專(zhuān)利名稱(chēng)：空間變形折疊機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間變形折疊機(jī)構(gòu)，特別涉及一種空間可折疊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自身幾何外 形的變化，適用于制作幾何教具、機(jī)構(gòu)教具和玩具。
背景技術(shù)：
縮放機(jī)構(gòu)有很多在玩具觀賞性上的應(yīng)用，如魔術(shù)花球、魔盤(pán)等，但他們由于結(jié)構(gòu)形 式固定卻無(wú)法進(jìn)行拆卸和拼裝。還有如七巧板、積木這種可以任意組合的玩具，但是它們的 模塊一旦機(jī)械化連接后，將不可以再改變外在形狀。中國(guó)專(zhuān)利CN 101980322A提出了一種 八邊形折疊機(jī)構(gòu)，它在實(shí)現(xiàn)折疊效果的同時(shí)，就方便拆卸，連接牢固的優(yōu)點(diǎn)，它可以將處于 不同層的八邊形機(jī)構(gòu)在平面內(nèi)進(jìn)行變形，最終折疊成小正方形。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題變形機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式固定，或不可拆卸，或局限于平面內(nèi) 的變形，提出一種空間變形折疊機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的技術(shù)方案空間變形折疊機(jī)構(gòu)包括八個(gè)等腰直角三角片，通過(guò)一個(gè)U型 連接件、五個(gè)頂點(diǎn)連接件和四個(gè)斜邊連接件，構(gòu)成空間變形折疊機(jī)構(gòu)；每?jī)蓚€(gè)等腰直角三角 片通過(guò)一個(gè)斜邊連接件在直斜邊處活動(dòng)連接在一起構(gòu)成一個(gè)組件，八個(gè)等腰直角三角片形 成第一至第四組件，四個(gè)組件通過(guò)三個(gè)頂點(diǎn)連接件在直角頂點(diǎn)處以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式依次串連在 一起，U型連接件和兩個(gè)頂點(diǎn)連接件將串連的四個(gè)組件首尾連接在一起形成一個(gè)閉環(huán)。
第一至第四組件由兩個(gè)等腰直角三角片和一個(gè)斜邊連接件構(gòu)成，斜邊連接件兩側(cè) 的凸點(diǎn)分別和兩個(gè)等腰直角三角片斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起。
頂點(diǎn)連接件將四個(gè)組件的等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng) 畐IJ，兩個(gè)頂點(diǎn)連接件和U型連接件將第四組件和第一組件的等腰直角三角片的兩個(gè)等腰直 角三角片活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成兩個(gè)同一軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。
通過(guò)上述零件之間的連接完成空間變形折疊機(jī)構(gòu)的組裝。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述的空間變形折疊機(jī)構(gòu)，在可以方便拆卸，連接固定 的同時(shí)，具有空間變形和折疊的效果。該機(jī)構(gòu)可以將空間上的八個(gè)等腰直角三角片，通過(guò)平 面大四邊形狀態(tài)和兩個(gè)平面小四邊形狀態(tài)，最終變?yōu)橐粋€(gè)平面小四邊形。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 成本低廉，易于制造和工程實(shí)現(xiàn)。為中小學(xué)生提供了一個(gè)對(duì)幾何形體及折疊機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，可 用于制作益智玩具和幾何教學(xué)教具。


圖1空間變形折疊機(jī)構(gòu)的整體三維圖
圖2等腰直角三角片與斜邊連接件的連接示意圖
圖3 U型連接件剖面圖
圖4組件與頂點(diǎn)連接件的連接示意圖
圖5頂點(diǎn)連接件三維圖
圖6 (a)、圖6 (b)、圖6 (c)是空間變形折疊機(jī)構(gòu)變形過(guò)程示意圖
圖6 (a)構(gòu)成平面大四邊形狀態(tài)示意圖
圖6 (b)構(gòu)成兩個(gè)平面小四邊形狀態(tài)示意圖
圖6 (C)構(gòu)成平面小四邊形狀態(tài)示意圖
圖中等腰直角三角片1、頂點(diǎn)連接件2、等腰直角三角片3、斜邊連接件4、等腰直 角三角片5、頂點(diǎn)連接件6、等腰直角三角片7、斜邊連接件8、等腰直角三角片9、頂點(diǎn)連接 件10、等腰直角三角片11、斜邊連接件12、等腰直角三角片13、頂點(diǎn)連接件14、U型連接件 15、頂點(diǎn)連接件16、等腰直角三角片17、斜邊連接件18。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，空間變形折疊機(jī)構(gòu)包括八個(gè)等腰直角三角片(1、3、5、7、9、11、13、 17)，通過(guò)一個(gè)U型連接件(15)、五個(gè)頂點(diǎn)連接件(2、6、10、14、16)和四個(gè)斜邊連接件(4、8、12、18)，構(gòu)成空間變形折疊機(jī)構(gòu)；每?jī)蓚€(gè)等腰直角三角片通過(guò)一個(gè)斜邊連接件在直斜邊處 活動(dòng)連接在一起構(gòu)成一個(gè)組件，八個(gè)等腰直角三角片形成第一至第四組件，四個(gè)組件通過(guò) 三個(gè)頂點(diǎn)連接件在直角頂點(diǎn)處以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式依次串連在一起，U型連接件和兩個(gè)頂點(diǎn)連接 件將串連的四個(gè)組件首尾連接在一起形成一個(gè)閉環(huán)。
如圖2所示，第一組件由等腰直角三角片(17)、(I)和斜邊連接件(18)構(gòu)成，斜邊 連接件(18)—側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(17)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接 在一起，斜邊連接件(18)另一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(I)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn) 動(dòng)副形式連接在一起。
第二組件由等腰直角三角片(3 )、( 5 )和斜邊連接件(4 )構(gòu)成，斜邊連接件(4 ) 一側(cè) 的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(3)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起，斜邊連接 件(4)另一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(5)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一 起。
第三組件由等腰直角三角片(7 )、( 9 )和斜邊連接件(8 )構(gòu)成，斜邊連接件(8 ) —側(cè) 的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(7)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起，斜邊連接 件(8)另一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(9)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一 起。
第四組件由等腰直角三角片(11 )、( 13 )和斜邊連接件(12 )構(gòu)成，斜邊連接件(12) 一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(11)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起，斜邊 連接件(12)另一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(13)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起。
如圖3所示，頂點(diǎn)連接件(2)將第一組件的等腰直角三角片(I)和第二組件的等腰 直角三角片(3)的兩個(gè)等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。
頂點(diǎn)連接件(6)將第二組件的等腰直角三角片(5)和第三組件的等腰直角三角片(7)的兩個(gè)等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。
頂點(diǎn)連接件(10)將第三組件的等腰直角三角片(9)和第四組件的等腰直角三角片(11)的兩個(gè)等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。
頂點(diǎn)連接件(14)、( 16)和U型連接件(15)將第四組件的等腰直角三角片(13)和 第一組件的等腰直角三角片(17)的兩個(gè)等腰直角三角片活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成兩個(gè)同一軸 線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)副，其中頂點(diǎn)連接件(14)將等腰直角三角片(13)的直角頂點(diǎn)和如圖4所示的U型 連接件(15)的一端連接在一起，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，頂點(diǎn)連接件(16)將等腰直角三角片(17) 的直角頂點(diǎn)和U型連接件(15)的另一端連接在一起,構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。
等腰直角三角片斜邊處的兩段具有一定倒角，使等腰直角三角片間不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng) 時(shí)的干涉。
等腰直角三角片具有微小的彈性變形量，可以使等腰直角三角片斜邊處的兩個(gè)凹 點(diǎn)卡住斜邊連接件的兩個(gè)凸點(diǎn)，能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)并不會(huì)輕易拆開(kāi)。
頂點(diǎn)連接件的轉(zhuǎn)軸處具有如圖5所示的開(kāi)槽，以滿(mǎn)足微小的彈性變形量，可以使 頂點(diǎn)連接件的轉(zhuǎn)軸卡入等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)，能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)并不會(huì)輕易拆開(kāi)。
具體的使用方法
空間變形折疊機(jī)構(gòu)可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)頂點(diǎn)連接件處的轉(zhuǎn)軸，將第一至第四組件分別變 成一個(gè)平面，四個(gè)組件分別處于不同的分層，此時(shí)折疊機(jī)構(gòu)外形如圖6 (a)構(gòu)成平面大四邊 形狀態(tài)；轉(zhuǎn)動(dòng)第一組件和第二組件間的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，和轉(zhuǎn)動(dòng)第三組件和第四組件間的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，使 U型連接件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)與第二組件和第三組件間的轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線(xiàn)重合，此時(shí)折疊機(jī)構(gòu)外形如 圖6 (b)構(gòu)成兩個(gè)平面小四邊形狀態(tài)；轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)小四邊形間的轉(zhuǎn)軸，使兩個(gè)小四邊形兩端的 端點(diǎn)重合，此時(shí)折疊機(jī)構(gòu)外形如圖6 (c)構(gòu)成一個(gè)平面小四邊形狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.空間變形折疊機(jī)構(gòu)，其特征在于該折疊機(jī)構(gòu)包括八個(gè)等腰直角三角片(1、3、5、7、9、11、13、17)，通過(guò)一個(gè)U型連接件(15)、五個(gè)頂點(diǎn)連接件(2、6、10、14、16)和四個(gè)斜邊連接件(4、8、12、18)，構(gòu)成空間變形折疊機(jī)構(gòu)；每?jī)蓚€(gè)等腰直角三角片通過(guò)一個(gè)斜邊連接件在直斜邊處活動(dòng)連接在一起構(gòu)成一個(gè)組件，八個(gè)等腰直角三角片形成第一至第四組件，四個(gè)組件通過(guò)三個(gè)頂點(diǎn)連接件在直角頂點(diǎn)處以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式依次串連在一起，U型連接件和兩個(gè)頂點(diǎn)連接件將串連的四個(gè)組件首尾連接在一起形成一個(gè)閉環(huán)；第一組件由等腰直角三角片(17)、( I)和斜邊連接件(18)構(gòu)成，斜邊連接件(18) —側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(17)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起，斜邊連接件(18)另一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(I)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起;第二組件由等腰直角三角片(3 )、( 5 )和斜邊連接件(4)構(gòu)成，斜邊連接件(4) 一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(3)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起，斜邊連接件(4)另一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(5)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起;第三組件由等腰直角三角片(7)、(9)和斜邊連接件(8)構(gòu)成，斜邊連接件(8) —側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(7)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起，斜邊連接件 (8)另一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(9)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起;第四組件由等腰直角三角片(11 )、( 13 )和斜邊連接件(12 )構(gòu)成，斜邊連接件(12 ) —側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(11)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起，斜邊連接件(12)另一側(cè)的兩個(gè)凸點(diǎn)和等腰直角三角片(13)斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式連接在一起;頂點(diǎn)連接件(2)將第一組件的等腰直角三角片(I)和第二組件的等腰直角三角片(3) 的兩個(gè)等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；頂點(diǎn)連接件(6)將第二組件的等腰直角三角片(5)和第三組件的等腰直角三角片(7) 的兩個(gè)等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；頂點(diǎn)連接件(10)將第三組件的等腰直角三角片(9)和第四組件的等腰直角三角片 (11)的兩個(gè)等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；頂點(diǎn)連接件(14)、( 16)和U型連接件(15)將第四組件的等腰直角三角片(13)和第一組件的等腰直角三角片(17)的兩個(gè)等腰直角三角片活動(dòng)連接在一起，構(gòu)成兩個(gè)同一軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)副，其中頂點(diǎn)連接件(14)將等腰直角三角片(13)的直角頂點(diǎn)和U型連接件(15)的一端連接在一起，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，頂點(diǎn)連接件(16)將等腰直角三角片(17)的直角頂點(diǎn)和U 型連接件(15)的另一端連接在一起，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。
2.如權(quán)利要求1所述的空間變形折疊機(jī)構(gòu)，其特征在于等腰直角三角片斜邊處的兩段具有一定倒角，使等腰直角三角片間不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)時(shí)的干涉。
3.如權(quán)利要求1所述的空間變形折疊機(jī)構(gòu)，其特征在于等腰直角三角片具有微小的彈性變形量，可以使等腰直角三角片斜邊處的兩個(gè)凹點(diǎn)卡住斜邊連接件的兩個(gè)凸點(diǎn)，能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)并不會(huì)輕易拆開(kāi)。
4.如權(quán)利要求1所述的空間變形折疊機(jī)構(gòu)，其特征在于頂點(diǎn)連接件的轉(zhuǎn)軸處具有開(kāi).槽，以滿(mǎn)足微小的彈性變形量，可以使頂點(diǎn)連接件的轉(zhuǎn)軸卡入等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)， 能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)并不會(huì)輕易拆開(kāi)。
全文摘要
空間變形折疊機(jī)構(gòu)包括八個(gè)等腰直角三角片(1、3、5、7、9、11、13、17)、一個(gè)U型連接件(15)、五個(gè)頂點(diǎn)連接件(2、6、10、14、16)和四個(gè)斜邊連接件(4、8、12、18)組成。每?jī)蓚€(gè)等腰直角三角片通過(guò)一個(gè)斜邊連接件在直斜邊處活動(dòng)連接在一起構(gòu)成一個(gè)組件，八個(gè)等腰直角三角片形成第一至第四組件，四個(gè)組件通過(guò)三個(gè)頂點(diǎn)連接件在直角頂點(diǎn)處以轉(zhuǎn)動(dòng)副形式依次串連在一起，U型連接件和兩個(gè)頂點(diǎn)連接件將串連的四個(gè)組件首尾連接在一起形成一個(gè)閉環(huán)，構(gòu)成空間變形折疊機(jī)構(gòu)。本機(jī)構(gòu)適用于制作幾何教具、機(jī)構(gòu)教具和玩具，易于自行組裝，在實(shí)現(xiàn)折疊效果的同時(shí)，具有方便拆卸，連接牢固的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B23/04GK103000069SQ20121052083
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者姚燕安, 田耀斌, 王潔羽, 宋鵬超, 李曄卓 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)