專利名稱：一種兩足步行四桿機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三自由度兩足移動(dòng)機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種兩足步行四桿機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，已設(shè)計(jì)出的移動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式包括輪式，腿式，履帶式等，以適應(yīng)在多種環(huán) 境下的移動(dòng)功能。但是這些機(jī)構(gòu)體積較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。兩足步行機(jī)構(gòu)具有自動(dòng)化程度高，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)豐富，以及良好的動(dòng)力學(xué)特性等優(yōu)點(diǎn)； 且移動(dòng)方式類似人類行走，靈巧輕便，對(duì)行走環(huán)境有良好的適應(yīng)性，既能在平地上行走，也 能在非結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜地面行走。目前，步行機(jī)構(gòu)整體上仍然以串聯(lián)機(jī)構(gòu)為主。根據(jù)由王洪 波、齊政彥等于2009年8月在《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》第45卷、第8期中發(fā)表的《并聯(lián)腿機(jī)構(gòu)在四 足/兩足可重組步行機(jī)器人中的應(yīng)用》的資料描述當(dāng)前研究較多的兩足腿式串聯(lián)機(jī)構(gòu)具 有承載能力低、自身重量較大、運(yùn)動(dòng)中能耗高等缺點(diǎn)。此外，隨著科技的發(fā)展，步行機(jī)構(gòu)應(yīng)用 領(lǐng)域的拓展，對(duì)步行機(jī)構(gòu)的速度、穩(wěn)定性、剛度、承載能力等要求愈來(lái)愈高，串聯(lián)式機(jī)構(gòu)并不 能很好地解決上述問(wèn)題。并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件按一定的方式連接而成的閉環(huán)機(jī)構(gòu)。Clavel在1988 年首先將4個(gè)球面副(S)組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)用于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分支中，設(shè)計(jì)出DELTA并 聯(lián)機(jī)構(gòu)。此后在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分支中相繼出現(xiàn)了 4轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)平行四邊形機(jī)構(gòu)、4萬(wàn)向節(jié)(U) 平行四邊機(jī)構(gòu)等。在特殊的工作環(huán)境下，例如環(huán)境探測(cè)，目標(biāo)搜索等任務(wù)，需要移動(dòng)機(jī)構(gòu)在較為復(fù)雜 的地面環(huán)境和有限的運(yùn)動(dòng)空間中實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能和轉(zhuǎn)彎，步態(tài)調(diào)整，多角度探測(cè)等其它特定 功能?，F(xiàn)有移動(dòng)機(jī)構(gòu)的步行姿態(tài)比較單一，機(jī)構(gòu)整體靈活度不高，且移動(dòng)功能和探測(cè)功能通 常為相互獨(dú)立的兩個(gè)模塊，需要分別控制，較為復(fù)雜，且對(duì)工作位置和姿態(tài)要求較高，當(dāng)移 動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生傾覆時(shí)很難恢復(fù)原有姿態(tài)，對(duì)移動(dòng)機(jī)構(gòu)行走能力和觀察探測(cè)裝置繼續(xù)正常工作 造成困難。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種單環(huán)閉鏈并聯(lián)機(jī)構(gòu)的兩足步行四桿機(jī)構(gòu)，該機(jī) 構(gòu)既能實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)和探測(cè)姿態(tài)調(diào)整功能，又能降低對(duì)工作環(huán)境和作業(yè)空間的要求， 實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單四桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的變線運(yùn)動(dòng)功能。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種兩足步行四桿機(jī)構(gòu)，包括兩平行的移動(dòng)足、兩連接桿、三個(gè)電機(jī)、四個(gè)萬(wàn)向節(jié)，所述 兩移動(dòng)足和兩連接桿通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接構(gòu)成單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機(jī)構(gòu)；所述兩移動(dòng)足上分別設(shè) 有與其平行的電機(jī)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可以帶動(dòng)連接桿的旋轉(zhuǎn)，從而使移動(dòng)足能交替前行；任一連 接桿在與移動(dòng)足連接的端部設(shè)有電機(jī)，該電機(jī)可以帶動(dòng)連接桿的左右方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整 移動(dòng)足前行的方向。進(jìn)一步地，所述移動(dòng)足包括連接板、支撐板、連接塊，所述連接板的兩端通過(guò)連接塊固定支撐板，該連接塊通過(guò)平行于連接板的轉(zhuǎn)軸與萬(wàn)向節(jié)連接，萬(wàn)向節(jié)在垂直于轉(zhuǎn)軸的 方向設(shè)置銷軸。進(jìn)一步地，所述支撐板一端的內(nèi)側(cè)設(shè)置電機(jī)座和電機(jī)，該電機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)軸連 接或?yàn)橐惑w構(gòu)件。進(jìn)一步地，所述連接桿在與移動(dòng)足連接的端部設(shè)置電機(jī)座和電機(jī)，該電機(jī)的輸出 軸垂直連接桿設(shè)置。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
⑴本發(fā)明通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接組成的單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機(jī)構(gòu)，兩移動(dòng)足上分別設(shè)置電機(jī)， 在一移動(dòng)足著地時(shí)其上的電機(jī)帶動(dòng)另一移動(dòng)足圍繞其旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)兩移動(dòng)足上下交替前行； 兩移動(dòng)足上的電機(jī)同步，抬起的移動(dòng)足可以圍繞自身的轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)，使支撐板始終保持在向 下的位置；任一連接桿在與移動(dòng)足連接的端部垂直設(shè)置電機(jī)，在電機(jī)的帶動(dòng)下連接桿以該 移動(dòng)足為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)另一移動(dòng)足橫向移動(dòng)。由此可見(jiàn)，該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn) 動(dòng)和探測(cè)姿態(tài)調(diào)整功能，解決了簡(jiǎn)單四桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的變線運(yùn)動(dòng)功能。丨2)本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平衡，控制簡(jiǎn)單，自身重量輕，運(yùn)行功耗低等優(yōu)點(diǎn)，為 兩足步行機(jī)構(gòu)的領(lǐng)域開(kāi)拓出一個(gè)新的方向。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明移動(dòng)足1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明移動(dòng)足2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明設(shè)有電機(jī)的連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明沿與X軸成α角的直線運(yùn)動(dòng)示意圖； 圖6為本發(fā)明沿曲線運(yùn)動(dòng)示意圖； 圖7為本發(fā)明探測(cè)姿態(tài)調(diào)整示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明包括平行的移動(dòng)足1、移動(dòng)足2，連接桿3、連接桿4，所述移動(dòng) 足1、連接桿3、移動(dòng)足2和連接桿4通過(guò)萬(wàn)向節(jié)5依次連接，構(gòu)成單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機(jī)構(gòu)； 所述移動(dòng)足1上固設(shè)有與其平行的電機(jī)6、移動(dòng)足2上固設(shè)有與其平行的電機(jī)7，連接桿3 在與移動(dòng)足2連接的端部設(shè)有與其垂直的電機(jī)8。如圖2所示，所述移動(dòng)足1包括連接板11、支撐板12、連接塊13，所述連接板11的 兩端通過(guò)連接塊13垂直固定設(shè)置支撐板12，該連接塊13通過(guò)平行于連接板11的轉(zhuǎn)軸14 與萬(wàn)向節(jié)5連接，萬(wàn)向節(jié)5在垂直于轉(zhuǎn)軸14的方向設(shè)置銷軸16 ；所述支撐板12 —端的內(nèi) 側(cè)設(shè)電機(jī)座15和電機(jī)6，該電機(jī)6的輸出軸與轉(zhuǎn)軸14連接或者為一體構(gòu)件。即萬(wàn)向節(jié)5設(shè) 有兩個(gè)相互垂直的軸轉(zhuǎn)軸14和銷軸16，其中轉(zhuǎn)軸14與電機(jī)6輸出軸固定連接或者為一 體構(gòu)件，可以完成前進(jìn)動(dòng)作的轉(zhuǎn)動(dòng)功能，驅(qū)動(dòng)連接桿轉(zhuǎn)動(dòng)或自轉(zhuǎn)；銷軸16用于實(shí)現(xiàn)四桿機(jī) 構(gòu)的變形功能，即移動(dòng)中的轉(zhuǎn)向功能。
如圖3所示，移動(dòng)足2包括連接板21、支撐板22、連接塊23，所述連接板21的兩端 通過(guò)連接塊23垂直固定設(shè)置支撐板22，該連接塊23通過(guò)平行于連接板21的轉(zhuǎn)軸24與萬(wàn) 向節(jié)5連接，萬(wàn)向節(jié)5在垂直于轉(zhuǎn)軸24的方向設(shè)置銷軸26 ；所述支撐板22 —端的內(nèi)側(cè)設(shè) 電機(jī)座25和電機(jī)7，該電機(jī)7的輸出軸與轉(zhuǎn)軸24固定連接或者為一體構(gòu)件。如圖1、4所示，所述連接桿3在與移動(dòng)足2連接的端部固設(shè)電機(jī)座31和電機(jī)8，該 電機(jī)8的輸出軸垂直連接桿3設(shè)置。本發(fā)明的工作原理如下
使用時(shí)，移動(dòng)足1著地，電機(jī)6經(jīng)轉(zhuǎn)軸14帶動(dòng)連桿3和連桿4圍繞移動(dòng)足1旋轉(zhuǎn)，移動(dòng) 足2被抬起。移動(dòng)足2抬起到足夠的高度，在電機(jī)7的帶動(dòng)下相對(duì)于自身的轉(zhuǎn)軸24自轉(zhuǎn)，在 前行時(shí)，調(diào)整電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使支撐板22旋轉(zhuǎn)180度后能夠處于豎直狀態(tài)，移動(dòng)足2著地， 然后將移動(dòng)足1抬起。如此循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)兩移動(dòng)足上下交替前行。所述連接桿3在與移動(dòng)足2連接的端部垂直設(shè)置電機(jī)8，在電機(jī)8的帶動(dòng)下連接桿 3以該移動(dòng)足2為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)移動(dòng)足1橫向移動(dòng)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)，即沿著X軸的橫向移動(dòng)和沿著Y軸的縱向移動(dòng)；與X軸 成Q=角的直線運(yùn)動(dòng)以及曲線運(yùn)動(dòng)，能夠進(jìn)行特定角度的直線及曲線運(yùn)動(dòng)，如圖5和6所示。被抬起的移動(dòng)足可以與地面形成任意的角度，也可實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)，從而在步行過(guò) 程中實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的變化，如圖7所示，可實(shí)現(xiàn)探測(cè)姿態(tài)調(diào)整的目的。由此可見(jiàn)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，步行姿態(tài)多變，機(jī)構(gòu)整體靈活度高，能夠在特殊的工 作環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)例如環(huán)境探測(cè)，目標(biāo)搜索等任務(wù)，在較為復(fù)雜的地面環(huán)境和有限的運(yùn)動(dòng)空間 中能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能和轉(zhuǎn)彎，步態(tài)調(diào)整，多角度探測(cè)等其它特定功能。而且，當(dāng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生 傾覆時(shí)很容易恢復(fù)原有姿態(tài)，對(duì)移動(dòng)機(jī)構(gòu)行走能力和觀察探測(cè)裝置繼續(xù)正常工作提供方 便。在搜救搶險(xiǎn)，環(huán)境探測(cè)，科教娛樂(lè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì) 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可 以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā) 明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
權(quán)利要求
1.一種兩足步行四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括兩平行的移動(dòng)足、兩連接桿、三個(gè)電機(jī)、四 個(gè)萬(wàn)向節(jié)，所述兩移動(dòng)足和兩連接桿通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接構(gòu)成單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機(jī)構(gòu)；所述兩 移動(dòng)足分別設(shè)有與其平行的電機(jī)，任一連接桿在與移動(dòng)足連接的端部設(shè)有的電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩足步行四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述移動(dòng)足包括連接板、支 撐板、連接塊，所述連接板的兩端通過(guò)連接塊固定支撐板，該連接塊通過(guò)平行于連接板的轉(zhuǎn) 軸與萬(wàn)向節(jié)連接，萬(wàn)向節(jié)在垂直于轉(zhuǎn)軸的方向設(shè)置銷軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩足步行四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述支撐板的內(nèi)側(cè)設(shè)置電 機(jī)座和電機(jī)，該電機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)軸連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩足步行四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述電機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)軸 為一體構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩足步行四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述連接桿在與移動(dòng)足連 接的端部設(shè)置電機(jī)座和電機(jī)，該電機(jī)的輸出軸垂直連接桿設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兩足步行四桿機(jī)構(gòu)，包括兩平行的移動(dòng)足、兩連接桿、三個(gè)電機(jī)、四個(gè)萬(wàn)向節(jié)，所述兩移動(dòng)足和兩連接桿通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接構(gòu)成單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機(jī)構(gòu)；所述兩移動(dòng)足分別設(shè)有與其平行的電機(jī)，在一移動(dòng)足著地時(shí)其上的電機(jī)帶動(dòng)另一移動(dòng)足圍繞其旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)兩移動(dòng)足上下交替前行；兩移動(dòng)足上的電機(jī)同步，抬起的移動(dòng)足可以圍繞自身的轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)，使支撐板始終保持在向下的位置；任一連接桿在與移動(dòng)足連接的端部垂直設(shè)置電機(jī)，在電機(jī)的帶動(dòng)下連接桿以該移動(dòng)足為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)另一移動(dòng)足橫向移動(dòng)。由此可見(jiàn)，該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)和探測(cè)姿態(tài)調(diào)整功能，解決了簡(jiǎn)單四桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的變線運(yùn)動(dòng)功能。
文檔編號(hào)B62D57/032GK102114879SQ201110030049
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者姚燕安, 苗志懷, 郭一竹 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)