专利名称：应用重心翻转过程实现四脚迈步行走的方法
技术领域：
本发明涉及一种应用整体重心前后翻转过程实现四脚迈步行走的方法。
背景技术：
没有查找到非常类似的技术方法。在现有的肢体行走机械、玩具和行走机 器人领域，大多数都忽略了对整体重心的运用，由于不重视整体重心的运用，
使得机械在运行过程中，重心不稳；运行不滑顺；灵活度不足，承重能力也弱。 本申请人认为，在上述领域忽略整体重心的研究运用是方向性错误。
发明内容
本发明的目的是提出一种应用重心翻转过程实现四脚迈步行走的方法。
本发明的目的通过以下技术方案达到 一种应用重心翻转过程实现四脚迈 步行走的方法，有由一个整体重心翻转平面，从该重心翻转平面到地面相同长 度的四只脚，步幅限制绳和重心翻转锤构成的机器，通过预先设置的整体重心 翻转平面，使机器的重心落在四只脚的支撑点的对角线交点上，运用重心翻转锤 在重心翻转平面上来回运动，使重心翻转平面在四只脚支撑点形成的两条对角 线上来回翻转，在翻转的过程中抬脚迈步行走。
所述的整体重心翻转平面是一个虚拟的平面，是构成本方法的基础，当机 器处于静止站立状态时重心翻转平面与地面平行，在此状态时重心翻转平面和 该平面上的重心点决定四只脚在机器结构中的固定位置。
所述的机器的四只脚由不在同一重心翻转线上的两只前脚和两只后脚组 成，四只脚支撑点的对角线平分机器重量使其成为一个天平。
所述的重心翻转锤，它的运动方向由前脚和后脚的设置决定，当它运动到 机器后部时前脚抬起，运动到机器前部时后脚抬起。
所述的步幅限制绳分别绑定在两前脚之间和两后脚之间，目的在于使两前 脚与两后脚步幅完全一致。
所述的四只脚可摇动自如地安装于机器上。
本发明的优点以整体重心翻转过程实现迈步，①结构简单以及实施所需 的工艺简单。②本发明运用直脚作支撑脚，作为运载机械，承重能力特别强，可用于解释古代人们搬运巨石的方法。对现代步行机器的发明和制造是个有益
的借鉴。③本行走方法运行滑顺，摩擦阻力小，行走省力。
图1是本发明的起始位置原理俯视图。
图2是本发明的起始位置原理立体图。
图3是本发明的前脚抬起位置原理俯视图。
图4是图3的立体图。
图5后脚抬起位置原理俯视图。
图6是图5的立体图。
图7是完成一个步幅位置原理俯视图。
图8是图7的立体图。
图9是本发明中的实施例一 "木牛流马"的各主要组成部件标注图。 图10是图9中主体框架(1)剖去一侧面板后的立体图。 图11是图9中主体框架(1)剖去一侧内外板后的立体图。 图12是实施例一 "木牛流马"的各主要组成部件分解示意图。 图13是实施例一 "木牛流马"的起始位置原理示意图。 图14是图13的立体图。
图15是实施例一 "木牛流马"的前脚抬起位置原理示意图。 图16是图15的立体图。
图17是实施例一 "木牛流马"的后脚抬起位置原理示意图。 图18是图17的立体图。
图19是实施例一 "木牛流马"的步幅完成位置原理示意图。 图20是图19的立体图。
图21是实施例二 "古代巨石运输方法"的立体示意图。
具体实施例方式
本发明运用两个几何原理①不在同一直线上的三点决定一个平面。②四 边形对角线连接后，四个角点可形成四个三角形。
本发明利用机器整体重心在四脚所形成的两个不在同一平面上的三角形内 来回翻转的过程中，抬起空闲的一只脚，达到机器迈步的目的，参见图l-2。
4I 、静态结构说明
① 设置一个平行于地面的重心翻转平面A。
② 过机器及其被运载物的整体重心作垂直于平面A的法线，法线与A平 面的交点0称为重心翻转点。
③ 过法线作两个平面B和C，使每一个平面平分机器及其被运载物，使 平面两边的重量完全相等。A平面与B和C平面分别相交于重心翻转线ab和cd。
在A平面上以重心翻转点O为圆心作一个圆，交重心翻转线ab和cd 于四个点D、 E、 G、 H，这四个点即为脚支撑点。将这四个点中不在同一重心翻 转线上的两点设为前脚支撑点，另两点设为后脚支撑点。
在A平面上设置一个重心翻转锤F。重心翻转锤F能在两前脚支撑点 和两后脚支撑点的中点连线上来回运动，促使机器的整体重心在重心翻转线ab 和cd两边类似于天平摆动。
◎在支撑点上连接四只长短完全相等的支撑脚，在两前脚之间和两后脚 之间各绑定一条长度相同的步幅限制绳，使两前脚与两后脚步幅完全一致。 II 、运动过程说明
⑦ 起始位置如图1-2，设d点为D支撑点上的脚的落地点，e点为E 支撑点上的脚的落地点，g点为G支撑点上的脚的落地点，h点为H支撑点上的 脚的落地点，N向为运动的前方向，S向为运动的反方向。当处在此位置时，机 器的重心落在三角形Adgh内。整个机器的重量主要由DGHdgh三棱柱形结构支 撑。
⑧ 前脚抬起位置如图3-4，当机器向N方向前进，从俯视角度看，重 心翻转点0向d点和g点的连线靠近。当重心翻转点0完全和dg连线重合时， Dd脚和Gg脚落地且垂直于地面。此时除重心翻转锤外的整个机器形成一个天平， 天平以平面DdGg为平分面，重心翻转锤为调节码。此时重心翻转锤F，处在以 平分面DdGg为界的S向靠后位置，整个机器倒向S方向。整个机器的重量完全 由DGHdgh三棱柱形结构支撑，重心翻转平面A与地面形成夹角，以地面为基准， 高点在E点，低点在H点，e点离开地面悬空。前支撑脚Ee在N向力的作用下， 向N方向抬起。在步幅绳的作用下，前支撑脚Ee不会无限抬高，以步幅绳拉紧 为限，至此，前脚抬起动作完成。
5⑨ 后脚抬起位置如图5-6， Dd脚和Gg脚处在垂直于地面的位置不动。
重心翻转锤F向N方向运动，穿过平分面DdGg运动到机器前端。此时，机器以 平分面DdGg为界，重心翻转平面A向N方向翻转，倒向N方向。整个机器的重 量由DEGdeg三棱柱形结构支撑，重心翻转平面A与地面形成夹角，以地面为基 准，高点在H点，低点在E点，h点离开地面悬空。脚Hh在N向力的作用下， 向N方向抬起，在步幅绳的作用下，脚Hh不会无限抬高，以步幅绳拉紧为限， 至此，后脚抬起动作完成。
⑩ 完成步幅动作当后脚Hh抬起后，重心翻转锤F转向S方向运动， 到达重心翻转点0，重心翻转平面A再次翻转，翻转到与地面平行的位置，包括 重心翻转锤F在内的整个机器，形成一个完整的天平。此时e点和h点均离开 地面悬空，只有d点和g点落地支撑机器。之后，整个机器向N方向运动，由 于向N方向运动，Dd脚和Gg脚脱离垂直于地面的位置，使整个机器失去垂直方 向的支撑。因为机器受到Dd脚和Gg脚的N向前顶力的作用，整个机器向N方 向下落，回到四只脚落地的状态。至此完成一个步幅，如图7-8，各脚的前后位 置与图l-2所示的起始位置相反。
实施例一 木牛流马
在小说三国演义中，诸葛亮制造了一种步行机器叫"木牛流马"，本实施 例用于解释并再现"木牛流马"的原型。它能用古代的制造技术实现步行，用 这个方法制造玩具，可以给广大的在生长发育过程中的儿童一个潜移默化的启 智作用。
I、木牛流马机器连接说明，参见图9-20。
主体框架1的支撑孔1-1与锥形支撑轴2连接，锥形支撑轴2套接在支撑 脚8的刀口形连接孔8-l上，在它们的连接处安装有抬脚扭簧9。盘簧发条盒3 连接在底盖上，与盘簧发条盒制成一体的驱动齿轮3-1与主驱动传动轴4 一端 的传动齿轮4-1啮合相连。主驱动传动轴4两端的驱动齿轮4-2各与星形轮传 动驱动轴6上的传动齿轮6-l啮合相连，同时第一传动挡板4-3、上槽轮定位圆 弧面4-4和第二传动挡板4-5分别与传动推脚滑块5的第一受力挡板5-1、下槽 轮定位圆弧面5-2和第二受力挡板5-3搭接。星形轮传动驱动轴6上的星形轮 驱动齿轮6-2与星形轮内传动齿轮及重心翻转锤7的星形轮内传动齿轮7-2啮
6合相连，同时星形轮内定位齿轮7-1与主体框架1内壁上的星形轮外齿轮盘1-2
啮合相连。传动推脚滑块5的承力推栓5-4套穿过支撑脚8的后脚承推槽8-2内并穿在传动推脚滑块的螺栓孔5-5内固定连接。
II、机器运动过程说明
以下传动齿轮的传动比为
驱动齿轮(4-2):星形轮传动齿轮(6-1)=2:1;
星形轮驱动齿轮(6-2):星形轮内传动齿轮(7-2)=2:1;
星形轮外齿轮盘(卜2):星形轮内定位齿轮(7-1)二2:1;
以上传动齿轮的传动比目的在于当机器处于一个步幅的不同位置时，重心翻转锤应处于配合脚步的特定对应的位置，以促使机器在重心翻转平面前后翻转过程中准确迈步。
① 起始位置如图13-14，当重心翻转锤7-3处于机器靠后的水平位置，同时机器的两前脚FL、 FR和一后脚BL朝前，另一后脚BR朝后。与BL脚连接的传动推脚滑块5的第一挡板5-1与同一侧的第一传动挡板4-3搭接。当机器处于此位置时为一个步幅的起始位置。后脚BL、 BR也可前后交换，但此时5-l和4-3的搭接也应交换到另一侧。
② 前脚抬起位置如图15-16,主驱动传动轴4在盘簧发条3的驱动下转动，此时第一传动挡板4-3推动传动推脚滑块5向前运动，承力推栓5-4在后脚承推槽8-2内推动后脚BL运动到垂直于地面的位置。与此同时，驱动齿轮4-2推动星形轮传动齿6-1，星形轮驱动齿轮6-2推动星形轮内传动齿轮7-2;重心翻转锤7-3转动到机器的中线平衡位置，即重心翻转点。至此，主驱动传动轴4转过八分之一转。当后脚运动时，前脚FR与后脚BL形成一对支撑点，由于重心在后，重心点落在FR、 BL、 BR三脚着地点形成的三角形内。脚运动后使四脚支撑点到地面的距离不同，高点在重心翻转线FR、 BL两脚上，低点在脚BR上，这时空闲的前脚FL离地轮空，在抬脚扭簧9的作用下抬起。
③ 后脚抬起位置如图17-18，主驱动传动轴4继续转动，驱动各部件运动，重心翻转锤7-3转到靠前位置。上槽轮定位圆弧面4-4与下槽轮定位圆弧面5-2滑动搭接，固定后脚BL处于垂直位置不动，由于重心翻转锤7-3运动到靠前位置，重心翻转在前，由FL、 FR、 BL三脚支撑机器的重量，空闲的后脚BR离地轮空，在抬脚扭簧的作用下抬起。
步幅完成位置如图19-20，主驱动传动轴继续转动，驱动各部件运动，星形轮内传动齿轮及重心翻转锤转到起始位置。第二传动挡板4-5推动第二受力挡板5-3运动使脚向后运动完成一次迈步。注意，当后脚开始向后运动时，重心翻转锤7-3刚巧穿过重心翻转点向后运动，使前脚离地抬起。 一个步幅完成后，各脚的前后位置与上一步幅起始位置完全相反，这时，主驱动传动轴4转了二分之一转。
实施例二 古代巨石运输方法
用于建造埃及金字塔的巨石，重的有几十吨，如何搬运这些巨石， 一直是个迷。本实施例解释了巨石的运输方法。运用这个方法制造成大型简易机器，可以在没有修建公路价值的地区，如沙漠中运输重物。
I、车架结构
参见图21，古代埃及人利用农闲季节进行巨石运输。首先，组织农民和奴隶到采石场采下巨石，接着对巨石进行初加工，加工成容易找到重心的形状，如长方形、正方形等，由图1-2和静态结构说明所述方法确定四脚支撑点，在每个角点上绑一根木支柱，使每根木支柱从绑定点到地面的重直距离完全相等。在每根木柱上绑一条牵引抬脚迈歩牵引绳B。同时在两前脚木支柱和两后脚木支柱之间各绑一条步幅限制绳C，使前脚绑定点之间的绳长与后脚绑定点之间的绳长相等，总之两前脚与两后脚步幅完全一致。在巨石前端绑一条牵引绳K，使牵引端从巨石朝下一面穿出。如果所需运输的巨石形状不规则，无法找到重心及重心翻转线。可以先用树干做一方形盒子将巨石固定在盒中，再对木盒找重心及重心翻转线，然后绑定四脚。将绑好的巨石称为车架，以下简称车架。
将拉车架的人分为四组①指挥组由1-3人组成，有一名总指挥。②主牵引组人数以能拉动巨石为限。③牵引抬脚迈步组分为4个小组，每组人数以能拉动木支柱抬起为限。④平面重心翻转秤砣组，即重心翻转锤F:人数以能使重心所在平面翻转为限。
II 、迈步运动过程
a) 初始状态如图21;使四脚着地，重心翻转平面处于水平状态。秤砣组站在平面重心位置，主牵引组将牵引绳拉紧，牵引抬脚迈步组沿前后方向将抬脚迈步绳拉紧，指挥组就位使各组能看见令旗。
b) 初始拉动，使前脚抬起:在指挥组的指挥下，主牵引组拉动车架，秤砣组向后跑至尾部，使重心在后， 一条重心翻转线上的两脚FR、 BL由于向前运动绑定点到地面的距离被抬高，因为重心在后，脚BR的绑定点降低，重心翻转平面向后倾斜，脚FL轮空离地，在牵引抬脚迈步组的拉动下向前抬起。这时，车架的全部重量由FR、 BL、 BR三脚支撑。
c) 后脚抬起主牵引组继续拉动车架。当着地的两脚FR、 BL接近垂直于地面时，指挥组指挥秤砣组向前跑至最前端，使重心平面向前翻转，脚BR轮空离地，在牵引抬脚迈步组的拉动下抬起。这时，车架的全部重量由FL、 BL、FR三脚支撑。
d) 完成步幅主牵引组继续向前拉动车架，当FR、 BL垂直于地面时，在指挥组的指挥下，秤砣组跑回重心点，使前脚FL再次抬起，这时车架重量由FR、 BL两脚支撑。主牵引组继续拉动车架，已抬起的重心翻转线上两脚FL、 BR向下落回到地面，车架回到启始状态，完成一次迈步，这时左右脚的前后状态与首次启动时完全相反。用相同的方法可以完成n次迈步。
e) 转向方法在指挥组的指挥下，牵引抬脚迈步组改变牵引方向。如向右转FL、 FR两前脚向右牵引，后脚BL、 BR向左牵引。向左转则完全相反。
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权利要求
1、一种应用重心翻转过程实现四脚迈步行走的方法，其特征在于由一个整体重心翻转平面A，从该重心翻转平面A到地面相同长度的四只脚，步幅限制绳和重心翻转锤F构成的机器，通过预先设置的整体重心翻转平面A，使机器的重心落在四只脚的支撑点的对角线交点上，运用重心翻转锤F在重心翻转平面上来回运动，使重心翻转平面在四只脚支撑点形成的两条对角线上来回翻转，在翻转的过程中抬脚迈步行走。
2、 如权利要求1所述的四脚迈步行走的方法，其特征在于整体重心翻转平面A是一个虚拟的平面，是构成本方法的基础，当机器处于静止站立状态 时A平面与地面平行，此时重心翻转平面和该平面上的重心点决定四只脚在机 器结构中的固定位置。
3、 如权利要求1或2所述的四脚迈步行走的方法，其特征在于机器的四只脚由不在同一重心翻转线上的两只前脚和两只后脚组成，四只脚支撑点的 对角线平分机器重量使其成为一个天平。
4、 如权利要求1或2所述的四脚迈步行走的方法，其特征在于重心翻转锤的运动方向由前脚和后脚的设置决定，当重心翻转锤运动到机器后部时前 脚抬起，运动到机器前部时后脚抬起。
5、 如权利要求1或3所述的四脚迈步行走的方法，其特征在于步幅限制绳分别绑定在两前脚之间和两后脚之间，使两前脚与两后脚步幅完全一致。
6、 如权利要求1或3所述的四脚迈步行走的方法，其特征在于四只脚可摇动自如地安装于机器上。
全文摘要
应用重心翻转过程实现四脚迈步行走的方法，有由一个整体重心翻转平面，从该重心翻转平面到地面相同长度的四只脚，步幅限制绳和重心翻转锤构成的机器，通过预先设置的整体重心翻转平面，使机器的重心落在四只脚的支撑点的对角线交点上，运用重心翻转锤在重心翻转平面上来回运动，使重心翻转平面在四只脚支撑点形成的两条对角线上来回翻转，在翻转的过程中抬脚迈步行走。它运用直脚作支撑脚，作为运载机械，承重能力特别强，可用于解释建造埃及金字塔的巨石搬运方法以及小说三国演义中的步行机器“木牛流马”的原型，对现代步行机器的发明和制造是个有益的借鉴，用这个方法制造玩具，可以给广大的在生长发育过程中的儿童一个潜移默化的启智作用。
文档编号B62D57/032GK101492075SQ20091009417
公开日2009年7月29日 申请日期2009年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者张进华 申请人:张进华