CN102211623B - 一种空间四杆步行机构 - Google Patents

Abstract

一种空间四杆步行机构，涉及一种两足步行的机械装置，包括：A构件、B构件、长轴(17)、长轴(18)、短轴(27)、短轴(28)、接头(29)、接头(30)，第一电机齿轮(13)、第二电机齿轮(14)分别与第一轴齿轮(15)、第二轴齿轮(16)啮合，第一短轴(27)的竖直段与第一直线轴承(25)连接，横段通过第一接头(29)与第一长轴(17)的柄的端头连接，第二短轴(28)的竖直段与第二直线轴承(26)连接，横段通过第二接头(30)与第二长轴(18)的柄的端头连接。通过控制两个电机的转动，使空间四杆步行机构实现直行及转弯功能。本发明结构简单，易于制造。对中小学生提供了一个对几何形体及移动机构的认识，也可用于制作军用探测机器人。

Description

一种空间四杆步行机构

技术领域

本发明涉及一种步行机构，具体设计一种空间四杆步行机构。

背景技术

中国专利公告号CN 2789106Y公开了“一种单动力滚动四杆机构”，它采用单自由度闭链四杆机构，由一个电机进行驱动和控制，设计巧妙的结构方案-四杆等长且在运动过程中始终保持菱形形状，实现滚动前进，其缺点是只能实现机构在平面内的直线前行。

本发明提出了一种对于四杆机构实现步行运动的新方案，采用两个R副，两个C副，通过电机对运动副元素的驱动和控制，使机构的两足相继与地面脱离接触，从而达到在空间的步行移动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种空间四杆步行机构。

本发明的技术方案：

一种空间四杆步行机构，该空间四杆步行机构包括：A构件、B构件、第一长轴、第二长轴、第一短轴、第二短轴、第一接头、第二接头。

第一长轴为一U形钩，通过螺钉、螺母将第一轴齿轮安装在钩柄上，钩柄与第一滚动轴承和第三滚动轴承过盈配合。

第二长轴为一U形钩，通过螺钉、螺母将第二轴齿轮安装在钩柄上，钩柄与第二滚动轴承和第四滚动轴承过盈配合。

第一电机齿轮和第一轴齿轮啮合；第二电机齿轮和第二轴齿轮啮合。

第一短轴为一L形，其竖直段与第一直线轴承连接，其横段通过第一接头与第一长轴的柄的端头连接。

第二短轴为一L形，其竖直段与第二直线轴承连接，其横段通过第二接头与第二长轴的柄的端头连接。

第一电机齿轮和第二电机齿轮结构完全相同，第一轴齿轮和第二轴齿轮结构完全相同。

第一长轴和第二长轴结构完全相同；第一短轴和第二短轴结构完全相同。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

本发明空间四杆步行机构，结构简单，通过两个电机分别对第一和第二长轴进行驱动和控制实现平面内机构的步行运动，该机构结构简单，成本低廉，易于制造和工程实现。对中小学生提供了一个对几何形体及移动机构的认识，可用于制作玩具、教具，也可用于制作军用探测机器人。

附图说明

图1空间四杆步行机构示意图；

图2第一和第二长轴与A构件的连接示意图；

图3第一长轴与A构件的连接关系示意图；

图4空间四杆步行机构B构件的示意图；

图5空间四杆步行机构运动方向示意图；

图6空间四杆步行机构运动初始状态示意图；

图7空间四杆步行机构步进四分之一周期状态示意图；

图8空间四杆步行机构步进二分之一周期状态示意图；

图9空间四杆步行机构步进四分之三周期状态示意图；

图10空间四杆步行机构完成一个周期步进回到与初始位置相似状态的示意图。

图中：A构件、B构件、第一十字形板1、第二十字形板2、第一电机轴承座3、第二电机轴承座4、第一轴承座5、第二轴承座6、第一滚动轴承7、第二滚动轴承8、第三滚动轴承9、第四滚动轴承10、第一电机11、第二电机12、第一电机齿轮13、第二电机齿轮14、第一轴齿轮15、第二轴齿轮16、第一长轴17、第二长轴18、第三十字形板19、第四十字形板20、第三轴承座21、第四轴承座22、第五轴承座23、第六轴承座24、第一直线轴承25、第二直线轴承26、第一短轴27、第二短轴28、第一接头29、第二接头30。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

一种空间四杆步行机构，如图1所示，该空间四杆步行机构包括A构件、B构件、第一长轴17、第二长轴18、第一短轴27、第二短轴28、第一接头29、第二接头30。

如图2所示，第一长轴17为一U形钩，通过螺钉、螺母将第一轴齿轮15安装在钩柄上，钩柄与第一滚动轴承7和第三滚动轴承9过盈配合。

第二长轴18为一U形钩，通过螺钉、螺母将第二轴齿轮16安装在钩柄上，钩柄与第二滚动轴承8和第四滚动轴承10过盈配合。

第一电机齿轮13和第一轴齿轮15啮合；第二电机齿轮14和第二轴齿轮16啮合。

如图1所示，第一短轴27为一L形，其竖直段与第一直线轴承25连接，其横段通过第一接头29与第一长轴17的柄的端头连接。

第二短轴28为一L形，其竖直段与第二直线轴承26连接，其横段通过第二接头30与第二长轴18的柄的端头连接。

第一电机齿轮13和第二电机齿轮14结构完全相同，第一轴齿轮15和第二轴齿轮16结构完全相同。

第一长轴17和第二长轴18结构完全相同；第一短轴27和第二短轴28结构完全相同。

所述的A构件，如图2、图3所示，包括：第一十字形板1、第二十字形板2、第一电机轴承座3、第二电机轴承座4，第一轴承座5、第二轴承座6、第一滚动轴承7、第二滚动轴承8、第三滚动轴承9、第四滚动轴承10、第一电机11、第二电机12、第一电机齿轮13、第二电机齿轮14。

所构成A构件的零件的连接方式如下：

第一电机轴承座3的一端、第二电机轴承座4的一端、第一轴承座5的一端、第二轴承座6的一端通过螺钉分别安装在第一十字形板1的四个端部，其中第一电机轴承座3与第一轴承座5相对，第二电机轴承座4与第二轴承座6相对。

第二十字形板2的四个端部通过螺钉分别与第一电机轴承座3的另一端、第二电机轴承座4的另一端、第一轴承座5的另一端、第二轴承座6的另一端连接。

第一滚动轴承7过盈安装在第一电机轴承座3上，第二滚动轴承8过盈安装在第二电机轴承座4上，第三滚动轴承9过盈安装在第一轴承座5上，第四滚动轴承10过盈安装在第二轴承座6上。

第一电机11通过螺钉安装在第一电机轴承座3上，第一电机的轴穿过第一电机轴承座3上的孔，通过螺钉与第一电机齿轮13固定连接。

第二电机12通过螺钉安装在第二电机轴承座4上，第二电机的轴穿过第二电机轴承座4上的孔，通过螺钉与第二电机齿轮14固定连接。

所述的B构件，如图4包括：第三十字形板19、第四十字形板20、第三轴承座21、第四轴承座22、第五轴承座23、第六轴承座24、第一直线轴承25、第二直线轴承26。

所构成B构件的零件的连接方式如下：

第三轴承座21的一端、第四轴承座22的一端、第五轴承座23的一端、第六轴承座24的一端分别通过螺钉安装在第三十字形板19的四个端部；第四十字形板20的四个端部分别通过螺钉与第三轴承座21的另一端、第四轴承座22的另一端、第五轴承座23的另一端、第六轴承座24的另一端相连接。

第一直线轴承25通过过盈配合安装在第三轴承座21与第五轴承座23上，第二直线轴承26通过过盈配合安装在第四轴承座22与第六轴承座24上。

所述的第一接头29、第二接头30的结构尺寸相同，其外形为直角，直角的两端分别开有插孔及螺栓安装孔，如图1所示。

所述的第一短轴27与第一长轴17之间，第二短轴28与第二长轴18之间均留有缺口，如图1所示。

一种空间四杆步行机构的运动方向，如图5所示，机构在此位置通过对驱动电机的控制实现四个方向的运动，既可以沿[1]和[3]方向直行，也可以沿[2]和[4]方向转弯。

下面以空间四杆步行机构实现一个步态为例说明空间四杆步行机构步行的实现：

(1)如图6为空间四杆步行机构的初始状态；

(2)如图7为空间四杆步行机构开始工作，A构件上的第一电机11驱动与电机轴相连的第一电机齿轮13开始转动，第一电机齿轮13带动与其啮合的第一轴齿轮15转动，由于第一轴齿轮15与第一长轴17通过螺栓连接，所以第一长轴17开始转动并带动与之相连的第一接头29开始转动，从而带动与第一接头29相连的第一短轴27以第一长轴17为轴开始转动，由于第一短轴27穿过B构件的第一直线轴承25，所以B构件也开始以第一长轴17为轴转动并开始沿着第一短轴27越过缺口向长轴的另一端滑动，同时，B构件又开始带动第二短轴28以第一长轴18为轴转动并且B构件也开始沿着第二短轴28越过缺口向第二长轴18的另一端滑动，此时为空间四杆步行机构在电机的驱动下完成四分之一周期步态的状态；

(3)如图8为空间四杆步行机构的A构件上的第一电机11继续转动，B构件沿着第一短轴27继续向第一长轴17滑动，同时B构件沿着第二短轴28继续向第二长轴18滑动，此时，整个机构完成了二分之一周期的步态；

(4)如图9为空间四杆步行机第一构构件A上的第一电机11停止转动，第二电机12开始转动，使的B构件开始沿着第一长轴17越过缺口向第一短轴27滑动，同时B构件也开始沿着第二长轴18越过缺口向第二短轴28滑动，此时为空间四杆步行机构在电机的驱动下完成四分之三周期步态的状态；

(5)如图10为空间四杆步行机第一构构件A上的第二电机12继续转动，此时，整个机构回到与初始位置相同的状态，完成一个步态；

(6)重复(1)——(5)步的步骤，通过控制电机的正反转或是转动角度，使空间四杆步行机构在平面内实现步行。

Claims (2)

1.一种空间四杆步行机构，其特征在于：空间四杆步行机构包括A构件、B构件、第一长轴(17)、第二长轴(18)、第一短轴(27)、第二短轴(28)、第一接头(29)、第二接头(30)；

第一长轴(17)为一U形钩，通过螺钉、螺母将第一轴齿轮(15)安装在钩柄上，钩柄与第一滚动轴承(7)和第三滚动轴承(9)过盈配合；

第二长轴(18)为一U形钩，通过螺钉、螺母将第二轴齿轮(16)安装在钩柄上，钩柄与第二滚动轴承(8)和第四滚动轴承(10)过盈配合；

第一电机齿轮(13)和第一轴齿轮(15)啮合；第二电机齿轮(14)和第二轴齿轮(16)啮合；

第一短轴(27)为一L形，其竖直段与第一直线轴承(25)连接，其横段通过第一接头(29)与第一长轴(17)的柄的端头连接；

第二短轴(28)为一L形，其竖直段与第二直线轴承(26)连接，其横段通过第二接头(30)与第二长轴(18)的柄的端头连接；

第一电机齿轮(13)和第二电机齿轮(14)结构完全相同，第一轴齿轮(15)和第二轴齿轮(16)结构完全相同；

第一长轴(17)和第二长轴(18)结构完全相同；第一短轴(27)和第二短轴(28)结构完全相同；

所述的A构件包括：第一十字形板(1)、第二十字形板(2)、第一电机轴承座(3)、第二电机轴承座(4)，第一轴承座(5)、第二轴承座(6)、第一滚动轴承(7)、第二滚动轴承(8)、第三滚动轴承(9)、第四滚动轴承(10)、第一电机(11)、第二电机(12)、第一电机齿轮(13)、第二电机齿轮(14)；

第一电机轴承座(3)的一端、第二电机轴承座(4)的一端、第一轴承座(5)的一端、第二轴承座(6)的一端通过螺钉分别安装在第一十字形板(1)的四个端部，其中第一电机轴承座(3)与第一轴承座(5)相对，第二电机轴承座(4)与第二轴承座(6)相对；

第二十字形板(2)的四个端部通过螺钉分别与第一电机轴承座(3)的另一端、第二电机轴承座(4)的另一端、第一轴承座(5)的另一端、第二轴承座(6)的另一端连接；

第一滚动轴承(7)过盈安装在第一电机轴承座(3)上，第二滚动轴承(8)过盈安装在第二电机轴承座(4)上，第三滚动轴承(9)过盈安装在第一轴承座(5)上，第四滚动轴承(10)过盈安装在第二轴承座(6)上；

第一电机(11)通过螺钉安装在第一电机轴承座(3)上，第一电机的轴穿过第一电机轴承座(3)上的孔，通过螺钉与第一电机齿轮(13)固定连接；

第二电机(12)通过螺钉安装在第二电机轴承座(4)上，第二电机的轴穿过第二电机轴承座(4)上的孔，通过螺钉与第二电机齿轮(14)固定连接；

所述的B构件包括：第三十字形板(19)、第四十字形板(20)、第三轴承座(21)、第四轴承座(22)、第五轴承座(23)、第六轴承座(24)、第一直线轴承(25)、第二直线轴承(26)；

第三轴承座(21)的一端、第四轴承座(22)的一端、第五轴承座(23)的一端、第六轴承座(24)的一端分别通过螺钉安装在第三十字形板(19)的四个端部；第四十字形板(20)的四个端部分别通过螺钉与第三轴承座(21)的另一端、第四轴承座(22)的另一端、第五轴承座(23)的另一端、第六轴承座(24)的另一端相连接；

第一直线轴承(25)通过过盈配合安装在第三轴承座(21)与第五轴承座(23)上，第二直线轴承(26)通过过盈配合安装在第四轴承座(22)与第六轴承座(24)上；

所述的第一短轴(27)与第一长轴(17)之间，第二短轴(28)与第二长轴(18)之间均留有缺口。

2.根据权利要求1所述的一种空间四杆步行机构，其特征在于：

所述的第一接头(29)、第二接头(30)的结构尺寸相同，其外形为直角，直角的两端分别开有插孔及螺栓安装孔。

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