CN202715243U - 机器四足动物的行走机构 - Google Patents

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孙亮波
桂慧
黄天茂
黄波闵
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Abstract

本实用新型为机器四足动物的行走机构,在机器动物的躯干体架下的4条腿均包括上腿、膝关节、下腿和脚,上腿为2根背靠背的C形上连杆,上端各接滑槽杆,滑槽杆外端嵌于上腿外壳滑槽、内端与三角摆件铰接。前后腿上方的三角摆件下角分别可转动地安装于前、后腿轴。膝关节的2圆盘可转动地安装于关节中轴,关节中轴两侧的关节边轴连接2个圆盘。下腿的4根下连杆上端固接于圆盘的前后侧缘、底端与脚连接。传动轴经曲柄轮、拉杆、连杆推拉三角摆件上前角,交替上下移动滑槽杆拉动前后腿脚交替迈步行走,调节曲柄轮,使左前和右后腿同步,右前和左后腿同步,左前和右前腿动作相位相差180度。可制造各种四足动物玩具;腿的六杆结构简单,成本低。

Description

机器四足动物的行走机构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及仿真机器人的机械传动设计,具体为一种机器四足动物的行走机构。
背景技术
[0002] 现有的仿真机器人或机器动物的行走机构多是采用行走轮,这种方法简单易行,但缺点是与真实的四足动物行走步态相差较大,而且其行走需要地面平整,否则很容易被卡住或绊倒。高级的机器人有可迈步的行走机构,但需要多个液压控制装置或控制电机,成本较高,协调控制难度较大。
实用新型内容 [0003] 本实用新型的目的是设计一种机器四足动物的行走机构,多个齿轮和连杆组合传递动力,实现四条腿的交叉迈步行进。
[0004] 本实用新型设计的机器四足动物的行走机构,包括机器动物的躯干体架和4条腿,在机器动物的躯干体架下方安装有4条相同的腿,每条腿均包括顺序连接的上腿、膝关节、下腿和脚,上腿包括2根C形的上连杆,2个C形上连杆背靠背、呈X形,2个上连杆的上端各连接I根水平的滑槽杆,滑槽杆与躯干体架纵向中心线垂直,滑槽杆外端嵌于上腿外壳内的弧形滑槽内,位于前后的2根滑槽杆内端分别与三角摆件上方的前后2个角铰接。上腿外壳与躯干体架固接,2个滑槽为开口相对的对称的C形滑槽。三角摆件为三根杆相互固接的三角形,一个角朝下,后腿上方的三角摆件朝下的角可转动地安装于后腿轴,后腿轴与传动轴平行、固定安装于驱干体架。前腿上方的三角摆件向下的角可转动地安装于前腿轴,前腿轴与传动轴平行、固定安装于驱干体架。三角摆件可为等腰三角形,朝下的角为顶角。
[0005] 膝关节为2个圆盘,圆盘可转动地安装于关节中轴,圆盘盘面与关节中轴垂直,关节中轴与滑槽杆平行,关节中轴两侧有与之平行的2根关节边轴,关节边轴的两端分别与膝关节圆盘的内侧固接,连接2个圆盘。下腿有4根下连杆,下连杆的上端分别固接于2个圆盘的前后侧缘。处于前方的2根下连杆底端与脚的顶面的中前部连接,处于后方的2根下连杆底端与脚的底面后缘相连接。为减少阻力,脚的底面为弧面。
[0006] 传动轴横穿驱干、与驱干纵向中心线垂直,传动轴可转动地安装于驱干体架,传动轴与驱动装置连接,传动轴左右两端各安装有后曲柄轮,后曲柄轮的盘面上固装有与盘面垂直的曲柄。后拉杆一端与后曲柄轮的曲柄铰接,后拉杆另一端铰接于后腿上方前一根滑槽杆的内端。前曲柄轮可转动地安装于前曲柄轴左右两端,前曲柄轴与传动轴平行、固定安装于驱干体架;前曲柄轮的盘面上固装有与盘面垂直的曲柄;传动轴经传动装置与前曲柄轮连接,前拉杆一端与前曲柄轮17的曲柄铰接,前拉杆另一端铰接于前腿上方前一根滑槽杆的内端。
[0007] 当传动轴转动时,后曲柄轮转动,其上的曲柄随之做圆周运动,曲柄经后拉杆拉或推三角摆件上方的前角,三角摆件以后腿轴为中心摆动,当三角摆件的前角上升时、其后角下降,与三角摆件上方的前后角铰接的前后2根滑槽杆则沿各自的滑槽交替上下移动,与前后2根滑槽杆相铰接的前后上连杆交替向上摆动,前后上连杆交替拉动前后2个关节边轴,膝关节的圆盘以关节中轴为中心摆动,连接于膝关节的圆盘前后缘的下连杆随之摆动。因处于后方的下连杆连接脚的底面后缘,而处于前方的下连杆连接脚的顶面中前部,故脚向后摆动抬起向前迈步着地,实现行走。
[0008] 当传动轴转动时,经传动机构带动前曲柄轮转动,前曲柄轮带动前拉杆,拉或推前腿上方的三角摆件,以同样方式带动前腿迈步行走。
[0009] 所述传动轴和前曲柄轮之间的传动装置包括传动曲柄轮和传动连杆。所述后曲柄轮为齿轮,传动曲柄轮为与后曲柄轮相配合的齿轮,传动曲柄轮与后曲柄轮啮合。传动曲柄轮可转动地安装于副传动轴左右两端,副传动轴与传动轴平行、固定安装于驱干体架。传动曲柄轮的盘面上固装有与盘面垂直的曲柄。传动连杆一端与前曲柄轮的曲柄铰接、另一端与传动曲柄轮的曲柄铰接。
[0010] 后曲柄轮转动带动与之啮合的传动曲柄轮、传动连杆,使前曲柄轮转动。
[0011] 安装时调节前后曲柄轮上曲柄的初始位置,处于左侧的前曲柄轮上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置,与处于右侧的前曲柄轮上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置相差180度;处于右侧的后曲柄轮上的曲柄,在其后曲柄轮上所处位置,与处于左侧的前曲柄轮上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置相同;处于左侧的后曲柄轮上的曲柄在其后曲柄轮上所处位置与处于右侧的前曲柄轮上的曲柄在其前曲柄轮上所处位置相同。左前腿和右后腿动作同步,右前腿和左后腿动作同步,左前腿和右前腿的动作相位相差180度,交替抬起、着地动作。
[0012] 所述传动轴连接的驱动装置可以是电动机,也可以是发条。
[0013] 发条盒固装于驱干体架,发条缠绕在发条轴上,发条内端固定于发条轴、外端固定于发条盒内壁,发条轴一端为手柄,另一端固装发条锥齿轮;驱动轴可转动地安装于驱干体架,驱动轴上固定驱动锥齿轮与大齿轮,发条锥齿轮与驱动锥齿轮啮合。大齿轮与固装于传动轴上的传动齿轮啮合。当用手柄上紧发条,发条的弹性力带动发条轴转动,发条锥齿轮带动驱动锥齿轮,驱动轴转动,大齿轮带动传动齿轮转动。
[0014] 按不同的四足动物的四肢比例和行走方式,可得到不同动物的腿的上下连杆长度,在本行走机构的驱干体架和4条腿上包覆不同动物的外壳或外皮,即可得到不同动物的逼真形态,如制成机器狗、机器马、机器虎等。
[0015] 本实用新型机器四足动物的行走机构的优点为:I、动物的腿用简单的六杆组成,通过机构传动实现仿生四腿交替迈步行走;2、可基于该行走机构制造各种四足动物玩具;
3、结构简单,成本低。
附图说明
[0016] 图I为本机器四足动物的行走机构实施例整体结构示意图;
[0017] 图2为图I中一条腿的上半部结构示意图;
[0018] 图3为图I中一条腿的下半部结构示意图;
[0019] 图4为图I中驱动装置结构示意图;
[0020] 图5为图I中传动结构示意图;[0021] 图6为本机器四足动物的行走机构实施例加上形象外壳后的示意图。
[0022] 图内标号为:1、大齿轮,1-1、传动齿轮,2、驱动锥齿轮,2-1、驱动轴,3、发条盒,3-1、发条锥齿轮,4、发条手柄,5、上腿外壳,5-1、滑槽,6、滑槽杆,7、三角摆件,8、上连杆,9、膝关节,9-1、关节边轴,9-2、关节中轴,10、下连杆,11、脚,12、后拉杆,13、后曲柄轮、14、传动曲柄轮,15、传动连杆,16、前拉杆, 17、前曲柄轮、18、后腿轴,19、前腿轴。
具体实施方式
[0023] 本机器四足动物的行走机构实施例如图I和图5所示,在机器动物的躯干体架下方安装有4条相同的腿,每条腿均包括顺序连接的上腿、膝关节、下腿和脚,上腿包括2根C形的上连杆8,2个C形上连杆8背靠背、呈X形,2个上连杆8的上端各连接I根水平的滑槽杆6,滑槽杆6与躯干体架纵向中心线垂直,滑槽杆6外端嵌于上腿外壳5内的弧形滑槽5-1内,前后2根滑槽杆6内端分别与三角摆件7上方的前后2个角铰接。
[0024] 如图1、2和5所示,上腿外壳5与躯干体架固接,2个滑槽5_1为开口相对的对称的C形滑槽。三角摆件7为三根杆相互固接的三角形,一个角朝下,后腿上方的三角摆件7朝下的角可转动地安装于后腿轴18,后腿轴18与传动轴平行、固定安装于驱干体架。前腿上方的三角摆件7向下的角可转动地安装于前腿轴19,前腿轴19与传动轴平行、固定安装于驱干体架。本例三角摆件7为等腰三角形,朝下的角为顶角。
[0025] 如图3所示,膝关节9为2个圆盘,圆盘可转动地安装于关节中轴9-2,圆盘盘面与关节中轴9-2垂直,关节中轴9-2与滑槽杆6平行,关节中轴9-2两侧有与之平行的2根关节边轴9-1,关节边轴9-1的两端分别与膝关节9圆盘的内侧固接,连接2个圆盘。下腿有4根下连杆10,下连杆10的上端分别固接于2个圆盘的前后侧缘,即每个圆盘的前后缘各固接一根下连杆10。处于前方的2根下连杆10底端与脚11上面的中前部连接,处于后方的2根下连杆10底端与脚11的底面后缘相连接。本例脚11的底面为圆柱面。
[0026] 如图I和图5所示,传动轴横穿驱干、与驱干纵向中心线垂直,传动轴可转动地安装于驱干体架,传动轴与驱动装置连接,传动轴左右两端各安装有后曲柄轮13,后曲柄轮13的盘面上固装有与盘面垂直的曲柄。后拉杆12 —端与后曲柄轮13的曲柄铰接、另一端铰接于后腿上方前一根滑槽杆6的内端。所述后曲柄轮13为齿轮,传动曲柄轮14为与后曲柄轮13相配合的齿轮,传动曲柄轮14与后曲柄轮13啮合。传动曲柄轮14可转动地安装于副传动轴左右两端,副传动轴与传动轴平行、固定安装于驱干体架。传动曲柄轮14的盘面上固装有与盘面垂直的曲柄。前曲柄轮17可转动地安装于前曲柄轴左右两端,前曲柄轴与传动轴平行、固定安装于驱干体架。前曲柄轮17的盘面上固装有与盘面垂直的曲柄。传动连杆15 —端与前曲柄轮17的曲柄铰接、另一端与传动曲柄轮14的曲柄铰接。前拉杆16 —端与前曲柄轮17的曲柄铰接,前拉杆16另一端铰接于前腿上方前一根滑槽杆6的内端。
[0027] 本例处于左侧的前曲柄轮17上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置,与处于右侧的前曲柄轮17上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置相差180度;处于右侧的后曲柄轮13上的曲柄,在其后曲柄轮上所处位置,与处于左侧的前曲柄轮17上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置相同;处于左侧的后曲柄轮13上的曲柄,在其后曲柄轮上所处位置,与处于右侧的前曲柄轮17上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置相同。[0028] 本例传动轴连接的驱动装置是发条。
[0029] 如图4所示,发条盒3固装于驱干体架,发条缠绕在发条轴上,发条内端固定于发条轴、外端固定于发条盒3内壁,发条轴一端为手柄4,另一端固装发条锥齿轮3-1 ;驱动轴2-1可转动地安装于驱干体架,驱动轴2-1上固定驱动锥齿轮2与大齿轮1,发条锥齿轮3-1与驱动锥齿轮2啮合。大齿轮I与固装于传动轴上的传动齿轮1-1啮合。
[0030] 当传动轴连接的驱动装置为电动机,电动机的输出轴连接的输出齿轮组与固装于传动轴上的传动齿轮1-1啮合,即可带动传动轴转动。
[0031] 本例按狗的四肢比例和运动分析,仿真得到狗腿的各个连杆长度,在本行走机构的驱干体架和4条腿上包覆狗的外壳,即得到的逼真形态的机器狗,如图6所示。
[0032] 上述实施例,仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例,本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、·等同替换、改进等,均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.机器四足动物的行走机构,包括机器动物的躯干体架和4条腿,在机器动物的躯干体架下方安装有4条相同的腿,其特征在于: 每条腿均包括顺序连接的上腿、膝关节、下腿和脚,上腿包括2根C形的上连杆(8),2个C形上连杆(8)背靠背、呈X形,2个上连杆(8)的上端各连接I根水平的滑槽杆(6),滑槽杆(6)与躯干体架纵向中心线垂直,滑槽杆(6)外端嵌于上腿外壳(5)内的弧形滑槽(5-1)内,位于前后的2根滑槽杆(6)内端分别与三角摆件(7)上方的前后2个角铰接; 上腿外壳(5)与躯干体架固接,2个滑槽(5-1)为开口相对的对称的C形滑槽;三角摆件(7)为三根杆相互固接的三角形,一个角朝下,后腿上方的三角摆件(7)朝下的角可转动地安装于后腿轴(18),后腿轴(18)与传动轴平行、固定安装于驱干体架;前腿上方的三角摆件(7)向下的角可转动地安装于前腿轴(19),前腿轴(19)与传动轴平行、固定安装于驱干体架; 膝关节(9)为2个圆盘,圆盘可转动地安装于关节中轴(9-2),圆盘盘面与关节中轴(9-2 )垂直,关节中轴(9-2 )与滑槽杆(6 )平行,关节中轴(9-2 )两侧有与之平行的2根关节边轴(9-1),关节边轴(9-1)的两端分别与膝关节(9)圆盘的内侧固接,连接2个圆盘;下腿有4根下连杆(10),下连杆(10)的上端分别固接于2个圆盘的前后侧缘,处于前方的2根下连杆(10)底端与脚(11)上面的中前部连接,处于后方的2根下连杆(10)底端与脚(11)的底面后缘相连接; 传动轴横穿驱干、与驱干纵向中心线垂直,传动轴可转动地安装于驱干体架,传动轴与驱动装置连接,传动轴左右两端各安装有后曲柄轮(13),后曲柄轮(13)的盘面上固装有与盘面垂直的曲柄;后拉杆(12) —端与后曲柄轮(13)的曲柄铰接、另一端铰接于后腿上方前一根滑槽杆(6)的内端;前曲柄轮(17)可转动地安装于前曲柄轴左右两端,前曲柄轴与传动轴平行、固定安装于驱干体架;前曲柄轮(17)的盘面上固装有与盘面垂直的曲柄;传动轴经传动装置与前曲柄轮(17 )连接,前拉杆(16 ) —端与前曲柄轮(17 )的曲柄铰接,前拉杆(16)另一端铰接于前腿上方前一根滑槽杆(6)的内端。
2.根据权利要求1所述的机器四足动物的行走机构,其特征在于: 所述传动轴和前曲柄轮(17)之间的传动装置包括传动曲柄轮(14)和传动连杆(15);所述后曲柄轮(13)为齿轮,传动曲柄轮(14)为与后曲柄轮(13)相配合的齿轮,传动曲柄轮(14)与后曲柄轮(13)啮合;传动曲柄轮(14)可转动地安装于副传动轴左右两端,副传动轴与传动轴平行、固定安装于驱干体架;传动曲柄轮(14)的盘面上固装有与盘面垂直的曲柄;传动连杆(15) —端与前曲柄轮(17)的曲柄铰接、另一端与传动曲柄轮(14)的曲柄铰接。
3.根据权利要求1或2所述的机器四足动物的行走机构,其特征在于: 所述驱动装置为电动机或发条。
4.根据权利要求1或2所述的机器四足动物的行走机构,其特征在于: 所述三角摆件(7)为等腰三角形,朝下的角为顶角。
5.根据权利要求1或2所述的机器四足动物的行走机构,其特征在于: 所述脚(11)的底面为弧面。
6.根据权利要求1或2所述的机器四足动物的行走机构,其特征在于: 处于左侧的前曲柄轮(17 )上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置,与处于右侧的前曲柄轮(17)上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置相差180度;处于右侧的后曲柄轮(13)上的曲柄,在其后曲柄轮上所处位置,与处于左侧的前曲柄轮(17)上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置相同;处于左侧的后曲柄轮(13)上的曲柄,在其后曲柄轮上所处位置,与处于右侧的前曲柄轮(17)上的曲柄,在其前曲柄轮上所处位置相同。
7.根据权利要求3所述的机器四足动物的行走机构,其特征在于: 所述驱动装置为发条,发条盒(3)固装于驱干体架,发条缠绕在发条轴上,发条内端固定于发条轴、外端固定于发条盒(3)内壁,发条轴一端为手柄(4),另一端固装发条锥齿轮(3-1);驱动轴(2-1)可转动地安装于驱干体架,驱动轴(2-1)上固定驱动锥齿轮(2)与大齿轮(1),发条锥齿轮(3-1)与驱动锥齿轮(2)啮合;大齿轮(I)与固装于传动轴上的传动齿轮(1-1)啮合。
8.根据权利要求3所述的机器四足动物的行走机构,其特征在于: 所述驱动装置为电动机,电动机的输出轴连接的输出齿轮组与固装于传动轴上的传动齿轮(1-1)啮合。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104686216A (zh) * 2015-02-13 2015-06-10 中国科学院遗传与发育生物学研究所 一种自行走小麦断根机
CN112536808A (zh) * 2020-12-14 2021-03-23 王永安 宠物机器人的情感交流装置

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