专利名称：一种机械自动加法装置的制作方法
技术领域：
本发明属于涉及一种数学计算工具，涉及一种机械自动加法装置。
背景技术：
人们采用计算工具辅助数学计算的历史较为悠久，如早期的机械式算盘、机械式计算机等。现代人们可以使用更加便捷快速的电子类计算器进行数学计算。但这些已有的计算工具，在数学运算的过程中，不能直观地展现数学计算的原理与机制。这对于已掌握数学运算原理的人来讲，不存在着使用难题，但对于数学计算的初学者儿童来讲，这些计算工具就难以达到启发他们对数学计算原理和机制的理解与掌握。从儿童数学学习的过程知道，加法是他们学习数学入门的第一步，而加法中的进位机制和相加顺序是孩子们学习数学所面临的一个门坎
发明内容
本发明针对数学计算的初学者儿童，提供一种自动进行加法运算的机械装置，实现加法进位和顺序相加的自动直观过程，帮助数学初学者理解进位机制和加法相加的顺序原理。本发明解决技术问题所采取的技术方案为
本发明包括机架、上通道、间歇传递机构、顺序控制机构、进位机构、存放容器及圆球体。所述的机架由下平台、立柱、背架杆及回收槽组成；立柱是一个L形的型材，通过螺栓直立安装在下平台的两侧；背架杆是一组扁平型材，通过螺栓安装在两侧的立柱上； 回收槽位于进位机构中圆柱开关的下方，通过螺栓固定在下平台上。所述的上通道是一中空的圆柱形管，通过U形夹倾斜固定安装在背架杆的上部前方；上通道的数量由所需实现加法的位数决定，每位数对应一个上通道。所述的间歇传递机构由传递转轮和传递滑道组成；传递转轮和传递滑道的数量与上通道的数量相同；传递转轮圆柱面上设有一个传递球槽，球槽的直径大于圆球体的直径； 每个传递转轮均通过转轴安装在上通道出口对应的下方，通过配重，传递转轮在静止状态时，传递球槽正好位于上通道出口的正下方；传递滑道在下部通过螺栓固定在存放容器的上端，侧靠背架杆前方，位于传递转轮的左侧。所述的顺序控制机构由旋转摆杆和平移杆组成；旋转摆杆通过转轴倾斜固定在背架杆上的后方，旋转摆杆和平移杆通过铰链连接，构建一个平行运动的平面杆件机构；旋转摆杆的数量与上通道的数量相同；平移杆的推或拉，控制旋转摆杆的未端是否位于上通道和传递转轮之间，旋转摆杆的未端相当于上通道下部出口的开关；这个开关效应由旋转摆杆未端形状的不同，由平移杆推或拉的位移控制进行分级。所述的进位机构由滑道、双摇臂四杆机构、驱动拨杆和圆柱开关组成；进位机构的构件数量与上通道的数量相同；滑道是一个U槽道，通过螺栓固定安装在存放容器的上部，将相邻的存放容器的上部倾斜相连；双摇臂四杆机构的上摇臂杆通过轴与驱动拨杆相连， 且该轴固定安装在滑道的U形槽道的后侧臂上，驱动拨杆位于U槽道内；双摇臂四杆机构的下摇臂杆通过铰链安装在圆柱开关的侧平面上；圆柱开关是一个圆柱形体，贯穿圆柱面开有一个通孔，通孔的直径大于圆球体的直径，圆柱开关通过轴与背架杆固定安装在存放容器的正下方；驱动拨杆未动作时，圆柱开关的通孔不在存放容器的正下方，驱动拨杆动作时，通过双摇臂四杆机构的传动，使圆柱开关的通孔正好 于存放容器的正下方，使圆球体通过圆柱开关的通孔下落。所述的存放容器，其存放圆球体部分的高度等于所选圆球体直径的九倍，存放容器的数量比上通道的数量多一个；存放容器通过螺栓直立安装在机架的下平台上，其上部位于传递滑道的正下方，下部位于圆柱开关的正上方。所述的圆球体，可以是儿童玩耍的弹珠，也可以是其它的小圆球体。与现有计算工具相比，本发明对加法自动运算具有直观的进位和顺序相加的过程，非常有助于启发数学计算入门的学习与应用。
图I为本发明主视图2为本发明后视图3为本发明顺序控制机构平面示意图4本发明算例结果示意图。
具体实施例方式下面以百位内加法自动计算的装置为例，进行
，其它位内加法自动计算的装置与此类似。如图I和图2所示，本实施例包括机架I、上通道2、间歇传递机构3、顺序控制机构 4、进位机构5、存放容器6及圆球体7。如图I和图2所示，机架由下平台1-1、立柱1-2、背架杆1-3及回收槽1_4组成。 立柱1-2是一个L形的型材，通过螺栓直立安装在下平台1-1的两侧；背架杆1-3是一组扁平型材，通过螺栓安装在两侧的立柱1-2上；回收槽1-4位于圆柱开关5-4的下方，通过螺栓固定在下平台1-1上。如图I所示，上通道2是一中空的圆柱形管，通过U形夹倾斜固定安装在背架杆 1-3的上部前方；上通道2的数量有两个，从右至左，分别为个位数和十位数的通道。如图I和图2所示，间歇传递机构3由传递转轮3-1和传递滑道3-2组成。传递转轮3-1和传递滑道3-2的数量与上通道2的数量相同；传递转轮3-1的圆柱面上设有一个传递球槽3-1-1，球槽3-1-1的直径大于圆球体7的直径；每个传递转轮3-1均通过转轴安装在背架杆1-3前方的上通道2出口对应的下方，通过配重，传递转轮3-1在静止状态时， 传递球槽3-1-1正好位于上通道2出口的正下方；传递滑道3-2在下部通过螺栓固定在存放容器6的上端，侧靠背架杆1-3的前方，位于传递转轮3-1的左侧。如图I、图2和图3所示，顺序控制机构4由旋转摆杆4-1、平移杆4_2组成。旋转摆杆4-1通过转轴倾斜固定在背架杆1-3上的后方，旋转摆杆4-1和平移杆4-2通过铰链连接，构建一个平行运动的平面杆件机构。旋转摆杆4-1的数量与上通道的数量相同；平移杆4-2的推或拉，控制旋转摆杆4-1的未端是否位于上通道2和传递转轮3-1之间，旋转摆杆4-1的未端相当于上通道2下部出口的开关；这个开关效应由旋转摆杆4-1未端形状的不同，由平移杆4-2推或拉的位移控制分为两级，即右边旋转摆杆4-1的未端使圆球体进入传递机构3时，左边的旋转摆杆4-1的未端还不能使圆球体进入传递机构3。如图I和图2所示，进位机构5由滑道5-1、双摇臂四杆机构5-2、驱动拨杆5_3和圆柱开关5-4组成。进位机构5的数量与上通道2的数量相同；滑道5-1是一个U槽道，通过螺栓固定安装在存放容器6的上部，将相邻的存放容器6的上部倾斜相连；双摇臂四杆机构5-2的上摇臂杆5-2-1通过轴与驱动拨杆5-3相连，且该轴固定安装在滑道5-1的U形槽道的后侧臂上，驱动拨杆5-3位于U槽道内；双摇臂四杆机构5-2的下摇臂5-2-2杆通过铰链安装在圆柱开关5-4的侧平面上；圆柱开关5-4是一个圆柱形体，贯穿圆柱面开有一个通孔，通孔的直径略大于圆球体7的直径，圆柱开关5-4通过轴与背架杆1-3固定安装在存放容器6的正下方。驱动拨杆5-3未动作时，圆柱开关5-4的通孔5-4-1不在存放容器6 的正下方，驱动拨杆5-3动作时，通过双摇臂四杆机构5-2的传动，使圆柱开关5-4的通孔 5-4-1正好处于存放容器6的正下方,使圆球体7通过圆柱开关5-4的通孔5-4-1下落。如图I和图2所示，存放容器6，其存放圆球体部分的高度等于所选圆球体7直径的九倍；存放容器6的数量比上通道2的数量多一个，从右至左，分别为个位、十位和百位； 存放容器6通过螺栓直立安装在机架I的下平台1-1上，其上部位于传递滑道3-2的正下方，下部位于圆柱开关5-4的正上方。如图I所示，圆球体7，可以是儿童玩耍的弹珠，也可以是其它的小圆球体。
以99+12为例,该装置的具体操作过程为
如图I所示，先以圆球体7作为数的载体，将被加数99的个位和十位数载体分别为9 个的圆球体7，通过上通道2和间歇传递机构3进入存放容器6。将加数12的个位和十位数载体分别为2个和I个圆球体放入相应位上的上通道2内。拉动顺序控制机构4的平移杆4-2的第一级，使个位旋转摆杆4-1的未端偏出个位上通道2的下端，使个位数载体的圆球体7能进入个位间歇传递机构3内。个位数载体的第I个圆球体7在重力势能的作用下，落入个位数传递转轮3-1的球槽3-1-1内，在数载体的圆球体7的重力作用下，推动传递转轮3-1旋转，并使圆球体7 在传递滑道3-2内，随着传递转轮3-1旋转，旋转到传递滑道3-2的下端，圆球体7在重力作用下，落入存入容器6 ;此时，传递转轮3-1在惯性作用下继续旋转，当球槽3-1-1旋转到上通道2出口的正下方时，先前由于传递转轮3-1和传递滑道3-2的阻隔作用滞留在上通道2出口的第2个圆球体7，在此时可以落入传递转轮3-1的球槽3-1-1内，与第I个圆球体7 —样被间歇传递机构3进行传递。加数第I个圆球体7落入个位存放容器6内时，由于个位存放容器6内已有被加数的9个圆球体7，此时，已容不下这个新进入的加数第I个圆球体7，这个圆球体7在重力作用下沿着个位的进位机构5的滑道5-1，滑入十位存放容器6 ;当这个加数第I个圆球体 7在个位进位机构5的滑道5-1内滑动时，碰触个位进位机构5的驱动拨杆5-3，使驱动拨杆5-3转动一个角度，在个位进位机构5的双摇臂四杆机构5-2的传动下，个位进位机构5 的圆柱开关5-4也转动一个角度，使圆柱开关5-4内的通孔5-4-1正好位于个位存放容器6的正下方，使个位存放容器6内先前的被加数载体的9个圆球体7，在重力作用下落出存放容器6，实现个位的“逢十进一”；当所有的9个圆球体7落出后，圆柱开关5-4在进位机构自身重力作用下自动复位，个位存放容器6又可以存放新进入数载体的圆球体7 ;在进位的过程中，由于间歇传递机构3的间歇传递作用，个位加数的第2个 圆球体7还没有进入个位存放容器6 ;当个位加数的第2个圆球体7进入个位存放容器6时，个位存放容器6已复位，可以存放这个个位加数的第2个圆球体7，使得本例加法中的个位结果为I。个位进位的圆球体7进入十位存放容器6时,与个位存放容器6内的情况类似,进一步实现进位，向百位存放容器6进一位，并清空十位存放容器6，此时该装置自动完成了加数的个位数的相加过程。再拉动顺序控制机构4的平移杆4-2的第二级，使十位旋转摆杆4-1的未端偏出十位上通道2的下端，使十位数载体的圆球体7能进入十位间歇传递机构3内。加数的十位数载体圆球体7与个位数载体圆球体7 —样，在十位间歇传递机构3 的作用下，将圆球体7传递进入十位存放容器6 ;本例中，由于加数个位相加后,十位存放容器6内已没有圆球体7，加数的十位数载体的I个圆球体7存放于十位存放容器6内，使得本例加法中的十位结果为I。由于加数十位相加过程中没有进位，百位中只是在加数个位相加中使十位向百位有一个进位，使得本例加法中的百位结果为I。本例中，如图4所示，99+12使本装置自动计算的结果是百位存放容器6上有I个圆球体7、十位存放容器6上有I个圆球体7，个位存放容器6上有I个圆球体7，即自动计算的最终结果为111。与本例类似，该装置可以自动地进行加数为百位内的加法运算，且计算过程的进位机制和加法顺序直观明了。
权利要求
1.一种机械自动加法装置，包括机架、上通道、间歇传递机构、顺序控制机构、进位机构、存放容器及圆球体，其特征在于 所述的机架由下平台、立柱、背架杆及回收槽组成；立柱是一个L形的型材，通过螺栓直立安装在下平台的两侧；背架杆是一组扁平型材，通过螺栓安装在两侧的立柱上；回收槽位于进位机构中圆柱开关的下方，通过螺栓固定在下平台上； 所述的上通道是一中空的圆柱形管，通过U形夹倾斜固定安装在背架杆的上部前方；上通道的数量由所需实现加法的位数决定，每位数对应一个上通道； 所述的间歇传递机构由传递转轮和传递滑道组成；传递转轮和传递滑道的数量与上通道的数量相同；传递转轮圆柱面上设有一个传递球槽，球槽的直径大于圆球体的直径；每个传递转轮均通过转轴安装在上通道出口对应的下方，通过配重，传递转轮在静止状态时，传递球槽正好位于上通道出口的正下方；传递滑道在下部通过螺栓固定在存放容器的上端，侧靠背架杆前方，位于传递转轮的左侧； 所述的顺序控制机构由旋转摆杆和平移杆组成；旋转摆杆通过转轴倾斜固定在背架杆上的后方，旋转摆杆和平移杆通过铰链连接，构建一个平行运动的平面杆件机构；旋转摆杆的数量与上通道的数量相同；平移杆的推或拉，控制旋转摆杆的未端是否位于上通道和传递转轮之间，旋转摆杆的未端相当于上通道下部出口的开关；这个开关效应由旋转摆杆未端形状的不同，由平移杆推或拉的位移控制进行分级； 所述的进位机构由滑道、双摇臂四杆机构、驱动拨杆和圆柱开关组成；进位机构的构件数量与上通道的数量相同；滑道是一个U槽道，通过螺栓固定安装在存放容器的上部，将相邻的存放容器的上部倾斜相连；双摇臂四杆机构的上摇臂杆通过轴与驱动拨杆相连，且该轴固定安装在滑道的U形槽道的后侧臂上，驱动拨杆位于U槽道内；双摇臂四杆机构的下摇臂杆通过铰链安装在圆柱开关的侧平面上；圆柱开关是一个圆柱形体，贯穿圆柱面开有一个通孔，通孔的直径大于圆球体的直径，圆柱开关通过轴与背架杆固定安装在存放容器的正下方；驱动拨杆未动作时，圆柱开关的通孔不在存放容器的正下方，驱动拨杆动作时，通过双摇臂四杆机构的传动，使圆柱开关的通孔正好处于存放容器的正下方，使圆球体通过圆柱开关的通孔下落； 所述的存放容器，其存放圆球体部分的高度等于所选圆球体直径的九倍，存放容器的数量比上通道的数量多一个；存放容器通过螺栓直立安装在机架的下平台上，其上部位于传递滑道的正下方，下部位于圆柱开关的正上方； 所述的圆球体，可以是儿童玩耍的弹珠，也可以是其它的小圆球体。
全文摘要
本发明公开了一种机械自动加法装置。本发明包括机架、上通道、间歇传递机构、顺序控制机构、进位机构、存放容器及圆球体。本发明中的机架由下平台、立柱、背架杆及回收槽组成。上通道是一中空的圆柱形管。间歇传递机构由传递转轮和传递滑道组成。顺序控制机构由旋转摆杆和平移杆组成。进位机构由滑道、双摇臂四杆机构、驱动拨杆和圆柱开关组成。本发明对加法自动运算具有直观的进位和顺序相加的过程，非常有助于启发数学计算入门的学习与应用。
文档编号G06C15/04GK102707764SQ201210157080
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者张巨勇, 王瑶炜, 罗大森, 陈一举, 陈志平 申请人:杭州电子科技大学