Klann 連桿

關於本書

本華夏公益教科書將作為同名維基百科文章的補充。

在維基百科上，需要在可讀性、細節和插圖數量之間進行權衡。不可能同時向公眾提供概述，併為深入研究該主題的工程師提供深入的檢視。

因此：維基百科文章提供一般概述，本書提供深度和細節。

本書還將討論相關的專利。本書不會替代研究專利，而是透過提供額外的表格和插圖來簡化專利。

作為本書的作者，我想引用專利中較大的部分。由於專利內容可能是受版權保護的，本書只引用專利中的小部分以確保安全。

要感謝專利持有人 Joseph Klann 為他的網站做出的貢獻， 這是一個很好的參考，他上傳了圖片 到維基共享資源。如果沒有 Joseph Klann 在維基共享資源上的圖片和他的網站，這本書是不可能完成的。

本書是 曲柄式腿部機構的比較 的姊妹篇。

零件

首先，我們看一下 Klann 連桿的零件，從腿部單元開始。

腿部單元

首先，我們看一下這個插圖

在專利中，這些部件的編號如下

編號	名稱
3	支撐框架
5	第一搖臂
7	第二搖臂
6	墊片
13	曲柄
21	連桿
31	腿

支撐框架當然被簡化了。

軸/關節的命名

編號	名稱
9	第一搖臂軸
11	第二搖臂軸
15	曲柄軸
27	肘關節
29	曲柄
33	腳
35	膝關節/軸
37	髖關節

一對腿

兩個腿部單元組合在一起，就像 Klann 先生所說， 替代輪子。

這兩個單元彼此相位差半個週期（= 180 度）。

完整的裝置

完整的裝置至少包含三對腿，這意味著總共有六條腿。

• 

實際應用可能會使用八條腿以提高穩定性。

• 
  Lobsterbot - 一臺擁有八條腿的機器人
• 
  Mondospider - 一臺擁有八條腿的機器人

(另見 https://web.archive.org/web/20170812223320/http://www.mechanicalspider.com/ [3] 用於使用 Klann 連桿的設計)

幾何

現在我們來看一看 Klann 先生的“Klann 連桿啟用圖”

專利和專利持有人網站上描述瞭如何構建它。

我們現在關注的是如何解釋這張圖。

以“x”結尾的點屬於完全伸展的腿。

以“y”結尾的點屬於接地步態位置。

沒有字母結尾的點是固定點。

以“p”結尾的點是用於構建其他點的輔助點。

字尾“c”用於圓圈，“s”用於直線，“a”用於角度。

透過“連線沒有後綴、以“x”結尾的字尾和以“y”結尾的字尾的點”，我們可以從圖紙中推匯出第一個含義，它向我們展示了框架和腿部在兩個位置上的情況。

示例

在專利中，有兩張帶有座標的表格。這裡我們使用這些表格，但用點描述在旁邊。

表 1

圖 1

動畫

點	X	Y	描述
固定點
9	1.366	1.366	第一搖臂軸
11	1.009	0.574	第二搖臂軸
15	1.599	0.750	曲柄軸
完全伸展的地面步態位置
27X	0.741	0.750	肘關節
29x	1.331	0.750	曲柄
33x	0.000	0.000	腳
35x	0.232	0.866	膝關節/軸
37x	0.866	1.500	髖關節
接地步態位置
27Y	1.277	0.750	肘關節
29y	1.867	0.750	曲柄
33y	1.000	0.000	腳
35y	0.768	0.866	膝關節/軸
37y	1.000	1.732	髖關節
輔助點
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

(維基百科文章中的表格是此表格的縮減版本)

表 2

動畫

點	X	Y	描述
固定點
9	17.818	16.076	第一搖臂軸
11	12.101	10.186	第二搖臂軸
15	17.607	11.807	曲柄軸
完全伸展的地面步態位置
27X	9.125	11.807	肘關節
29X	14.631	11.807	曲柄
33x	0.000	0.000	腳
35x	3.024	13.099	膝關節/軸
37x	11.119	19.200	髖關節
接地步態位置
27Y	15.077	11.807	肘關節
29Y	20.583	11.807	曲柄
33y	12.000	0.000	腳
35y	8.976	13.099	膝關節/軸
37y	13.578	22.130	髖關節
輔助點
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

(此表格在維基百科文章中被省略了)

輸入變數

根據美國專利 6,260,862 或者更具體地說，根據專利持有人的網站 的幾何構造有六個輸入變數。我們也將步長視為輸入（這裡的輸入 0），因為表格 2 使用更大的步長。（注意，可以透過按比例縮放所有點和長度來實現相同的效果）

另外需要注意的是，並非所有輸入組合都能產生有效的連桿。

表 1

圖 17（因此表格 1）的輸入變數，根據美國專利 6,260,862，如下： 專利持有人網站上關於圖 2 的值相同，但經過四捨五入

輸入	值	參考	描述
輸入 0	1.0000 個單位	線 50s 的長度（33x 和 33y 之間的距離）	步長的長度
輸入 1	0.8660 個單位	點 52p 線上 50s 上方的高度
輸入 2	1.0000 個單位	圓 53c 的半徑（圓 53c 以 52p 為中心）
輸入 3	60 度
輸入 4	-90 度	點 65p 在圓上水平線以上的位置
輸入 5	1.0991 個單位	點 74p 到點 75p 的距離
輸入 6	0.5895 個單位	點 29x 和 27x 之間的距離
表 1b

注意，這組值具有一些特殊屬性

• 點 33x 和 33y 都在圓 53c 上（這不是必需的，我們在表格 2 中看到，來自專利）
• 線 67s 和 51n 重疊（這是由 -90 度角作為輸入 4 引起的）

因此：不要過度概括圖紙。

(如果你色盲：對於大量的顏色編碼表示歉意，但是鑑於圖紙的複雜性，我無法避免對圖紙進行顏色編碼)

表 2

表 2 的輸入值未在專利或專利權人網站上提供，但可以從表 2 中重建。

輸入	值	參考	描述
輸入 0	12.000 單位	線 50s 的長度（33x 和 33y 之間的距離）	步長的長度
輸入 1	13.992 單位	點 52p 線上 50s 上方的高度
輸入 2	12.000 單位	圓形 53c 的半徑（圓形 53c 以 52p 為中心）
輸入 3	80 度
輸入 4	-90 度	點 65p 在圓上水平線以上的位置
輸入 5	11.607 單位	點 74p 到點 75p 的距離
輸入 6	5.506 單位	點 29x 和 27x 之間的距離
表 2b

注意，這組值具有一些特殊屬性

• 線 67s 和 51n 重疊（這是由 -90 度角作為輸入 4 引起的）

因此：不要過度概括圖紙。

輸入

在此圖中，您可以看到輸入變數如何影響連桿。

腳

一個完整的機器人中重要的部分是腳。

您可以從專利中找到腳的靈感，Mondo 蜘蛛設計 和西奧·詹森的 沙灘獸設計。

詳細分析 - 步行

表 1

假設最快的腳決定了整個機器人的速度，我們可以根據表 1 中的值製作機器人的動畫。

在動畫中實現這一點有些困難，但在圖表中很明顯：機器人每次曲柄旋轉時幾乎都靜止不動。

表 2

根據相同的假設，我們也可以根據表 2 製作機器人的動畫。

進一步閱讀

• http://www.mechanicalspider.com/