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曲柄式腿部機構比較/繪製 Jansen 聯動機構

來自華夏公益教科書

首先,我們需要一個帶有常數的圖形。

Theo Jansen 在他的網站上公佈了這些數字:[1](影片“The Legsystem”,3:36)或在網頁的存檔版本上:[2]

常數

我建議命名這些點。命名可以是任意的。我使用了 Z..S 以避免與長度 a..m 混淆。

帶命名點的圖形

打印出圖形並在上面塗鴉可能會非常有用。

手工製作

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現在我們必須考慮如何手工製作這個機構。

我們需要一個不可摺疊的圓規、一把尺子、紙和一支鉛筆。

我們將原點 Z 設定為任意點。對於 Y,我們向下移動 l,向左移動 a。曲柄 m 可以處於任意角度。繪製曲柄會得到點 X。

從此點開始,我們構造由兩點和兩條長度定義的三角形。

在幾何學中,這是 SSS 情況(根據三條邊構造三角形,參見三角形解法#三條邊給定(SSS))。

在紙上,這可以使用圓規輕鬆解決。

讓我們從將圓規設定為長度 b 開始,然後將圓規放在點 Y 上。然後我們將圓規設定為長度 j,並將圓規放在點 X 上。弧線的交叉點是點 W。

請注意,當給出兩點和兩條長度時,總是存在兩個解,即交叉點。鑑於我們已經知道機構的總體形狀,我們知道需要哪一個。但請記住這一點以備後用。

其餘部分或多或少是“重複”。

幾何結構說明

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  • 長度用小寫字母表示
  • 點用大寫字母表示
  • 用於構造的線和弧線有一個'
  1. 構造點 Z
    1. 繪製水平線 h
    2. 繪製垂直線 v,與水平線 h 相交
    3. 標記 h 和 v 相交處的點 Z
    • 這將是該構造的原點和腿部機構的曲柄軸
  2. 構造點 Y
    1. 從 h 向下繪製水平線 h',距離為 l
    2. 從 v 向左繪製垂直線 v',距離為 a
    3. 將 h' 和 v' 的交點標記為固定點 Y
  3. 構造點 X
    1. 透過 Z 繪製一條線 m',新增一個任意角度(該角度是曲柄角度)
    2. 從點 Z 繪製半徑為 m 的圓弧,圓弧 n 和點 Z 的交點是曲柄樞軸 X
    從 Z 到 X 繪製線 m
  4. 構造點 W(SSS 情況)
    1. 從點 X 繪製半徑為 j 的圓弧 j'
    2. 從點 Y 繪製半徑為 b 的圓弧 b'
    3. 圓弧 j' 和 b' 的交點是點 W
    從 X 到 W 繪製線 j
    從 Y 到 W 繪製線 b
  5. 構造點 V(SSS 情況)
    1. 從點 W 繪製半徑為 e 的圓弧 e'
    2. 從點 Y 繪製半徑為 d 的圓弧 d'
    從 W 到 V 繪製線 e
    從 Y 到 V 繪製線 d
    1. 圓弧 e' 和 d' 的交點是點 V
  6. 構造點 U(SSS 情況)
    1. 從點 Y 繪製半徑為 c 的圓弧 c'
    2. 從點 X 繪製半徑為 k 的圓弧 k'
    從 Y 到 U 繪製線 c
    從 X 到 U 繪製線 k
    1. 圓弧 c' 和 k' 的交點是點 U
  7. 構造點 T(SSS 情況)
    1. 從點 V 繪製半徑為 f 的圓弧 f'
    2. 從點 U 繪製半徑為 g 的圓弧 g'
    3. 圓弧 f' 和 g' 的交點是點 T
    從 V 到 T 繪製線 f
    從 U 到 T 繪製線 g
  8. 構造點 S(SSS 情況)
    1. 從點 T 繪製半徑為 h 的圓弧 h'
    2. 從點 U 繪製半徑為 i 的圓弧 i'
    3. 圓弧 f' 和 g' 的交點是點 S
      • 這是機構的“腳”
    從 T 到 S 繪製線 h
    從 U 到 S 繪製線 i

給定長度

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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
最終構造
包含 36 幀的動畫,顯示 36 個角度
華夏公益教科書