具有简单的绘图孔机构的几何工具

技术领域

本发明提供新的几何工具如刻度尺、圆规和量角器，用于测量 和绘制如长度、圆、弧和角度的几何应用。

现有技术

在全世界正在使用的现有传统几何工具诸如

(1)用于测量和绘制长度的刻度尺，

(2)用于绘制弧以及圆的圆规，

(3)用于测量和绘制角度的量角器

全都用传统方式制作和操作，以满足几何应用。也就是说，对 于每种现有方式，都是通过使用上述工具分测量和绘制两个阶段的 两步费力的操作来满足几何要求。尤其当绘制圆以及弧时，基本上 要分开使用刻度尺和圆规的两种单独工具。与此不同，本发明采用 的新发明的简单的(傻瓜式)绘图孔机构，制作了新发明的用作刻 度尺、圆规和量角器的几何工具的基本模式(基本模式-A，A1，B， B1，B2，B3和C)，该模式单步操作就能满足标记和绘图需求。该 绘图孔简单机构是用于制作这样的新工具的全新机构，并且在全世 界根本没有实施过。因此对于本发明不存在完全相同的现有技术。 然而，由于本新发明将要取代所有现有传统几何工具如刻度尺、圆 规和量角器，它们可以被看作本发明的现有技术。

发明背景

全世界在所有领域如教育和工业等的数百万人使用目前传统 的几何工具如刻度尺、圆规和量角器分别用于测量和绘制长度、圆、 弧和角以便满足他们的几何应用。当使用这些传统工具时，使用者 为达到他们的几何需要会感觉不舒服，并且花费更多时间而效率很 低。尤其对于正在学习地孩子，当他们使用这些工具时更感到更紧 张和费力，而他们也不会将上述问题告诉别人。原因可能是，使用 者都认为现有的刻度尺、圆规和量角器都是他们能获得的最后形式 而在这些工具上没有进一步发明的余地。因此，到目前为止还没有 出现基于这些已有传统工具的全新形式。

我们三个发明人认识到上述问题并决定克服它们，我们考虑必 须要发明全新的机构，并且该机构能用于制作这些工具。只有这样 才能解决现存的问题。基于这种想法，我们在过去几年中努力尝试， 最终发明了下面的用于制作新几何工具的绘图孔简单机构，并且通 过应用该新的绘图孔简单机构，我们还发明了下文新的用作刻度 尺、圆规和量角器的以组形式的几何工具基本模式。

发明内容

新发明的绘图孔简单机构，用于制作新的几何工具如刻度尺、 圆规和量角器。

并不是在由刻度尺或量角器进行测量后，绘制几何图形如长 度、圆、弧和角，而是直接通过小绘图孔绘制它们，这些孔以合适 的尺寸、形状、以及位置设置在工具本身的主体中。绘图孔可以以 精确的距离和度数设置并具有完全的简单机构。其它简单机构也可 以设置在该工具中，以便非常容易、非常快速和非常精确地获得所 需的最大精度的分数测量以用于绘制所需长度、圆、弧和角。

应用上述新发明的绘图孔简单机构的新几何工具的三组基本 模式(模式A，B和C组)的发明

应用上述新发明的绘图孔简单机构，我们发明了数种用作刻度 尺、圆规和量角器的新几何工具。从这些新发明的几何工具的基本 模式，我们选择并提交了用作刻度尺、圆规和量角器的新几何工具 的以下三组基本模式即基本模式-A、B和C组，与上述绘图孔简单 机构一起，以获得专利授权。这些工具都被制作用来测量和绘制线 条、圆及弧以及角，而只需进行非常简单的操作。尤其当使用该新 发明的圆规以便绘制圆及弧时，不需要分别用两种单独工具如刻度 尺和圆规进行两个独立的操作。这不同于传统方法，即，通过使用 刻度尺进行测量作为一个操作，通过使用圆规绘制圆或弧作为另一 操作。由于测量部分是新工具的整体的部分，单个新工具可以同时 和非常容易地进行测量和绘制两种操作。

(1)基本模式-A、A1：具有绘图孔的刻度尺

(2)基本模式-B、B1、B2和B3：具有定心腿组件、(带或不 带)斜滑尺、绘图孔和简单机构的圆规，

(3)基本模式-C：具有绘图孔和简单机构的量角器

本新发明的几何工具的基本模式的一般方面

工具的所有部件可以由铝或任何金属或塑料或任何材料制成。 所有工具的测量部件(可拆卸的和可互换的刻度部分)也可以由薄 弹性板制成。

用于绘制的工具的圆形绘图孔也可以设置有金属和非金属的 套管或环(衬圈)，用于根据需要的标记或绘制工具如钢笔或铅笔 或圆珠笔或小尖端(micro tip)或金属针或绘图笔(sketch pen)或 任何其它标记或绘制工具的容易或傻瓜式进入。提供上述环将避免 绘图孔的损耗(磨损和划伤)并确保其耐久性。圆形绘图孔的环也 可以设置有内部或外部螺纹(螺丝)以便固定任何特定的标记、划 线或切割工具，该工具的匹配端也具有合适的内部或外部螺纹。

设置在工具中的绘图孔也可以被制成为矩形或三角形或任何 合适的形状，尺寸取决于绘图器(标记器)，其优选为如钢笔或铅 笔或圆珠笔或小尖端或金属针或绘图笔或任何其它标记或绘制工 具。

将新发明的工具的可拆卸的和可更换的刻度尺主体(scale body 以下称尺体)制成达15厘米的长度，用于测量和绘制。尺体也可 以根据要求制成任何长度，例如长30厘米、40厘米、60厘米等。 为了非常容易并非常舒适地绘制非常小的圆和弧，尺体也可以制成 所需的更短长度如1厘米、2厘米、3厘米、4厘米和5厘米等，由 于这种设置，通过使用仅仅一套带有其它匹配部件的定心腿组件以 及通过替换相应要求的更短或更长尺体，我们能根据我们所需要的 半径非常舒适地绘制非常小或非常大的圆及弧。

新工具的刻度尺部分的宽度也可以比所有在使用的现有传统 刻度尺的宽度甚至更小。也就是说，尺体由小条带的弹性板或塑料 或宽度小得多的任何材料制成。

该工具也可以被制成用于FPS(英寸测量刻度)系统。

可以制出量角器的基本模式(模式-E)以便测量和绘制达360 度或180度或达任何度数。

新发明的工具的优点

(1)使用所有新发明的工具(模式-A、和模式-B组)绘制的 圆、弧自然地具有确定的中心点，这是源于工具的新机构，通过该 机构绘制了这些图形。提及这个方面的原因是，在现有技术中很少 有工具可以不用圆规而绘制仅仅很少(四种或五种不同直径的圆， 其也达最大直径，小于刻度尺的宽度)直径的圆。在这种方法中， 在工具上仅制作圆形孔，并且通过它们可以直接绘制出所要的圆。 然而，这些圆绝对不可能具有任何中心点。如果我们想标记中心点， 必须进行进一步费力的劳动才能到该点。但是在我们新发明的工 具中，不会出现寻中心点的问题，这是由全新的、不同的绘图孔 机构的性质所决定，通过该机构已经制造出新的工具并通过其绘制 了圆和弧。

(2)可以使用任何绘制工具诸如钢笔或铅笔或圆珠笔或小尖 端或金属针或绘图笔或任何其它标记或绘制工具。

(3)在单个装置本身中使不同直径的同心圆的数目最大化是 可能的。

(4)可以通过采用被用作圆规的绘图腿的特定切割工具对纸 张、薄片和rapper或任何薄的材料进行圆形切割。

(5)可以制作大尺寸的该工具以适合于工业应用。

(6)该工具的维护和修理非常容易。

(7)该工具的寿命更长。

(8)可靠性和精度更好。

(9)即使绘制较大半径也不需要使用更多的附件。

(10)当绘制圆及弧时，避免操作两种工具。

(11)在精度和速度的各方面更有效。

(12)与每种包括多个附带工具的工具盒的成本相比，该工具 的成本更小。

通过应用新发明的绘图孔简单机构以及新发明的工具模式-A、 B和C组的工作原理制造的新的几何工具将取代世界上所有现存的 几何工具，如刻度尺、圆规、分规(两脚规)以及包括不同长度的 圆规、分规、其它附带工具和量角器的工具盒。该新发明的工具可 以非常容易和快速地测量和绘制半径非常大的圆和弧，而不用更多 的附件。因此，消除了对更多附件的依赖。同样地，新发明的工具 可以非常容易和非常快速地测量和绘制半径非常小的圆和弧。

我们希望在不久的将来，该新发明的几何工具将在全世界亿万 孩子的手中，以帮助他们。

附图说明

附图第1页：基本模式-A和A1

附图第2页：基本模式-B

附图第3页：基本模式-B1和B2

附图第4页：基本模式-B3和C

具体实施方式

(1)基本模式-A： 具有绘图孔的刻度尺和简单机构(参照附图第1 页-上)

通过采用前述新发明的绘图孔简单机构将新发明的用作刻度 尺的基本模式-A制成15厘米长。在这种工具中，以完全简单的设 置制造绘图孔，以便非常容易和非常快速地标记和绘制所有150种 不同长度(1mm至150mm)。四排60个小绘图孔按照每个厘米的 量度设置在尺体中，通过它们作出厘米标记。如果尺体由厚材料制 成，绘制孔可以设置为圆锥形(锥形孔)。可替换地，如果刻度尺 由非常薄的弹性板制成，可以设置具有环的直孔，以便标记工具如 钢笔或铅笔或圆珠笔或小尖端或金属针或绘图笔(sketch pen)或根 据需要的任何其它标记或绘制工具的简单和容易进入。另外10个 小绘图孔(圆锥形孔)设置在刻度尺的一端，用于毫米测量，通过 它们能作出毫米标记。通过结合两种标记，我们能绘制出所要求的 精确长度的线条。与用传统刻度尺的现有方式相比时，这种作业可 以立即非常容易地并没有紧张地进行。

使用一个分开的金属腿指针(leg pointer)，刻度尺也可以当作 圆规用于绘制圆和弧。为此，另外10个指针孔(直孔，用来定位 金属腿指针作为圆规的定心腿)也设置在同一尺体的另一端。因此， 这种模式在四排中共设置有80个绘图孔。

基本模式-A1： 具有定心腿组件、绘图 孔和简单机构的圆规(参照 附图第1页-下)

如下文详述，通过采用前文所述的新发明的绘图孔简单机构， 上述刻度尺(基本模式-A)可以被调整，并可以用作圆规，该圆规 是使用达15厘米的模式-A1。在这种圆规中，设置了完全傻瓜式机 构，以便非常容易并最大精度地绘制出需要半径的圆和弧。

这种圆规设置有145个小绘图孔，用于针对从6mm至150mm 的每1mm进行测量和绘制，并且一腿组件被固定在具有简单机构 的所有145个绘图孔的共同中心点上。在具有螺旋弹簧的腿组件的 中心设置一个金属腿指针(针)并作为圆规的定心腿。该指针插入 到能使指针在Z轴(上和下)垂直运动的螺旋弹簧中。145个具有 环的小绘图孔起着圆规的绘图腿(plotter leg)的作用，用于绘图， 其设置有完全傻瓜机构，以插入铅笔或圆珠笔或小尖端或金属针或 绘图笔或任何其它用于绘制圆或弧的标记或绘制工具。设置绘图孔 简单机构是为了测量和绘制所有半径为5毫米至150毫米的圆。不 用螺旋弹簧制作腿组件，其也可以通过在该组件中进行合适的改变 用片弹簧或任何其它弹簧制作。腿组件甚至还可以不用弹簧制作。

(2)基本模式-B： 具有定心腿组件、(带 或不带 )斜滑尺 、绘图孔 和简单机构的圆规(参照附图第2页)

我们通过应用前述新发明的使用达15厘米的绘图孔简单机构 发明了这种新的圆规(模式-B)。圆规的主要部件为(1)滑尺架(2) 斜滑尺(3)腿组件以及(4)可更换尺体。尺体设置有15个带有 环的绘图孔(作为绘制圆规的绘图腿)，对应每一厘米并设置有完 全傻瓜式机构用以插入铅笔或圆珠笔或小尖端或金属针或绘图笔 或任何其它用于绘制圆或弧的标记或绘制工具。可选地，也可以在 该相同的尺体中设置两排或三排具有不同尺寸的绘图孔，以便在相 同刻度尺上使用不同尺寸的绘图器。

尺体、斜滑尺以及腿组件用滑尺架组装。与基本模式-A1类似 地固定在腿组件的套中。设置在腿组件中的螺旋弹簧可以在Z轴(上 和下)垂直地移动金属腿指针。斜滑尺机构被制造得能使整个腿组 件在X轴来回(左和右)移动，移动至所需要的最大行程为9mm 的厘米分数，该移动是由斜滑尺在Y轴和X轴(上和下+左和右) 以固定比率、优选以3∶1与4∶1之间的任何比率斜移动所致。然后 通过设置在组件中的锁定机构进行牢固的固定。由于该滑动机构， 固定在腿组件中心的金属腿指针的中心也可以移动至最大行程为 9mm的所需的厘米分数。当Y∶X比率增大时，斜滑尺的移动长度 也增大，从而精度也增大并且操作也将更容易。推荐的Y∶X比率为 3∶1，这意味着斜滑尺每垂直移动3mm，金属腿指针将水平移动 1mm。因此，斜滑尺将移动达(9×3)27mm的总长度。

斜滑尺机构的首要设计思想是为了使中心点极简单、精确地、 流畅和快速地移动到要求的位置，然后牢固地固定。也就是移动整 个腿组件，以便非常准确、非常容易和非常快速地将金属定心腿指 针定位至所要求的厘米分数。为了该同一目的，一些其它机构也可 以引入，如齿轮组件机构或杠杆(lever)组件机构或螺纹组件机构 或任何其它机构。

带有螺旋弹簧的圆规的基本模式-B也可以更改为没有斜滑尺， 并可以做成如下详述的基本模式-B1、基本模式-B2以及基本模式 -B3。

基本模式-B1(参照附图第3页-上)

在这种构造中，整个腿组件向需要的最大行程为9mm的厘米 分数的水平(左和右)移动，可以通过定心腿组件在X轴水平(左 和右)的直接移动而进行。

基本模式-B2(参照附图第3页-下)

在这种构造中，尺体的左端设置有类似于水平滑尺的小的叉形 物，这样使得尺体在X轴上水平(左和右)移动至9mm的最大行 程。由于尺体与水平滑尺连接，这使得尺体也水平移动至最大行程 为9mm的所需厘米分数，然后牢固地固定。因此在这种构造中， 完全消除了整个定心腿组件的移动，并且总是将其固定在不变的中 心点上。整个尺体仅仅能移动至最大行程为9mm的所需厘米分数。

基本模式-B3(参照附图第4页/-上)

在这种构造中，尺体仅设置有一个具有环的小绘图孔(可选地 也可以设置具有不同尺寸的两个或三个绘图孔)和腿组件。所需厘 米分数的移动可以通过将工具的尺体本身调节至需要的位置进行， 通过尺体的横向(左和右)移动然后牢固地固定。在这种模式中， 刻度尺的全部长度在腿组件下水平滑动。因此，在这种构造中，也 完全消除(避免)了整个定心腿组件的移动，并且总是将其定位在 不变的中心点。只有尺体能移动达150厘米的全长度。

所有模式-B组的可拆卸尺体可以由弹性板或透明塑料或铝或 任何金属或材料制成。工具的其它部件可以由塑料或铝或任何金属 或材料制成。

对于基本模式-3，不用薄弹性板制作尺体，其也可以由具有一 个绘图孔(具有环)的任意横截面的小杆(rod)制成。根据所选择 的尺体的横截面，在工具的其它匹配部件上可以进行合适的简单改 变。

(5)基本模式-C： 具有绘图孔和简单机构的量角器(参照附图第4 页4-下)

我们通过应用上文所述的新发明的绘图孔简单机构发明了这 种使用达360度的量角器(模式-C)。这种量角器被制造并设有具 有完全傻瓜式设置的标记孔(绘图孔)，以非常容易、非常快速、 非常有效并最大精度地测量和绘制360度的所有角度。

在这种360度的量角器中，设置36个主绘图孔，每个孔对应 10度。在左侧设置9个辅助绘图孔，每个孔对应一度，用于顺时针 测量。在右侧另外设置9个辅助绘图孔，每个孔对应一度，用于逆 时针测量。在中心设置一个绘图孔(可选孔)。这样，在该模式中 总共设置54或55个带有或不带环的绘图孔，用于在顺时针和逆时 针两个方向测量0至360度。可以每次增加10度+每次增加一度 进行测量。也可以通过适当增加左侧和右侧的辅助绘图孔，来测量 并标记一度的分数。至于绘图，为最大精度满足需要，将辅助绘图 孔(7+7)定位在主绘图孔的外面轨道上。可替换地，如果使圆规 具有更大的直径，所有绘图孔(9+9)可以定位在主绘图孔的内轨 道上。在这种情况下，可以免去用于辅助绘图孔的左侧和右侧的延 伸部分，量角器可以制成完全的圆形。

量角器也可以设置37或38个带或不带环的绘图孔，以测量达 180度。

量角器主体可以由透明薄塑料或铝或任何其它金属或材料制 成。如果量角器主体由透明塑料制成，如前文详细描述的，绘图孔 设置有金属环。

制作更新的几何工具

基于分别用于测量和绘制长度、圆、弧和角的几何工具的上述 三种基本模式的工作原理，可以进一步制作其他新的几何工具。例 如，通过采用任何材料的小条带的尺体，基本模式-A1能被制成有 30个带环的绘图孔，每个间隔为0.5厘米，以便使用达15厘米。 采用同样方式，基本模式-B的尺体可以制成每个间隔0.5厘米。由 于这种调整，斜滑尺的总长度可以减少15mm，并且斜滑尺的最大 垂直移动长度将仅仅减少至(4×3)12mm，腿组件的最大水平移 动长度限定至仅5mm。通过将模式-A与模式-B合并为具有限定数 目的绘图孔和具有共用尺体的单个工具，做出另一种新的工具也是 可能的。

建议小孩使用以下新发明的工具套件以及工具的部件

套件1

1)长度至150mm的刻度尺(模式-A)       1个

2)用于模式A1的腿组件                1个

3)长度至150mm的工具尺体(模式A1)     1个

4)长度至60mm的工具尺体(模式A1)      1个

5)长度至30mm的工具尺体(模式A1)      1个

6)量角器(模式-C)中等尺寸            1个

建议小孩使用以下新发明的工具套件以及工具的部件

套件2

1)长度至150mm的刻度尺(模式-A)       1个

2)用于模式-B的腿组件                1个

3)斜滑尺和滑尺架                    1个

4)长度至150mm的工具尺体(模式B)      1个

5)长度至60mm的工具尺体(模式B)       1个

6)长度至30mm的工具尺体(模式B)       1个

7)大尺寸的量角器(模式-C)            1个