Además, puede resultar necesario modificar las
orientaciones de modo dinámico y controlado.
En el espacio, esto resulta difícil de conseguir
ya que cualquier momento aplicado a un instrumento para su
movimiento ocasiona de manera global un momento igual y opuesto en
el satélite, etc.
Por consiguiente, el movimiento de instrumentos
puede conducir a alteraciones no deseadas en la orientación del
satélite.
Por lo tanto un primer objeto de la presente
invención es proporcionar un mecanismo para alterar el ángulo entre
las diferentes unidades del aparato y su orientación en la
superficie de un objeto como un satélite.
El movimiento de instrumentos alrededor de un
núcleo central se puede encontrar en otras aplicaciones diferentes,
por ejemplo, las cámaras de seguridad de las tiendas están fijadas
al techo en un punto particular y la cámara debe entonces ser capaz
de moverse hacia todos los ángulos sólidos y en todas las
direcciones. Esto se consigue normalmente con un accionador que
hace girar la cámara alrededor de un eje vertical y un segundo
accionador que puede mover la cámara verticalmente. Resulta difícil
concebir un medio para hacer esto que permita que la cámara pueda
moverse de un modo suave y controlado en una gama lo más amplia
posible de ángulos sólidos.
Por consiguiente, un objeto de la presente
invención es proporcionar un medio para variar la relación angular
entre las secciones de la superficie de un objeto como una
esfera.
Un campo relacionado que puede tomarse como guía
en este área es el campo de los puzzles de lógica. Los puzzles de
segmentos tridimensionales son bien conocidos y se han propuesto
varios formatos para los mismos. El ejemplo más conocido es el
conocido como Cubo de Rubik, en el que un cubo grande está
compuesto por una serie de cubos más pequeños unidos unos a otros.
Estos cubos pueden moverse unos respecto a otros y girar alrededor
de un eje central. Este movimiento es provocado sólo por el usuario,
pero el cubo de Rubik muestras algunos de los principios de ajuste
combinatorio de la posición relativa de los segmentos de la
superficie de un objeto
\hbox{tridimensional.}
Otro objetivo de la presente invención es
concebir nuevos formatos para puzzles de lógica con segmentos. En
el Cubo de Rubik, cada uno de los diferentes cubos que lo forman
tiene una serie de colores aplicados en sus caras externas y el
objetivo del puzzle es disponer los cubos de manera que presente un
color sólido en cada una de las caras.
Previamente se han realizado varias propuestas
para producir un puzzle similar con segmentos con una forma
esférica. Un ejemplo de este tipo se describe en la EP 542327. Se
trata de un puzzle con ocho segmentos en el que cada segmento está
unido a un elemento cónico en la sección del núcleo central.
Teóricamente, varias combinaciones de los segmentos pueden girar
alrededor de diferentes ejes. En la práctica existe un conflicto
entre la tolerancia cerrada requerida para evitar que el puzzle se
desmonte y la necesidad de un grado de movimiento entre los
segmentos que permita que las partes puedan girar unas con respecto
a las otras. El puzzle de este documento también puede atascarse
fácilmente.
Para mejorar un aparato de este tipo se han
realizado otros intentos. Por ejemplo, los documentos US 5,308,066
y WO 94/04236 describen puzzles esféricos de juguete que tienen
cuatro mangos radiales que definen un elemento central. Los puzzles
tienen dos tipos de piezas externas; un grupo que está fijado a los
elementos centrales y un grupo que está libre para poder moverse
con respecto al núcleo y a los segmentos fijos. No obstante, las
disposiciones de las piezas que pueden conseguirse en estos dos
puzzles son limitadas. También existen inconvenientes en relación
al proceso de producción, así como a la fiabilidad y a la suavidad
de los puzzles.
En la EP 0712649 se propuso un intento
alternativo que expone un objeto tridimensional según el preámbulo
de la reivindicación independiente 1. Este puzzle es un puzzle de
ocho segmentos con un núcleo esférico. Los segmentos externos
incluyen una parte de soporte interno y un elemento externo
conectado mediante una espiga. Las partes del soporte interno están
retenidas en un núcleo por seis órganos de guía, polarizados hacia
el núcleo. Esta disposición tiene un gran número de piezas
individuales y su producción resulta compleja. Además, el puzzle es
propenso a desmontarse y resultar dañado, y el mecanismo no resulta
ser un dispositivo suave y robusto.
Además con sólo ocho elementos de juego, la
amplitud del puzzle resulta limitada. Por lo tanto, otro objeto de
la presente invención es proporcionar un puzzle fácil de usar, que
no requiera al mismo tiempo tolerancias impracticables en el
proceso de producción. Además, un objeto de la presente invención
es proporcionar un puzzle giratorio esférico tridimensional más
complejo que el Cubo de Rubik y otros puzzles similares ya
conocidos.
La siguiente descripción se centrará en los
puzzles de lógica, pero la correspondencia entre estos puzzles y
los problemas de ingeniería para alterar la relación angular
relativa entre instrumentos será retomada a lo largo de la
misma.
Según un primer aspecto de la invención, está
previsto un objeto tridimensional que comprende un núcleo que tiene
una pluralidad de partes superiores del núcleo y una pluralidad de
segmentos externos, donde los segmentos externos tienen formaciones
dispuestas sobre los mismos para cooperar de modo deslizable con
las correspondientes formaciones en el núcleo, de manera que los
segmentos externos pueden moverse unos con respecto a otros, de tal
forma que se permite que grupos individuales de los segmentos
externos se intercambien entre sí, y los segmentos externos
comprenden una cubierta interna y una cubierta externa conectadas
por una pieza de unión, caracterizados por el hecho de que la
cubierta interna y la cubierta externa están adaptadas a bordes
sándwich de las partes superiores del núcleo intermedios.
Preferiblemente, las cubiertas internas y
externas están unidas de modo separable y son empujadas para unirse
por un medio de polarización.
La distancia entre las cubiertas internas y
externas, cuando están unidas, puede ser inferior al grosor de un
borde de una parte superior del núcleo.
Opcionalmente un segmento externo puede tener una
cavidad adaptada, de manera que cuando se mueven los segmentos
externos a una posición inicial, el medio de polarización empuja
las cubiertas internas y externas para que cooperen con la parte
superior del núcleo y, de este modo, produzcan un clic audible y/o
táctil.
De forma alternativa, una parte superior del
núcleo puede tener una cavidad adaptada, de manera que cuando se
mueven los segmentos externos a una posición inicial, el medio de
polarización empuja las cubiertas internas y externas para que
cooperen con la cavidad y, de este modo, produzcan un clic audible
y/o táctil.
Preferiblemente, está previsto un segmento
externo adicional, el cual se mantiene en una relación fija
respecto al núcleo.
Más preferiblemente, hay siete segmentos
externos, y el segmento externo adicional.
En una forma de realización, los segmentos
externos están configurados para que cada uno reciba tres segmentos
extremos que tienen parte de la superficie del objeto sobre los
mismos, los segmentos externos estando adaptados para cooperar con
los segmentos extremos adyacentes de la superficie y de ese modo
formar una vía circular alrededor de la cual pueden moverse los
segmentos extremos.
Preferiblemente, el núcleo está formado por dos
partes de núcleo separadas que tienen medios de unión
correspondientes.
Según un segundo aspecto de la presente
invención, está previsto un puzzle que comprende el objeto
tridimensional según el primer aspecto, en el que las partes de la
superficie del objeto tienen modelos o formas sobre las mismas.
Según un tercer aspecto de la presente invención,
está prevista una máquina para orientar de modo controlado una
pluralidad de dispositivos, la máquina comprendiendo un aparato
según el primer aspecto, en el que los dispositivos están colocados
en partes de la superficie del objeto y están previstos además
medios para empujar de modo controlado los segmentos individuales
para que se muevan unos con respecto a otros.
Las formas de realización de la presente
invención se describirán a continuación, a modo de ejemplo, en
referencia a los dibujos anexos, en los que:
Las figuras 1a-c son,
respectivamente, vistas isométricas desde arriba y desde abajo del
puzzle 3D esférico giratorio, aunque este ejemplo no forma parte de
la presente invención;
La figura 2 es una vista isométrica desmontada
vista desde un punto sureste;
Las figuras 3a-b son,
respectivamente, vistas isométricas y del lado derecho del segmento
externo primario del puzzle 3D;
Las figuras 4a-b son,
respectivamente, vistas isométricas y del lado derecho de los
segmentos externos secundarios del puzzle 3D;
Las figuras 5a-d son,
respectivamente, una vista isométrica, del lado derecho, de frente
y desde atrás de una placa de unión del puzzle 3D;
Las figuras 6a-b son vistas
isométricas de una sección del núcleo del puzzle 3D; las figuras
6c-d son vistas isométricas que muestran la
cooperación del núcleo con los elementos externos y de unión;
Las figuras 7a-b son vistas
parcialmente cortadas que ilustran la relación entre todas las
partes;
Las figuras 8a-e ilustran fases
sucesivas del ensamblaje del puzzle;
Las figuras 9a-e ilustran las
diferentes posibilidades de rotación del puzzle 3D;
La figura 10 ilustra la manera en la que las
partes se sujetan juntas;
La figura 11 proporciona una vista de un puzzle
3D que tiene una decoración alternativa en la superficie;
Las figuras 12a-c son,
respectivamente, vistas isométricas desde arriba y desde abajo de
un puzzle esférico 3D alternativo, aunque este ejemplo no forma
parte de la presente invención;
La figura 13 es una vista isométrica desmontada
del puzzle de la figura 12;
Las figuras 14a-b ilustran
diferentes vistas de un segmento externo del puzzle de la figura
12;
Las figuras 15a-d ilustran
respectivamente vistas isométricas de lado, de frente y desde atrás
de una placa de unión del puzzle de la figura 12;
Las figuras 16a-b son vistas de
frente y desde abajo de un elemento de la parte superior del núcleo
del puzzle de la figura 12;
Las figuras 17a-d son cuatro
vistas diferentes que ilustran la relación entre el núcleo y los
demás elementos del puzzle de la figura 12;
Las figuras 18a-c ilustran tres
ejemplos de la capa superior siendo girada 90° en el sentido de las
agujas del reloj en el puzzle de la figura 12;
Las figuras 19a-b ilustran una
vista isométrica desde el sureste de una decoración alternativa del
puzzle de la figura 12, antes y después de la rotación parcial;
La figura 20 es una vista isométrica desmontada
de los principales componentes de un puzzle de veintiséis piezas
que no forma parte de la invención, visto desde un punto de vista
sureste;
Las figuras 21a-c son vistas
isométricas desde abajo y laterales de las tapas de las partes
superiores del núcleo en el puzzle de la figura 20;
Las figuras 22a-c son vistas
isométricas desde abajo y transversales de las partes superiores del
núcleo en el puzzle de la figura 20;
Las figuras 23a y 23b son vistas isométricas de
accesorios para las partes superiores del núcleo en el puzzle de la
figura 20;
La figura 24 ilustra la relación de las partes
superiores del núcleo en el puzzle de la figura 20;
La figura 25 es una vista isométrica desde abajo
y lateral de placas de unión en el puzzle de la figura 20;
La figura 26 es una vista isométrica y lateral de
los segmentos externos en el puzzle de la figura 20;
La figura 27 es una vista isométrica de un núcleo
en el puzzle de la figura 20;
La figura 28 ilustra varias fases de ensamblaje
del puzzle de la figura 20;
La figura 29 es un ejemplo de las posibilidades
de rotación de los segmentos del puzzle de la figura 20;
La figura 30 es una vista isométrica desmontada
de una primera forma de realización de la presente invención vista
desde un punto sureste;
Las figuras 31a y 31b ilustran el segmento
externo primario del puzzle de la figura 30;
Las figuras 32a y 32b ilustran uno de los
segmentos externos secundarios del puzzle de la figura 30;
Las figuras 33a a 33j ilustran una parte del
núcleo del puzzle de la figura 30 y varios componentes
asociados;
Las figuras 34a a 34e ilustran una segunda parte
del núcleo del puzzle de la figura 30 y varios componentes
asociados;
Las figuras 35a a 35d ilustran varias fases de
ensamblaje del puzzle de la figura 30;
La figura 36 muestra el núcleo del puzzle de la
figura 30 en dos mitades antes de ser ajustadas mediante clip;
Las figuras 37a y 37b son vistas en corte del
puzzle de la figura 30;
Las figuras 38a y 38b son otras vistas en corte
del puzzle de la figura 30;
Las figuras 39a y 39b son otras vistas en corte
del puzzle de la figura 30;
La figura 40 es una vista isométrica de una
esfera con 32 segmentos con el mapa de la tierra aplicado en su
superficie;
La figura 41 es una vista frontal parcialmente
desmontada de algunos elementos de la esfera de 32 segmentos de la
figura 40;
Las figuras 42a y 42b ilustran el elemento
externo primario en la esfera de 32 segmentos de la figura 40;
Las figuras 43a y 43b ilustran los elementos
externos secundarios en la esfera de 32 segmentos de la figura
40;
Las figuras 44a y 44b ilustran los elementos
externos extremos en la esfera de 32 segmentos de la figura 40;
Las figuras 45a a 45d muestran varias fases del
ensamblaje de la esfera de 32 segmentos de la figura 40;
La figura 46 muestra la esfera de 32 segmentos de
la figura 40 con un modelo simétrico aplicado en su superficie;
Las figuras 47a a 47c muestran vistas isométricas
de la cubierta primaria externa de un puzzle;
Las figuras 48a a 48c muestran vistas isométricas
de la cubierta primaria interna del puzzle de las figuras 47 a
55;
Las figuras 49a a 49c muestran vistas isométricas
de una cubierta secundaria externa del puzzle de las figuras 47 a
55;
Las figuras 50a a 50c muestran vistas isométricas
de una cubierta secundaria interna del puzzle de las figuras 47 a
55;
Las figuras 51a a 51d muestran vistas de frente,
desde atrás, de lado y desde un punto sureste de la construcción
del núcleo del puzzle de las figuras 47 a 55;
Las figuras 52a y 52b muestran vistas isométricas
desde un punto sureste de la continuación del ensamblaje del núcleo
del puzzle de las figuras 47 a 55;
La figura 53 muestra una vista isométrica del
núcleo del puzzle mostrado en las Figuras 47 a 55 con el segmento
externo primario adaptado;
Las figuras 54a y 54b muestran una vista
isométrica del ensamblaje parcial de los segmentos externos
secundarios del puzzle de las figuras 47 a 55;
La figura 55 muestra una vista isométrica de otro
ensamblaje de los segmentos externos secundarios del puzzle de las
figuras 47 a 55.
Las figuras 1-11 de los dibujos
muestran un puzzle 3D esférico giratorio 1. Debe observarse que
este ejemplo de forma de realización no forma parte de la presente
invención. El puzzle 1 comprende un segmento externo primario 10 y
siete segmentos externos secundarios 20, nueve placas de unión 30 y
un núcleo central 40.
El segmento externo primario 10 es parcialmente
esférico en la superficie externa 11 y tiene un borde sobresaliente
12 en cada uno de sus tres lados rectos, como puede verse en las
Figuras 3a y 3b.
Los siete segmentos externos secundarios 20 son
similares externamente al segmento externo primario 10, pero son
diferentes internamente como puede verse en las Figuras 4a y 4b.
También son parcialmente esféricos en la superficie externa 21,
pero son parcialmente huecos y tienen una hendidura 22 en cada uno
de sus tres lados.
Los bordes sobresalientes 12 del segmento externo
primario 10 se complementan y se acoplan de modo deslizable con las
hendiduras 22 de los segmentos externos secundarios 20.
Las nueve placas de unión 30 tienen unos bordes
32 a ambos lados que tienen precisamente las mismas dimensiones que
los del segmento externo primario 10, mostrados en las Figuras 5a a
5d. Éstos también se complementan y se acoplan de modo deslizable
con las hendiduras 22 en los segmentos externos secundarios 20. Se
ajustan en posición tal y como se muestra en la figura 10.
Con el objetivo de evitar un posible bloqueo de
las partes debido a los movimientos libres o al deslizamiento de
las placas y controlar el comportamiento de todas las partes
durante la rotación, está previsto un núcleo 40 mostrado en la
figura 6. El núcleo tiene seis puntos cilíndricos 41 amplios,
situados en ángulos de 90° entre sí, como puede verse en la Fig. 6a.
El núcleo tiene también unas hendiduras 42 cortadas en ángulo recto
a lo largo de los ejes x-y-z; de
punto central a punto central, diseñadas para recibir los bordes
rectos del elemento 10, como se muestra en la Fig 6c. Los puntos
cilíndricos amplios permiten que las extensiones 33 de las placas
de unión se ajusten en contacto con el núcleo 40. Esto asegura
todas las placas en su posición inicial y bloquea el movimiento de
cualquiera de las tres placas opuestas a la dirección de rotación
cuando el segmento externo primario 10 está retenido, o fuerza
cualquiera de las tres placas a moverse en la dirección de rotación
cuando el segmento externo primario 10 es girado. Esto se verá más
claramente en los siguientes ejemplos.
Los segmentos externos primarios y secundarios 10
y 20 se ajustan sobre placas de unión adyacentes 30 e interactúan
con el núcleo 40. Cuando todas las partes han sido ensambladas se
consigue una esfera completa.
Entonces cuatro segmentos pueden ser girados
contra los otros cuatro de la manera siguiente:
Los cuatro de la parte superior contra los cuatro
de la parte inferior y viceversa;
Los cuatro de la parte derecha contra los cuatro
de la parte izquierda y viceversa;
Los cuatro de la parte anterior contra los cuatro
de la parte posterior y viceversa.
La posición inicial se alcanza cada vez que las
partes giran en incrementos de 90°, independientemente de la
dirección p. ej. 90, 180, 270 y 360 sin resolver necesariamente el
modelo del puzzle.
Para aquellos que deseen que el puzzle represente
un desafío mayor, el puzzle puede ser configurado de nuevo en una
variedad de formas que hacen la solución más difícil sin cambiar la
forma física del puzzle.
Un cambio de este tipo es aplicar un diseño no
simétrico a los segmentos. Por ejemplo, la figura 11 muestra un
mapa del globo que hace el puzzle más difícil, ya que requiere
conocimientos de geografía, en este caso, y de lógica.
En la versión básica del puzzle, los segmentos
tienen tres secciones de diferente color como puede observarse en
la figura 1. En la posición original del puzzle los segmentos están
dispuestos de modo que los colores de las secciones en los
segmentos adyacentes coinciden. El objetivo del puzzle es devolver
el modelo de colores de los ocho segmentos externos a la posición
original después de haberlos mezclado.
También resultará evidente para un experto en la
técnica que este puzzle podría ser adaptado añadiendo medios para
hacer que los segmentos externos se muevan unos con respecto a
otros, análogamente al movimiento de los segmentos externos del
puzzle, para formar un modo de mover los segmentos externos de un
objeto 3D unos con respecto a los otros. Por ejemplo, la unión
entre los bordes sobresalientes y las hendiduras podría tener
dientes de dirección en una superficie y una pluralidad de dientes
en la otra, permitiendo de ese modo un motor automático para
dirigir el movimiento de los segmentos externos unos respecto a
otros. Esto permitiría a un objeto 3D, como un satélite, mover
objetos tales como antenas, placas, medios de comunicación, paneles
solares, etc. por su superficie unos con respecto a otros. En
particular, considerando las Leyes de Newton, está claro que si se
equilibra el momento de cada segmento del objeto, los segmentos
externos individuales de, por ejemplo, un satélite en órbita
podrían moverse unos con respecto a otros sin alterar la
orientación del núcleo del dispositivo, haciendo mucho más fácil la
orientación de las antenas, etc. unas en relación de otras, sin que
se requiera un manejo complejo para mantener la orientación.
Si fuera posible proporcionar un modo de mover un
número superior de placas externas de una esfera u otro objeto 3D
unas con respecto a otras, esto podría usarse para crear un puzzle
más difícil así como un aparato más flexible para mover las partes
externas de los objetos unas con respecto a otras.
En un ejemplo alternativo, se puede prever un
puzzle con veintiséis segmentos externos visibles alterando las
placas de unión, de tal modo que éstas forman parte de la
superficie externa. Éstas podrían entonces formar parte del puzzle,
por ejemplo requiriendo que coincidan los colores con los
segmentos. Esto añade un considerable número de posibilidades a la
solución, ya que las placas cambian de posición cada vez que se gira
el puzzle.
Esto puede verse en el ejemplo ilustrado en las
Figuras 12 a 19. Debe tenerse en cuenta que este ejemplo no forma
parte de la presente invención. El puzzle 100 comprende ocho
segmentos externos 110, cada uno de los cuales es parcialmente
esférico; doce placas de unión 120; seis partes superiores del
núcleo 130 y un elemento de núcleo 140.
Los segmentos externos individuales 110, las
placas de unión 120 y las partes superiores del núcleo 130 difieren
sólo en cuanto a los colores aplicados en su superficie. Como en la
forma de realización anterior, cuando el puzzle está ensamblado
forma una esfera.
El puzzle es girado en capas, siendo capas
externas y capas centrales; cada una de las seis capas externas
consiste en cuatro segmentos externos 110, cuatro placas de unión
120 y una parte superior del núcleo 130; cada una de las tres capas
centrales consiste en cuatro placas de unión 120 y cuatro partes
superiores del núcleo 130. Las capas externas son las capa de la
derecha, de la izquierda, anterior, posterior, superior e inferior.
Las capas centrales son las capas del plano X, el plano Y y el
plano Z.
Mediante la rotación, todos los segmentos
externos 110 serán capaces de intercambiarse entre sí, asimismo
todas las placas de unión 120 serán capaces de intercambiarse entre
sí, pero las partes superiores del núcleo 130 no se intercambiarán
entre sí.
Cada elemento externo 110 tiene una superficie
externa parcialmente esférica 111, un centro hueco y una hendidura
112 en cada uno de sus tres lados, como se muestra en las Figuras
14a y 14b.
Cada placa de unión 120 tiene un borde
sobresaliente 122 como se muestra en las Figuras 15a a 15d. Los
bordes sobresalientes 122 están diseñados para ajustarse de modo
deslizable y cooperar con las hendiduras 112.
Una vez están las doce placas de unión 120
ajustadas a los ocho segmentos externos 110, se formará una esfera
a falta de los seis cuadrados donde se colocarán las partes
superiores del núcleo 130.
Con el objetivo de evitar un posible bloqueo de
las partes debido a los movimientos libres o al deslizamiento de
las placas, está previsto un núcleo 140. El núcleo 140 tiene seis
puntos cilíndricos amplios 141, situados con ángulos de 90° entre
sí, tal y como puede verse en la figura 17. En el extremo de cada
punto amplio 140 hay un elemento cilíndrico 142 que coopera con un
clip 131 de una parte superior del núcleo 130.
Los puntos cilíndricos amplios del núcleo
permiten que las extensiones 123 de las placas de unión 120 encajen
entre los ejes individuales del núcleo. Esto asegura todas las
placas en la posición inicial, así como controla todas las partes
implicadas, como se verá de forma evidente en el siguiente
ejemplo.
La figura 19 muestra una versión del puzzle de
veintiséis piezas en la que la provisión de marcas asimétricas en
las partes superiores del núcleo significa que, para resolver el
puzzle, las partes superiores del núcleo deben estar correctamente
orientadas en relación a las placas de unión. Esto aumenta
inmensamente la dificultad del puzzle.
Cuando se diseñan puzzles de este tipo es
importante considerar el modo en el que se van a fabricar. La
técnica precedente incluye diseños de puzzles cuya fabricación no
es práctica, bien porque requiere tolerancias no realistas o
simplemente porque no existe un modo práctico para su
ensamblaje.
En otro ejemplo que no forma parte de la presente
invención, se presenta una variación del puzzle de veintiséis
segmentos mejorado para los objetivos de producción. No solo puede
ser fácilmente ensamblado, sino que contiene mecanismos que
permiten un buen funcionamiento suave usando piezas con tolerancias
realistas para su producción en masa.
Análogamente al puzzle mostrado en las Figuras 12
a 19, esta forma de realización 200, mostrada parcialmente en las
Figuras 20 a 29, comprende ocho segmentos externos 210, cada uno de
los cuales es parcialmente esférico; doce placas de unión 220; seis
partes superiores del núcleo 230; y un elemento del núcleo 240.
Al igual que antes, el puzzle forma una esfera, y
al igual que antes las capas individuales externas y centrales
pueden girar de forma separada.
Las partes superiores del núcleo 230 están
mostradas con detalle en las Figuras 21 a 23. La tapa de las partes
superiores del núcleo 233, que tiene una forma esférica externa,
tiene una superficie interna recta con dos ganchos 234. La tapa de
las partes superiores del núcleo 233 se acopla irreversiblemente
con los correspondientes clips 235 en la parte superior del núcleo
230.
Junto con un muelle 231 y un tornillo 232, la
parte superior del núcleo 230 y la tapa de la parte superior del
núcleo 233 forman juntas un ensamblaje de la parte superior del
núcleo 245, formando un elemento completo que se ajusta a los
extremos cilíndricos del núcleo 240. El propósito del muelle es
crear una ligera tensión de resorte en el interior con el objetivo
de mantener todos los elementos abrazados y asegurar una acción de
giro suave, que se consigue como sigue:
El extremo en forma de tubo 236 del elemento de
la parte superior del núcleo 230 se ajusta en el extremo cilíndrico
241 del elemento 240, el muelle 231 se inserta en el área 237, el
tornillo 232 se ajusta en el agujero 242 del núcleo 240 haciendo
que el muelle 231 se comprima, puesto que el extremo cilíndrico del
núcleo 240 es ligeramente más alto que el tubo 236 de la parte
superior del núcleo 230, el muelle 231 forzará la parte superior del
núcleo 230 hacia adentro por la diferencia en tamaño del extremo
cilíndrico y el tubo. La superficie plana 238 del tornillo es mayor
en diámetro que el tubo en la parte superior del núcleo 230, lo
cual asegurará que la parte superior del núcleo 230 no se mueva
hacia el exterior más que el espacio 239, la cubierta de la parte
superior del núcleo 233 puede ahora ser empujada en las
correspondientes cavidades 235 en la parte superior del núcleo 230
y los ganchos 234 de la cubierta de la parte superior del núcleo
233 se ajustarán en el borde de la parte superior del núcleo.
Las placas de unión 220 tienen bordes
sobresalientes 222 que tienen una forma parcialmente esférica
complementaria a la superficie interna de las partes superiores del
núcleo 230 lo que, en consecuencia, permite que los bordes
sobresalientes 222 giren bajo las partes superiores del núcleo 230
cuando se gira el puzzle.
Asimismo, el segmento externo 210 es también
parcialmente esférico en el exterior y tiene bordes sobresalientes
continuos 212 en el interior, como puede verse en las Figuras 26 A
y B, estos bordes siendo complementarios en su forma esférica tanto
con las formas inferiores de la parte superior del núcleo 230 como
con las placas de unión 220 que permiten que los bordes
sobresalientes 212 giren bajo cualquiera de ellas. El saliente 212
de los bordes de los segmentos externos 210 no alcanza los de la
placa de unión 220 cuando el puzzle está ensamblado, y el saliente
de la placa de acoplamiento 220 así como de los segmentos externos
210 no alcanza el exterior del tubo en la parte superior del núcleo
240, lo que permite que todas las partes giren libremente.
Para el ensamblaje, como se muestra
secuencialmente en las Figuras 28a-28g, cinco
partes superiores del núcleo 230 pueden ser ajustadas contra los
extremos del núcleo 240, los muelles 231 insertados y los tornillos
232 insertados y apretados, comprimiendo el muelle y forzando la
tapa del núcleo 230 contra el núcleo 240.
Cuatro placas de unión 220 pueden ser colocadas
ahora en su posición, seguidas de cuatro secciones externas 210.
Otras cuatro placas de unión 220 son ajustadas en su posición.
Seguidas de otras cuatro secciones externas 210 y las cuatro placas
de unión finales 220. El ensamblaje de la parte superior final del
núcleo 235 es entonces ensamblado in situ.
Si los segmentos son separados a mano después del
ensamblaje, se moverán ligeramente en la dirección de la fuerza
pero no se desmontarán, ya que el espacio 239 entre la superficie
interna de la parte superior del núcleo 230 y el disco 238 del
tornillo 232 es muy pequeño en comparación con el tamaño de los
salientes 212, 222 de las secciones externas 210 y las placas de
unión 220.
La figura 29a muestra el puzzle ensamblado, (dos
segmentos externos y dos placas de unión se han eliminado por
motivos de claridad), las figuras 29b y 29c muestran el caso en el
que la capa superior es girada 45° y posteriormente 90° en relación
con las capas inferiores y centrales. Todas las capas se mueven
como en la forma de realización anterior. No obstante, debido al
uso de un muelle 231 para polarizar la parte superior del núcleo
230, permitiendo al mismo tiempo cierta libertad de movimiento, el
puzzle se mantendrá fluido y fácil de usar, a pesar de pequeñas
imperfecciones en el proceso de producción. Como resultado, tendrá
también una mayor expectativa de duración.
Una forma de realización de la presente invención
proporciona otro método relacionado para permitir que las secciones
de la superficie de una esfera u otro objeto 3D se muevan unas con
respecto a otras, para su uso como un puzzle o en las aplicaciones
de ingeniería anteriormente descritas.
Externamente, este puzzle se parece al de la
figura 1 y las ocho piezas externas pueden moverse unas con
respecto a las otras de la misma manera. No obstante, el mecanismo
interno que lo permite es diferente y se muestra en las figuras 30
a 39.
Este puzzle 300 comprende un segmento externo
primario 310 y siete segmentos externos secundarios 320 que están
adaptados para ser capaces de moverse de una forma prescrita
alrededor de un núcleo central formado por dos piezas separadas,
330 y 340. En esta forma de realización, en lugar de usar piezas de
unión, los segmentos externos secundarios en movimiento 320
cooperan de modo deslizable con los salientes fijados al núcleo
central.
El segmento externo primario 310 es una cubierta
parcialmente esférica con tres partes elevadas 311 en el interior,
como puede verse en la figura 31. Estas partes elevadas 311 son
complementarias en tamaño y forma con las cavidades 331 en el
elemento del núcleo 330, mostrado en la figura 33b, al que pueden
unirse, p. ej. mediante soldadura por ultrasonido.
Los elementos externos secundarios 320 son todos
idénticos a excepción de la aplicación del modelo de su superficie,
cada uno tiene una forma parcialmente esférica, ahuecada hacia el
centro, y tiene canales 321 en tres lados dejando una pieza de
unión triangular 322 en el centro que mantendrá unidas la cubierta
externa 323 y la cubierta interna 324, como puede verse en las
Figuras 32a y 32b.
Las cubiertas internas 324 son de menor tamaño
que las cubiertas externas 323 aproximadamente del tamaño (radio +
tolerancia pequeña) de los soportes cilíndricos 336, 346 en las
mitades del núcleo 330, 340. Esto permite que las cubiertas
internas 324 atraviesen estos soportes y que puedan girar
libremente. Las cubiertas externas 323 son idénticas en forma y
tamaño al segmento externo primario 310.
En esta forma de realización, el núcleo comprende
dos elementos hemisféricos 330 y 340.
La parte del núcleo 330, mostrada en la figura
33, está basada alrededor de un cuerpo hemisférico hueco 331, que
tiene una tapa del núcleo 332 que se parece a un cuadrado recortado
de la superficie de una esfera. La tapa del núcleo 332 tiene un
vástago cilíndrico 336 para su unión al cuerpo 331 y una cavidad
331 en su esquina superior noreste para su unión a una parte
elevada 311 del segmento externo primario 310.
Otras tapas del núcleo 333 y 334 tienen además
cavidades para su unión con el segmento externo primario 310.
Mientras que las tapas del núcleo 335 (de las cuales hay dos) no.
Las tapas del núcleo 333, 334 y 335 tienen también adaptadores
macho 337 que se acoplan con los correspondientes adaptadores
hembra 347 del segundo segmento de núcleo 340. Un reborde 338 se
acopla con una hendidura correspondiente 348 en la segunda parte de
núcleo 340.
Las tapas del núcleo 333, 334 y 335 están unidas
al cuerpo del núcleo por elementos semicilíndricos 339 que se unen
a los elementos correspondientes 349 en la segunda parte de núcleo
340.
La segunda parte del núcleo 340, mostrada en la
figura 34, se corresponde con la primera parte del núcleo 330,
salvo porque el segmento externo primario 310 no se une a esta
parte y por tanto no son necesarias las cavidades para esta
unión.
Una vez se ha unido el segmento externo 310 a la
primera parte del núcleo 330, tres segmentos externos secundarios
320 pueden ajustarse fácilmente como se muestra en la figura 35,
deslizándose a su posición mediante sus canales 321. Las cubiertas
externas 323 pueden fácilmente deslizarse sobre las tapas
superiores del núcleo 332-335, mientras que las
cubiertas internas 324 se deslizarán fácilmente por debajo de las
tapas del núcleo.
Puesto que la distancia entre dos puntos extremos
cualquiera en las cubiertas internas 324 es menor que la distancia
entre dos soportes cualquier de las tapas del núcleo doble 336,
339, 346, 349, éstas pueden atravesar estos soportes y deslizarse
en sus posiciones designadas como puede verse en la figura 35d,
completando un hemisferio completo.
Una segunda mitad hemisférica puede ser
ensamblada de forma correspondiente en la parte del núcleo 340. Las
dos mitades de la bola son entonces unidas mediante un clip, como
puede verse en la figura 36, proporcionando una esfera con ocho
segmentos sin un centro visible. Las tapas del núcleo actúan
manteniendo los segmentos externos 320 en contacto con el puzzle.
La provisión de un segmento externo primario fijo permite mantener
parte del puzzle en posición mientras que grupos de cuatro segmentos
se mueven unos con respecto a los otros. Las figuras 37a, 37b, 38a,
38b, 39a, 39b ilustran adicionalmente cómo las partes interactúan
entre sí, siendo libres para moverse de la misma manera que en la
primera forma de realización, pero también estando mantenidas de
modo que no se desplacen.
Las posibilidades de este mecanismo para girar
los segmentos externos unos con respecto a los otros son las mismas
que en la primera forma de realización. La teoría y el mecanismo
del puzzle puede aplicarse con otras formas; por ejemplo, los ocho
segmentos externos podrían tener forma de ocho partes de cubo,
dando al puzzle una apariencia global cúbica.
Este puzzle puede desarrollarse más para
proporcionar un puzzle con treinta y dos segmentos, como se ilustra
en las Figuras 40 a 46.
Este puzzle 400 tiene en su corazón un elemento
externo primario 410 y siete elementos externos secundarios 420.
Éstos son análogos a las partes equivalentes de la forma de
realización anterior y están interrelacionados de la misma manera
entre sí y con las dos partes hemisféricas del núcleo.
No obstante, cada elemento externo 410, 420 sólo
tiene visible una parte pequeña de su superficie externa 411,
421.
No obstante, cada elemento externo 410, 420 tiene
una cara externa parcialmente cúbica y raíles 412, 422 que se
corresponden con hendiduras 451 en veinticuatro elementos extremos
450, que se acoplan de modo deslizable a los raíles.
La figura 45 muestra cómo el puzzle puede ser
ensamblado de nuevo en dos mitades separadas que son posteriormente
unidas mediante clip.
Cuando son ensambladas forman una esfera en la
que dieciséis segmentos girarán contra otros dieciséis segmentos de
la manera siguiente:
Dieciséis de la parte superior contra dieciséis
de la parte inferior y viceversa;
Dieciséis de la parte derecha contra dieciséis de
la izquierda y viceversa: y
Dieciséis de la parte anterior contra dieciséis
de la parte posterior y viceversa.
Cuando se giran los dieciséis segmentos de la
forma descrita, los segmentos externos intercambiarán los puestos y
las posiciones entre sí, al igual que los segmentos extremos.
Además, grupos individuales de cuatro segmentos extremos 420 pueden
girar independientemente alrededor de los ejes del puzzle. Esto
produce un puzzle con un enorme número de combinaciones.
Será evidente para los expertos en la técnica que
este puzzle de treinta y dos piezas descrito en las Figuras 40 a 46
podría igualmente estar compuesto por el movimiento de los ocho
segmentos externos usando el mecanismo de la primera forma de
realización mostrada en las Figuras 1 a 11.
Las figuras 47 a 55 muestran el mejor modo en la
actualidad para la fabricación del puzzle básico de ocho segmentos.
Este puzzle es una forma mejorada del puzzle de ocho segmentos
mostrado en las Figuras 30 a 39, el cual es más adecuado para la
fabricación y resulta más fácil de usar.
El segmento externo primario 510 es análogo al
segmento externo primario 310 anterior. No obstante, ahora
comprende una cubierta primaria externa 511 mostrada en las Figuras
47a a 47c y una cubierta primaria interna 512 mostrada en la figura
48a a 48c. Se usan unas cavidades poco profundas 513 para unir el
segmento a las partes superiores del núcleo 540, 541 del núcleo
530. También hay un cilindro 514 que se acopla con un tornillo 531
que se enrosca en un agujero 515 con el propósito de fijar el
segmento externo primario 310 al núcleo 530, como se muestra en la
figura 53. La cubierta primaria interna 512 tiene tres cavidades
516 que se acoplan en el lado inferior de las partes superiores del
núcleo 540, 541. Por consiguiente, el segmento externo combinado
510 encierra a modo de sándwich las partes superiores del núcleo 540
ó 541 entre las cubiertas primarias internas y externas. Como en el
diseño de las figuras 30 a 39, este segmento externo primario 510
está fijo en relación con el núcleo. El beneficio de este enfoque
para la fijación del segmento externo en posición es que es más
fácil de producir y más fiable que el uso de p. ej. soldadura por
ultrasonido.
El segmento externo secundario 520 es análogo al
segmento externo secundario 320 anterior; aunque modificado como se
muestra en las Figuras 49a a 49c y 50a a 50c. Comprende una
cubierta secundaria externa 521 y una cubierta secundaria interna
522.
La cubierta secundaria externa 521 tiene una
formación macho triangular 523 que define unas hendiduras 524
intermedias. La cubierta secundaria interna 522 tiene cavidades
poco profundas 525 y raíles 526 que definen una formación hembra
triangular 527 intermedia. En el centro hay un tubo 528. Las
figuras 54a y 54b son secciones transversales de las cubiertas
secundarias externas y internas cuando se encuentran
ensambladas.
La formación macho triangular 523 coopera con la
formación hembra triangular 527, con las hendiduras 524 cooperando
con los raíles 526. Esto evita la rotación de las cubiertas
secundarias internas y externas unas respecto a otras. No obstante,
se mantienen unidas por un muelle de compresión 529 que se ajusta
alrededor del tubo 528a. Éste se mantiene en su posición y es
comprimido por el disco de un tornillo 550 que es atornillado en el
cilindro 528b. Este muelle 529 actúa polarizando los tornillos
secundarios internos y externos en contacto entre sí sin dejar un
espacio, como en la figura 54a. Esto hace que la distancia entre
los puntos 552 (superficie interna de la cubierta secundaria
externa) y 553 (superficie externa de la cubierta secundaria
interna), como se muestra en la figura 54a, sea ligeramente más
corta que la distancia entre 554 (superficie externa de la parte
superior del núcleo 540 ó 541) y 555 (superficie interna de la
parte superior del núcleo 540 ó 541).
En consecuencia, se requiere muy poca fuerza para
separar las cubiertas secundarias internas y externas, contra la
fuerza de polarización del muelle 529, con el objetivo de girar los
segmentos unos con respecto a los otros. La separación de las
cubiertas secundarias internas y externas es más fácil gracias a
los bordes no verticales de la formación macho triangular 523 y de
los raíles 526. La fuerza de polarización del muelle 529 continuará
empujando las cubiertas secundarias internas y externas unas hacia
otras, mientras que éstas son separadas durante la rotación,
asegurando una rotación suave de todos los elementos del puzzle y
también adaptando cualquier pequeña distorsión en la forma de las
distintas piezas.
Las cavidades poco profundas 525 combinadas con
la tensión en el muelle 592 se combinan para producir un clic
audible y táctil cada 90° de rotación de los segmentos,
independientemente del plano o la dirección de la rotación, debido
a que las cubiertas secundarias internas y externas vuelven a
situarse en contacto entre sí.
El ensamblaje del núcleo 530 se muestra en las
Figuras 51a, 51b, 52a y 52b. El núcleo comprende primeras y
segundas parte 532 y 533, requiriéndose dos en cada parte. La parte
en forma transversal 532 tiene dos lenguas 534 y dos hendiduras
correspondientes 535. Al oponer dos partes en forma transversal una
frente a la otra, orientadas con 90° entre sí, las lenguas 534 y
las hendiduras 535 pueden acoplarse entre sí formando una pieza
única mantenida adicionalmente por ganchos 536 que se agarran
alrededor de los brazos de la otra parte en forma transversal
532.
El núcleo es completado por la adición de dos de
la segunda parte del núcleo 533. Éste es atornillado en posición
con un tornillo 537 que atraviesa el agujero 538 y que es guiado
por un cuadrado sobresaliente 539 que se acopla a un hueco
correspondiente en la parte del núcleo 533.
Puede verse que las partes superiores del núcleo
540 son la superficie de la parte superior de la segunda parte del
núcleo 533 y las partes superiores del núcleo 541 están formadas en
dos mitades del acoplamiento de las partes del núcleo 532.
La figura 53 muestra un segmento externo primario
510 que está ajustado en su posición con un tornillo 531. Tres
segmentos externos secundarios 520 pueden entonces ser fácilmente
ajustados en su posición. Una segunda mitad del núcleo está
ensamblada con cuatro segmentos externos secundarios y las dos
mitades son entonces ajustadas de modo irreversible, formando el
puzzle.
Claims (11)
1. Objeto tridimensional (300, 400) que comprende
un núcleo (530) que tiene una pluralidad de partes superiores del
núcleo (332-335, 540, 541), y una pluralidad de
segmentos externos (310, 320, 410, 420, 510, 520), donde los
segmentos externos tienen formaciones dispuestas sobre los mismos
para cooperar de modo deslizable con las formaciones
correspondientes en el núcleo, por las que los segmentos externos
pueden moverse unos con respecto a otros, de tal manera que permiten
que grupos individuales de segmentos externos se intercambien entre
sí, y los segmentos externos comprenden una cubierta interna (329,
522) y una cubierta externa (323, 521) conectadas por una pieza de
unión (322, 528), caracterizado por el hecho de que:
la cubierta interna (324, 522) y la cubierta
externa (323,521) están adaptadas a bordes de sándwich de las
partes superiores del núcleo (332-335, 540, 541)
intermedias.
2. Objeto tridimensional según la reivindicación
1 donde las cubiertas internas y externas están unidas de modo
separable y son empujadas para unirse por un medio de polarización
(529).
3. Objeto tridimensional según la reivindicación
1 o la reivindicación 2 donde la distancia entre las cubiertas
internas y externas, cuando están juntas, es inferior al grosor de
un borde de una parte superior del núcleo.
4. Objeto tridimensional según la reivindicación
2 o la reivindicación 3 donde un segmento externo (522) tiene una
cavidad (525) adaptada de manera que cuando los segmentos externos
se mueven a una posición inicial, el medio de polarización (529)
empuja las cubiertas internas y externas para que cooperen con la
parte superior del núcleo y, de este modo, produzcan un clic
audible y/o táctil.
5. Objeto tridimensional según la reivindicación
2 o la reivindicación 3 donde una parte superior del núcleo tiene
una cavidad adaptada de manera que cuando los segmentos externos se
mueven a una posición inicial, el medio de polarización (529)
empuja las cubiertas internas y externas para que cooperen con la
cavidad y, de este modo, produzcan un clic audible y/o táctil.
6. Objeto tridimensional según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que está previsto un segmento
externo adicional (310, 410, 510), este segmento externo adicional
se mantiene en una relación fija respecto al núcleo.
7. Objeto tridimensional según la reivindicación
6 en el que hay siete segmentos externos (320, 420, 520), y un
segmento externo adicional (310, 410, 510).
8. Objeto tridimensional según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el núcleo está formado por
dos partes de núcleo separadas (330, 340) que tienen medios de
unión correspondientes.
9. Objeto tridimensional según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los segmentos externos
(410, 420) están configurados para que cada uno reciba tres
segmentos extremos (450) que tienen parte de la superficie del
objeto sobre los mismos, los segmentos externos estando adaptados
para cooperar con los segmentos externos adyacentes, formando de
ese modo una vía circular alrededor de la cual pueden moverse los
segmentos extremos.
10. Puzzle que comprende el objeto tridimensional
según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde las
partes de la superficie del objeto tienen modelos o formas sobre
las mismas.
11. Máquina para orientar de modo controlado una
pluralidad de dispositivos, la máquina comprendiendo el aparato
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde los
dispositivos están colocados en partes de la superficie del objeto
y además están previstos medios para empujar de modo controlado los
segmentos individuales para su movimiento unos con respecto a
otros.
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