呂相艷 李建永 孫麗霞 范久臣 李海連

（北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，吉林 吉林132021）

0 引言

隨著人們消費(fèi)水平的提高，動物玩具已成為兒童消費(fèi)者玩具中的一個(gè)必須品。四足動物騎行玩具，以其獨(dú)有的逼真動作和外觀，再加上能夠滿足兒童騎行等一系列體驗(yàn)娛樂功能，成為了如游樂園、公園、超市等公共娛樂場所必有的娛樂玩具。自古以來，馬便是能力、圣賢、有作為的象征，因而也成為玩具設(shè)計(jì)者和玩具企業(yè)首選的靈感來源。市面上眾多騎行玩具都以馬作為模仿對象而設(shè)計(jì)研發(fā)出來的。目前市場上現(xiàn)有兒童玩具馬主要存在以下不足：多動力輸入，協(xié)調(diào)控制要求高；馬蹄著地時(shí)間短，不能有效地前進(jìn)；多以前后腿輪滑為主，仿生效果不明顯等。為此，本文提出一款具有四腿交叉邁步功能的仿生機(jī)械玩具馬，可供兒童乘騎娛樂。

1 休閑機(jī)械玩具馬的總體方案設(shè)計(jì)

針對現(xiàn)有玩具馬所存在的不足，基于仿生設(shè)計(jì)的思想，對休閑機(jī)械玩具馬展開了深入的設(shè)計(jì)研究工作。為解決多動力輸入的問題，該休閑機(jī)械玩具馬采用充電電池驅(qū)動單電機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)提供動力，主動力通過前后兩個(gè)雙曲柄機(jī)構(gòu)和齒輪變速機(jī)構(gòu)分成四個(gè)分動力，分別為玩具馬的四條腿提供動力，并由鋼絲閘線充當(dāng)連桿的柔性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)巧妙的實(shí)現(xiàn)了馬腿的曲伸邁步與著地走路功能。該玩具馬主要由動力傳輸單元、行走執(zhí)行單元、質(zhì)心調(diào)節(jié)單元、馬體等幾部分構(gòu)成。機(jī)械玩具馬的總體方案如圖1所示。

圖1 玩具馬總體方案示意圖

2 休閑機(jī)械玩具馬的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該休閑機(jī)械玩具馬的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括動力傳輸單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、行走執(zhí)行單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、質(zhì)心調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

2.1 動力傳輸單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

休閑機(jī)械玩具馬的動力傳輸單元主要由電機(jī)、V型帶輪、V型帶、曲軸、前曲軸、后曲軸、連桿、雙聯(lián)不完全齒輪、鏈輪、鏈等組成。通過V型帶傳動將電機(jī)的動力傳遞給曲軸，曲軸通過連桿將動力傳遞給前后兩曲軸，分別安裝在前后兩曲軸上的兩對雙聯(lián)不完全齒輪將運(yùn)動傳遞給行走執(zhí)行單元；同時(shí)后曲軸通過鏈傳動將運(yùn)動傳遞給質(zhì)心調(diào)節(jié)單元。動力傳輸單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 行走執(zhí)行單元的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

休閑機(jī)械玩具馬的行走執(zhí)行單元主要由腿桿、小腿馬蹄、肌肉塊、連桿、鋼絲閘線、柔性曲柄齒輪、邁步曲柄齒輪、上軸、下軸、曲軸等組成。行走執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)如圖3所示。休閑機(jī)械玩具馬的協(xié)調(diào)行走功能主要是通過由大腿桿1、2等構(gòu)成的四桿機(jī)構(gòu)、無急回特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和以鋼絲繩充當(dāng)連桿的柔性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)的。

圖2 動力傳輸單元的三維結(jié)構(gòu)圖

圖3 行走執(zhí)行單元三維結(jié)構(gòu)圖

2.3 質(zhì)心調(diào)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

休閑機(jī)械玩具馬在行走過程中四腿交叉邁步呈N形順序，為提高其行走時(shí)的平穩(wěn)性和安全性，因此以電池作為質(zhì)心配重塊進(jìn)行質(zhì)心調(diào)節(jié)，通過后曲軸、鏈輪、鏈、凸輪、擺桿等機(jī)構(gòu)使其達(dá)到質(zhì)心調(diào)節(jié)的目的。質(zhì)心調(diào)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 質(zhì)心調(diào)節(jié)單元整體三維結(jié)構(gòu)圖

3 休閑機(jī)械玩具馬的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)

基于仿生設(shè)計(jì)的思想，對休閑機(jī)械玩具馬進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，突出的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）休閑機(jī)械玩具馬具有模仿真實(shí)動物馬四腿交叉邁步的仿生功能，玩具馬由單電機(jī)輸出的動力，通過前后雙曲柄機(jī)構(gòu)和不完全齒輪變速機(jī)構(gòu)分別為玩具馬的四條腿提供動力，實(shí)現(xiàn)了四腿的協(xié)調(diào)交叉邁步功能，并由鋼絲閘線充當(dāng)連桿的柔性曲柄搖桿機(jī)構(gòu),巧妙的實(shí)現(xiàn)了馬腿的曲伸邁步與著地走路功能，增加了仿生效果和玩具的娛樂性。

2）休閑機(jī)械玩具馬具有質(zhì)心調(diào)節(jié)功能，提高了騎行時(shí)的安全可靠程度，玩具馬結(jié)合馬腿邁步節(jié)奏巧妙地利用了電池充當(dāng)質(zhì)心配重塊，通過凸輪擺桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)心調(diào)節(jié)功能，提高了兒童騎馬時(shí)的安全可靠性。