CN103407507B - 一种单动力爬行六杆机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单动力爬行六杆机构，具体涉及一种以空间六杆机构为基础的，通过部件的翻转来实现整体移动的单动力爬行六杆机构。单动力爬行六杆机构为单闭链，由弧形杆，电机，联轴器，驱动轴，驱动杆件，第一转动轴，第一主杆件，第二转动轴，第二主杆件，第三转动轴，第三主杆件，第四转动轴，被动杆件，被动轴和轴承座构成；杆件之间通过转动副相连。单动力爬行六杆机构通过电机的转动带动主动杆件的翻转，产生向前的摩擦力实现整体机构的平移，在教育、娱乐等领域将得到很好的应用。

Description

一种单动力爬行六杆机构
技术领域
本发明涉及一种单动力爬行六杆机构，具体涉及一种以空间六杆机构为基础的，通过部件的翻转来实现整体移动的单动力爬行六杆机构。
背景技术
空间六杆机构基于Schatz机构，是典型的单闭链空间六杆6R机构。Schatz机构只有一个自由度，仅需要一个电机即可以驱动。由于该机构的结构和运动特点，在日常生活中的各个领域都有很广泛的应用。例如，中铝公司郑州研究院的平东涛研究的XPD型三维运动混合机，通过原动件的匀速回转，使其他构件作复杂的空间运动，对滚筒中物料进行良好的搅拌。
发明内容
本发明要解决的技术问题：一般单闭链空间六杆Schatz 6R机构的相互运动多用于搅拌物料，而不能使机构移动。
本发明的技术方案：单动力爬行六杆机构为单闭链，由弧形杆，电机，联轴器，驱动轴，驱动杆件，第一转动轴，第一主杆件，第二转动轴，第二主杆件，第三转动轴，第三主杆件，第四转动轴，被动杆件，被动轴和轴承座构成；
构成机构的零件结构及连接方式：
所述的弧形杆从侧面A端看，为竖直线段加半圆弧形；弧形杆的A端设有与轴承座配合的孔，B端设有用于安装电机安装孔；
所述的第一主杆件为I形状，一端设置有凸台，凸台端设有一个通孔，另外一端设有凹槽，凹槽的G端和H端上各设有一个同轴的阶梯孔，凸台上的通孔轴线和凹槽上的阶梯孔轴线垂直相交；第二主杆件和第三主杆件与第一主杆件的结构和尺寸相同；
第一转动轴为一阶梯轴；第二转动轴、第三转动轴、第四转动轴与第一转动轴的结构尺寸相同；
被动杆件的Q端设有一个通孔，R端设有安装孔，用于和弧形杆固定，Q端的通孔与R端的安装孔轴线垂直相交；
驱动杆件为U形件，其U形的底部C端设有一个安装孔，U形的头部的D端和E端各设有一个阶梯孔，且阶梯孔同轴，C端的通孔轴线和D端的阶梯孔轴线垂直相交；
被动轴的一端以过盈配合的方式安装在被动杆件的R端的安装孔中，轴承座安装在弧形杆的A端的安装孔中，并用螺钉固定，被动轴的另外一端安装在轴承座的轴承孔中，并用顶丝进行轴向固定；
电机安装在弧形杆的B端的安装孔中，并用螺钉进行固定，电机通过联轴器与驱动轴相连，驱动轴的另一端以过盈配合的方式安装在驱动杆件的C端的安装孔中；
分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在驱动杆件的D端和E端阶梯孔的大孔中，第一转动轴按顺序穿过安装在驱动杆件的D端的轴承、第一主杆件的F端的通孔和安装在驱动杆件的E端的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定；
分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在第一主杆件的G端和H端阶梯孔的大孔中，第二转动轴按顺序穿过安装在第一主杆件的G端的轴承、第二主杆件的K端的通孔和安装在第一主杆件的H端的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定；
分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在第二主杆件的L端和M端阶梯孔的大孔中，第三转动轴按顺序穿过安装在第二主杆件的L端的轴承、第三主杆件的N端的通孔和安装在第二主杆件的M端的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定；
分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在第三主杆件的O端和P端阶梯孔的大孔中，第四转动轴按顺序穿过安装在第三主杆件的O端的轴承、被动杆件的Q端的通孔和安装在第三主杆件的P端的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定；
弧形杆的底端为半圆弧，与地面的接触面近似为一条直线；
本发明的有益效果：本发明所述的单动力爬行六杆机构有单一自由度，通过对于原动件的控制，来使该机构实现移动的功能，具有一定的适应复杂路面甚至是越障的能力。该机构结构简单，成本低廉，易于制造和工程实现。在民用领域，为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、教学教具，在军用领域，也可进一步设计改造为军用探测、运输、排雷机器人等。
附图说明
图1单动力爬行六杆机构装配原理图
图2第一主杆件结构图
图3第一转动轴结构图
图4被动杆件结构图
图5驱动动杆件结构图
图6弧形杆结构图
图7弧形杆、被动杆件、被动轴和轴承座连接结构图
图8弧形杆、电机、联轴器、驱动轴和驱动杆件连接结构图
图9驱动杆件与第一主杆件之间转动副结构图
图10第一主杆件与第二主杆件之间转动副结构图
图11第二主杆件与第三主杆件之间转动副结构图
图12第三主杆件与被动杆件之间转动副结构图
图13单动力爬行六杆机构移动示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，单动力爬行六杆机构为单闭链机构，由弧形杆(1)，电机(2)，联轴器(3)，驱动轴(4)，驱动杆件(5)，第一转动轴(6)，第一主杆件(7)，第二转动轴(8)，第二主杆件(9)，第三转动轴(10)，第三主杆件(11)，第四转动轴(12)，被动杆件(13)，被动轴(14)和轴承座(15)构成。
如图2所示，所述的第一主杆件(7)为I形状，一端设置有凸台(7-a)，凸台端设有一个通孔，另外一端设有凹槽，凹槽的G端(7-b)和H端(7-c)上各设有一个同轴的阶梯孔，凸台上的通孔轴线和凹槽上的阶梯孔轴线垂直相交；第二主杆件(9)和第三主杆件(11)与第一主杆件(7)的结构和尺寸相同。
如图3所示，第一转动轴(6)为一阶梯轴；第二转动轴(8)、第三转动轴(10)、第四转动轴(12)与第一转动轴(6)的结构尺寸相同。
如图4所示，被动杆件(13)的Q端(13-a)设有一个通孔，R端(13-b)设有安装孔，用于和弧形杆(1)固定，Q端(13-a)的通孔与R端(13-b)的安装孔轴线垂直相交。
如图5所示，驱动杆件(5)为U形件，其U形的底部C端(5-a)设有一个安装孔，U形的头部的D端(5-b)和E端(5-c)各设有一个阶梯孔，且阶梯孔同轴，C端(5-a)的通孔轴线和D端(5-b)的阶梯孔轴线垂直相交。
如图6所示，所述的弧形杆(1)从侧面A端(1-a)看，为竖直线段加半圆弧形；弧形杆(1)的A端(1-a)设有与轴承座(15)配合的孔，B端(1-b)设有用于安装电机(2)安装孔。
如图7所示，被动轴(14)的一端以过盈配合的方式安装在被动杆件(13)的R端(13-b)的安装孔中，轴承座(15)安装在弧形杆(1)的A端(1-a)的安装孔中，并用螺钉固定，被动轴(14)另外一端安装在轴承座(15)的轴承孔中，并用顶丝进行轴向固定。
如图8所示，电机(2)安装在弧形杆(1)的B端(1-b)的安装孔中，并用螺钉进行固定，电机(2)通过联轴器(3)与驱动轴(4)相连，传动轴的另一端以过盈配合的方式安装在驱动杆件(5)的C端(5-a)的安装孔中。
如图9所示，分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在驱动杆件(5)的D端(5-b)和E端(5-c)阶梯孔的大孔中，第一转动轴(6)按顺序穿过安装在驱动杆件(5)的D端(5-b)的轴承、第一主杆件(7)的F端(7-a)的通孔和安装在驱动杆件(5)的E端(5-c)的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定。
如图10所示，分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在第一主杆件(7)的G端(7-b)和H端(7-c)阶梯孔的大孔中，第二转动轴(8)按顺序穿过安装在第一主杆件(7)的G端(7-b)的轴承、第二主杆件(9)的K端(9-a)的通孔和安装在第一主杆件(7)的H端(7-c)的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定。
如图11所示，分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在第二主杆件(9)的L端(9-b)和M端(9-c)阶梯孔的大孔中，第三转动轴(10)按顺序穿过安装在第二主杆件(9)的L端(9-b)的轴承、第三主杆件(11)的N端(11-a)的通孔和安装在第二主杆件(9)的M端(9-c)的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定。
如图12所示，分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在第三主杆件(11)的O端(11-b)和P端(11-c)阶梯孔的大孔中，第四转动轴(12)按顺序穿过安装在第三主杆件(11)的O端(11-b)的轴承、被动杆件(13)的Q端(13-a)的通孔和安装在第三主杆件(11)的P端(11-c)的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定。
具体的使用方法：
单动力爬行六杆机构可以实现移动动作。图13(a)表示在初始状态下，各个杆件之间的位置关系。第一步，如图13(b)所示，电机转动45度，各主杆件翻转，主杆件在翻转的过程中形成向前的摩擦力，推动机构向前运动。第二步，如图13(c)所示，电机继续转动45度，各主杆件翻转，主杆件在翻转的过程中形成向前的摩擦力，推动机构向前运动。第三步，如图13(d)所示，电机继续转动45度，各主杆件翻转，主杆件在翻转的过程中形成向前的摩擦力，推动机构向前运动。第四步，如图13(e)所示，电机继续转动45度各主杆件翻转，主杆件在翻转的过程中形成向前的摩擦力，推动机构向前运动。在此过程中，主杆件交替推动机构移动。至此，实现了一个完整的移动动作。

Claims (2)

1.一种单动力爬行六杆机构，其特征在于：单动力爬行六杆机构为单闭链机构，由弧形杆(1)，电机(2)，联轴器(3)，驱动轴(4)，驱动杆件(5)，第一转动轴(6)，第一主杆件(7)，第二转动轴(8)，第二主杆件(9)，第三转动轴(10)，第三主杆件(11)，第四转动轴(12)，被动杆件(13)，被动轴(14)和轴承座(15)构成；
所述的弧形杆(1)从侧面A端(1-a)看，为竖直线段加半圆弧形；弧形杆(1)的A端(1-a)设有与轴承座(15)配合的孔，B端(1-b)设有用于安装电机(2)安装孔；
所述的第一主杆件(7)为I形状，一端设置有凸台，凸台端设有一个通孔，另外一端设有凹槽，凹槽的G端(7-b)和H端(7-c)上各设有一个同轴的阶梯孔，凸台上的通孔轴线和凹槽上的阶梯孔轴线垂直相交；第二主杆件(9)和第三主杆件(11)与第一主杆件(7)的结构和尺寸相同；
第一转动轴(6)为一阶梯轴；第二转动轴(8)、第三转动轴(10)、第四转动轴(12)与第一转动轴(6)的结构尺寸相同；
被动杆件(13)的Q端(13-a)设有一个通孔，R端(13-b)设有安装孔，用于和弧形杆(1)固定，Q端(13-a)的通孔与R端(13-b)的安装孔轴线垂直相交；
驱动杆件(5)为U形件，其U形的底部C端(5-a)设有一个安装孔，U形的头部的D端(5-b)和E端(5-c)各设有一个阶梯孔，且阶梯孔同轴，C端(5-a)的通孔轴线和D端(5-b)的阶梯孔轴线垂直相交；
被动轴(14)的一端以过盈配合的方式安装在被动杆件(13)的R端(13-b)的安装孔中，轴承座(15)安装在弧形杆(1)的A端(1-a)的安装孔中，并用螺钉固定，被动轴(14)另外一端安装在轴承座(15)的轴承孔中，并用顶丝进行轴向固定；
电机(2)安装在弧形杆(1)的B端(1-b)的安装孔中，并用螺钉进行固定，电机(2)通过联轴器(3)与驱动轴(4)相连，传动轴的另一端以过盈配合的方式安装在驱动杆件(5)的C端(5-a)的安装孔中；
分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在驱动杆件(5)的D端(5-b)和E端(5-c)阶梯孔的大孔中，第一转动轴(6)按顺序穿过安装在驱动杆件(5)的D端(5-b)的轴承、第一主杆件(7)的F端(7-a)的通孔和安装在驱动杆件(5)的E端(5-c)的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定；
分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在第一主杆件(7)的G端(7-b)和H端(7-c)阶梯孔的大孔中，第二转动轴(8)按顺序穿过安装在第一主杆件(7)的G端(7-b)的轴承、第二主杆件(9)的K端(9-a)的通孔和安装在第一主杆件(7)的H端(7-c)的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定；
分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在第二主杆件(9)的L端(9-b)和M端(9-c)阶梯孔的大孔中，第三转动轴(10)按顺序穿过安装在第二主杆件(9)的L端(9-b)的轴承、第三主杆件(11)的N端(11-a)的通孔和安装在第二主杆件(9)的M端(9-c)的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定；
分别将两个轴承以过盈配合的方式安装在第三主杆件(11)的O端(11-b)和P端(11-c)阶梯孔的大孔中，第四转动轴(12)按顺序穿过安装在第三主杆件(11)的O端(11-b)的轴承、被动杆件(13)的Q端(13-a)的通孔和安装在第三主杆件(11)的P端(11-c)的轴承，并通过轴用弹性挡圈进行轴向固定。
2.如权利要求1所述的单动力爬行六杆机构，其特征在于：弧形杆(1)的底端为半圆弧，与地面的接触面近似为一条直线。
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