CN102874340A - 一种具有操作功能的移动机构 - Google Patents
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Abstract
一种具有操作功能的移动机构，包括一个内方盒部件(A)、一个外方框部件(B)、两个驱动杆部件（C、D）、两个从动杆部件(E、F)及它们之间的连接。两个驱动杆部件和外方框部件（B）之间通过驱动电机以转动副形式连接，两个驱动杆部件和内方盒部件（A）之间通过顶丝和卡簧固定连接，两个从动杆部件和外方框部件（B）之间以转动副形式连接，通过卡簧轴向固定，两个从动杆部件和内方盒部件（A）之间通过顶丝和卡簧固定连接。通过控制驱动电机，实现该机构步行和爬行步态，可以达到调节自身平衡与越障的功能，同时具有操作功能，可作为操作平台使用。本发明兼具移动和操作两种功能，在航天、军事等领域的侦查和采样等方面可以得到应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动机构，具体涉及一种具有操作功能的移动机构。
背景技术
移动机器人的研究始于60 年代末期。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen 和Charles Rosen 等人，在1966年至1972 年中研发出了取名Shakey的自主移动机器人。根据移动方式来分，移动机器人可分为：轮式移动机器人、步行移动机器人(单腿式、双腿式和多腿式)、履带式移动机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等类型。移动机器人随其应用环境和移动方式的不同，研究内容也有很大差别。其共同的基本技术有传感器技术、移动技术、操作器、控制技术、人工智能等方面。
中国专利CN 102211623A提出了一种空间四杆步行机构，它使用两个驱动电机，依靠该机构的变形与自身的惯性实现了步行运动。但是该机构运动形式单一，并且由于杆件尺寸和外形设计的不足，导致平衡性和稳定性不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题：移动机构在移动过程中一般不具有移动形式的多样性，同时对地面及空间环境的适应能力和调节能力不足，而且需要外接操作平台以实现操作功能。
本发明的技术方案：一种具有操作功能的移动机构包括一个内方盒部件、一个外方框部件、两个驱动杆部件、两个从动杆部件以及它们之间的连接；
驱动杆部件的驱动杆的一端和外方框部件的外壁上的驱动电机的转轴之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定，驱动杆部件的另一驱动杆的一端和内方盒部件的通轴的一端以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
从动杆部件的从动杆的一端和外方框部件的外壁上几何中心位置的圆孔之间形成转动副，以卡簧进行轴向固定，从动杆部件的另一从动杆的一端和内方盒部件的通轴的一端之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
两个驱动杆部件的结构组成和连接方式相同；
两个从动杆部件的结构组成和连接方式相同。
本发明的有益效果：本发明所述的一种具有操作功能的移动机构，通过四个驱动电机对该机构进行驱动和控制实现步行、爬行步态以及操作功能，并具有调节自身平衡能力与越障能力。为广大中小学生提供了一个学习几何知识及机构知识的实践载体，可用于制作教具，也可应用于星球探测和军事领域。
附图说明
图1一种具有操作功能的移动机构的整体三维图
图2A、图2B 一种具有操作功能的移动机构的内方盒部件三维图
图3一种具有操作功能的移动机构的外方框部件三维图
图4A、图4B 一种具有操作功能的移动机构的驱动杆部件三维图
图5A、图5B 一种具有操作功能的移动机构的从动杆部件三维图
图6一种具有操作功能的移动机构的驱动杆部件中驱动电机的安装图
图7A、图7B、图7C、图7D、图7E、图7F、图7G、图7H是一种具有操作功能的移动机构步行步态的分解图：
图8A、图8B、图8C、图8D、图8E是一种具有操作功能的移动机构爬行步态的分解图：
图9A、图9B、图9C、图9D、图9E、图9F、图9G是一种具有操作功能的移动机构操作功能的分解图：
图中：内方盒部件(A)、外方框部件(B)、驱动杆部件（C）、驱动杆（C1）、驱动杆（C2）、驱动电机（C3）驱动杆部件（D）、驱动杆（D1）、驱动杆（D2）、驱动电机（D3）、从动杆部件(E)、从动杆（E1）、从动杆（E2）、从动杆部件(F)、从动杆（F1）、从动杆（F2）。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
一种具有操作功能的移动机构如图1所示，由一个内方盒部件、一个外方框部件、两个驱动杆部件、两个从动杆部件组成。
本发明的实施方式：
如图1，驱动杆部件（C）的驱动杆（C1）的a端和外方框部件（B）的外壁（B7）上的驱动电机（B11）的转轴之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定，驱动杆部件（C）的驱动杆（C2）的b端和内方盒部件（A）的通轴（A7）的a端以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
驱动杆部件（D）的驱动杆（D1）的a端和外方框部件（B）的外壁（B8）上的驱动电机（B12）的转轴之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定，驱动杆部件（D）的驱动杆（D2）的b端和内方盒部件（A）的通轴（A8）的a端以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
从动杆部件（E）的从动杆（E2）的a端和外方框部件（B）的外壁（B9）上几何中心位置的圆孔之间形成转动副，以卡簧进行轴向固定，从动杆部件（E）的从动杆（E1）的b端和内方盒部件（A）的通轴（A7）的b端之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
从动杆部件（F）的从动杆（F2）的a端和外方框部件（B）的外壁（B10）上几何中心位置的圆孔之间形成转动副，以卡簧进行轴向固定，从动杆部件（F）的从动杆（F1）的b端和内方盒部件（A）的通轴（A8）的b端之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
如图2A、图2B，内方盒部件(A)由上盖（A1）、下盖（A2）、四个侧壁（A3、A4、A5、A6）、两个通轴（A7、A8）组成，通轴（A7）与侧壁（A3）、侧壁（A5）几何中心位置的圆孔之间形成圆柱副，通轴（A8）与侧壁（A4）、侧壁（A6）几何中心位置的圆孔之间形成圆柱副，内方盒部件(A)的侧壁（A3）上的圆孔高度与侧壁（A5）上的圆孔高度相同，侧壁（A4）上的圆孔高度与侧壁（A6）上的圆孔高度相同，侧壁（A3）上的圆孔高度与侧壁（A4）上的圆孔高度不同，通轴（A7）与通轴（A8）呈“十”字型布置；
如图3，外方框部件（B）由上盖（B1）、下盖（B2）、四个内壁（B3、B4、B5、B6）、四个外壁（B7、B8、B9、B10）、驱动电机（B11、B12）组成，驱动电机（B11）通过螺钉固定在外壁（B7）的几何中心位置，驱动电机（B12）通过螺钉固定在外壁（B8）的几何中心位置，外方框部件（B）的四个内壁（B3、B4、B5、B6）上的圆孔高度相同，四个外壁（B7、B8、B9、B10）上的圆孔高度相同；
如图4A，驱动杆部件（C）由两个驱动杆（C1、C2）和驱动电机（C3）组成，驱动杆（C1）为一“L”型杆，驱动电机（C3）通过螺钉固定在驱动杆（C1）的b端，驱动杆（C2）为一“L”型杆，其中a端与驱动电机（C3）的转轴以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
如图4B，驱动杆部件（D）由两个驱动杆（D1、D2）和驱动电机（D3）组成，驱动杆（D1）为一“L”型杆，驱动电机（D3）通过螺钉固定在驱动杆（D1）的b端，驱动杆（D2）为一“L”型杆，其中a端与驱动电机（D3）的转轴以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
如图5A，从动杆部件（E）由两个从动杆（E1、E2）组成，从动杆（E1）、从动杆（E2）均为“L”型杆，从动杆（E1）的a端与从动杆（E2）的b端形成转动副，以卡簧进行轴向固定；
如图5B，从动杆部件（F）由两个从动杆（F1、F2）组成，从动杆（F1）、从动杆（F2）均为“L”型杆，从动杆（F1）的a端与从动杆（F2）的b端形成转动副，以卡簧进行轴向固定；
驱动电机的安装如图6所示，驱动电机（B11）的安装端面与外方框部件（B）的外壁（B7）通过螺钉固定连接，驱动电机（B11）的转轴与驱动杆部件（C）的驱动杆（C1）的a端以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
驱动电机（B12）、驱动电机（C3）和驱动电机（D3）的连接方式与驱动电机（B11）相同。
具体的使用方法：
一种具有操作功能的移动机构可以实现步行。首先该机构处于如附图7A所示的步行步态的起始位姿，内方盒部件（A）和外方框部件（B）与地面完全接触；当要步行的时候，以外方框为支撑，调节内方盒移动，实现如附图7B所示的步行步态内方盒移动起始动作，如附图7C所示的步行步态内方盒移动过程动作，以及如附图7D所示的步行步态内方盒移动结束动作；当完成步行步态内方盒移动结束动作后，以内方盒为支撑，调节外方框移动，实现如附图7E所示的步行步态外方框移动起始动作，如附图7F所示的步行步态外方框移动过程动作，如附图7G所示的步行步态外方框移动结束动作；当完成步行步态外方框移动结束动作后，以外方框为支撑，调节内方盒移动，实现如附图7H所示的步行步态的结束位姿。这样就实现了该机构的一个完整的步行步态，图7A、图7B、图7C、图7D、图7E、图7F、图7G、图7H是一种具有操作功能的移动机构步行步态的分解图。
一种具有操作功能的移动机构也可以实现爬行。首先该机构处于如附图8A所示的爬行步态的起始位姿，内方盒部件（A）和外方框部件（B）与地面完全接触；当要爬行的时候，以外方框为支撑，调节内方盒移动，实现如附图8B所示的爬行步态内方盒爬行动作；当完成爬行步态内方盒爬行动作后，以内方盒为支撑，调节外方框移动，实现如附图8C所示的爬行步态外方框爬行动作；当完成爬行步态外方框爬行动作后，以外方框为支撑，调节内方盒移动，实现如附图8D所示的爬行步态内方盒第二步爬行动作；当完成爬行步态内方盒第二步爬行动作后，以内方盒为支撑，调节外方框移动，实现如附图8E所示的爬行步态外方框第二步爬行动作。这样就实现了该机构的一个完整的爬行步态，图8A、图8B、图8C、图8D、图8E是一种具有操作功能的移动机构爬行步态的分解图。除此之外，一种具有操作功能的移动机构也可以利用连杆实现爬行。此时，通过调节驱动杆部件，使得驱动杆（C2）的a端、驱动杆（D2）的a端、从动杆（E1）的a端、从动杆（F1）的a端相继着地，以此实现该机构的爬行。同时，当地面为斜坡时，通过调节驱动杆部件，使驱动杆和从动杆的端部与地面接触，可以实现外方框姿态的调节，达到平衡效果。
一种具有操作功能的移动机构也具有操作功能。首先该机构处于如附图9A所示的操作功能的起始位姿，内方盒部件（A）和外方框部件（B）与地面完全接触；当要进行操作功能的时候，以外方框为支撑，调节内方盒移动，实现如附图9B所示的操作功能内方盒第一移动动作，如附图9C所示的操作功能内方盒第二移动动作，如附图9D所示的操作功能内方盒第三移动动作，如附图9E所示的操作功能内方盒第四移动动作，如附图9F所示的操作功能内方盒第五移动动作，以及如附图9G所示的操作功能的结束位姿。这样就实现了该机构的一个完整的操作功能，图9A、图9B、图9C、图9D、图9E、图9F、图9G是一种具有操作功能的移动机构操作功能的分解图。
Claims (5)
1.一种具有操作功能的移动机构，其特征在于：该机构包括一个内方盒部件(A)、一个外方框部件(B)、两个驱动杆部件（C、D）、两个从动杆部件(E、F)以及它们之间的连接；
驱动杆部件（C）的驱动杆（C1）的a端和外方框部件（B）的外壁（B7）上的驱动电机（B11）的转轴之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定，驱动杆部件（C）的驱动杆（C2）的b端和内方盒部件（A）的通轴（A7）的a端以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
驱动杆部件（D）的驱动杆（D1）的a端和外方框部件（B）的外壁（B8）上的驱动电机（B12）的转轴之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定，驱动杆部件（D）的驱动杆（D2）的b端和内方盒部件（A）的通轴（A8）的a端以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
从动杆部件（E）的从动杆（E2）的a端和外方框部件（B）的外壁（B9）上几何中心位置的圆孔之间形成转动副，以卡簧进行轴向固定，从动杆部件（E）的从动杆（E1）的b端和内方盒部件（A）的通轴（A7）的b端之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
从动杆部件（F）的从动杆（F2）的a端和外方框部件（B）的外壁（B10）上几何中心位置的圆孔之间形成转动副，以卡簧进行轴向固定，从动杆部件（F）的从动杆（F1）的b端和内方盒部件（A）的通轴（A8）的b端之间以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
内方盒部件(A)由上盖（A1）、下盖（A2）、四个侧壁（A3、A4、A5、A6）、两个通轴（A7、A8）组成，通轴（A7）与侧壁（A3）、侧壁（A5）几何中心位置的圆孔之间形成圆柱副，通轴（A8）与侧壁（A4）、侧壁（A6）几何中心位置的圆孔之间形成圆柱副，内方盒部件(A)的侧壁（A3）上的圆孔高度与侧壁（A5）上的圆孔高度相同，侧壁（A4）上的圆孔高度与侧壁（A6）上的圆孔高度相同，侧壁（A3）上的圆孔高度与侧壁（A4）上的圆孔高度不同，通轴（A7）与通轴（A8）呈“十”字型布置；
外方框部件（B）由上盖（B1）、下盖（B2）、四个内壁（B3、B4、B5、B6）、四个外壁（B7、B8、B9、B10）、驱动电机（B11、B12）组成，驱动电机（B11）通过螺钉固定在外壁（B7）的几何中心位置，驱动电机（B12）通过螺钉固定在外壁（B8）的几何中心位置，外方框部件（B）的四个内壁（B3、B4、B5、B6）上的圆孔高度相同，四个外壁（B7、B8、B9、B10）上的圆孔高度相同；
驱动杆部件（C）由两个驱动杆（C1、C2）和驱动电机（C3）组成，驱动杆（C1）为一“L”型杆，驱动电机（C3）通过螺钉固定在驱动杆（C1）的b端，驱动杆（C2）为一“L”型杆，其中a端与驱动电机（C3）的转轴以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
驱动杆部件（D）由两个驱动杆（D1、D2）和驱动电机（D3）组成，驱动杆（D1）为一“L”型杆，驱动电机（D3）通过螺钉固定在驱动杆（D1）的b端，驱动杆（D2）为一“L”型杆，其中a端与驱动电机（D3）的转轴以顶丝进行周向固定，以卡簧进行轴向固定；
从动杆部件（E）由两个从动杆（E1、E2）组成，从动杆（E1）、从动杆（E2）均为“L”型杆，从动杆（E1）的a端与从动杆（E2）的b端形成转动副，以卡簧进行轴向固定；
从动杆部件（F）由两个从动杆（F1、F2）组成，从动杆（F1）、从动杆（F2）均为“L”型杆，从动杆（F1）的a端与从动杆（F2）的b端形成转动副，以卡簧进行轴向固定。
2.如权利要求1所述的一种具有操作功能的移动机构，其特征在于：内方盒部件（A）、外方框部件（B）的形状也可制作成圆形等中心对称的几何形状。
3.如权利要求1所述的一种具有操作功能的移动机构，其特征在于：内方盒部件（A）的上盖（A1）、下盖（A2）及四个侧壁（A3、A4、A5、A6）之间通过焊接、螺纹、胶粘等方式固定连接。
4.如权利要求1所述的一种具有操作功能的移动机构，其特征在于：外方框部件（B）的上盖（B1）、下盖（B2）、四个内壁（B3、B4、B5、B6）、四个外壁（B7、B8、B9、B10）之间通过焊接、螺纹、胶粘等方式固定连接。
5.如权利要求1所述的一种具有操作功能的移动机构，其特征在于：驱动电机的形式是多样的，如电机或舵机。
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