一种单手操作的便携式四自由度教学圆规所属技术领域本发明涉及的是一种教学绘图的工具，尤其是一种操作简单且方便携带的教学圆规。背景技术现有圆规主要分为两类：一类是传统的两脚式圆规；另一类是教学用的圆规。传统式圆规是两脚型的，上端铰接，下端可随意分开或合拢，以调整所绘圆弧半径的大小。在画圆时，固定针尖的那一端，转动装粉笔的那一端，可画出一个圆。虽然传统式圆规造价便宜，但是传统的两脚式圆规在画圆方面仍然存在很多的不足：1.操作性较差：需两只手同时进行几次间歇性的操作才能画出一个完整的圆；2.精度较差：画圆时两脚易产生相对转动，使圆半径尺寸产生偏差；3.便携性较差：体积大，携带不便；4.空间占用率高：在用两脚式教学圆规绘图时，通常将其立在黑板表面进行操作，易挤占绘图者的站立空间，不符合人体工程学。另一种非传统式的教学用圆规（专利号为200810016333）包括圆规固定臂，圆规固定臂的支脚为吸盘式支脚，圆规固定臂上转动安装有圆规旋转臂，圆规旋转臂的自由端安装有画笔安装装置，圆规旋转臂上设有与所述圆规固定臂同轴的旋转部，旋转部上安装有推动装置，旋转部与所述推动装置之间的配合为螺旋配合，螺旋摩擦角的正切大于所述旋转部与所述推动装置之间摩擦系数，螺旋的螺旋线至少旋转一周。画圆时，用手推动推动杆，将吸盘内空气排出的同时，螺旋配合会将平动转化为转动从而画出一个圆。这种圆规的操作比传统的两脚式圆规简单，弥补了传统的的两脚式圆规需借助直尺才能确定圆半径的缺点。而这种非传统式的教学用圆规在画圆过程中也存在着一些缺点：采用吸盘式吸脚，不耐用，若画板不平则使用效果较差；螺旋传动不仅画圆费力，且画圆效率不高；尺寸较大，不方便携带。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的上述问题，提供一种效率高，操作简便且画圆准确的便携式四自由度的圆规。为了克服现有圆规的缺陷，本发明采用以下技术方案：本发明有三个结构组成：主体支撑装置、伸缩装置和画笔夹持装置。主体支撑装置是整个圆规的底座；伸缩装置通过主体支撑装置的上壳体与下壳体夹紧固定，伸缩装置用于调控画出圆的半径；画笔夹持装置为斜T形，伸出端内有异性孔，伸缩装置可插入画笔夹持装置侧面的孔中，通过螺钉拧紧固定；画笔夹持装置是用来固定画笔（画笔可以是粉笔，也可以是白板笔），该装置可以通过外围螺母控制夹持画笔的松紧，从而改变画笔高度。进一步地，主体支撑装置包括上壳体、下壳体、滚动轴承、磁铁固定架。其中，上下壳体为相似的类长方体，上壳体下表面、下壳体上表面有与伸缩装置相配合的异型槽，用于夹紧伸缩装置，下壳体的下表面中心有沉头孔。滚动轴承放入沉头孔中夹紧，即轴承外圈与下壳体固定，滚动轴承内圈通过螺栓与磁铁固定架固定，使得下壳体和磁铁固定架之间有且仅有相对转动。磁铁固定架内有强磁铁，可以和黑板（或磁性白板）固定。进一步地，伸缩装置有两段杆，分别为固定外杆和伸缩内杆。伸缩装置的截面为异型截面，可以防止伸缩装置在画圆的过程中发生相对滚动。伸缩装置伸缩内插入画笔夹持装置侧面的异型孔中，再从孔的侧面拧入螺栓固定。固定外杆与主体支撑装置相连接，主体支撑装置通过上壳体与下壳体的夹紧来固定伸缩装置的外杆[的一端]，[远离主体支撑装置的一端侧面有螺纹孔，内有螺钉，螺钉拧紧时，内外杆固定，没有拧紧时，内外杆可以相对平移来调节杆的总长度。]在内杆上面标有刻度，用于读取画出圆的尺寸。进一步地，画笔夹持装置包括画笔套筒、固定螺母和手持旋钮。画笔套筒内部呈锥形，画笔套筒内部呈锥形可以很好的贴合粉笔的形状，同时粉笔装入时不会受到阻碍；固定螺母可固定画笔套筒内部的画笔；手持旋钮内部为锥形腔，可与画笔套筒上部的锥体端相互配合，因而手持旋钮和画笔套筒能且仅能产生相对转动，增强画圆的舒适性，套筒侧面有个异型孔，可放入伸缩内杆，并且在异型孔壁上有个螺纹孔，能拧入螺丝固定伸缩内杆。该作品基于人体工程学设计和多刚体运动学原理，采用横臂伸缩和自转公转机构实现了可单手操作的便携式四自由度教学圆规的设计与开发。与传统的两脚式教学圆规相比，该作品具有完全不同的结构，其优点如下：(1)只需单手操作便可一次性快速准确的画圆，操作性好；(2)可快速精确调整半径，精度较好；(3)体积小，重量轻，便携性好；(4)基本不挤占操作者的站立空间，空间占用率低。附图说明图一为本发明画圆过程中主体支撑装置的结构示意图；图二为本发明画圆过程中伸缩装置的结构示意图；图三为本发明画圆过程中画笔夹持装置的结构示意图；图四为本发明画圆过程中伸缩装置内杆横截面的结构示意图；图五为本发明画圆过程中伸缩装置外杆横截面的结构示意图；图六为本发明画圆过程中画笔套筒的结构示意图；图七位本发明画圆过程中手持旋钮的结构示意图；图八为本发明画圆过程中本发明的结