一种仿螃蟹步行机构.pdf

本发明公开了一种仿螃蟹步行机构，是由基体框架、驱动装置、传动机构和执行机构组成，本发明行走时，打开电源，电机传输动力，电机齿轮带动曲轴齿轮转动，使曲轴转动，曲轴凸起带动连接杆转动使整个连杆机构转动时，第一行走机构向前迈出，第二行走机构实现收缩，通过曲轴连续转动，第一行走机构与第二行走机构循环交替运动，实现仿螃蟹步行机构行走运动。本发明结构简单，操作方便，稳定性强，运动速度快，工作过程高效，具有优越的移动能力和复杂底面适应能力，对地形复杂、环境恶劣的地势能正常工作，对于仿生步行机构的松软地面触土部件研究提供了实验平台，更在医疗救援和科学探索中发挥巨大作用。

权利要求书
1.  一种仿螃蟹步行机构，其特征在于：是由基体框架(1)、驱动装置(2)、 传动机构(3)和执行机构(4)组成，驱动装置(2)固定设置在基本框架(1) 上，传动机构(3)穿过驱动装置(2)并固定设置在基体框架(1)上，执行机 构(4)固定设置在传动机构(3)上；
基本框架(1)包括顶板(11)、第一侧板(12)、第二侧板(13)、底板(14) 和数个固定三脚架(15)，第一侧板(12)与第二侧板(13)分别固定设置在顶 板(11)和底板(14)两端并在顶板(11)和底板(14)之间，固定三角架(15) 固定设置在底板(14)与第一侧板(12)和第二侧板(13)连接处；
驱动装置(2)包括电机(21)和电机齿轮(22)和电源箱(23)，电机(21) 和电源箱(23)固定设置在基体框架(1)的底板(14)上；
传动机构(3)包括曲轴(31)、曲轴齿轮(32)、第一固定横杆(33)、第 二固定横杆(34)、第三固定横杆(35)和第四固定横杆(36)，曲轴(31)、第 一固定横杆(33)、第二固定横杆(34)、第三固定横杆(35)和第四固定横杆 (36)分别穿过第一侧板(12)与第二侧板(13)，并固定设置在基体框架(1) 上，曲轴齿轮(32)固定设置在曲轴(31)上，并与电机齿轮(22)咬合，曲 轴(31)有三个曲轴凸起(37)；
执行机构(4)包括第一连杆机构(41)、第二连杆机构(42)、第三连杆机 构(43)、第四连杆机构(44)、第五连杆机构(45)和第六连杆机构(46)，以 上六组连杆机构结构相同，第一连杆机构(41)与第二连杆机构(42)设置在 基体框架(1)左侧，第五连杆机构(45)与第六连杆机构(46)设置在基体框 架(1)右侧，第三连杆机构(43)与第四连杆机构(44)设置在基体框架(1) 中间，第一连杆机构(41)、第三连杆机构(43)和第五连杆机构(45)与传动 机构(3)连接方式相同，第一连杆机构(41)包括第一连接杆(411)，第一限 位杆(412)，第一仿大腿杆(413)，第一仿小腿杆(414)，第一连接杆(411) 穿过并设置在曲轴凸起(37)上，第一限位杆(412)穿过并设置在第二固定横 杆(34)上，第一仿大腿杆(413)穿过并设置在第一固定横杆(33)上，第二 连杆机构(42)、第四连杆机构(44)和第六连杆机构(46)与传动机构(3) 连接方式相同，第二连杆机构(42)包括第二连接杆(421)，第二限位杆(422)， 第二仿大腿杆(423)，第二仿小腿杆(424)，第二连接杆(421)穿过并设置在 曲轴凸起(37)上，第二限位杆(422)穿过并设置在第二固定横杆(35)上， 第二仿大腿杆(423)穿过并设置在第四固定横杆(36)上。

说明书一种仿螃蟹步行机构
技术领域
本发明涉及一种工程仿生技术，特别涉及一种仿螃蟹步行机构。
背景技术
随着人类的活动范围日益扩展，以及对能量消耗的日益增加，人类将目 光逐渐扩大到了未知地域，这些地域往往具有丰富的资源，例如西部地区的 能源和矿产资源在全国占有重要地位，其中新疆的煤炭和天然气储量丰富， 主要分布在塔里木盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地等地，另外西部地区还是 金属和非金属矿产的主要产区，由于资源分布的地区交通不便利，因此常规 轮式或履带式车辆无法达到这些区域，造成这些资源无法利用，耗费大量人 力和财力。此外，频发的自然灾害，如火山爆发、地震、泥石流或建筑物垮 塌，造成常规的作业机械无法到达指定地点进行营救，或营救地点工作环境 危险，人员无法及时达到受伤人员的位置，从而造成了受伤人员无法得到及 时的治疗，耽误救援工作。一些特殊的工作环境如航空航天、军事侦察攻击、 地下管道检测和水下侦察等往往地形复杂、环境恶劣，需要有特殊的装置代 替人类在这些环境下进行工作。现有仿生步行机构对于松软地面触土部件研 究费用高，实用性模拟研究复杂，缺少实验平台。
发明内容
本发明的目的是要解决上述现有机械对地形复杂、环境恶劣的地形不能 正常工作和对于仿生步行机构的松软地面触土部件研究缺少实验平台等问 题，而提供的一种仿螃蟹步行机构。
本发明仿生过程：
螃蟹步足各组成部分尺寸的获取：选取20只健康、年龄相同、大小相近 的螃蟹蟹，进行简单的解剖，用游标卡尺测量出螃蟹蟹基节、座节、长节、 腕节、前节、指节长度，在此基础上进行简化，把螃蟹步足简化为两个部分， 把基节、座节、长节看成一个整体a，腕节、前节、指节看成一个整体b，计 算出然后求出和的比值s。
仿螃蟹步行机构步足三维模型的建立：依据上面的比值，确定仿螃蟹步 行机构执行末端两个关节的比值，选取六杆机构作为执行机构，用以完成腿 部的跨步和收缩动作，以执行末端两个关节为基础并结合机械原理相关知识 确定六杆机构其他杆件的尺寸比例，选择适当的放大比例，在三维建模软件 CATIA中建立单一的仿螃蟹步行机构腿部结构模型。
仿螃蟹步行机构步足尺寸的仿真优化：把仿螃蟹腿部结构模型导入机械 系统分析软件ADAMS中，添加约束，进行动力学和运动学仿真分析，通过 分析导出的足端轨迹曲线，来判断腿部尺寸是否合理，如果轨迹曲线不合理， 通过微调六杆机构各杆件的尺寸，来实现足端轨迹曲线的改变，最终找到最 优的足端轨迹曲线，相对应的六杆机构各杆件的尺寸比例即为执行机构各杆 件的尺寸比例。
本发明是由基体框架、驱动装置、传动机构和执行机构组成，驱动装置2 固定设置在基本框架上，传动机构穿过驱动装置并固定设置在基体框架1上， 执行机构固定设置在传动机构上；
基本框架包括顶板、第一侧板、第二侧板、底板和数个固定三脚架，第 一侧板与第二侧板分别固定设置在顶板和底板两端并在顶板和底板之间，固 定三角架固定设置在底板与第一侧板和第二侧板连接处；
驱动装置包括电机和电机齿轮和电源箱，电机和电源箱固定设置在基体 框架的底板上；
传动机构包括曲轴、曲轴齿轮、第一固定横杆、第二固定横杆、第三固 定横杆和第四固定横杆，曲轴、第一固定横杆、第二固定横杆、第三固定横 杆和第四固定横杆分别穿过第一侧板与第二侧板，并固定设置在基体框架上， 曲轴齿轮固定设置在曲轴上，并与电机齿轮咬合，曲轴有三个曲轴凸起；
执行机构包括第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构、第四连杆 机构、第五连杆机构和第六连杆机构，以上六组连杆机构结构相同，第一连 杆机构与第二连杆机构设置在基体框架左侧，第五连杆机构与第六连杆机构 设置在基体框架右侧，第三连杆机构与第四连杆机构设置在基体框架中间， 第一连杆机构、第三连杆机构和第五连杆机构与传动机构连接方式相同，第 一连杆机构包括第一连接杆，第一限位杆，第一仿大腿杆，第一仿小腿杆， 第一连接杆穿过并设置在曲轴凸起上，第一限位杆穿过并设置在第二固定横 杆上，第一仿大腿杆穿过并设置在第一固定横杆上，第二连杆机构、第四连 杆机构和第六连杆机构与传动机构连接方式相同，第二连杆机构包括第二连 接杆，第二限位杆，第二仿大腿杆，第二仿小腿杆，第二连接杆穿过并设置 在曲轴凸起上，第二限位杆穿过并设置在第二固定横杆上，第二仿大腿杆穿 过并设置在第四固定横杆上；
本发明的工作原理和过程：
第一连杆机构、第三连杆机构和第五连杆机构为第一行走机构，第二连 杆机构、第四连杆机构和第六连杆机构为第二行走机构，本发明行走时，打 开电源，电机传输动力，电机齿轮带动曲轴齿轮转动，使曲轴转动，曲轴凸 起带动连接杆转动使整个连杆机构转动时，第一行走机构向前迈出，第二行 走机构实现收缩，通过曲轴连续转动，第一行走机构与第二行走机构循环交 替运动，实现仿螃蟹步行机构行走运动。
本发明的有益效果：
本发明结构简单，操作方便，稳定性强，运动速度快，工作过程高效， 具有优越的移动能力和复杂底面适应能力，对地形复杂、环境恶劣的地势能 正常工作，对于仿生步行机构的松软地面触土部件研究提供了实验平台，更 在医疗救援和科学探索中发挥巨大作用。
附图说明
图1是本发明的立体示意图。
图2是本发明曲轴的立体示意图。
图3是本发明第一连杆机构的立体示意图。
图4是本发明第二连杆机构的立体示意图。
图5是本发明的执行机构立体示意图。
具体实施方式
请参阅图1和图2、图3、图4和图5所示，本发明是由基体框架1、驱 动装置2、传动机构3和执行机构4组成，驱动装置2固定设置在基本框架1 上，传动机构3穿过驱动装置2并固定设置在基体框架1上，执行机构4固 定设置在传动机构3上；
基本框架1包括顶板11、第一侧板12、第二侧板13、底板14和数个固 定三脚架15，第一侧板12与第二侧板13分别固定设置在顶板11和底板14 两端并在顶板11和底板14之间，固定三角架15固定设置在底板14与第一 侧板12和第二侧板13连接处；
驱动装置2包括电机21和电机齿轮22和电源箱23，电机21和电源箱 23固定设置在基体框架1的底板14上；
传动机构3包括曲轴31、曲轴齿轮32、第一固定横杆33、第二固定横杆 34、第三固定横杆35和第四固定横杆36，曲轴31、第一固定横杆33、第二 固定横杆34、第三固定横杆35和第四固定横杆36分别穿过第一侧板12与第 二侧板13，并固定设置在基体框架1上，曲轴齿轮32固定设置在曲轴31上， 并与电机齿轮22咬合，曲轴31有三个曲轴凸起37；
执行机构包括第一连杆机构41、第二连杆机构42、第三连杆机构43、第 四连杆机构44、第五连杆机构45和第六连杆机构46，以上六组连杆机构结 构相同，第一连杆机构41与第二连杆机构42设置在基体框架1左侧，第五 连杆机构45与第六连杆机构46设置在基体框架1右侧，第三连杆机构43与 第四连杆机构44设置在基体框架1中间，第一连杆机构41、第三连杆机构 43和第五连杆机构45与传动机构3连接方式相同，第一连杆机构41包括第 一连接杆411，第一限位杆412，第一仿大腿杆413，第一仿小腿杆414，第 一连接杆411穿过并设置在曲轴凸起37上，第一限位杆412穿过并设置在第 二固定横杆34上，第一仿大腿杆413穿过并设置在第一固定横杆33上，第 二连杆机构42、第四连杆机构44和第六连杆机构46与传动机构3连接方式 相同，第二连杆机构42包括第二连接杆421，第二限位杆422，第二仿大腿 杆423，第二仿小腿杆424，第二连接杆421穿过并设置在曲轴凸起37上， 第二限位杆422穿过并设置在第二固定横杆35上，第二仿大腿杆423穿过并 设置在第四固定横杆36上；
本发明的工作原理和过程：
参阅图1、图2和图3所示；第一连杆机构41、第三连杆机构43和第五 连杆机构45为第一行走机构51，第二连杆机构42、第四连杆机构44和第六 连杆机构46为第二行走机构52，本发明行走时，打开电源23，电机21传输 动力，电机齿轮22带动曲轴齿轮32转动，使曲轴31转动，曲轴凸起37带 动连接杆转动使整个连杆机构转动时，第一行走机构51向前迈出，第二行走 机构52实现收缩，通过曲轴31连续转动，第一行走机构51与第二行走机构 52循环交替运动，实现仿螃蟹步行机构行走运动。