一种缩放滚动机构.pdf

一种缩放滚动机构包括第一至第三杆组(A、B、C)、第一至第六活动短杆(1、2、3、4、5、6)、第一至第三驱动电机(m1、m2、m3)以及连接它们的连接轴。第一杆组(A)包含两个三层外侧V形杆(A1、A3)、一个三层内侧固定短杆(A2)以及两个短套筒(A4、A5)；第二杆组(B)包含两个三层外侧V形杆(B1、B3)、一个三层内侧固定短杆(B2)以及两个短套筒(B4、B5)；第三杆组(C)包含两个四层外侧固定短杆(C1、C4)、两个四层内侧固定V形杆(C2、C3)、两个短套筒(C5、C7)以及一个长套筒(C6)。该机构通过第一至第三驱动电机(m1、m2、m3)之间的冗余驱动实现其缩放变形与滚动功能。

权利要求书
1.  一种缩放滚动机构，其特征在于：一种缩放滚动机构包括第一至第三杆组(A、B、C)、第一至第六活动短杆(1、2、3、4、5、6)、第一至第三驱动电机(m1、m2、m3)以及连接它们的连接轴；
其中，第一杆组(A)包含第一至第二三层外侧V形杆(A1、A3)、第一三层内侧固定短杆(A2)、第一至第二短套筒(A4、A5)以及连接它们的连接轴，第一三层外侧V形杆(A1)与第一三层内侧固定短杆(A2)通过第一短套筒(A4)连接，通过第一三层外侧V形杆(A1)内侧轴孔沉槽、第一三层内侧固定短杆(A2)两侧轴孔沉槽与第一短套筒(A4)两侧端面凸台进行周向固定，使第一三层外侧V形杆(A1)末端与第一三层内侧固定短杆(A2)末端角度成30度夹角，第二三层外侧V形杆(A3)与第一三层内侧固定短杆(A2)通过套筒连接，通过第二三层外侧V形杆(A3)内侧轴孔沉槽、第一三层内侧固定短杆(A2)两侧轴孔沉槽与第二短套筒(A5)两侧端面凸台进行周向固定，使第一三层外侧V形杆(A1)末端与第二三层外侧V形杆(A3)末端成60度夹角，第一三层外侧V形杆(A1)、第一短套筒(A4)、第一三层内侧固定短杆(A2)、第二短套筒(A5)、第二三层外侧V形杆(A3)通过长轴进行轴向固定；
第二杆组(B)包含第三至第四三层外侧V形杆(B1、B3)、第二三层内侧固定短杆(B2)、第三至第四短套筒(B4、B5)以及连接它们的连接轴，第二杆组(B)的结构和连接方式与第一杆组(A)相同；
第三杆组(C)包含第一至第二四层外侧固定短杆(C1、C4)、第一至第二四层内侧固定V形杆(C2、C3)、第五至第六短套筒(C5、C7)、长套筒(C6)以及连接它们的连接轴，第一四层外侧固定短杆(C1)与第一四层内侧固定V形杆(C2)通过第五短套筒(C5)连接，通过第一四层外侧固定短杆(C1)内侧轴孔沉槽、第一四层内侧固定V形杆(C2)两侧轴孔沉槽与第五短套筒(C5)两侧端面凸台进行周向固定，使第一四层外侧固定杆件(C1)末端与第一四层内侧固定V形杆(C2)末端成30度夹角，第一四层内侧固定V形杆(C2)与第二四层内侧固定V形杆(C3)通过长套筒(C6)连接，通过第一四层内侧固定V形杆(C2)两侧轴孔沉槽、第二四层内侧固定V形杆(C3)两侧轴孔沉槽与长套筒(C6)两侧端面凸台进行周向固定，使第一四层内侧固定V形杆(C2)末端与第二四层内侧固定V形杆(C3)末端成60度夹角，第二四层内侧固定V形杆(C3)与第二四层外侧固定短杆(C4)通过第六短套筒(C7)连接，通过第二四层内侧固定V形杆(C3)两侧轴孔沉槽、第二四层外侧固定短杆(C4)内侧轴孔沉槽、第六短套筒(C7)两侧端面凸台进行周向固定，使第二四层内侧固定V形杆(C3)末端与第二四层外侧固定短杆(C4)末端成30度夹角，第一四层外侧固定短杆(C1)、第五短套筒(C5)、第一四层内侧固定V形杆(C2)、长套筒(C6)、第二四层内侧固定V形杆(C3)、第六短套筒(C7)、第二四层外侧固定短杆(C4)通过长轴进行轴向固定；
第一活动短杆(1)、第二活动短杆(2)与第一三层内侧固定短杆(A2)通过短轴进行轴向固定，第一活动短杆(1)一端的正六边形孔与短轴配合，通过顶丝进行周向固定，第一活动短杆(1)另一端与第一四层内侧V形杆(C2)通过短轴进行轴向固定，第二活动短杆(2)一端正六边形孔与短轴配合，通过 顶丝进行周向固定，使第一活动短杆(1)与第二活动短杆(2)成60度夹角，第一驱动电机(m1)与第三三层外侧V形杆(B1)通过螺钉固定，第一驱动电机(m1)的电机轴穿过第二活动短杆(2)另一端的轴孔与第三三层外侧V形杆(B1)一端的轴孔，通过顶丝与第三三层外侧V形杆(B1)进行周向固定；
第三活动短杆(3)、第四活动短杆(4)与第二三层内侧固定短杆(B2)通过短轴进行轴向固定，第三活动短杆(3)一端的正六边形孔与短轴配合，通过顶丝进行周向固定，第三活动短杆(3)另一端与第二三层外侧V形杆(A3)通过短轴进行轴向固定，第四活动短杆(4)一端正六边形孔与短轴配合，通过顶丝进行周向固定，使第三活动短杆(3)与第四活动短杆(4)成60度夹角，第二驱动电机(m2)与第二四层内侧固定V形杆(C3)通过螺钉固定，第二驱动电机(m2)的电机轴穿过第四活动短杆(4)另一端的轴孔与第二四层内侧固定V形杆(C3)一端的轴孔，通过顶丝与第二四层内侧固定V形杆(C3)进行周向固定；
第五活动短杆(5)的一端与第四三层外侧V形杆(B3)通过短轴进行轴向固定，第五活动短杆(5)的另一端与第二四层外侧固定短杆(C4)通过短轴进行轴向固定；
第六活动短杆(6)的一端与第一四层外侧固定短杆(C1)通过短轴进行轴向固定，第三驱动电机(m3)与第一三层外侧V形杆(A1)通过螺钉固定，第三驱动电机(m3)的电机轴穿过第六活动短杆(6)另一端的轴孔与第一三层外侧V形杆(A1)一端的轴孔，通过顶丝与第一三层外侧V形杆(A1)进行周向固定。

2.  如权利要求1所述的一种缩放滚动机构，其特征在于：第一至第四三层外侧V形杆(A1、A3、B1、B3)、第一至第二四层内侧V形杆(C2、C3)长度相等，且杆件拐角的角度相等，第一至第六活动短杆(1、2、3、4、5、6)两孔之间的中心距离与第一至第四三层外侧V形杆(A1、A3、B1、B3)、第一至第二四层内侧V形杆(C2、C3)各自较短部分轴孔与各杆转折中心点之间的距离相等，第一至第二三层内侧固定短杆(A2、B2)两轴孔之间的中心距离、第一至第二四层外侧固定短杆(C1、C4)两轴孔之间的中心距离以及第一至第四三层外侧V形杆(A1、A3、B1、B3)、第一至第二四层内侧V形杆(C2、C3)各自较长部分轴孔与各杆转折中心点之间的距离相等；
第一至第六活动短杆(1、2、3、4、5、6)、第一至第二三层内侧固定短杆(A2、B2)、第一至第四三层外侧V形杆(A1、A3、B1、B3)、第一至第二四层内侧V形杆(C2、C3)以及第一至第二四层外侧固定短杆(C1、C4)厚度相等；
第一至第六短套筒(A4、A5、B4、B5、C5、C7)的长度大于四倍第一活动短杆(1)的厚度，长套筒(C6)的长度大于九倍第一活动短杆(1)的厚度；
所有杆均不在同一平面内，每个杆所在平面之间相互平行。

说明书一种缩放滚动机构
技术领域
本发明涉及一种滚动机构，具体涉及一种通过缩放变形实现滚动功能的移动机构。
背景技术
多面体型滚动机构可实现其在地面上的快速移动，并且能很好的适应地面环境。中国专利CN102058982B提出了一种单动力滚动多边形机构，该机构通过一个电机进行驱动控制，实现“雪花”外形的改变，从而改变机构的重心位置，实现翻滚运动。中国专利CN 102672707A提出了一种滚动行进的差速七连杆机器人，该机构依靠两个驱动电机的控制，通过改变七连杆机器人两个平行四边形内角角度实现变形，从而实现翻滚运动。一般多面体型滚动机构采用电机轴正转与反转交替的驱动方式，使得控制复杂，且对电机自身有一定损害。
发明内容
本发明要解决的技术问题：滚动机器人在滚动过程中一般外形不发生变化，对地面环境适应能力差，而且基于缩放机构的多面体型滚动机构由于在运动过程中会发生干涉，因此采用往复式的电机驱动，使得电机轴冲击变大并且控制复杂。
本发明的技术方案：一种缩放滚动机构包括三个杆组、六个活动短杆、三个驱动电机以及连接它们的连接轴。
第一和第二杆组分别包括两个三层外侧V形杆、一个三层内侧固定短杆以及两个短套筒，通过连接轴和螺母将它们进行固定连接；第三杆组包括两个四层外侧固定短杆、两个四层内侧固定V形杆，两个短套筒以及一个长套筒，通过连接轴和螺母将它们进行固定连接。
第一活动短杆与第六活动短杆将第一三层杆组和四层杆组连接在一起；第二活动短杆和第三活动短杆将第一三层杆组和第二三层杆组连接在一起；第四活动短杆和第五活动短杆将第二三层杆组和四层杆组连接在一起；第一活动短杆和第二活动短杆成60度夹角；第三活动短杆和第四活动短杆成60度夹角。
本发明的有益效果：本发明所述的一种缩放滚动机构，通过三个电机冗余驱动，实现机构的缩放和滚动功能，并使改机构具有一定的越障能力。该机构结构简单，成本低廉，易于制造和工程实现，为中小学提供了一个对几何形体和移动机构的认识，可用于制作教学教具。
附图说明
图1一种缩放滚动机构的整体三维图
图2第一杆组的整体三维图
图3第二杆组的整体三维图
图4第三杆组的整体三维图
图5(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)为一种缩放滚动机构步态分解图：
图中：第一杆组为A，第二杆组为B，第三杆组为C，第一至第六活动短杆为1、2、3、4、5、6，第一至第五短套筒为A4、A5、B4、B5、C5、C7，长套筒C6，第一至第四三层外侧V形杆A1、A3、B1、B3，第一至第二三层内侧固定短杆A2、B2，第一至第二四层外侧固定短杆C1、C4，第一至第二四层内侧固定V形杆C2、C3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如附图1所示，一种缩放滚动机构包括第一至第三杆组A、B、C，第一至第六活动短杆1、2、3、4、5、6，第一至第三驱动电机m1、m2、m3以及连接它们的连接轴。
本发明的实施方式：
如附图2所示，第一杆组A包含第一至第二三层外侧V形杆A1、A3，第一三层内侧固定短杆A2，第一至第二短套筒A4、A5以及连接它们的连接轴，第一三层外侧V形杆A1与第一三层内侧固定短杆A2通过第一短套筒A4连接，通过第一三层外侧V形杆A1内侧轴孔沉槽、第一三层内侧固定短杆A2两侧轴孔沉槽与第一短套筒A4两侧端面凸台进行周向固定，使第一三层外侧V形杆A1末端与第一三层内侧固定短杆A2末端角度成30度夹角，第二三层外侧V形杆A3与第一三层内侧固定短杆A2通过套筒连接，通过第二三层外侧V形杆A3内侧轴孔沉槽、第一三层内侧固定短杆A2两侧轴孔沉槽与第二短套筒A5两侧端面凸台进行周向固定，使第一三层外侧V形杆A1末端与第二三层外侧V形杆A3末端成60度夹角，第一三层外侧V形杆A1、第一短套筒A4、第一三层内侧固定短杆A2、第二短套筒A5、第二三层外侧V形杆A3通过长轴进行轴向固定。
如附图3所示，第二杆组B包含第三至第四三层外侧V形杆B1、B3，第二三层内侧固定短杆B2，第三至第四短套筒B4、B5以及连接它们的连接轴，第二杆组B的结构和连接方式与第一杆组A相同。
如附图4所示，第三杆组C包含第一至第二四层外侧固定短杆C1、C4，第一至第二四层内侧固定V形杆C2、C3，第五至第六短套筒C5、C7，长套筒C6以及连接它们的连接轴，第一四层外侧固定短杆C1与第一四层内侧固定V形杆C2通过第五短套筒C5连接，通过第一四层外侧固定短杆C1内侧轴孔沉槽、第一四层内侧固定V形杆C2两侧轴孔沉槽与第五短套筒C5两侧端面凸台进行周向固定，使第一四层外侧 固定杆件C1末端与第一四层内侧固定V形杆C2末端成30度夹角，第一四层内侧固定V形杆C2与第二四层内侧固定V形杆C3通过长套筒C6连接，通过第一四层内侧固定V形杆C2两侧轴孔沉槽、第二四层内侧固定V形杆C3两侧轴孔沉槽与长套筒C6两侧端面凸台进行周向固定，使第一四层内侧固定V形杆C2末端与第二四层内侧固定V形杆C3末端成60度夹角，第二四层内侧固定V形杆C3与第二四层外侧固定短杆C4通过第六短套筒C7连接，通过第二四层内侧固定V形杆C3两侧轴孔沉槽、第二四层外侧固定短杆C4内侧轴孔沉槽、第六短套筒C7两侧端面凸台进行周向固定，使第二四层内侧固定V形杆C3末端与第二四层外侧固定短杆C4末端成30度夹角，第一四层外侧固定短杆C1、第五短套筒C5、第一四层内侧固定V形杆C2、长套筒C6、第二四层内侧固定V形杆C3、第六短套筒C7、第二四层外侧固定短杆C4通过长轴进行轴向固定。
第一活动短杆1、第二活动短杆2与第一三层内侧固定短杆A2通过短轴进行轴向固定，第一活动短杆1一端的正六边形孔与短轴配合，通过顶丝进行周向固定，第一活动短杆1另一端与第一四层内侧V形杆C2通过短轴进行轴向固定，第二活动短杆2一端正六边形孔与短轴配合，通过顶丝进行周向固定，使第一活动短杆1与第二活动短杆2成60度夹角，第一驱动电机m1与第三三层外侧V形杆B1通过螺钉固定，第一驱动电机m1的电机轴穿过第二活动短杆2另一端的轴孔与第三三层外侧V形杆B1一端的轴孔，通过顶丝与第三三层外侧V形杆B1进行周向固定。
第三活动短杆3、第四活动短杆4与第二三层内侧固定短杆B2通过短轴进行轴向固定，第三活动短杆3一端的正六边形孔与短轴配合，通过顶丝进行周向固定，第三活动短杆3另一端与第二三层外侧V形杆A3通过短轴进行轴向固定，第四活动短杆4一端正六边形孔与短轴配合，通过顶丝进行周向固定，使第三活动短杆3与第四活动短杆4成60度夹角，第二驱动电机m2与第二四层内侧固定V形杆C3通过螺钉固定，第二驱动电机m2的电机轴穿过第四活动短杆4另一端的轴孔与第二四层内侧固定V形杆C3一端的轴孔，通过顶丝与第二四层内侧固定V形杆C3进行周向固定。
第五活动短杆5的一端与第四三层外侧V形杆B3通过短轴进行轴向固定，第五活动短杆5的另一端与第二四层外侧固定短杆C4通过短轴进行轴向固定。
第六活动短杆6的一端与第一四层外侧固定短杆C1通过短轴进行轴向固定，第三驱动电机m3与第一三层外侧V形杆A1通过螺钉固定，第三驱动电机m3的电机轴穿过第六活动短杆6另一端的轴孔与第一三层外侧V形杆A1一端的轴孔，通过顶丝与第一三层外侧V形杆A1进行周向固定。
第一至第四三层外侧V形杆A1、A3、B1、B3与第一至第二四层内侧V形杆C2、C3长度相等，且杆件拐角的角度相等，第一至第六活动短杆1、2、3、4、5、6两孔之间的中心距离，第一至第四三层外侧V形杆A1、A3、B1、B3，第一至第二四层内侧V形杆C2、C3各自较短部分轴孔与各杆转折中心点之间的距离相等，第一至第二三层内侧固定短杆A2、B2两轴孔之间的中心距离、第一至第二四层外侧固定短杆C1、 C4两轴孔之间的中心距离以及第一至第四三层外侧V形杆A1、A3、B1、B3，第一至第二四层内侧V形杆C2、C3各自较长部分轴孔与各杆转折中心点之间的距离相等。
第一至第六活动短杆1、2、3、4、5、6，第一至第二三层内侧固定短杆A2、B2，第一至第四三层外侧V形杆A1、A3、B1、B3，第一至第二四层内侧V形杆C2、C3以及第一至第二四层外侧固定短杆C1、C4厚度相等。
第一至第六短套筒A4、A5、B4、B5、C5、C7的长度大于四倍第一活动短杆1的厚度，长套筒C6的长度大于九倍第一活动短杆1的厚度。
所有杆均不在同一平面内，每个杆所在平面之间相互平行。
具体的使用方法：
一种缩放滚动机构可实现缩放变形与滚动功能。一种缩放滚动机构处于附图5a所示的最大展开状态，此时驱动电机m1、m2、m3同步顺时针转动，达到如图5b所示的中间状态，驱动电机m1、m2、m3继续同步顺时针滚动，经过如图5c和图5d所示中间状态，达到如图5e所示最小展开状态，驱动电机m1、m2、m3继续同步顺时针滚动，经过如图5f和图5g所示中间状态，达到如图5h所示最大展开状态。如此完成一个周期的缩放变形，同时机构由于杆件的特殊形状与质心位置的变化向前进行移动。驱动电机m1、m2、m3为冗余驱动，逆时针转动机构则反向移动。