CN103010329A

CN103010329A - 一种两足步行移动机构

Info

Publication number: CN103010329A
Application number: CN2012104934266A
Authority: CN
Inventors: 姚燕安; 苗志怀; 荀致远
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: CN103010329B

Abstract

一种两足步行移动机构包括：一个静平台（C）、一个动平台（F）、两个连杆（B、D）、两个推杆(A、E)、八个万向节（G、H、I、J、K、L、M、N）。所述动平台、静平台通过万向节与连杆、推杆连接，其中连杆与推杆位置相互平行。在电机（34）的带动下，该机构可实现两个移动平台上下交替前行；在电机（61）的带动下，该机构可实现横向移动；当两推杆同时伸长或缩短时，可使离地移动平台实现绕自身转轴自转。该机构能实现三自由度运动和探测姿态调整功能，既解决了简单四杆移动机构无法实现的变线运动功能，同时还避免了两个移动平台内均装载电机的情况，从而达到节省空间的效果。

Description

一种两足步行移动机构

技术领域

本发明涉及一种三自由度两足步行移动机构，可实现姿态调整和野外探测功能。

背景技术

现有的移动机构包括轮式、腿式、履带式等，这些机构目前均较为成熟，并在实际生活中得到了广泛应用，而这些机构的特点也被人们所熟知。比如轮式机器人虽保证了移动的顺畅性，但越障性能相对较差，履带式机器人既保证了移动的顺畅性，又兼顾了越障能力，但其结构空间较大，而目前倍受追捧腿式机器人，其结构简单且结构空间小，但相对于其他机构其控制难度有所增加。

两足步行移动机构的自动化程度较高，运动灵活，有一定的越障能力，机构空间较小，并且有良好的力学性能。目前步行机构总体上仍以串联机构为主，但正如中国专利申请CN101830252A中所述，两足步行串联机构也有如承载能力低、自身重量大、能耗高等缺陷。

然而，传统的两足步行并联机器人，虽能够较好的回避两足步行串联机构的缺陷，但机构难以避免并联结构的问题，如机构整体灵活度不高，控制较为复杂等。因此，在特殊工作环境，如完成环境探测，目标搜索等任务时仍存在问题。

发明内容

本发明提供一种多环闭链并联的两足步行机构，解决了简单四杆移动机构无法实现的变线运动功能，同时避免了为使离地平台绕自身转轴旋转而两平台均需要装载电机的情况。

本发明的技术方案：

一种两足步行移动机构，其特征在于，该机构包括：一个静平台，一个动平台，两个连杆，两个推杆，两个电机，八个万向节。

静平台与动平台平行布置，两个连杆与两个推杆分别相互平行。一个电机平行设置于所述动平台内，另一个电机垂直设置于任一连杆或推杆端部的轴套销轴上。所述动平台、静平台通过万向节与连杆、推杆连接，其中连杆推杆位置相互平行。

通过上述步骤完成两足步行移动机构的组装，该机构共有三个自由度，可实现两个移动平台上下交替前行，横向移动及离地移动平台绕自身转轴自转的功能。

本发明具有以下优点：

本发明通过合理的布置连杆，可使两个平台上下交替前行。通过巧妙的布置推杆，使离地平台绕自身转轴旋转。并且，在电机（61）的驱动下，该机构可实现变线运动功能。

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，具有结构空间较小，运行平稳、灵活，控制简单，越障能力强，稳定性、刚性、承载能力强，对外在工作环境要求低等优势。

附图说明

图1为本发明部件示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明静移动平台的结构示意图；

图4为本发明动移动平台的结构示意图；

图5为本发明设有电机的连杆的结构示意图；

图6为本发明上下交替前行运动示意图；

图7为本发明离地平台绕自身转动示意图；

具体实施方案

结合附图对本发明作进一步说明。

一种两足步行移动机构，如图1包括：一个静平台（C），一个动平台（F），两个连杆（B）、（D），两个推杆（A）、（E），两个电机（34、61），八个万向节（G、H、I、J、K、L、M、N）。

静平台（C）与动平台（F）平行布置，连杆（B、D）与推杆（A、E）相互平行。所述动平台内设有与其平行的电机（34），电机（61）垂直设置于任一连杆或推杆端部的轴套销轴上。所述动平台、静平台通过万向节与连杆、推杆连接，其中连杆推杆位置相互平行。

静平台（C）两侧对称布置，如图2，由底板（19）、两个侧板（9、21）、两个短板（8、18）组成半封闭空间，侧板两端设有支撑足（7、10、17、20），使该平台与地面保持一定距离。封闭空间左侧连接块（6）通过螺钉固定于左侧侧板上，同时与底板用螺钉固定，转轴（4）右端穿过连接块与侧板用螺钉固定，转轴另一端与连接块（2）通过螺钉固定，连接块（2）另一端与转轴（1）通过螺钉固定。销轴轴套（54）布置于转轴（4）上，在垂直于转轴的方向设置销轴，销轴与连杆端部形成万向节，通过轴套（3、5）进行轴向固定。轴套销轴（53）设置于转轴（1）上，在垂直于转轴的方向设置销轴，销轴与推杆端部形成万向节，通过轴套及卡簧进行轴向固定。

动平台（F）两侧主体结构对称布置，如图3，由一个底板（49），两个侧板（28、45），两个短板（35、47）组成半封闭空间。侧板两端设有支撑足（29、36、44、50），使该平台与地面保持一定距离。电机座（33、48）通过螺钉固定于底板（49）上。电机（34）与动平台平行布置，且与电机座通过螺钉固定。主轴与齿轮（51）通过键连接实现周向固定。封闭空间左侧连接块（52）通过螺钉固定于左侧侧板上，同时与底板用螺钉固定，支架（30）通过螺钉固定在连接块（52）上侧，且支架通孔平行于动平台。支架对长轴（31）起支撑作用，同时进行轴向固定。齿轮（32）与主轴采用键连接，且与齿轮（51）啮合形成齿轮副，将动力传递给长轴。主轴左侧与齿轮（27）采用键连接。转轴（24）右端穿过连接块（52）与侧板用螺钉固定，转轴另一端与连接块（23）通过螺钉固定，连接块（23）另一端与转轴（22）通过螺钉固定。轴套销轴（60）布置于转轴（22）上，在垂直于转轴的方向设置销轴，销轴与推杆端部形成万向节，通过轴套及卡簧进行轴向固定。轴套销轴（25）布置于转轴（24）上，在垂直于转轴的方向设置销轴，销轴与连杆端部形成万向节，通过轴套进行轴向固定。齿轮（26）套在轴套销轴（25）上，通过方孔进行周向固定，将长轴动力传递给轴套销轴（25）。

以上所述万向节，由轴套销轴，连杆或推杆组成。轴套套在转轴外形成转动副，在垂直于转轴的方向设置销轴，销轴与连杆或推杆两端的孔形成转动副，组装起来具备万向节功能。

电机（61）垂直设置于任一连杆或推杆的端部，如图4，电机（61）与电机座（62）通过螺钉固定,电机座与连杆或推杆通过螺钉固定，输出轴与销轴轴套的销轴用顶丝连接。连杆（B）由零件（63、64）通过螺钉连接固定。

静平台（C）两侧对称布置，其中转轴（1、4、13、16），连接块（2、6、11、15），支撑足（7、10、17、20），侧板（9、21），前板（8），后板（18），底板（19）组成机架，轴套（4、6、12、14）用于与其他零件连接时进行轴向固定；

动平台（F）两侧对称布置，其中转轴（22、24、40、42），连接块（23、52、46、41），侧板（28、45），前板（35），后板（47），底板（49），支撑足（29、36、50、44）组成机架；

该机构从左侧看，推杆（A），连杆（B），连接块（2），连接块（23），通过万向节（G、H、N、M）构成四边形机构，其中连接块（2）属于静平台机架，连接块（23）属于动平台机架。当推杆长度与连杆长度相等时构成平行四边形机构，两平台相互平行。通过推杆（A、E）同时伸长或缩短可以调整离地平台的姿态，达到探测的目的。

动平台（F）间的动力传输，由于转轴（24）与动平台要形成固定关系，转轴（24）上的轴套销轴（25）要将动力传递给连杆，但是因为动平台是半封闭空间，所以不能将动力水平传出。因此电机（34）将动力传给齿轮（51），齿轮（51）与齿轮（32）啮合，将动力转至转轴（31），转轴（31）与齿轮（27、38）用键连接，将扭矩传递给齿轮（26、43）。

通过上述步骤完成两足步行移动机构的组装。

该两足步行移动机构在电机（34）的驱动下实现，如图5，该机构实现上下交替前行、后退，电机（61）驱动该机构实现变线运动功能。

该两组步行移动机构在推杆同时伸长或缩短时，如图6，可使离地平台实现绕自身转轴自转。

Claims

1.一种两足步行移动机构，其特征在于，该机构包括：一个静平台（C）、一个动平台（F）、两个连杆（B、D）、两个推杆(A、E)、两个电机（34、61）、八个万向节（G、H、I、J、K、L、M、N）；

静平台（C）与动平台（F）平行布置，连杆（B、D）与推杆（A、E）相互平行，所述动平台内设有与其平行的电机（34），电机（61）垂直设置于任一连杆或推杆端部的轴套销轴上。所述动平台、静平台通过万向节与连杆、推杆连接，其中连杆推杆位置相互平行；

静平台（C）两侧对称布置，其中转轴（1、4、13、16）、连接块（2、6、11、15）、支撑足（7、10、17、20）、侧板（9、21）、前板（8）、后板（18）、底板（19）组成机架，轴套（4、6、12、14）用于与其他零件连接时进行轴向固定；

动平台（F）两侧对称布置，其中转轴（22、24、40、42）、连接块（23、52、46、41）、侧板（28、45）、前板（35）、后板（46）、底板（49）、支撑足（29、36、50、44）组成机架；

由于转轴（24）与动平台要形成固定关系，转轴（24）上的轴套销轴（25）要将动力传递给连杆，但是因为动平台是半封闭空间，因此不能将动力水平传出，所以依次通过齿轮（51、32、27、26）将电机动力传递给轴套销轴（25），并通过轴套销轴（25）将动力传递给连杆。

2.根据权利要求1所述,该机构从左侧看，推杆（A），连杆（B），连接块（2），连接块（23），通过万向节（G、H、N、M）构成四边形机构，其中连接块（2）属于静平台机架的一部分，连接块（23）属于动平台机架的一部分。当推杆长度与连杆长度相等时构成平行四边形机构，两平台相互平行，通过推杆（A）、（E）同时伸长或缩短调整离地平台的姿态，达到探测的目的。

3.根据权利要求1所述，该机构包括八个万向节（G、H、I、J、K、L、M、N），所述万向节由销轴轴套、连杆或推杆、转轴组成。其中销轴轴套在垂直转轴处设置销轴，且与转轴形成转动副，销轴与连杆或推杆亦形成转动副，两转动副轴线相互垂直，构成万向节。