专利名称：上下阶梯的步行机械装置的制作方法
所属领域本发明涉及一种上下阶梯的步行机械装置。
背景技术：
目前，从媒体及各种渠道所知，现行步行机器人能上下阶梯的都是由液压传动及在关节处安装电机方式，致使结构复杂，控制难度大及控制设备复杂，致使成本昂贵，难以普及。
发明内容
本发明的目的是以相对简单的机械传动及控制，来达到自由上下阶梯及转向功能。本发明的目的是以通过以下途径来达到的本发明为一种上下阶梯的步行机械装置，主体是由三个四连杆机构构成的工字形支架构成.工字型支架的前后8个端点分别与四个解构与功能相同的臂部相铰链形成两个四连杆机构，每个臂部由支板与支板经定位销固定连接形成平行板框架，齿轮与齿轮相咬合在平行板框架内与之固定相连，摆动齿轮与齿轮由链板相连，与齿轮相咬合，形成摆动齿轮，在平行板框架内摆动齿轮与同轴的位置摆动杆固定相连，抬腿控制装置与下阶梯及闸平衡装置安装在支板外侧的支架内，偏心轮在支板外侧与齿轮同轴固定连接，与下阶梯及闸平衡装置通过卡簧舌连接与控制，抬腿控制器与支板上的支架及连杆形成滑动连接，连杆通过控制软轴与控能把相连，挡板与卡轴铰链，控制摆动杆，下阶梯及闸平衡控制装置与支板上的支架，支架，立板形成滑动连接，下阶梯及闸平衡控制装置由主动滑块与被动滑块经由凸轮装置控制的卡簧舌和被动卡簧舌控制连接，被动滑块与连杆，连杆，滚轮相铰链，由弹簧接紧，与由弹簧接紧的被动卡簧舌做滑推动作。主动滑块通过控制钢丝软轴与足部相连。被动滑块通过控制钢丝软轴与控制把相连，被动滑块通过控制钢丝软轴与卡簧控制器相连，每个臂部与一条腿相连，在支板外侧与摆动齿轮同轴固定相连的转动轴杆与大腿顶端相铰链，在支板外侧与齿轮同轴固定相连的转动轴杆与大腿滑动连接，与大腿连杆相铰链，腿由大腿、大腿连杆、限位连杆、小腿、小腿连杆相铰接形成，足部由连杆、连杆、连杆、连杆及固定支杆形成滑动四连杆，并通过控制钢丝软轴与下阶梯及闸平衡控制器相连，三个四连杆形成的工字架中，前后四连杆的上横梁，下横梁的中间都没有卡簧控制器，卡黄控制器由两个卡簧组成，分别由左右两条腿的下阶梯及闸平衡控制器，经控制钢丝软轴相连，中间四连杆系统中的上主支架梁与下主支架梁之间由连杆、连杆铰链连接，连杆与被动螺母铰链，被动螺母与螺杆固定于下主支架梁下的瓦座，与动力轴经转向相反的皮带连接。本发明与现有技术相比结构简单，成本低，跨越各种复杂地形功能齐全，负重板总是保持水平，整机运行平稳，维修简单。本发明通过利用平行四连杆机构所组成的工字形(三个四连杆机构)活动构架，连接起各腿组，使每一组腿的两条腿做交错运动，前后组腿做交错运动，在受控的情况下，完成前进、转弯、上下阶梯动作。上下阶梯步行机的主要功能是由动力机构带动机械腿及将其连接起来的绞链连杆构架结构所完成的。是可进行一定角度(45°)的上下、转弯运动的行走机械装置。本发明是应用四条腿或多组(两条为一组)形成多腿行走机械机构。适用于机器人、代步工具及各种环境下的载体。步行机的腿部动力是由电动机经尼龙软轴——锥齿分轴传动器——传动轴——尼龙软轴——减速器——主传动轴——钢丝软轴——腿部控制装置的三连动齿轮——上下转动杆——腿部，带动腿部前后摆动，形成腿部运动。本发明在其基础上如加装其它装置，例如遥控装置、机械手臂等，还可成为其它特种环境下的运载工具。
图1为本发明整体结构2为图1的左视3为主体框架4为肩部结构5为上阶梯控制器结构6为下阶梯及闸平衡控制器结构7抬腿工作示意8为卡簧控制器结构9为足部结构10为主四连杆机构及平衡装置示意图
具体实施例方式本发明为一种上下阶梯的步行机械装置，如图3所示，主体是由三个四连杆机构构成的工字形支架构成。工字型支架的前后8个端点分别与四个解构与功能相同的臂部相铰链形成两个四连杆机构，如图1、图2所示，每个臂部由支板16与支板23经定位销固定连接形成平行板框架，齿轮2与齿轮3相咬合在平行板框架内与之固定相连，摆动齿轮1与齿轮2由链板相连，与齿轮1相咬合，形成摆动齿轮1，在平行板框架内摆动齿轮1与同轴的位置摆动杆12固定相连，如图4、图5所示，抬腿控制装置14与下阶梯及闸平衡装置20安装在支板16外侧的支架内，偏心轮19在支板16外侧与齿轮3同轴固定连接，如图6所示，与下阶梯及闸平衡装置20通过卡簧舌连接与控制，抬腿控制器14与支板16上的支架16-2及连杆15形成滑动连接，连杆15通过控制软轴18与控能把51相连，挡板14-1与卡轴17铰链，控制摆动杆13，下阶梯及闸平衡控制装置20与支板16上的支架16-3，支架16-4，立板16-5形成滑动连接，下阶梯及闸平衡控制装置20由主动滑块20-5与被动滑块20-3经由凸轮装置19控制的卡簧舌20-1和被动卡簧舌20-4控制连接，被动滑块20-3与连杆20-6，连杆20-7，滚轮20-5相铰链，由弹簧接紧，与由弹簧接紧的被动卡簧舌做滑推动作，主动滑块20-2通过控制钢丝软轴12与足部11相连，被动滑块20-3通过控制钢丝软轴21与控制把5相连，被动滑块20-3通过控制钢丝软轴22与卡簧控制器28相连，每个臂部与一条腿相连，在支板23外侧与摆动齿轮1同轴固定相连的转动轴杆4与大腿6顶端相铰链，在支板23外侧与齿轮3同轴固定相连的转动轴杆5与大腿6滑动连接，与大腿连杆相铰链，腿由大腿6、大腿连杆7、限位连杆8、小腿9、小腿连杆10相铰接形成，如图9所示，足部11由连杆11-1、连杆11-2、连杆11-3、连杆11-4及固定支杆11-9形成滑动四连杆，并通过控制钢丝软轴12与下阶梯及闸平衡控制器20相连，三个四连杆形成的工字架中，前后四连杆的上横梁29，下横梁30的中间都没有卡簧控制器28，如图8所示，卡黄控制器28由两个卡簧28-1组成，分别由左右两条腿的下阶梯及闸平衡控制器20，经控制钢丝软轴22相连，如图10所示，中间四连杆系统中的上主支架梁32与下主支架梁33之间由连杆41、连杆42铰链连接，连杆41与被动螺母40铰链，被动螺母40与螺杆39固定于下主支架梁33下的瓦座，与动力轴经转向相反的皮带连接。
如图1所示，步行机的单腿结构与运行方式是由控制腿部运动的三连动齿轮1，2，3的最上下齿轮1，3传动到与其同轴的圆周转动杆4，5，其中上圆周转动杆4与大腿(6)上部为绞链连接，下圆周转动杆(5)在大腿(6)的滑动槽内做往复滑动连接，，从而带动大腿做往复上下合成运动，由大腿杆(6)带动小腿(9)、足(11)，当足从A点运动到B点的过程中大腿(6)及转动杆(5)所带动的拉杆(7、8、9)，控制小腿状态及脚的着地角度，完成近似平直运动。当腿从B点运动A点过程中由转动杆(4、5)带动大腿做迈步动作，此时拉杆(7)拉动限位拉杆(8)到极限位置，带动小腿(9)与大腿形成弯曲，提高高度，完成迈腿动作。
步行机三连动齿轮的最上轮为摆动齿轮(1)，如图7所示，平面行走时，摆动杆(13)及其所带的摆动齿轮(1)由于向卡簧(17)卡住摆轮杆(13)，行走时不产生上阶梯动作，当需要上阶梯或大坡时，搬动抬腿控制闸把(52)经传动钢丝软轴(18)拉动联杆(15)(带压力弹簧)，使挡板(14)(组件)压下到阻挡位置，当腿从A点起时，摆动杆齿轮(1)同心相连的位置控制杆(12)(与齿轮同步做圆周运动带柄轮的杆)转到挡板(14)阻挡位置，受压挡板(14-1)受压，向上运动。拉动单向卡簧(17)，使摆动杆(13)不受单向卡簧(17)限制，由摆动齿轮带动位，置控制杆(12)受到挡板(14)阻挡，带动摆杆和摆动齿轮摆向阻挡一侧，同时，摆动齿轮带动圆周转动杆，带动大腿，使腿抬高。当达到极限位置角α(摆杆与原位置最大夹角)后回到阻挡位置起始点，如图2所示，经过起始点后位置控制杆(12)脱离阻挡板，此时，受压挡板(14-1)回到原来位置，单向卡簧(17)重新工作]进入引导块(16-1)(与固定支板(16)一体的导块)，带动摆杆(13)和摆动齿轮(1)回到原位置。此过程由摆动齿轮(1)、圆周联杆(4)带动腿部完成一次上阶梯动作。在两腿为一组的情况下，两腿交替迈步，完成上阶梯动作。当不需要上阶梯时，搬回抬腿控制闸把，回到原状态，不产生上阶梯动作。
如图2所示，两支对称腿及控制装置和连接两条腿的上下两条连杆形成四连杆结构。上横梁(29)一般比下横梁微长，以保持在下阶梯后两腿之间的水平距离，在上横梁(29)和下横梁(30)两中心点与转动支架梁(27)相连，下横梁(30)和下横梁(30)可饶转动支架梁(27)摆动在转动支架梁与下横梁(30)之间设有一对卡簧装置(28)可控制上下横梁与转动支架梁(27)之间的摆动，由于上、下横梁与腿控制装置支架(16、16*)形成四连杆机构。两条腿能上、下相对运动，卡簧装置(28)中设有两个卡簧，其中任何一个卡住时，四连杆机构为钢性连接，卡簧(28-1)另一端经过钢丝软轴控制线(22)连接到下阶梯及闸平衡控制器(20)中的被动拉杆(20-3)，再由主动拉杆(20-2)、由软轴控制线(12)连接到足部滑动轴(11-7)轴(11-8)，由于两腿是对称运动，所以当一条腿足部着地时，另一条腿抬起迈步。着地足部在重力作用下，使滑动轴(11--7)相对于轴(11--8)向上滑动，经钢丝软轴(12)拉动主动拉杆(20--2)由主动拉杆(20--)中的卡簧(20--1)卡住被动拉杆(20--3)中的卡簧(20--4)，拉动被动拉杆(20--3)，再经钢丝软轴(23)拉动卡簧控制器(28)中的卡簧(28--1)，锁紧下横梁(30)，使四连杆机构成钢性连接，同时抬起的腿，足部滑动轴(11--7)回到最低位，此过程和上述过程相反，致使卡簧(28--1*)在弹簧(28--2*)的作用下松开下横梁(30)。如图6所示，当步行机在平面道路上行走时，两卡簧(28--1，28--1*)相互交替锁紧下横梁(30)使四连杆机构为钢性连接，当步行机遇到下阶梯或一定角度的坡时，两足(11，11*)到了交替压紧点时，压紧足一侧的主动拉杆(20--2)中的卡簧(20--1)，由于偏心轮(19--1，19--2)在此时的位置是极限拉开位置，卡簧(20-1)此时被拉开致使主动杆(20--2)与被动拉杆(20--3)分开，被动拉杆(20--3)在弹簧作用下致使原来压紧的卡簧(28--1)松开，这时，由两腿控制的卡簧(28--1，28--1*)都处于松开状态四连杆机构为自由摆动状态，致使没着地的腿在重力作用下向下运动，直到接触地面，压紧足部滑动轴(11--7*)，经过由钢丝软轴(12*)——下阶梯及闸平衡控制装置(20*)——钢丝软轴(22*)——卡簧(28--1*)锁紧下横梁(30)，使四连杆机构重新成为钢性连接。经双腿在迈步过程中交替向下迈步，完成步行机下阶梯动作过程。
如图6所示，当步行机需要停止时，在方向控制把上安装有闸把(51)。拉动闸把(51)，关闭电源，此时，四足中可能有两足没着地的情况，拉动闸把(51)时，带动于其相连的钢丝软轴(21)及其另一端的下阶梯及闸平衡控制装置(20)中的被动拉杆(20--3)上的连杆(20--5，20--6)中的连杆销轴(20--7)上，连杆推动卡簧(20--4)，使主动拉杆(20--2)与被动拉杆(20--3)分开，被动拉杆(20--3)在弹簧(20--9)的作用下，回到起始位置，经钢丝软轴(22)，在弹簧(28--2)的作用下，锁紧卡簧(28--1)松开，此时，所有的卡簧都松开了，四连杆机构为非钢性连接，没落下的腿落下，钢丝软轴(22)拉连杆(20--5，20-6)到极限位置后，带动被动拉杆(20--3)向下运动，与主动拉杆(20--2)重新卡合，从而带动卡簧(28--1)与下横梁(30)重新锁紧，使四连杆机构重新形成钢性连接，完成刹闸动作。
步行机连接前后组腿的主梁结构主要是由连接前后组腿上下横梁(29，30)的转动支架梁(27)，连接到转弯支架梁(31)，再连接到上下主体支架(32，33)，形成主体结构。与前后组腿下横梁(30，30*)连接的转动支架梁(27，27*)之间有钢丝软轴(54，55)交叉相连，以控制前后组腿协调转向，在转动支架梁(27)及转向控制把(26)与转弯支架梁(31)之间有转向定位卡(56)连接，在卡住时，转动支架梁(27)与转弯支架梁(31)之间不能相互转动，形成钢性连接，在搬动转向控制把(57)后，转向定位卡(56)开启，转动支架梁(27)与转弯支架梁(31)之间就能相互转动，形成绞链连接，使步行机在转向控制把(26)的控制下，就可以做转向动作。
步行机由于主梁支架结构为平行四连杆机构，在动力平衡控制机构控制下，可以调整，使各条腿与水平面保持相对垂直。其特点是由电机(47)经尼龙软轴带动锥齿分轴传动器(34)，带动两输出轴做相反转动，使两压紧磨擦轮(35，35*)随轴做相反转动，两压紧磨擦轮在轴上可做相对滑动。当步行机上下阶梯，主体与水平面之间产生夹角时，在负重板(58)或垂直于水平面的部件上安装的水平开关(46)相应开关开启，控制电磁铁推杆器(37或37*)其中的相应一个，推动压紧磨擦轮(35或35*)与皮带轮(36或36*)连接，经皮带传动，带动皮带轮(38或38*)及与皮带轮(38或38*)相连的螺杆(39)、被动螺母(40)，从而带动连杆(41，42)，使上下主体支架(32，33)做相对运动，因上下主体支架(32，33)与前后组腿的连接为平行四连杆机构，所以，经上下主体支架(32，33)做相对运动，以此调节前后组腿相对水平面保持垂直。当前后组腿相对水平面保持垂直时，水平开关(46)关闭，电磁铁推杆器(37或37*)关闭，压紧磨擦轮(35或35*)与皮带轮(36或36*)松开，由于螺杆(39)、螺母(40)自锁作用，使主体支架保持相对位置。在此过程中连杆(42)通过活动支杆(43)与负重板滑动槽支架(44)相连，当连杆(41，42)带动上下主体支架(32，33)做相对运动时，同时带动活动支杆(43)拉动负重板滑动槽支架(44)随主体支架做相对运动，负重板滑动槽支架(44)带动负重支架(58)，使负重支架(58)调整到与水平面保持相对平行位置，同时，由于连杆(45)的作用，使负重支架(58)在上下阶梯时，相对向前或向后，以调整重心。
本发明由以上结构及装置完成其主要功能，在其基础上如加装其它装置，例如遥控装置、机械手臂等，还可成为其它特种环境下的运载工具。
权利要求
1.一种上下阶梯的步行机械装置，特征是主体是由三个四连杆机构构成的工字形支架构成.工字型支架的前后8个端点分别与四个解构与功能相同的臂部相铰链形成两个四连杆机构，每个臂部由支板(16)与支板(23)经定位销固定连接形成平行板框架，齿轮(2)与齿轮(3)相咬合在平行板框架内与之固定相连，摆动齿轮(1)与齿轮(2)由链板相连，与齿轮(1)相咬合，形成摆动齿轮(1)，在平行板框架内摆动齿轮(1)与同轴的位置摆动杆(12)固定相连，抬腿控制装置(14)与下阶梯及闸平衡装置(20)安装在支板(16)外侧的支架内，偏心轮(19)在支板(16)外侧与齿轮(3)同轴固定连接，与下阶梯及闸平衡装置(20)通过卡簧舌连接与控制，抬腿控制器(14)与支板(16)上的支架(16-2)及连杆(15)形成滑动连接，连杆(15)通过控制软轴(18)与控能把(51)相连，挡板(14-1)与卡轴(17)铰链，控制摆动杆(13)，下阶梯及闸平衡控制装置(20)与支板(16)上的支架(16-3)，支架(16-4)，立板(16-5)形成滑动连接，下阶梯及闸平衡控制装置(20)由主动滑块(20-5)与被动滑块(20-3)经由凸轮装置(19)控制的卡簧舌(20-1)和被动卡簧舌(20-4)控制连接，被动滑块(20-3)与连杆(20-6)，连杆(20-7)，滚轮(20-5)相铰链，由弹簧接紧，与由弹簧接紧的被动卡簧舌做滑推动作，主动滑块(20-2)通过控制钢丝软轴(12)与足部(11)相连，被动滑块(20-3)通过控制钢丝软轴(21)与控制把(5)相连，被动滑块(20-3)通过控制钢丝软轴(22)与卡簧控制器(28)相连，每个臂部与一条腿相连，在支板(23)外侧与摆动齿轮(1)同轴固定相连的转动轴杆(4)与大腿(6)顶端相铰链，在支板(23)外侧与齿轮(3)同轴固定相连的转动轴杆(5)与大腿(6)滑动连接，与大腿连杆相铰链，腿由大腿(6)、大腿连杆(7)、限位连杆(8)、小腿(9)、小腿连杆(10)相铰接形成，足部(11)由连杆(11-1)、连杆(11-2)、连杆(11-3)、连杆(11-4)及固定支杆(11-9)形成滑动四连杆，并通过控制钢丝软轴(12)与下阶梯及闸平衡控制器(20)相连，三个四连杆形成的工字架中，前后四连杆的上横梁(29)，下横梁(30)的中间都没有卡簧控制器(28)，卡黄控制器(28)由两个卡簧(28-1)组成，分别由左右两条腿的下阶梯及闸平衡控制器(20)，经控制钢丝软轴(22)相连，中间四连杆系统中的上主支架梁(32)与下主支架梁(33)之间由连杆(41)、连杆(42)铰链连接，连杆(41)与被动螺母(40)铰链，被动螺母(40)与螺杆(39)固定于下主支架梁(33)下的瓦座，与动力轴经转向相反的皮带连接。
全文摘要
本发明涉及一种上下阶梯的步行机械装置，主体是由三个四连杆机构构成的工字形支架构成。工字型支架的前后8个端点分别与四个解构与功能相同的臂部相铰链形成两个四连杆机构，每个臂部由支板与支板经定位销固定连接形成平行板框架，齿轮与齿轮相咬合在平行板框架内与之固定相连，摆动齿轮与齿轮由链板相连，与齿轮相咬合，形成摆动齿轮。本发明与现有技术相比结构简单，成本低，跨越各种复杂地形功能齐全，负重板总是保持水平，整机运行平稳，维修简单。
文档编号B25J9/06GK1850455SQ20061001005
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月19日 优先权日2006年5月19日
发明者霍风伟, 林培海 申请人:林培海