分动式控制多足步行机制造技术

本发明专利技术公开了一种分动式控制多足步行机，主要包括中心驱动能源机构、分动器机构、联动器机构和布置在步行机架体两侧的可调节腿机构，中心驱动能源通过减速机构与分动器机构连接，分动器机构通过连杆与联动器机构连接，联动器机构带动以Z字形交错分布在分动式控制多足步行机架体两侧的可调节腿机构运动，驱动步行机行进；本发明专利技术打破了传统步行机的单一的驱动控制方式，控制装置简单，但是能源利用率、速度、稳定性、机动性和承载能力都将得到很大的提高。

【技术实现步骤摘要】
分动式控制多足步行机
本专利技术属于多足步行机领域和交通运输工程领域，具体涉及一种分动式控制的多足步行机。
技术介绍
在自然界中，存在一些人类无法到达的地方和一些可能危及人类生命的特殊场合，如水下作业、星球探测、山路行走等。对于那些具有地形不规则和崎岖不平特点的恶劣环境，轮式移动步行机和履带式移动步行机的应用受到限制。与轮式和履带式移动步行机相比，在崎岖不平的路面上，多足步行机具有独特优越的性能，在这种背景下，对于多足步行机的研究蓬勃发展起来，而仿生步行机的出现更加显示出多足步行机的优势。目前世界上许多国家都已经投入相当大的人力和财力开展这类步行机的研究与开发。社会上已经出现的多足步行机无论在机械机构上还是在控制系统上都无法突破功能的单一性，并且在全方位、快速、自适应动态步行等运动控制方面还有许多的不足和限定条件，都是只能进行单一的控制，比如:只能单独控制每条腿的单独运动，这类机构能源的利用率太低，而且这类步行机所承受的载荷不能很大，严重制约其使用价值。现有的多足步行机大多采用分布控制，结构复杂，传动效率低，这样的腿很难实现实用的具有合理的步行机机械结构和控制系统。如现在利用仿生学原理研制出来的很多微型多足步行机，虽然结构简单，但是每条腿不能单独控制，且缺乏柔性，不能抗冲击。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分动式控制多足步行机，它控制装置简单并能够承受较大的负载且运动自由度大。实现本专利技术目的的技术解决方案为:一种分动式控制多足步行机，主要包括中心驱动能源机构、分动器机构、联动器机构和布置在步行机架体两侧的可调节腿机构，中心驱动能源通过减速机构与分动器机构连接，分动器机构通过连杆与联动器机构连接，联动器机构带动以Z字形交错分布在分动式控制多足步行机架体两侧的可调节腿机构运动，驱动步行机行进；中心驱动能源机构工作时，动力经分动器机构后输出类似于封闭半圆弧曲线，再带动联动器机构沿封闭半圆弧曲线的轨迹运动，可调节腿机构末端与联动器机构连接，在大腿根部用十字结与分动式控制多足步行机架体连接，使得可调节腿机构的运动轨迹与分动器机构的输出曲线形成反对称形式，当分动器机构运动带动可调节腿机构运动时，可调节腿机构在地面上的运动轨迹就是分动器机构输出曲线的直线段，在空中的运动轨迹为分动器机构输出曲线的圆弧段，上述直线段的运动时间不小于圆弧段的运动时间，以确保分动式控制多足步行机在行进过程中至少有一组可调节腿机构在地面上；分动器机构有两组以上输出曲线，设置每组曲线的起始输出位置，实现分动式控制多足步行机多分节律迈步前进；可调节腿机构可以调节腿的长度和腿的弯曲角度，实现分动式控制多足步行机抬脚高度和迈步宽度的双重调节；在可调节腿机构的小腿处设置具有可调节的减震弹簧，以减小分动式控制多足步行机在行进时对架体的冲击。本专利技术与现有技术相比，其显著优点:(I)采用分动式驱动控制的设计思想，打破了传统步行机的单一的驱动控制方式；(2)使得多足步行机的能源利用率将有一个很大的提高；(3)采取本专利技术的机构的控制装置简单；(4)多足步行机在速度、稳定性、机动性和承载能力将得到很大提闻。【附图说明】图1为本专利技术的原理示意图。图2为本专利技术的中心驱动能源机构和分动器机构示意图。图3为本专利技术以Z字形交错分布在分动式控制多足步行机架体两侧的可调节腿机构。图4为本专利技术分动器机构中的回归式凸轮四杆机构示意图。图5为本专利技术的可调节腿机构的运动轨迹曲线示意图。图6为本专利技术的整体结构示意图。图7为本专利技术的限位机构示意图。图8 Ca)为本专利技术的快速步行联动器局部视图；图8 (b)为本专利技术的快速步行联动器的局部剖视图。图9为本专利技术的可调节腿机构示意图。【具体实施方式】结合图1、图2和图3，分动式控制多足步行机，包括中心驱动能源机构、分动器机构、联动器机构和以Z字形交错分布在分动式控制多足步行机架体两侧的可调节腿机构。中心驱动能源机构包括中心能源I (市购)和减速机构，中心能源可以使用柴油机、汽油机或电机等；减速机构包括直齿锥齿轮轴2、直齿锥齿轮3、小直齿轮轴P、第一直齿轮4、导杆5、第二直齿轮6和支座7。将支座7固定在分动式控制多足步行机架体15的上方，支座7的特征在于它有三个安装凸台X、Y和Ζ，凸台X与凸台Y的安装孔轴线相互垂直，凸台Y与凸台Z的安装孔轴线相互平行，直齿锥齿轮轴2安装在凸台X上，直齿锥齿轮3与直齿轮轴P两侧对称的安装在凸台Y上，直齿锥齿轮3与直齿轮轴P固定，直齿锥齿轮轴2与直齿锥齿轮3啮合，第一直齿轮4与第二直齿轮6通过导杆5两侧对称安装在凸台Z上，直齿轮轴P与第二直齿轮6哨合,第一直齿轮4与第二直齿轮6分别于导杆5的两端固定。工作时，中心能源I驱动直齿锥齿轮轴2，带动直齿锥齿轮3与直齿轮轴P同步转动，再带动第一直齿轮4和第二直齿轮6转动。中心驱动能源机构将中心能源的输入一分为二输出。结合图2和图4，分动器机构由两组以上平行布置的回归式凸轮四杆机构组成(回归式凸轮四杆机构可以是两组、三组、四组甚至更多组，下面以两组为例进行说明)，回归式凸轮四杆机构的安装平面与支座7的安装平面平行，回归式凸轮四杆机构ABCD由曲柄杆ΑΒ、连杆BC、摆杆⑶和固定杆DA组成，其中连杆BC、摆杆⑶和固定杆DA长度相等，固定杆DA的A端取为第一直齿轮4的转动中心,在第一直齿轮4的半径方向上取一点Β,Α、Β两点的长度与曲柄杆AB的长度相等，固定杆DA的D端固定在支座7上，摆杆CD可绕D点转动，四杆首尾依次用旋转副连接。另一组回归式凸轮四杆机构Ai B' C1 Di与AB⑶结构相同，不同的是:A'取第二直齿轮6的转动中心，B'是第二直齿轮6半径方向上的一点，D'与D位置相同，在初始位置上AB与A' B'相差一定的相位角。当驱动导杆5转动时，第一直齿轮4与第二直齿轮6同步转动，第一直齿轮4带动连杆BC绕B点转动，连杆BC带动杆⑶绕D端转动，第二直齿轮6带动连杆B' C1绕B'点转动，连杆B' C1带动摆杆Ci Di绕IV端转动。连杆BC的凸出端E为四连杆AB⑶运动曲线的输出端，连杆K Ci的凸出端E'为四连杆A' B' C' D'运动曲线的输出端。驱动中心能源1，动力经减速机构传到分动器机构，分动器机构通过联动器机构带动可调节腿机构，实现可调节腿机构按照分动器机构输出的曲线运动。结合图5，步行机足部着地行走的轨迹曲线接近直线，实现步行机可以在地面平稳行走；步行足腿部抬起轨迹类似于半圆弧，实现步行机的迈步。设置分动器机构的两组输出曲线(输出曲线可以是两组、三组、四组甚至更多组，它与回归式凸轮四杆机构的组数一致，下面以两组为例进行说明)的初始位置，实现当一组步行足着地而另外一组步行足在空中划弧线，在步行机行进过程中始终保持有一组足着地，从而实现两组足交换行走的功能，使步行机可以平稳的一步一步前进。结合图2、图6和图7，联动器机构包括快速步行联动器(快速步行联动器可以是两组、三组、四组甚至更多组，它与输出曲线的组数一致，下面以两组为例进行说明)和限位机构(限位机构的个数与快速步行联动器的组数对应，一组快速步行联动器可以与一个以上的限位机构连接)，快速步行联动器是腿机构与分动器机构中间连接的桥梁，第一快速步行联动器10与连杆8的一端固定连接，第一连杆8的另一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分动式控制多足步行机，主要包括中心驱动能源机构、分动器机构、联动器机构和布置在步行机架体两侧的可调节腿机构，其特征在于：中心驱动能源通过减速机构与分动器机构连接，分动器机构通过连杆与联动器机构连接，联动器机构带动以Z字形交错分布在分动式控制多足步行机架体两侧的可调节腿机构运动，驱动步行机行进；中心驱动能源机构工作时，动力经分动器机构后输出类似于封闭半圆弧曲线，再带动联动器机构沿封闭半圆弧曲线的轨迹运动，可调节腿机构末端与联动器机构连接，在大腿根部用十字结与分动式控制多足步行机架体连接，使得可调节腿机构的运动轨迹与分动器机构的输出曲线形成反对称形式，当分动器机构运动带动可调节腿机构运动时，可调节腿机构在地面上的运动轨迹就是分动器机构输出曲线的直线段，在空中的运动轨迹为分动器机构输出曲线的圆弧段，上述直线段的运动时间不小于圆弧段的运动时间，以确保分动式控制多足步行机在行进过程中至少有一组可调节腿机构在地面上；分动器机构有两组以上输出曲线，设置每组曲线的起始输出位置，实现分动式控制多足步行机多分节律迈步前进；可调节腿机构可以调节腿的长度和腿的弯曲角度，实现分动式控制多足步行机抬脚高度和迈步宽度的双重调节；在可调节腿机构的小腿处设置具有可调节的减震弹簧，以减小分动式控制多足步行机在行进时对架体的冲击。...

【技术特征摘要】
1.一种分动式控制多足步行机，主要包括中心驱动能源机构、分动器机构、联动器机构和布置在步行机架体两侧的可调节腿机构，其特征在于:中心驱动能源通过减速机构与分动器机构连接，分动器机构通过连杆与联动器机构连接，联动器机构带动以Z字形交错分布在分动式控制多足步行机架体两侧的可调节腿机构运动，驱动步行机行进；中心驱动能源机构工作时，动力经分动器机构后输出类似于封闭半圆弧曲线，再带动联动器机构沿封闭半圆弧曲线的轨迹运动，可调节腿机构末端与联动器机构连接，在大腿根部用十字结与分动式控制多足步行机架体连接，使得可调节腿机构的运动轨迹与分动器机构的输出曲线形成反对称形式，当分动器机构运动带动可调节腿机构运动时，可调节腿机构在地面上的运动轨迹就是分动器机构输出曲线的直线段，在空中的运动轨迹为分动器机构输出曲线的圆弧段，上述直线段的运动时间不小于圆弧段的运动时间，以确保分动式控制多足步行机在行进过程中至少有一组可调节腿机构在地面上；分动器机构有两组以上输出曲线，设置每组曲线的起始输出位置，实现分动式控制多足步行机多分节律迈步前进；可调节腿机构可以调节腿的长度和腿的弯曲角度，实现分动式控制多足步行机抬脚高度和迈步宽度的双重调节；在可调节腿机构的小腿处设置具有可调节的减震弹簧，以减小分动式控制多足步行机在行进时对架体的冲击。2.根据权利要求1所述的分动式控制多足步行机，其特征在于:减速机构包括直齿锥齿轮轴(2)、直齿锥齿轮(3)、小直齿轮轴(P)、第一直齿轮(4)、导杆(5)、第二直齿轮(6)和支座(7);将支座(7)固定在分动式控制多足步行机架体(15)的上方，支座(7)的特征在于它有三个安装凸台分别为凸台(X)、凸台(Y)和凸台(Z)，凸台(X)与凸台(Y)的安装孔轴线相互垂直，凸台(Y)与凸台(Z)的安装孔轴线相互平行，直齿锥齿轮轴(2)安装在凸台(X)上，直齿锥齿轮(3)与直齿轮轴(P)两侧对称的安装在凸台(Y)上，直齿锥齿轮(3)与直齿轮轴(P)固定，直齿锥齿轮轴(2)与直齿锥齿轮(3)啮合，第一直齿轮(4)与第二直齿轮(6)通过导杆(5)两侧对称安装在凸台(Z)上，直齿轮轴(P)与第二直齿轮(6)啮合，第一直齿轮(4)与第二直齿轮(6)分别于导杆(5)的两端固定；工作时，中心能源(I)驱动直齿锥齿轮轴(2)，带动直齿锥齿轮(3)与直齿轮轴(P)同步转动，再带动第一直齿轮(4)和第二直齿轮(6)同步转动。3.根据权利要求1所述的分动式控制多足步行机，其特征在于:分动器机构由两组以上平行布置的回归式凸轮四杆机构组成，回归式凸轮四杆机构的安装面与第一直齿轮(4)平行，回归式凸轮四杆机构由曲柄杆、连杆、摆杆和固定杆组成，固定杆的A端取为直齿轮的转动中心，在直齿轮的半径方向上取一点B，A、B两点的长度与曲柄杆的长度相等，固定杆的D端固定在支座(7)上，摆杆可绕D点转动，四杆首尾依次用旋转副连接；在与曲柄杆连接的连杆上方取一点E，使曲柄杆驱动回归式凸轮四杆机构运动时，点E的输出曲线类似于一个封闭的半圆弧，...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴劲松，王茂森，税华，杨洋，林圣业，刘洪林，申培刚，张磊阁，陈伟，郑纯，黄陈磊，李仲，陈琳，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：