【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及步行器科普教具，尤其是一种被动步行下坡的简易四足坡道步行器的科普教具及其行走方法。
技术介绍
1、被动动力坡道步行器是一种仅依靠自身重力在斜坡上行走的机器人。这种机器人步行的周期性和稳定性探究具有重要意义，它能帮助我们了解四足动物的行走模式以及如何更有效地行走。现有的研究主要设计了关节为铰链形式的坡道步行器，并通过绘制相图来分析极限环存在，进而研究它的周期性和稳定性。然而，虽然现有研究在铰链关节和主动动力馈入情况有了深入的研究，但仍然缺少对弹性关节和较为简单模型的步行可行性的研究。由于弹性关节本身性质，在步行器下坡过程中存在重力势能转换为弹性势能储存并释放的过程，这会影响此机器人的运动状态。
技术实现思路
1、专利技术的目的是针对现有技术不足而设计的一种弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具及行走方法，采用弹性材的关节以及插件式结构，设计了一种只凭借自身重力下坡的简易四足坡道步行器，利用弹性关节在步行器下坡过程中存在重力势能，将其转换为弹性势能储存并释放的过程，达到稳定下坡的目的，以此影响机器人的运动状态。该步行器结构简单，各组件采用插件式设计，并引入了弹性材料，实现了非铰链结构下稳定步行的可行性。可配套多种附件，支持改变腿长、关节软硬程度、身体宽度、斜面摩擦系数等多种参数，可作为一种创新教具，应用于力学于材料学的科普展示与青少年科创探究，开发青少年的智力和创造力，具有良好的教育示范作用。
2、实现本专利技术目的具体技术方案是：一种弹性关节且被动动力坡道步行
3、所述模拟身体骨架为具有四个同向矩形关节接口的薄片，保证同侧腿摆动方向一致。
4、所述模拟关节的环形连接件为弹性材料如tpu制作，具有弹性，保证腿前后摆动，模拟关节两端开口分别于身体和腿连接。模拟关节的其它部分由刚性如pla材料制作。
5、所述模拟腿为一边具圆弧的矩形薄片，且下部圆弧圆心位于棱上，模拟腿的底部为圆弧结构，保证其左右摆动。
6、一种弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具的行走方法，其特点是，所述被动动力坡道步行器的行走具体包括以下步骤：
7、步骤一：搭建一个步行斜面，保证其表面垂直，且具有一定角度；
8、步骤二：组装具有弹性关节且被动下坡的四足坡道步行器；
9、步骤三：将步行器放置在斜面上，略微左右倾斜一定角度，然后释放；
10、步骤四：观察步行器行走状态，适当调整斜面倾角，使步行器能稳定下坡。
11、所述步骤一搭建斜面的倾角介于6°~11°，且斜面与步行器的模拟腿的摩擦系数需大于0.1。
12、所述步骤二步行器的组装包括：
13、步骤a1：将模拟身体骨架的四个矩形关节a接口分别插入四个模拟关节一端的矩形空腔；
14、步骤a2：将四条模拟腿上端的矩形关节b接口分别插入四个模拟关节另一端的矩形空腔，并确保四条模拟腿的圆弧部分朝外。
15、所述步骤三的模拟关节的环形连接件在释放弹性时，其侧倾角度小于10°。
16、所述步骤四的步行器行走包括下述行走状态：
17、1）步行器步行时发生左右摆动，在向一侧摆时另一侧腿抬起；
18、2）步行器侧摆后触地的两条腿前倾，悬空的两条腿前摆；
19、3）步行器行走过程中触地的腿相对于斜面静止，不发生滑动；
20、4）步行器行走过程中同一侧的腿运动状态相同。
21、本专利技术与现有技术相比具有结构简单，各组件采用插件式设计，并引入了弹性材料，实现了非铰链结构下稳定步行的可行性。可配套多种附件，支持改变腿长、关节软硬程度、身体宽度、斜面摩擦系数等多种参数，可作为一种创新教具，应用于力学于材料学的科普展示与青少年科创探究，开发青少年的智力和创造力，具有良好的教育示范作用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具，其特征在于，采用模拟身体骨架与四条模拟腿及其四个模拟关节组成只凭借自身重力下坡的四足坡道步行器，所述模拟身体骨架为具有四个同向的矩形关节A接口的步行器骨架；所述模拟腿为矩形薄片，其上端设有矩形关节B接口，下端设有圆弧边，且下部圆弧圆心位于矩形薄片的长边上；所述模拟关节由弹性材料制作的环形连接件和两矩形空腔组成直角结构的构件，其一端的矩形空腔与模拟身体骨架的矩形关节A接口插接，另一端的矩形空腔与模拟腿的矩形关节B接口插接，同理将其余三个模拟关节分别与模拟身体骨架和模拟腿插接，组成弹性关节且能被动步行下坡的四足坡道步行器。
2.根据权利要求1所述的弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具，其特征在于，所述模拟关节的环形连接件采用TPU的弹性材料制作，模拟关节两端的矩形空腔采用PLA刚性材料制作。
3.一种弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具的行走方法，其特征在于，所述被动动力坡道步行器的行走具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具的行走方法，其特征在于，所述步骤一所搭
5.根据权利要求3所述的弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具的行走方法，其特征在于，所述步骤二的步行器组装包括：
6.根据权利要求3所述的弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具的行走方法，其特征在于，所述步骤三的环形连接件释放时的侧倾角度小于10°。
7.根据权利要求3所述的弹性关节被动动力坡道步行器的科普教具的行走方法，其特征在于，所述步骤四的步行器行走时包括下述行走状态：
...【技术特征摘要】
1.一种弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具，其特征在于，采用模拟身体骨架与四条模拟腿及其四个模拟关节组成只凭借自身重力下坡的四足坡道步行器，所述模拟身体骨架为具有四个同向的矩形关节a接口的步行器骨架；所述模拟腿为矩形薄片，其上端设有矩形关节b接口，下端设有圆弧边，且下部圆弧圆心位于矩形薄片的长边上；所述模拟关节由弹性材料制作的环形连接件和两矩形空腔组成直角结构的构件，其一端的矩形空腔与模拟身体骨架的矩形关节a接口插接，另一端的矩形空腔与模拟腿的矩形关节b接口插接，同理将其余三个模拟关节分别与模拟身体骨架和模拟腿插接，组成弹性关节且能被动步行下坡的四足坡道步行器。
2.根据权利要求1所述的弹性关节且被动动力坡道步行器科普教具，其特征在于，所述模拟关节的环形连接件采用tpu的弹性材料制作，模拟关节两端的矩形空腔采用pl...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆弈安，董一维，王春梅，夏成杰，张杰，詹清峰，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。