CN103706119B - 在机器人中模拟蜿蜒运动 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，提供了一种能够模仿蜿蜒运动的机械装置。该机械装置包括在枢转的接合部处连续互连的多个分段部分。旋转马达和偏心重物固定在一个分段部分周围，并且至少一对腿部从分段部分朝接触表面延伸且使分段部分在当旋转马达旋转偏心重物时限定的方向上移动。在分段腿部部分之后的附加分段部分遵循蜿蜒运动，因为这些部分摇动并枢转以平衡由分段腿部部分引起的起伏。

Description

在机器人中模拟蜿蜒运动

技术领域

本发明涉及一种具有基于振荡或振动运动的重心移位的机械装置。

背景技术

用于机械装置的振动驱动移动的一个示例是采用内部功率源（即电源）和位于机械装置中或机械装置上的振动机构。移动引发振动的产生是由于使用旋转附连到偏心重物的轴的旋转马达。配重的旋转引发振荡力。功率源包括手动地提供动力的卷绕弹簧（即发条）或直流电动马达。最近的趋势是使用设计成在静音模式下使寻呼机或手机振动的寻呼机马达。熟知的示例包括振动机器人(Vibrobot)和刷毛机器人(Bristlebot)，两者都是使用振动来引发移动的小型机械装置。机械装置将包括通常为金属线材或硬塑料刷毛的腿部。振动引起整个装置上下振动，以及在单个方向上转弯且因此在圆形中行进。因为没实现显著的方向控制，这些机械装置倾向于漂移和转弯。

除更广泛的上述振动驱动机械装置以外，存在其它装置，该其它装置能利用振荡运动来模仿更动态形式的移动并且将更好地对应其现实生活中的代表物。例如，蛇可能是以使机械装置逼真的方式模仿移动的最复杂的动物之一。这可能是由于蛇呈现出蜿蜒、侧绕、直线移动和手风琴式四种不同类型的移动的事实。

蜿蜒-或S形移动，也被称作波状移动，为陆上或水中的大部分蛇所使用。从颈部处开始，蛇收缩其肌肉，将身体从一侧推向另一侧，从而产生一连串弯曲。侧绕-通过收缩其肌肉并甩动其身体，角响尾蛇形成仅具有两个与地面的接触点的S形；当角响尾蛇离开时，它们侧向移动。侧绕蛇的身体的大部分在其移动时离开地面。直线移动-该技术使身体收缩成弯曲，但这些波浪要小得多并且上下而不是左右弯曲。当蛇使用直线移动时，随着底部上的腹鳞推压地面，每个弯曲的顶部被抬起到地面以上，从而形成类似于当毛虫行走时看起来那样的波纹效果。最后，手风琴式-此前的方法对水平表面很有效，但是蛇使用手风琴式技术来攀爬。蛇沿着垂直表面伸出其头部和身体的前部，并且然后找个地方用其腹鳞夹紧。为了获得很好的抓握，蛇将其身体的中部隆起成夹持表面的若干紧密弯曲，同时蛇将其后端拉起；然后蛇再次向前跃起以找到新的地方用其鳞片来夹持。

为了模仿蛇的水平移动，机械装置需要产生逼真的蜿蜒、侧绕和直线移动的外观。虽然其它机械装置已尝试形成机械蛇，但它们通常采用非常复杂的机械连杆、齿轮系、轮和多个马达。因此存在保持高度逼真的移动的同时简化部件的需求。

发明内容

在本发明的一个实施例中，提供了一种具有多个区段的机械装置，这些区段在形成于两个相邻区段之间的枢轴处连续地互连。多个区段还至少限定前部段和后部段，其中一部段可包括一个或多个区段。旋转马达和偏心重物固定在区段中的一个周围。至少一对腿部从区段中的一个朝接触表面延伸，从而限定第一腿部区段，并且腿部被构造成当旋转马达旋转偏心重物时引起第一腿部区段在一方向上移动。第一腿部区段的移动用于拉动或推动与其互连的其它区段。

各种实施例的其它方面包括第一对腿部和带有定位在相同区段周围的偏心重物的旋转马达。具有第一对腿部和旋转马达/偏心重物的该特定区段还可以是前区段。相对于具有第一对腿部的前区段，在另一个实施例中，另一对腿部可设置在前区段中，使得腿部形成在前区段的任一侧周围延伸的成排的腿部。

在另外的实施例中，机械装置还至少包括从另一区段朝接触表面延伸的第二对腿部，并且限定第二腿部区段。第二腿部区段和第一腿部区段通过包括互连在两者间的至少一个其它区段而彼此互连。

机械装置还可包括功率源和开关。开关将功率源互连到旋转马达以用于选择性地供能以启动和停用功率源。在一方面，功率源可定位在一区段中，从而限定功率源区段。并且开关可定位在单独的区段中，从而限定开关区段。然后可沿着第一腿部区段和第二腿部区段之间的多个区段使功率源区段互连。此外，可沿着功率源区段和第二腿部区段之间的多个区段使开关区段互连。在另外的实施例中，开关和/或功率源可结合为一个区段。开关和/或功率源还可以与包含马达的区段结合。

如在各种实施例中进一步限定的，机械装置可包括头部区段、尾部区段、中间腿部区段以及在头部区段与中间腿部区段之间的一组向前区段和在中间腿部区段与尾部区段之间的一组向后区段。腿部可设置在头部区段中或附近和在中间腿部区段处；其中旋转马达和偏心重物定位在头部区段处或附近。前组腿部可以定位或不定位在与旋转马达和偏心重物相同的区段中。

实质上，本文所提出的实施例中的一个或多个提供了用于产生力以使第一腿部区段沿着表面移动的旋转马达，并且由第二腿部区段分开的一组向前区段和一组向后区段被构造成围绕枢转点自由枢转，这允许机械装置的重心起伏，从而使区段振荡以形成蜿蜒运动的外观。

根据本发明的以下详细描述及其实施例、权利要求和附图，本发明的许多其它优点和特征将容易变得显而易见。

附图说明

参考附图可获得对上述内容的更充分理解，其中：

图1A是根据本发明的实施例的机械装置的透视图；

图1B是图1A的机械装置的仰视透视图；

图1C是图1A的机械装置的侧视图；

图2是机械装置的朝前部段的局部分解和放大视图；

图3是机械装置的前分段部分的分解图；

图4是机械装置的分段部分的局部分解图；

图5A是机械装置的中间分段部分的透视图；

图5B是图5A的中间分段部分的分解图；

图6A是带腿的中间分段部分的透视图；

图6B是图6A的带腿的中间分段部分的分解图；

图7是不带有顶部外壳部段的机械装置的透视图；

图8A–8G是机械装置的俯视图，示出了作用在装置上的力和机械装置响应于力的各种移动；以及

图9是根据本发明的一个方面的机械装置的俯视图，示出了一个特定实施例的各种尺寸和重量。

具体实施方式

虽然本发明易出现许多不同形式的实施例，但在附图中示出并将在本文中详细描述的是本发明的优选实施例。然而，应当理解，本公开将被视为本发明的原理的示范，而并非意图限制本发明的精神或范围和/或所示实施例的权利要求。

现在参见图1，并且如仅在本发明的一个实施例中所提供的，提供了振动供能的机械装置100，机械装置100看起来具有类似蛇的狭长状主体形状。如下文将解释的，机械装置具有限定各种部段的区段，这些部段在各种移动之间振荡以形成蜿蜒状运动。机械装置100设计成在诸如地板、桌子或其它相对平坦表面的表面上移动。机械装置100适于自主地移动，并且在一些实施中在看似随机的方向上转弯。

通常，机械装置100包括分段主体，该分段主体限定前部段112、后部段114和定位在前部段与后部段之间的中间部段116。每个部段可包括一个或多个区段110。机械装置还包括多个腿部118和振动机构。振动机构可以是马达或弹簧加载的机械卷绕机构，两者中的任一个将使偏心重物、马达或适于引发配重的振荡的其它机构、或者部件的其它布置旋转，该其它布置适于迅速地改变机械装置的至少一部分的质心。结果，机械装置100在运动时类似于蛇、蠕虫或其它相似类型的动物或昆虫。

机械装置100的移动可通过在装置100内部或附连到装置100的旋转马达的运动与旋转偏心重物结合而引发，该旋转偏心重物具有相对于马达的旋转轴线偏移的质心。重物的旋转移动引起马达和马达所附连到的机械装置的至少一部分振动。在一些实施中，旋转大约在6000-9000转/分(rpm)的范围中，虽然可使用更高或更低的rpm值。作为示例，装置可使用存在于许多寻呼机和手机中的类型的振动机构，当寻呼机和手机处于振动模式时，该振动机构引起寻呼机或手机振动。由振动机构引发的振动可促使装置使用腿部在表面(例如，地板)上移动，该腿部被构造成(在特定方向上)交替地挠曲（弯曲）并且当振动促使装置上下移动时返回到初始位置。

各种特征可并入机械装置中。例如，2010年8月20日提交的名称为“VibrationPowered Vehicle”(振动供能车辆)的美国专利申请12/860,696(全文以引用方式并入本文中)更详细地讨论了不同特征及其对其它机械装置的影响，但这些特征也可在当前申请中使用。特征中的一些包括用于有利于将振动有效转移到向前运动的机械装置特征的实施，例如，腿部的形状、腿部的数量、腿部顶端的摩擦特性、腿部的相对硬度或柔性、腿部的弹性、旋转配重相对于腿部的相对位置等。此外，机械装置的移动的速度和方向可取决于许多因素，包括马达的旋转速度、附连到马达的偏移重物的大小、功率源、腿部特性(例如，大小、方向、形状、材料、弹性、摩擦特性等)和腿部到装置外壳的附连、在其上操作装置的表面的性质、装置的总重量，等等。

参见图1A至1C，机械装置100设有多个区段110。如以上所提到的，区段110至少包括表示装置头部的前区段112、表示装置尾部的后区段114、和定位在前区段与后区段之间的多个中间区段116。每个区段110包括装配在一起的底部外壳部段130和顶部外壳部段132。当组装时，可使用粘合剂、胶、超声焊接或其它类型的紧固装置来保持在两个外壳部段之间的连接。

现在参见图2-3，机械装置100的前区段112或头部组件140包括具有至少顶部部段142和底部部段144的组装外壳。如下文进一步解释的，前区段112包括朝着外壳的后部149向内渐缩147的外部轮廓。

头部组件140包括驱动偏心重物148的旋转马达146，偏心重物148具有相对于马达146的旋转轴线150偏移的质心。至少一个腿部152被定位成远离头部组件在底部部段144的下侧外部154的下方延伸。至少一个腿部152可固定到下侧外部154、头部组件140的侧面、头部组件的内部、或在头部组件内。头部组件还可包括沿头部组件的前部的周边限定的顶端151或凸出部分。在移动时，顶端151被设置成在蛇遇到障碍物时帮助头部组件转向。如果机械装置撞上物体，由自由枢轴(以下更详细地讨论)固定到其它区段110且在向前运动中由旋转马达驱动的头部组件将具有转弯或转向到一侧的趋势。这又将引起机械装置开始转离物体或绕物体移动。在某些情况下，机械装置将看起来围绕物体弯曲，然而在其它情况下，机械装置将看起来完全地转离物体并在全新方向上移动。

在另一个实施例中，至少一个腿部152可包括从旋转马达146的任一侧延伸的一对腿部。每对腿部可附连到鞍156。鞍156将每对腿部152固定到鞍基座158。两个鞍基座158通过一个或多个支承件160附连到彼此。支承件160可以是弓形的使得鞍156能定位在马达146上方。腿部152将接着延伸穿过底部部段144中的单独的开口或带狭槽的开口162。

包括前区段112的区段各自自由枢转地连接到彼此，使得在区段之间除了必要的电线之外不提供另外的连杆、齿轮或其它机械部件。这更清楚地示出在图4、5和7中。每个区段110的后部(没有最末或最后部分114)包括凹口或凸块164，凹口或凸块164对应地与设置在每个区段110的前部(除第一或前区段部分112之外)中的接纳凸块或凹口166配合。本发明的一个方面在于区段110可包括低摩擦枢轴以帮助允许区段110呈现出代表逼真生物的移动。低摩擦枢轴可为用来制造机械装置的塑料或其它材料的性质或可需要抛光材料来确保低摩擦枢轴。其它低摩擦枢轴可以在本发明中容易地采用，例如可使用销定位部、或球窝型枢轴。

除了用于容纳马达146、偏心重物148和至少一个前腿部152的前区段112之外，还提供了其它区段以具体地容纳其它部件。例如，功率源区段170用来容纳诸如电池的功率源。功率源区段170将最可能地包括舱门172，使用者可打开舱门172并确保其闭合以方便触及电池或其它功率源。如果功率源是一组可充电电池，那么舱门172可以是允许使用者将机械装置插入插座或其它类型的充电站中的进出口。此外，可采用通/断开关区段180以容纳拨动开关182，使用者可用拨动开关182接通和断开马达的电源。

现在参见图5A和5B，示出了由多个区段形成的中间部段116，每个区段具有底部外壳部段130和顶部外壳部段132。如以上所提到的，后部190包括凹口或凸块164，凹口或凸块164与设置在朝前部192中的互换的凸块或凹口166对应地配合。此外，为了帮助使中间分段部分一起枢转，后部190具有比朝前部192更小的周长。这可以在后部和前部之间采用渐缩或向内过渡的边缘194。这允许前分段部分的后部190容易地配合在其后的分段部分的前部内。

另外参见图6A和6B，进一步提供了中部或第二腿部区段200，中部或第二腿部区段200被构造成与上述区段110类似，不同的是该第二腿部区段200进一步容纳至少一个腿部118。至少一个腿部118固定到外壳的一部分并且可以固定到外壳的内部或外部部分。至少一个腿部可以是如图所示在分段部分的任一侧上的至少一个腿部，或者包括从区段的底部部分延伸的一个或多个小块。在该特定实施例中，每个腿部的一部分摩擦地配合在通槽202中，通槽202限定在底部外壳部段130的外表面204上。腿部基座206可具有略大的直径以帮助将腿固定到通槽202中。

然而，在本发明的范围内可以容易地提供附连到鞍且定位在分段部分200内的一对腿部，其中腿部延伸穿过底部外壳部段130上的一个或多个狭槽。此外，腿部能固定到允许腿部侧向地或旋转地可调整的孔口或开口。

如在附图中另外示出的，后区段114可具有渐缩的外表面210以提供蛇或蠕虫的尾部或末端的外观。此外，与作为最后分段部分相反，后区段114可以指是包括朝向机械装置的尾部定位的一个或多个区段的后部段。因此，渐缩的外表面210可出现在多于一个的区段中。根据类似的方法，前区段112可以指是多于一个的开始区段，使得在对区段的前部段的引用中包括头部和可能的颈部区段。

存在可在本发明的实施例中采用的许多变型。首先，可进一步增加多个腿部，例如，可将一个或多个腿部添加到每个分段部分。腿部还可朝向可在制造期间设定或者可由使用者调整的不同方向。此外，可将旋转马达从前分段部段移动到中间分段部段或甚至后分段部段。因此，旋转马达被移动使得机械装置的向前移动从拉动运动变为推动运动。然而，据发现，最小化腿部的数量并将马达放置到前部是提供类似蛇的移动的一个实施例。

在另一个实施例中，机械装置可包括带有枢轴且从一侧移动到另一侧的前区段。头部能根据配重和马达的取向的性质而从一侧到另一侧振荡，使得马达旋转轴线平行于蛇的向前方向，从而产生提供向前运动的上下的力和将使向前移动从一直向前改变的从一侧到另一侧的力（左右的力）。通过用电子器件控制马达的方向，还可增强从一侧到另一侧的振荡。该电子器件将旋转马达从在第一旋转方向上旋转偏心重物切换到在相反的旋转方向上旋转偏心重物。偏心重物的旋转方向的切换可使前区段比在一个方向上运行马达时更多地转弯。改变旋转将允许机械装置从一侧然后从另一侧转弯前区段。来回振荡前区段可引起向后振荡通过机械装置并提供蛇形波状移动。

如在图7中进一步所示，根据本发明的实施例的机械装置100被设置成包括具有至少一个腿部118的前区段112和成形为形成机械装置100的尾部的后区段114。此外，提供了定位在前区段112和后区段114之间的中间腿部区段200。在前区段112和中间腿部区段200之间提供了(多个)附加区段，并且在中间腿部区段200和后区段114之间提供了(多个)附加区段。仅出于参考目的，在中间腿部区段200和后区段114之间的区段将称为“向后区段”，而在前区段112和中间腿部区段200之间的区段将被称为“向前区段”。

存在可在本发明的实施例中采用的移动的许多变型。参照图8A至图8G，可示出和讨论机械装置的一种可能的移动。该移动受各种特征和力的影响。如以上所提到的，低摩擦铰链点可对蛇形移动有影响。其次，在前区段中的腿部与中间腿部区段中的腿部之间的距离也可对移动有影响，该距离类似地依赖于在两者之间具有一定数量的区段。最后，在中间腿部区段与后区段之间的距离也对移动有影响。

在一些实施例中可以注意到，由于在前区段中的腿部和中间腿部区段之间不具有足够的区段，机械装置不会呈现出用来获得依靠自身的振荡的足够的不稳定性。此外，具有太多的区段造成机械装置在移动期间变得太不稳定，使得机械装置在开始卷曲到一侧时趋向于倾倒。因此，适当数量的区段允许机械装置在移动和转弯期间保持其平衡。

在本发明的另一个实施例中，提供了包括主体的机械装置，该主体由头部、尾部和在头部与尾部之间的中间主体部分限定。在头部和中间主体部分周围设有腿部。前主体部段被限定为置于头部和中间主体区段之间，而后主体部段被限定为置于中间主体区段和尾部区段之间。主体可以是单个成形主体，其具有柔性外部或具有限定在其中的柔性。仅出于举例的目的，主体可以是诸如塑料或木质主体的单个毗邻的材料片段，该材料片段在两部分之间具有赋予两部分间的柔性的弯曲的或有槽的凹口。在另一方面，主体可由若干区段构成，其中在两个互连区段之间定位有可枢转接合部。

机械装置还包括固定在主体的一部分周围的旋转马达和偏心重物，并且其中旋转马达适于旋转偏心重物使得振动力被导向通过主体。在一些方面，旋转马达和偏心重物能沿着定位在头部中的腿部前方或后方的主体向前定位并被构造成在一个方向上驱动或拉动主体，或沿着主体向后定位并被构造成在一个方向上推动主体。

如所提到的，诸如第一对腿部的腿部设置在头部周围且朝接触表面延伸。第一对腿部被构造成使主体在旋转马达旋转偏心重物时所限定的方向上移动。如所示出的，偏心重物可在腿部的前方或紧接在第一对腿部后面。为了参考目的，这可限定第一腿部区段。此外，提供了第二对腿部，其从中间部段朝接触表面延伸，从而限定第二腿部区段。

继续参见图8A至8G，作为本发明的一个实施例，提供了机械装置300，机械装置300具有头部区段305、中间区段320、定位在头部区段与中间区段之间的第一插入部段310以及定位在中间区段之后的尾部部段325。头部区段和中间区段包括腿部330，腿部330朝接触表面向下延伸，被称为前腿部或中间腿部。腿部可以为如上所述的。此外，中间腿部330可用一个或多个腿部或定位在部段下方且向下延伸的小块替换。

如在其它实施例中所提到的，部段可由一个或多个区段构成，或者可以是形成为若干部段的单个主体，部段在部段之间枢转或移动。对右侧和左侧的引用是从机械装置的角度而言的。

第一插入部段310和尾部部段325的长度和比例可能对于帮助限定引起不稳定性的合适重量分布来说是重要的方面。

如在本发明的图9的一个单个实施例中所示出的，机械装置400可设有多个区段，包括头部区段402、尾部区段404、中间腿部区段406、在头部和中间腿部区段之间的若干区段的部段408以及在中间腿部区段和尾部区段之间的若干区段的部段410。在该实施例中，已经测量出合适的重量分布和长度以便提供呈现出在本发明的其它示例中所提到的移动和运动的单个实施例。

机械装置的向前运动由作用在附连到头部的腿部上的头部的振动引起。中间腿部轻微振动并在某些情况下能够提供向前的力。然而，由于前腿部的驱动力要大得多，通常中间腿部对运动产生不同程度的轻微阻力。机械装置如何实现蜿蜒状运动的关键方面在于驱动力引发的振荡振动与中间部段和尾部部段中的区段的质量移位的结合。

以下所描述的位置概括成开始位置、四种常见形状和两种不常见形状。它们被概括以简化讨论，因为当机械装置的区段移动时存在无限种形状。由于概括，实际示出和描述的每个位置涵盖了在机械装置在所描述的位置之间转变时的许多微小变化。所讨论的力将由于很多种变化的内力和外力而连续地变化和改变。因此，这些位置和描述是获得蜿蜒状运动的唯一一种可能的方式。改变蛇的腿部及区段的数量和设计可以将运动变成无限种其它的可能。

位置A-如果机械装置从位置A开始，则垂直振动力在推进方向上在前腿部330上形成强线性力，并且在阻滞方向上在中间腿部332上形成弱线性力。水平振动力将使头部305从一侧到另一侧改变其方向，并且尾部325在其开始补偿转向时最终将甩向一侧或另一侧。

位置B-当尾部325甩向右侧时，机械装置具有如位置B中所示出的颠倒的“J”形状。当机械装置具有这种颠倒的“J”形状时，尾部325的重心355移位到尾部所移位到的一侧。如在位置B的图中所示，尾部的重心355已移位到右侧并在右侧的腿部上引起更大的向下的力；因此，线性力345/350在右侧上比左侧上大。当与头部的左侧腿部相比时，头部的右侧腿部上的更大的向下的力使右侧腿部比左侧腿部具有更大的向前驱动力。来自头部的右侧腿部的更大的驱动力使头部305转向左边(位置C的开始处)。在位置B中，头部的向前驱动移动继续拉动中间腿部区段320，这在右侧上具有更大的阻力，从而使中间腿部区段320顺时针360扭曲。

位置C-如在位置C中所示出的，机械装置开始弯曲到左面形成“S”形。在位置C中，头部的向前驱动移动继续拉动中间腿部区段，这在右侧上具有更大的阻力，从而使中间腿部区段顺时针360扭曲。插入部段310的重心365已移位到左侧。尾部325朝右侧成角度并开始在顺时针方向370上扭曲。尾部重心355和插入部段重心365使总重心更靠近中心移位，使得头部305直线向前驱动并尝试拉直剩余的部段。中间腿部区段的角向扭曲使尾部甩向蛇的左侧，从而还原成如在位置D的图中示出的“J”形。

位置D-位置D的图是位置B的图的镜像。

位置E-位置E的图是位置C的图的镜像。

机械装置可以以重复的BCDE-BCDE模式在这些各个位置之间振荡。

位置X和Y-尾部的甩动量将变化，并且在许多情况下，角动量的量足够大以使机械装置振荡成如在位置X和Y中示出的不常见的“C”形。一旦处于位置X或Y中，力就在头部上相当地平衡并且造成中间部段想要变直成“J”形，并且从而恢复振荡运动。

障碍物-当机械装置遇上障碍物时，水平振动力将使机械装置转向一侧或另一侧。在头部的向前前进被阻碍足够长的情况中，中间腿部轻微的向前驱动力将迫使主体扭曲成“C”或“S”形，并帮助头部围绕障碍物转向一侧或脱离拐角。

在各种实施例中，机械装置可包括第一或前腿部区段，该第一或前腿部区段进一步被构造成当旋转马达产生振动力时在变化的方向上移动机械装置，从而造成机械装置的主体的连续振荡形状。

其它实施例可包括这样的主体，该主体被构造成当旋转马达产生振动力时在变化的方向上移动前腿部区段和中间腿部区段，从而造成多个区段的连续振荡形状。

在另外的实施例中，多个区段可被构造成当旋转马达产生振动力时改变第一和第二腿部区段的方向，其中，第一和第二腿部区段的变化的方向使主体的两个或更多个区段从一侧到另一侧振荡。

在各种实施例的另外的方面中，第一对腿部进一步被构造成在旋转马达产生振动力时在振荡方向上移动第一腿部区段，第一腿部区段在振荡方向上从一个方向到另一个方向的移动产生足够的力以将互连的多个区段中的一个或多个的位置从机械装置的一侧改变到另一侧，并且其中互连的多个区段中的一个或多个从机械装置的一侧到另一侧的改变位置进一步在第一和第二腿部区段上产生力以将第一和第二腿部区段的方向从一个方向改变到另一个方向，从而造成多个区段的连续振荡形状。

在各种实施例的另外的方面中，中间和尾部部段的重心的移动可能不足以迫使腿部区段转向并形成蜿蜒移动。在各种实施例的另外的方面中，装置的形状的变化可能不实现足以看起来逼真的变化。在这两种情况中，通过在各种区段内部添加固定的重物可实现移动的变化。可替代地，通过在设计成在区段内部从一侧移动到另一侧的各种区段内部添加重物可实现移动的变化。这些移动的重物用来或多或少地移动区段的重心，具体取决于重物的位置。另外，重物下方的结构的形状可以平坦、凹的或凸的方式而成形，使得重物的移动由于重心的影响而改变。

在各种实施例的另外的方面中，前腿部的向前驱动力可能需要增加或减小，以便改变力的平衡和实现所需的形状。向前的力可改变腿部的硬度、直径、长度和形状。另外，由中间腿部提供的阻力的量可能需要增加或减小，以便改变中间区段的转向。通过将中间腿部的材料改变为相比表面具有更高或更低摩擦系数的材料可改变阻力。

根据上述和如以上所提到的，可以看到，在不脱离本发明的新颖概念的精神和范围的情况下可做出许多变型和修改。应当理解，不意图或不应推断相对于本文所示实施例的限制。旨在通过所附权利要求书将所有这样的修改涵盖在所附权利要求书的范围内。

Claims (49)

1.一种用于模仿蜿蜒运动的机械装置，包括：

主体，所述主体由在枢轴处连续地互连的多个区段形成，所述区段中的一个的后部自由枢转连接到所述区段中的另一个的前部，所述多个区段限定至少前区段、后区段和定位在所述前区段与后区段之间的至少一个中间区段；

所述前区段容纳旋转马达和偏心重物，并且其中，所述旋转马达适于旋转所述偏心重物，并且所述旋转马达的旋转轴线平行于所述机械装置的向前方向，所述前区段还具有至少一对前腿部，所述至少一对前腿部朝接触表面延伸且被构造成当所述旋转马达旋转所述偏心重物时使所述前区段在一方向上移动，从而限定前腿部区段；以及

至少一对中间腿部，所述至少一对中间腿部定位在所述至少一个中间区段中并朝接触表面延伸，从而限定中间腿部区段，并且

其中，所述主体被构造成当所述旋转马达产生振动力时在变化的方向上移动所述前腿部区段和中间腿部区段，从而造成所述多个区段的连续振荡形状。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一对前腿部进一步被限定为至少两对腿部，并且其中，至少一对腿部被构造成当所述旋转马达旋转所述偏心负载时引起所述前区段反复地跳跃。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个中间区段连续地包括在所述前区段和所述中间腿部区段之间。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个区段连续地包括在所述中间腿部区段之后。

5.一种用于模仿蜿蜒运动的机械装置，包括：

多个区段，所述多个区段在形成于两个相邻区段之间的枢轴处连续地互连，所述区段中的一个的后部自由枢转连接到所述区段中的另一个的前部，所述多个区段进一步限定至少前区段、后区段和至少一个中间区段；

旋转马达和偏心重物，所述旋转马达和偏心重物固定在所述多个区段中的一个区段周围，并且其中，所述旋转马达适于旋转所述偏心重物，并且所述旋转马达的旋转轴线平行于所述机械装置的向前方向；以及

至少一对腿部，所述至少一对腿部从所述多个区段中的一个区段朝接触表面延伸，且被构造成使所述多个区段在当所述旋转马达旋转所述偏心重物时在限定的方向上移动，并且从而限定第一腿部区段。

6.根据权利要求5所述的机械装置，其特征在于，所述第一腿部区段进一步被构造成当所述旋转马达产生振动力时在变化的方向上移动，从而造成互连到所述第一腿部区段的所述多个区段的连续振荡形状。

7.根据权利要求5所述的机械装置，其特征在于，所述第一腿部区段还包含定位在相同区段周围的所述旋转马达和偏心重物。

8.根据权利要求5所述的机械装置，其特征在于，还包括：

至少第二对腿部，所述至少第二对腿部从所述多个区段中的另一个区段朝接触表面延伸，并从而限定第二腿部区段。

9.根据权利要求8所述的机械装置，其特征在于，所述第二腿部区段和所述第一腿部区段通过将至少一个其它区段定位在两者间而彼此互连。

10.根据权利要求9所述的机械装置，其特征在于，所述多个区段被构造成当所述旋转马达产生振动力时改变所述第一和第二腿部区段的方向，并且所述第一和第二腿部区段的所述变化的方向使所述主体的两个或更多个区段从一侧到另一侧振荡。

11.根据权利要求8所述的机械装置，其特征在于，所述第一腿部区段包括两对腿部。

12.根据权利要求11所述的机械装置，其特征在于，在所述第一腿部区段中的所述两对腿部形成两排腿部，并且每排腿部从所述第一腿部区段朝所述表面延伸。

13.根据权利要求12所述的机械装置，其特征在于，所述两排腿部通过撑棍彼此互连，所述撑棍横过所述第一分段腿部部分且在所述旋转马达上方横向延伸。

14.根据权利要求13所述的机械装置，其特征在于，所述腿部延伸穿过限定在所述第一腿部区段中的下部中的开口。

15.根据权利要求8所述的机械装置，其特征在于，所述第一腿部区段为所述前区段。

16.根据权利要求15所述的机械装置，其特征在于，还包括功率源和开关，所述开关将所述功率源互连到所述旋转马达以用于选择性地供能以便启动和停用所述功率源。

17.根据权利要求16所述的机械装置，其特征在于，所述功率源定位在所述多个区段中的一区段中，从而限定功率源区段。

18.根据权利要求17所述的机械装置，其特征在于，所述功率源区段在所述第一腿部区段和所述第二腿部区段之间互连。

19.根据权利要求18所述的机械装置，其特征在于，所述开关定位在所述多个区段中的一区段中，从而限定开关区段。

20.根据权利要求19所述的机械装置，其特征在于，附加区段定位在所述开关区段和所述第二腿部区段之间。

21.根据权利要求20所述的机械装置，其特征在于，附加区段定位在所述第二腿部区段和所述后区段之间。

22.根据权利要求21所述的机械装置，其特征在于，所述第一对腿部进一步被构造成当所述旋转马达产生振动力时在振荡方向上移动所述第一腿部区段，并且所述第一腿部区段在所述振荡方向上从一个方向到另一个方向的移动产生足够的力以将所述互连的多个区段中的一个或多个的位置从所述机械装置的一侧改变到另一侧，并且其中，所述互连的多个区段中的一个或多个从所述机械装置的一侧到另一侧的所述改变位置在所述第一和第二腿部区段上进一步产生力，以将所述第一和第二腿部区段的方向从一个方向改变到另一个方向，从而造成所述多个区段的连续振荡形状。

23.根据权利要求5所述的机械装置，其特征在于，每个区段包括外壳，所述外壳由与所述区段互连的顶部和底部部段形成。

24.根据权利要求23所述的机械装置，其特征在于，所述外壳的每个部段包括前部和后部，并且所述后部包括比所述前部小的周长。

25.根据权利要求24所述的机械装置，其特征在于，当一区段互连到后续区段时，所述区段的所述外壳的所述后部被接纳进限定在所述后续区段的所述前部中的开口内。

26.一种用于模仿蜿蜒运动的机械装置，包括：

连续互连的多个区段，所述区段中的一个的后部自由枢转连接到所述区段中的另一个的前部，所述多个区段进一步限定至少前区段和后区段；

旋转马达和偏心重物，所述旋转马达和偏心重物固定在所述多个区段中的一个区段周围，并且其中，所述旋转马达适于旋转所述偏心重物；以及

至少一对腿部，所述至少一对腿部从所述多个区段中的一个区段朝接触表面延伸，且被构造成使所述一个区段在当所述旋转马达旋转所述偏心重物时在限定的方向上移动，以限定第一腿部区段。

27.根据权利要求26所述的机械装置，其特征在于，所述第一对腿部和所述旋转马达及偏心重物定位在相同区段的周围。

28.根据权利要求27所述的机械装置，其特征在于，所述第一腿部区段还被限定为所述前区段。

29.根据权利要求28所述的机械装置，其特征在于，还包括：

至少另一对腿部，所述至少另一对腿部从所述多个区段中的另一个区段朝接触表面延伸，以限定第二腿部区段。

30.根据权利要求29所述的机械装置，其特征在于，还包括互连在所述第一腿部区段和所述第二腿部区段之间的附加区段。

31.根据权利要求30所述的机械装置，其特征在于，所述多个区段被构造成当所述旋转马达产生振动力时改变所述第一和第二腿部区段的方向，并且所述第一和第二腿部区段的所述变化的方向使所述机械装置的主体的两个或更多个区段从一侧到另一侧振荡。

32.一种用于模仿蜿蜒运动的机械装置，包括：

连续互连的多个区段，所述区段中的一个的后部自由枢转连接到所述区段中的另一个的前部，所述多个区段进一步限定至少头部区段、尾部区段、中间区段、限定在所述头部区段与所述中间区段之间的第一插入部段、以及限定在所述中间区段与所述尾部区段之间的第二插入部段；

旋转马达和偏心重物，所述旋转马达和偏心重物固定在所述多个区段中的一个区段周围，并且其中，所述旋转马达适于旋转所述偏心重物使得振动力被导向通过所述区段，并且所述旋转马达的旋转轴线平行于所述机械装置的向前方向；以及

第一对腿部，所述第一对腿部从所述多个区段中的一个区段朝接触表面延伸，且被构造成使所述区段在当所述旋转马达旋转所述偏心重物时在限定的方向上移动，所述一个区段与所述第一对腿部进一步被限定为第一腿部区段。

33.根据权利要求32所述的机械装置，其特征在于，所述第一对腿部和所述旋转马达及偏心重物定位在所述头部区段的周围。

34.根据权利要求32所述的机械装置，其特征在于，所述第一对腿部进一步被构造成当所述旋转马达产生振动力时在变化的方向上移动，从而造成互连到所述第一腿部区段的所述多个区段的连续振荡形状。

35.根据权利要求32所述的机械装置，其特征在于，还包括：

第二对腿部，所述第二对腿部从所述中间区段朝接触表面延伸，并且限定第二腿部区段。

36.根据权利要求32所述的机械装置，其特征在于，限定在所述头部区段和所述中间区段之间的所述第一插入部段包括至少一个区段。

37.根据权利要求32所述的机械装置，其特征在于，限定在所述中间部段和所述尾部部段之间的所述第二插入部段包括至少一个区段。

38.根据权利要求35所述的机械装置，其特征在于，所述多个区段被构造成当所述旋转马达产生振动力时改变所述第一和第二腿部区段的方向，并且所述第一和第二腿部区段的所述变化的方向使所述机械装置的主体的两个或更多个区段从一侧到另一侧振荡。

39.根据权利要求32所述的机械装置，其特征在于，所述第一腿部区段包括两对腿部。

40.根据权利要求39所述的机械装置，其特征在于，在所述第一腿部区段中的所述两对腿部形成两排腿部，并且每排腿部从所述第一腿部区段朝所述表面延伸。

41.根据权利要求40所述的机械装置，其特征在于，所述两排腿部通过撑棍互连到彼此，所述撑棍横过所述第一腿部区段且在所述旋转马达上方横向延伸。

42.根据权利要求32所述的机械装置，其特征在于，所述腿部延伸穿过限定在所述第一腿部区段中的下部中的开口。

43.一种用于模仿蜿蜒运动的机械装置，包括：

细长的主体，所述细长的主体限定头部部段、尾部部段、中间部段、限定在所述头部部段与所述中间部段之间的第一插入部段、以及限定在所述中间部段与所述尾部部段之间的第二插入部段，各个部段中的一个的后部自由枢转连接到各个部段中另一个的前部；

旋转马达和偏心重物，所述旋转马达和偏心重物固定在所述主体的一个部段周围，并且其中，所述旋转马达适于旋转所述偏心重物使得振动力被导向通过所述主体，并且所述旋转马达的旋转轴线平行于所述机械装置的向前方向；

第一对腿部，所述第一对腿部从所述主体的一个部段朝接触表面延伸且被构造成使所述主体在所述旋转马达旋转所述偏心重物时在限定的方向上移动，带有所述第一对腿部的所述部段进一步限定第一腿部部段；以及

第二对腿部，所述第二对腿部从所述中间部段朝接触表面延伸，并从而限定第二腿部部段，并且

其中，所述第一对腿部进一步被构造成当所述旋转马达产生振动力时在振荡方向上移动所述第一腿部区段，并且所述第一腿部区段在所述振荡方向上从一个方向到另一个方向的所述移动产生足够的力，以便将所述部段中的一个或多个的位置从所述机械装置中的一侧改变到另一侧，并且其中所述部段中的一个或多个从所述机械装置中的一侧到另一侧的所述改变位置进一步在所述第一和第二腿部部段上产生力，以将所述第一和第二腿部部段的方向从一个方向改变到另一个方向，从而造成所述主体的连续振荡形状。

44.根据权利要求43所述的机械装置，其特征在于，所述主体被构造成包括柔性特性，所述柔性特性至少限定在所述头部部段、尾部部段、中间部段、第一插入部段与所述第二插入部段之间。

45.根据权利要求44所述的机械装置，其特征在于，柔性特性进一步被限定为在形成于两个相邻且互连的区段之间的枢轴处连续互连的多个区段。

46.根据权利要求43所述的机械装置，其特征在于，所述第一对腿部和所述旋转马达及偏心重物定位在所述头部部段的周围。

47.根据权利要求43所述的机械装置，其特征在于，还包括定位在一个或多个部段内的重物。

48.根据权利要求47所述的机械装置，其特征在于，所述重物固定到在所述一个或多部段内的位置中。

49.根据权利要求47所述的机械装置，其特征在于，所述重物在所述一个或多个部段的移动期间能够移位。