CN101927796A

CN101927796A - 一种单动力平行四边形两足移动机构

Info

Publication number: CN101927796A
Application number: CN 201010294214
Authority: CN
Inventors: 姚燕安; 田耀斌; 黄铁球
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2010-12-29

Abstract

一种单动力平行四边形两足移动机构，包括：左足(A1)、右足(A4)，第一曲柄(A2)和第二曲柄(A4)。左足上安装第一、二连接轴，连接轴相对左足可绕自身轴线转动且两轴线相互平行。右足上一端安装第三连接轴，另一端安装电机，且电机轴与连接轴轴线相互平行，轴间距与左足的轴间距相等。第一曲柄和第二曲柄结构和尺寸相同。第一曲柄通过螺钉与第一、三连接轴连接；第二曲柄的一端通过螺钉与第二连接轴连接，电机轴通过顶丝(11)固定在第二曲柄另一端上。该四个转动副轴线相互平行，组成四边形两足移动机构。它具有结构简捷，成本低廉，易于制造以及趣味的蛇形运动效果。可用于设计动物玩具和教学教具，扩展和延伸了平行四边形机构的应用范围。

Description

一种单动力平行四边形两足移动机构

技术领域

本发明涉及一种单动力平行四边形移动机构，特别涉及一种可在地面上前进后退的两足移动机器人，实现一种蛇形运动。

背景技术

蛇在前进时利用与地面横向摩擦力大于纵向摩擦力而实现。轮滑鞋的滚轮两侧摩擦力不同，从而使得轮滑也能实现类似的蛇形运动。对于蛇形机器人的研究已经很多，但大都基于仿生的角度设计一系列的蛇形机器人结构。大都是设计一个基本单元，对若干单元串联组建成复杂的机构本体。

利用独立的平行四边形机构实现移动功能的研究较少，专利公告号CN2789106Y公开了一种“单动力滚动四杆机构”，但只能以滚动的方式实现直线运动，该机构运动依靠惯性力大小，运动有所限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是设计一种具有蛇形运动的平行四边形两足移动机构。

本发明的技术方案：

一种单动力平行四边形两足移动机构，它包括：左足、第一曲柄、第二曲柄和右足。

第一曲柄的一端通过螺钉与第一连接轴连接，左足和第一曲柄形成第一转动副。

第一曲柄的另一端通过螺钉与第三连接轴连接，右足和第二曲柄形成第三转动副。

第二曲柄的一端通过螺钉与第二连接轴连接，左足和第二曲柄形成第二转动副。

第二曲柄的另一端开有固定电机孔，电机的电机轴置于第二曲柄的另一端端面上的孔内，通过顶丝固定，右足和第二曲柄形成第四转动副。

电机轴与第三连接轴的轴线相互平行，其轴间距与第一连接轴和第二连接轴的轴间距相等。第一至第四转动副轴线均相互平行。

左足、右足、第一曲柄、第二曲柄连接成一个平行四边形两足移动机构。

利用平行四边形的运动规律，机构的两个足能够相对其接触的棱边左右摇摆，使得两足所受的正压力会发生变化，从而使得足部所收摩擦力发生变化，在曲柄带动下，所受摩擦力较小的足会相会摩擦力较大的足产生位移，根据这个原理可以实现平行四边形两足机构的蛇形运动。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

本发明基于平行四边形移动机构，利用其运动特性，设计了特殊的机械结构以及提出了平行四边形两足机构的蛇形运动原理，通过一个电机进行驱动和控制，改变两足所受摩擦力的不同使得机构在地面上蛇形移动。对于摩擦力不均匀的地面，机构根据地面摩擦力的不同自行改变运动方向。本发明提供的平面移动机构具有结构简捷，成本低廉，易于制造以及趣味的运动效果。可用来完成无人侦察和探测工作、设计为动物玩具和教学教具，为中小学生拓展对几何形体及蛇形运动规律的认识，扩展和延伸了平行四边形机构的应用范围。

附图说明

图1 单动力平行四边形两足移动机构示意图。

图2 左足的局部放大图。

图3 第一、二、三连接轴剖视图。

图4 第一、二、三连接轴三维视图。

图5 第一、二、三轴承座示意图。

图6 左足三维图。

图7 右足剖视图。

图8 右足三维图。

图9 第二曲柄示意图。

图10 单动力平行四边形两足移动机构整体三维图。

图11 单动力平行四边形两足移动机构初始状态。

图12 单动力平行四边形两足移动机构向右倾斜。

图13 单动力平行四边形两足移动机构重新直立。

图14 单动力平行四边形两足移动机构向左倾斜。

图15 单动力平行四边形两足移动机构向前移动返回到初始状态。

图中：左足外壳1、左足连杆2、第一连接轴3、第一固定螺母4、第一轴承5、第一轴承座6、第一配重块7、右足外壳8、右足连杆9、电机10、顶丝11、第二连接轴23、第二固定螺母24、第二轴承25、第二轴承座26、第二配重块27、第三连接轴33、第三固定螺母34、第三轴承35、第三轴承座36、第三配重块37。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步说明。

一种单动力平行四边形两足移动机构包括：左足A1、第一曲柄A2、第二曲柄A3和右足A4构成，如附图1、10所示。

一种单动力平行四边形两足移动机构的第一曲柄A2的一端通过螺钉与第一连接轴3连接，左足A1和第一曲柄A2形成第一转动副。

第一曲柄A2的另一端通过螺钉与第三连接轴33连接，右足A4和第二曲柄A3形成第三转动副。

第二曲柄A3的一端通过螺钉与第二连接轴23连接，左足A1和第二曲柄A3形成第二转动副。

第二曲柄A3的另一端开有固定电机孔，电机10的电机轴置于第二曲柄A3的另一端端面上的孔内，通过顶丝11固定，右足A4和第二曲柄A3形成第四转动副。

电机轴与第三连接轴33的轴间距与第一连接轴3和第二连接轴23的轴间距相等。第一至第四转动副轴线均相互平行。

左足A1、右足A4、第一曲柄A2、第二曲柄A3连接成一个平行四边形两足移动机构。

所述的左足A1，如图2、6，它包括：左足外壳1、左足连杆2、第一连接轴3、第一固定螺母4、第一轴承5、第一轴承座6和第一配重块7，第二连接轴23、第二固定螺母24、第二轴承25、第二轴承座26和第二配重块27。

第一轴承5安装在第一轴承座6中，第一连接轴3穿过左足连杆2一端的通孔顶住第一轴承5的内圈，第一连接轴3的螺纹端通过第一固定螺母4完成其轴向定位。

第一配重块7与第一轴承座6通过螺钉固定在一起。

左足A1另一端的第二连接轴23、第二轴承25、第二固定螺母24、第二轴承座26和第二配重块27分别与第一连接轴3、第一固定螺母4、第一轴承5、第一轴承座6和第一配重块7的结构和尺寸相同。

左足A1为对称结构，左足A1另一端以上述同样的方式安装。

左足外壳1与左足连杆2通过螺钉连接。

所述的右足A2，如图7，它包括：右足外壳8、右足连杆9、第三连接轴33、第三固定螺母34、第三轴承35、第三轴承座36、第三配重块37、电机10。

第三轴承35安装在第三轴承座36中，第三连接轴33穿过右足连杆9一端的通孔顶住第三轴承35的内圈，第三连接轴33的螺纹端通过第三固定螺母4完成其轴向定位。

第三配重块37与第三轴承座36通过个螺钉连接在右足连杆9的一端。

第三配重块37与第三轴承座36通过螺钉固定在一起。

右足连杆9和左足连杆2的结构和尺寸相同。

右足连杆9的另一端固定电机10。

所述的第一曲柄A2，如图9，为Z字形状，其两端均设两个通孔的法兰，其一个端面的中心处上设一孔，在端头设一螺纹孔与孔中心线垂直并相通。

第一曲柄A2和第二曲柄A3结构和尺寸相同。

所述的右足外壳8和左足外壳1的结构和尺寸相同，外壳截面形状可设为三角形、矩形、半圆形或其他形状。

第一、二、三连接轴3、23、33，如附图3、4所示。第一、二、三连接轴为一台阶轴，一端有螺纹，用于与第一、二、三螺母4、24、34的连接，另一端有两个螺纹安装孔用于第一曲柄A2和第二曲柄A3的连接。

第一轴承座6设四个螺纹孔，其中两个用于与左足连杆2的连接，另外两个用于固定第一配重块7。第二轴承座26上的四个螺纹孔，其中两个连接左足连杆2，另外两个用于固定第二配重块27。第三轴承座36上的四个螺纹孔，其中两个连接右足连杆9，另外两个用于固定第三配重块37。

下面以单动力平行四边形两足移动机构实现一个移动步态为例说明其运动规律：

（1）如附图11所示，将该单动力平行四边形两足移动机构放置在地面上，两足直立，则左右足外壳（1、8）的棱边与地面接触，电机如箭头方向旋转，带动第二曲柄A3，则两足将分别开始绕与地面接触的棱边向右倾斜，此状态定义为初始状态。

（2）如附图12 所示，根据平行四边形机构原理，电机旋转90°，左右足倾斜到右极限位置，此时右足A4所受的摩擦力最大，同时左足前移。

（3）如附图13所示，电机继续旋转90°，左足前移使得两足重新直立，电机继续转动，则两足将分别开始绕与地面接触的棱边向左倾斜。

（4）如附图14所示，电机继续旋转90°，两足倾斜到左极限位置，此时左足A1所受的摩擦力最大，同时右足前移。

（5）如附图15所示，电机继续旋转90°，右足前移使得两足直立，回到机构初始状态，完成一个周期。

若机构在初始状态下，电机旋向和箭头方向相反，则运动方向相反。

Claims

1.一种单动力平行四边形两足移动机构，其特征在于，单动力平行四边形两足移动机构包括左足（A1）、第一曲柄（A2）、第二曲柄（A3）和右足（A4）；

第一曲柄（A2）的一端通过螺钉与第一连接轴（3）连接，左足（A1）和第一曲柄（A2）形成第一转动副；

第一曲柄（A2）的另一端通过螺钉与第三连接轴（33）连接，右足（A4）和第二曲柄（A3）形成第三转动副；

第二曲柄（A3）的一端通过螺钉与第二连接轴（23）连接，左足（A1）和第二曲柄（A3）形成第二转动副；

第二曲柄（A3）的另一端开有固定电机孔，电机（10）的电机轴置于第二曲柄（A3）的另一端端面上的孔内，通过顶丝（11）固定，右足（A4）和第二曲柄（A3）形成第四转动副；

电机轴与第三连接轴（33）的轴间距与第一连接轴（3）和第二连接轴（23）的轴间距相等，第一至第四转动副轴线均相互平行；

左足（A1）、右足（A4）、第一曲柄（A2）、第二曲柄（A3）连接成一个平行四边形两足移动机构。

2.根据权利要求1所述的一种单动力平行四边形两足移动机构，其特征在于，左足（A1）包括：左足外壳（1）、左足连杆（2）、第一连接轴（3）、第一固定螺母（4）、第一轴承（5）、第一轴承座（6）和第一配重块（7）、第二连接轴（23）、第二轴承（25）、第二固定螺母（24）、第二轴承座（26）和第二配重块（27）；

第一轴承（5）安装在第一轴承座（6）中，第一连接轴（3）穿过左足连杆（2）一端的通孔顶住第一轴承（5）的内圈，第一连接轴（3）的螺纹端通过第一固定螺母（4）完成其轴向定位；

第一配重块（7）与第一轴承座（6）通过螺钉固定在一起；

左足（A1）另一端的第二连接轴（23）、第二轴承（25）、第二固定螺母（24）、第二轴承座（26）和第二配重块（27）分别与第一连接轴（3）、第一固定螺母（4）、第一轴承（5）、第一轴承座（6）和第一配重块（7）的结构和尺寸相同；

左足（A1）为对称结构，左足（A1）另一端以上述同样的方式安装；

左足外壳（1）与左足连杆（2）通过螺钉连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种单动力平行四边形两足移动机构，其特征在于，右足（A2）包括：右足外壳（8）、右足连杆（9）、第三连接轴（33）、第三固定螺母（34）、第三轴承（35）、第三轴承座（36）、第三配重块（37）、电机（10）；

第三轴承（35）安装在第三轴承座（36）中，第三连接轴（33）穿过右足连杆（9）一端的通孔顶住第三轴承（35）的内圈，第三连接轴（33）的螺纹端通过第三固定螺母（4）完成其轴向定位；

第三配重块（37）与第三轴承座（36）通过个螺钉连接在右足连杆（9）的一端；

第三配重块（37）与第三轴承座（36）通过螺钉固定在一起；

右足连杆（9）和左足连杆（2）的结构和尺寸相同；

右足连杆（9）的另一端固定电机（10）。

4.根据权利要求1所述的一种单动力平行四边形两足移动机构，其特征在于，第一曲柄（A2）为Z字形状，其两端均设两个通孔的法兰，其一个端面的中心处上设一孔，在端头设一螺纹孔与孔中心线垂直并相通；

第二曲柄（A3）与第一曲柄（A2）结构尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的一种单动力平行四边形两足移动机构，其特征在于，右足外壳（8）和左足外壳（1）的结构和尺寸相同，外壳截面形状包括三角形、矩形、半圆形或其他形状。