CN103434580A - 可变形六面体移动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可变形六面体移动机构包括，第一至第六组件，所述的第一至第六组件均为#字形平行四边形机构，第一组件的第一杆和第三杆与第二组件的第一杆和第三杆通过球副连接。第二组件的第一杆和第三杆与第六组件的第一杆和第三杆通过球副连接。第六组件的第一杆和第三杆与第五组件的第一杆和第三杆通过球副连接。第五组件的第一杆和第三杆与第一组件的第一杆和第三杆通过球副连接。第三组件的八个端槽分别与第一，第二，第六，第五组件的第二、四杆的同侧端通过球副连接。第四组件的八个端槽分别与第一，第二，第六，第五组件的第二、四杆的另一同侧端通过球副连接。通过第一至第六组件组成可变形六面体移动机构。

Description

可变形六面体移动机构

技术领域

本发明涉及一种滚动步行机构，具体涉及可变形六面体移动机构。该装置可用于军事领域中勘察特殊地形，执行特种任务；民用领域中用做娱乐设施等。

背景技术

中国专利申请CN101973319公开了一种滚动六面体机构。该机构由4个支链和2个十字杆组成，并由2个电机驱动。在已有平面滚动四杆机构的基础上，增加一个与之相同的机构，从而实现空间两个方向的滚动，进而实现转向的功能。当机器人承受负载时，各个杆件共同分担负载，同时实现空间两个方向的滚动，实现转向的功能。该机构与地面接触面积较小，稳定性较差。为了提高滚动六面体的移动性能，需要对运动支链杆件进行结构优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：是在已有的滚动六面体机构的理论基础上，采用#字形组件构造机构，从而实现空间3个方向的滚动，进而实现空间任意转向的功能。

本发明的技术方案：

可变形六面体移动机构，该机构包括，第一组件、第二组件、第三组件、第四组件、第五组件、第六组件。

每两个组件之间通过#字形同侧的两个球副进行连接。

第一组件的第一杆和第三杆同侧端与第二组件的第一杆和第三杆同侧端通过球副连接。

第二组件的第一杆和第三杆的另一同侧端与第六组件的第一杆和第三杆的同侧端通过球副连接。

第六组件的第一杆和第三杆的另一同侧端与第五组件的第一杆和第三杆的同侧端通过球副连接。

第五组件的第一杆和第三杆的另一同侧端与第一组件的第一杆和第三杆的另一同侧端通过球副连接。

以上连接构成由四个组件组成的环形结构。

第三组件的八个连接槽分别与第一，第二，第六，第五组件的第二杆和第四杆的同侧端通过球副连接。

第四组件的八个连接槽分别与第一，第二，第六，第五组件的第二杆和第四杆的另一同侧端通过球副连接。

通过第一至第六组件组成可变形六面体移动机构。

可变形六面体移动机构的自由度为3，第一组件与第六组件所在的平面相互平行。第二组件与第五组件所在的平面相互平行。第三组件与第四组件所在的平面相互平行。

有三组所在的平面互相平行的组件，在每组相互平行的组件中任意选择一个组件安装电机，与其平行的另一个组件的对应位置安装配重。

例如优选的变形六面体移动机构中的第二组件，第三组件，第六组件上安装电机，第一组件，第四组件，第五组件安装配重，分别控制三个组件的三个电机可实现机构的变形和滚动。

本发明的有益效果：本发明所述的可变形六面体移动机构采用整体闭链机构，并且每个平面采用#字形组件，增强了该机构的负载能力和稳定性。同时，该机构实现了平面的二个方向的滚动。该机构构件采用模块化，方便加工，控制简单。

附图说明

图1可变形六面体移动机构三维图。

图2环形机构三维图。

图3第一组件三维图。

图4第一组件第一杆三维图及正视图。

图5电机配重安装优先方案三维图。

图6示例安装电机第二组件三维图。

图7示例安装配重第五组件三维图。

图8电机安装位置剖视图。

图9示例第五组件第二杆三维图。

图10示例安装电机配重整体三维效果图。

图11第一组件第一杆三维图。

图12示例第二组件第三杆三维图。

图13电机座三维图。

图14传动轴固定片三维图。

图15传动轴三维图。

图16球副三维图。

图17机构运动步态图1

图18机构运动步态图2

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

可变形六面体移动机构，该机构包括，第一组件（A）、第二组件（B）、第三组件（C）、第四组件（D）、第五组件（E）、第六组件（F），如图1所示：每两个组件之间通过#字形同侧的两个球副（G）进行连接。具体连接如下：

第一组件（A）的第一杆（A1）和第三杆（A3）同侧端与第二组件（B）的第一杆（B1）和第三杆（B3）同侧端通过如图2所示球副（G）连接。

第二组件（B）的第一杆（B1）和第三杆（B3）的另一同侧端与第六组件（F）的第一杆（F1）和第三杆（F3）的同侧端通过球副（G）连接。

第六组件（F）的第一杆（F1）和第三杆（F3）的另一同侧端与第五组件（E）的第一杆（E1）和第三杆（E3）的同侧端通过球副（G）连接。

第五组件（E）的第一杆（E1）和第三杆（E3）的另一同侧端与第一组件（A）的第一杆（A1）和第三杆（A3）的另一同侧端通过球副（G）连接。

如图3：以上连接构成由四个组件组成的环形结构。

第三组件（C）的八个连接槽分别与第一，第二，第六，第五组件（A，B，F，E）的第二杆（A2，B2，F2，E2）和第四杆（A4，B4，F4，E4）的同侧端通过球副（G）连接。

第四组件（D）的八个连接槽分别与第一，第二，第六，第五组件（A，B，F，E）的第二杆（A2，B2，F2，E2）和第四杆（A4，B4，F4，E4）的另一同侧端通过球副（G）连接。

通过第一至第六组件（A，B，C，D，E，F）组成可变形六面体移动机构。

所述的第一至第六组件（A，B，C，D，E，F）尺寸相同，以第一组件（A）为例，如图4、图5所示：第一组件（A）由第一至四连杆（A1，A2，A3，A4）构成#字形平行四边形机构。在其八个端点上设有连接槽分别与其他组件连接，如图6所示，杆的两端设有向杆同侧延伸的突台，突台上各设有连接槽（a）和球副安装孔（b），第一杆（A1）的中间设有两个通孔（c）。

如图4所示：第一至四杆（A1，A2，A3，A4）结构和尺寸相同，连接关系如下：

第一杆（A1）与第二杆（A2）通过杆件上的通孔（c）活动连接，第一杆（A1）和第二杆（A2）的突台朝向相反。

第一杆（A1）与第四杆（A4）通过杆件上的通孔（c）活动连接，第一杆（A1）第四杆（A4）的突台朝向相反。

第二杆（A2）的另一端与第三杆（A3）通过杆件上的通孔（c）活动连接，第二杆（A2）的另一端与第三杆（A3）的突台朝向相反。

第三杆（A1）的另一端与第四杆（A4）的另一端通过杆件上的通孔（c）活动连接，第三杆（A1）的另一端与第四杆（A4）的突台朝向相反。

以图7所示：可变形六面体移动机构的自由度为3，第一组件（A）与第六组件（F）所在的平面相互平行；第二组件（B）与第五组件（E）所在的平面相互平行；第三组件（C）与第四组件（D）所在的平面相互平行；有三组所在的平面互相平行的组件，在每组相互平行的组件中任意选择一个组件安装电机（A5），与其平行的另一个组件的对应位置安装配重（B5）。以图7所示为例，图上标明“电机”的位置即为优先选择的电机安装位置，图上标明“配重”的位置即为与电机安装位置对应的优先选择的配重安装位置。

即第一、四、五组件（A，D，E）为配重安装组件，第二、三、六组件（B，C，F）为电机安装组件。

如图8、9所示：以第二组件（B）与第五组件（E）为例，具体说明电机及配重的具体安装方式。

第二组件（B）包括第一杆（B1），第二杆（B2），如图10所示，第三杆（B3），第四杆（B4），电机（B5），如图11所示，电机座（B6），主动锥齿轮（B7），从动锥齿轮（B8），如图12所示，传动轴固定片（B9），如图13所示，传动轴（B10）, 轴套（B11）。

如图14所示，传动轴（B10）通过第三杆，第四杆（B3，B4）通孔（c）与第三杆（B3）通过传动轴固定片（B9）固定连接，与第四杆（B4）活动连接，传动轴（B10）与从动锥齿轮（B8）通过顶丝固定，从动锥齿轮（B8）与第四杆（B4）之间安装轴套（B11）。

电机（B5）固定于电机座（B6）上，电机（B5）的轴与主动锥齿轮（B7）通过顶丝固定；电机座（B6）与第四杆（B4）通过螺钉固定连接。

第五组件（E）为安装配重的组件，它包括第一杆（E1）、第二杆（E2）、第三杆（E3）、第四杆（E4）、配重（E5）。

如图15所示：配重（E5）固定安装在第二杆（E2）上，通过孔（E2d）固定连接。

第五组件（E）上配重（E5）的安装位置与第二组件（B）上电机（B5）的安装位置对应。

如图16所示，为安装电机和配重后的整体效果图。

机构运动过程如下：如图17（a）所示，机构处于初始正方体状态，第三组件（C）上第二杆（C2）和第三杆（C3）夹角为90度，此时位于第三组件（C）上的电机转动，其他两个组件上的电机锁定，使得第二杆（C2）和第三杆（C3）的夹角增大，当达到临界翻滚条件，机构由于惯性发生翻滚，如图17（b）所示，机构处于翻滚临界状态，当机构翻滚后，如图17（c）所示，机构处于翻滚之后状态，位于第三组件（C）上的电机反向转动，使得第二杆（C2）和第三杆（C3）的夹角减小至90度，机构恢复正方体状态，如图17（d）所示，机构处于恢复正方体状态。变换运动方向，如图18（a）所示，机构处于初始正方体状态，当位于第二组件（B）上的电机转动，第二组件（B）上第三杆（E3）和第四杆（E4）夹角为90度，此时位于第二组件（B）上的电机转动，其他两个组件上的电机锁定，使得第三杆（E3）和第四杆（E4）的夹角减小，当达到临界翻滚条件，机构由于惯性发生翻滚，如图18（b）所示，机构处于翻滚临界状态，当机构翻滚后，如图18（c）所示，机构处于翻滚之后状态，位于第二组件（B）上的电机反向转动，使得第三杆（B3）和第四杆（B4）的夹角增大，机构恢复正方体状态，如图18（d）所示，机构处于恢复正方体状态。

Claims (4)

1.可变形六面体移动机构，其特征在于：该机构包括，第一至第六组件（A，B，C，D，E，F）；

所述的第一至第六组件（A，B，C，D，E，F）均为平行四边形机构，外形为#字形，在其八个端点上设有连接槽分别与其他组件连接，第一至第六组件（A，B，C，D，E，F）尺寸相同；

每两个组件之间通过#字形同侧的两个球副（G）进行连接，具体连接关系如下：

第一组件（A）的第一杆（A1）和第三杆（A3）同侧端与第二组件（B）的第一杆（B1）和第三杆（B3）同侧端通过球副（G）连接；

第二组件（B）的第一杆（B1）和第三杆（B3）的另一同侧端与第六组件（F）的第一杆（F1）和第三杆（F3）的同侧端通过球副（G）连接；

第六组件（F）的第一杆（F1）和第三杆（F3）的另一同侧端与第五组件（E）的第一杆（E1）和第三杆（E3）的同侧端通过球副（G）连接；

第五组件（E）的第一杆（E1）和第三杆（E3）的另一同侧端与第一组件（A）的第一杆（A1）和第三杆（A3）的另一同侧端通过球副（G）连接；

以上连接构成由四个组件组成的环形结构；

第三组件（C）的八个连接槽分别与第一，第二，第六，第五组件（A，B，F，E）的第二杆（A2，B2，F2，E2）和第四杆（A4，B4，F4，E4）的同侧端通过球副（G）连接；

第四组件（D）的八个连接槽分别与第一，第二，第六，第五组件（A，B，F，E）的第二杆（A2，B2，F2，E2）和第四杆（A4，B4，F4，E4）的另一同侧端通过球副（G）连接；

通过第一至第六组件（A，B，C，D，E，F）组成可变形六面体移动机构。

2.根据权利要求1所述可变形六面体移动机构，其特征在于：

第一组件（A）包括第一杆（A1）、第二杆（A2）、第三杆（A3）、第四杆（A4）；

所述的第一杆（A1）的两端设有向杆同侧延伸的突台，突台上各设有连接槽（a）和球副安装孔（b），第一杆（A1）的中间设有两个通孔（c）；第一至四杆（A1，A2，A3，A4）结构和尺寸相同；

第一杆（A1）与第二杆（A2）通过杆件上的通孔（c）活动连接，第一杆（A1）和第二杆（A2）的突台朝向相反；

第一杆（A1）与第四杆（A4）通过杆件上的通孔（c）活动连接，第一杆（A1）第四杆（A4）的突台朝向相反；

第二杆（A2）的另一端与第三杆（A3）通过杆件上的通孔（c）活动连接，第二杆（A2）的另一端与第三杆（A3）的突台朝向相反；

第三杆（A1）的另一端与第四杆（A4）的另一端通过杆件上的通孔（c）活动连接，第三杆（A1）的另一端与第四杆（A4）的突台朝向相反；

第二至六组件（B，C，D，E，F）与第一组件（A）的结构尺寸相同；

第一组件（A）由第一至四连杆（A1，A2，A3，A4）构成#字形平行四边形机构。

3.根据权利要求1所述可变形六面体移动机构，其特征在于：

可变形六面体移动机构的自由度为3，第一组件（A）与第六组件（F）所在的平面相互平行；第二组件（B）与第五组件（E）所在的平面相互平行；第三组件（C）与第四组件（D）所在的平面相互平行；有三组所在的平面互相平行的组件，在每组相互平行的组件中任意选择一个组件安装电机（A5），与其平行的另一个组件的对应位置安装配重（B5）。

4.根据权利要求3所述的可变形六面体移动机构，其特征在于：

以第二组件（B）与第五组件（E）为例：

第二组件（B）包括第一杆（B1），第二杆（B2），第三杆（B3），第四杆（B4），电机（B5），电机座（B6），主动锥齿轮（B7），从动锥齿轮（B8），传动轴固定片（B9），传动轴（B10）,轴套（B11）；

传动轴（B10）通过第三杆，第四杆（B3，B4）通孔（c）与第三杆（B3）通过传动轴固定片（B9）固定连接，与第四杆（B4）活动连接，传动轴（B10）与从动锥齿轮（B8）通过顶丝固定，从动锥齿轮（B8）与第四杆（B4）之间安装轴套（B11）；

电机（B5）固定于电机座（B6）上，电机（B5）的轴与主动锥齿轮（B7）通过顶丝固定；电机座（B6）与第四杆（B4）通过螺钉固定连接；

电机（B5）转动带动主动锥齿轮（B7）转动，主动锥齿轮（B7）与从动锥齿轮（B8）啮合，从动锥齿轮（B8）带动传动轴（B10）转动，传动轴（B10）转动带动第三杆（B3）转动，进而实现第二组件（B）的运动；

第五组件（E）为安装配重的组件，它包括第一杆（E1）、第二杆（E2）、第三杆（E3）、第四杆（E4）、配重（E5）；

配重（E5）固定安装在第二杆（E2）上。

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