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曲柄式腿部机构比较/绘制 Jansen 联动机构

来自维基教科书,开放世界中的开放书籍

首先,我们需要一个带有常数的图形。

Theo Jansen 在他的网站上公布了这些数字:[1](视频“The Legsystem”,3:36)或在网页的存档版本上:[2]

常数

我建议命名这些点。命名可以是任意的。我使用了 Z..S 以避免与长度 a..m 混淆。

带命名点的图形

打印出图形并在上面涂鸦可能会非常有用。

手工制作

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现在我们必须考虑如何手工制作这个机构。

我们需要一个不可折叠的圆规、一把尺子、纸和一支铅笔。

我们将原点 Z 设置为任意点。对于 Y,我们向下移动 l,向左移动 a。曲柄 m 可以处于任意角度。绘制曲柄会得到点 X。

从此点开始,我们构造由两点和两条长度定义的三角形。

在几何学中,这是 SSS 情况(根据三条边构造三角形,参见三角形解法#三条边给定(SSS))。

在纸上,这可以使用圆规轻松解决。

让我们从将圆规设置为长度 b 开始,然后将圆规放在点 Y 上。然后我们将圆规设置为长度 j,并将圆规放在点 X 上。弧线的交叉点是点 W。

请注意,当给出两点和两条长度时,总是存在两个解,即交叉点。鉴于我们已经知道机构的总体形状,我们知道需要哪一个。但请记住这一点以备后用。

其余部分或多或少是“重复”。

几何结构说明

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  • 长度用小写字母表示
  • 点用大写字母表示
  • 用于构造的线和弧线有一个'
  1. 构造点 Z
    1. 绘制水平线 h
    2. 绘制垂直线 v,与水平线 h 相交
    3. 标记 h 和 v 相交处的点 Z
    • 这将是该构造的原点和腿部机构的曲柄轴
  2. 构造点 Y
    1. 从 h 向下绘制水平线 h',距离为 l
    2. 从 v 向左绘制垂直线 v',距离为 a
    3. 将 h' 和 v' 的交点标记为固定点 Y
  3. 构造点 X
    1. 通过 Z 绘制一条线 m',添加一个任意角度(该角度是曲柄角度)
    2. 从点 Z 绘制半径为 m 的圆弧,圆弧 n 和点 Z 的交点是曲柄枢轴 X
    从 Z 到 X 绘制线 m
  4. 构造点 W(SSS 情况)
    1. 从点 X 绘制半径为 j 的圆弧 j'
    2. 从点 Y 绘制半径为 b 的圆弧 b'
    3. 圆弧 j' 和 b' 的交点是点 W
    从 X 到 W 绘制线 j
    从 Y 到 W 绘制线 b
  5. 构造点 V(SSS 情况)
    1. 从点 W 绘制半径为 e 的圆弧 e'
    2. 从点 Y 绘制半径为 d 的圆弧 d'
    从 W 到 V 绘制线 e
    从 Y 到 V 绘制线 d
    1. 圆弧 e' 和 d' 的交点是点 V
  6. 构造点 U(SSS 情况)
    1. 从点 Y 绘制半径为 c 的圆弧 c'
    2. 从点 X 绘制半径为 k 的圆弧 k'
    从 Y 到 U 绘制线 c
    从 X 到 U 绘制线 k
    1. 圆弧 c' 和 k' 的交点是点 U
  7. 构造点 T(SSS 情况)
    1. 从点 V 绘制半径为 f 的圆弧 f'
    2. 从点 U 绘制半径为 g 的圆弧 g'
    3. 圆弧 f' 和 g' 的交点是点 T
    从 V 到 T 绘制线 f
    从 U 到 T 绘制线 g
  8. 构造点 S(SSS 情况)
    1. 从点 T 绘制半径为 h 的圆弧 h'
    2. 从点 U 绘制半径为 i 的圆弧 i'
    3. 圆弧 f' 和 g' 的交点是点 S
      • 这是机构的“脚”
    从 T 到 S 绘制线 h
    从 U 到 S 绘制线 i

给定长度

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    a=38.0
    b=41.5
    c=39.3
    d=40.1
    e=55.8
    f=39.4
    g=36.7
    h=65.7
    i=49.0
    j=50.0
    k=61.9
    l= 7.8
    m=15.0
 Z fix point, origin, crank axis
 Y fix point
 X crank axis
 W
 V
 U
 T
 S foot
最终构造
包含 36 帧的动画,显示 36 个角度
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