专利名称：一种单动力滚动多边形机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单自由度移动机构，特设涉及一种滚动机构。机构通过变形，实现 滚动移动，可用于制作机构教具、玩具和侦查机器人。
背景技术：
移动机构相对于地面没有机架，且整体能在一定方向上运动的机构。滚动是比较 特殊的移动方式，即在运动过程中机构ZMP点需要偏离支撑杆支撑区域。闭链可移动连杆 机构是机构设计的一个新的领域，依靠连杆之间的作用，实现机构整体有规律的移动，而构 建具有对称几何结构的单动力移动连杆机构更是难点。CN 2789106Y公开了一种利用平 行四边形机构实现滚动运动的机构，但该机构不对称，运动性能较差，遇到地面凸起无法通 过。
发明内容
本发明所要解决的问题是，设计具有雪花外形的单自由度连杆机构。利用一个电 机驱动，通过改变几何外形，改变机构重心在地面投影，依靠惯性力实现一种滚动运动，而 且具有一定越障能力。本发明的技术方案一种单动力滚动多边形机构，该机构包括第一至第六V形杆， 第一至第十二连接轴，电机座，固定电机三叉杆，电机，连接电机轴三叉杆，顶丝。第一 V形杆的C端和第二 V形杆的A端通过第一连接轴连接。第二 V形杆的C端和第三V形杆的A端通过第二连接轴连接。第三V形杆的C端和第四V形杆的A端通过第三连接轴连接。第四V形杆的C端和第五V形杆的A端通过第四连接轴连接。第五V形杆的C端和第六V形杆的A端通过第五连接轴连接。第六V形杆的C端和第一 V形杆的A端通过第六连接轴连接。第一至第六个V形杆通过第一至第六个连接轴依次连接成一个封闭环。电机通过螺钉固定在电机座上，电机座固定在固定电机三叉杆上，电机轴穿过固 定电机三叉杆的中心孔与连接电机轴三叉杆上的中心孔动配合，连接电机轴三叉杆中部的 周向设有螺纹孔，顶丝与其螺纹连接，将电机轴固定，组成机构传动部分；使得电机带动连 接电机轴三叉杆相对固定电机三叉杆旋转。第七至第九连接轴分别从第二、第四、第六V形杆的B处卡槽的一侧进入，再穿过 固定电机三叉杆的三个端头处的通孔，通过各自的卡簧连接在一起。第十至第十二连接轴分别从第一、第三、第五V形杆上的B处卡槽的一侧进入，再 穿过连接电机轴三叉杆的三个端头处的通孔，通过各自的卡簧连接在一起。本发明的有益效果是结构简单，机构具有单自由度用一个电机进行驱动和控制， 同时具有“雪花”的外形特征，通过变形改变机构的重心位置，实现滚动运动。该机构遇到 较小障碍直接跨越，遇到大障碍则反向运动。机械结构和控制系统均比较简单，成本低，可靠性高。“雪花”滚动机构具有一定的越障能力和观赏性，在机构教具、玩具设计和军事领域 中的侦查有一定应用价值。
图1单动力滚动多边形机构示意图。图2V形杆结构的正面示意图。图3V形杆结构的背面示意图。图4固定电机三叉杆结构示意图。图5连接电机轴三叉杆结构示意图。图6转动轴示意图。图7第一和第二 V形杆连接示意图。图8图7的局部剖视图。图9封闭环示意图。图10三叉杆组装图。图11电机连接示意图。图1 第一运动状态图。图12b第二运动状态图。图12c第三运动状态图。图12d第四运动状态图。
具体实施例方式结合附图对本发明作进一步说明。一种单动力滚动多边形机构，如图1所示，该机构包括第一至第六V形杆1、2、3、4、 5、6，第一至第十二连接轴7、8、9、10、11、12、18、19、20、21、22、23，电机座13，固定电机三叉 杆14，电机15，连接电机轴三叉杆16，顶丝17。第一 V形杆1的C端和第二 V形杆2的A端通过第一连接轴7连接，如图7、8。第二 V形杆2的C端和第三V形杆3的A端通过第二连接轴8连接。第三V形杆3的C端和第四V形杆4的A端通过第三连接轴9连接。第四V形杆4的C端和第五V形杆5的A端通过第四连接轴10连接。第五V形杆5的C端和第六V形杆6的A端通过第五连接轴11连接。第六V形杆6的C端和第一 V形杆1的A端通过第六连接轴12连接。第一至第六个V形杆1、2、3、4、5、6通过第一至第六个连接轴7、8、9、10、11、12依 次连接成一个封闭环，如图9。电机15通过螺钉固定在电机座13上，电机座13固定在固定电机三叉杆14上，电 机轴穿过固定电机三叉杆14的中心孔与连接电机轴三叉杆16上的中心孔动配合，连接电 机轴三叉杆16中部的周向设有螺纹孔，顶丝17与其螺纹连接，将电机轴固定，组成机构传 动部分，如图10、11，使得电机15带动连接电机轴三叉杆16相对固定电机三叉杆14旋转。第七至第九连接轴(18、20、2幻分别从第二、第四、第六V形杆2、4、6的B处卡槽的 一侧进入，再穿过固定电机三叉杆14的三个端头处的通孔，通过各自的卡簧连接在一起。第十至第十二连接轴19、21、23分别从第一、第三、第五V形杆1、3、5上的B处卡槽的一侧 进入，再穿过连接电机轴三叉杆16的三个端头处的通孔，通过各自的卡簧连接在一起。通 过上述步骤完成机构的组装，整体具有六角“雪花”外形特征，自由度为一。第一至第六V形杆1、2、3、4、5、6的结构尺寸相同，如图2、3。其V形夹角为120°， V形杆的A端及V形杆的C端各设一通孔，V形杆的B处设一个通孔。V形杆的B处所设通 孔的正面侧为一沉孔，V形杆的B处所设通孔的背面侧开一卡槽。V形杆的C端的正面侧开 一卡槽。V形杆的A端及V形杆的C端所设通孔的中心线至V形杆的B处所设通孔中心线 的距相等。第一至第十二连接轴7、8、9、10、11、12、18、19、20、21、22、23的结构和尺寸相同，
十二根连接轴均为阶梯状轴，第一阶梯加工成一个扁状，在第三阶梯上开一环形凹槽，如图 6。固定电机三叉杆14和连接电机轴三叉杆16，如图4、5，两杆件关于中心对称；三个 叉的端头均设一通孔，三个叉互成120°夹角，三个叉的端头上的通孔的中心线到中心的距 离相等，且与第一至第六V形杆的A端通孔中心线至V形杆的B处所设通孔中心线的间距 相等。固定电机三叉杆14的中部均布三个小孔用于固定电机座13。连接电机轴三叉杆16 的中心孔用于和电机轴15配合，连接电机轴三叉杆16中部周向有两个螺纹孔。机构运动描述如图1 所示为机构的初始状态。此时外形为正六边形。通过控 制电机转过的角度，使得机构变形。电机在初始位置正向转，使得三叉杆14、16的夹角减小，机构形状改变，机构重心 因外形改变而向右倾。到达机构滚动的临界状态，如图12b所示。电机停止转动，机构惯性 力作用下将发生翻滚运动。如图12c所示为机构翻滚后的状态，实现向前移动。电机反转一定角度后如图12d所示，为机构回复正六边形状态。上述四个过程为该机构的一个周期。机构在一个周期内向前移动。若在初始位置， 电机旋向与上述过程相反，则在一个周期里机构向后移动。
权利要求
1.一种单动力滚动多边形机构，其特征在于该机构包括第一至第六V形杆(1、2、3、4、 5、6)，第一至第十二连接轴(7、8、9、10、11、12、18、19、20、21、22、23)，电机座(13)，固定电 机三叉杆(14)，电机(15)，连接电机轴三叉杆(16)，顶丝(17)；第一 V形杆(1)的C端和第二 V形杆(2)的A端通过第一连接轴(7)连接； 第二 V形杆(2)的C端和第三V形杆(3)的A端通过第二连接轴(8)连接； 第三V形杆⑶的C端和第四V形杆⑷的A端通过第三连接轴(9)连接； 第四V形杆⑷的C端和第五V形杆(5)的A端通过第四连接轴(10)连接； 第五V形杆(5)的C端和第六V形杆(6)的A端通过第五连接轴(11)连接； 第六V形杆(6)的C端和第一 V形杆(1)的A端通过第六连接轴(12)连接； 第一至第六个V形杆(1、2、3、4、5、6)通过第一至第六个连接轴(7、8、9、10、11、12)依 次连接成一个封闭环；电机(15)通过螺钉固定在电机座(13)上，电机座(13)固定在固定电机三叉杆(14) 上，电机轴穿过固定电机三叉杆(14)的中心孔与连接电机轴三叉杆(16)上的中心孔动配 合，连接电机轴三叉杆(16)中部的周向设有螺纹孔，顶丝(17)与其螺纹连接，将电机轴固 定，组成机构传动部分；使得电机(15)带动连接电机轴三叉杆(16)相对固定电机三叉杆 (14)旋转；第七至第九连接轴(18、20、22)分别从第二、第四、第六V形杆(2、4、6)的B处卡槽的一 侧进入，再穿过固定电机三叉杆(14)的三个端头处的通孔，通过各自的卡簧连接在一起；第十至第十二连接轴(19、21、23)分别从第一、第三、第五V形杆(1、3、5)上的B处卡 槽的一侧进入，再穿过连接电机轴三叉杆(16)的三个端头处的通孔，通过各自的卡簧连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种单动力滚动多边形机构，其特征在于 第一至第六V形杆(1、2、3、4、5、6)的结构尺寸相同；其V形形夹角为120°，V形杆的A端及V形杆的C端各设一通孔，V形杆的B处设一 个通孔；V形杆的B处所设通孔的正面侧为一沉孔，V形杆的B处所设通孔的背面侧开一卡槽； V形杆的C端的正面侧开一卡槽；V形杆的A端及V形杆的C端所设通孔的中心线至V形杆的B处所设通孔中心线的距相等。
3.根据权利要求1所述的一种单动力滚动多边形机构，其特征在于第一至第十二连 接轴(7、8、9、10、11、12、18、19、20、21、22、23)的结构和尺寸相同，十二根连接轴均为阶梯 状轴，第一阶梯加工成一个扁状，在第三阶梯上开一环形凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种单动力滚动多边形机构，其特征在于固定电机三叉杆 (14)和连接电机轴三叉杆(16)，两杆件关于中心对称；三个叉的端头均设一通孔，三个叉 互成120°夹角，三个叉的端头上的通孔的中心线到中心的距离相等，且与第一至第六V形 杆的A端通孔中心线至V形杆的B处所设通孔中心线的间距相等。
全文摘要
一种单动力滚动多边形机构，涉及一种单自由度移动机构。第一至第六个V形杆(1、2、3、4、5、6)通过第一至第六个连接轴(7、8、9、10、11、12)依次连接成一个封闭环固定电机三叉杆(14)的三个叉端通过第七至第九个连接轴(18、20、22)与第二、四、六V形杆(2、4、6)连接。电机轴三叉杆(16)的三个叉端通过第十至第十二个连接轴(19、21、23)与第一、三、五V形杆(1、3、5)连接。电机(15)连接在固定在固定电机三叉杆(14)上的电机座(13)上。电机轴通过顶丝(17)与连接电机轴三叉杆(16)。机构具有单自由度用一个电机进行驱动和控制，同时具有“雪花”的外形特征，通过变形改变机构的重心位置，实现滚动运动。
文档编号A63H11/00GK102058982SQ20101052358
公开日2011年5月18日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者姚燕安, 杨春, 田耀斌 申请人:北京交通大学