[发明专利]一种凸轮联动式四足步行机

说明书

本发明提供一种凸轮联动式四足步行机，采用单一驱动力通过两路凸轮机构实现大腿平移和小腿摆动的运动解耦。大腿部的凸轮机构实现腿部平移运动，小腿部的凸轮机构实现抬腿运动。四个大腿凸轮之间具有一定的转角相位差，以满足四足交替的相位变化要求。当一条腿处于抬腿相时，其上凸轮摆杆机构带动小腿摆动，完成抬腿运动；当一条腿处于落地相时，其上凸轮摆杆机构处于休止期，使小腿保持直立。随着四条腿的依次抬腿完成一个步态周期。该步行机既可以保证每条腿的行走运动规律，又能实现行走过程中每一瞬时都有三足支撑，具有稳定性高的特点，且该步行机仅需一个驱动器，控制简单，传动精巧，利于整体结构的轻量化和小型化。

技术领域

本发明属于仿生四足机器人领域，具体涉及一种凸轮联动式四足步行机。

背景技术

步行机在运动过程中通过离散点与地面接触，各支撑腿可以实现非连续的地面支撑，灵活性较好，具有较强的越障能力和地形适应能力，在军事活动、灾难救援等复杂地形环境的物资运输中具有广阔的应用前景。目前四足步行机的驱动布局和设计形式多种多样，但是多数采用两个以上的独立驱动单元进行驱动，整体的质量和控制较为复杂，且可靠性较低。为此，本发明提出了一种采用单一动力输入的四足步行机构，避免了因过多驱动单元引入的大质量和低可靠性问题，同时通过机械创新设计，提出了一种以凸轮机构为核心的机械传动装置，实现了腿部水平运动和竖直运动的解耦以及四足的步态协调运动。

发明内容

本发明提供一种凸轮联动式四足步行机，采用单一驱动力通过两路凸轮机构实现大腿平移和小腿摆动的运动解耦，既可以保证每条腿的行走运动规律，又可以满足四足交替的相位变化要求，以保证四足移动机构行走过程的每一瞬时都有三足支撑。该步行机仅需一个驱动器，控制简单，且传动精巧，利于整体结构的轻量化和小型化，可搭载影像采集设备，实现狭窄空间的救灾探测；因其材料与制作成本低，在玩具开发中也有很好的应用前景。

本发明是通过下述方法实现的：

凸轮联动式四足步行机，由四条腿、传动系统以及工作台组成，各部分均通过支架安装在工作台上。电机的运动和动力通过齿轮系传递给各轴。两条前腿的大腿凸轮安装在前横轴上，两条后腿的大腿凸轮安装在后横轴上；当各大腿凸轮转动并分别带动各腿顶杆移动时，固连于各顶杆上的大腿部随顶杆同步移动，从而实现各大腿部分别沿各大腿轴的平移。四个小腿凸轮分别安装在各下置横轴上，当各小腿凸轮转动并分别带动各小腿部绕各小腿心轴摆动时，实现小腿的抬腿运动。各小腿支架分别固连于各大腿部上，实现各小腿部随各大腿部的平移。四个大腿凸轮在安装时保持各凸轮之间具有一定的转角相位差，实现当一条腿相对工作台向前平移时，另外三条腿相对工作台向后平移，且与此同时相对向前平移腿上的小腿部发生摆动，而相对向后平移各条腿上的小腿部保持直立，随着四条腿的依次抬腿完成一个步态周期。

技术效果如下：

1、本发明包含了四足步行机传动装置，将单一动力输入通过两路凸轮机构实现大腿平移和小腿摆动的运动解耦，既可以保证每条腿的行走运动规律，又可以满足四足交替地相位变化，以保证四足移动机构的行走。

2、本发明包含了大腿轴结构，使各条腿上的圆柱齿轮既能分别随大腿轴一起转动又能分别随大腿部一起沿大腿轴移动。

3、本发明包含了四个大腿凸轮和四个小腿凸轮，实现了抬腿相与落地相依次交替的步态周期。

4、本发明以简单的形式，合理的布局，实现了单一动力输入下的四足步行机研究，提高了该装置的可靠性和适用范围。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明中凸轮联动式四足步行机的整体构造图。

图2是本发明中凸轮联动式四足步行机的主传动系统构造图。

图3是本发明中凸轮联动式四足步行机的左前腿构造图。