一种步进机构制造技术

这是一种安装于汽车、拖拉机等运载工具上的通用行走部件，取代传统的轮子或履带，解决野外恶劣地区行驶缓慢、颠簸震动、耗油量高甚至无法前进的困难。本发明专利技术主要特征在于，它能对随机不平的路面施行检测、作出判断和自动改变“脚掌”的运动轨迹，保持车身平稳前进。而实现这些功能不需要使用传感器、电脑之类，只用普通机械零部件。由机械腿组装成的“机械马”，军事、农业、林业、交通、地质等一切野外作业都能使用。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为主要用于汽车、拖拉机等运载、牵引机械的一种通用部件。本专利技术是模仿动物步行原理，由机械零件构成的行走机构，取代轮子或履带，以提高越野性能和牵引力。模仿动物行走的机器，在本案申请之前已有多种，现于简述并作对比1.九十多年前，1893年美国就有人以“机器马”为题登记了专利，但显然始终没有实施。就其动作原理来说，只能作为一种玩具，在光滑平地上“走步”而已。其简要报导见美国《科学》杂志(SCIENTIFICAMERICAN)1983年5期，科技文献出版社重庆分社有中译本。2.根据上述同一资料来源，在该期杂志中有《走路的机器》一文，比较详细的提出了一种爬行机的设计方案。这是模仿昆虫爬行方式的六足爬行机。其步法原理是六条腿分成两组，每组三条同时落下，就如三角架那样使机身得到稳定支持。另一组腿则提起离地并向前移。两组腿轮流着地，获得连续行走的功能。此类六足爬行机，近年我国电视新闻报导中也出现多次。其中1986年12月，中央电视台播出俄亥俄州立大学的“机器马”也是六足型，有两层楼高，集机械、液压、电器、电子技术于一身，已投入800万美元，但尚未达到实用阶段。1988年元月16日《人民日报》发表了一张照片，是日本试制的“水下机器人”，也是六足爬行式。3.1988年2月28日，《人民日报》报道了国防科技大学制成的我国第一台两足步行机器人。在此之前国外已有同类样机。此种机器人不以载重为目的，而是研究人腿走路机理，主要用于危险环境中的遥控作业。4.1986年，在北京举办的兵器工业部民品展览会上，长春光学机械研究所展出了一台运载步行机，据说已登记专利即将公告。这一机器有八条腿，能够近距离遥控，主要用途为工兵排雷等危险作业，也是运载工具。本专利技术的“机械腿”从形式看，比较接近上述1、4两种而与六足爬行机相去较远，与两足机器人相差更大。无论那一种与本专利技术相比，都有重大本质区别1.本专利技术不是全机设计，而是针对“腿”。以一副腿(两条)为一个独立部件，代替一个车轮。这一特点意味着可适应任何一种现有轮式车辆，只须在原来装轮子的部位换成一副腿，就成为“机器马”，因而可对现有车辆进行改装。与此相反，已有各种设计都是整体设计，必须从头设计和制造。2.行走步法完全不同。与地面接触的脚掌(爪)的运行轨迹，1、3、4三种都是将机械旋转运动转变成含有直线段的封闭回线运动，其回线形态是固定的，不能根据地面起伏而随机改变。相反，本专利技术能适应地形随机起伏，具有对地面高低不平进行检测、判断的本领，和立即作出改变运行轨迹的决策并予执行。因此，即便在困难地区，车身运动仍然十分平稳，能高速行驶。3.各种已出现的六足爬行机和两腿机器人，几乎一无例外地使用电子计算机(电脑)、电器、液压等一系列现代尖端技术，因而结构复杂、造价高昂、维护困难，不易推广。虽然研究多年，至今距离实用阶段还很遥远。与此相反，本专利技术却是一种非常简单的机械杠杆机构，任何一个机械厂都能制造。尽管它具有检测、逻辑判断功能，但不需要电脑、传感器之类。其动力可以是电力，可以是液压或两者的结合，甚至单纯用人力驱动。本专利技术的目的及其效果可从两方面说明1.解决汽车、拖拉机、坦克等运载工具在困难地区如沙漠、沼泽、山地、水田、森林等环境下提高越野性和牵引力。2.从经济方面，步行式车辆在道路困难地区可比轮式、履带式车辆节省燃料。越是困难地区，节油效果越是显著。而且，机械腿只用脚掌稀稀落落的“点”着地，而不是“寸不离地”，因而磨损很小，节省大量用于制造轮胎的橡胶或用于制造履带的合金钢。构成原理本专利技术的核心是一种与以前已公开的机器人、机器马都不相同的行走步法，其动作原理参见附图说明图1到图7。这是步法的分解图。图1，表示了装在车身1上的一副机械腿，正处于静止状态。车身上一个固定标志点2与脚掌3和4所触地面5之间的垂直高度为6，并称之为“标准高度”。图2，车身开始运行(自左向右)，前脚掌离地并向前跨。后脚掌则向后蹬爬，但它在垂直方向上高度不变，车身1仍保持标准高度6。图3，前脚掌3放下并着地。着地点的高度事先不知，只是让脚掌落下直到着地为止。此时着地处到车身标志点之间的高度可能大于也可能小于标准高度，这个高度称之为“着地瞬时高度”7。因为“踩”在高处，故7小于6。脚掌3一旦触地，在垂直方向上的活动被“暂停”(锁住)，但水平方向仍在活动。图4，前脚掌3向后蹬爬，在蹬爬的过程中逐渐地强行伸长(蹬起)，使车身抬高。后脚掌此时已离地前跨。图5，前脚掌已经蹬爬到最后位置(后止点)，车身1的高度也已抬高到标准高度6.后脚掌已到前止点并着地。图6，后脚掌4着地瞬间，在垂直方向上被“暂停”。由于遇到地面低洼点，着地瞬时高度8大于标准高度6。同时，前脚掌已离地开始向前跨步。图7，后脚掌向后蹬爬，并逐渐收缩，使车身1下降。到最后点时，车身1已降到标准高度。以后的动作，重复图2到图7过程。最佳实施方案从技术上易于实现，经济效益好的要求出发，可考虑用液压式机械腿改装现有汽车。改装的方法是只将后轮用机械腿代替，保留前轮。这样改动的工作量较小，汽车原有的驾驶室、车厢、大梁都不用改动，成本低，却获得优越的越野性能。如图8所示，两条单腿构成的一副机械腿，安装于车身1上。车身以箭号2的方向自左至右前进。在图示的状态下，由发动机驱动的油泵4提供的压力油，首先通过换向阀5，然后分成三路。第一路向下打开液压锁9的逆止阀，通过管道10进入垂直油缸11上腔，压活塞杆下行，推动滑轨12右端下移，使滑轨向前下方倾斜，直到滑块13的下端部接触到路面为止。第二路压力油经管道6到水平油缸7的前腔，推动活塞向后，并带动13向后移动。如此，13即向后爬蹬，起到支撑和驱动作用。油缸7后腔的回油，通过管道8到达前腿的水平油缸22的后腔，驱使活塞前移，并带动在滑轨20上的滑块19向前移动。从阀门5出来的第三路油经控制管道虚线通向单向液压锁15。并使之打开，因而允许油缸17上腔的油经管道16返回油池3。在弹簧18的收缩力作用下，滑轨20的前端部被拉到最高位置。于是，在20向上拉起和19右移的配合下，前腿离地向前跨步。由于前腿已离地，车身重量便由后腿支撑。地面反作用力将使垂直油缸11的活塞向上顶，因液压锁9处于封闭状态，于是11的上腔及管道10中的油液被“困”，支持着车身重量。后腿滑块13在着地后爬蹬的过程中，相对于车身1的垂直高度在变化，因为滑轨12是倾斜的。如以28代表车身上一个固定标志点，则28与着地点29之间垂直高度瞬时值25在15后移过程中是逐渐变小的，因而车身相对于地面略有下降。当15走到最后位置时，瞬间高度25将趋近于标准的高度26。如果在开始时滑块13下端触及的路面是凸起的，例如“踩”在石头上，则油缸11的活塞杆伸出不多一点就被停住，滑轨处于向前上方倾斜，此时瞬间高度25将小于标准高度26。但，13在后移的过程中，总是趋向于滑轨12的左支点，也就是25趋向于26，结果车身升起，“爬”上了石头。当13后移到头，碰到触点14，便推动油阀5换向。此时前腿滑块19已向前移到最前点，来自油管16的油压推动油缸17的活塞下压，直到滑块19触及地面。以后的动作就进入下一循环，只不过两腿的状态互换。因此，只需连续供油，便可连续行走。其速度取决于供油的流量，其爬坡能本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利是以一种独特的行走步法（原理）为核心，这种步法的要点是：通过腿的伸缩以适应地形的起伏，又通过腿的伸缩来保持车身中心高度，或者具体一点：腿在前跨着地瞬间，腿的伸缩暂时停止，在向后蹬爬过程中通过伸或缩恢复到标准高度。（标准高度的定义已 在说明书中叙述）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔启坤，
申请(专利权)人：崔启坤，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]