專利名稱：一種縮放滾動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單動力的滾動機構(gòu)，特別涉及一種通過伸縮四個平行四邊形機 構(gòu)形狀，實現(xiàn)滾動行進的機械裝置?？捎糜谲娛骂I(lǐng)域中偵查、也可用于制作機構(gòu)教具、 玩具等。
背景技術(shù)：
在連桿機構(gòu)中，結(jié)構(gòu)最簡單且應(yīng)用最廣泛的是由四個構(gòu)件所構(gòu)成的平面四桿機 構(gòu)。平面四桿機構(gòu)只有一個自由度，所以只需要一個動力機即可使該機構(gòu)生成確定的運 動。平面四桿機構(gòu)一般多用于機床等固定的機械設(shè)備中。而機架一直與地面固定，這只 能在固定的位置上輸出不同的運動，不能進行移動。也有應(yīng)用平面四桿機構(gòu)作為兩足、 四足或者多足的腿足式步行機器人的一個腿內(nèi)部機構(gòu)，利用其一個構(gòu)件末端生成步行軌 跡來實現(xiàn)步行。在這樣的腿足式步行機器人中，需要與腿的個數(shù)相同的兩個、四個或多 個四桿機構(gòu)，機構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高，也同時需要相同個數(shù)的動力機來提供動力。中國 專利號CN 2789106Y提出了利用一個動力輸入，實現(xiàn)滾動行進的平面四桿機構(gòu)，機構(gòu)簡 單，遇到地面突起無法通過，運動能力有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種只需要一個電機的驅(qū)動下即可實現(xiàn)滾 動行進的平面縮放機構(gòu)。本發(fā)明以平行四邊形機構(gòu)為縮放單元，將四組平行四邊形機構(gòu) 組合在一起，根據(jù)平行四邊形的縮放特性，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對稱的滾動機器人。本發(fā)明的技術(shù)方案一種縮放滾動機構(gòu)，包括第一和第二 X形桿，第一至第四H形桿，第一至第 四Y形桿，第一至第十二轉(zhuǎn)動銷，電機，電機座，聯(lián)接軸，配重，軸承，頂絲。第一 H形桿的A端和第一 Y形桿的C端通過第一轉(zhuǎn)動銷連接在一起，第一 H形 桿的B端與通過第十二轉(zhuǎn)動銷與第二 X形桿的外端頭相連，第一 Y形桿的D端通過第二 轉(zhuǎn)動銷與第一 X形桿的外端頭連接，這樣組成一個平行四邊形機構(gòu)，且邊長相等，構(gòu)成 第一菱形。第二 H形桿的A端和第二 Y形桿的C端通過第四轉(zhuǎn)動銷連接在一起，第二 H形 桿的B端與通過第三轉(zhuǎn)動銷與第二 X形桿的外端頭相連，第二 Y形桿的D端通過第五轉(zhuǎn) 動銷與第一 X形桿的外端頭連接，構(gòu)成第二菱形。第三H形桿的A端和第三Y形桿的C端通過第七轉(zhuǎn)動銷連接在一起，第三H形 桿的B端與通過第六轉(zhuǎn)動銷與第二 X形桿的外端頭相連，第三Y形桿的D端通過第八轉(zhuǎn) 動銷與第一 X形桿的外端頭連接，構(gòu)成第三菱形。第四H形桿的A端和第四Y形桿的C端通過第十轉(zhuǎn)動銷連接在一起，第四H形 桿的B端與通過第九轉(zhuǎn)動銷與第一 X形桿的外端頭相連，第四Y形桿的D端通過第十一 轉(zhuǎn)動銷與第二 X形桿的外端頭連接，構(gòu)成第四菱形。
電機通過電機座固定在第二 X形桿上。連接軸的一端安裝在第一 X形桿上，連接軸的另一端穿過軸承的內(nèi)圈，與電機 軸配合，通過頂絲和電機軸固定；配重塊通過螺釘連接在第一X型桿上。第一至第四H形桿結(jié)構(gòu)和尺寸相同；第一至第四Y形桿結(jié)構(gòu)和尺寸相同。第一至第十二轉(zhuǎn)動銷的結(jié)構(gòu)和尺寸相同。通過上述步驟完成縮放滾動機構(gòu)的組裝，機構(gòu)具有十個桿件和十二個轉(zhuǎn)動副， 其自由度為一，通過機構(gòu)中心的電機驅(qū)動，改變兩個X型桿之間夾角，可是使得四組菱 形其中兩組向外延伸時另外兩組向內(nèi)收縮。在機構(gòu)變形過程中，利用機構(gòu)慣性力可以實 現(xiàn)滾動。本發(fā)明的有益效果是，將四組平行四邊形機構(gòu)組合成一個單自由度機構(gòu)，用一 個電機進行驅(qū)動和控制。機構(gòu)外形對稱，由四個菱形組成，通過改變菱形形狀，機構(gòu)可 以實現(xiàn)前進后退，可越過小障礙，遇到大障礙時通過機械方式自行反向運動。機械結(jié)構(gòu) 和控制系統(tǒng)均比較簡單，成本低廉，可靠性高，具有趣味的移動性能，可用于玩具、移 動機器人教學(xué)教具的制作。


圖1縮放滾動機構(gòu)整體示意圖。圖2傳動部分連接剖視圖。圖3聯(lián)接軸結(jié)構(gòu)圖。圖4傳動部分立體圖。圖5H形桿結(jié)構(gòu)圖。圖6Y形桿結(jié)構(gòu)圖。圖7第一 Y形桿、第一 H形桿、第一、二 X形桿的連接圖。圖8縮放機構(gòu)側(cè)視圖。圖9(a)縮放滾動機構(gòu)的運動初始狀態(tài)圖。圖9(b)縮放滾動機構(gòu)的運動翻滾臨界狀態(tài)圖。圖9(c)縮放滾動機構(gòu)的運動翻滾后狀態(tài)圖。圖9(d)縮放滾動機構(gòu)回復(fù)到初始狀態(tài)圖。
具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。一種縮放滾動機構(gòu)，如圖1包括第一和第二 X形桿1、2，第一至第四H形桿 3、5、7、9，第一至第四Y形桿4、6、8、10，第一至第十二轉(zhuǎn)動銷11、12、13、14、 15、16、17、18、19、20、21、22，電機 23，電機座 24，聯(lián)接軸 25，配重 26，軸承 27，
頂絲28。零件的結(jié)構(gòu)及連接方式如下第一 H形桿3的A端和第一 Y形桿4的C端通過第一轉(zhuǎn)動銷11連接在一起， 第一 H形桿3的B端與通過第十二轉(zhuǎn)動銷22與第二 X形桿的外端頭a2相連，第一 Y形 桿4的D端通過第二轉(zhuǎn)動銷12與第一 X形桿的外端頭a3連接，這樣組成一個平行四邊 形機構(gòu)，且邊長相等，構(gòu)成第一菱形。
第二 H形桿5的A端和第二 Y形桿6的C端通過第四轉(zhuǎn)動銷14連接在一起， 第二 H形桿5的B端與通過第三轉(zhuǎn)動銷13與第二 X形桿2的外端頭a4相連，第二 Y形 桿6的D端通過第五轉(zhuǎn)動銷15與第一 X形桿1的外端頭a5連接，構(gòu)成第二菱形。第三H形桿7的A端和第三Y形桿8的C端通過第七轉(zhuǎn)動銷17連接在一起， 第三H形桿7的B端與通過第六轉(zhuǎn)動銷16與第二 X形桿2的外端頭a6相連，第三Y形 桿8的D端通過第八轉(zhuǎn)動銷18與第一 X形桿1的外端頭a7連接，構(gòu)成第三菱形。第四H形桿9的A端和第四Y形桿10的C端通過第十轉(zhuǎn)動銷20連接在一起， 第四H形桿9的B端與通過第九轉(zhuǎn)動銷19與第一 X形桿的外端頭a8相連，第四Y形桿 10的D端通過第十一轉(zhuǎn)動銷21與第二 X形桿的外端頭al連接，構(gòu)成第四菱形。電機23通過螺釘與第二 X形桿2的螺紋連接將電機座24固定在第二 X形桿2 上。連接軸25為階梯軸，如圖3，大的一端通過螺釘與第一 X形桿1的螺紋連接將連接 軸25的一端安裝在第一 X形桿1的沉孔中，連接軸25的另一端穿過軸承27的內(nèi)圈，與 電機軸配合，通過頂絲28與連接軸25小頭處的螺紋連接將電機軸固定，如圖2。為使機構(gòu)保持平衡，配重塊26通過螺釘與第一 X型桿1上的螺紋連接，將配重 塊26固定在第一 X型桿1上，如圖2，第一 X型桿1和第二 X型桿2可以相互繞連接軸 25軸線轉(zhuǎn)動。通過上述步驟完成縮放滾動機構(gòu)的組裝。電機23帶動第二 X型桿2使得機構(gòu)變形，第一和第三菱形變形相同，第一轉(zhuǎn)動 軸11和第七轉(zhuǎn)動軸17同時遠離或接近機構(gòu)中心；第二和第四菱形變形過程與第一和第三 菱形變形過程正好相反。所述的第一至第四H形桿3、5、7、9結(jié)構(gòu)和尺寸相同，如圖1和圖5。所述的第一至第四H形桿的B端設(shè)兩個通孔，兩個通孔同軸，且兩孔之間為一 凹形淺槽，凹形淺槽的寬度等于與第一 X形桿的外端頭a4或第一 X形桿的外端頭a8的 長度或第二 X形桿的外端頭al或第二 X形桿的外端頭a6的長度。所述的第一至第四H形桿的A端設(shè)兩個通孔，兩個通孔同軸，且兩孔之間為一 凹形深槽，凹形深槽寬度等于第一至第四Y形桿的C端的長度，如圖6。所述的第一至第四Y形桿的C端設(shè)一通孔，其長度等于第一至第四H形桿A端 凹形深槽的寬度。所述的第一至第四Y形桿4、6、8、10結(jié)構(gòu)和尺寸相同，如圖1和圖6。所述的第一至第四Y形桿的D端設(shè)兩個通孔，兩個通孔同軸，且兩孔之間為一 凹形深槽，凹形槽寬度等于第一 X形桿的外端頭a3或第一 X形桿的外端頭a7的長度或 第二 X形桿的外端頭al或第二 X形桿的外端頭a5的長度。所述的第一X形桿1和第二X形桿2，中心對稱，其X形狀之間的夾角在20° 30°的端值或其間內(nèi)的任意數(shù)值，均可實現(xiàn)本發(fā)明的功能，如圖4。第二 X形桿2的中心設(shè)一階梯孔，用于安裝軸承27。第一 X形桿1的中心的階 梯孔用安裝連接軸25。第一至第十二轉(zhuǎn)動銷11 22的結(jié)構(gòu)和尺寸相同，與它們相配合的孔間為動配
口 O縮放滾動機構(gòu)利用這種局部縮放原理，使得機構(gòu)在變形過程中利用慣性力實現(xiàn)滾動，為了便于說明，將機構(gòu)以側(cè)視圖展示運動過程。圖9(a)為縮放滾動機構(gòu)的運動初始狀態(tài)，四個菱形相同；然后電機正轉(zhuǎn)驅(qū)動機 構(gòu)，第一和第三菱形向外延伸，第二和第四菱形向內(nèi)收縮。圖9(b)所示為機構(gòu)翻滾的臨界狀態(tài)，此時機構(gòu)重心已經(jīng)很靠近支承面邊緣，電 機急停產(chǎn)生較大慣性力，機構(gòu)將會翻轉(zhuǎn)。圖9(c)為機構(gòu)的運動翻滾后的狀態(tài)，此時，電機開始反向旋轉(zhuǎn)，第一和第三菱 形向內(nèi)收縮，第二和第四菱形向外延伸。圖9(d)所示為機構(gòu)回復(fù)到初始狀態(tài)，通過上述四個步驟完成一個運動周期， 機構(gòu)向前移動一個步長，若在圖9(a)狀態(tài)下，電機旋向與上述步驟相反，則機構(gòu)向左滾 動?？s放滾動機構(gòu)遇到小障礙不足以抵抗慣性力，則機構(gòu)越過障礙，如果遇到較大障 礙，使得慣性力無法起作用，則機構(gòu)會反向運動。
權(quán)利要求
1.種縮放滾動機構(gòu)，其特征在于縮放滾動機構(gòu)包括第一和第二 X形桿(1、 2)，第一至第四H形桿(3、5、7、9)，第一至第四Y形桿(4、6、8、10)，第一至第 十二轉(zhuǎn)動銷(11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22)，電機(23)，電機座 (24)，聯(lián)接軸(25)，配重(26)，軸承(27)，頂絲(28)；第一 H形桿的A端和第一 Y形桿的C端通過第一轉(zhuǎn)動銷(11)連接在一起，第一 H 形桿的B端與通過第十二轉(zhuǎn)動銷(22)與第二 X形桿的外端頭(a2)相連，第一 Y形桿的 D端通過第二轉(zhuǎn)動銷(12)與第一 X形桿的外端頭(a3)連接，這樣組成一個平行四邊形機 構(gòu)，且邊長相等，構(gòu)成第一菱形；第二 H形桿的A端和第二 Y形桿的C端通過第四轉(zhuǎn)動銷(14)連接在一起，第二 H 形桿的B端與通過第三轉(zhuǎn)動銷(13)與第二 X形桿的外端頭(a4)相連，第二 Y形桿的D 端通過第五轉(zhuǎn)動銷(15)與第一 X形桿的外端頭(a5)連接，構(gòu)成第二菱形；第三H形桿(7)的A端和第三Y形桿(8)的C端通過第七轉(zhuǎn)動銷(17)連接在一起， 第三H形桿(7)的B端與通過第六轉(zhuǎn)動銷(16)與第二 X形桿(2)的外端頭(a6)相連， 第三Y形桿(8)的D端通過第八轉(zhuǎn)動銷(18)與第一 X形桿(1)的外端頭(a7)連接，構(gòu) 成第三菱形；第四H形桿(9)的A端和第四Y形桿(10)的C端通過第十轉(zhuǎn)動銷(20)連接在一起， 第四H形桿(9)的B端與通過第九轉(zhuǎn)動銷(19)與第一 X形桿的外端頭(a8)相連，第四 Y形桿(10)的D端通過第十一轉(zhuǎn)動銷(21)與第二 X形桿的外端頭(al)連接，構(gòu)成第四菱形；電機(23)通過電機座(24)固定在第二 X形桿(2)上；連接軸(25)的一端安裝在第一 X形桿(1)上，連接軸(25)的另一端穿過軸承(27) 的內(nèi)圈，與電機軸配合，通過頂絲(28)和電機軸固定；配重塊(26)通過螺釘連接在第一 X型桿⑴上；第一至第四H形桿(3、5、7、9)結(jié)構(gòu)和尺寸相同；第一至第四Y形桿(4、6、8、 10)結(jié)構(gòu)和尺寸相同；第一至第十二轉(zhuǎn)動銷(11 22)的結(jié)構(gòu)和尺寸相同；通過上述步驟完成縮放滾動機構(gòu)的組裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縮放滾動機構(gòu)，其特征在于所述的第一至第四H形桿的B端設(shè)兩個通孔，兩個通孔同軸，且兩孔之間為一凹形 淺槽，凹形淺槽的寬度等于與第一 X形桿的外端頭(a4)或第一 X形桿的外端頭(a8)的 長度或第二 X形桿的外端頭(a2)或第二 X形桿的外端頭(a6)的長度；所述的第一至第四H形桿的A端設(shè)兩個通孔，兩個通孔同軸，且兩孔之間為一凹形 深槽，凹形深槽寬度等于第一至第四Y形桿的C端的長度；所述的第一至第四Y形桿的C端設(shè)一通孔，其長度等于第一至第四H形桿A端凹形 深槽的寬度；所述的第一至第四Y形桿的D端設(shè)兩個通孔，兩個通孔同軸，且兩孔之間為一凹形 深槽，凹形槽寬度等于第一 X形桿的外端頭(a3)或第一 X形桿的外端頭(a7)的長度或 第二 X形桿的外端頭(al)或第二 X形桿的外端頭(a5)的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縮放滾動機構(gòu)，其特征在于所述的第一 X形桿(1)和第二 X形桿(2)的X形狀夾角范圍為20° 30°。
全文摘要
縮放滾動機構(gòu)包括第一和第二X形桿(1、2)，第一至第四H形桿(3、5、7、9)，第一至第四Y形桿(4、6、8、10)，第一至第十二轉(zhuǎn)動銷(11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22)，電機(23)，電機座(24)，聯(lián)接軸(25)，配重(26)，軸承(27)，頂絲(28)；其中兩個X形桿(1、2)，四個H形桿和四個Y形桿通過動轉(zhuǎn)銷組成四組平行四邊形機構(gòu)。電機驅(qū)動第二X形桿2，同時改變四組平行四邊形機構(gòu)的形狀，利用慣性力實現(xiàn)前進后退。該機構(gòu)可越過較小的障礙，遇到大障礙時通過機械方式自行反向運動。機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)均比較簡單，成本低廉，可靠性高，具有趣味的移動性能，可用于玩具、移動機器人教學(xué)教具的制作。
文檔編號B62D57/032GK102009708SQ20101056009
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者姚燕安, 楊春, 田耀斌 申請人:北京交通大學(xué)