CN102114879B

CN102114879B - 一种两足步行四杆机构

Info

Publication number: CN102114879B
Application number: CN 201110030049
Authority: CN
Inventors: 姚燕安; 苗志怀; 郭一竹
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: CN102114879A

Abstract

本发明涉及一种两足步行四杆机构，包括两平行的移动足、两连接杆、三个电机、四个万向节，所述两移动足和两连接杆通过万向节连接构成单环闭式并联四杆机构；所述两移动足分别设有与其平行的电机，在一移动足着地时其上的电机带动另一移动足围绕其旋转，实现两移动足上下交替前行；两移动足上的电机同步，抬起的移动足可以围绕自身的转轴自转，使支撑板始终保持在向下的位置；任一连接杆在与移动足连接的端部垂直设置电机，在电机的带动下连接杆以该移动足为轴进行旋转，从而带动另一移动足横向移动。由此可见，该机构能实现三自由度运动和探测姿态调整功能，解决了简单四杆移动机构无法实现的变线运动功能。

Description

一种两足步行四杆机构

技术领域

本发明涉及一种三自由度两足移动机构，尤其涉及一种两足步行四杆机构。

背景技术

目前，已设计出的移动机构运动方式包括轮式，腿式，履带式等，以适应在多种环境下的移动功能。但是这些机构体积较大，结构较为复杂。

两足步行机构具有自动化程度高，动态系统丰富，以及良好的动力学特性等优点；且移动方式类似人类行走，灵巧轻便，对行走环境有良好的适应性，既能在平地上行走，也能在非结构性的复杂地面行走。目前，步行机构整体上仍然以串联机构为主。根据由王洪波、齐政彦等于2009年8月在《机械工程学报》第45卷、第8期中发表的《并联腿机构在四足/两足可重组步行机器人中的应用》的资料描述：当前研究较多的两足腿式串联机构具有承载能力低、自身重量较大、运动中能耗高等缺点。此外，随着科技的发展，步行机构应用领域的拓展，对步行机构的速度、稳定性、刚度、承载能力等要求愈来愈高，串联式机构并不能很好地解决上述问题。

并联机构是由运动副和构件按一定的方式连接而成的闭环机构。Clavel在1988年首先将4个球面副（S）组成的平行四边形机构用于并联机构的分支中，设计出DELTA并联机构。此后在并联机构的分支中相继出现了4转动副（R）平行四边形机构、4万向节（U）平行四边机构等。

在特殊的工作环境下，例如环境探测，目标搜索等任务，需要移动机构在较为复杂的地面环境和有限的运动空间中实现移动功能和转弯，步态调整，多角度探测等其它特定功能。现有移动机构的步行姿态比较单一，机构整体灵活度不高，且移动功能和探测功能通常为相互独立的两个模块，需要分别控制，较为复杂，且对工作位置和姿态要求较高，当移动机构发生倾覆时很难恢复原有姿态，对移动机构行走能力和观察探测装置继续正常工作造成困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种单环闭链并联机构的两足步行四杆机构，该机构既能实现三自由度运动和探测姿态调整功能，又能降低对工作环境和作业空间的要求，实现了简单四杆移动机构无法实现的变线运动功能。

本发明采用以下技术方案：

一种两足步行四杆机构，包括两平行的移动足、两连接杆、三个电机、四个万向节，所述两移动足和两连接杆通过万向节连接构成单环闭式并联四杆机构；所述两移动足上分别设有与其平行的电机，电机的旋转可以带动连接杆的旋转，从而使移动足能交替前行；任一连接杆在与移动足连接的端部设有电机，该电机可以带动连接杆的左右方向转动，从而调整移动足前行的方向。

进一步地，所述移动足包括连接板、支撑板、连接块，所述连接板的两端通过连接块固定支撑板，该连接块通过平行于连接板的转轴与万向节连接，万向节在垂直于转轴的方向设置销轴。

进一步地，所述支撑板一端的内侧设置电机座和电机，该电机的输出轴与转轴连接或为一体构件。

进一步地，所述连接杆在与移动足连接的端部设置电机座和电机，该电机的输出轴垂直连接杆设置。

本发明具有以下优点：

本发明通过万向节连接组成的单环闭式并联四杆机构，两移动足上分别设置电机，在一移动足着地时其上的电机带动另一移动足围绕其旋转，实现两移动足上下交替前行；两移动足上的电机同步，抬起的移动足可以围绕自身的转轴自转，使支撑板始终保持在向下的位置；任一连接杆在与移动足连接的端部垂直设置电机，在电机的带动下连接杆以该移动足为轴进行旋转，从而带动另一移动足横向移动。由此可见，该机构能实现三自由度运动和探测姿态调整功能，解决了简单四杆移动机构无法实现的变线运动功能。

本发明具有结构紧凑，运行平衡，控制简单，自身重量轻，运行功耗低等优点，为两足步行机构的领域开拓出一个新的方向。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明移动足1的结构示意图；

图3为本发明移动足2的结构示意图；

图4为本发明设有电机的连接杆的结构示意图；

图5为本发明沿与X轴成

角的直线运动示意图；

图6为本发明沿曲线运动示意图；

图7为本发明探测姿态调整示意图。

具体实施方式

实施例

如图1所示，本发明包括平行的移动足1、移动足2，连接杆3、连接杆4，所述移动足1、连接杆3、移动足2和连接杆4通过万向节5依次连接，构成单环闭式并联四杆机构；所述移动足1上固设有与其平行的电机6、移动足2上固设有与其平行的电机7，连接杆3在与移动足2连接的端部设有与其垂直的电机8。

如图2所示，所述移动足1包括连接板11、支撑板12、连接块13，所述连接板11的两端通过连接块13垂直固定设置支撑板12，该连接块13通过平行于连接板11的转轴14与万向节5连接，万向节5在垂直于转轴14的方向设置销轴16；所述支撑板12一端的内侧设电机座15和电机6，该电机6的输出轴与转轴14连接或者为一体构件。即万向节5设有两个相互垂直的轴：转轴14和销轴16，其中转轴14与电机6输出轴固定连接或者为一体构件，可以完成前进动作的转动功能，驱动连接杆转动或自转；销轴16用于实现四杆机构的变形功能，即移动中的转向功能。

如图3所示，移动足2包括连接板21、支撑板22、连接块23，所述连接板21的两端通过连接块23垂直固定设置支撑板22，该连接块23通过平行于连接板21的转轴24与万向节5连接，万向节5在垂直于转轴24的方向设置销轴26；所述支撑板22一端的内侧设电机座25和电机7，该电机7的输出轴与转轴24固定连接或者为一体构件。

如图1、4所示，所述连接杆3在与移动足2连接的端部固设电机座31和电机8，该电机8的输出轴垂直连接杆3设置。

本发明的工作原理如下：

使用时，移动足1着地，电机6经转轴14带动连杆3和连杆4围绕移动足1旋转，移动足2被抬起。移动足2抬起到足够的高度，在电机7的带动下相对于自身的转轴24自转，在前行时，调整电机运转速度，使支撑板22旋转180度后能够处于竖直状态，移动足2着地，然后将移动足1抬起。如此循环，可实现两移动足上下交替前行。

所述连接杆3在与移动足2连接的端部垂直设置电机8，在电机8的带动下连接杆3以该移动足2为轴进行旋转，从而带动移动足1横向移动。

本发明可以实现平面运动，即沿着X轴的横向移动和沿着Y轴的纵向移动；与X轴成

角的直线运动以及曲线运动，能够进行特定角度的直线及曲线运动，如图5和6所示。

被抬起的移动足可以与地面形成任意的角度，也可实现整周回转，从而在步行过程中实现姿态的变化，如图7所示，可实现探测姿态调整的目的。

由此可见，本发明结构简单，步行姿态多变，机构整体灵活度高，能够在特殊的工作环境下，实现例如环境探测，目标搜索等任务，在较为复杂的地面环境和有限的运动空间中能实现移动功能和转弯，步态调整，多角度探测等其它特定功能。而且，当移动机构发生倾覆时很容易恢复原有姿态，对移动机构行走能力和观察探测装置继续正常工作提供方便。在搜救抢险，环境探测，科教娱乐等领域具有广阔的应用前景和市场潜力。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种两足步行四杆机构，其特征在于，包括两平行的移动足、两连接杆、三个电机、四个万向节，所述两移动足和两连接杆通过万向节连接构成单环闭式并联四杆机构；所述两移动足分别设有与其平行的第一电机，任一连接杆在与移动足连接的端部设有第二电机；所述移动足包括连接板、支撑板、连接块；所述连接板的两端通过连接块固定支撑板，该连接块通过平行于连接板的转轴与万向节连接，万向节在垂直于转轴的方向设置销轴；所述支撑板的内侧设置电机座和第一电机，该第一电机的输出轴与转轴连接；所述第一电机的输出轴与转轴为一体构件；所述任一连接杆在与移动足连接的端部设置电机座和第二电机，该第二电机的输出轴垂直连接杆设置；被抬起的移动足可以与地面形成任意的角度，也可以实现整周回转，从而在步行过程中实现姿态的变化。