專利名稱：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、魔盤等，但他們由于結(jié)構(gòu)形 式固定卻無法進(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。中國專利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，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)包括八個等腰直角三角片，通過一個U型 連接件、五個頂點(diǎn)連接件和四個斜邊連接件，構(gòu)成空間變形折疊機(jī)構(gòu)；每兩個等腰直角三角 片通過一個斜邊連接件在直斜邊處活動連接在一起構(gòu)成一個組件，八個等腰直角三角片形 成第一至第四組件，四個組件通過三個頂點(diǎn)連接件在直角頂點(diǎn)處以轉(zhuǎn)動副形式依次串連在 一起，U型連接件和兩個頂點(diǎn)連接件將串連的四個組件首尾連接在一起形成一個閉環(huán)。
第一至第四組件由兩個等腰直角三角片和一個斜邊連接件構(gòu)成，斜邊連接件兩側(cè) 的凸點(diǎn)分別和兩個等腰直角三角片斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起。
頂點(diǎn)連接件將四個組件的等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動連接在一起，構(gòu)成轉(zhuǎn)動 畐IJ，兩個頂點(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等腰直 角三角片活動連接在一起，構(gòu)成兩個同一軸線的轉(zhuǎn)動副。
通過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，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等腰直角三角片，通過平 面大四邊形狀態(tài)和兩個平面小四邊形狀態(tài)，最終變?yōu)橐粋€平面小四邊形。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單， 成本低廉，易于制造和工程實(shí)現(xiàn)。為中小學(xué)生提供了一個對幾何形體及折疊機(jī)構(gòu)的認(rèn)識，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)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，空間變形折疊機(jī)構(gòu)包括八個等腰直角三角片(1、3、5、7、9、11、13、 17)，通過一個U型連接件(15)、五個頂點(diǎn)連接件(2、6、10、14、16)和四個斜邊連接件(4、8、12、18)，構(gòu)成空間變形折疊機(jī)構(gòu)；每兩個等腰直角三角片通過一個斜邊連接件在直斜邊處 活動連接在一起構(gòu)成一個組件，八個等腰直角三角片形成第一至第四組件，四個組件通過 三個頂點(diǎn)連接件在直角頂點(diǎn)處以轉(zhuǎn)動副形式依次串連在一起，U型連接件和兩個頂點(diǎn)連接 件將串連的四個組件首尾連接在一起形成一個閉環(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)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(17)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接 在一起，斜邊連接件(18)另一側(cè)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(I)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn) 動副形式連接在一起。
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) 的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(3)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起，斜邊連接 件(4)另一側(cè)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(5)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一 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) 的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(7)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起，斜邊連接 件(8)另一側(cè)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(9)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一 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)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(11)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起，斜邊 連接件(12)另一側(cè)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(13)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起。
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)的兩個等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動連接在一起，構(gòu)成一個轉(zhuǎn)動副。
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)的兩個等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動連接在一起，構(gòu)成一個轉(zhuǎn)動副。
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)的兩個等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動連接在一起，構(gòu)成一個轉(zhuǎn)動副。
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)的兩個等腰直角三角片活動連接在一起，構(gòu)成兩個同一軸 線的轉(zhuǎn)動副，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)成一個轉(zhuǎn)動副，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)成一個轉(zhuǎn)動副。
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產(chǎn)生運(yùn)動 時的干涉。
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凹 點(diǎn)卡住斜邊連接件的兩個凸點(diǎn)，能夠靈活轉(zhuǎn)動并不會輕易拆開。
頂點(diǎn)連接件的轉(zhuǎn)軸處具有如圖5所示的開槽，以滿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)動并不會輕易拆開。
具體的使用方法
空間變形折疊機(jī)構(gòu)可以通過轉(zhuǎn)動頂點(diǎn)連接件處的轉(zhuǎn)軸，將第一至第四組件分別變 成一個平面，四個組件分別處于不同的分層，此時折疊機(jī)構(gòu)外形如圖6 (a)構(gòu)成平面大四邊 形狀態(tài)；轉(zhuǎn)動第一組件和第二組件間的轉(zhuǎn)動軸，和轉(zhuǎn)動第三組件和第四組件間的轉(zhuǎn)動軸，使 U型連接件的轉(zhuǎn)動軸線與第二組件和第三組件間的轉(zhuǎn)動軸軸線重合，此時折疊機(jī)構(gòu)外形如 圖6 (b)構(gòu)成兩個平面小四邊形狀態(tài)；轉(zhuǎn)動兩個小四邊形間的轉(zhuǎn)軸，使兩個小四邊形兩端的 端點(diǎn)重合，此時折疊機(jī)構(gòu)外形如圖6 (c)構(gòu)成一個平面小四邊形狀態(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)包括八個等腰直角三角片(1、3、5、7、9、11、13、17)，通過一個U型連接件(15)、五個頂點(diǎn)連接件(2、6、10、14、16)和四個斜邊連接件(4、8、12、18)，構(gòu)成空間變形折疊機(jī)構(gòu)；每兩個等腰直角三角片通過一個斜邊連接件在直斜邊處活動連接在一起構(gòu)成一個組件，八個等腰直角三角片形成第一至第四組件，四個組件通過三個頂點(diǎn)連接件在直角頂點(diǎn)處以轉(zhuǎn)動副形式依次串連在一起，U型連接件和兩個頂點(diǎn)連接件將串連的四個組件首尾連接在一起形成一個閉環(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)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(17)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起，斜邊連接件(18)另一側(cè)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(I)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起;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)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(3)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起，斜邊連接件(4)另一側(cè)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(5)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起;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)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(7)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起，斜邊連接件 (8)另一側(cè)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(9)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起;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)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(11)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起，斜邊連接件(12)另一側(cè)的兩個凸點(diǎn)和等腰直角三角片(13)斜邊處的兩個凹點(diǎn)以轉(zhuǎn)動副形式連接在一起;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) 的兩個等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動連接在一起，構(gòu)成一個轉(zhuǎn)動副；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) 的兩個等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動連接在一起，構(gòu)成一個轉(zhuǎn)動副；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)的兩個等腰直角三角片的直角頂點(diǎn)活動連接在一起，構(gòu)成一個轉(zhuǎn)動副；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)的兩個等腰直角三角片活動連接在一起，構(gòu)成兩個同一軸線的轉(zhuǎn)動副，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)成一個轉(zhuǎn)動副，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)成一個轉(zhuǎn)動副。
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產(chǎn)生運(yùn)動時的干涉。
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凹點(diǎn)卡住斜邊連接件的兩個凸點(diǎn)，能夠靈活轉(zhuǎn)動并不會輕易拆開。
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.槽，以滿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)動并不會輕易拆開。
全文摘要
空間變形折疊機(jī)構(gòu)包括八個等腰直角三角片(1、3、5、7、9、11、13、17)、一個U型連接件(15)、五個頂點(diǎn)連接件(2、6、10、14、16)和四個斜邊連接件(4、8、12、18)組成。每兩個等腰直角三角片通過一個斜邊連接件在直斜邊處活動連接在一起構(gòu)成一個組件，八個等腰直角三角片形成第一至第四組件，四個組件通過三個頂點(diǎn)連接件在直角頂點(diǎn)處以轉(zhuǎn)動副形式依次串連在一起，U型連接件和兩個頂點(diǎn)連接件將串連的四個組件首尾連接在一起形成一個閉環(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，具有方便拆卸，連接牢固的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G09B23/04GK103000069SQ20121052083
公開日2013年3月27日 申請日期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 申請人:北京交通大學(xué)