【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

参见图1-2，本实施例提供的是一种工业曲线绘制仪，包括横梁1、固定杆2、转动杆3、第一轮轴4、第二轮轴5、第一轮体6、第二轮体7、第三轮轴8、第一压轮9、第四轮轴12、第二压轮14、第五轮轴11、第三压轮13、控制齿轮18、控制带、锁定件和外管15。

固定杆2的上端固定在横梁1的前端，固定杆2垂直于横梁1。第一轮轴4转动设置在固定杆2的下端，第一轮体6固定在第一轮轴4上，第一轮体6绕第一轮轴4的轴线转动设置在固定杆2的下端，第一轮轴4同时垂直于横梁1和固定杆2。转动杆3沿轴向和径向定位在横梁1的后端，转动杆3的上端位于横梁1的上方，转动杆3平行于固定杆2，横梁1、固定杆2和转动杆3位于同一平面内。第二轮轴5转动设置在转动杆3的下端，第二轮体7固定在第二轮轴5上，第二轮体7绕第二轮轴5的轴线转动设置在转动杆3的下端。横梁1的中间开设有笔孔，笔孔处安装有笔10，笔尖、第二轮体7和第一轮体6同时接触在水平纸面上。

当第一轮轴4和第二轮轴5垂直，固定杆2的轴线在水平纸面上不会移动，第二轮体7将绕固定杆2的轴线转动。当第一轮轴4和第二轮轴5维持平行，则笔尖、第二轮体7和第一轮体6与纸面之间的接触轨迹均为直线(等效于曲率半径无限大)。当第一轮轴4和第二轮轴5之间夹角在0-90°之间(不包括0°和90°)，且第一轮轴4和第二轮轴5之间夹角固定不变的情况下，则笔尖、第二轮体7和第一轮体6在纸面上的轨迹为三个同心圆，第一轮轴4轴线和第二轮轴5轴线沿纸面法向在水平纸面上的投影交点即为同心圆圆心，同心圆圆心和笔尖连线长度即为笔尖轨迹在笔尖所在位置的曲率半径。关于笔尖、第二轮体7和第一轮体6在纸面上的轨迹为三个同心圆这一结论证明如下：

在水平纸面上建立直角坐标系，第二轮体7和第一轮体6与纸面之间的接触近似为点接触，第二轮体7在纸面上的接触点轨迹为第二运动轨迹，第一轮体6在纸面上的接触点轨迹为第一运动轨迹，第二运动轨迹弧长设为参数s₂，第二轮体7在纸面上接触点P₂(x₂，y₂)，第一运动轨迹弧长设为参数s₁，第一轮体6在纸面上接触点P₁(x₁，y₁)，(ds₁)²＝(dx₁)²+(dy₁)²，(ds₂)²＝(dx₂)²+(dy₂)²；

P₁和P₂之间间距为定值l，因此(x₁-x₂)²+(y₁-y₂)²＝l²；

第二运动轨迹上某一点P₂的切向量为(dx₂/ds₂，dy₂/ds₂)，该P₂对应的向量P₂P₁(x₁-x₂，y₁-y₂)，该P₂对应的P₁处切向量为(dx₁/ds₁，dy₁/ds₁)；

第二轮体7和横梁1之间夹角为α，第二轮体7不会在纸面上打滑，则该P₂的切向量和向量P₂P₁夹角也为α，cosα为该P₂的切向量和向量P₂P₁的内积除以二者的模，即cosα＝((x₁-x₂)dx₂/ds₂+(y₁-y₂)dy₂/ds₂)/(l*1)；

对应的P₁的切向量平行于向量P₂P₁，第一轮体6不会在纸面上打滑，即(dx₁/ds₁)/(x₁-x₂)＝(dy₁/ds₁)/(y₁-y₂)；

通过赋予初值，利用数学软解求解上述方程组即可证明。

第一轮轴4和第二轮轴5垂直时，笔尖到固定杆2轴线的距离即为本实施例工业曲线绘制仪所能绘制曲线的曲率半径最小值。第一轮轴4和第二轮轴5越接近于平行，绘制曲线的曲率半径越大。当第一轮轴4和第二轮轴5平行时，横梁1沿直线行走，等效于绘制曲线的曲率半径无穷大。

结合上述结论，若第一轮体6和第二轮体7在纸面上移动过程中，转动杆3在横梁1上发生了转动，则笔尖在纸面上绘出的曲线的曲率半径就会发生变化。本领域技术人员通过对第一轮体6和第二轮体7在纸面上滚动过程和转动杆3在横梁1上转动过程的时机搭配，从而控制笔尖在纸面上的具体移动路线，从而画出曲率半径可以变化的目标曲线。

第一轮体6滚动过程和转动杆3转动动作之间的时机搭配依靠控制带进行调节控制。控制带由柔性材料，如橡胶，制作而成。

第三轮轴8转动设置在固定杆2的中间，第一压轮9固定在第三轮轴8上，第一压轮9绕第三轮轴8的轴线转动设置在固定杆2的中间。第四轮轴12和第五轮轴11均转动设置在横梁1的后端，第二压轮14固定在第四轮轴12上，第二压轮14绕第四轮轴12的轴线转动设置在横梁1的后端，第三压轮13固定在第五轮轴11上，第三压轮13绕第五轮轴11的轴线转动设置在横梁1的后端。第一轮轴4、第三轮轴8、第四轮轴12和第五轮轴11在纸面法向上依次排列，且第一轮轴4、第三轮轴8、第四轮轴12和第五轮轴11相互平行。相应第一轮体6、第一压轮9、第二压轮14和第三压轮13在纸面法向上依次排列。第一轮体6和第二压轮14压在控制带的背面，第一压轮9和第三压轮13压在控制带的正面，从而使控制带在第一轮体6和第二压轮14之间的部分涨紧，控制带的其他部分保持弯曲。第一轮体6在纸面上滚动过程中通过与控制带之间的摩擦力带动控制带移动，第一轮体6的转动方向控制控制带的移动方向。本实施例均以控制带从第二压轮14向第一轮体6移动进行叙述。

具体的，控制带包括平滑区20、控制区19和锁定区21，锁定区21、平滑区20和控制区19并排设置。

控制齿轮18固定在转动杆3的上端，控制齿轮18在横梁1轴向上位于第一压轮9和第三压轮13之间。控制区19上设置有传动齿16，传动齿16的具体数量和间隔事先进行设计。控制带在移动过程中带动传动齿16靠近或者远离控制齿轮18。当传动齿16移动至控制齿轮18处时传动齿16和控制齿轮18啮合，传动齿16拨动控制齿轮18，以使控制齿轮18带动转动杆3在横梁1上转动。第一轮体6转动圈数控制了控制带的移动距离，第一轮体6转动特定圈数，控制带移动特定距离，控制带上特定位置处的传动齿16就能移动至控制齿轮18从而拨动控制齿轮18，从而实现第一轮体6的转动对转动杆3转动的精确控制。更换不同的控制带，传动齿16数量排布不同，绘制的曲线也有所不同。

传动齿16的质地较硬，以确保移动至控制齿轮18处时能够拨动控制齿轮18。

第一压轮9和第三压轮13均压紧在平滑区20的正面，第一轮体6和第二压轮14均压紧在平滑区20的背面，第一轮体6和第一压轮9在平滑区20上的挤压力作用点对应，第二压轮14和第三压轮13在平滑区20上的挤压力作用点对应，从而保证控制带在第一轮体6和第二压轮14之间部分的涨紧效果，并防止控制带在第一轮体6和第二压轮14之间部分产生侧向偏移。同时第一压轮9和第三压轮13在平滑区20还能对在控制区19处的传动齿16进行避让。

其中外管15固定在横梁1的后端，转动杆3设置在外管15的中间，外管15和转动杆3同轴设置，转动杆3的上端和下端均位于外管15外侧，以避免外管15对第二轮体7和控制齿轮18产生不必要影响。外管15内设置有定位轴承，定位轴承的外圈和外管15内壁固定，定位轴承的的内圈套在转动杆3的外壁上并与转动杆3的外壁固定，外管15利用定位轴承对转动杆3进行轴向和径向限位。此外外管15内壁和转动杆3外壁之间留有空隙，以降低转动杆3在外管15中间转动时阻力。

为了使笔尖移动轨迹具有可控性，传动齿16不与控制齿轮18啮合的情况下，需要对转动杆3在横梁1上进行锁紧，以避免转动杆3在横梁1上转动。锁定件设置在外管15上，当传动齿16和控制齿轮18啮合，锁定件解锁转动杆3，转动杆3在横梁1上转动，当传动齿16和控制齿轮18分开，锁定件锁定转动杆3，转动杆3沿周向定位在横梁1上。

具体的，本实施例中锁定件包括锁定杆23、锁定弹簧24和锁定挡板25。外管15侧壁开设有锁定孔，锁定杆23穿插在锁定孔处，锁定孔对锁定杆23在锁定杆23径向进行定位，锁定挡板25安装在锁定杆23位于外管15外侧的端部，锁定弹簧24的两端分别固定在外管15外壁和锁定挡板25上，锁定弹簧24对锁定挡板25的作用力朝向外管15外侧。由于锁定弹簧24与外管15外壁之间的固定关系，锁定弹簧24还能避免锁定杆23在锁定孔处产生过大的转动，从而抑制锁定杆23的周向转动。锁定杆23位于外管15内的端部安装有弹性限位板22。

当传动齿16和控制齿轮18分开，控制带挤压锁定挡板25以克服锁定弹簧24弹力，通过锁定杆23将弹性限位板22挤压至转动杆3的外壁上，弹性限位板22和转动杆3的外壁之间的摩擦力锁定转动杆3，从而确保此时转动杆3无法在横梁1上转动。当传动齿16和控制齿轮18啮合，锁定弹簧24将锁定挡板25朝远离外管15方向顶出，以带动锁定杆23朝外管15外侧移动，锁定杆23位于外管15内的端部带动弹性限位板22和转动杆3外壁分离，从而实现转动杆3在横梁1上解锁，此时第一轮体6和第二轮体7在纸面上转动，同时转动杆3在横梁1上转动。弹性限位板22锁定转动杆3时，弹性限位板22与转动杆3外壁之间具备更大的接触面积，转动杆3更不易打滑，保证了转动杆3被锁定时的稳定性。同时弹性限位板22和锁定挡板25还能有效防止拆除控制带后锁定杆23从锁定孔中脱出。同时若锁定杆23在锁定孔处发生细微的转动，对转动杆3进行锁定时弹性限位板22也能通过形变保证尽可能贴合在转动杆3外壁上。

优选的，弹性限位板22朝向转动杆3的一面设置有第一摩擦纹，转动杆3的外壁设有环状的第二摩擦纹，第一摩擦纹和第二摩擦纹在锁定杆23轴向上相对，因此转动杆3不论转动多少角度，第一摩擦纹始终能够对准第二摩擦纹，以确保第一摩擦纹和第二摩擦纹相互配合，提升弹性限位板22对转动杆3锁定时的摩擦锁紧力。

其中，控制区19位于平滑区20远离外管15的一侧，锁定区21位于平滑区20靠近外管15的一侧。本实施例控制带控制锁定挡板25在锁定杆23轴向移动的方式为：

锁定区21靠近外管15的边缘处开设有供锁定挡板25移动的缺口27。当传动齿16和控制齿轮18啮合，缺口27移动至锁定挡板25处，锁定弹簧24将锁定挡板25顶向缺口27侧壁，从而实现锁定杆23在自身轴向上外移，使弹性限位板22和转动杆3外壁分离。控制带移动，使缺口27和传动齿16改变，传动齿16和控制齿轮18分开，锁定挡板25从缺口27内离开，锁定区21位于缺口27外朝向外管15的边缘侧壁挤压锁定挡板25，以使弹性限位板22挤压转动杆3的外壁，从而锁定转动杆3。

传动齿16的数量可以有多个，本实施例中控制带数量为一根，其中每一个传动齿16都有一个对应的缺口27，因此传动齿16的数量与缺口27数量相同。当传动齿16与控制齿轮18啮合传动的情况下，锁定挡板25都至少保证部分位于对应的缺口27内，以确保弹性限位板22和转动杆3外壁之间的分离状态。一旦传动齿16与控制齿轮18刚好分离，锁定挡板25则从对应的缺口27内刚好完全离开，从而实现限位板22对转动杆3的锁定。因此单个传动齿16对控制齿轮18的传动时间等于锁定挡板25在对应缺口27内移动的时间，不同形状尺寸数量的传动齿16和缺口27就能使转动杆3在横梁1上转动不同角度，使笔尖移动轨迹设计更为多样化。

控制带在移动过程中锁定挡板25进出于缺口27，为了避免锁定挡板25过快进入缺口27，对缺口27侧壁造成过大冲击，导致控制带在侧向上发生偏移，同时也避免锁定挡板25卡死在缺口27内，本实施例缺口27的侧壁上设置有两个第一导向斜面26，两个第一导向斜面26在控制带的移动方向上相对，锁定挡板25的边缘侧壁设置有与第一导向斜面26形状相匹配的两个第二导向斜面28，两个第二导向斜面28同样在控制带的移动方向上相对，第一导向斜面26和第二导向斜面28配合，对应的第二导向斜面28在对应的第一导向斜面26上滑动，从而在控制带移动过程中对锁定挡板25进出缺口27过程进行导向，使得锁定挡板25在锁定杆23轴向上的活动更为平稳连贯。

第一导向斜面26和第二导向斜面28的边缘处可以进行圆角设置，以使得锁定挡板25在缺口27内的进出更为平滑。

在笔尖绘图过程中，锁定挡板25始终挤压在锁定区21靠近外管15一侧的边缘侧壁和缺口27侧壁上。本实施例中锁定区21靠近外管15一侧的边缘侧壁和缺口27侧壁沿锁定区21的法向向上延伸形成挤压板17，相应挤压板17位于锁定区21的正面。锁定挡板25挤压在挤压板17上，挤压板17增加了控制带和锁定挡板25之间的接触面积，使得控制带对锁定挡板25的挤压力更为分散平均，降低锁定挡板25使锁定区21相对平滑区20弯折情况的发生。此外控制带移动过程中位于锁定区21的挤压板17同样能够对挤压在平滑区20上的第一压轮9和第三压轮13进行避让。

挤压板17位于控制齿轮18处的部分位于控制齿轮18下方，从而使挤压板17对控制齿轮18进行避让。

本实施例中传动齿16位于控制区19的正面，传动齿16的高度大于挤压板17高度，从而确保传动齿16移动至控制齿轮18处时能够与控制齿轮18进行啮合传动。

第一压轮9在第一轮体6的上方，第三压轮13位于第二压轮14的上方，第一压轮9和第三压轮13均与平滑区20的正面接触挤压。以第一压轮9为例，当传动齿16移动至第一压轮9处时，第一压轮9便位于传动齿16和挤压板17之间，若控制带位于第一压轮9和第三压轮13之间的部分发生细微的侧向偏移，第一压轮9则能通过传动齿16和挤压板17对控制带的侧向位置进行校正。同理第三压轮13对控制带同样能通过传动齿16和挤压板17进行侧向校正。

为了避免第一压轮9和第三压轮13对控制带侧向校正过程中受损，传动齿16靠近平滑区20的边缘以及挤压板17靠近平滑区20的边缘均进行圆角处理。

锁定孔的边缘连通有供弹性限位板22形变移动的安装孔，锁定杆23安装至锁定孔过程中，弹性限位板22通过形变从安装孔进入外管15内。本领域技术人员能够通过实际需要对安装孔的具体数量、形状和分布进行设计，从而使安装孔不影响锁定孔对锁定杆23的定位效果。

本实施例中由于如控制带、第一轮体6、第一压轮9等部件均在横梁1的侧面，避开了固定杆2和转动杆3的干涉影响。为了使工业曲线绘制仪在纸面上移动时重心更为平稳，第一轮轴4和第二轮轴5上均固定有平衡轮，从而平衡整个工业曲线绘制仪的重心。

实施例2：

本实施例1的区别在于，横梁的前端设置有回料桶，横梁的后端设置有放料桶，放料桶在横梁轴向上位于第五轮轴、第四轮轴和控制齿轮的后方，以避免放料桶对第五轮轴、第四轮轴和控制齿轮产生干扰。控制带上标明有工作起点和工作终点，工作起点和工作终点位于控制带的两端之间。控制带刚安装完成时，控制带的两端分别位于回料桶和放料桶内，控制带上的工作起点位于第一压轮处，控制带上的工作终点位于放料桶内，随着第一轮体的转动，控制带逐渐从放料桶移动至回料桶，直至控制带上的工作终点移动至第五轮轴处，此时曲线绘制完成。

回料桶和放料桶避免控制带的端部落到纸面上，对第一轮体和第二轮体在纸面上的转动产生不必要影响。同时回料桶和放料桶的开口尺寸需要进行限制，防止放料桶内的控制带从放料桶内短时间过多地被拉出，也避免回料桶内的控制带增多导致控制带从回料桶掉落至纸面。

其中，控制带通过一定的扭转形变，使放料桶的开口边缘和回料桶的开口边缘同时对控制带的背面进行支撑。控制带的背面光滑，因此控制带在移动过程中，不论从放料桶离开还是进入回料桶都不会受到过多的阻碍。

在保证挤压板对锁定挡板的挤压效果，以及传动齿对控制齿轮的传动效果基础上，具有传动齿和挤压板具有一定的弹性，以适应于控制带的扭转形变。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，控制带长度较短，在推动横梁行进过程中可以由其他人提起控制带的两端，防止控制带的端部落在纸面上。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于，第一轮体、第一压轮、第二压轮、第三压轮、控制带、锁定件、外管上的锁定孔构成一组控制单元。控制单元数量有两组，两个控制单元分别位于横梁的两侧。两根控制带上的缺口同时到达对应的锁定件处，使得两个锁定件同时解锁，此时只有一根控制带上的传动齿与控制齿轮啮合。其余情况下两个锁定件同时锁定转动杆。

第一轮体行进方向不变的情况下，若其中一根控制带上的传动齿与控制齿轮啮合则能够使转动杆顺时针转动，若另一根控制带上的传动齿与控制齿轮啮合则能够使转动杆逆时针转动。两组控制单元配合，除了能够改变绘制曲线的曲率半径大小，还能改变笔尖前进过程中偏转方向。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。