可約束型空間自由度演示機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)；包括固定支架、靜平臺及動平臺；正方體結(jié)構(gòu)的靜平臺的中心形成一球形空腔，正方體結(jié)構(gòu)的靜平臺的六個端面分別開設有一貫穿至球形空腔的十字型槽孔；動平臺包括中心球副、控制部件及動平臺骨架；中心球副可轉(zhuǎn)動的卡設于球形空腔內(nèi)，且中心球副的外表面均勻開設有六個盲孔；每個控制部件分別包括第一連接桿件、活動件、第二連接桿件及桿套；每個桿套的后端分別固定有一側(cè)翼鉸鏈，十二根動平臺骨架分別固定于相鄰的等距離的兩側(cè)翼鉸鏈之間；六個第一連接桿件的前端分別與六個盲孔相連接；本實用新型可實現(xiàn)整體機構(gòu)在六自由度上的平動或轉(zhuǎn)動，使得學生能夠更加直觀的理解機構(gòu)的自由度、約束等概念。
【專利說明】可約束型空間自由度演示機構(gòu)

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及教學教具儀器設備【技術(shù)領域】，具體地講，涉及一種用于機械原理教學中演示自由度與約束關系的可重構(gòu)教具。

【背景技術(shù)】
[0002]在理工科的教學中，尤其在機械原理的教學當中，對于機械運動等課程，一般均是老師們在課堂上通過黑板或多媒體等設備來給學生講解，因其所講解的內(nèi)容等，形象直觀性差，使得大部分學生很難理解。
[0003]藉此，直觀性的教具等教學設備，也越來越受歡迎，并在教學演示中，扮演著重要的角色。
[0004]然而，在機械原理的教學當中，關于演示自由度與約束關系的教具，尚未得到開發(fā)，而機構(gòu)的自由度、約束等概念對機構(gòu)的運動分析的學習是非常重要的，是了解現(xiàn)有機械運動性能的必要手段，也是設計新機械的重要步驟。書本中抽象晦澀的自由度、約束等概念，往往讓初學者在理解上造成一定困難，也使得在教學當中，給老師們帶來不少麻煩。
[0005]進而，針對現(xiàn)狀，開發(fā)出一款演示自由度與約束關系的教具，使得便于學生更好的理解機構(gòu)的運動，以提高學生的理解能力，以便于日后提高學生的設計能力及創(chuàng)新能力等，則是非常有必要的，其必然具有推廣意義及應用價值。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供的一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)。
[0007]本實用新型解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)，它包括:
[0008]固定支架；
[0009]靜平臺，所述靜平臺架空設置于固定支架上，且所述靜平臺為正方體結(jié)構(gòu)，正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺的中心形成有一球形空腔，正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺的六個端面的中部分別開設有一貫穿至所述球形空腔的十字型槽孔，每個所述十字型槽孔分別包括橫向開設的第一槽孔及豎向開設的第二槽孔；
[0010]動平臺，所述動平臺包括中心球副、控制部件及動平臺骨架；
[0011]所述中心球副可轉(zhuǎn)動的卡設于所述球形空腔內(nèi)，且所述中心球副的外表面均勻開設有六個盲孔，六個所述盲孔的基準位置分別與六個所述十字型槽孔的中心位置相對；
[0012]所述控制部件有六個，每個所述控制部件分別包括一第一連接桿件、一活動件、一第二連接桿件及一桿套；所述第二連接桿件的前端通過所述活動件與所述第一連接桿件的后端活動連接，以使所述第二連接桿件可活動的沿所述第一連接桿件的中心軸徑向平動；所述第二連接桿件的后端延伸至所述桿套內(nèi)并與所述桿套活動連接，以使所述第二連接桿件可活動的沿所述桿套的桿軸軸向平動及繞所述桿套的桿軸軸線轉(zhuǎn)動；
[0013]所述動平臺骨架有十二根，每個所述桿套的后端分別可拆卸式固定有一側(cè)翼鉸鏈，十二根所述動平臺骨架分別可拆卸式固定于相鄰的等距離的兩所述側(cè)翼鉸鏈之間；
[0014]六個所述第一連接桿件的前端分別穿設于六個所述十字型槽孔并通過孔軸間隙配合的方式分別與六個所述盲孔相連接，以使所述中心球副、六個控制部件及十二根動平臺骨架連接形成一體。
[0015]下面對以上技術(shù)方案做進一步闡述
[0016]優(yōu)選的，所述第一連接桿件包括一連接桿八及一 V型連接件八；所述V型連接件八的中部與所述連接桿八的后端固定連接，且所述V型連接件八的開口端背對所述連接桿八，所述V型連接件八的開口端的相對側(cè)壁對稱開設有通孔八；
[0017]所述第二連接桿件包括一連接桿8及一 V型連接件8 ；所述V型連接件8的中部與所述連接桿8的前端固定連接，且所述V型連接件8的開口端背對所述連接桿8，所述V型連接件8的開口端的相對側(cè)壁對稱開設有通孔8 ；所述連接桿8的后端延伸至所述桿套內(nèi)并與所述桿套活動連接；
[0018]所述活動件為一呈十字交叉的十字節(jié)，所述十字節(jié)包括銷軸八及銷軸8，所述銷軸八可滑動的穿設于兩所述通孔八之間，所述銷軸8可滑動的穿設于兩所述通孔8之間，以使所述V型連接件八與I型連接件8形成十字交叉結(jié)構(gòu)；
[0019]六個所述連接桿八的前端分別與六個所述盲孔相連接，以使所述十字節(jié)的銷軸八及銷軸8分別與所述十字型槽孔的第一槽孔及第二槽孔相平行。
[0020]優(yōu)選的，每個所述連接桿八的前端分別垂直固定有一限轉(zhuǎn)滑塊，以使每個所述限轉(zhuǎn)滑塊分別與相應的連接桿八呈十字交叉結(jié)構(gòu)，且每個所述限轉(zhuǎn)滑塊的軸線分別與對應位置的所述銷軸八的軸線相平行；
[0021]正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺的六個端面與所述球形空腔之間還分別開設有一以所述中心球副的球心為圓心的弧形軌跡槽，每個所述弧形軌跡槽的橫向軸線分別與對應位置的所述十字型槽孔的第一槽孔的軸線相重合；六個所述限轉(zhuǎn)滑塊分別可活動的卡設于相應位置的所述弧形軌跡槽內(nèi)。
[0022]優(yōu)選的，每個所述控制部件還包括一限制相應連接桿8沿所述桿套的中心軸軸向平動的鎖緊件，所述鎖緊件包括螺帽、轉(zhuǎn)動構(gòu)件及夾頭；所述螺帽與所述轉(zhuǎn)動構(gòu)件的一端螺紋旋接，所述轉(zhuǎn)動構(gòu)件的另一端與所述桿套的前端轉(zhuǎn)動連接，所述夾頭固定于所述轉(zhuǎn)動構(gòu)件內(nèi)，且所述連接桿8的后端穿設于所述夾頭并延伸至所述桿套內(nèi)；
[0023]當擰緊所述螺帽，以使所述夾頭將所述連接桿8夾緊時，所述連接桿8不能沿所述桿套的桿軸軸向平動。
[0024]優(yōu)選的，所述螺帽為￡8161型螺帽，所述夾頭為現(xiàn)16夾頭。
[0025]優(yōu)選的，每個所述控制部件還包括一限制相應連接桿8繞所述桿套的桿軸軸線轉(zhuǎn)動的限轉(zhuǎn)件，所述限轉(zhuǎn)件為限轉(zhuǎn)螺釘；所述連接桿8的側(cè)壁延其長度方向開設有一鍵槽，所述桿套的前端側(cè)壁開設有一螺紋孔，所述限轉(zhuǎn)螺釘螺紋旋接于所述螺紋孔；
[0026]當轉(zhuǎn)動所述連接桿8，以使所述鍵槽正對所述限轉(zhuǎn)螺釘?shù)捻敹?，并擰緊所述限轉(zhuǎn)螺釘，以使所述限轉(zhuǎn)螺釘?shù)捻敹说謮河谒鲦I槽時，所述連接桿8不能繞所述桿套的桿軸軸線轉(zhuǎn)動。
[0027]優(yōu)選的，所述固定支架、靜平臺及動平臺均為鋁合金材質(zhì)。
[0028]優(yōu)選的，每個所述連接桿八的前端還分別固定有一稀土永磁釹鐵硼磁片，每個所述連接桿4分別通過相應的稀土永磁釹鐵硼磁片與對應位置的所述盲孔磁力連接。
[0029]優(yōu)選的，所述靜平臺與所述固定支架可拆卸式連接。
[0030]本實用新型的有益效果是:
[0031]其一、本實用新型所提供的一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)，可實現(xiàn)整個機構(gòu)在六自由度上的平動或轉(zhuǎn)動，并通過選擇性的操作相應的鎖緊件及限轉(zhuǎn)件，可對本實用新型在六自由度上的平動或轉(zhuǎn)動進行約束及控制，使得學生能夠更加透徹更加清晰更加直觀更加形象的理解機構(gòu)的自由度、約束等概念、特點以及它們之間的對偶關系，以便于給學生們對于日后的機構(gòu)的運動的學習打下堅實的基礎。
[0032]其二、本實用新型通過增設十字型槽孔、弧形軌跡槽及設置于弧形軌跡槽內(nèi)的限轉(zhuǎn)滑塊，使得本實用新型在操作時，更具穩(wěn)定性及可靠性，使得演示效果更加。
[0033]其三、本實用新型的所述固定支架、靜平臺及動平臺均為鋁合金材質(zhì)，使得整體結(jié)構(gòu)輕盈，便于攜拿，且相應的各種位置的相同的零件之間具有較高的互換性，使得裝配簡易方便，裝配時間短，從而，本實用新型必然會非常的受歡迎，其能得到有效推廣及廣泛普及。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本實用新型實施例中所述固定支架與靜平臺的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是圖1中所述靜平臺的放大圖；
[0036]圖3是本實用新型實施例中所述靜平臺與中心球副的展開圖；
[0037]圖4是本實用新型實施例中所述中心球副的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖5是本實用新型實施例中所述控制部件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖6是本實用新型實施例中所述控制部件的分解圖；
[0040]圖7是本實用新型可約束型空間自由度演示機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]本實用新型目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。
[0042]附圖標號:
[0043]固定支架10 ；
[0044]靜平臺20 ；
[0045]球形空腔201 ；十字型槽孔202 ；第一槽孔2021 ；第二槽孔2022 ；弧形軌跡槽203 ；
[0046]動平臺30 ；
[0047]中心球副31 ；盲孔311 ；
[0048]控制部件32 ；
[0049]第一連接桿件321 ；連接桿43211山型連接件八3212 ；通孔八32121 ；限轉(zhuǎn)滑塊3213 ；
[0050]十字節(jié)322 ；銷軸八3221 ；銷軸83222 ；
[0051]第二連接桿件323 ；連接桿83231 ；鍵槽32311山型連接件83232 ；通孔832321 ；
[0052]桿套324 ；
[0053]鎖緊件325 ；螺帽3251 ；轉(zhuǎn)動構(gòu)件3252 ；夾頭3253 ；
[0054]限轉(zhuǎn)件326 ；
[0055]動平臺骨架33 ；
[0056]側(cè)翼鉸鏈34；

【具體實施方式】
[0057]以下將結(jié)合附圖及具體實施例詳細說明本實用新型的技術(shù)方案，以便更清楚、直觀地理解本實用新型的發(fā)明實質(zhì)。
[0058]圖1是本實用新型實施例中所述固定支架與靜平臺的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中所述靜平臺的放大圖；圖3是本實用新型實施例中所述靜平臺與中心球副的展開圖；圖4是本實用新型實施例中所述中心球副的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型實施例中所述控制部件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實用新型實施例中所述控制部件的分解圖；圖7是本實用新型可約束型空間自由度演示機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0059]結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6及圖7所示；
[0060]本實用新型所提供的一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)，主要用于教學演示，以便于讓學生更好的理解機構(gòu)的自由度、約束等概念。
[0061]具體來說，本實用新型所提供的一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)，它包括固定支架10、靜平臺20及動平臺30 ；
[0062]所述靜平臺20水平架空設置于所述固定支架10上，且所述靜平臺20為正方體結(jié)構(gòu)，正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺20的中心形成有一球形空腔201，正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺20的六個端面的中部分別開設有一貫穿至所述球形空腔201的十字型槽孔202，每個所述十字型槽孔202分別包括橫向開設的第一槽孔2021及豎向開設的第二槽孔2022 ；
[0063]此處可以理解的是，正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺20的六個端面所開設的十字型槽孔202則是關于所述球形空腔201的球心對稱的。
[0064]所述動平臺30包括中心球副31、控制部件32及動平臺骨架33 ；
[0065]所述中心球副31可轉(zhuǎn)動的卡設于所述球形空腔201內(nèi)，且所述中心球副31的外表面均勻開設有六個盲孔311，六個所述盲孔311的基準位置分別與六個所述十字型槽孔202的中心位置相對；
[0066]所述控制部件32有六個，每個所述控制部件32分別包括一第一連接桿件321、一活動件、一第二連接桿件323及一桿套324 ；所述第二連接桿件323的前端通過所述活動件與所述第一連接桿件321的后端活動連接，以使所述第二連接桿件323可活動的沿所述第一連接桿件321的中心軸徑向平動；所述第二連接桿件323的后端延伸至所述桿套324內(nèi)并與所述桿套324活動連接，以使所述第二連接桿件323可活動的沿所述桿套324的桿軸軸向平動及繞所述桿套324的桿軸軸線轉(zhuǎn)動；
[0067]所述動平臺骨架33有十二根，每個所述桿套324的后端分別可拆卸式固定有一側(cè)翼鉸鏈34，十二根所述動平臺骨架33分別可拆卸式固定于相鄰的等距離的兩所述側(cè)翼鉸鏈34之間；
[0068]六個所述第一連接桿件321的前端分別穿設于六個所述十字型槽孔202并通過孔軸間隙配合的方式分別與六個所述盲孔311相連接，以使所述中心球副31、六個控制部件32及十二根動平臺骨架33連接形成一體。
[0069]需要說明的是，作為較佳方案，本實施例中，上述所述的第一連接桿件321包括一連接桿八3211及一 I型連接件八3212 ；所述I型連接件八3212的中部與所述連接桿八3211的后端固定連接，且所述I型連接件八3212的開口端背對所述連接桿八3211，所述I型連接件八3212的開口端的相對側(cè)壁對稱開設有通孔八32121 ；
[0070]上述所述的第二連接桿件323包括一連接桿83231及一 V型連接件83232 ；所述V型連接件83232的中部與所述連接桿83231的前端固定連接，且所述V型連接件83232的開口端背對所述連接桿83231，所述[型連接件83232的開口端的相對側(cè)壁對稱開設有通孔832321 ；所述連接桿83231的后端延伸至所述桿套324內(nèi)并與所述桿套324活動連接；
[0071]上述所述的活動件為一呈十字交叉的十字節(jié)322，所述十字節(jié)322包括銷軸八3221及銷軸83222，所述銷軸八3221可滑動的穿設于兩所述通孔八32121之間，所述銷軸83222可滑動的穿設于兩所述通孔832321之間，以使所述V型連接件八3212與V型連接件83232形成十字交叉結(jié)構(gòu)；
[0072]在操作過程中，六個所述連接桿八3211的前端分別與六個所述盲孔311相連接，并以使所述十字節(jié)322的銷軸八3221及銷軸83222分別與所述十字型槽孔202的第一槽孔2021及第二槽孔2022相平行。
[0073]如此，即構(gòu)成了本實用新型的基本技術(shù)方案，使得實現(xiàn)本實用新型在六自由度上的平動或轉(zhuǎn)動。
[0074]且需要說明的是，本實用新型的所述靜平臺20的外部結(jié)構(gòu)等并不限定于正方體結(jié)構(gòu)，其也可為球形或其他形狀，只要本實用新型所具有的六個控制部件32分布于上下、左右、前后六個方向并能沿所述十字型槽孔202轉(zhuǎn)動即可，在此，關于靜平臺20的結(jié)構(gòu)等不做其他舉例說明。
[0075]為更加透徹的理解本實用新型在六自由度上的平動或轉(zhuǎn)動的原理過程，以下將結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6及圖7做進一步說明；
[0076]如演示時，將本實用新型正面放置，使得正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺20的六個端面分別位于上下、左右、前后六個方向，并設定豎向方向為2軸方向，左右方向為V軸方向，前后方向為X軸方向。
[0077]在操作過程中，通過中心球副31的轉(zhuǎn)動，并通過相關十字型槽孔202的限制，使得本實用新型的X軸方向的控制部件32可沿相應的十字型槽孔202分別繞X軸方向的控制部件32或2軸方向的控制部件32轉(zhuǎn)動一定角度；同理，本實用新型的X軸方向的控制部件32可沿相應的十字型槽孔202分別繞X軸方向的控制部件32或2軸方向的控制部件32轉(zhuǎn)動一定角度；本實用新型的2軸方向的控制部件32可沿相應的十字型槽孔202分別繞X軸方向的控制部件32或V軸方向的控制部件32轉(zhuǎn)動一定角度；進而，本實用新型的每個控制部件32均能繞其相垂直的所述控制部件32的軸線轉(zhuǎn)動。
[0078]與此同時，每個所述控制部件32中的所述連接桿83231可沿桿套324的桿軸軸向自由伸縮，進而，本實用新型的每個所述控制部件32中的連接桿83231即可沿相應位置的所述桿套324的軸線軸向平動。
[0079]如當X軸方向的控制部件32中的連接桿83231平動，即實現(xiàn)自由伸縮時，與其相垂直的2軸方向的控制部件32中的連接桿八3211及V軸方向的控制部件32中的連接桿八3211則分別自由的在相應位置的所述I型連接桿八3212的通孔八32121內(nèi)滑動，以實現(xiàn)整體平動的同時，處于中心位置的靜平臺20始終不動。
[0080]同理，當X軸方向的控制部件32中的連接桿83231實現(xiàn)平動、2軸方向的控制部件32中的連接桿83231實現(xiàn)平動的原理過程則與上述所述相同，在此，不做詳細說明。
[0081]如此，本實用新型所提供的一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)，即能實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)在六自由度上的平動或轉(zhuǎn)動。
[0082]進一步的，為使得本實用新型在演示過程中保持穩(wěn)定性，本實用新型的每個所述連接桿八3211的前端分別垂直固定有一限轉(zhuǎn)滑塊3213，以使每個所述限轉(zhuǎn)滑塊3213分別與相應的連接桿八3211呈十字交叉結(jié)構(gòu)，且每個所述限轉(zhuǎn)滑塊3213的軸線分別與對應位置的所述銷軸八32213221的軸線相平行；
[0083]正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺20的六個端面與所述球形空腔201之間還分別開設有一以所述中心球副31的球心為圓心的弧形軌跡槽203，每個所述弧形軌跡槽203的橫向軸線分別與對應位置的所述十字型槽孔202的第一槽孔2021的軸線相重合；六個所述限轉(zhuǎn)滑塊3213分別可活動的卡設于相應位置的所述弧形軌跡槽203內(nèi)。
[0084]如此，通過限轉(zhuǎn)滑塊3213沿預定的弧形軌跡槽203活動，即可保持本實用新型在轉(zhuǎn)動或平動的過程中，不會移位。
[0085]更進一步的，本實用新型實施例中，每個所述控制部件32還包括一限制相應連接桿83231沿所述桿套324的中心軸軸向平動的鎖緊件325，所述鎖緊件325包括螺帽3251、轉(zhuǎn)動構(gòu)件3252及夾頭3253 ；所述螺帽3251與所述轉(zhuǎn)動構(gòu)件3252的一端螺紋旋接，所述轉(zhuǎn)動構(gòu)件3252的另一端與所述桿套324的前端轉(zhuǎn)動連接，所述夾頭3253固定于所述轉(zhuǎn)動構(gòu)件3252內(nèi)，且所述連接桿83231的后端穿設于所述夾頭3253并延伸至所述桿套324內(nèi)；
[0086]當擰緊所述螺帽3251，以使所述夾頭3253將所述連接桿83231夾緊時，所述連接桿83231不能沿所述桿套324的桿軸軸向平動。
[0087]如此，通過單獨鎖緊其中的任意一個控制部件32上的鎖緊件325，即擰緊相應的螺帽3251，即可實現(xiàn)控制該控制部件32中的連接桿83231沿對應位置的桿套324的軸線軸向平動，實現(xiàn)本實用新型在五自由度上的約束與控制。
[0088]比如，只擰緊2軸方向上其中的一個控制部件32上的螺帽3251，即可限制2軸方向上的該控制部件32中的連接桿83231沿對應位置的桿套324的軸線軸向平動，在此種狀態(tài)時，X軸方向的控制部件32中的連接桿83231及V軸方向上的控制部件32中的連接桿83231則依然能夠?qū)崿F(xiàn)沿對應位置的桿套324的桿軸軸向平動或繞對應位置的桿套324的桿軸軸線轉(zhuǎn)動；
[0089]同理，只擰緊X軸方向上其中的一個控制部件32上的螺帽3251，即可限制X軸方向上的該控制部件32中的連接桿83231沿對應位置的桿套324的軸線軸向平動，在此種狀態(tài)時，2軸方向的控制部件32中的連接桿83231及V軸方向上的控制部件32中的連接桿83231則依然能夠?qū)崿F(xiàn)沿對應位置的桿套324的桿軸軸向平動或繞對應位置的桿套324的桿軸軸線轉(zhuǎn)動；
[0090]只擰緊V軸方向上其中的一個控制部件32上的螺帽3251，即可限制V軸方向上的該控制部件32中的連接桿83231沿對應位置的桿套324的軸線軸向平動，在此種狀態(tài)時，X軸方向的控制部件32中的連接桿83231及2軸方向上的控制部件32中的連接桿83231則依然能夠?qū)崿F(xiàn)沿對應位置的桿套324的桿軸軸向平動或繞對應位置的桿套324的桿軸軸線轉(zhuǎn)動；
[0091]優(yōu)選的，本實施例中，所述螺帽3251為現(xiàn)161型螺帽，所述夾頭3253為現(xiàn)16夾頭。
[0092]再進一步的，本實用新型實施例中，每個所述控制部件32還包括一限制相應連接桿83231繞所述桿套324的桿軸軸線轉(zhuǎn)動的限轉(zhuǎn)件326，所述限轉(zhuǎn)件326為限轉(zhuǎn)螺釘；所述連接桿83231的側(cè)壁延其長度方向開設有一鍵槽32311，所述桿套324的前端側(cè)壁開設有一螺紋孔，所述限轉(zhuǎn)螺釘螺紋旋接于所述螺紋孔；
[0093]當轉(zhuǎn)動所述連接桿83231，以使所述鍵槽32311正對所述限轉(zhuǎn)螺釘?shù)捻敹?，并擰緊所述限轉(zhuǎn)螺釘，以使所述限轉(zhuǎn)螺釘?shù)捻敹说謮河谒鲦I槽32311時，所述連接桿83231不能繞所述桿套324的桿軸軸線轉(zhuǎn)動。
[0094]在具體實施時，如鎖緊X軸方向上的其中一個控制部件32中的桿套324上的限轉(zhuǎn)螺釘，則X軸方向上的該控制部件32中的連接桿83231不能繞對應位置的所述桿套324的桿軸軸線轉(zhuǎn)動，在此種狀態(tài)時，若X軸線方向上的該控制部件32中的鎖緊件325沒有擰緊，則X軸線方向上的該控制部件32中的連接桿83231依然能夠沿對應位置的所述桿套324的桿軸軸向平動，并且，2軸方向的控制部件32中的連接桿83231及V軸方向上的控制部件32中的連接桿83231則依然能夠?qū)崿F(xiàn)沿對應位置的所述桿套324的桿軸軸向平動或繞對應位置的所述桿套324的桿軸軸線轉(zhuǎn)動；
[0095]從而，通過單獨的控制相關限轉(zhuǎn)螺釘，也能實現(xiàn)本實用新型在五自由度上的約束與控制，在此，不作一一舉例說明；
[0096]當結(jié)合所述鎖緊件325及限轉(zhuǎn)件326共同使用時，即可任意的調(diào)控相關控制部件32，實現(xiàn)本實用新型在四自由度上的約束與控制、在三自由度上的約束與控制、在二自由度上的約束與控制及在一自由度上的約束與控制。
[0097]如同時擰緊2軸方向的控制部件32的限轉(zhuǎn)螺釘及X軸方向的控制部件32的限轉(zhuǎn)螺釘，則能同時控制2軸方向的控制部件32中的連接桿83231的轉(zhuǎn)動及X軸方向的控制部件32中的連接桿83231的轉(zhuǎn)動，此時，X軸方向的控制部件32中的連接桿832313軸方向的控制部件32中的連接桿83231及2軸方向的控制部件32中的連接桿83231依然能夠?qū)崿F(xiàn)軸向平動，且X軸方向的控制部件32中的連接桿83231還能實現(xiàn)繞對應位置的桿套324
的桿軸軸線轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)本實用新型在四自由度上的約束與控制，在此，不作--舉例說明；
[0098]如擰緊2軸方向上的控制部件32的螺帽3251及限轉(zhuǎn)螺釘，同時擰緊X軸方向上的控制部件32上的限轉(zhuǎn)螺釘，即可同時限制2軸方向的控制部件32中的連接桿83231的平動及轉(zhuǎn)動，并限制X軸方向上的控制部件32中的連接桿8的轉(zhuǎn)動，此種情況時，X軸方向上的控制部件32中的連接桿8能實現(xiàn)平動，V軸方向上的控制部件32中的連接桿8能實現(xiàn)平動及轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)本實用新型在三自由度上的約束與控制，在此，不作一一舉例說明；
[0099]如同時擰緊X軸方向的控制部件32及V軸方向的控制部件32上的限轉(zhuǎn)螺釘及螺帽3251，則可同時限制上的X軸方向上的控制部件32中的連接桿83231及V軸方向上的控制部件32中的連接桿83231的平動與轉(zhuǎn)動，此種狀態(tài)時，2軸方向上的控制部件32中的連接桿83231能實現(xiàn)平動及轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)本實用新型在二自由度上的約束與控制，在此，不作舉例說明；
[0100]如同時擰緊X軸方向的控制部件32及2軸方向的控制部件32上的限轉(zhuǎn)螺釘及螺帽3251，并擰緊X軸方向的控制部件32上的限轉(zhuǎn)螺釘，則可同時限制V軸方向及2軸方向的控制部件32中的連接桿83231的平動及轉(zhuǎn)動，并限制X軸方向的控制部件32中的連接桿83231的平動，從而實現(xiàn)本實用新型在單一自由度上的約束與控制，在此，也不作--舉例說明；
[0101]藉此，通過上述所述可知，本實用新型所提供的一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)，可實現(xiàn)整體機構(gòu)在六自由度上的約束與控制，使得學生能夠更加透徹更加清晰更加直觀的理解機構(gòu)的自由度、約束等概念。
[0102]較佳的，本實用新型的所述固定支架10、靜平臺20及動平臺30均為鋁合金材質(zhì)，使得整體結(jié)構(gòu)輕盈，便于攜拿。
[0103]并且，具體實施時，本實用新型的每個所述連接桿八3211的前端還分別固定有一稀土永磁釹鐵硼磁片，每個所述連接桿八3211分別通過相應的稀土永磁釹鐵硼磁片與對應位置的所述盲孔311磁力連接。與此同時，本實用新型的所述靜平臺20與所述固定支架10可拆卸式連接。
[0104]進而，本實用新型的各個部件之間均是可拆卸的，當不使用時，可依次拆卸各個構(gòu)件并裝置于工具箱中，使得便于搬運及收藏。
[0105]需要說明的是，本實用新型的技術(shù)方案中，六個所述控制部件32的規(guī)格尺寸等完全相同，十二根所述動平臺30固定支架10的規(guī)格尺寸等也完全相同，六個所述側(cè)翼鉸鏈34的規(guī)格尺寸等也完全相同，使得在組裝時，各種位置的相同的零件之間具有較高的互換性，使得簡易方便，裝配時間短。
[0106]且各個控制部件32之間、各個動平臺30固定支架10之間均具有良好的對稱性，符合對稱美學，使得本實用新型在六自由度上的動態(tài)演示時，也更具動態(tài)感及美感。
[0107]綜上所述，本實用新型所提供的一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)，可實現(xiàn)整體機構(gòu)在六自由度上的動態(tài)演示，還能通過選擇性的操作相應的鎖緊件325及限轉(zhuǎn)件326，實現(xiàn)整體機構(gòu)在六自由度上的約束與控制，使得學生能夠更加透徹更加清晰更加直觀更加形象的理解機構(gòu)的自由度、約束等概念、特點以及它們之間的對偶關系，以便于給學生們對于日后的機構(gòu)的運動的學習打下堅實的基礎。
[0108]并且，本實用新型的所述固定支架10、靜平臺20及動平臺30均為鋁合金材質(zhì)，使得整體結(jié)構(gòu)輕盈，便于攜拿，且相應的各種位置的相同的零件之間具有較高的互換性，使得裝配時間短，效率高。從而，本實用新型必然會非常的受歡迎，其能得到有效推廣及廣泛普及。
[0109]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術(shù)領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可約束型空間自由度演示機構(gòu)，其特征在于，它包括: 固定支架； 靜平臺，所述靜平臺架空設置于固定支架上，且所述靜平臺為正方體結(jié)構(gòu)，正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺的中心形成有一球形空腔，正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺的六個端面的中部分別開設有一貫穿至所述球形空腔的十字型槽孔，每個所述十字型槽孔分別包括橫向開設的第一槽孔及豎向開設的第二槽孔； 動平臺，所述動平臺包括中心球副、控制部件及動平臺骨架； 所述中心球副可轉(zhuǎn)動的卡設于所述球形空腔內(nèi)，且所述中心球副的外表面均勻開設有六個盲孔，六個所述盲孔的基準位置分別與六個所述十字型槽孔的中心位置相對； 所述控制部件有六個，每個所述控制部件分別包括一第一連接桿件、一活動件、一第二連接桿件及一桿套；所述第二連接桿件的前端通過所述活動件與所述第一連接桿件的后端活動連接，以使所述第二連接桿件可活動的沿所述第一連接桿件的中心軸徑向平動；所述第二連接桿件的后端延伸至所述桿套內(nèi)并與所述桿套活動連接，以使所述第二連接桿件可活動的沿所述桿套的桿軸軸向平動及繞所述桿套的桿軸軸線轉(zhuǎn)動； 所述動平臺骨架有十二根，每個所述桿套的后端分別可拆卸式固定有一側(cè)翼鉸鏈，十二根所述動平臺骨架分別可拆卸式固定于相鄰的等距離的兩所述側(cè)翼鉸鏈之間； 六個所述第一連接桿件的前端分別穿設于六個所述十字型槽孔并通過孔軸間隙配合的方式分別與六個所述盲孔相連接，以使所述中心球副、六個控制部件及十二根動平臺骨架連接形成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可約束型空間自由度演示機構(gòu)，其特征在于: 所述第一連接桿件包括一連接桿A及一 U型連接件A ;所述U型連接件A的中部與所述連接桿A的后端固定連接，且所述U型連接件A的開口端背對所述連接桿A，所述U型連接件A的開口端的相對側(cè)壁對稱開設有通孔A ; 所述第二連接桿件包括一連接桿B及一 U型連接件B ;所述U型連接件B的中部與所述連接桿B的前端固定連接，且所述U型連接件B的開口端背對所述連接桿B，所述U型連接件B的開口端的相對側(cè)壁對稱開設有通孔B ;所述連接桿B的后端延伸至所述桿套內(nèi)并與所述桿套活動連接； 所述活動件為一呈十字交叉的十字節(jié)，所述十字節(jié)包括銷軸A及銷軸B，所述銷軸A可滑動的穿設于兩所述通孔A之間，所述銷軸B可滑動的穿設于兩所述通孔B之間，以使所述U型連接件A與U型連接件B形成十字交叉結(jié)構(gòu)； 六個所述連接桿A的前端分別與六個所述盲孔相連接，以使所述十字節(jié)的銷軸A及銷軸B分別與所述十字型槽孔的第一槽孔及第二槽孔相平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可約束型空間自由度演示機構(gòu)，其特征在于:每個所述連接桿A的前端分別垂直固定有一限轉(zhuǎn)滑塊，以使每個所述限轉(zhuǎn)滑塊分別與相應的連接桿A呈十字交叉結(jié)構(gòu)，且每個所述限轉(zhuǎn)滑塊的軸線分別與對應位置的所述銷軸A的軸線相平行； 正方體結(jié)構(gòu)的所述靜平臺的六個端面與所述球形空腔之間還分別開設有一以所述中心球副的球心為圓心的弧形軌跡槽，每個所述弧形軌跡槽的橫向軸線分別與對應位置的所述十字型槽孔的第一槽孔的軸線相重合；六個所述限轉(zhuǎn)滑塊分別可活動的卡設于相應位置的所述弧形軌跡槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可約束型空間自由度演示機構(gòu)，其特征在于:每個所述控制部件還包括一限制相應連接桿B沿所述桿套的中心軸軸向平動的鎖緊件，所述鎖緊件包括螺帽、轉(zhuǎn)動構(gòu)件及夾頭；所述螺帽與所述轉(zhuǎn)動構(gòu)件的一端螺紋旋接，所述轉(zhuǎn)動構(gòu)件的另一端與所述桿套的前端轉(zhuǎn)動連接，所述夾頭固定于所述轉(zhuǎn)動構(gòu)件內(nèi)，且所述連接桿B的后端穿設于所述夾頭并延伸至所述桿套內(nèi)； 當擰緊所述螺帽，以使所述夾頭將所述連接桿B夾緊時，所述連接桿B不能沿所述桿套的桿軸軸向平動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可約束型空間自由度演示機構(gòu)，其特征在于:所述螺帽為ER16M型螺帽，所述夾頭為ER16夾頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可約束型空間自由度演示機構(gòu)，其特征在于:每個所述控制部件還包括一限制相應連接桿B繞所述桿套的桿軸軸線轉(zhuǎn)動的限轉(zhuǎn)件，所述限轉(zhuǎn)件為限轉(zhuǎn)螺釘；所述連接桿B的側(cè)壁延其長度方向開設有一鍵槽，所述桿套的前端側(cè)壁開設有一螺紋孔，所述限轉(zhuǎn)螺釘螺紋旋接于所述螺紋孔； 當轉(zhuǎn)動所述連接桿B，以使所述鍵槽正對所述限轉(zhuǎn)螺釘?shù)捻敹?，并擰緊所述限轉(zhuǎn)螺釘，以使所述限轉(zhuǎn)螺釘?shù)捻敹说謮河谒鲦I槽時，所述連接桿B不能繞所述桿套的桿軸軸線轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可約束型空間自由度演示機構(gòu)，其特征在于:所述固定支架、靜平臺及動平臺均為鋁合金材質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可約束型空間自由度演示機構(gòu)，其特征在于:每個所述連接桿A的前端還分別固定有一稀土永磁釹鐵硼磁片，每個所述連接桿A分別通過相應的稀土永磁釹鐵硼磁片與對應位置的所述盲孔磁力連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可約束型空間自由度演示機構(gòu)，其特征在于:所述靜平臺與所述固定支架可拆卸式連接。
【文檔編號】G09B25/02GK204143757SQ201420636063
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】宋其融, 吳湖鑫, 黃嘉偉 申請人:宋其融, 吳湖鑫, 黃嘉偉