一种机械原理教学中用于演示自由度与约束对偶关系的可重构柔性教具

摘要

本发明公开了一种机械原理教学中用于演示自由度与约束对偶关系的可重构柔性教具，该教具包括有一个动平台、一个静平台和六种杆件，六种杆件置于动平台与静平台之间。本发明设计的教具，一方面利用模块化的杆件和平台，搭接具有不同自由度的教具构型，另一方面利用搭接的教具构型，能够验证自由度与约束间的对偶关系。通过对教具的直接观察，学生能够直观理解自由度和约束间等概念以及它们间的对偶关系。

主权项

1.一种机械原理教学中用于演示自由度与约束对偶关系的可重构柔性教具，其特征在于：该教具包括有动平台（1）、静平台（2）、拆配工具（3）、第一杆件（4）、第二杆件（5）、第三杆件（6）、第四杆件（7）、第五杆件（8）和第六杆件（9），利用不同的构型杆件组合装配在动平台（1）与静平台（2）之间可形成不同自由度的柔性教具； 其中，动平台（1）上设有AA十字孔（11）、AB十字孔（12）、AC十字孔（13）、AD十字孔（14）、AE十字孔（15）、AF十字孔（16）、AG十字孔（17）、AH十字孔（18）和AI十字孔（19）； 其中，静平台（2）上设有BA十字孔（21）、BB十字孔（22）、BC十字孔（23）、BD十字孔（24）、BE十字孔（25）、BF十字孔（26）、BG十字孔（27）、BH十字孔（28）和BI十字孔（29）； 其中，拆配工具（3）上设有顶块（31）、手柄（34）、第一辅助块（3A）、第二辅助块（3B）；手柄（34）的一端称为小夹头端（3C），手柄（34）的另一端称为大夹头端（3D）；第一辅助块（3A）与小夹头端（3C）之间为小夹槽（32）；第二辅助块（3B）与大夹头端（3D）之间为大夹槽（33）； 其中，第一杆件（4）上设有A杆体（41）、A插头（42）和B插头（43）；A杆体（41）设置在A插头（42）与B插头（43）之间；A插头（42）包括有A插头体（42A）和A限位块（42B），A限位块（42B）与A杆体（41）一端的接合处为第一倾斜角α₄；B插头（43）包括有B插头体（43A）和B限位块（43B），B限位块（43B）与A杆体（41）另一端的接合处为第二倾斜角β₄； 其中，第二杆件（5）上设有B杆体（51）、C插头（52）和D插头（53）；B杆体（51）设置在C插头（52）与D插头（53）之间；C插头（52）包括有C插头体（52A）和C限位块（52B），C限位块（52B）与B杆体（51）的一端垂直；D插头（53）包括有D插头体（53A）和D限位块（53B），D限位块（53B）与B杆体（51）的另一端垂直； 其中，第三杆件（6）上设有C杆体（61）、E插头（62）和F插头（63）；C杆体（61）设置在E插头（62）与F插头（63）之间；E插头（62）包括有E插头体（62A）和E限位块（62B），E限位块（62B）与C杆体（61）一端的接合处为第三倾斜角α₆；F插头（63）包括有F插头体（63A）和F限位块（63B），F限位块（63B）与C杆体（61）另一端的接合处为第四倾斜角β₆； 第四杆件（7）上设有D杆体（71）、E杆体（72）、G插头（73）、H插头（74）和I插头（75）；D杆体（71）设置在G插头（73）与I插头（75）之间，E杆体（72）设置在H插头（74）与I插头（75）之间；G插头（73）包括有G插头体（73A）和G限位块（73B），G限位块（73B）与D杆体（71）的一端垂直；H插头（74）包括有H插头体（74A）和H限位块（74B），H限位块（74B）与E杆体（72）一端的接合处为第五倾斜角α₇；I插头（75）包括有I插头体（75A）和I限位块（75B），I限位块（75B）与D杆体（71）的另一端垂直，I限位块（75B）与E杆体（72）另一端的接合处为第六倾斜角β₇； 第五杆件（8）上设有F杆体（81）、G杆体（82）、J插头（83）、K插头（84）和L插头（85）；F杆体（81）设置在J插头（83）与L插头（85）之间，G杆体（82）设置在K插头（84）与L插头（85）之间，且F杆体（81）与G杆体（82）的内侧之间有第二夹角θ₈；J插头（83）包括有J插头体（83A）和J限位块（83B），J限位块（83B）与F杆体（81）一端接合处为第七倾斜角α₈；K插头（84）包括有K插头体（84A）和K限位块（84B），K限位块（84B）与G杆体（82）一端的接合处为第八倾斜角γ₈；L插头（85）包括有L插头体（85A）和L限位块（85B），且F杆体（81）的另一端、G杆体（82）的另一端汇交于L限位块（85B），L限位块（85B）与G杆体（82）另一端接合处为第九倾斜角β₈； 其中，第六杆件（9）上设有H杆体（91）、I杆体（92）、J杆体（93）、M插头（94）、N插 头（95）、O插头（96）和P插头（97）；H杆体（91）设置在M插头（94）与N插头（95）之间；I杆体（92）设置在M插头（94）与O插头（96）之间；J杆体（93）设置在M插头（94）与P插头（97）之间；M插头（94）包括有M插头体（94A）和M限位块（94B），且H杆体（91）的一端、I杆体（92）的一端和J杆体（93）的一端汇交于M限位块（94B）；且H杆体（91）一端与M限位块（94B）的接合处为第十倾斜角δ₉；且J杆体（93）一端与M限位块（94B）的接合处为第十一倾斜角α₉；且H杆体（91）的内侧与I杆体（92）的一侧之间有内夹角，该内夹角记为第三夹角且J杆体（93）的内侧与I杆体（92）的另一侧之间有第四夹角γ₉；N插头（95）包括有N插头体（95A）和N限位块（95B），N限位块（95B）与H杆体（91）另一端的接合处为第十二倾斜角β₉；O插头（96）包括有O插头体（96A）和O限位块（96B），O限位块（96B）与I杆体（92）的另一端垂直；P插头（97）包括有P插头体（97A）和P限位块（97B），P限位块（97B）与J杆体（93）另一端的接合处为第十三倾斜角θ₉。