CN102009708A - 一种缩放滚动机构 - Google Patents

Abstract

缩放滚动机构包括：第一和第二X形杆(1、2)，第一至第四H形杆(3、5、7、9)，第一至第四Y形杆(4、6、8、10)，第一至第十二转动销(11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22)，电机(23)，电机座(24)，联接轴(25)，配重(26)，轴承(27)，顶丝(28)；其中两个X形杆(1、2)，四个H形杆和四个Y形杆通过动转销组成四组平行四边形机构。电机驱动第二X形杆2，同时改变四组平行四边形机构的形状，利用惯性力实现前进后退。该机构可越过较小的障碍，遇到大障碍时通过机械方式自行反向运动。机械结构和控制系统均比较简单，成本低廉，可靠性高，具有趣味的移动性能，可用于玩具、移动机器人教学教具的制作。

Description

一种缩放滚动机构

技术领域

本发明涉及一种单动力的滚动机构，特别涉及一种通过伸缩四个平行四边形机构形状，实现滚动行进的机械装置。可用于军事领域中侦查、也可用于制作机构教具、玩具等。

背景技术

在连杆机构中，结构最简单且应用最广泛的是由四个构件所构成的平面四杆机构。平面四杆机构只有一个自由度，所以只需要一个动力机即可使该机构生成确定的运动。平面四杆机构一般多用于机床等固定的机械设备中。而机架一直与地面固定，这只能在固定的位置上输出不同的运动，不能进行移动。也有应用平面四杆机构作为两足、四足或者多足的腿足式步行机器人的一个腿内部机构，利用其一个构件末端生成步行轨迹来实现步行。在这样的腿足式步行机器人中，需要与腿的个数相同的两个、四个或多个四杆机构，机构复杂，可靠性不高，也同时需要相同个数的动力机来提供动力。中国专利号CN 2789106Y提出了利用一个动力输入，实现滚动行进的平面四杆机构，机构简单，遇到地面突起无法通过，运动能力有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种只需要一个电机的驱动下即可实现滚动行进的平面缩放机构。本发明以平行四边形机构为缩放单元，将四组平行四边形机构组合在一起，根据平行四边形的缩放特性，实现结构对称的滚动机器人。

本发明的技术方案：

一种缩放滚动机构，包括：第一和第二X形杆，第一至第四H形杆，第一至第四Y形杆，第一至第十二转动销，电机，电机座，联接轴，配重，轴承，顶丝。

第一H形杆的A端和第一Y形杆的C端通过第一转动销连接在一起，第一H形杆的B端与通过第十二转动销与第二X形杆的外端头相连，第一Y形杆的D端通过第二转动销与第一X形杆的外端头连接，这样组成一个平行四边形机构，且边长相等，构成第一菱形。

第二H形杆的A端和第二Y形杆的C端通过第四转动销连接在一起，第二H形杆的B端与通过第三转动销与第二X形杆的外端头相连，第二Y形杆的D端通过第五转动销与第一X形杆的外端头连接，构成第二菱形。

第三H形杆的A端和第三Y形杆的C端通过第七转动销连接在一起，第三H形杆的B端与通过第六转动销与第二X形杆的外端头相连，第三Y形杆的D端通过第八转动销与第一X形杆的外端头连接，构成第三菱形。

第四H形杆的A端和第四Y形杆的C端通过第十转动销连接在一起，第四H形杆的B端与通过第九转动销与第一X形杆的外端头相连，第四Y形杆的D端通过第十一转动销与第二X形杆的外端头连接，构成第四菱形。

电机通过电机座固定在第二X形杆上。

连接轴的一端安装在第一X形杆上，连接轴的另一端穿过轴承的内圈，与电机轴配合，通过顶丝和电机轴固定；配重块通过螺钉连接在第一X型杆上。

第一至第四H形杆结构和尺寸相同；第一至第四Y形杆结构和尺寸相同。

第一至第十二转动销的结构和尺寸相同。

通过上述步骤完成缩放滚动机构的组装，机构具有十个杆件和十二个转动副，其自由度为一，通过机构中心的电机驱动，改变两个X型杆之间夹角，可是使得四组菱形其中两组向外延伸时另外两组向内收缩。在机构变形过程中，利用机构惯性力可以实现滚动。

本发明的有益效果是，将四组平行四边形机构组合成一个单自由度机构，用一个电机进行驱动和控制。机构外形对称，由四个菱形组成，通过改变菱形形状，机构可以实现前进后退，可越过小障碍，遇到大障碍时通过机械方式自行反向运动。机械结构和控制系统均比较简单，成本低廉，可靠性高，具有趣味的移动性能，可用于玩具、移动机器人教学教具的制作。

附图说明

图1缩放滚动机构整体示意图。

图2传动部分连接剖视图。

图3联接轴结构图。

图4传动部分立体图。

图5H形杆结构图。

图6Y形杆结构图。

图7第一Y形杆、第一H形杆、第一、二X形杆的连接图。

图8缩放机构侧视图。

图9(a)缩放滚动机构的运动初始状态图。

图9(b)缩放滚动机构的运动翻滚临界状态图。

图9(c)缩放滚动机构的运动翻滚后状态图。

图9(d)缩放滚动机构回复到初始状态图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

一种缩放滚动机构，如图1包括：第一和第二X形杆1、2，第一至第四H形杆3、5、7、9，第一至第四Y形杆4、6、8、10，第一至第十二转动销11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22，电机23，电机座24，联接轴25，配重26，轴承27，顶丝28。零件的结构及连接方式如下：

第一H形杆3的A端和第一Y形杆4的C端通过第一转动销11连接在一起，第一H形杆3的B端与通过第十二转动销22与第二X形杆的外端头a2相连，第一Y形杆4的D端通过第二转动销12与第一X形杆的外端头a3连接，这样组成一个平行四边形机构，且边长相等，构成第一菱形。

第二H形杆5的A端和第二Y形杆6的C端通过第四转动销14连接在一起，第二H形杆5的B端与通过第三转动销13与第二X形杆2的外端头a4相连，第二Y形杆6的D端通过第五转动销15与第一X形杆1的外端头a5连接，构成第二菱形。

第三H形杆7的A端和第三Y形杆8的C端通过第七转动销17连接在一起，第三H形杆7的B端与通过第六转动销16与第二X形杆2的外端头a6相连，第三Y形杆8的D端通过第八转动销18与第一X形杆1的外端头a7连接，构成第三菱形。

第四H形杆9的A端和第四Y形杆10的C端通过第十转动销20连接在一起，第四H形杆9的B端与通过第九转动销19与第一X形杆的外端头a8相连，第四Y形杆10的D端通过第十一转动销21与第二X形杆的外端头a1连接，构成第四菱形。

电机23通过螺钉与第二X形杆2的螺纹连接将电机座24固定在第二X形杆2上。连接轴25为阶梯轴，如图3，大的一端通过螺钉与第一X形杆1的螺纹连接将连接轴25的一端安装在第一X形杆1的沉孔中，连接轴25的另一端穿过轴承27的内圈，与电机轴配合，通过顶丝28与连接轴25小头处的螺纹连接将电机轴固定，如图2。

为使机构保持平衡，配重块26通过螺钉与第一X型杆1上的螺纹连接，将配重块26固定在第一X型杆1上，如图2，第一X型杆1和第二X型杆2可以相互绕连接轴25轴线转动。

通过上述步骤完成缩放滚动机构的组装。

电机23带动第二X型杆2使得机构变形，第一和第三菱形变形相同，第一转动轴11和第七转动轴17同时远离或接近机构中心；第二和第四菱形变形过程与第一和第三菱形变形过程正好相反。

所述的第一至第四H形杆3、5、7、9结构和尺寸相同，如图1和图5。

所述的第一至第四H形杆的B端设两个通孔，两个通孔同轴，且两孔之间为一凹形浅槽，凹形浅槽的宽度等于与第一X形杆的外端头a4或第一X形杆的外端头a8的长度或第二X形杆的外端头a1或第二X形杆的外端头a6的长度。

所述的第一至第四H形杆的A端设两个通孔，两个通孔同轴，且两孔之间为一凹形深槽，凹形深槽宽度等于第一至第四Y形杆的C端的长度，如图6。

所述的第一至第四Y形杆的C端设一通孔，其长度等于第一至第四H形杆A端凹形深槽的宽度。

所述的第一至第四Y形杆4、6、8、10结构和尺寸相同，如图1和图6。

所述的第一至第四Y形杆的D端设两个通孔，两个通孔同轴，且两孔之间为一凹形深槽，凹形槽宽度等于第一X形杆的外端头a3或第一X形杆的外端头a7的长度或第二X形杆的外端头a1或第二X形杆的外端头a5的长度。

所述的第一X形杆1和第二X形杆2，中心对称，其X形状之间的夹角在20°～30°的端值或其间内的任意数值，均可实现本发明的功能，如图4。

第二X形杆2的中心设一阶梯孔，用于安装轴承27。第一X形杆1的中心的阶梯孔用安装连接轴25。

第一至第十二转动销11～22的结构和尺寸相同，与它们相配合的孔间为动配合。

缩放滚动机构利用这种局部缩放原理，使得机构在变形过程中利用惯性力实现滚动，为了便于说明，将机构以侧视图展示运动过程。

图9(a)为缩放滚动机构的运动初始状态，四个菱形相同；然后电机正转驱动机构，第一和第三菱形向外延伸，第二和第四菱形向内收缩。

图9(b)所示为机构翻滚的临界状态，此时机构重心已经很靠近支承面边缘，电机急停产生较大惯性力，机构将会翻转。

图9(c)为机构的运动翻滚后的状态，此时，电机开始反向旋转，第一和第三菱形向内收缩，第二和第四菱形向外延伸。

图9(d)所示为机构回复到初始状态，通过上述四个步骤完成一个运动周期，机构向前移动一个步长，若在图9(a)状态下，电机旋向与上述步骤相反，则机构向左滚动。缩放滚动机构遇到小障碍不足以抵抗惯性力，则机构越过障碍，如果遇到较大障碍，使得惯性力无法起作用，则机构会反向运动。

Claims (3)

1.一种缩放滚动机构，其特征在于：缩放滚动机构包括：第一和第二X形杆(1、2)，第一至第四H形杆(3、5、7、9)，第一至第四Y形杆(4、6、8、10)，第一至第十二转动销(11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22)，电机(23)，电机座(24)，联接轴(25)，配重(26)，轴承(27)，顶丝(28)；

第一H形杆的A端和第一Y形杆的C端通过第一转动销(11)连接在一起，第一H形杆的B端与通过第十二转动销(22)与第二X形杆的外端头(a2)相连，第一Y形杆的D端通过第二转动销(12)与第一X形杆的外端头(a3)连接，这样组成一个平行四边形机构，且边长相等，构成第一菱形；

第二H形杆的A端和第二Y形杆的C端通过第四转动销(14)连接在一起，第二H形杆的B端与通过第三转动销(13)与第二X形杆的外端头(a4)相连，第二Y形杆的D端通过第五转动销(15)与第一X形杆的外端头(a5)连接，构成第二菱形；

第三H形杆(7)的A端和第三Y形杆(8)的C端通过第七转动销(17)连接在一起，第三H形杆(7)的B端与通过第六转动销(16)与第二X形杆(2)的外端头(a6)相连，第三Y形杆(8)的D端通过第八转动销(18)与第一X形杆(1)的外端头(a7)连接，构成第三菱形；

第四H形杆(9)的A端和第四Y形杆(10)的C端通过第十转动销(20)连接在一起，第四H形杆(9)的B端与通过第九转动销(19)与第一X形杆的外端头(a8)相连，第四Y形杆(10)的D端通过第十一转动销(21)与第二X形杆的外端头(a1)连接，构成第四菱形；

电机(23)通过电机座(24)固定在第二X形杆(2)上；

连接轴(25)的一端安装在第一X形杆(1)上，连接轴(25)的另一端穿过轴承(27)的内圈，与电机轴配合，通过顶丝(28)和电机轴固定；配重块(26)通过螺钉连接在第一X型杆(1)上；

第一至第四H形杆(3、5、7、9)结构和尺寸相同；第一至第四Y形杆(4、6、8、10)结构和尺寸相同；

第一至第十二转动销(11～22)的结构和尺寸相同；

通过上述步骤完成缩放滚动机构的组装。

2.根据权利要求1所述的一种缩放滚动机构，其特征在于：

所述的第一至第四H形杆的B端设两个通孔，两个通孔同轴，且两孔之间为一凹形浅槽，凹形浅槽的宽度等于与第一X形杆的外端头(a4)或第一X形杆的外端头(a8)的长度或第二X形杆的外端头(a2)或第二X形杆的外端头(a6)的长度；

所述的第一至第四H形杆的A端设两个通孔，两个通孔同轴，且两孔之间为一凹形深槽，凹形深槽宽度等于第一至第四Y形杆的C端的长度；

所述的第一至第四Y形杆的C端设一通孔，其长度等于第一至第四H形杆A端凹形深槽的宽度；

所述的第一至第四Y形杆的D端设两个通孔，两个通孔同轴，且两孔之间为一凹形深槽，凹形槽宽度等于第一X形杆的外端头(a3)或第一X形杆的外端头(a7)的长度或第二X形杆的外端头(a1)或第二X形杆的外端头(a5)的长度。

3.根据权利要求1所述的一种缩放滚动机构，其特征在于：

所述的第一X形杆(1)和第二X形杆(2)的X形状夹角范围为20°～30°。

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