Mecanismo de piernas

Un mecanismo de piernas (mecanismo para caminar) es un sistema mecánico diseñado para proporcionar una fuerza propulsora mediante un contacto de fricción intermitente con el suelo. Esto contrasta con las ruedas o las pistas continuas que están destinadas a mantener un contacto de fricción continuo con el suelo. Las patas mecánicas son enlaces que pueden tener uno o más actuadores y pueden realizar un movimiento plano simple o complejo. En comparación con una rueda, un mecanismo de patas se adapta potencialmente mejor a terrenos irregulares, ya que puede pasar por encima de obstáculos.

En la Exposición Universal (1878) se mostró un diseño temprano para un mecanismo de pierna llamado Plantigrade Machine de Pafnuty Chebyshev. Están disponibles los grabados originales de este mecanismo de pata. El diseño del mecanismo de las piernas del vehículo de suspensión adaptativa (ASV) del estado de Ohio se presenta en el libro de 1988 Machines that Walk. En 1996, WB. Shieh presentó una metodología de diseño para mecanismos de patas.

La obra de arte de Theo Jansen, véase el enlace de Jansen, ha sido especialmente inspiradora para el diseño de los mecanismos de las patas, así como la patente de Klann, que es la base del mecanismo de las patas del Mondo Spider.

Objetivos de diseño

• velocidad horizontal lo más constante posible mientras toca el suelo (fase de apoyo)
• mientras el pie no toca el suelo, debe moverse lo más rápido posible
• entrada de par/fuerza constante (o al menos sin picos/cambios extremos)
• altura de la zancada (suficiente para el espacio libre, no demasiado para conservar energía)
• el pie debe tocar el suelo durante al menos la mitad del ciclo para un mecanismo de dos/cuatro patas o, respectivamente, un tercio del ciclo para un mecanismo de tres/seis patas
• masa móvil minimizada
• centro de masa vertical siempre dentro de la base de apoyo
• la velocidad de cada pierna o grupo de piernas debe ser controlable por separado para la dirección
• el mecanismo de las piernas debe permitir caminar hacia adelante y hacia atrás

Otro objetivo del diseño puede ser que el operador pueda controlar la altura y la longitud de la zancada, etc. Esto puede lograrse con relativa facilidad con un mecanismo de patas hidráulicas, pero no es factible con un mecanismo de patas basado en manivela.

La optimización debe realizarse para todo el vehículo; idealmente, la variación de fuerza/par durante una rotación debería cancelarse entre sí.

Historia

Richard Lovell Edgeworth intentó en 1770 construir una máquina a la que llamó "caballo de madera", pero no tuvo éxito.

Patentes

Las patentes para diseños de mecanismos de patas van desde manivelas giratorias hasta conexiones de cuatro y seis barras. Ver por ejemplo las siguientes patentes:

• Patente de EE. UU. No. 469,169 Figura de juguete, FO Norton (1892).
• Patente de EE. UU. No. 1,146,700, Juguete animado, A. Gund (1915). Un mecanismo de patas formado por una manivela-corredera invertida.
• Patente de EE. UU. No. 1.363.460, Walking Toy, JA Ekelund (1920). Un mecanismo de patas formado por una manivela giratoria con extensiones que contactan con el suelo.
• Patente de los EE. UU. No. 1.576.956, Mecanismo para caminar cuadrúpedo, E. Dunshee (1926). Un mecanismo de patas de cuatro barras que muestra la curva del acoplador forma la trayectoria del pie.
• Patente de EE. UU. No. 1.803.197, Walking Toy, PC Marie (1931). Otro mecanismo de pata de manivela giratoria.
• Patente de EE. UU. No. 1,819,029, Caballo de juguete mecánico, J. St. C. King (1931). Un mecanismo de pata de manivela-balancín con mecanismos de fricción unidireccionales en el pie.
• Patente de EE. UU. No. 2.591.469, Juguete mecánico animado, H. Saito (1952). Un mecanismo de manivela deslizante invertida para el pie delantero y un balancín de manivela para el pie trasero.
• Patente de EE. UU. n.º 4095661, Vehículo de trabajo andante, JR Sturges (1978). Un mecanismo lambda combinado con un varillaje de paralelogramo para formar una pata de traslación que sigue la curva del acoplador.
• Patente de EE. UU. No. 6,260,862, Dispositivo para caminar, JC Klann (2001). La curva acopladora de un eslabón de cuatro barras guía el eslabón inferior de una cadena serial RR para formar un mecanismo de patas, conocido como eslabón Klann.
• Patente de EE. UU. n.º 6.481.513, Actuador único por hexápodo robótico de pierna, M. Buehler et al. (2002). Un mecanismo de patas que consta de una sola manivela giratoria.
• Patente de EE. UU. No. 6.488.560, Aparato para caminar, Y. Nishikawa (2002). Otro mecanismo de pata de manivela giratoria.

Galería

Estacionario

• Enlace de Jansen
• vinculación Klann
• Mecanismo de patas de ocho barras
• Silla para caminar del Instituto de Tecnología de Tokio
• Mecanismo de pierna de pantógrafo de 2 grados de libertad
• Mecanismo de 2 patas DOF ​​del tipo RPRPR.
• Strandbeest (enlace Jansen aplicado)
• Vínculo Ghassaei
• Máquina plantígrada de Chebyshev
• Articulación TrotBot (sin articulación de talón)
• Variabilidad de la velocidad del varillaje del TrotBot a medida que cambia la altura del suelo
• Variabilidad de la velocidad del varillaje de Strider a medida que cambia la altura del suelo
• Enlace de zancudo
• Senderos de enlaces Strandbeest, TrotBot, Strider y Klann

Caminando

*	4 patas	6 patas
Strandbeest
Ghassaei
Enlace Klann 1
Enlace Klann 2
Mecanismo plantígrado
trobot
Enlace de zancudo	Prototipo Strider, 4 patas/lado

Mecanismo complejo

Arriba se muestran solo mecanismos planos, pero también hay mecanismos más complejos:

• 
• 
•