專利名稱：仿生跨步行走拖拉機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拖拉機，特別是仿生跨步行走拖拉機。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的拖拉機通過凹凸不平或松軟地面時，機器重心相對地面不斷上升下降，消耗大量能量，對駕駛性和機件壽命沖擊大，有很多沒有人工路面的地方根本無法通過，而跨步行走的動物卻能輕松通過這些地方，因而模仿動物行走是拖拉機發(fā)展的方向。
《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》(冶金工業(yè)出版社出版)上發(fā)表的中科院沈陽自動化研究所LR-1全方位六足機器人，它由復(fù)雜的傳感器系統(tǒng)、計算機、各伺服控制器、各伺服驅(qū)動器來控制18個自由度完成各關(guān)節(jié)運動，足先后順序控制，平衡的監(jiān)視與控制，地形的感知，落足的選擇，障礙的回避和克服，機體姿態(tài)控制和轉(zhuǎn)向控制等。目前各種步行機由于大量獨立運動自由度的存在，傳動系統(tǒng)復(fù)雜，機械效率低，能耗高，復(fù)雜的控制系統(tǒng)使腿的承載能力和剛度低，各運動件和傳動件制造工藝復(fù)雜，精度要求高，制造成本高，且還有很多技術(shù)難題沒有解決，目前的步行機還處于實驗室研制階段，還沒有完全適用于生產(chǎn)要求的步行機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能耗少、結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、不用計算機、復(fù)雜的傳感器、各伺服控制器和驅(qū)動器大量、獨立運動自由度就能跨步行走的拖拉機。
本發(fā)明的具體方案是包括發(fā)動機、離心離合器、減速器、駕駛室、轉(zhuǎn)向機、油門踏板和車架，其特征在于1、曲柄固接在減速器輸出軸上，連桿一端用軸與曲柄鉸接，搖臂、從動連桿、從動搖臂、減速箱體用軸鉸接成一個平行四邊形機構(gòu)；連桿中間孔至工作腿支架鉸接部份、從動連桿、從動搖桿、工作腿支架用軸鉸接成另一個平行四邊形機構(gòu)；輸出軸到搖臂與減速箱鉸接孔之距等于2倍曲柄半徑，連桿中間孔到兩端孔之距＝搖臂兩孔距＝從動搖臂兩孔距＝從動搖桿兩孔距＝2.5倍曲柄半徑；減速器上與搖臂和從動搖臂鉸接兩孔之距＝從動連桿兩孔距＝工作腿支架與連桿和從動搖桿鉸接兩孔之距，鉸接各軸與桿件、桿件與桿件之間可相互轉(zhuǎn)動。
2、凸輪與曲柄一同套裝在輸出軸上，凸輪上有兩工作表面分別與工作腿離合總泵、支撐腿離合總泵上滑輪接觸，每個工作面由大圓弧、小圓弧、連接大圓弧和小圓弧的連接弧和連接線段組成，大圓弧半徑與小圓弧半徑之差為離合總泵活塞桿有效工作行程；兩工作面大圓弧中線之夾角＝兩離合總泵活塞桿直線之夾角，曲柄兩孔連線與其中一大圓弧中線之夾角＝輸出軸水平線的垂線與此大圓弧接觸滑輪的活塞桿直線之夾角，兩工作面上大圓弧、小圓弧為同心圓弧。固定在減速箱上的支撐腿離合總泵用軟管連接前后支撐離合分泵；固定在減速箱上的工作腿離合總泵，用軟管連接前后工作腿離合分泵。
3、前后支撐腿與支撐腿離合器的離合鼓固接后用軸鉸接在前后萬向偏轉(zhuǎn)支架上，前后萬向偏轉(zhuǎn)支架用軸鉸接在轉(zhuǎn)向支架上，每個離合器兩離合蹄片一端用軸鉸接在前后萬向偏轉(zhuǎn)支架上，另一端與離合分泵兩端活塞接觸，離合分泵固定在萬向偏轉(zhuǎn)支架上，回位彈簧裝在兩蹄片之間；支撐腿能相對萬向偏轉(zhuǎn)支架轉(zhuǎn)動，萬向偏轉(zhuǎn)支架能相對轉(zhuǎn)向支架轉(zhuǎn)動。
4、前后工作腿與前后工作腿離合器上的離合鼓固接后用軸鉸接在工作腿支架上，每個離合器兩離合蹄片一端用軸鉸接在工作腿支架上，另一端與離合分泵兩端活塞接觸，彈簧裝在兩蹄片之間，工作腿能夠繞著工作腿支架相對轉(zhuǎn)動。
5、撐桿一端用軸鉸接在工作腿支架上，彈簧裝在撐桿和工作腿支架之間。
6、套裝主動鏈輪的軸用軸套設(shè)置在車架上，套裝從動鏈輪的軸用軸套設(shè)置在車架上，鏈條連接主動鏈輪和從動鏈輪，萬向傳動軸連接方向機和主動鏈輪軸，轉(zhuǎn)向支架與從動鏈輪軸固接，轉(zhuǎn)向支架能相對車架轉(zhuǎn)動。
采用上述方案，機器通過曲柄連桿和兩平行四邊形機構(gòu)、凸輪、工作腿和支撐腿離合總泵、工作腿和支撐腿離合器、工作腿和支撐腿能模仿動物實現(xiàn)跨步行走，無需計算機、大量傳感器、各伺服控制器和驅(qū)動器、大量獨立運動的自由度，構(gòu)造簡單，制造成本低，工作更可靠，能耗低，機器的驅(qū)動力矩與發(fā)動機、減速器和曲柄半徑有關(guān)，與腿長無關(guān)，因此跨越障礙的能力可根據(jù)需要而調(diào)節(jié)腿的長度，不影響驅(qū)動力。
四

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖，圖2是凸輪的A-A向剖視圖，圖3是減速器B-B向剖視圖五、具體實施例請看圖1，本發(fā)明主要由軸套1、工作腿支架2、主動鏈輪3、軸4、萬向傳動軸5、方向機6、油門踏板7、駕駛室8、發(fā)動機9、離心離合器10、減速器11、支撐腿離合總泵12、軸13、從動搖臂14、軸15、活塞桿16、滑輪17、從動連桿18、從動搖桿19、軸(20、21)、輸出軸22、曲柄23、凸輪24、滑輪25、軸26、連桿27、搖臂28、軸(29、30)、活塞桿31、工作腿離合總泵32、后工作腿33、軸34、后工作腿離合器35、軟管36、支撐腿離合鼓37、離合蹄片38、后支撐腿39、軸(40、41)、離合分泵42、彈簧43、后支撐腿萬向偏轉(zhuǎn)支架44、軸45、轉(zhuǎn)向支架46、軟管47、從動鏈輪48、軸49、軸套50、鏈條51、前支撐腿萬向偏轉(zhuǎn)支架52、軸53、前支撐腿54、軸55、前支撐腿離合器56、車架57、前工作腿離合器58、軸59、彈簧60、前工作腿61、撐桿62；它們之間的聯(lián)接關(guān)系是駕駛室8、發(fā)動機9、減速器11設(shè)置在車架57上，轉(zhuǎn)向機6、油門踏板7設(shè)置在駕駛室8內(nèi)離心離合器10設(shè)置在發(fā)動機9和減速器11之間。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)要點是1、減速器11上輸出軸22固接曲柄23，曲柄23用軸20與連桿27一端鉸接，連桿27中間孔用軸26與搖臂28和從動連桿18一端鉸接，連桿27另一端用軸29與工作腿支架2一孔鉸接；輸出軸22同水平線上設(shè)置二孔，搖臂28另一端用軸30與輸出軸22右邊一孔鉸接，從運搖臂14一端用軸13與另一孔鉸接；從動搖臂14另一端用軸15與從動連桿18另一端和從動搖桿19一端鉸接，從動搖桿19另一端用軸21與工作腿支架2上另一孔鉸接；輸出軸22到搖臂28與減速箱鉸接孔之距等于2倍曲柄半徑，連桿27中間孔到兩端孔之距＝搖臂28兩孔距＝從動搖臂14兩孔距＝從動搖桿19兩孔距＝2.5倍曲柄半徑；減速器上與搖臂28和從動搖臂14鉸接兩孔之距＝從動連桿18兩孔距＝工作腿支架2與連桿27和從動搖桿19鉸接兩孔之距，鉸接各軸與桿件，桿件與桿件之間可轉(zhuǎn)動。2、凸輪24與曲柄23固接在輸出軸22上，凸輪上有兩工作表面，每個工作表面由弧角為180°的大圓弧，弧角為175°的小圓弧，連接大圓弧與小圓弧的弧角為5°的連接弧和連接線段組成，大圓弧和小圓弧為同心圓??；曲柄兩孔連線與滑輪25相觸的大圓弧中線夾角為135°，曲柄兩孔連線與滑輪17相觸的大圓弧中線夾角為225°；以通過輸出軸22水平線的垂線上半段為基準，工作腿離合總泵活塞桿31直線與它夾角為135°，支撐腿離合總泵活塞桿16直線與它夾角為225°；支撐腿離合總泵12固定在減速箱體上，總泵12通過軟管47連接前支撐腿離合分泵和后支撐腿離合分泵42；工作腿離合總泵固定在減速箱體上，總泵32用軟管36與工作腿前后離合分泵相連。3、后支撐腿39一端與離合鼓37固接，鼓37用軸41與后支撐腿萬向偏轉(zhuǎn)支架44鉸接，萬向偏轉(zhuǎn)支架44用軸45與轉(zhuǎn)向支架46鉸接，后支撐腿39能繞軸41相對支架44轉(zhuǎn)動，支架44能繞軸45相對轉(zhuǎn)向支架46旋轉(zhuǎn)，離合分泵42固定在支架44上，兩蹄片38上一端用軸40鉸接在支架44上，另一端與離合分泵42兩端活塞接觸，回位彈簧45裝在兩蹄片之間；前支撐腿54一端與離合器56的離合鼓固接，離合鼓用軸55與前支撐腿萬向偏轉(zhuǎn)支架52鉸接，支架52用軸55與轉(zhuǎn)向支架46鉸接，前支撐腿能繞軸相對支架52轉(zhuǎn)動，支架52能繞軸55與轉(zhuǎn)向支架46轉(zhuǎn)動，離合分泵固定在支架52上，兩離合蹄片一端用軸鉸接在支架52上，另一端與離合分泵兩端活塞相觸，回位彈簧裝在兩蹄片之間；萬向偏轉(zhuǎn)支架(44、52)與轉(zhuǎn)向支架46、轉(zhuǎn)向支架46與車架57的轉(zhuǎn)動平面相互平行，支撐腿(39、54)相對萬向偏轉(zhuǎn)支架(44、52)轉(zhuǎn)動平面與轉(zhuǎn)向支架46和車架57的轉(zhuǎn)動平面垂直。4、前后工作腿(33、61)分別與前后工作腿離合器(35、58)的離合鼓固接，兩離合鼓分別用軸(34、59)鉸接在工作腿支架2上，前后工作腿能相對支架2轉(zhuǎn)動，兩離合分泵固定在支架2上，每個離合器兩離合蹄片一端用軸鉸接在支架2上，另一端與離合分泵兩端活塞相觸，彈簧裝在兩蹄片之間。5、撐桿一端用軸59與支架2鉸接，彈簧60連接在支架2和撐桿62之間，使撐桿與地面保持一定高度，撐桿62上另一端繞支架2轉(zhuǎn)動半徑≤工作腿長。6、軸49用軸套50設(shè)置在車架57上，從動鏈輪48固接在軸49上，軸4用軸套1設(shè)置在車架57上，主動鏈輪3固接在軸4上，鏈條51連接鏈輪3和48；萬向傳動軸5連接軸4和方向機6，軸49與轉(zhuǎn)向支架46固接，軸49和相對支架46能相對車架57轉(zhuǎn)動。軸套1和50與車架57為緊配合，軸套1與軸4和軸套50與軸49為滑配合。
本發(fā)明是這樣工作的輸出軸22帶動曲柄23和凸輪24轉(zhuǎn)動，曲柄23從輸出軸22水平線的垂線的上半段為基準順時針轉(zhuǎn)到175°之間，滑輪17與大圓弧接觸，滑輪25與小圓弧接觸，活塞桿16推動支撐腿離合總泵12工作，壓力油經(jīng)軟管47傳到前后支撐腿離合分泵，使支撐腿離合接合，支撐腿39和54不能繞萬向偏轉(zhuǎn)支架44和52轉(zhuǎn)動而支撐整機重量，工作腿離合總泵32在回位彈簧作用下工作停止，工作腿33和61能繞工作腿支架2轉(zhuǎn)動；同時曲柄23連桿27和兩平行四邊行機構(gòu)使工作腿支架2和兩工作腿先上升一段距離后再前進一段距離，前進中工作腿遇到障礙會相對工作腿支架2上下轉(zhuǎn)動；撐桿62上輪子與坡道接觸而工作腿支架2繼續(xù)前進，撐桿62會繞著軸59相對支架2轉(zhuǎn)動，撐桿62和后工作腿共同支撐整機重量，前支撐腿被抬離地面，機器重心升高，實現(xiàn)爬坡。輸出軸22從175°轉(zhuǎn)過180°后，滑輪17從大圓弧滑過連接線段到小圓弧，滑輪25從小圓弧滑過連接弧到大圓弧，支撐腿離合總泵12停止工作，而離合器分離，支撐腿39和54能繞萬向偏轉(zhuǎn)支架44和52轉(zhuǎn)動，活塞桿31推動工作腿離合總泵工作，壓力油從軟管36傳到前后工作腿離合分泵，工作腿離合器接合，工作腿不能繞支架2轉(zhuǎn)動而支撐整機重量；同時曲柄23連桿27和兩平行四邊形機構(gòu)使工作腿下降一段距離后停止在相對支撐腿上升前高度。輸出軸22從180°轉(zhuǎn)到355°之間，滑輪17繼續(xù)與小圓弧接觸，滑輪25繼續(xù)與大圓弧接觸，支撐腿離合繼續(xù)分離，工作腿離合繼續(xù)結(jié)合，工作腿支撐整機重量；同時曲柄23、連桿27和兩平行四邊形機構(gòu)使機器相對工作腿以近似直線前進一段距離，機器前進中支撐腿會隨著凹凸地面相對萬向偏轉(zhuǎn)支架44和52上下轉(zhuǎn)動，始終與地面接觸。輸出軸22從355°轉(zhuǎn)過360°后，滑輪17從小圓弧滑過連接弧與大圓弧接觸，滑輪25從大圓弧滑過連接線段與小圓弧接觸，活塞桿16推動總泵12工作，總泵32停止工作，支腿離合結(jié)合支撐整機重量，工作腿離合分離能繞支架2轉(zhuǎn)動；同時曲柄23、連桿27和兩平行四邊形機構(gòu)使機器前進一段距離后停止。輸出軸22繼續(xù)旋動、重復(fù)前述工作。
本發(fā)明是這樣轉(zhuǎn)向的當支撐腿支撐整機重量時，轉(zhuǎn)動方向機6，通過萬向傳動軸5帶動鏈輪3和48、鏈條51，使轉(zhuǎn)向支架46相對支架57轉(zhuǎn)動實現(xiàn)轉(zhuǎn)向；當工作腿支撐整機重量，此時轉(zhuǎn)動方向機6，萬向偏轉(zhuǎn)支架44和55能繞著轉(zhuǎn)向支架46偏轉(zhuǎn)到支撐腿相對支架44和55旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)向阻力方向一致，以利于轉(zhuǎn)向支架46相對車架57空轉(zhuǎn)。
顯然，本領(lǐng)略技術(shù)人員可以將工作腿、支撐腿離合器改型，以可以不用工作腿離合總泵和工作腿離合器，制造簡單的步行機；還可以不用凸輪、工作腿和支撐腿離合總泵、工作腿和支撐腿離合器，只在車架下設(shè)置一調(diào)節(jié)高度機構(gòu)來制造適于在相對平坦的田間作業(yè)的更為簡單的步行機；也可以用輸出軸驅(qū)動的往復(fù)直線運動的裝置來代替曲柄連桿和兩平行四邊行機構(gòu)，與結(jié)構(gòu)要點2、3、4、5、6的裝置組合成另一種步行機，但總的不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種仿生跨步行走拖拉機包括軸套(1、50)、工作腿支架(2)、主動鏈輪(3)、軸(4、13、15、20、21、26、29、30、34、40、41、45、49、53、55、59、)、萬向傳動軸(5)、方向機(6)、油門踏板(7)、駕駛室(8)、發(fā)動機(9)、離心離合器(10)、減速器(11)、支撐腿離合總泵(12)、從動臂搖(14)、活塞桿(16、31)、滑輪(17、25)、從動連桿(18)、從動搖桿(19)、輸出軸(22)、曲柄(23)、凸輪(24)、連桿(27)、搖臂(28)、工作腿離合總泵(32)、后工作腿(33)、后工作腿離合器(35)、軟管(36、47)支撐腿離合鼓(37)、離合蹄片(38)、后支撐腿(39)、離合分泵(42)、彈簧(43、60)、后支撐腿萬向偏轉(zhuǎn)支架(44)、轉(zhuǎn)向支架(46)、從動鏈輪(48)、鏈條(51)、前支撐腿萬向偏轉(zhuǎn)支架(52)、前支撐腿(54)、前支撐腿離合器(56)、車架(57)、前工作腿離合器(58)、前工作腿(61)、撐桿(62)。其特征在于1、固接在輸出軸(22)上的曲柄(23)用軸(20)與連桿(27)一端鉸接，連桿(27)中間孔用軸(26)與搖臂(28)和從動連桿(18)一端鉸接，連桿(27)另一端用軸(29)與工作腿支架(2)一孔鉸接；輸出軸(22)同水平線上設(shè)置二孔，搖臂(28)另一端用軸(30)與輸出軸(22)右邊一孔鉸接，從動搖臂(14)一端用軸(13)與另一孔鉸接；從動搖臂(14)另一端用軸(15)與從動連桿(18)另一端和從動搖桿(19)一端鉸接，從動搖桿(19)另一端用軸(21)與工作腿支架(2)上另一孔鉸接；輸出軸(22)到搖臂(28)與減速箱鉸接孔之距等于2倍曲柄半徑，連桿(27)中間孔到兩端孔之距＝搖臂(28)兩孔距＝從動搖臂(14)兩孔距＝從動搖桿(19)兩孔距＝2.5倍曲柄半徑；減速器上與搖臂(28)和從動搖臂(14)鉸接兩孔之距＝從動連桿(18)兩孔距＝工作腿支架2與連桿(27)和從動搖桿(19)鉸接兩孔之距，鉸接各軸與桿件，桿件與桿件之間可轉(zhuǎn)動。2、凸輪(24)與曲柄(23)一同固接在輸出軸(22)上，凸輪(24)上同軸線兩工作表面分別與滑輪(17)、(25)相觸，每個工作面由同心大圓弧，小圓弧，連接大圓弧和小圓弧的連接弧和連接線段組成，曲柄(23)兩孔連線與滑輪(17)接觸的大圓弧中線之夾角＝輸出軸(22)水平線的垂線上半段與離合總泵(12)上活塞桿(16)直線之夾角，曲柄(23)兩孔連線與滑輪(25)接觸的大圓弧中線之夾角＝輸出軸(22)水平線的垂線上半段與離合總泵(32)上活塞桿(31)直線之夾角；支撐腿離合總泵(12)固定在減速箱體上，總泵(12)用軟管(47)連接前支撐腿離合分泵和后支撐腿離合分泵(42)；工作腿離合總泵(32)固定在減速箱體上總泵(32)用軟管(36)與工作腿前后離合分泵相連。
3.前后支撐腿(39、54)與前后支撐腿離合器的離合鼓固接后用軸(41、55)鉸接在前后萬向偏轉(zhuǎn)支架(44、52)上，前后萬向偏轉(zhuǎn)支架(44、55)與轉(zhuǎn)向支架(46)鉸接，每個支撐腿離合器的兩離合蹄片一端用軸鉸接在萬向偏轉(zhuǎn)支架上，另一端與固接在萬向偏轉(zhuǎn)支架上的離合分泵兩端活塞相觸，回位彈簧裝在兩蹄片之間，前后支撐腿(39、54)能繞萬向偏轉(zhuǎn)支架(45、55)轉(zhuǎn)動，支架(45、55)能繞轉(zhuǎn)向支架(46)轉(zhuǎn)動。
4.前后工作腿(33、61)與前后工作腿離合器(35、58)的離合鼓固接后用軸(34、59)鉸接在工作腿支架(2)上，每個工作腿離合器的兩蹄片一端用軸鉸接在支架(2)上，另一端與固接在支架(2)上的離合分泵兩端活塞相觸，回位彈簧裝在兩蹄片之間，前后工作腿(33、61)能繞工作腿支架(2)轉(zhuǎn)動。
5.撐桿(62)一端用軸(59)與工作腿支架(2)鉸接，彈簧(60)連接在支架(2)和撐桿(62)之間使撐桿與地面保持一定高度。
6.軸(49)用軸套(50)設(shè)置在車架(57)上，從動鏈輪(48)固接在軸(49)上，軸(4)用軸套(1)設(shè)置在車架(57)上，主動鏈輪(3)固接在軸(4)上，鏈條(51)連接鏈輪(3、48)，萬向傳動軸(5)連接軸(4)和方向機(6)，軸(49)與轉(zhuǎn)向支架(46)固接，轉(zhuǎn)向支架(46)能相對車架(57)轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于可用輸出軸(22)驅(qū)動的往復(fù)直線運動的裝置來代替曲柄(23)連桿(27)和兩平行四邊行機構(gòu)裝置，用此裝置與權(quán)利要求2、3、4、5、6中的裝置組合可組成另一種步行機。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4其特征在于支撐腿和工作腿的離合器可以是多片的干式或濕式摩擦片離合器，也可以是相同作用的其它離合器。
全文摘要
一種仿生跨步行走拖拉機，主要通過減速器輸出軸22帶動曲柄23連桿27和兩平行四邊形機構(gòu)、凸輪24、工作腿和支撐腿離合總泵12和32、工作腿離合器35和58、前支撐腿離合器56和后支撐腿離合器、工作腿33和61、支撐腿39和54使機器模仿動物跨步行走，無需計算機、大量傳感器、復(fù)雜的伺服控制器和驅(qū)動器，大量獨立運動自由度就能跨步行走，克服了目前步行機承載能力小、傳動系統(tǒng)復(fù)雜、機械效率低、能耗高、工作不可靠、轉(zhuǎn)向困難、制造工藝復(fù)雜、成本高的缺點，也克服了傳統(tǒng)拖拉機通過凹凸或松軟地面時重心不斷升降，能耗高，轉(zhuǎn)向困難的缺點。
文檔編號B62D57/00GK1565913SQ0313535
公開日2005年1月19日 申請日期2003年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者陳永洪 申請人:陳永洪