專利名稱：描繪或示出四維事物的板、通用繪圖儀以及科學(xué)測量和學(xué)習(xí)工具的制作方法
描繪或示出四維事物的板、通用繪圖儀以及科學(xué)測量和學(xué)習(xí)工具
背景技術(shù)：
主要問題是使得在教室中的學(xué)習(xí)得到改進并且現(xiàn)代化。通常，老師使用常規(guī)板來展示其課程，例如數(shù)學(xué)或物理課，其僅利用繪圖技巧和托架，而不存在具有參數(shù)或真實技術(shù)幫助的任何工具，從而導(dǎo)致不精確性且因而導(dǎo)致學(xué)習(xí)不太有效率?，F(xiàn)如今，許多學(xué)校使用探照燈將來自計算機的圖像投影到電子白板中，由于該動作或互動性始終是虛擬的，因此這雖然有助于使得在教室中的學(xué)習(xí)得到改進并且現(xiàn)代化，但是具有缺乏真實且三維的測量工具的缺點。此外，已知的是，自然包括所有的科學(xué)并且這些科學(xué)用圖形表示，圖形繼而將始終在坐標(biāo)平面X、Y (寬度、高度)中被表示，并且如果工具還有助于表示深度或軸Z，那么這在理解自然以及學(xué)習(xí)改進方面具有極大的幫助。 說明本發(fā)明涉及以四維(水平、豎直、深度和時間)、通用繪圖儀、學(xué)習(xí)和科學(xué)測量工具表示事物的板或面板，該板或面板以客觀的方式用從小到大的形式描繪事物，從而借助與輸入和/或輸出引腳以電子方式連接的測量工具或多個傳感器便于通過圖形、繪圖、實驗或真實表示來學(xué)習(xí)科學(xué)，從而摒棄計算機軟件。這還將在工程、建筑、設(shè)計、仿真、藝術(shù)和建模等多種應(yīng)用中得以發(fā)展。使用示例在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中真實地表示的理論在此將解釋數(shù)學(xué)表達式、公式或函數(shù)如何能夠用事物來表示，例如在表達式X+4=0中，能夠借助一定時間間隔的水平位移或其他過程來表示該未知領(lǐng)域(incognita)，然后確定單位參數(shù)并且求解該未知領(lǐng)域，進而以更好的方式理解該表達式。而且并且同樣清楚地，針對事物采用線性函數(shù)Y=mx+4，使得水平軸根據(jù)計算機軟件移位X個單位的數(shù)量，并且同時Y位移將受HiX的乘積影響，如果同時啟動發(fā)動機，則將能夠看到斜率生成，并且還能夠觀察到正參數(shù)4不影響斜率但影響其位置。該公式和變量被從軟件發(fā)出，從而以真實的方式相互作用。該表示將清楚地有助于學(xué)習(xí)。在物理加速領(lǐng)域中真實地表示的理論借助線來懸掛質(zhì)量體并且將該質(zhì)量體安裝在工具保持車上，接著增加沿水平軸或X軸的移位速度，觀察到該質(zhì)量體不會伴隨該移位，由于慣性效應(yīng)，該質(zhì)量體移離豎直方向，接著如果減速移位，則注意到該質(zhì)量體沿相反的方向移離，然而當(dāng)施加恒定的速度時，這時質(zhì)量體確實伴隨該豎直方向而不偏離其垂直度。在工程中該板或面板被研制用于按比例繪制多個過程和自動控制，這是因為具有不同的運動會有助于該板或面板與各種測量工具相互作用，這些測量工具例如是秤、刻度尺、測力計、機械形式等，這些測量工具由磁性特征輔助，并且由與進出計算機上的相應(yīng)軟件的、在控制器中可用的數(shù)據(jù)輸入或輸出引腳連接的各個傳感器支持，從而有利于所提出的工程過程的研究。在建筑中該板或面板變?yōu)檎鎸嵉睦L圖板或混合體，這是因為該板或面板在來自計算機的打印圖形的許多優(yōu)勢的基礎(chǔ)上構(gòu)成(沿X、Y的運動)并且還能夠是繞水平軸旋轉(zhuǎn)的常規(guī)繪圖板，托架現(xiàn)在包含與計算機軟件連接的多個傳感器，并具有深度Z軸運動，如果磁性物體也能夠被固定到該板上并且該板繞其水平方向旋轉(zhuǎn)，則這些因素一起將可以以比例尺表示三維并且它們?nèi)拷柚T如光線的機構(gòu)來相互作用，這會有益于設(shè)計者。該板或面板是具有兩種或三種運動的小或很大形式的不同磁性特征的金屬板，其中由數(shù)字發(fā)動機(步進馬達)驅(qū)動的T形尺在導(dǎo)軌上橫跨該導(dǎo)軌的全部水平軸或X軸移動(水平運動)，所述數(shù)字發(fā)動機由控制器(驅(qū)動器)操縱，并且從控制器(驅(qū)動器)被傳送到計算 機上的軟件。類似地，工具保持車移動(豎直運動)，而卷繞T形尺，從而形成由被控制器(驅(qū)動器)操縱的數(shù)字發(fā)動機(步進馬達)驅(qū)動的該T形尺的總長度或豎直軸的路徑，并且被傳送到計算機軟件。在由通過在申請人的軟件中實現(xiàn)的速度和加速度的數(shù)學(xué)函數(shù)指示的它們的相應(yīng)發(fā)動機驅(qū)動的這兩種水平運動和豎直運動(X，Y)的情況下，能夠精確地橫跨板或面板的表面移位，并且在工具保持車中放置有粉筆、標(biāo)記筆、噴槍、噴射墨或任何類型的示蹤器，該粉筆、標(biāo)記筆、噴槍、噴射墨或任何類型的示蹤器由借助軟件控制的電磁機構(gòu)而抵靠該板或面板驅(qū)動，由此能夠在同一板、紙、織物或畫布上繪制或打印在科學(xué)、數(shù)學(xué)和繪圖方面全部通用的圖形。還設(shè)置相對于板具有垂直運動的第三深度或Z軸以及在工具保持車中相對于其驅(qū)動器和計算機上的軟件被安裝的第三發(fā)動機，該儀器變?yōu)槿S空間中的構(gòu)型、仿真、過程、自動控制和建模的描繪者和提供者。該板還能夠繞其水平軸旋轉(zhuǎn)，并且由于其金屬磁性特征，該板會保持附接物體和結(jié)構(gòu)件。在工具保持車中，即使在同一板上，也設(shè)置有不同的測量工具(定標(biāo)器、刻度尺、秒表、測力計和電流表等)或多個傳感器(機械、光學(xué)、運動、溫度、磁性、電磁和紅外等)，因此其變?yōu)槎嘤猛緦嶒灩ぞ撸@些傳感器或測量工具以電子的方式連接到控制器(PIC)所配置的數(shù)據(jù)輸入或輸出引腳，因此可以收集或發(fā)送測量值或數(shù)據(jù)至計算機中的相應(yīng)軟件。該板還具有由電源形成的電子部，該電子部將具有連接到該板以通電該實驗板的各個部件的端子塊。該板還具有屏幕或可視顯示器。機構(gòu)和電子器件該板或面板是能夠附接多個附件、傳感器和測量儀器的呈磁性形式的金屬板或面板。其具有不同的小和很大的形式，具有兩種運動豎直運動和水平運動(二維)，工具保持車沿豎直或水平方向運動；以及深度的第三Z軸運動(三維)。由于該構(gòu)造，該板或面板在其水平方向上旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動，從而具有相同的性能。使得激發(fā)水平和豎直軸(X，Y)的運動的機構(gòu)包括線纜，該線纜卷繞雙巷道滑輪一圈半，該雙巷道滑輪被安裝在數(shù)字發(fā)動機中并且通過鍵接頭來依附于數(shù)字發(fā)動機的運動，該線纜行進到另一端并且穿過一個巷道的自由滑輪，接著返回，系結(jié)T形尺，穿出T形尺并且返回到驅(qū)動滑輪，該驅(qū)動滑輪使得該線纜(當(dāng)其被張緊時)固定到該滑輪并且依附于發(fā)動機的運動。然而，線纜將使其自身安裝在雙巷道滑輪中以跟隨其軌跡，并且接著從該滑輪的外部設(shè)置兩個約束銷，所述約束銷使得線纜改變其軌跡而不被安裝(該系統(tǒng)對于X軸和Y軸是等同的，對于Z軸是任選的)。此外，在線纜的一端中存在線纜的張力指示器，即，提供必要調(diào)節(jié)的彈簧。軸X的移位方向(水平)在導(dǎo)軌(不銹鋼管)上，T形尺借助該導(dǎo)軌移位，并且在該導(dǎo)軌處固定有具有凹形通道的滑輪對，該凹形通道具有與導(dǎo)軌相同的形狀，并且看起來像“三明治(sandwich)”。工具保持車沿Y軸(豎直方向)的移位方向通過四個滑輪圍繞T形尺的矩形部段，這使得工具保持車跨過T形尺的全部長度滑動。工具保持車和板具有各種選擇以待錨定或被固定，例如螺紋孔、螺釘、視覺顯示器、能量端子塊、數(shù)據(jù)輸入和輸出引腳、傳感器、測量儀器、機構(gòu)和工具都被固定在其上，以用于產(chǎn)生各種活動。同樣在工具保持車中也固定有繪圖或示蹤機構(gòu)以及驅(qū)動Z軸或深度軸 的馬達。由于其構(gòu)造，所有該板或面板在其水平軸上轉(zhuǎn)動而再定位，但具有相同的性能。該板具有電子模塊來完成其任務(wù)。向整個系統(tǒng)供電的第一模塊是專用電源，其用于向發(fā)動機驅(qū)動器(驅(qū)動器)供電以及還向接口模塊供電。第二模塊是位于PC和硬件之間的接口 ；該第二模塊具有兩個PIC，這些PIC負責(zé)接收來自PC的命令并且將該命令發(fā)送到執(zhí)行機構(gòu)。第三和第四模塊是驅(qū)動器(控制器)，這些驅(qū)動器通過發(fā)動機操縱坐標(biāo)軸的移位；該第三和第四模塊還控制將連接不同過程的可用數(shù)據(jù)的輸入和輸出的數(shù)量?？蛇x地，該板能夠連接到屏幕或顯示器，該屏幕或顯示器顯示在PC中完成的任務(wù)。圖I的說明I :板或金屬面板的表面,該表面能夠具有不同尺寸2 :T形尺，該T形尺橫跨全部的水平長度移位3 :鋼管導(dǎo)軌，T形尺在該鋼管導(dǎo)軌上移位4 :雙巷道滑輪，該雙巷道滑輪被安裝在相應(yīng)的數(shù)字發(fā)動機上，其中具有由控制器操縱的速度和加速度運動，所述控制器由來自計算機軟件的數(shù)學(xué)函數(shù)指示5 :自由運動滑輪，該自由運動滑輪限制沿水平方向的位移6 :線纜，該線纜拖動運動機構(gòu)或系統(tǒng)移位7 :工具保持車，該工具保持車沿豎直方向橫跨T形尺的長度移位，并且具有將被安裝到其上的不同附件或工具的固定機構(gòu)8 :用于各個示蹤器的行程和繪圖工具9 Ζ軸或深度軸，該Z軸或深度軸與其相應(yīng)數(shù)字發(fā)動機和移位機構(gòu)一起被安裝在工具保持車中10 :圍繞導(dǎo)軌的輪和滑輪，T形尺在該導(dǎo)軌上移位11 :用于定位成水平形狀的面板旋轉(zhuǎn)樞軸12 :銷，該銷引導(dǎo)雙巷道滑輪中的線纜軌跡
權(quán)利要求
1.一種具有二維運動(水平和豎直)以及三維尺寸(深度)的板或面板，所述板或面板繪制、進行測量、與計算機交互、表示并且便于進行三維構(gòu)型，其特征在于，所述板或面板具有兩種運動，即在整個水平長度或X軸上的第一運動，該第一運動使得T形尺移位；以及在所述T形尺上的第二運動，該第二運動使得工具保持車移位從而形成整個豎直長度的路徑，這兩種運動分別通過由速度和加速度的數(shù)學(xué)函數(shù)指示的兩個數(shù)字發(fā)動機驅(qū)動，這兩個數(shù)字發(fā)動機由其控制器操縱，并且所述控制器由所述計算機中的軟件來驅(qū)動，由此，所述T形尺和所述工具保持車能夠在所述板的整個表面上移位，從而描繪斜率和拋物線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的板或面板，其特征在于，所述板或面板具有這樣的工具保持車，所述工具保持車在所述面板的整個表面上移位，并且所述板或面板具有隸屬于各種儀器或工具的機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板或面板，其特征在于，在所述工具保持車中設(shè)置有任意類型的示蹤器，該示蹤器通過由所述軟件控制的電磁機構(gòu)抵靠所述板被致動并且具有相應(yīng)的水平和豎直運動，所述示蹤器能夠在板、紙、畫布或其他表面上形成所有類型的圖形、圖或畫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板或面板，其特征在于，向所述板提供具有垂直運動的第三深度軸或Z軸，所述第三深度軸或Z軸由安裝在所述工具保持車中的第三發(fā)動機來致動，所述第三發(fā)動機由其控制器和計算機軟件操縱。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板或面板，其特征在于，在所述表面或所述工具保持車中固定有被連接到相應(yīng)的控制器所配置的數(shù)據(jù)輸入和/或輸出引腳的測量工具、視覺顯示屏、電力端子塊、機構(gòu)和傳感器，這些相應(yīng)的控制器與來自所述計算機以及至所述計算機的軟件交互。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的板或面板，其特征在于，所述板或面板具有金屬板，并且使得所述面板繞其水平軸旋轉(zhuǎn)，到達不同的位置，并且保持附接到其上的結(jié)構(gòu)件和磁性機構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的板或面板，其特征在于，使得T形尺在導(dǎo)軌(鋼管)上橫跨水平方向移位，在所述導(dǎo)軌處固定有兩對圍繞導(dǎo)軌的滑輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的板或面板，其特征在于，穿過線纜開始水平和豎直(X，Y)運動，所述線纜卷繞雙巷道滑輪一圈半，所述雙巷道滑輪安裝在數(shù)字發(fā)動機上并且通過鍵接頭來依附于所述數(shù)字發(fā)動機的運動，所述線纜行進到另一端并且穿過自由滑輪、單巷道滑輪，然后返回，系結(jié)到所述T形尺，離開所述T形尺并且再次返回到拖動滑輪，該機構(gòu)也針對Z軸或深度軸起作用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的板或面板，其特征在于，將卷繞所述雙巷道滑輪一圈半的所述線纜設(shè)置到所述導(dǎo)軌上，在所述滑輪的外側(cè)設(shè)置兩個約束銷，所述約束銷使得所述線纜順隨期望軌跡而不被安裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有兩種或三種運動的具有磁性特征的金屬板或黑板，該金屬板或黑板以四維(水平、豎直、深度和時間)來繪圖并且表示事物，并且客觀地描繪事物，其中T形尺沿水平軸或X軸由受驅(qū)動器和計算機上的軟件控制的數(shù)字步進馬達在導(dǎo)軌上運動(水平運動)。此外，圍繞T形尺的工具保持車由受驅(qū)動器控制的數(shù)字步進馬達致動而沿該T形尺的總長度或Y軸運動(豎直運動)，該數(shù)字步進馬達繼而由計算機上的軟件控制，其中這兩種運動由數(shù)學(xué)速度和加速度函數(shù)控制。在該工具保持車中抵靠黑板的表面放置有氈尖筆或標(biāo)記筆，以便繪制所有方式的圖形。此外，工具保持車包括提供垂直于黑板的運動(深度通路)的第三馬達，及其相應(yīng)馬達和驅(qū)動器。不同的科學(xué)測量工具和結(jié)構(gòu)被安裝在板或工具保持車上，并且借助驅(qū)動器以及計算機上的相關(guān)軟件而以電子方式連接到黑板上可用的不同的數(shù)據(jù)輸入或輸出引腳，從而提供與計算機交互的真實的科學(xué)測量和實驗儀器。
文檔編號G06F17/50GK102869519SQ201080066580
公開日2013年1月9日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月5日
發(fā)明者J·A·J·瓦勒喬·曼亞里 申請人:J·A·J·瓦勒喬·曼亞里