一种智能教学用圆规的制作方法

本发明涉及一种教学用具，特别是涉及一种智能教学用圆规。

背景技术：

圆规的作用比较广泛，除了学生教学使用以外，在日常的工程制图和工作教学中也会经常用到，现有的教学用圆规一般由两个臂杆组成，两个臂杆铰连在一起，其中一个臂杆上安装绘制笔，另一个臂杆为固定脚，在使用时，将两个臂杆分开至固定宽度，以一个臂杆的定点为中心绘制圆。现有的圆规结构大、臂杆长，使用不方便，不能进行精细画图，同时传统圆规使用时容易晃动，赵成制图误差较大。目前市场已有智能和自动圆规，其虽然可以进行精度较高的制图，但是一般都是工程人员使用，不便于教师指导学生使用现有的学生用简便圆规，也便于教师收纳盒携带，且现有的圆规尖是不能进行收缩隐藏的，这样，教师在取用圆规时，手就会很容易被圆规尖扎到，存在一定的使用危险。

目前学校的数学教学中急需一种可进行精细制图，同时可进行传统圆规作图教学和收纳便携的智能圆规。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种可进行精细制图，同时可进行传统圆规作图教学和收纳便携的智能圆规。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种智能教学用圆规，所述智能教学圆规包括支撑柱、转动柱和控制台，支撑柱包括固定杆ⅰ和滑动杆ⅰ，固定杆ⅰ内设有微型电机ⅰ和齿轮ⅰ，齿轮ⅰ通过减速器ⅰ(未图示)安装在微型电机ⅰ的动力输出轴上，通过电机ⅰ的驱动电动齿轮ⅰ的转动；滑动杆ⅰ上设有齿条ⅰ，滑动杆ⅰ的下端设有针座容纳腔，针座容纳腔的下端腔壁通过转轴活动安装针座，针座末端设有针，使用时将圆规针从针座容纳腔中旋转出来，并在针与支撑柱末端面垂直的时候，通过紧固器将针座固定在针座容纳腔的下端腔壁上，齿条ⅰ与齿轮ⅰ啮合，通过齿轮ⅰ驱动齿条ⅰ运动，进而带动滑动杆ⅰ运动，齿条ⅰ两端设有止动开关，当齿条ⅰ与齿轮ⅰ啮合处运动到齿条ⅰ的两端，触动止动开关，进而控制微型电机ⅰ停止工作，滑动杆ⅰ沿齿条ⅰ设有滑轨ⅰ，固定杆ⅰ上设有与滑轨ⅰ相匹配的滑槽，以限定滑动杆ⅰ的运动方向。

转动柱包括固定杆ⅱ和滑动杆ⅱ，固定杆ⅱ内设有微型电机ⅱ和齿轮ⅱ，齿轮ⅱ通过减速器ⅱ(未图示)安装在微型电机ⅱ的动力输出轴上(未图示)，通过电机ⅱ的驱动电动齿轮ⅱ的转动；滑动杆ⅱ上设有齿条ⅱ，滑动杆ⅱ的下端设有笔座容纳腔，笔座容纳腔的右端腔壁通过转轴活动安装笔座ⅰ，笔座容纳腔下端腔壁通过转轴活动安装笔座ⅱ，笔座末端可插入画笔，使用时将画笔插入笔座ⅰ或笔座ⅱ中，从笔座容纳腔中旋转出来，并在画笔与转动柱的下端面或右端面垂直的时候，通过紧固器将笔座ⅰ固定在笔座容纳腔的右端腔壁上，亦或是通过紧固器将笔座ⅱ固定在笔座容纳腔的下端腔壁上，齿条ⅱ与齿轮ⅱ啮合，通过齿轮ⅱ驱动齿条ⅱ运动，进而带动滑动杆ⅱ运动，齿条ⅱ两端设有止动开关，当齿条ⅱ与齿轮ⅱ啮合处运动到齿条ⅱ的两端，触动止动开关，进而控制微型电机ⅱ停止工作，滑动杆ⅱ沿齿条ⅱ设有滑轨ⅱ，固定杆ⅱ上设有与滑轨ⅱ相匹配的滑槽，以限定滑动杆ⅱ的运动方向。滑动杆ⅱ设有微型电机ⅲ，电机ⅲ的动力输出轴经过减速器ⅲ(未图示)将动力输出给转动轮，转动轮设置在滑动杆ⅱ的下端，滑动杆ⅱ的顶端设置有吸盘，在进行精细画图时，吸盘可吸附在黑板或其它平面上，吸盘通过转轴转动连接滑动杆ⅱ的顶端。

如图1和2所示，支撑柱和转动柱之间通过控制台连接，控制台上设置有触摸屏，控制台上端设置有转动手柄，控制台内设有微型电机ⅳ，微型电机ⅳ的动力输出轴通过减速器ⅳ(未图示)连接齿轮ⅲ，齿轮设在控制台的右端，与设在转动柱左顶端的齿轮ⅳ啮合，通过微型电机ⅳ的驱动转动柱转动，进而帮助老师指导学生使用圆规；控制台内设置控制系统，控制整个圆规的自动化工作，同时控制台还设置语音系统，使教师可通过语音输入控制命令，控制圆规的工作，触摸屏上可输入控制命令和显示转动柱转动角度和画圆的半径。

使用过程中，教师可通过语音系统或触摸屏选择指导教学模式或精细作图模式，若选择教学模式，教师通过语音或触摸屏输入要画的圆弧的半径，将笔座ⅱ旋转从笔座容纳腔中旋转出来，并在笔座ⅱ与转动柱的下端面垂直的时候，通过紧固器将笔座ⅱ固定在笔座容纳腔的下端腔壁上，将画笔插入笔座ⅱ中，同时将圆规针从针座容纳腔中旋转出来，并在针与支撑柱末端面垂直的时候，通过紧固器将针座固定在针座容纳腔的下端腔壁上，然后控制系统控制微型电机ⅰ、微型电机ⅱ和微型电机ⅳ工作，进而使滑动杆ⅰ和滑动杆ⅱ滑动相应距离，并控制转动杆转动相应的角度，最后在触摸屏上显示滑动杆ⅰ和滑动杆ⅱ的滑动距离，以及转动杆的转动角度和要画的圆弧半径，这样调整到位后，教师抓住控制台上的转动手柄，指导学生画出想要的圆弧，此时的使用和传统圆规使用无异，便于指导学生使用传统的圆规。

若教师选择的是精细作图模式，教师通过语音或触摸屏输入要画的圆弧的半径和角度，将吸盘吸附在要画圆弧的平面上，将笔座ⅰ旋转从笔座容纳腔中旋转出来，并在笔座ⅰ与转动柱的右端面垂直的时候，通过紧固器将笔座ⅰ固定在笔座容纳腔的右端腔壁上，将画笔插入笔座ⅰ中，控制系统控制微型电机ⅱ和微型电机ⅲ工作，进而使滑动杆ⅱ滑动相应距离，并控制转轮转动，最终使画笔画出相应的圆弧，最后在触摸屏上显示滑动杆ⅱ的滑动距离，以及其转动的角度和要画的圆弧半径，这样可自动化和高精度地画出想要的圆弧。

在本发明中，作为优选，上述语音系统中设置扬声器和微型麦克风，以用于用户的命令输入和信息输出。

在本发明中，作为优选，上述齿条ⅰ和齿条ⅱ两端的制动开关都为光电开关。

在本发明中，作为优选，上述控制系统内设置有单片机，单片机为基于80c51内核的单片机。

在本发明中，作为优选，上述支撑柱和转动柱采用金属材料制成。

在本发明中，作为优选，上述吸盘采用橡胶制成。

本发明的有益效果是：本发明整体结构简单、合理、布局紧凑，使用方便，智能化程度高，既能进行传统圆规使用的课堂教学，还可以全自动的进行精细制图，同时针和画笔都可以收纳在腔体内，避免圆规收纳时划伤使用者，且圆规的转动柱和支撑柱都可根据作图要求进行延伸和回收，是圆规可以采用小尺寸的收纳，方便了用户的使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的控制台的结构示意图；

图中：

1：支撑柱，2：转动柱，3：控制台，4：触摸屏，5：固定杆ⅰ，6：滑动杆ⅰ，7：滑动杆ⅱ，8：固定杆ⅱ，9：微型电机ⅰ，10：齿轮ⅰ，11：微型电机ⅱ，12：齿轮ⅱ，13：微型电机ⅲ，14：针座容纳腔，15：针座，16：针，17：转动轮，18：笔座容纳腔，19：笔座ⅰ，20：笔座ⅱ，21：画笔，22：吸盘，23：微型电机ⅳ，24：齿轮ⅲ，25：齿轮ⅳ。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种智能教学用圆规，所述智能教学圆规包括支撑柱1、转动柱2和控制台3，支撑柱1包括固定杆ⅰ5和滑动杆ⅰ6，固定杆ⅰ5内设有微型电机ⅰ9和齿轮ⅰ10，齿轮ⅰ10通过减速器ⅰ(未图示)安装在微型电机ⅰ9的动力输出轴上(未图示)，通过电机ⅰ9的驱动电动齿轮ⅰ10的转动；滑动杆ⅰ6上设有齿条ⅰ，滑动杆ⅰ6的下端设有针座容纳腔14，针座容纳腔14的下端腔壁通过转轴活动安装针座15，针座末端设有针16，使用时将圆规针16从针座容纳腔14中旋转出来，并在针16与支撑柱1末端面垂直的时候，通过紧固器将针座15固定在针座容纳腔14的下端腔壁上，齿条ⅰ与齿轮ⅰ10啮合，通过齿轮ⅰ10驱动齿条ⅰ运动，进而带动滑动杆ⅰ6运动，齿条ⅰ两端设有止动开关，当齿条ⅰ与齿轮ⅰ10啮合处运动到齿条ⅰ的两端，触动止动开关，进而控制微型电机ⅰ9停止工作，滑动杆ⅰ6沿齿条ⅰ设有滑轨ⅰ，固定杆ⅰ5上设有与滑轨ⅰ相匹配的滑槽，以限定滑动杆ⅰ6的运动方向。

转动柱2包括固定杆ⅱ8和滑动杆ⅱ7，固定杆ⅱ8内设有微型电机ⅱ11和齿轮ⅱ12，齿轮ⅱ12通过减速器ⅱ(未图示)安装在微型电机ⅱ11的动力输出轴上(未图示)，通过电机ⅱ11的驱动电动齿轮ⅱ12的转动；滑动杆ⅱ7上设有齿条ⅱ，滑动杆ⅱ7的下端设有笔座容纳腔18，笔座容纳腔18的右端腔壁通过转轴活动安装笔座ⅰ19，笔座容纳腔18下端腔壁通过转轴活动安装笔座ⅱ20，笔座末端可插入画笔21，使用时将画笔21插入笔座ⅰ19或笔座ⅱ20中，从笔座容纳腔18中旋转出来，并在画笔21与转动柱2的下端面或右端面垂直的时候，通过紧固器将笔座ⅰ19固定在笔座容纳腔18的右端腔壁上，亦或是通过紧固器将笔座ⅱ20固定在笔座容纳腔18的下端腔壁上，齿条ⅱ与齿轮ⅱ12啮合，通过齿轮ⅱ12驱动齿条ⅱ运动，进而带动滑动杆ⅱ7运动，齿条ⅱ两端设有止动开关，当齿条ⅱ与齿轮ⅱ12啮合处运动到齿条ⅱ的两端，触动止动开关，进而控制微型电机ⅱ11停止工作，滑动杆ⅱ7沿齿条ⅱ设有滑轨ⅱ，固定杆ⅱ8上设有与滑轨ⅱ相匹配的滑槽，以限定滑动杆ⅱ7的运动方向。滑动杆ⅱ设有微型电机ⅲ13，电机ⅲ13的动力输出轴经过减速器ⅲ(未图示)将动力输出给转动轮17，转动轮17设置在滑动杆ⅱ7的下端，滑动杆ⅱ7的顶端设置有吸盘22，在进行精细画图时，吸盘22可吸附在黑板或其它平面上，吸盘22通过转轴转动连接滑动杆ⅱ7的顶端。

如图1和2所示，支撑柱1和转动柱2之间通过控制台3连接，控制台上设置有触摸屏4，控制台3上端设置有转动手柄，控制台3内设有微型电机ⅳ23，微型电机ⅳ23的动力输出轴通过减速器ⅳ(未图示)连接齿轮ⅲ24，齿轮24设在控制台的右端，与设在转动柱2左顶端的齿轮ⅳ25啮合，通过微型电机ⅳ23的驱动转动柱2转动，进而帮助老师指导学生使用圆规；控制台3内设置控制系统，控制整个圆规的自动化工作，同时控制台3还设置语音系统，使教师可通过语音输入控制命令，控制圆规的工作，触摸屏4上可输入控制命令和显示转动柱2转动角度和画圆的半径。

使用过程中，教师可通过语音系统或触摸屏4选择指导教学模式或精细作图模式，若选择教学模式，教师通过语音或触摸屏4输入要画的圆弧的半径，将笔座ⅱ20旋转从笔座容纳腔18中旋转出来，并在笔座ⅱ20与转动柱2的下端面垂直的时候，通过紧固器将笔座ⅱ20固定在笔座容纳腔18的下端腔壁上，将画笔21插入笔座ⅱ20中，同时将圆规针16从针座容纳腔14中旋转出来，并在针16与支撑柱1末端面垂直的时候，通过紧固器将针座15固定在针座容纳腔14的下端腔壁上，然后控制系统控制微型电机ⅰ9、微型电机ⅱ11和微型电机ⅳ23工作，进而使滑动杆ⅰ6和滑动杆ⅱ7滑动相应距离，并控制转动杆2转动相应的角度，最后在触摸屏4上显示滑动杆ⅰ6和滑动杆ⅱ7的滑动距离，以及转动杆2的转动角度和要画的圆弧半径，这样调整到位后，教师抓住控制台3上的转动手柄，指导学生画出想要的圆弧，此时的使用和传统圆规使用无异，便于指导学生使用传统的圆规。

若教师选择的是精细作图模式，教师通过语音或触摸屏4输入要画的圆弧的半径和角度，将吸盘22吸附在要画圆弧的平面上，将笔座ⅰ19旋转从笔座容纳腔18中旋转出来，并在笔座ⅰ19与转动柱2的右端面垂直的时候，通过紧固器将笔座ⅰ19固定在笔座容纳腔18的右端腔壁上，将画笔21插入笔座ⅰ19中，控制系统控制微型电机ⅱ11和微型电机ⅲ13工作，进而使滑动杆ⅱ7滑动相应距离，并控制转轮17转动，最终使画笔21画出相应的圆弧，最后在触摸屏4上显示滑动杆ⅱ7的滑动距离，以及其转动的角度和要画的圆弧半径，这样可自动化和高精度地画出想要的圆弧。

在本发明中，作为优选，上述语音系统中设置扬声器和微型麦克风，以用于用户的命令输入和信息输出。

在本发明中，作为优选，上述齿条ⅰ和齿条ⅱ两端的制动开关都为光电开关。

在本发明中，作为优选，上述控制系统内设置有单片机，单片机为基于80c51内核的单片机。

在本发明中，作为优选，上述支撑柱1和转动柱2采用金属材料制成。

在本发明中，作为优选，上述吸盘22采用橡胶制成。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。