專利名稱：應用重心翻轉過程邁步的四腳行走機器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用整體重心翻轉過程實現邁步的四腳行走機器。
背景技術：
沒有査找到非常類似的技術方案。在現有的肢體行走機械、玩具和行走機 器人領域，大多數都忽略了對整體重心的運用，由于不重視整體重心的運用，
使得機械在運行過程中，重心不穩；運行不滑順；靈活度不足，承重能力也弱。 本申請人認為，在上述領域忽略整體重心的研究運用是方向性錯誤。
實用新型內容
本實用新型的目的是提出一種應用重心翻轉過程邁步的四腳行走機器，以 彌補上述現有技術存在的不足。
本實用新型的目的通過以下技術方案達到 一種應用重心翻轉過程邁步的 四腳行走機器，由主體框架、錐形支撐軸、盤簧發條盒、主驅動傳動軸、傳動 推腳滑塊、星形輪傳動驅動軸、星形輪內傳動齒輪及重心翻轉錘、支撐腳和抬 腳扭簧組成，主體框架與錐形支撐軸連接，錐形支撐軸套接在支撐腳上，在它 們的連接處安裝有抬腳扭簧；連接在底蓋上的盤簧發條盒與傳動齒輪嚙合，主
驅動傳動軸兩端的驅動齒輪各與傳動齒輪嚙合，同時第一傳動擋板、上槽輪定 位圓弧面和第二傳動擋板分別與第一受力擋板、下槽輪定位圓弧面和第二受力
擋板搭接；星形輪驅動齒輪與星形輪內傳動齒輪嚙合相連，同時星形輪內定位 齒輪與星形輪外齒輪盤嚙合相連，承力推栓套在后腳承推槽內連接。 所述的驅動齒輪星形輪傳動齒輪的傳動比為2:1。 所述的星形輪驅動齒輪星形輪內傳動齒輪的傳動比為2:1。 所述的星形輪外齒輪盤星形輪內定位齒輪的傳動比為2:1。 所述的支撐腳是直腳。 -
所述的主驅動傳動軸的上槽輪定位圓弧面與傳動推腳滑塊的下槽輪定位圓 弧面相互滑動連接形成間歇槽輪定位圓弧面結構。
所述的錐形支撐軸與支撐腳上端的刀口形連接孔連接，支撐腳可搖動自如 地安裝于主體框架上。本實用新型的優點以整體重心翻轉過程實現邁步，①結構簡單以及實施 所需的工藝簡單。②本實用新型運用直腳作支撐腳，作為運載機械，承重能力 特別強，可用于解釋古代人們搬運巨石的方法。對現代步行機器的發明和制造 是個有益的借鑒。③本實用新型提出的行走方法運行滑順，摩擦阻力小，行走 省力。
圖1是本實用新型的起始位置原理俯視圖。
圖2是本實用新型的起始位置原理立體圖。
圖3是本實用新型的前腳抬起位置原理俯視圖。
圖4是圖3的立體圖。
圖5后腳抬起位置原理俯視圖。
圖6是圖5的立體圖。
圖7是完成一個步幅位置原理俯視圖。
圖8是圖7的立體圖。
圖9是本實用新型中的實施例一 "木牛流馬"的各主要組成部件標注圖。
圖10是圖9中主體框架(1)剖去一側面板后的立體圖。
圖11是圖9中主體框架(1)剖去一側內外板后的立體圖。
圖12是實施例一 "木牛流馬"的各主要組成部件分解示意圖。
圖13是實施例一 "木牛流馬"的起始位置原理示意圖。
圖14是圖13的立體圖。
圖15是實施例一 "木牛流馬"的前腳抬起位置原理示意圖。 圖16是圖15的立體圖。
圖17是實施例一 "木牛流馬"的后腳抬起位置原理示意圖。 圖18是圖17的立體圖。
圖19是實施例一 "木牛流馬"的步幅完成位置原理示意圖。 圖20是圖19的立體圖。
圖21是實施例二 "古代巨石運輸方法"的立體示意圖。
具體實施方式
本實用新型運用兩個幾何原理①不在同一直線上的三點決定一個平面。②四邊形對角線連接后，四個角點可形成四個三角形。
本實用新型涉及四腳行走運載機械和四腳行走玩具類技術領域，利用機器 整體重心在四腳所形成的兩個不在同一平面上的三角形內來回翻轉的過程中， 抬起空閑的一只腳，達到機器邁步的目的，參見圖1-2。 I 、靜態結構說明
① 設置一個平行于地面的重心翻轉平面A。
② 過機器及其被運載物的整體重心作垂直于平面A的法線，法線與A平 面的交點0稱為重心翻轉點。
③ 過法線作兩個平面B和C，使每一個平面平分機器及其被運載物，使 平面兩邊的重量完全相等。A平面與B和C平面分別相交于重心翻轉線ab和cd。
在A平面上以重心翻轉點O為圓心作一個圓，交重心翻轉線ab和cd 于四只點D、 E、 G、 H，這四只點即為腳支撐點。將這四只點中不在同一重心翻 轉線上的兩點設為前腳支撐點，另兩點設為后腳支撐點。
⑤在A平面上設置一個重心翻轉錘F。重心翻轉錘F能在兩前腳支撐點 和兩后腳支撐點的中點連線上來回運動，促使機器的整體重心在重心翻轉線ab 和cd兩邊類似于天平擺動。
◎在支撐點上連接四只長短完全相等的支撐腳，在兩前腳之間和兩后腳 之間各綁定一條長度相同的步幅限制繩，使兩前腳與兩后腳步幅完全一致。 II、運動過程說明
⑦ 起始位置如圖1-2，設d點為D支撐點上的腳的落地點，e點為E 支撐點上的腳的落地點，g點為G支撐點上的腳的落地點，h點為H支撐點上的 腳的落地點，N向為運動的前方向，S向為運動的反方向。當處在此位置時，機 器的重心落在三角形Adgh內。整個機器的重量主要由DGHdgh三棱柱形結構支 撐。
⑧ 前腳抬起位置如圖3-4，當機器向N方向前進，從俯視角度看，重 心翻轉點0向d點和g點的連線靠近。當重心翻轉點0完全和dg連線重合時， Dd腳和Gg腳落地且垂直于地面。此時除重心翻轉錘外的整個機器形成一個天平， 天平以平面DdGg為平分面，重心翻轉錘為調節碼。此時重心翻轉錘F，處在以 平分面DdGg為界的S向靠后位置，整個機器倒向S方向。整個機器的重量完全由DGHdgh三棱柱形結構支撐，重心翻轉平面A與地面形成夾角，以地面為基準， 高點在E點，低點在H點，e點離開地面懸空。前支撐腳Ee在N向力的作用下， 向N方向抬起。在步幅繩的作用下，前支撐腳Ee不會無限抬高，以步幅繩拉緊 為限，至此，前腳抬起動作完成。
◎ 后腳抬起位置如圖5-6， Dd腳和Gg腳處在垂直于地面的位置不動。 重心翻轉錘F向N方向運動，穿過平分面DdGg運動到機器前端。此時，機器以 平分面DdGg為界，重心翻轉平面A向N方向翻轉，倒向N方向。整個機器的重 量由DEGdeg三棱柱形結構支撐。重心翻轉平面A與地面形成夾角，以地面為基 準，高點在H點，低點在E點，h點離開地面懸空。腳Hh在N向力的作用下， 向N方向抬起。在步幅繩的作用下，腳Hh不會無限抬高，以步幅繩拉緊為限， 至此，后腳抬起動作完成。
⑩ 完成步幅動作當后腳Hh抬起后，重心翻轉錘F轉向S方向運動， 到達重心翻轉點0，重心翻轉平面A再次翻轉，翻轉到與地面平行的位置，包括 重心翻轉錘F在內的整個機器，形成一個完整的天平。此時e點和h點均離開 地面懸空，只有d點和g點落地支撐機器。之后，整個機器向N方向運動，由 于向N方向運動，Dd腳和Gg腳脫離垂直于地面的位置，使整個機器失去垂直方 向的支撐。由于機器受到Dd腳和Gg腳的N向前頂力的作用，整個機器向N方 向下落，回到四只腳落地的狀態。至此完成一個步幅，如圖7-8，各腳的前后位 置與圖1-2所示的起始位置相反。
實施例一 木牛流馬
在小說三國演義中，諸葛亮制造了一種步行機器叫"木牛流馬"，本實施 例用于解釋并再現"木牛流馬"的原型。它能用古代的制造技術實現步行，用 這個方法制造玩具，可以給廣大的在生長發育過程中的兒童一個潛移默化的啟 智作用。
I、木牛流馬機器連接說明，參見圖9-20。
主體框架1的支撐孔1-1與錐形支撐軸2連接，錐形支撐軸2套接在支撐 腳8的刀口形連接孔8-1上，在它們的連接處安裝有抬腳扭簧9。盤簧發條盒3 連接在底蓋上，與盤簧發條盒制成一體的驅動齒輪3-1與主驅動傳動軸4 一端 的傳動齒輪4-1嚙合相連。主驅動傳動軸4兩端的驅動齒輪4-2各與星形輪傳動驅動軸6上的傳動齒輪6-1嚙合相連，同時第一傳動擋板4-3、上槽輪定位圓 弧面4-4和第二傳動擋板4-5分別與傳動推腳滑塊5的第一受力擋板5-1、下槽 輪定位圓弧面5-2和第二受力擋板5-3搭接。星形輪傳動驅動軸6上的星形輪 驅動齒輪6-2與星形輪內傳動齒輪及重心翻轉錘7的星形輪內傳動齒輪7-2嚙 合相連，同時星形輪內定位齒輪7-1與主體框架1內壁上的星形輪外齒輪盤1-2 嚙合相連。傳動推腳滑塊5的承力推栓5-4套穿過支撐腳8的后腳承推槽8-2 內并穿在傳動推腳滑塊的螺栓孔5-5內固定連接。
II 、機器運動過程說明
以下傳動齒輪的傳動比為
驅動齒輪(4-2):星形輪傳動齒輪(6-1) =2:1;
星形輪驅動齒輪(6-2):星形輪內傳動齒輪(7-2)=2:1;
星形輪外齒輪盤(1-2):星形輪內定位齒輪(7-1) =2:1;
以上傳動齒輪的傳動比目的在于當機器處于一個步幅的不同位置時，重 心翻轉錘應處于配合腳步的特定對應的位置，以促使機器在重心翻轉平面前后 翻轉過程中準確邁步。
① 起始位置如圖13-14，當重心翻轉錘7-3處于機器靠后的水平位置， 同時機器的兩前腳FL、 FR和一后腳BL朝前，另一后腳BR朝后。與BL腳連接 的傳動推腳滑塊5的第一擋板5-1與同一側的第一傳動擋板4-3搭接。當機器 處于此位置時為一個步幅的起始位置。后腳BL、 BR也可前后交換，但此時5-1 和4-3的搭接也應交換到另一側。
② 前腳抬起位置如圖15-16，主驅動傳動軸4在盤簧發條3的驅動下 轉動，此時第一傳動擋板4-3推動傳動推腳滑塊5向前運動，承力推栓5-4在 后腳承推槽8-2內推動后腳BL運動到垂直于地面的位置。與此同時，驅動齒輪 4-2推動星形輪傳動齒6-1，星形輪驅動齒輪6-2推動星形輪內傳動齒輪7-2; 重心翻轉錘7-3轉動到機器的中線平衡位置，即重心翻轉點。至此，主驅動傳 動軸4轉過八分之一轉。當后腳運動時，前腳FR與后腳BL形成一對支撐點， 由于重心在后，重心點落在FR、 BL、 BR三腳著地點形成的三角形內。腳運動后 使四腳支撐點到地面的距離不同，高點在重心翻轉線FR、 BL兩腳上，低點在腳 BR上，這時空閑的前腳FL離地輪空，在抬腳扭簧9的作用下抬起。③后腳抬起位置如圖17-18，主驅動傳動軸4繼續轉動，驅動各部件
運動，重心翻轉錘7-3轉到靠前位置。上槽輪定位圓弧面4-4與下槽輪定位圓 弧面5-2滑動搭接，固定后腳BL處于垂直位置不動，由于重心翻轉錘7-3運動 到靠前位置，重心翻轉在前，由FL、 FR、 BL三腳支撐機器的重量，空閑的后腳 BR離地輪空，在抬腳扭簧的作用下抬起。
步幅完成位置如圖19-20，主驅動傳動軸繼續轉動，驅動各部件運 動，星形輪內傳動齒輪及重心翻轉錘轉到起始位置。第二傳動擋板4-5推動第 二受力擋板5-3運動使腳向后運動完成一次邁步。注意，當后腳開始向后運動 時，重心翻轉錘7-3剛巧穿過重心翻轉點向后運動，使前腳離地抬起。 一個步 幅完成后，各腳的前后位置與上一歩幅起始位置完全相反。這時，主驅動傳動軸 4轉了二分之一轉。
實施例二 古代巨石運輸方法
用于建造埃及金字塔的巨石，重的有幾十噸，如何搬運這些巨石， 一直是 個迷。本實施例解釋了巨石的運輸方法。運用這個方法制造成大型簡易機器， 可以在沒有修建公路價值的地區，如沙漠中運輸重物。 I、車架結構
參見圖21，古代埃及人利用農閑季節進行巨石運輸。首先，組織農民和奴 隸到采石場采下巨石，接著對巨石進行初加工，加工成容易找到重心的形狀， 如長方形、正方形等，由圖1-2和靜態結構說明所述方法確定四腳支撐點，在 每個角點上綁一根木支柱，使每根木支柱從綁定點到地面的重直距離完全相等。 在每根木柱上綁一條牽引抬腳邁歩牽引繩B。同時在兩前腳木支柱和兩后腳木支 柱之間各綁一條步幅限制繩C，使前腳綁定點之間的繩長與后腳綁定點之間的繩 長相等，總之兩前腳與兩后腳歩幅完全一致。在巨石前端綁一條牽引繩K，使牽 引端從巨石朝下一面穿出。如果所需運輸的巨石形狀不規則，無法找到重心及 重心翻轉線。可以先用樹干做一方形盒子將巨石固定在盒中，再對木盒找重心 及重心翻轉線，然后綁定四腳。將綁好的巨石稱為車架，以下簡稱車架。
將拉車架的人分為四組①指揮組由1-3人組成，有一名總指揮。②主 牽引組人數以能拉動巨石為限。③牽引抬腳邁步組分為4個小組，每組人 數以能拉動木支柱抬起為限。④平面重心翻轉秤砣組，即重心翻轉錘F:人數以
a) 初始狀態如圖21;使四腳著地，重心翻轉平面處于水平狀態。秤砣 組站在平面重心位置，主牽引組將牽引繩拉緊，牽引抬腳邁步組沿前后方向將 抬腳邁步繩拉緊，指揮組就位使各組能看見令旗。
b) 初始拉動，使前腳抬起:在指揮組的指揮下，主牽引組拉動車架，秤 砣組向后跑至尾部，使重心在后， 一條重心翻轉線上的兩腳FR、 BL由于向前運 動綁定點到地面的距離被抬高，因為重心在后，腳BR的綁定點降低，重心翻轉 平面向后傾斜，腳FL輪空離地，在牽引抬腳邁步組的拉動下向前抬起。這時， 車架的全部重量由FR、 BL、 BR三腳支撐。
c) 后腳抬起主牽引組繼續拉動車架。當著地的兩腳FR、 BL接近垂直 于地面時，指揮組指揮秤砣組向前跑至最前端，使重心平面向前翻轉，腳BR輪 空離地，在牽引抬腳邁步組的拉動下抬起。這時，車架的全部重量由FL、 BL、 FR三腳支撐。
d) 完成步幅主牽引組繼續向前拉動車架，當FR、 BL垂直于地面時， 在指揮組的指揮下，秤砣組跑回重心點，使前腳FL再次抬起，這時，車架重量 由FR、 BL兩腳支撐。主牽引組繼續拉動車架，已抬起的重心翻轉線上兩腳FL、 BR向下落回到地面，車架回到啟始狀態，完成一次邁步，這時左右腳的前后狀 態與首次啟動時完全相反。用相同的方法可以完成n次邁步。
e) 轉向方法在指揮組的指揮下，牽引抬腳邁步組改變牽引方向。如向 右轉FL、 FR兩前腳向右牽引，后腳BL、 BR向左牽引。向左轉則完全相反。
權利要求1、一種應用重心翻轉過程邁步的四腳行走機器，由主體框架(1)、錐形支撐軸(2)、盤簧發條盒(3)、主驅動傳動軸(4)、傳動推腳滑塊(5)、星形輪傳動驅動軸(6)、星形輪內傳動齒輪及重心翻轉錘(7)、支撐腳(8)和抬腳扭簧(9)組成，其特征在于主體框架(1)與錐形支撐軸(2)連接，錐形支撐軸(2)套接在支撐腳(8)上，在它們的連接處安裝有抬腳扭簧(9)；連接在底蓋上的盤簧發條盒(3)與傳動齒輪(4-1)嚙合，主驅動傳動軸(4)兩端的驅動齒輪(4-2)各與傳動齒輪(6-1)嚙合，同時第一傳動擋板(4-3)、上槽輪定位圓弧面(4-4)和第二傳動擋板(4-5)分別與第一受力擋板(5-1)、下槽輪定位圓弧面(5-2)和第二受力擋板(5-3)搭接；星形輪驅動齒輪(6-2)與星形輪內傳動齒輪(7-2)嚙合相連，同時星形輪內定位齒輪(7-1)與星形輪外齒輪盤(1-2)嚙合相連，承力推栓(5-4)套在后腳承推槽(8-2)內連接。
2、 如權利要求l所述的四腳行走機器，其特征在于驅動齒輪(4-2):星 形輪傳動齒輪(6-l)的傳動比為2:1。
3、 如權利要求1所述的四腳行走機器，其特征在于星形輪驅動齒輪(6-2): 星形輪內傳動齒輪(7-2)的傳動比為2:1。
4、 如權利要求1所述的四腳行走機器，其特征在于星形輪外齒輪盤(l-2): 星形輪內定位齒輪(7-l)的傳動比為2:1。
5.如權利要求l所述的四腳行走機器，其特征在于支撐腳(8)是直腳。
6、 如權利要求1所述的四腳行走機器，其特征在于主驅動傳動軸(4) 的上槽輪定位圓弧面(4-4)與傳動推腳滑塊(5)的下槽輪定位圓弧面(5-2)相互 滑動連接形成間歇槽輪定位圓弧面結構。
7、 如權利要求l所述的四腳行走機器，其特征在于錐形支撐軸(2)與支 撐腳(8)上端的刀口形連接孔(8-1)連接，支撐腳(8)可搖動自如地安裝于主體 框架(1)上。
專利摘要一種應用重心翻轉過程邁步的四腳行走機器，由主體框架、錐形支撐軸、盤簧發條盒、主驅動傳動軸、傳動推腳滑塊、星形輪傳動驅動軸、星形輪內傳動齒輪及重心翻轉錘、支撐腳和抬腳扭簧組成，利用機器整體重心在四腳所形成的兩個不在同一平面上的三角形內來回翻轉的過程中，抬起空閑的一只腳，達到機器邁步的目的；它運用直腳作支撐腳，作為運載機械，承重能力特別強，可用于解釋建造埃及金字塔的巨石搬運方法以及小說三國演義中的步行機器“木牛流馬”的原型，對現代步行機器的發明和制造是個有益的借鑒，用這個方法制造玩具，可以給廣大的在生長發育過程中的兒童一個潛移默化的啟智作用。
文檔編號B62D57/00GK201357883SQ200920111010
公開日2009年12月9日 申請日期2009年3月9日 優先權日2009年3月9日
發明者張進華 申請人:張進華