平面几何定位作图和动态演示工具
技术领域
本发明涉及一种平面几何定位作图和动态演示的工具。本发明利用精巧的连接设计，有机结合了直尺、圆规以及量角器的功能，能完成复杂平面图形的作图以及图形变化过程的动态演示。
背景技术
目前市面上关于几何图形作图及动态演示的工具功能都比较单一，但并不能解决在现实生活中，特别是教师、学生以及制图人员，都希望用一个多功能的作图和几何变换动态演示的工具来代替多工具的需求矛盾。而在已有的相关专利检索中发现，功能全面的专利大都采用旋转中心在直尺中间的设计思路，不能同时满足角和线段长度的测量，也制约了相关产品的实际应用；有个别专利设计尝试克服上述缺点，但设计的产品各部件连接生硬，不能方便地在定位和移动中灵活转换。
发明内容
以数学老师为例：教师数学上课，要带直尺、圆规、三角板、圆规等，但若要做图和演示，特别是涉及到多种教学器材的综合使用时，就可能会手慌脚乱，比如初中老师讲解平行四边形的相关知识时要做的动态演示。本发明结构紧凑，将四条尺子分工，再用滑动、旋转都可控的、可测角的装置连接起来，构成一个可拆卸的四边形。本工具可做到平移长度可控、旋转角度可控，可轻松完成精确作图和动态演示任务。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将四根直尺中的两根设计成带有刻度、上窄下宽中间收腰凹陷的滑动导轨，另两根设计成带刻度的附尺，另设计一个带指针中空的固定连接头，和四个滑动卡座；两根导轨的一端都有凸出的中心旋转孔以安装固定连接头，且使旋转的中心，导轨二的方向指针和两导轨主刻度尺边沿在同一条直线上；收腰部分都有周期确定的波形凹凸纹路，四个滑动卡座下方装置的内部凹凸状况与导轨契合，并能够通过特制的螺纹定位卡子调节摩擦力，以便在导轨上定值滑动；导轨一中心旋转孔一端舍去部分腰部和上部，舍去长度以能设置一半圆量角装置的二分之一为标准，以便刻上量角刻度线，量角器圆心与中心旋转孔中心重合，另二分之一量角器连接于导轨底部之下方；导轨二中心旋转孔一端舍去导轨下部，舍去长度能确保两根导轨能够旋转到同一直线上为准；滑动卡座上带有测角刻度；上部分带有刻度识别指针，识别刻度尺刻度；上下部分都通过螺纹定位卡子确定刻度读数，上下部分通过带有内圈有螺纹和法兰的轴承以及中空螺丝相连接，以确保两者所需刻度在同一点上。通过独特的连接装置设计，本发明能够确保中心旋转孔中心、主刻度尺边沿、滑动卡座的连接孔，中空连接螺丝的中心，刻度指针的正投影都在同一直线上，以做到在作图和演示中精确定位；借助于分层的设计手段，本工具易展开和收纳。
进一步地，所述两根滑动导轨，一端都有凸出的中心旋转孔，带有刻度、上窄下宽中间收腰凹陷，两导轨尾部设有圆规旋转定位及书写工具，能够接上合适尺寸的套筒；两导轨的中心旋转孔中心在导轨的一边沿所在的直线上，导轨二的中心旋转孔有一定位卡槽，确保固定连接头和导轨二相对位置不变；导轨一的中心旋转孔孔内部安装有轴承，两中心旋转孔的厚度各占导轨下部厚度的一半并错位；导轨的两边沿以及上部都刻有测量长度的刻度，但刻度的最小度量单位能够实际需求而定，两导轨中心旋转孔所在边沿的主刻度尺要以中心旋转孔的中心为0刻度，以便做到测角和侧长度同时进行；导轨一中心旋转孔一端舍去导轨上部和腰部，以使导轨下部平面能够刻上二分之一量角器的刻度线，同时将量角器的另二分之一部分连接在统一导轨底部之下方，使二者形成一个统一的，但能够不在同一平面的半圆量角器，量角器的测量中心与中心旋转孔中心重合；量角器特别标注出15度、22.5度、30度、36度、45度、60度、72度、90 度、108度、120度、150度的刻度线；导轨二中心旋转孔一端舍去截面下部分，舍去长度能确保两根导轨能够旋转到同一直线上为准；两导轨中间凹陷收腰部位都有定周期的波形凹凸纹路，其凹凸周期与主刻度尺最小度量单位对应契合，方便滑动卡座定位。
进一步地，所述固定连接头中空，能够观察已有线条的端点；中空的固定连接头的尺寸与中心旋转孔尺寸契合；中空的固定连接头底部有法兰，有一凸出的定位点与导轨二的中心旋转孔之定位卡槽契合；中空的固定连接头上方有一缺口，与导轨二方向指针的定位凸点契合。
进一步地，所述导轨二方向指针中间为一圆环，指针尖细，两指针一面为直线状，所在直线经过圆环圆心。
进一步地，所述两带刻度附尺中间凸出，起识别作用；两带刻度附尺以凸出的中间位置为0刻度向两边增加刻度读数，方便任意长度通过求和取得。
进一步地，所述滑动卡座分上下两部分，由轴承和空心螺丝连接；滑动卡座下部分的内部空心凹凸状况与导轨的外形契合，方便卡座在导轨上以直线方向自由滑动；滑动卡座下部分一侧有内部呈凸状的螺纹孔，以安装螺纹定位卡子；滑动卡座下部分有连接孔，连接孔的中心正投影在所在导轨的主刻度尺边沿所在的直线上；滑动卡座下部分上平面有以连接孔为圆心的量角刻度线，特别标注出15度、22.5度、30度、 36度、45度、60度、72度、90度、108度、120度、150度的刻度线。
进一步地，所述螺纹定位卡子由三部分构成，包括外表圆凸状活动帽、弹簧以及带头空心螺丝，本装置通过松紧螺丝，放松或压缩弹簧，将压力传输到活动帽上，以调节活动帽与导轨上波纹凹凸纹路之间的摩擦力，做到相对定位。
进一步地，所述连接孔里固定有轴承，其内圈有螺纹和法兰，以确保能够和滑动卡座上部分螺丝有效连接，同时减少摩擦力；滑动卡座上部分螺丝带有螺母，能够调节附尺旋转时的摩擦力大小；法兰也能够帮助旋入滑动定位卡座上半部分的空心螺丝；滑动卡座上部分有带刻度指针的卡位件，能够约束刻度附尺边沿的位置；刻度指针针尖的正投影在滑动卡座下方连接孔的中心位置；滑动卡座上部分上侧有内部呈凸状的螺纹孔，以安装螺纹定位卡子；有刻度值观测孔以观察刻度值。
本发明的有益效果是：利用本发明能够轻松画出并演示义务教育阶段所涉及平面几何图形如：数轴、平面直角坐标系、平行线、相交线、中垂线、角平分线、三角形、四边形、圆以及带有特殊角的其他特殊图形，能够做到以一代多。如再将合适尺寸的直尺插在前面所述固定连接头上，还能够建立起三维坐标系。
若本发明用于义务教育学段的教学演示，基于义务教育段数学学习情况，参考常用勾股数，建议导轨的主刻度尺长度不超过55厘米，附尺的总长度不超过30厘米。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为成品示意图。
图2为导轨二示意图。
图3为导轨一示意图。
图4、5为中空固定连接头主视图和俯视图。
图6为导轨二方向指针示意图。
图7为带刻度附尺示意图。
图8、9、10为滑动卡座下部分三视图。
图11为内圈带法兰的轴承示意图。
图12为螺纹定位卡子示意图。
图13、14为滑动卡座上部分主视图和俯视图。
图中①导轨二、②导轨一、③中心旋转孔、④量角器、⑤带波型纹路的导轨腰部、⑥导轨上部、⑦导轨下部、⑧圆规书写及定位接头、⑨中空固定连接头、⑩固定连接头定位凸点、
具体实施方式
将⑨中空固定连接头中⑩固定连接头定位凸点与①导轨二的③中心旋转孔里的定位卡槽对齐后卡入，再导入②导轨一的中心旋转孔，然后将
将
将
也可将固定连接头拆卸后，使两导轨分开，装置变成一个四边能够任意变换位置的工具。
使用完毕，旋转导轨，使其夹角为0度，同时滑动
以下举部分实施例：
实施例一：将两导轨旋转成180度，便成为数轴，滑动卡座能够作为定点和动点。
实施例二：将两附尺移动，观察附尺与导轨的夹角，能够演示“三线八角”。
实施例三：固定附尺，由于三角形的稳固性，即固定了两导轨的角度，导轨能够当圆规使用。
实施例四：固定一附尺与导轨的角度为直角，能够验证勾股数，也能够演示三角函数的增减性。
实施例五：分开导轨，能够演示一般四边形到平行四边形到特殊平行四边形的动态变化，也能够演示四边形内角和。
实施例六：两导轨成九十度，将滑动卡座所在刻度值为横纵坐标值，能够演示平面直角坐标系。
实施例七：将导轨和附尺的角度固定在108度，能够作正五边形；同理，能够作正六边形和五角星等几何图形。
实施例八：借助黑板上一条直线，将导轨和附尺的夹角固定在90度，能够演示角平分线的性质。
实施例九：将两附尺移动，通过角度变化使之平行，能够演示相似三角形的对应边的关系。
实施例十：通过控制导轨与附尺之间的角度以及它们的长度，能够演示任意三角形的全等关系。
实施例十一：控制导轨与附尺之间的角度，能够演示“平行线、角平分线、等腰三角形”等几何基本图形。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
