CN102826137A - 一种折叠变形行走机构 - Google Patents

Abstract

一种折叠变形行走机构，由四个切去对角的正方形活动块、八个旋转块、四个连接片组成。每个活动块和两个旋转块通过连接件连接，构成一个基本模块，四个基本模块通过连接件与连接片相连，形成整体构型。活动块（1）、（5）、（9）、（13）分别与旋转块（2）、（16），旋转块（4）、（6），旋转块（8）、（10），旋转块（12）、（14）通过连接件连接，连接片（3）、（7）、（11）、（15）分别与旋转块（2）、（4），旋转块（6）、（8），旋转块（10）、（12），旋转块（14）、（16）通过连接件连接。上述连接构成折叠变形行走机构。活动块可以通过绕不同连接件转动实现几何形态的变化，几种变化组合即可实现行走、翻滚等动作。

Description

一种折叠变形行走机构

技术领域

本发明涉及一种行走机构，具体涉及一种能够实现多种几何形态变化，并可以通过形态变化的组合实现行走的一种折叠变形行走机构。

背景技术

变形机构由活动构件和相应的运动副组成，通过不同活动构件的位置变换达到整体变形的效果。传统的变形机构研究中，从构件形式来说，活动构件以杆件为主，块类的机构件很少涉及；从机构的空间界定来说，平面机构与空间机构往往是相互独立的，很少有交叉；从变形效果来说，传统的变形机构往往只是实现了机构形态的变化，而不能实现行走这一功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有变形机构变形构件以杆件为主、平面与空间变形机构相互独立、仅能实现形态变化而不能实现行走等问题，提供一种由活动块和转动副所组成的折叠变形行走机构，它和现有的变形机构相比，活动构件均为块状，在变形过程中能实现平面与空间之间的变换，并且通过变形的组合可实现平移行走、滚动行走两种行走方式。

本发明的技术方案：本折叠变形行走机构由四个切去对角的正方形活动块，八个旋转块，四个连接片组成，每个活动块可绕连接自身的连接件旋转。机构外形为一个大四边形，一个活动块与两个旋转块组成一个小四边形模块，两个小四边形模块间通过连接片连接构成大四边形的一个边。每个活动块与旋转块连接处形成转动副，旋转块与连接片连接处形成转动副；四个活动块可绕与它们相连的连接件翻转；四个活动块之间相互重叠组合拼接成矩形等形状；不同的变形形态组合，机构可实现平移行走、滚动行走两种行走方式。

本发明的有益效果：本折叠变形行走机构，各活动块可通过绕与之相连的连接件转动实现不同状态之间的变形转换，且每次活动的活动块组合可以不相同，这样就形成丰富的变形状态；各不同变形状态之间组合，可使机构实现行走；构成机构的活动块方便拆卸，易于组装，可以开发为一款趣味性较强的儿童玩具和几何教具。

附图说明

图1折叠变形行走机构的整体三维图

图2（a）、图2（b）、图2（c）是折叠变形行走机构各零件形状：

图2（a）活动块形状

图2（b）旋转块形状

图2（c）连接片形状

图3（a）、图3（b）、图3（c）、图3（d）、图3（e）、图3（f）是折叠变形行走机构平移行走步态的分解图：

图3（a）机构初始状态

图3（b）平移行走上翻动作一

图3（c）平移行走上翻动作二

图3（d）平移行走一步后的姿态

图3（e）平移行走上翻动作一

图3（f）平移行走上翻动作二

图4（a）、图4（b）、图4（c）、图4（d）、图4（e）是折叠变形行走机构滚动步态行走的分解图：

图4（a）机构初始状态

图4（b）滚动行走上翻动作一

图4（c）滚动行走上翻动作二

图4（d）滚动行走滚动中状态

图4（e）滚动行走滚动后状态

图中：活动块1、旋转块2、连接片3、旋转块4、活动块5、旋转块6、连接片7、旋转块8、活动块9、旋转块10、连接片11、旋转块12、活动块13、旋转块14、连接片15、旋转块16。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

一种折叠变形行走机构，如图1，该机构由四个切去对角的正方形活动块（1）、（5）、（9）、（13），八个旋转块（2）、（4）、（6）、（8）、（10）、（12）、（14）、（16），四个连接片（3）、（7）、（11）、（15）组成，每个活动块可绕连接自身的连接件旋转。

机构外形为一个大四边形，活动块（1）与旋转块（2）、（16）组成第一个小四边形模块，活动块（5）与旋转块（4）、（6）组成第二个小四边形模块，活动块（9）与旋转块（8）、（10）组成第三个小四边形模块，活动块（13）与旋转块（12）、（14）组成第四个小四边形模块，第一个小四边形模块与第二个小四边形模块通过连接片（3）连接构成大四边形的一个边，第二个小四边形模块与第三个小四边形模块通过连接片（7）连接构成大四边形的一个边，第三个小四边形模块与第四个小四边形模块通过连接片（11）连接构成大四边形的一个边，第四个小四边形模块与第一个小四边形模块通过连接片（15）连接构成大四边形的一个边。

活动块（1）与旋转块（2）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿水平方向，活动块（1）与旋转块（16）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，活动块（5）与旋转块（4）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿水平方向，活动块（5）与旋转块（6）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，活动块（9）与旋转块（10）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿水平方向，活动块（9）与旋转块（8）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，活动块（13）与旋转块（12）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿水平方向，活动块（13）与旋转块（14）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（3）与旋转块（2）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（3）与旋转块（4）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（7）与旋转块（6）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿竖直方向，连接片（7）与旋转块（8）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿竖直方向，连接片（11）与旋转块（10）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（11）与旋转块（12）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（15）与旋转块（14）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿竖直方向，连接片（15）与旋转块（16）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿竖直方向。

四个活动块可以是任意厚度的实心或空心块，旋转块、连接片只需配合其尺寸即可，活动块的表面可以是连续或部分镂空，空心块内部可填充固体、液体或气体。

正方形活动块（1）、（5）、（9）、（13）四个边需要倒一定弧度的圆角，如图2（a）所示；旋转块（2）、（4）、（6）、（8）、（10）、（12）、（14）、（16）除连接面外需倒一定弧度的圆角，如图2（b）所示；连接片（3）、（7）、（11）、（15）两个短边需倒一定弧度的圆角，如图2（c）所示。

活动块的表面可以雕刻不同图案，在变形、翻转过程中形成不同组合图案，活动块的表面可以是光滑或者有凹凸的部分。

活动块绕其与旋转块之间的连接件转动或者旋转块绕其与连接片之间连接件的转动可以是通过手动或电动执行完成。

该折叠变形行走机构的具体使用方法：

平移行走：将机构平放，如图3（a）所示；给活动块（5）、（9）同时输入动力，使它们绕旋转块（4）与连接片（3）之间的连接件和旋转块（10）和连接片（11）之间的连接件转动90度，得到变形后的机构如图3（b）所示；之后仍给活动块（5）、（9）同时输入动力，使它们绕旋转块（12）与连接片（11）之间的连接件和旋转块（2）和连接片（3）之间的连接件转动90度，得到变形后的机构如图3（c）所示；给活动块（5）、（9）、（13）、（1）同时输入动力，使（5）、（1）绕旋转块（6）与连接片（7）之间的连接件和旋转块（16）与连接片（15）之间的连接件转动90度，使（9）、（13）绕旋转块（8）与连接片（7）之间的连接件和旋转块（14）与连接片（15）之间的连接件转动90度，如图3（d）所示；给活动块（5）、（9）同时输入动力，使它们绕活动块（13）与旋转块（12）之间的连接件和活动块（1）与旋转块（2）之间的连接件转动90度，如图3（e）所示；给活动块（5）、（9）输入动力，使它们绕活动块（5）与旋转块（4）之间的连接件和活动块（9）与旋转块（10）之间的连接件转动90度，如图3（f）所示。机构实现了一个完整的平移行走。

滚动行走：将机构平放，给旋转块（6）、（8）同时输入动力，使它们绕旋转块（6）与活动块（5）之间的连接件和旋转块（8）与活动块（9）之间的连接件转动90度，给旋转块（14）、（16）同时输入动力，使它们绕旋转块（14）与活动块（13）之间的连接件和旋转块（16）与活动块（1）之间的连接件转动90度，如图4（a）所示；给活动块（5）、（9）同时输入动力，使它们绕旋转块（4）与连接片（3）之间的连接件和旋转块（10）和连接片（11）之间的连接件转动90度，得到变形后的机构如图4（b）所示；给活动块（5）、（9）同时输入动力，使它们绕旋转块（12）与连接片（11）之间的连接件和旋转块（2）和连接片（3）之间的连接件转动90度，得到变形后的机构如图4（c）所示；给活动块（5）、（9）、（13）同时输入动力，使活动块（5）绕活动块（5）与旋转块（4）连接的连接件和旋转块（6）与连接片（7）连接的连接件转动90度，使活动块（9）绕活动块（9）与旋转块（10）之间的连接件和旋转块（8）与连接片（7）之间的连接件转动90度，使活动块（13）绕活动块（13）与旋转块（12）之间的连接件和旋转块（14）与连接片（15）之间的连接件转动90度，得到变形后的机构如图4（d）所示；给活动块（5）、（9）、（13）输入动力，使它们按照上一步的转动方式转动90度，得到变形后的机构如图4（e）所示；重复图4（d）和图4（e）所示动作。机构实现了一个完整的滚动行走。

Claims (5)

1.一种折叠变形行走机构，其特征在于：

由四个切去对角的正方形活动块（1）、（5）、（9）、（13），八个旋转块（2）、（4）、（6）、（8）、（10）、（12）、（14）、（16），四个连接片（3）、（7）、（11）、（15）组成，每个活动块可绕连接自身的连接件旋转；

机构外形为一个大四边形，活动块（1）与旋转块（2）、（16）组成第一个小四边形模块，活动块（5）与旋转块（4）、（6）组成第二个小四边形模块，活动块（9）与旋转块（8）、（10）组成第三个小四边形模块，活动块（13）与旋转块（12）、（14）组成第四个小四边形模块，第一个小四边形模块与第二个小四边形模块通过连接片（3）连接构成大四边形的一个边，第二个小四边形模块与第三个小四边形模块通过连接片（7）连接构成大四边形的一个边，第三个小四边形模块与第四个小四边形模块通过连接片（11）连接构成大四边形的一个边，第四个小四边形模块与第一个小四边形模块通过连接片（15）连接构成大四边形的一个边；

活动块（1）与旋转块（2）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿水平方向，活动块（1）与旋转块（16）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，活动块（5）与旋转块（4）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿水平方向，活动块（5）与旋转块（6）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，活动块（9）与旋转块（10）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿水平方向，活动块（9）与旋转块（8）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，活动块（13）与旋转块（12）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿水平方向，活动块（13）与旋转块（14）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（3）与旋转块（2）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（3）与旋转块（4）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（7）与旋转块（6）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿竖直方向，连接片（7）与旋转块（8）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿竖直方向，连接片（11）与旋转块（10）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（11）与旋转块（12）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿垂直方向，连接片（15）与旋转块（14）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿竖直方向，连接片（15）与旋转块（16）通过连接件连接构成一个转动副，转动副轴线沿竖直方向。

2.根据权利要求1所述的折叠变形行走机构，其特征在于：四个活动块可以是任意厚度的实心或空心块，旋转块、连接片只需配合其尺寸即可，活动块的表面可以是连续或部分镂空，空心块内部可填充固体、液体或气体。

3.根据权利要求1所述的折叠变形行走机构，其特征在于：正方形活动块（1）、（5）、（9）、（13）四个边需要倒一定弧度的圆角；旋转块（2）、（4）、（6）、（8）、（10）、（12）、（14）、（16）除连接面外需倒一定弧度的圆角；连接片（3）、（7）、（11）、（15）两个短边需倒一定弧度的圆角。

4.根据权利要求1所述的折叠变形行走机构，其特征在于：活动块的表面可以雕刻不同图案，在变形、翻转过程中形成不同组合图案，活动块的表面可以是光滑或者有凹凸的部分。

5.根据权利要求1所述的折叠变形行走机构，其特征在于：活动块绕其与旋转块之间的连接件转动或者旋转块绕其与连接片之间连接件的转动可以是通过手动或电动执行完成。

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