Klann 连杆

关于本书

本维基教科书将作为同名维基百科文章的补充。

在维基百科上，需要在可读性、细节和插图数量之间进行权衡。不可能同时向公众提供概述，并为深入研究该主题的工程师提供深入的视图。

因此：维基百科文章提供一般概述，本书提供深度和细节。

本书还将讨论相关的专利。本书不会替代研究专利，而是通过提供额外的表格和插图来简化专利。

作为本书的作者，我想引用专利中较大的部分。由于专利内容可能是受版权保护的，本书只引用专利中的小部分以确保安全。

要感谢专利持有人 Joseph Klann 为他的网站做出的贡献， 这是一个很好的参考，他上传了图片 到维基共享资源。如果没有 Joseph Klann 在维基共享资源上的图片和他的网站，这本书是不可能完成的。

本书是 曲柄式腿部机构的比较 的姊妹篇。

零件

首先，我们看一下 Klann 连杆的零件，从腿部单元开始。

腿部单元

首先，我们看一下这个插图

在专利中，这些部件的编号如下

编号	名称
3	支撑框架
5	第一摇臂
7	第二摇臂
6	垫片
13	曲柄
21	连杆
31	腿

支撑框架当然被简化了。

轴/关节的命名

编号	名称
9	第一摇臂轴
11	第二摇臂轴
15	曲柄轴
27	肘关节
29	曲柄
33	脚
35	膝关节/轴
37	髋关节

一对腿

两个腿部单元组合在一起，就像 Klann 先生所说， 替代轮子。

这两个单元彼此相位差半个周期（= 180 度）。

完整的设备

完整的设备至少包含三对腿，这意味着总共有六条腿。

• 

实际应用可能会使用八条腿以提高稳定性。

• 
  Lobsterbot - 一台拥有八条腿的机器人
• 
  Mondospider - 一台拥有八条腿的机器人

(另见 https://web.archive.org/web/20170812223320/http://www.mechanicalspider.com/ [3] 用于使用 Klann 连杆的设计)

几何

现在我们来看一看 Klann 先生的“Klann 连杆启用图”

专利和专利持有人网站上描述了如何构建它。

我们现在关注的是如何解释这张图。

以“x”结尾的点属于完全伸展的腿。

以“y”结尾的点属于接地步态位置。

没有字母结尾的点是固定点。

以“p”结尾的点是用于构建其他点的辅助点。

后缀“c”用于圆圈，“s”用于直线，“a”用于角度。

通过“连接没有后缀、以“x”结尾的后缀和以“y”结尾的后缀的点”，我们可以从图纸中推导出第一个含义，它向我们展示了框架和腿部在两个位置上的情况。

示例

在专利中，有两张带有坐标的表格。这里我们使用这些表格，但用点描述在旁边。

表 1

图 1

动画

点	X	Y	描述
固定点
9	1.366	1.366	第一摇臂轴
11	1.009	0.574	第二摇臂轴
15	1.599	0.750	曲柄轴
完全伸展的地面步态位置
27X	0.741	0.750	肘关节
29x	1.331	0.750	曲柄
33x	0.000	0.000	脚
35x	0.232	0.866	膝关节/轴
37x	0.866	1.500	髋关节
接地步态位置
27Y	1.277	0.750	肘关节
29y	1.867	0.750	曲柄
33y	1.000	0.000	脚
35y	0.768	0.866	膝关节/轴
37y	1.000	1.732	髋关节
辅助点
52p	0.500	0.866
56p	0.000	1.732
57p	1.000	1.732
62p	0.500	1.866
65p	0.500	-0.134
72p	0.500	0.901
74p	0.500	0.844
75p	1.599	0.844
78p	1.599	1.018
80p	1.022	0.894
表 1a

(维基百科文章中的表格是此表格的缩减版本)

表 2

动画

点	X	Y	描述
固定点
9	17.818	16.076	第一摇臂轴
11	12.101	10.186	第二摇臂轴
15	17.607	11.807	曲柄轴
完全伸展的地面步态位置
27X	9.125	11.807	肘关节
29X	14.631	11.807	曲柄
33x	0.000	0.000	脚
35x	3.024	13.099	膝关节/轴
37x	11.119	19.200	髋关节
接地步态位置
27Y	15.077	11.807	肘关节
29Y	20.583	11.807	曲柄
33y	12.000	0.000	脚
35y	8.976	13.099	膝关节/轴
37y	13.578	22.130	髋关节
辅助点
52p	6.000	13.992
56p	0.000	24.384
57p	12.000	24.384
62p	6.000	25.992
65p	6.000	1.992
72p	6.000	13.491
74p	6.000	13.925
75p	17.607	13.925
78p	17.607	14.783
80p	12.236	13.572
表 2a

(此表格在维基百科文章中被省略了)

输入变量

根据美国专利 6,260,862 或者更具体地说，根据专利持有人的网站 的几何构造有六个输入变量。我们也将步长视为输入（这里的输入 0），因为表格 2 使用更大的步长。（注意，可以通过按比例缩放所有点和长度来实现相同的效果）

另外需要注意的是，并非所有输入组合都能产生有效的连杆。

表 1

图 17（因此表格 1）的输入变量，根据美国专利 6,260,862，如下： 专利持有人网站上关于图 2 的值相同，但经过四舍五入

输入	值	参考	描述
输入 0	1.0000 个单位	线 50s 的长度（33x 和 33y 之间的距离）	步长的长度
输入 1	0.8660 个单位	点 52p 在线 50s 上方的高度
输入 2	1.0000 个单位	圆 53c 的半径（圆 53c 以 52p 为中心）
输入 3	60 度
输入 4	-90 度	点 65p 在圆上水平线以上的位置
输入 5	1.0991 个单位	点 74p 到点 75p 的距离
输入 6	0.5895 个单位	点 29x 和 27x 之间的距离
表 1b

注意，这组值具有一些特殊属性

• 点 33x 和 33y 都在圆 53c 上（这不是必需的，我们在表格 2 中看到，来自专利）
• 线 67s 和 51n 重叠（这是由 -90 度角作为输入 4 引起的）

因此：不要过度概括图纸。

(如果你色盲：对于大量的颜色编码表示歉意，但是鉴于图纸的复杂性，我无法避免对图纸进行颜色编码)

表 2

表 2 的输入值未在专利或专利权人网站上提供，但可以从表 2 中重建。

输入	值	参考	描述
输入 0	12.000 单位	线 50s 的长度（33x 和 33y 之间的距离）	步长的长度
输入 1	13.992 单位	点 52p 在线 50s 上方的高度
输入 2	12.000 单位	圆形 53c 的半径（圆形 53c 以 52p 为中心）
输入 3	80 度
输入 4	-90 度	点 65p 在圆上水平线以上的位置
输入 5	11.607 单位	点 74p 到点 75p 的距离
输入 6	5.506 单位	点 29x 和 27x 之间的距离
表 2b

注意，这组值具有一些特殊属性

• 线 67s 和 51n 重叠（这是由 -90 度角作为输入 4 引起的）

因此：不要过度概括图纸。

输入

在此图中，您可以看到输入变量如何影响连杆。

脚

一个完整的机器人中重要的部分是脚。

您可以从专利中找到脚的灵感，Mondo 蜘蛛设计 和西奥·詹森的 沙滩兽设计。

详细分析 - 步行

表 1

假设最快的脚决定了整个机器人的速度，我们可以根据表 1 中的值制作机器人的动画。

在动画中实现这一点有些困难，但在图表中很明显：机器人每次曲柄旋转时几乎都静止不动。

表 2

根据相同的假设，我们也可以根据表 2 制作机器人的动画。

进一步阅读

• http://www.mechanicalspider.com/