# GeoFrame -- 正多角形フレームをヒンジでつなぐ知育玩具
# polygoro/objects/geoframe (CadQuery: square.py / triangle.py) の移植
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# 元実装からの単純化:
# - 三角・四角・五角を別々に書いていたのを、正n角形1本に統合 (-D sides=3)
# - 辺長をヒンジ軸どうしの距離 edge で全角形共通にした
# (元は四角 31mm / 三角 29.4mm で、混ぜて組むと位置がずれた)
# - ナックル配置は辺を4スロットに分け、自分は1・3番、相手(180°回転)は2・4番。
# どの辺どうしでも噛み合う
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# 座標: タイルは XY 平面、z = 0..thick。ヒンジ軸は厚みの中心 z = thick/2 を通る。
# 組み上げた多面体の面はタイルの中心面に一致し、多面体の辺長が edge になる。
@param choices:[3, 4, 5, 6, 8, 10] desc:"角数"
sides = 4
@param 25..50 desc:"辺長: ヒンジ軸どうしの距離 (mm)"
edge = 30
@param 2..4 step:0.5 desc:"厚み = ナックル直径 (mm)"
thick = 3
@param 1.5..4 step:0.5 group:"フレーム" desc:"枠の幅 (mm)"
rim = 3
@param 1.5..3 step:0.1 group:"ヒンジ" desc:"ヒンジ軸から枠外周までの距離 (mm)"
axis_gap = 2.2
@param 0.2..0.8 step:0.05 group:"ヒンジ" desc:"ナックル間の軸方向すきま (mm)"
gap = 0.3
@param 0.6..1.4 step:0.05 group:"ヒンジ" desc:"半球ピンの半径 = 突き出し (mm)。gap を超えた分だけ穴に入り、これが保持力になる"
pin_h = 1.0
@param 3..8 step:0.5 group:"ヒンジ" desc:"辺の両端でナックルを置かない長さ (mm)。三角形の鋭角で隣の辺と当たらない値"
margin = 5
r_k = thick / 2 # ナックルの半分の太さ
u = edge / 2 - margin # ナックルを置く範囲 -u..u
ov = 1.5 # 枠へのめり込み (外周の R1.4 を覆う)
rs = pin_h + 0.05 # 受け穴の球の半径。ピンより 0.05 大きく、はまると同心でガタが出ない
# ナックル: 軸上の角棒 (長手の4辺 R0.5) + 枠へつなぐブリッジ。x0..x1 に置く。
# 角棒は軸から 1.91mm 以内に収まり、相手の枠 (軸から axis_gap 以上) には当たらない。
# R0.3 (2.0mm) だと相手の枠とのすきまが 0.2mm しかなく、印刷するとはめ合わせがきつかった。
# 丸棒と違って下面が平らなので、印刷でオーバーハングにならず、ベッドに接する面も増える
def knuckle($x0, $x1) = union [
box ($x1 - $x0) thick thick | edges =X | fillet 0.5 | translate (($x0 + $x1) / 2) 0 r_k,
box ($x1 - $x0) (axis_gap + ov) thick | translate (($x0 + $x1) / 2) (-(axis_gap + ov) / 2) r_k
]
# ピン(+X 向き)と受け穴(-X 向き)。どちらもヒンジ軸上の球面。
# ピンは端面から半径 pin_h の半球で、gap より長く突き出す。はめるときナックルが軸方向に
# (pin_h - gap) だけ押し広げられ、穴に落ち込んで元に戻る(スナップフィット)。
# 受け穴の球は中心が相手の端面から gap だけ外側にあり、はまるとピンの半球とほぼ同心になる
def pin($x) = sphere pin_h | translate $x 0 r_k
def socket($x) = sphere rs | translate ($x + gap) 0 r_k
# 1辺ぶん。スロット1 (受け穴) とスロット3 (ピン)
k1 = knuckle(-u, -u / 2 - gap / 2) | diff socket(-u / 2 - gap / 2)
k3 = knuckle(gap / 2, u / 2 - gap / 2) | union pin(u / 2 - gap / 2)
edge_hinge = k1 + k3
# --- 導出値 ---
half = 180 / sides
ah = edge / 2 / tan(half) # 中心からヒンジ軸までの距離
ao = ah - axis_gap # 枠の外周の内接半径
ai = ao - rim # 枠の内周の内接半径
# 正n角形。上辺が y = a で水平
def ngon($a) = polyline [($a / cos(half) * cos(90 + half + 360 * $i / sides),
$a / cos(half) * sin(90 + half + 360 * $i / sides)) for $i in range(sides)]
# 枠。外周は R1.4 でほぼ半円に丸め、折ったとき隣の枠と当たらないようにする (R1.0 だと正四角錐が組めない)。
# 内周は折り畳みに関係しないので R0.5 にとどめ、印刷時にベッドに接する面を確保する
ring = (ngon(ao)) - (ngon(ai)) | extrude thick | fillet 0.5
outline = ngon(ao) | extrude thick | fillet 1.4
frame = ring * outline
# 上辺 (y = ah) に1辺ぶんのヒンジを置き、角数ぶん回す
hinges = union [(edge_hinge | translate 0 ah 0 | rotate 0 0 (360 * $i / sides)) for $i in range(sides)]
frame + hinges
