CN109572286A - 一种数学画图器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数学画图器，涉及数学画图工具技术领域。它包括定位装置和画图装置；所述的定位装置包括水平的安装板；安装板的前后两端均垂直固定安装有支撑板；所述的画图装置包括中心柱；每个导向通道内均前后滑动安装有齿条；套管内上下滑动安装有画线笔；导向管内上下滑动安装有定点笔；定点笔和两个画线笔在同一直线上；中心柱的下部安装有调距电机；安装板上端前侧安装有驱动电机；保护壳的上端面沿环形均匀设置有角度线；安装板的上端前部安装有控制面板和显示器。本发明的有益效果是：画图时无圆心针孔，可辅助多种图形的绘制，可实现利用直线上两点测量直线角度。

Description

一种数学画图器

技术领域

本发明涉及数学画图工具技术领域。

背景技术

在数学学科中，教学或学***面几何图形的绘制，传统的三角尺、圆规等绘图工具较为单一，且常用的圆规在绘图时，需要利用针脚确定圆心，而定位并不稳定，在纸张上绘图时，针脚直接刺破形成针孔，且会越来越大，造成误差，同时影响下方纸张的使用。类似椭圆的图形，一般的画图工具无法很好的满足绘图需求。在数学图形中，角度的测量一般需要基准线、夹角顶点、被测直线，定位夹角顶点易出现误差，尤其是上述所说的圆点被针孔扎的越来越大时，给测量带来不便，量角器在使用平移过程中易弄脏纸张。一般的设计中利用处理器进行绘图，虽然可绘制多种图案，但使用不方便，无法用来测量，中心定位不方便，单线绘图较慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供一种数学画图器。画图时无圆心针孔，可辅助多种图形的绘制，可实现利用直线上两点测量直线角度。

本发明采用的技术方案是：提供一种数学画图器，包括定位装置和画图装置；

所述的定位装置包括水平的安装板；安装板的前后两端均垂直固定安装有支撑板；每个支撑板下端均滑动安装有压纸板；压纸板上端开有导向槽；导向槽内底端固定有复位橡胶；支撑板下部与导向槽滑动连接，支撑板下端与复位橡胶接触；安装板中部开有安装孔；

所述的画图装置包括中心柱；安装孔内通过轴承转动安装中心柱；

中心柱的下端固定有安装箱；安装箱在安装板下方；安装箱的左右两部均前后贯穿设置有导向通道；每个导向通道内均前后滑动安装有齿条；左侧的齿条的后端和右侧的齿条的前端分别固定安装有竖直的套管；套管内上部固定有弹性橡胶；套管内上下滑动安装有画线笔；安装箱的底端中部垂直固定有导向管，导向管与中心柱同轴；导向管内顶部安装有弹力开关；导向管内上下滑动安装有定点笔；定点笔上端与弹力开关接触；定点笔和两个画线笔在同一直线上；

中心柱的下部安装有调距电机；调距电机的输出端向下延伸至安装箱内，且调距电机的输出端下端安装有调距齿轮；调距齿轮与左右两侧的齿条啮合连接；中心柱上部开有电池槽；电池槽内安装有蓄电池；中心柱的上部外侧套接有转动齿轮；安装板上端前侧安装有驱动电机；驱动电机的输出端安装有驱动齿轮；驱动齿轮与转动齿轮啮合连接；中心柱上部外侧固定套接有环形的保护壳，驱动电机和驱动齿轮均在保护壳内；保护壳的上端面沿环形均匀设置有角度线；中心柱的侧面设置有竖直方向的指示标；

安装板的上端前部安装有控制面板和显示器；控制面板上设置有多个控制按钮；控制面板内设置有处理器；控制按钮与处理器电连接；弹力开关与处理器电连接；处理器的控制端分别与调距电机和驱动电机二者的控制电路电连接；处理器的信号输出端与显示器电连接。

进一步优化本技术方案，一种数学画图器的压纸板前端面沿长度方向均匀设置有刻度线。

进一步优化本技术方案，一种数学画图器的控制按钮包括但不限于直径调节模块和椭圆输入模块。

进一步优化本技术方案，一种数学画图器的安装板、压纸板和支撑板都为透明塑料材质。

进一步优化本技术方案，一种数学画图器的处理器连接有蓝牙模块。

本发明有益效果在于：

1、定位装置和画图装置二者配合使用，画图时无圆心针孔，可辅助画圆、椭圆、平行线、三角形等形状，可实现利用直线上两点测量直线角度；

画图装置中，安装箱上安装齿轮齿条结构，利用调距齿条可调节两个画线笔之间的直线距离，即为圆的直径，定点笔在两个画线笔的中点，画图时可点出圆心的位置，无需传统圆规的针脚，且定点笔可触发弹力开关，使画图操作更快捷方便，弹力开关为开始画图的触发开关；

调距电机用于控制调节两个画线笔的间距，驱动电机用于实现角度转动，带动画线笔绕轴转动进行画圆等画图动作。通过处理器控制，调距电机和驱动电机同时配合工作，可实现画椭圆等；两个画线笔即为一条直线上的两个点，两个画线笔形成的直线倾斜角度可在保护壳上的角度线读取，借助压线板为基准线，即可测量出对应直线的角度，无需确定圆点，更方便准确；

2、压线板前端面的刻度线即为长度测量尺，可进行直线长度测量，或观察测算画线笔的平移距离，用于画平行线等；

3、画圆或画椭圆时，需要进行基础数据的确认输入，可通过控制面板实现，控制面板上的控制按钮为设置端，处理器为数据处理控制模块，弹力开关为启动画图的触发开关，调距电机和驱动电机为响应端，显示器进行数据显示；

4、蓝牙模块的设置可方便与手机建立连接和控制，数据输入更加方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的左侧视角结构示意图；

图3为本发明的拆分结构示意图；

图4为本发明的画图装置分解结构示意图；

图5为本发明的画图装置部分结构分解示意图；

图6为本发明的逻辑电路框图；

图中，1、安装板；2、支撑板；3、压纸板；4、导向槽；5、复位橡胶；6、安装孔；7、中心柱；8、安装箱；9、导向通道；10、齿条；11、套管；12、弹性橡胶；13、画线笔；14、导向管；15、弹力开关；16、定点笔；17、调距电机；18、调距齿轮；19、电池槽；20、蓄电池；21、转动齿轮；22、驱动电机；23、驱动齿轮；24、保护壳；25、角度线；26、指示标；27、控制面板；28、显示器；29、控制按钮；30、刻度线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-6所示，一种数学画图器，包括定位装置和画图装置；

所述的定位装置包括水平的安装板1；安装板1的前后两端均垂直固定安装有支撑板2；每个支撑板2下端均滑动安装有压纸板3；压纸板3上端开有导向槽4；导向槽4内底端固定有复位橡胶5；支撑板2下部与导向槽4滑动连接，支撑板2下端与复位橡胶5接触；安装板1中部开有安装孔6；所述的画图装置包括中心柱7；安装孔6内通过轴承转动安装中心柱7；中心柱7的下端固定有安装箱8；安装箱8在安装板1下方；安装箱8的左右两部均前后贯穿设置有导向通道9；每个导向通道9内均前后滑动安装有齿条10；左侧的齿条10的后端和右侧的齿条10的前端分别固定安装有竖直的套管11；套管11内上部固定有弹性橡胶12；套管11内上下滑动安装有画线笔13；安装箱8的底端中部垂直固定有导向管14，导向管14与中心柱7同轴；导向管14内顶部安装有弹力开关15；导向管14内上下滑动安装有定点笔16；定点笔16上端与弹力开关15接触；定点笔16和两个画线笔13在同一直线上；中心柱7的下部安装有调距电机17；调距电机17的输出端向下延伸至安装箱8内，且调距电机17的输出端下端安装有调距齿轮18；调距齿轮18与左右两侧的齿条10啮合连接；中心柱7上部开有电池槽19；电池槽19内安装有蓄电池20；中心柱7的上部外侧套接有转动齿轮21；安装板1上端前侧安装有驱动电机22；驱动电机22的输出端安装有驱动齿轮23；驱动齿轮23与转动齿轮21啮合连接；中心柱7上部外侧固定套接有环形的保护壳24，驱动电机22和驱动齿轮23均在保护壳24内；保护壳24的上端面沿环形均匀设置有角度线25；中心柱7的侧面设置有竖直方向的指示标26；安装板1的上端前部安装有控制面板27和显示器28；控制面板27上设置有多个控制按钮29；控制面板27内设置有处理器；控制按钮29与处理器电连接；弹力开关15与处理器电连接；处理器的控制端分别与调距电机17和驱动电机22二者的控制电路电连接；处理器的信号输出端与显示器28电连接；压纸板3前端面沿长度方向均匀设置有刻度线30；控制按钮29包括但不限于直径调节模块和椭圆输入模块；安装板1、压纸板3和支撑板2都为透明塑料材质；处理器连接有蓝牙模块。

本发明的中心柱7中设置电池槽19，自带蓄电池20为整个电路供电，使用方便，本发明可根据不同使用场景适用不同大小产品型号进行使用。本发明中的调距电机17和驱动电机22均需线性控制，可采用伺服电机，以便于数据控制和数据反馈，精确调节控制直径、转动角度等。本发明在画图时类似于盖章的动作，定点笔16的笔尖低于画线笔13笔尖，轻放在纸上时并未进行画图，此时压纸板3压住纸张，可更好的定位平整画图区域，但复位橡胶5依靠自身的弹性对支撑板2起到向上支撑作用，使定点笔16与纸接触，而画线笔13均未与纸接触，此设置便于使用过程中的调节，当下压安装板1时，则支撑板2下压复位橡胶5，画线笔13下降与纸接触，同时定点笔16上端按压弹力开关15，弹力开关15受压通电，处理器控制开启画图，画线笔13转动进行画图，当松开下压力时，弹力开关15弹起断电，停止画图。

本发明在画圆时，利用控制面板27控制调距电机17转动，调控两个画线笔13的直线距离，即设定圆的直径，放置在画图区域，使定点笔16压在圆心上(若未定圆心，则定点笔16下压位置即画出圆心，但区别于传统圆规的扎孔)，下压，定点笔16触发弹力开关15，处理器控制驱动电机22转动，画线笔13根据设置开始绕定点笔16画圆，完成画圆后抬起装置即可。若需要画同心圆，则松开压力，当不要抬起，在复位橡胶5的弹力支撑下，安装板1上升，定点笔16仍在圆心位置，重新设定直径数据，调节完成后，再次下压，触发弹力开关15，进行画圆即可。

在画椭圆时，利用控制面板27设置椭圆的长轴数据和短轴数据即可，根据椭圆的参数方程公式，x＝acosθ，y＝bsinθ，a为长轴长的一半，b为短轴长的一半，设定a和b的数值即可，且两个画线笔13之间的初始距离可作为2a或2b其中的一个数值，即调距电机17电机进行初始调控，因此再输入另一个数值即可。椭圆上的点均可由到圆点的距离和夹角定义，因此，驱动电机22控制转动角度即为夹角(提示：此夹角的转动调节控制即可用于直线的倾斜角度测量)，调距电机17控制距离即为椭圆上的点到圆点的距离，二者配合即可画出椭圆。设定完成后，定点笔16对准圆心，下压开启弹力开关15，在处理控制下，驱动电机22和调距电机17配合实现画椭圆。同理，可由处理器控制画出其它数学参数图形。

在进行直线的角度测量时。将画线笔13和定点笔16所在直线看做一条实际存在的直线，则驱动电机22控制这条直线绕中点的角度转动，以压线板边线所在线为基准线，画线笔13所在直线角度可控可知，由中心柱7上的指示标26对应角度线25可读取。根据上述原理，将压线板的边线贴合所测量直线的基准线，无需找夹角顶点或圆点等，只需将定点笔16调位放置在所测直线上任意位置，转动中心柱7带动画线笔13转动，当画线笔13落在所测直线上即可，从保护壳24上的角度线25读取角度即可。

根据上述的角度原理，本发明即可辅助定点画边线有角度要求的平行线、平行四边形、三角形(进行角度定点，画线笔13所在直线为一斜边，且边长可为画线笔13间距，再连点画图)等。画平行线相关图形时，设定好画线笔13距离后，平移画图装置即可，压线板即为平移的基准，同时在压线板上设置刻度线30，通过支撑板2的边界指示，可直接测定平移的距离。

在画圆、画椭圆、测量直线角度时，也可仅安装一个画线笔13，当配合出现明显误差时，而画线笔13数量的增加易扩大闭合图形的误差，则可采用单个画线笔13，若材质工艺保证误差始终非常小，则不造成影响。在画平行线或平行四边形等图形时，可去掉定点笔16或仅安装一个画线笔13。本发明中画线笔13、定点笔16、支撑板2等所述的滑动安装，均需非常小的水平方向的配合误差。

本发明中，显示器28与处理器连接用于显示多个可控可测数据，与实际使用相对应即可，无需进行解释限定，比如显示两个画线笔13的间距等。同时控制面板27上的控制按钮29与功能所需相对应，根据功能进行相应的设置，其具体结构形式可根据需求进行选择。比如设置直径调节模块，即控制调距电机17的工作，调节两个画线笔13之间的直线间距；椭圆输入模块用于画椭圆时的参数设定，即为a或b数值的设定；常规的具体控制状态存在多种形式可采用，比如设定加减按钮、旋钮或直接数值输入等；弹力开关15开启时是画圆还是画椭圆可通过设置选择按钮区分，也可通过逻辑进行设定，比如椭圆输入模块未输入或数值与直径调节模块相同，则为画圆，否则画椭圆。控制按钮29的具体形式本发明不做细致展示，本领域技术人员可根据功能需求、操作过程以及控制习惯等进行常规选择。同时设置蓝牙模块可连接手机，并通过手机APP进行控制，则可减少控制按钮29，且可出现更多的逻辑控制。

Claims (5)

1.一种数学画图器，其特征在于：包括定位装置和画图装置；

所述的定位装置包括水平的安装板(1)；安装板(1)的前后两端均垂直固定安装有支撑板(2)；每个支撑板(2)下端均滑动安装有压纸板(3)；压纸板(3)上端开有导向槽(4)；导向槽(4)内底端固定有复位橡胶(5)；支撑板(2)下部与导向槽(4)滑动连接，支撑板(2)下端与复位橡胶(5)接触；安装板(1)中部开有安装孔(6)；

所述的画图装置包括中心柱(7)；安装孔(6)内通过轴承转动安装中心柱(7)；

中心柱(7)的下端固定有安装箱(8)；安装箱(8)在安装板(1)下方；安装箱(8)的左右两部均前后贯穿设置有导向通道(9)；每个导向通道(9)内均前后滑动安装有齿条(10)；左侧的齿条(10)的后端和右侧的齿条(10)的前端分别固定安装有竖直的套管(11)；套管(11)内上部固定有弹性橡胶(12)；套管(11)内上下滑动安装有画线笔(13)；安装箱(8)的底端中部垂直固定有导向管(14)，导向管(14)与中心柱(7)同轴；导向管(14)内顶部安装有弹力开关(15)；导向管(14)内上下滑动安装有定点笔(16)；定点笔(16)上端与弹力开关(15)接触；定点笔(16)和两个画线笔(13)在同一直线上；

中心柱(7)的下部安装有调距电机(17)；调距电机(17)的输出端向下延伸至安装箱(8)内，且调距电机(17)的输出端下端安装有调距齿轮(18)；调距齿轮(18)与左右两侧的齿条(10)啮合连接；中心柱(7)上部开有电池槽(19)；电池槽(19)内安装有蓄电池(20)；中心柱(7)的上部外侧套接有转动齿轮(21)；安装板(1)上端前侧安装有驱动电机(22)；驱动电机(22)的输出端安装有驱动齿轮(23)；驱动齿轮(23)与转动齿轮(21)啮合连接；中心柱(7)上部外侧固定套接有环形的保护壳(24)，驱动电机(22)和驱动齿轮(23)均在保护壳(24)内；保护壳(24)的上端面沿环形均匀设置有角度线(25)；中心柱(7)的侧面设置有竖直方向的指示标(26)；

安装板(1)的上端前部安装有控制面板(27)和显示器(28)；控制面板(27)上设置有多个控制按钮(29)；控制面板(27)内设置有处理器；控制按钮(29)与处理器电连接；弹力开关(15)与处理器电连接；处理器的控制端分别与调距电机(17)和驱动电机(22)二者的控制电路电连接；处理器的信号输出端与显示器(28)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种数学画图器，其特征在于：压纸板(3)前端面沿长度方向均匀设置有刻度线(30)。

3.根据权利要求1所述的一种数学画图器，其特征在于：控制按钮(29)包括但不限于直径调节模块和椭圆输入模块。

4.根据权利要求1所述的一种数学画图器，其特征在于：安装板(1)、压纸板(3)和支撑板(2)都为透明塑料材质。

5.根据权利要求1所述的一种数学画图器，其特征在于：处理器连接有蓝牙模块。