專利名稱：一種兩足步行四桿機構(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機構(gòu)，尤其涉及一種兩足步行四桿機構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，已設計出的移動機構(gòu)運動方式包括輪式，腿式，履帶式等，以適應在多種環(huán) 境下的移動功能。但是這些機構(gòu)體積較大，結(jié)構(gòu)較為復雜。兩足步行機構(gòu)具有自動化程度高，動態(tài)系統(tǒng)豐富，以及良好的動力學特性等優(yōu)點； 且移動方式類似人類行走，靈巧輕便，對行走環(huán)境有良好的適應性，既能在平地上行走，也 能在非結(jié)構(gòu)性的復雜地面行走。目前，步行機構(gòu)整體上仍然以串聯(lián)機構(gòu)為主。根據(jù)由王洪 波、齊政彥等于2009年8月在《機械工程學報》第45卷、第8期中發(fā)表的《并聯(lián)腿機構(gòu)在四 足/兩足可重組步行機器人中的應用》的資料描述當前研究較多的兩足腿式串聯(lián)機構(gòu)具 有承載能力低、自身重量較大、運動中能耗高等缺點。此外，隨著科技的發(fā)展，步行機構(gòu)應用 領(lǐng)域的拓展，對步行機構(gòu)的速度、穩(wěn)定性、剛度、承載能力等要求愈來愈高，串聯(lián)式機構(gòu)并不 能很好地解決上述問題。并聯(lián)機構(gòu)是由運動副和構(gòu)件按一定的方式連接而成的閉環(huán)機構(gòu)。Clavel在1988 年首先將4個球面副(S)組成的平行四邊形機構(gòu)用于并聯(lián)機構(gòu)的分支中，設計出DELTA并 聯(lián)機構(gòu)。此后在并聯(lián)機構(gòu)的分支中相繼出現(xiàn)了 4轉(zhuǎn)動副(R)平行四邊形機構(gòu)、4萬向節(jié)(U) 平行四邊機構(gòu)等。在特殊的工作環(huán)境下，例如環(huán)境探測，目標搜索等任務，需要移動機構(gòu)在較為復雜 的地面環(huán)境和有限的運動空間中實現(xiàn)移動功能和轉(zhuǎn)彎，步態(tài)調(diào)整，多角度探測等其它特定 功能?，F(xiàn)有移動機構(gòu)的步行姿態(tài)比較單一，機構(gòu)整體靈活度不高，且移動功能和探測功能通 常為相互獨立的兩個模塊，需要分別控制，較為復雜，且對工作位置和姿態(tài)要求較高，當移 動機構(gòu)發(fā)生傾覆時很難恢復原有姿態(tài)，對移動機構(gòu)行走能力和觀察探測裝置繼續(xù)正常工作 造成困難。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種單環(huán)閉鏈并聯(lián)機構(gòu)的兩足步行四桿機構(gòu)，該機 構(gòu)既能實現(xiàn)三自由度運動和探測姿態(tài)調(diào)整功能，又能降低對工作環(huán)境和作業(yè)空間的要求， 實現(xiàn)了簡單四桿移動機構(gòu)無法實現(xiàn)的變線運動功能。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種兩足步行四桿機構(gòu)，包括兩平行的移動足、兩連接桿、三個電機、四個萬向節(jié)，所述 兩移動足和兩連接桿通過萬向節(jié)連接構(gòu)成單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機構(gòu)；所述兩移動足上分別設 有與其平行的電機，電機的旋轉(zhuǎn)可以帶動連接桿的旋轉(zhuǎn)，從而使移動足能交替前行；任一連 接桿在與移動足連接的端部設有電機，該電機可以帶動連接桿的左右方向轉(zhuǎn)動，從而調(diào)整 移動足前行的方向。進一步地，所述移動足包括連接板、支撐板、連接塊，所述連接板的兩端通過連接塊固定支撐板，該連接塊通過平行于連接板的轉(zhuǎn)軸與萬向節(jié)連接，萬向節(jié)在垂直于轉(zhuǎn)軸的 方向設置銷軸。進一步地，所述支撐板一端的內(nèi)側(cè)設置電機座和電機，該電機的輸出軸與轉(zhuǎn)軸連 接或為一體構(gòu)件。進一步地，所述連接桿在與移動足連接的端部設置電機座和電機，該電機的輸出 軸垂直連接桿設置。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
⑴本發(fā)明通過萬向節(jié)連接組成的單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機構(gòu)，兩移動足上分別設置電機， 在一移動足著地時其上的電機帶動另一移動足圍繞其旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)兩移動足上下交替前行； 兩移動足上的電機同步，抬起的移動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足連接的端部垂直設置電機，在電機的帶動下連接桿以該 移動足為軸進行旋轉(zhuǎn)，從而帶動另一移動足橫向移動。由此可見，該機構(gòu)能實現(xiàn)三自由度運 動和探測姿態(tài)調(diào)整功能，解決了簡單四桿移動機構(gòu)無法實現(xiàn)的變線運動功能。丨2)本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，運行平衡，控制簡單，自身重量輕，運行功耗低等優(yōu)點，為 兩足步行機構(gòu)的領(lǐng)域開拓出一個新的方向。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明移動足1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明移動足2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明設有電機的連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明沿與X軸成α角的直線運動示意圖； 圖6為本發(fā)明沿曲線運動示意圖； 圖7為本發(fā)明探測姿態(tài)調(diào)整示意圖。
具體實施例方式
實施例如圖1所示，本發(fā)明包括平行的移動足1、移動足2，連接桿3、連接桿4，所述移動 足1、連接桿3、移動足2和連接桿4通過萬向節(jié)5依次連接，構(gòu)成單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機構(gòu)； 所述移動足1上固設有與其平行的電機6、移動足2上固設有與其平行的電機7，連接桿3 在與移動足2連接的端部設有與其垂直的電機8。如圖2所示，所述移動足1包括連接板11、支撐板12、連接塊13，所述連接板11的 兩端通過連接塊13垂直固定設置支撐板12，該連接塊13通過平行于連接板11的轉(zhuǎn)軸14 與萬向節(jié)5連接，萬向節(jié)5在垂直于轉(zhuǎn)軸14的方向設置銷軸16 ；所述支撐板12 —端的內(nèi) 側(cè)設電機座15和電機6，該電機6的輸出軸與轉(zhuǎn)軸14連接或者為一體構(gòu)件。即萬向節(jié)5設 有兩個相互垂直的軸轉(zhuǎn)軸14和銷軸16，其中轉(zhuǎn)軸14與電機6輸出軸固定連接或者為一 體構(gòu)件，可以完成前進動作的轉(zhuǎn)動功能，驅(qū)動連接桿轉(zhuǎn)動或自轉(zhuǎn)；銷軸16用于實現(xiàn)四桿機 構(gòu)的變形功能，即移動中的轉(zhuǎn)向功能。
如圖3所示，移動足2包括連接板21、支撐板22、連接塊23，所述連接板21的兩端 通過連接塊23垂直固定設置支撐板22，該連接塊23通過平行于連接板21的轉(zhuǎn)軸24與萬 向節(jié)5連接，萬向節(jié)5在垂直于轉(zhuǎn)軸24的方向設置銷軸26 ；所述支撐板22 —端的內(nèi)側(cè)設 電機座25和電機7，該電機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在與移動足2連接的端部固設電機座31和電機8，該 電機8的輸出軸垂直連接桿3設置。本發(fā)明的工作原理如下
使用時，移動足1著地，電機6經(jīng)轉(zhuǎn)軸14帶動連桿3和連桿4圍繞移動足1旋轉(zhuǎn)，移動 足2被抬起。移動足2抬起到足夠的高度，在電機7的帶動下相對于自身的轉(zhuǎn)軸24自轉(zhuǎn)，在 前行時，調(diào)整電機運轉(zhuǎn)速度，使支撐板22旋轉(zhuǎn)180度后能夠處于豎直狀態(tài)，移動足2著地， 然后將移動足1抬起。如此循環(huán)，可實現(xiàn)兩移動足上下交替前行。所述連接桿3在與移動足2連接的端部垂直設置電機8，在電機8的帶動下連接桿 3以該移動足2為軸進行旋轉(zhuǎn)，從而帶動移動足1橫向移動。本發(fā)明可以實現(xiàn)平面運動，即沿著X軸的橫向移動和沿著Y軸的縱向移動；與X軸 成Q=角的直線運動以及曲線運動，能夠進行特定角度的直線及曲線運動，如圖5和6所示。被抬起的移動足可以與地面形成任意的角度，也可實現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)，從而在步行過 程中實現(xiàn)姿態(tài)的變化，如圖7所示，可實現(xiàn)探測姿態(tài)調(diào)整的目的。由此可見，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，步行姿態(tài)多變，機構(gòu)整體靈活度高，能夠在特殊的工 作環(huán)境下，實現(xiàn)例如環(huán)境探測，目標搜索等任務，在較為復雜的地面環(huán)境和有限的運動空間 中能實現(xiàn)移動功能和轉(zhuǎn)彎，步態(tài)調(diào)整，多角度探測等其它特定功能。而且，當移動機構(gòu)發(fā)生 傾覆時很容易恢復原有姿態(tài)，對移動機構(gòu)行走能力和觀察探測裝置繼續(xù)正常工作提供方 便。在搜救搶險，環(huán)境探測，科教娛樂等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景和市場潛力。顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對 本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎上還可 以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā) 明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
權(quán)利要求
1.一種兩足步行四桿機構(gòu)，其特征在于，包括兩平行的移動足、兩連接桿、三個電機、四 個萬向節(jié)，所述兩移動足和兩連接桿通過萬向節(jié)連接構(gòu)成單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機構(gòu)；所述兩 移動足分別設有與其平行的電機，任一連接桿在與移動足連接的端部設有的電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩足步行四桿機構(gòu)，其特征在于，所述移動足包括連接板、支 撐板、連接塊，所述連接板的兩端通過連接塊固定支撐板，該連接塊通過平行于連接板的轉(zhuǎn) 軸與萬向節(jié)連接，萬向節(jié)在垂直于轉(zhuǎn)軸的方向設置銷軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩足步行四桿機構(gòu)，其特征在于，所述支撐板的內(nèi)側(cè)設置電 機座和電機，該電機的輸出軸與轉(zhuǎn)軸連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩足步行四桿機構(gòu)，其特征在于，所述電機的輸出軸與轉(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構(gòu)，其特征在于，所述連接桿在與移動足連 接的端部設置電機座和電機，該電機的輸出軸垂直連接桿設置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兩足步行四桿機構(gòu)，包括兩平行的移動足、兩連接桿、三個電機、四個萬向節(jié)，所述兩移動足和兩連接桿通過萬向節(jié)連接構(gòu)成單環(huán)閉式并聯(lián)四桿機構(gòu)；所述兩移動足分別設有與其平行的電機，在一移動足著地時其上的電機帶動另一移動足圍繞其旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)兩移動足上下交替前行；兩移動足上的電機同步，抬起的移動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足連接的端部垂直設置電機，在電機的帶動下連接桿以該移動足為軸進行旋轉(zhuǎn)，從而帶動另一移動足橫向移動。由此可見，該機構(gòu)能實現(xiàn)三自由度運動和探測姿態(tài)調(diào)整功能，解決了簡單四桿移動機構(gòu)無法實現(xiàn)的變線運動功能。
文檔編號B62D57/032GK102114879SQ201110030049
公開日2011年7月6日 申請日期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 申請人:北京交通大學