CN102887184A - 立方体移动机构 - Google Patents
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Abstract
立方体移动机构，包括三十二个小立方体及它们的连接。每个小立方体由十二个伸缩杆和八个连接块组成，相交于一点的三个伸缩杆用一个连接块固定连接，当所有伸缩杆的长度相同时，外形呈正立方体。十二个伸缩杆分别构成小立方体的棱边，八个连接块分别构成小立方体的顶点。四个小立方体通过顶点间的相互固定，连接在一起构成大立方体的一个棱边，三个交于一点的棱边共用一个小立方体，共用的小立方体构成大立方体的一个顶点。控制伸缩杆的伸长和缩短，每一个小立方体可以独立的伸缩变形，通过机构整体变形，实现立方体移动机构的平移和翻滚功能。该移动机构可以在智力玩具或几何教学等领域中得到应用，也可以用于制造军事侦察机器人。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动机构，具体涉及一种具有平移和翻滚功能的立方体移动机构。
背景技术
移动副是一种典型的低副，在机构中它能引入一个自由，并且具有沿导路方向运动的功能。在空间上将移动副连杆合理的安置，可以实现机构缩放变形的功能，其中平行安置的移动副连杆，不但可以依靠一个动力实现运动功能，更可以加固机械的结构强度。中国专利CN 101428421B提出了一种两足步行的三角形机器人，它将腿足外杆和腿足内杆构成的移动副连杆作为三角形的一个边长，通过三角形边长的变化实现平移功能，动过启动电机改变顶点角度，实现转弯，该发明通过闭链结构实现了机器人刚度和负载能力的提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题：移动机器人一般只具有单一的运动方式，对地面环境及周围空间环境的适应能力差，而且方形机构一般不具有滚动能力。
本发明的技术方案：立方体移动机构包括三十二个小立方体，每个小立方体由十二个伸缩杆和八个连接块组成，相交于一点的三个伸缩杆用一个连接块固定连接，当所有伸缩杆的长度相同时，外形呈正立方体，十二个伸缩杆分别构成小立方体的棱边，连接块在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块将三个伸缩杆以固定形式连接在一起，三个伸缩杆的伸缩移动方向相互垂直，每四个小立方体连接在一起构成大立方体的一个棱边，三个交于一点的棱边共用一个小立方体，共用的小立方体构成大立方体的一个顶点。
小立方体间连接时，小立方体的伸展变形方向沿着立方体移动机构的外侧；小立方体间的固定连接形式是多样的，如螺钉连接、螺栓连接或焊接，也可以将固定连接所需的两个和四个连接块制造成满足功能需要的一种一体化连接块。
其中，伸缩杆的形式是多样的，如气动推杆、液压推杆或电动推杆，也可以将伸缩杆制造成两个杆件间的移动副连接。
本发明的有益效果：本发明所述的立方体移动机构，通过控制伸缩杆的伸长和缩短，每一个小立方体可以独立的伸缩变形，使机构整体变形，实现立方体移动机构的平移和翻滚功能。立方体移动机构可以改变运动方向，实现机构的蔽障功能。该移动机构可以在智力玩具或几何教学等领域中得到应用，也可以用于制造军事侦察机器人。
附图说明
图1立方体移动机构的整体三维图
图2立方体移动机构的整体侧视图
图3立方体移动机构中小立方体单元的整体三维图
图4连接块的整体三维图
图5立方体间一体化连接块的三维视图
图6立方体移动机构的平移动作分解图
图7立方体移动机构的翻滚动作分解图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
立方体移动机构如图1所示，由三十二个小立方体通过固定形式连接在一起，每个小立方体由十二个伸缩杆和八个连接块组成，相交于一点的三个伸缩杆用一个连接块固定连接，当所有伸缩杆的长度相同时，外形呈正立方体。
本发明的实施方式：
如图2，十二个伸缩杆（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）、（10）、（11）、（12）分别构成小立方体的棱边；
连接块（13）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（13）的端面（13a）与伸缩杆（1）的一端以固定形式连接在一起，连接块（13）的端面（13b）与伸缩杆（4）的一端以固定形式连接在一起，连接块（13）的端面（13c）与伸缩杆（5）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（1）、（4）、（5）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（14）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（14）的端面（14a）与伸缩杆（2）的一端以固定形式连接在一起，连接块（14）的端面（14b）与伸缩杆（1）的一端以固定形式连接在一起，连接块（14）的端面（14c）与伸缩杆（6）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（1）、（2）、（6）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（15）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（15）的端面（15a）与伸缩杆（3）的一端以固定形式连接在一起，连接块（15）的端面（15b）与伸缩杆（2）的一端以固定形式连接在一起，连接块（15）的端面（15c）与伸缩杆（7）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（2）、（3）、（7）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（16）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（16）的端面（16a）与伸缩杆（4）的一端以固定形式连接在一起，连接块（16）的端面（16b）与伸缩杆（3）的一端以固定形式连接在一起，连接块（16）的端面（16c）与伸缩杆（8）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（3）、（4）、（8）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（17）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（17）的端面（17a）与伸缩杆（12）的一端以固定形式连接在一起，连接块（17）的端面（17b）与伸缩杆（9）的一端以固定形式连接在一起，连接块（17）的端面（17c）与伸缩杆（5）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（5）、（9）、（12）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（18）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（18）的端面（18a）与伸缩杆（9）的一端以固定形式连接在一起，连接块（18）的端面（18b）与伸缩杆（10）的一端以固定形式连接在一起，连接块（18）的端面（18c）与伸缩杆（6）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（6）、（9）、（10）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（19）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（19）的端面（19a）与伸缩杆（10）的一端以固定形式连接在一起，连接块（19）的端面（19b）与伸缩杆（11）的一端以固定形式连接在一起，连接块（19）的端面（19c）与伸缩杆（7）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（7）、（10）、（11）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（20）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（20）的端面（20a）与伸缩杆（11）的一端以固定形式连接在一起，连接块（20）的端面（20b）与伸缩杆（12）的一端以固定形式连接在一起，连接块（20）的端面（20c）与伸缩杆（8）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（8）、（11）、（12）的伸缩移动方向相互垂直；
如图1，每四个小立方体连接在一起构成大立方体的一个棱边，三个交于一点的棱边共用一个小立方体，共用的小立方体构成大立方体的一个顶点；
立方体移动机构的棱边（A）中，第一个小立方体的连接块（19）的端面（19d）与第二个小立方体的连接块（20）的端面（20f）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（19）的端面（19d）与第三个小立方体的连接块（20）的端面（20f）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（19）的端面（19d）与第四个小立方体的连接块（20）的端面（20f）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（B）中，第一个小立方体的连接块（20）的端面（20d）与第二个小立方体的连接块（17）的端面（17f）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（20）的端面（20d）与第三个小立方体的连接块（17）的端面（17f）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（20）的端面（20d）与第四个小立方体的连接块（17）的端面（17f）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（C）中，第一个小立方体的连接块（17）的端面（17d）与第二个小立方体的连接块（18）的端面（18f）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（17）的端面（17d）与第三个小立方体的连接块（18）的端面（18f）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（17）的端面（17d）与第四个小立方体的连接块（18）的端面（18f）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（D）中，第一个小立方体的连接块（19）的端面（19f）与第二个小立方体的连接块（18）的端面（18d）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（19）的端面（19f）与第三个小立方体的连接块（18）的端面（18d）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（19）的端面（19f）与第四个小立方体的连接块（18）的端面（18d）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（E）中，第一个小立方体的连接块（19）的端面（19e）与第二个小立方体的连接块（15）的端面（15e）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（19）的端面（19e）与第三个小立方体的连接块（15）的端面（15e）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（19）的端面（19e）与第四个小立方体的连接块（15）的端面（15e）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（F）中，第一个小立方体的连接块（20）的端面（20e）与第二个小立方体的连接块（16）的端面（16e）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（20）的端面（20e）与第三个小立方体的连接块（16）的端面（16e）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（20）的端面（20e）与第四个小立方体的连接块（16）的端面（16e）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（G）中，第一个小立方体的连接块（17）的端面（17e）与第二个小立方体的连接块（13）的端面（13e）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（17）的端面（17e）与第三个小立方体的连接块（13）的端面（13e）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（17）的端面（17e）与第四个小立方体的连接块（13）的端面（13e）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（H）中，第一个小立方体的连接块（18）的端面（18e）与第二个小立方体的连接块（14）的端面（14e）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（18）的端面（18e）与第三个小立方体的连接块（14）的端面（14e）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（18）的端面（18e）与第四个小立方体的连接块（14）的端面（14e）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（I）中，第一个小立方体的连接块（15）的端面（15f）与第二个小立方体的连接块（16）的端面（16d）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（15）的端面（15f）与第三个小立方体的连接块（16）的端面（16d）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（15）的端面（15f）与第四个小立方体的连接块（16）的端面（16d）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（J）中，第一个小立方体的连接块（16）的端面（16f）与第二个小立方体的连接块（13）的端面（13d）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（16）的端面（16f）与第三个小立方体的连接块（13）的端面（13d）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（16）的端面（16f）与第四个小立方体的连接块（13）的端面（13d）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（K）中，第一个小立方体的连接块（13）的端面（13f）与第二个小立方体的连接块（14）的端面（14d）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（13）的端面（13f）与第三个小立方体的连接块（14）的端面（14d）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（13）的端面（13f）与第四个小立方体的连接块（14）的端面（14d）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（L）中，第一个小立方体的连接块（15）的端面（15d）与第二个小立方体的连接块（14）的端面（14f）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（15）的端面（15d）与第三个小立方体的连接块（14）的端面（14f）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（15）的端面（15d）与第四个小立方体的连接块（14）的端面（14f）以固定形式连接在一起。
如图5，小立方体间连接时，小立方体的伸展变形方向沿着立方体移动机构的外侧；小立方体间的固定连接形式是多样的，如螺钉连接、螺栓连接或焊接，也可以将固定连接所需的两个和四个连接块制造成满足功能需要的一种一体化连接块。
伸缩杆的形式是多样的，如气动推杆、液压推杆或电动推杆，也可以将伸缩杆制造成两个杆件间的移动副连接。
具体的使用方法：
立方体移动机构可以实现平移动作。首先立方体移动机构处于如附图6(a)所示的平移动作的起始位姿，立方体移动机构的一个面与地面接触；当要进行平移动作的时候，沿移动方向依次缩小接触面的小立方体，同时再依次放大接触面的小立方体，实现如附图6(b)、附图6(c)、附图6(d)、附图6(e)、附图6(f)以及附图6(g)所示的平移动作的分解动作；当立方体移动机构的位移发生改变，实现如附图6(h)所示的平移动作的结束位姿。这样就实现了移动机构的一个完整的平移动作。
立方体移动机构可以实现翻滚动作。首先立方体移动机构处于如附图7(a)所示的翻滚动作的起始位姿，立方体移动机构的一个面与地面接触；当要进行翻滚动作的时候，沿移动方向的反方向依次缩小接触面的小立方体，同时再依次放大接触面的小立方体，实现如附图7(b)、附图7(c)以及附图7(d)所示的翻滚动作的重心前移动作；收缩移动方向上支撑面的小立方体，实现如附图7(e)所示的翻滚动作的失稳状态；当机构的重心超过平衡位置，机构倾倒翻滚，实现如附图7(f)所示的翻滚动作的落地状态以及如附图7(g)所示的翻滚动作的结束位姿。这样就实现了移动机构的一个完整的翻滚动作。
Claims (3)
1.立方体移动机构，其特征在于：立方体移动机构包括三十二个小立方体；每个小立方体由十二个伸缩杆和八个连接块组成，相交于一点的三个伸缩杆用一个连接块固定连接，当所有伸缩杆的长度相同时，外形呈正立方体，十二个伸缩杆（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）、（10）、（11）、（12）分别构成小立方体的棱边；
连接块（13）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（13）的端面（13a）与伸缩杆（1）的一端以固定形式连接在一起，连接块（13）的端面（13b）与伸缩杆（4）的一端以固定形式连接在一起，连接块（13）的端面（13c）与伸缩杆（5）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（1）、（4）、（5）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（14）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（14）的端面（14a）与伸缩杆（2）的一端以固定形式连接在一起，连接块（14）的端面（14b）与伸缩杆（1）的一端以固定形式连接在一起，连接块（14）的端面（14c）与伸缩杆（6）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（1）、（2）、（6）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（15）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（15）的端面（15a）与伸缩杆（3）的一端以固定形式连接在一起，连接块（15）的端面（15b）与伸缩杆（2）的一端以固定形式连接在一起，连接块（15）的端面（15c）与伸缩杆（7）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（2）、（3）、（7）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（16）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（16）的端面（16a）与伸缩杆（4）的一端以固定形式连接在一起，连接块（16）的端面（16b）与伸缩杆（3）的一端以固定形式连接在一起，连接块（16）的端面（16c）与伸缩杆（8）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（3）、（4）、（8）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（17）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（17）的端面（17a）与伸缩杆（12）的一端以固定形式连接在一起，连接块（17）的端面（17b）与伸缩杆（9）的一端以固定形式连接在一起，连接块（17）的端面（17c）与伸缩杆（5）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（5）、（9）、（12）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（18）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（18）的端面（18a）与伸缩杆（9）的一端以固定形式连接在一起，连接块（18）的端面（18b）与伸缩杆（10）的一端以固定形式连接在一起，连接块（18）的端面（18c）与伸缩杆（6）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（6）、（9）、（10）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（19）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（19）的端面（19a）与伸缩杆（10）的一端以固定形式连接在一起，连接块（19）的端面（19b）与伸缩杆（11）的一端以固定形式连接在一起，连接块（19）的端面（19c）与伸缩杆（7）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（7）、（10）、（11）的伸缩移动方向相互垂直；
连接块（20）在形式上构成小立方体的一个顶点，连接块（20）的端面（20a）与伸缩杆（11）的一端以固定形式连接在一起，连接块（20）的端面（20b）与伸缩杆（12）的一端以固定形式连接在一起，连接块（20）的端面（20c）与伸缩杆（8）的一端以固定形式连接在一起，三个伸缩杆（8）、（11）、（12）的伸缩移动方向相互垂直；
每四个小立方体连接在一起构成大立方体的一个棱边，三个交于一点的棱边共用一个小立方体，共用的小立方体构成大立方体的一个顶点；
立方体移动机构的棱边（A）中，第一个小立方体的连接块（19）的端面（19d）与第二个小立方体的连接块（20）的端面（20f）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（19）的端面（19d）与第三个小立方体的连接块（20）的端面（20f）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（19）的端面（19d）与第四个小立方体的连接块（20）的端面（20f）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（B）中，第一个小立方体的连接块（20）的端面（20d）与第二个小立方体的连接块（17）的端面（17f）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（20）的端面（20d）与第三个小立方体的连接块（17）的端面（17f）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（20）的端面（20d）与第四个小立方体的连接块（17）的端面（17f）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（C）中，第一个小立方体的连接块（17）的端面（17d）与第二个小立方体的连接块（18）的端面（18f）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（17）的端面（17d）与第三个小立方体的连接块（18）的端面（18f）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（17）的端面（17d）与第四个小立方体的连接块（18）的端面（18f）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（D）中，第一个小立方体的连接块（19）的端面（19f）与第二个小立方体的连接块（18）的端面（18d）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（19）的端面（19f）与第三个小立方体的连接块（18）的端面（18d）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（19）的端面（19f）与第四个小立方体的连接块（18）的端面（18d）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（E）中，第一个小立方体的连接块（19）的端面（19e）与第二个小立方体的连接块（15）的端面（15e）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（19）的端面（19e）与第三个小立方体的连接块（15）的端面（15e）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（19）的端面（19e）与第四个小立方体的连接块（15）的端面（15e）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（F）中，第一个小立方体的连接块（20）的端面（20e）与第二个小立方体的连接块（16）的端面（16e）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（20）的端面（20e）与第三个小立方体的连接块（16）的端面（16e）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（20）的端面（20e）与第四个小立方体的连接块（16）的端面（16e）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（G）中，第一个小立方体的连接块（17）的端面（17e）与第二个小立方体的连接块（13）的端面（13e）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（17）的端面（17e）与第三个小立方体的连接块（13）的端面（13e）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（17）的端面（17e）与第四个小立方体的连接块（13）的端面（13e）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（H）中，第一个小立方体的连接块（18）的端面（18e）与第二个小立方体的连接块（14）的端面（14e）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（18）的端面（18e）与第三个小立方体的连接块（14）的端面（14e）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（18）的端面（18e）与第四个小立方体的连接块（14）的端面（14e）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（I）中，第一个小立方体的连接块（15）的端面（15f）与第二个小立方体的连接块（16）的端面（16d）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（15）的端面（15f）与第三个小立方体的连接块（16）的端面（16d）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（15）的端面（15f）与第四个小立方体的连接块（16）的端面（16d）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（J）中，第一个小立方体的连接块（16）的端面（16f）与第二个小立方体的连接块（13）的端面（13d）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（16）的端面（16f）与第三个小立方体的连接块（13）的端面（13d）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（16）的端面（16f）与第四个小立方体的连接块（13）的端面（13d）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（K）中，第一个小立方体的连接块（13）的端面（13f）与第二个小立方体的连接块（14）的端面（14d）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（13）的端面（13f）与第三个小立方体的连接块（14）的端面（14d）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（13）的端面（13f）与第四个小立方体的连接块（14）的端面（14d）以固定形式连接在一起；
立方体移动机构的棱边（L）中，第一个小立方体的连接块（15）的端面（15d）与第二个小立方体的连接块（14）的端面（14f）以固定形式连接在一起，第二个小立方体的连接块（15）的端面（15d）与第三个小立方体的连接块（14）的端面（14f）以固定形式连接在一起，第三个小立方体的连接块（15）的端面（15d）与第四个小立方体的连接块（14）的端面（14f）以固定形式连接在一起。
2.如权利要求1所述的立方体移动机构，其特征在于：小立方体间连接时，小立方体的伸展变形方向沿着立方体移动机构的外侧；小立方体间的固定连接形式是多样的，如螺钉连接、螺栓连接或焊接，也可以将固定连接所需的两个和四个连接块制造成满足功能需要的一种一体化连接块。
3.如权利要求1所述的立方体移动机构，其特征在于：伸缩杆的形式是多样的，如气动推杆、液压推杆或电动推杆，也可以将伸缩杆制造成两个杆件间的移动副连接。
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