專利名稱：上下階梯的步行機械裝置的制作方法
所屬領域本發明涉及一種上下階梯的步行機械裝置。
背景技術：
目前，從媒體及各種渠道所知，現行步行機器人能上下階梯的都是由液壓傳動及在關節處安裝電機方式，致使結構復雜，控制難度大及控制設備復雜，致使成本昂貴，難以普及。
發明內容
本發明的目的是以相對簡單的機械傳動及控制，來達到自由上下階梯及轉向功能。本發明的目的是以通過以下途徑來達到的本發明為一種上下階梯的步行機械裝置，主體是由三個四連桿機構構成的工字形支架構成.工字型支架的前后8個端點分別與四個解構與功能相同的臂部相鉸鏈形成兩個四連桿機構，每個臂部由支板與支板經定位銷固定連接形成平行板框架，齒輪與齒輪相咬合在平行板框架內與之固定相連，擺動齒輪與齒輪由鏈板相連，與齒輪相咬合，形成擺動齒輪，在平行板框架內擺動齒輪與同軸的位置擺動桿固定相連，抬腿控制裝置與下階梯及閘平衡裝置安裝在支板外側的支架內，偏心輪在支板外側與齒輪同軸固定連接，與下階梯及閘平衡裝置通過卡簧舌連接與控制，抬腿控制器與支板上的支架及連桿形成滑動連接，連桿通過控制軟軸與控能把相連，擋板與卡軸鉸鏈，控制擺動桿，下階梯及閘平衡控制裝置與支板上的支架，支架，立板形成滑動連接，下階梯及閘平衡控制裝置由主動滑塊與被動滑塊經由凸輪裝置控制的卡簧舌和被動卡簧舌控制連接，被動滑塊與連桿，連桿，滾輪相鉸鏈，由彈簧接緊，與由彈簧接緊的被動卡簧舌做滑推動作。主動滑塊通過控制鋼絲軟軸與足部相連。被動滑塊通過控制鋼絲軟軸與控制把相連，被動滑塊通過控制鋼絲軟軸與卡簧控制器相連，每個臂部與一條腿相連，在支板外側與擺動齒輪同軸固定相連的轉動軸桿與大腿頂端相鉸鏈，在支板外側與齒輪同軸固定相連的轉動軸桿與大腿滑動連接，與大腿連桿相鉸鏈，腿由大腿、大腿連桿、限位連桿、小腿、小腿連桿相鉸接形成，足部由連桿、連桿、連桿、連桿及固定支桿形成滑動四連桿，并通過控制鋼絲軟軸與下階梯及閘平衡控制器相連，三個四連桿形成的工字架中，前后四連桿的上橫梁，下橫梁的中間都沒有卡簧控制器，卡黃控制器由兩個卡簧組成，分別由左右兩條腿的下階梯及閘平衡控制器，經控制鋼絲軟軸相連，中間四連桿系統中的上主支架梁與下主支架梁之間由連桿、連桿鉸鏈連接，連桿與被動螺母鉸鏈，被動螺母與螺桿固定于下主支架梁下的瓦座，與動力軸經轉向相反的皮帶連接。本發明與現有技術相比結構簡單，成本低，跨越各種復雜地形功能齊全，負重板總是保持水平，整機運行平穩，維修簡單。本發明通過利用平行四連桿機構所組成的工字形(三個四連桿機構)活動構架，連接起各腿組，使每一組腿的兩條腿做交錯運動，前后組腿做交錯運動，在受控的情況下，完成前進、轉彎、上下階梯動作。上下階梯步行機的主要功能是由動力機構帶動機械腿及將其連接起來的絞鏈連桿構架結構所完成的。是可進行一定角度(45°)的上下、轉彎運動的行走機械裝置。本發明是應用四條腿或多組(兩條為一組)形成多腿行走機械機構。適用于機器人、代步工具及各種環境下的載體。步行機的腿部動力是由電動機經尼龍軟軸——錐齒分軸傳動器——傳動軸——尼龍軟軸——減速器——主傳動軸——鋼絲軟軸——腿部控制裝置的三連動齒輪——上下轉動桿——腿部，帶動腿部前后擺動，形成腿部運動。本發明在其基礎上如加裝其它裝置，例如遙控裝置、機械手臂等，還可成為其它特種環境下的運載工具。
圖1為本發明整體結構2為圖1的左視3為主體框架4為肩部結構5為上階梯控制器結構6為下階梯及閘平衡控制器結構7抬腿工作示意8為卡簧控制器結構9為足部結構10為主四連桿機構及平衡裝置示意圖
具體實施例方式本發明為一種上下階梯的步行機械裝置，如圖3所示，主體是由三個四連桿機構構成的工字形支架構成。工字型支架的前后8個端點分別與四個解構與功能相同的臂部相鉸鏈形成兩個四連桿機構，如圖1、圖2所示，每個臂部由支板16與支板23經定位銷固定連接形成平行板框架，齒輪2與齒輪3相咬合在平行板框架內與之固定相連，擺動齒輪1與齒輪2由鏈板相連，與齒輪1相咬合，形成擺動齒輪1，在平行板框架內擺動齒輪1與同軸的位置擺動桿12固定相連，如圖4、圖5所示，抬腿控制裝置14與下階梯及閘平衡裝置20安裝在支板16外側的支架內，偏心輪19在支板16外側與齒輪3同軸固定連接，如圖6所示，與下階梯及閘平衡裝置20通過卡簧舌連接與控制，抬腿控制器14與支板16上的支架16-2及連桿15形成滑動連接，連桿15通過控制軟軸18與控能把51相連，擋板14-1與卡軸17鉸鏈，控制擺動桿13，下階梯及閘平衡控制裝置20與支板16上的支架16-3，支架16-4，立板16-5形成滑動連接，下階梯及閘平衡控制裝置20由主動滑塊20-5與被動滑塊20-3經由凸輪裝置19控制的卡簧舌20-1和被動卡簧舌20-4控制連接，被動滑塊20-3與連桿20-6，連桿20-7，滾輪20-5相鉸鏈，由彈簧接緊，與由彈簧接緊的被動卡簧舌做滑推動作，主動滑塊20-2通過控制鋼絲軟軸12與足部11相連，被動滑塊20-3通過控制鋼絲軟軸21與控制把5相連，被動滑塊20-3通過控制鋼絲軟軸22與卡簧控制器28相連，每個臂部與一條腿相連，在支板23外側與擺動齒輪1同軸固定相連的轉動軸桿4與大腿6頂端相鉸鏈，在支板23外側與齒輪3同軸固定相連的轉動軸桿5與大腿6滑動連接，與大腿連桿相鉸鏈，腿由大腿6、大腿連桿7、限位連桿8、小腿9、小腿連桿10相鉸接形成，如圖9所示，足部11由連桿11-1、連桿11-2、連桿11-3、連桿11-4及固定支桿11-9形成滑動四連桿，并通過控制鋼絲軟軸12與下階梯及閘平衡控制器20相連，三個四連桿形成的工字架中，前后四連桿的上橫梁29，下橫梁30的中間都沒有卡簧控制器28，如圖8所示，卡黃控制器28由兩個卡簧28-1組成，分別由左右兩條腿的下階梯及閘平衡控制器20，經控制鋼絲軟軸22相連，如圖10所示，中間四連桿系統中的上主支架梁32與下主支架梁33之間由連桿41、連桿42鉸鏈連接，連桿41與被動螺母40鉸鏈，被動螺母40與螺桿39固定于下主支架梁33下的瓦座，與動力軸經轉向相反的皮帶連接。
如圖1所示，步行機的單腿結構與運行方式是由控制腿部運動的三連動齒輪1，2，3的最上下齒輪1，3傳動到與其同軸的圓周轉動桿4，5，其中上圓周轉動桿4與大腿(6)上部為絞鏈連接，下圓周轉動桿(5)在大腿(6)的滑動槽內做往復滑動連接，，從而帶動大腿做往復上下合成運動，由大腿桿(6)帶動小腿(9)、足(11)，當足從A點運動到B點的過程中大腿(6)及轉動桿(5)所帶動的拉桿(7、8、9)，控制小腿狀態及腳的著地角度，完成近似平直運動。當腿從B點運動A點過程中由轉動桿(4、5)帶動大腿做邁步動作，此時拉桿(7)拉動限位拉桿(8)到極限位置，帶動小腿(9)與大腿形成彎曲，提高高度，完成邁腿動作。
步行機三連動齒輪的最上輪為擺動齒輪(1)，如圖7所示，平面行走時，擺動桿(13)及其所帶的擺動齒輪(1)由于向卡簧(17)卡住擺輪桿(13)，行走時不產生上階梯動作，當需要上階梯或大坡時，搬動抬腿控制閘把(52)經傳動鋼絲軟軸(18)拉動聯桿(15)(帶壓力彈簧)，使擋板(14)(組件)壓下到阻擋位置，當腿從A點起時，擺動桿齒輪(1)同心相連的位置控制桿(12)(與齒輪同步做圓周運動帶柄輪的桿)轉到擋板(14)阻擋位置，受壓擋板(14-1)受壓，向上運動。拉動單向卡簧(17)，使擺動桿(13)不受單向卡簧(17)限制，由擺動齒輪帶動位，置控制桿(12)受到擋板(14)阻擋，帶動擺桿和擺動齒輪擺向阻擋一側，同時，擺動齒輪帶動圓周轉動桿，帶動大腿，使腿抬高。當達到極限位置角α(擺桿與原位置最大夾角)后回到阻擋位置起始點，如圖2所示，經過起始點后位置控制桿(12)脫離阻擋板，此時，受壓擋板(14-1)回到原來位置，單向卡簧(17)重新工作]進入引導塊(16-1)(與固定支板(16)一體的導塊)，帶動擺桿(13)和擺動齒輪(1)回到原位置。此過程由擺動齒輪(1)、圓周聯桿(4)帶動腿部完成一次上階梯動作。在兩腿為一組的情況下，兩腿交替邁步，完成上階梯動作。當不需要上階梯時，搬回抬腿控制閘把，回到原狀態，不產生上階梯動作。
如圖2所示，兩支對稱腿及控制裝置和連接兩條腿的上下兩條連桿形成四連桿結構。上橫梁(29)一般比下橫梁微長，以保持在下階梯后兩腿之間的水平距離，在上橫梁(29)和下橫梁(30)兩中心點與轉動支架梁(27)相連，下橫梁(30)和下橫梁(30)可饒轉動支架梁(27)擺動在轉動支架梁與下橫梁(30)之間設有一對卡簧裝置(28)可控制上下橫梁與轉動支架梁(27)之間的擺動，由于上、下橫梁與腿控制裝置支架(16、16*)形成四連桿機構。兩條腿能上、下相對運動，卡簧裝置(28)中設有兩個卡簧，其中任何一個卡住時，四連桿機構為鋼性連接，卡簧(28-1)另一端經過鋼絲軟軸控制線(22)連接到下階梯及閘平衡控制器(20)中的被動拉桿(20-3)，再由主動拉桿(20-2)、由軟軸控制線(12)連接到足部滑動軸(11-7)軸(11-8)，由于兩腿是對稱運動，所以當一條腿足部著地時，另一條腿抬起邁步。著地足部在重力作用下，使滑動軸(11--7)相對于軸(11--8)向上滑動，經鋼絲軟軸(12)拉動主動拉桿(20--2)由主動拉桿(20--)中的卡簧(20--1)卡住被動拉桿(20--3)中的卡簧(20--4)，拉動被動拉桿(20--3)，再經鋼絲軟軸(23)拉動卡簧控制器(28)中的卡簧(28--1)，鎖緊下橫梁(30)，使四連桿機構成鋼性連接，同時抬起的腿，足部滑動軸(11--7)回到最低位，此過程和上述過程相反，致使卡簧(28--1*)在彈簧(28--2*)的作用下松開下橫梁(30)。如圖6所示，當步行機在平面道路上行走時，兩卡簧(28--1，28--1*)相互交替鎖緊下橫梁(30)使四連桿機構為鋼性連接，當步行機遇到下階梯或一定角度的坡時，兩足(11，11*)到了交替壓緊點時，壓緊足一側的主動拉桿(20--2)中的卡簧(20--1)，由于偏心輪(19--1，19--2)在此時的位置是極限拉開位置，卡簧(20-1)此時被拉開致使主動桿(20--2)與被動拉桿(20--3)分開，被動拉桿(20--3)在彈簧作用下致使原來壓緊的卡簧(28--1)松開，這時，由兩腿控制的卡簧(28--1，28--1*)都處于松開狀態四連桿機構為自由擺動狀態，致使沒著地的腿在重力作用下向下運動，直到接觸地面，壓緊足部滑動軸(11--7*)，經過由鋼絲軟軸(12*)——下階梯及閘平衡控制裝置(20*)——鋼絲軟軸(22*)——卡簧(28--1*)鎖緊下橫梁(30)，使四連桿機構重新成為鋼性連接。經雙腿在邁步過程中交替向下邁步，完成步行機下階梯動作過程。
如圖6所示，當步行機需要停止時，在方向控制把上安裝有閘把(51)。拉動閘把(51)，關閉電源，此時，四足中可能有兩足沒著地的情況，拉動閘把(51)時，帶動于其相連的鋼絲軟軸(21)及其另一端的下階梯及閘平衡控制裝置(20)中的被動拉桿(20--3)上的連桿(20--5，20--6)中的連桿銷軸(20--7)上，連桿推動卡簧(20--4)，使主動拉桿(20--2)與被動拉桿(20--3)分開，被動拉桿(20--3)在彈簧(20--9)的作用下，回到起始位置，經鋼絲軟軸(22)，在彈簧(28--2)的作用下，鎖緊卡簧(28--1)松開，此時，所有的卡簧都松開了，四連桿機構為非鋼性連接，沒落下的腿落下，鋼絲軟軸(22)拉連桿(20--5，20-6)到極限位置后，帶動被動拉桿(20--3)向下運動，與主動拉桿(20--2)重新卡合，從而帶動卡簧(28--1)與下橫梁(30)重新鎖緊，使四連桿機構重新形成鋼性連接，完成剎閘動作。
步行機連接前后組腿的主梁結構主要是由連接前后組腿上下橫梁(29，30)的轉動支架梁(27)，連接到轉彎支架梁(31)，再連接到上下主體支架(32，33)，形成主體結構。與前后組腿下橫梁(30，30*)連接的轉動支架梁(27，27*)之間有鋼絲軟軸(54，55)交叉相連，以控制前后組腿協調轉向，在轉動支架梁(27)及轉向控制把(26)與轉彎支架梁(31)之間有轉向定位卡(56)連接，在卡住時，轉動支架梁(27)與轉彎支架梁(31)之間不能相互轉動，形成鋼性連接，在搬動轉向控制把(57)后，轉向定位卡(56)開啟，轉動支架梁(27)與轉彎支架梁(31)之間就能相互轉動，形成絞鏈連接，使步行機在轉向控制把(26)的控制下，就可以做轉向動作。
步行機由于主梁支架結構為平行四連桿機構，在動力平衡控制機構控制下，可以調整，使各條腿與水平面保持相對垂直。其特點是由電機(47)經尼龍軟軸帶動錐齒分軸傳動器(34)，帶動兩輸出軸做相反轉動，使兩壓緊磨擦輪(35，35*)隨軸做相反轉動，兩壓緊磨擦輪在軸上可做相對滑動。當步行機上下階梯，主體與水平面之間產生夾角時，在負重板(58)或垂直于水平面的部件上安裝的水平開關(46)相應開關開啟，控制電磁鐵推桿器(37或37*)其中的相應一個，推動壓緊磨擦輪(35或35*)與皮帶輪(36或36*)連接，經皮帶傳動，帶動皮帶輪(38或38*)及與皮帶輪(38或38*)相連的螺桿(39)、被動螺母(40)，從而帶動連桿(41，42)，使上下主體支架(32，33)做相對運動，因上下主體支架(32，33)與前后組腿的連接為平行四連桿機構，所以，經上下主體支架(32，33)做相對運動，以此調節前后組腿相對水平面保持垂直。當前后組腿相對水平面保持垂直時，水平開關(46)關閉，電磁鐵推桿器(37或37*)關閉，壓緊磨擦輪(35或35*)與皮帶輪(36或36*)松開，由于螺桿(39)、螺母(40)自鎖作用，使主體支架保持相對位置。在此過程中連桿(42)通過活動支桿(43)與負重板滑動槽支架(44)相連，當連桿(41，42)帶動上下主體支架(32，33)做相對運動時，同時帶動活動支桿(43)拉動負重板滑動槽支架(44)隨主體支架做相對運動，負重板滑動槽支架(44)帶動負重支架(58)，使負重支架(58)調整到與水平面保持相對平行位置，同時，由于連桿(45)的作用，使負重支架(58)在上下階梯時，相對向前或向后，以調整重心。
本發明由以上結構及裝置完成其主要功能，在其基礎上如加裝其它裝置，例如遙控裝置、機械手臂等，還可成為其它特種環境下的運載工具。
權利要求
1.一種上下階梯的步行機械裝置，特征是主體是由三個四連桿機構構成的工字形支架構成.工字型支架的前后8個端點分別與四個解構與功能相同的臂部相鉸鏈形成兩個四連桿機構，每個臂部由支板(16)與支板(23)經定位銷固定連接形成平行板框架，齒輪(2)與齒輪(3)相咬合在平行板框架內與之固定相連，擺動齒輪(1)與齒輪(2)由鏈板相連，與齒輪(1)相咬合，形成擺動齒輪(1)，在平行板框架內擺動齒輪(1)與同軸的位置擺動桿(12)固定相連，抬腿控制裝置(14)與下階梯及閘平衡裝置(20)安裝在支板(16)外側的支架內，偏心輪(19)在支板(16)外側與齒輪(3)同軸固定連接，與下階梯及閘平衡裝置(20)通過卡簧舌連接與控制，抬腿控制器(14)與支板(16)上的支架(16-2)及連桿(15)形成滑動連接，連桿(15)通過控制軟軸(18)與控能把(51)相連，擋板(14-1)與卡軸(17)鉸鏈，控制擺動桿(13)，下階梯及閘平衡控制裝置(20)與支板(16)上的支架(16-3)，支架(16-4)，立板(16-5)形成滑動連接，下階梯及閘平衡控制裝置(20)由主動滑塊(20-5)與被動滑塊(20-3)經由凸輪裝置(19)控制的卡簧舌(20-1)和被動卡簧舌(20-4)控制連接，被動滑塊(20-3)與連桿(20-6)，連桿(20-7)，滾輪(20-5)相鉸鏈，由彈簧接緊，與由彈簧接緊的被動卡簧舌做滑推動作，主動滑塊(20-2)通過控制鋼絲軟軸(12)與足部(11)相連，被動滑塊(20-3)通過控制鋼絲軟軸(21)與控制把(5)相連，被動滑塊(20-3)通過控制鋼絲軟軸(22)與卡簧控制器(28)相連，每個臂部與一條腿相連，在支板(23)外側與擺動齒輪(1)同軸固定相連的轉動軸桿(4)與大腿(6)頂端相鉸鏈，在支板(23)外側與齒輪(3)同軸固定相連的轉動軸桿(5)與大腿(6)滑動連接，與大腿連桿相鉸鏈，腿由大腿(6)、大腿連桿(7)、限位連桿(8)、小腿(9)、小腿連桿(10)相鉸接形成，足部(11)由連桿(11-1)、連桿(11-2)、連桿(11-3)、連桿(11-4)及固定支桿(11-9)形成滑動四連桿，并通過控制鋼絲軟軸(12)與下階梯及閘平衡控制器(20)相連，三個四連桿形成的工字架中，前后四連桿的上橫梁(29)，下橫梁(30)的中間都沒有卡簧控制器(28)，卡黃控制器(28)由兩個卡簧(28-1)組成，分別由左右兩條腿的下階梯及閘平衡控制器(20)，經控制鋼絲軟軸(22)相連，中間四連桿系統中的上主支架梁(32)與下主支架梁(33)之間由連桿(41)、連桿(42)鉸鏈連接，連桿(41)與被動螺母(40)鉸鏈，被動螺母(40)與螺桿(39)固定于下主支架梁(33)下的瓦座，與動力軸經轉向相反的皮帶連接。
全文摘要
本發明涉及一種上下階梯的步行機械裝置，主體是由三個四連桿機構構成的工字形支架構成。工字型支架的前后8個端點分別與四個解構與功能相同的臂部相鉸鏈形成兩個四連桿機構，每個臂部由支板與支板經定位銷固定連接形成平行板框架，齒輪與齒輪相咬合在平行板框架內與之固定相連，擺動齒輪與齒輪由鏈板相連，與齒輪相咬合，形成擺動齒輪。本發明與現有技術相比結構簡單，成本低，跨越各種復雜地形功能齊全，負重板總是保持水平，整機運行平穩，維修簡單。
文檔編號B25J9/06GK1850455SQ20061001005
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月19日 優先權日2006年5月19日
發明者霍風偉, 林培海 申請人:林培海