CN111546362B - 机器人装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人装置，包含头部、身体、第一板体、第二板体、第一重力感测器、第二重力感测器与处理器。第一板体设置于身体，第二板体设置于头部，第二板体枢接第一板体，且第二板体能够相对第一板体旋转。第一重力感测器设置于第一板体，并感测第一板体的第一角度。第二重力感测器设置于第二板体，并感测第二板体的第二角度。处理器电性连接第一重力感测器与第二重力感测器，并根据第一角度与第二角度的相差值变化判断第二板体相对第一板体旋转的方向。

Description

机器人装置

技术领域

本发明涉及一种机器人装置。

背景技术

随着科技的日新月异，机器人的应用也变得越来越普及，而机器人在结构上的设计，往往离不开对人体结构的参考。为要使机器人的活动更能模拟人体的动作，机器人的关节除了要足够坚固强壮外，其活动的准确性也是重要的一环。

因此，在机器人的研发领域中，如何提升关节活动的准确性和可靠性，无疑是业界发展的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种机器人装置，其能可靠地判断第二板体相对第一板体旋转的角度，从而避免机器人在电子系统开机或重启时因为不当的操作而造成结构上的破坏。

根据本发明的一实施方式，一种机器人装置包含头部、身体、第一板体、第二板体、第一重力感测器、第二重力感测器与处理器。第一板体设置于身体，第二板体设置于头部，第二板体枢接第一板体，且第二板体能够相对第一板体旋转。第一重力感测器设置于第一板体，并配置以感测第一板体的第一角度。第二重力感测器设置于第二板体，并配置以感测第二板体的第二角度。处理器电性连接第一重力感测器与第二重力感测器，并配置以根据所感测的第一角度与所感测的第二角度的相差值变化判断第二板体相对第一板体旋转的方向。

在本发明一或多个实施方式中，上述的第一板体相对水平参考面的角度定义第一角度，第二板体相对水平参考面的角度定义第二角度。

在本发明一或多个实施方式中，机器人装置进一步包含光遮断器，其电性连接处理器，并且包含接收器、发射器以及遮光部。接收器设置于第一板体。发射器设置于第一板体，并远离接收器，发射器配置以向接收器发射光线。遮光部设置于第二板体，并配置以随着第二板体相对第一板体旋转而至少部分经过于发射器与接收器之间。处理器配置以根据接收器是否接收到光线，以及第二板体相对第一板体旋转的方向，而判断第二板体相对于第一板体的角度的范围。

在本发明一或多个实施方式中，当上述的接收器接收到光线时，接收器向处理器传送第一信号，当接收器停止接收到光线时，接收器向处理器传送第二信号。

在本发明一或多个实施方式中，上述的遮光部具有第一子遮光部以及第二子遮光部，第一子遮光部与第二子遮光部配置以交替地经过于发射器与接收器之间，第一子遮光部与第二子遮光部之间具有通光部，通光部配置以让光线穿越。遮光部还具有中心线，其对称地划分通光部。

在本发明一或多个实施方式中，当上述的第二板体相对第一板体的角度小于第二子遮光部朝向第一子遮光部的表面与中心线之间的夹角时，光线穿越通光部。

在本发明一或多个实施方式中，第一子遮光部与第二子遮光部各自具有朝向与背对通光部的两表面。第一子遮光部的两表面与中心线之间的两夹角定义第一范围，而第二子遮光部的两表面与中心线之间的两夹角定义第二范围。当接收器未接收到光线时，若处理器判断第二板体相对第一板体的方向为第一方向，则第二板体相对第一板体的角度在第一范围内，若处理器判断第二板体相对第一板体旋转的方向为相反于第一方向的第二方向，则第二板体相对第一板体的角度在第二范围内。

在本发明一或多个实施方式中，当上述的第二板体相对第一板体的角度大于第二子遮光部背对第一子遮光部的表面与中心线之间的夹角时，接收器接收到光线。

在本发明一或多个实施方式中，上述的机器人装置还包含移动装置。此移动装置电性连接处理器，并设置于第一板体，移动装置配置以受处理器控制，以相对第一板体旋转第二板体。

本发明上述实施方式至少具有以下优点：

(1)由于第二板体绕轴线相对第一板体旋转的信号，是通过第一重力感测器、第二重力感测器以及光遮断器的同时运作而获得，因此，处理器所判断第二板体绕轴线相对第一板体旋转的角度具有相当高的可靠度，还可避免机器人在电子系统开机或重启时因为不当的操作而造成结构上的破坏。

(2)机器人装置能够简单容易地掌握第二板体绕轴线相对第一板体旋转的角度，以便机器人装置进行校正。

(3)由于第一重力感测器与第二重力感测器容易安装，且体积细小，因而有利于维持机器人装置的结构紧密性，更有利于控制机器人装置的制作成本。

(4)由于第二板体绕轴线相对第一板体旋转的角度并非判断于移动装置的作动行程，因此，第二板体绕轴线相对第一板体旋转的角度的掌握，不会因为移动装置在操作时出现掉步的情况而有所影响。

附图说明

图1为绘示依照本发明一实施方式的机器人装置的立体示意图。

图2为绘示图1的机器人装置的正面示意图。

图3为绘示图1的机器人装置的应用示意图，其中第二板体的第二角度大于第一板体的第一角度。

图4为绘示图1的机器人装置的应用示意图，其中第二板体的第二角度小于第一板体的第一角度。

图5为绘示图1的光遮断器的侧面放大示意图。

图6为绘示图1的机器人装置的电性连接示意图。

图7为绘示图5沿线段M-M的切面示意图。

附图标记说明如下：

100：机器人装置

110：第一板体

120：第二板体

121：齿轮

130：第一重力感测器

140：第二重力感测器

150：光遮断器

151：接收器

152：发射器

153：遮光部

153a：第一子遮光部

153a1、153a2：表面

153b：第二子遮光部

153b1、153b2：表面

153c：通光部

160：处理器

170：移动装置

171：蜗轮

R：水平参考面

θ：角度

θ1：第一角度

θ2：第二角度

θa、θb、θc：范围

CL：中心线

D1：第一方向

D2：第二方向

M-M：线段

S：空间

X：轴线

具体实施方式

以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些习知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。且若实施上为可能，不同实施例的特征可以交互应用。

请参照图1～图2。图1为绘示依照本发明一实施方式的机器人装置100的立体示意图。图2为绘示图1的机器人装置100的正面示意图。在本实施方式中，如图1～图2所示，一种机器人装置100包含第一板体110、第二板体120、光遮断器150、第一重力感测器(gravitational sensor；G-sensor)130与第二重力感测器140(第一重力感测器130及第二重力感测器140请见图2)。第一板体110与第二板体120分别设置有电路板。第二板体120枢接第一板体110，第二板体120配置以相对第一板体110绕轴线X旋转角度θ(请见图3～图4)。在实务的应用中，第二板体120可连接机器人的头部(图未示)或作为机器人头部的一部分，而第一板体110则可连接机器人的身体(图未示)或作为机器人身体的一部分。如此一来，当第二板体120相对第一板体110旋转时，可比拟机器人点头的动作。

请参照图3～图4。图3为绘示图1的机器人装置100的应用示意图，其中第二板体120的第二角度θ2大于第一板体110的第一角度θ1。图4为绘示图1的机器人装置100的应用示意图，其中第二板体120的第二角度θ2小于第一板体110的第一角度θ1。具体而言，如图2～图4所示，第一重力感测器130设置于第一板体110，并可连接第一板体110上的电路板或第一重力感测器130直接设置于第一板体110上的电路板，第一重力感测器130配置以感测第一板体110的第一角度θ1，而第二重力感测器140设置于第二板体120，并可连接第二板体120上的电路板或第二重力感测器140直接设置于第二板体120上的电路板，第二重力感测器140配置以感测第二板体120的第二角度θ2。更具体而言，如图3～图4所示，第一板体110相对水平参考面R的角度定义第一角度θ1，第二板体120相对水平参考面R的角度定义该第二角度θ2。举例而言，当机器人装置100出厂进行水平校正时，机器人装置100可被放置于水平测试台(图未示)上进行水平校正，若第一重力感测器130及第二重力感测器140不存在误差，则第一角度θ1及第二角度θ2应皆为0度。

请注意到，在实务的应用中，水平测试台的上表面应为水平设置，且与水平参考面R相互平行，亦即第一板体110与水平参考面R亦为相互平行的，然而，图3～图4所绘示的机器人装置100，是刻意与水平参考面R夸张地旋转，以清楚表达图中角度间的关系。

为方便说明，举例而言，假设在图2～图4中，机器人的面部朝向图的左方，当第二板体120相对第一板体110朝第二方向D2旋转时，第二板体120的第二角度θ2减去第一板体110的第一角度θ1后为正值，即第二板体120的第二角度θ2大于第一板体110的第一角度θ1，可视为机器人仰头，如图3所示。反之，当第二板体120相对第一板体110朝相反于第二方向D2的第一方向D1旋转时，第二板体120的第二角度θ2减去第一板体110的第一角度θ1为负值，即第二板体120的第二角度θ2小于第一板体110的第一角度θ1，可视为机器人点头，如图4所示。在本实施方式中，第一方向D1为逆时针方向，第二方向D2为顺时针方向。

在实务的应用中，在机器人点头或后仰时，第二板体120相对第一板体110所旋转最大的角度为+15度及-15度之间，但本发明并不以此为限。

请参照图5，其为绘示图1的光遮断器150的侧面放大示意图。在本实施方式中，如图5所示，光遮断器150包含接收器151、发射器152以及遮光部153。接收器151设置于第一板体110，发射器152设置于第一板体110并远离接收器151，发射器152与接收器151之间具有空间S，而发射器152配置以向接收器151发射光线。遮光部153设置于第二板体120，并配置以随着第二板体120相对第一板体110旋转，至少部分经过位于发射器152与接收器151之间的空间S。

另外，请参照图6，其为绘示图1的机器人装置100的电性连接示意图。在本实施方式中，机器人装置100包含处理器160。如图6所示，处理器160电性连接第一重力感测器130、第二重力感测器140与光遮断器150，处理器160配置以根据所感测的第一角度θ1与所感测的第二角度θ2的相差值变化，以及光遮断器150的接收器151是否接收到光线，而判断第二板体120与第一板体110之间角度θ的范围。

在本实施方式中，如图1～图4所示，机器人装置100还包含移动装置170，移动装置170设置于第一板体110。再者，如图6所示，移动装置170电性连接处理器160，并配置以受处理器160控制，以相对第一板体110旋转第二板体120。在实务的应用中，移动装置170可具有驱动装置(图未示)及蜗轮171，当移动装置170受到处理器160控制而启动时，驱动装置带动蜗轮171转动并带动位于第二板体120的齿轮121转动，从而使第二板体120相对第一板体110旋转。

具体而言，当接收器151接收到光线时，接收器151会向处理器160传送第一信号，而当接收器151停止接收到光线时，接收器151向处理器160传送第二信号。

请参照图7，其为绘示图5沿线段M-M的切面示意图。在本实施方式中，如图7所示，遮光部153具有第一子遮光部153a以及第二子遮光部153b，第一子遮光部153a与第二子遮光部153b配置以交替地经过位于发射器152与接收器151之间的空间S(请参照图5)，第一子遮光部153a与第二子遮光部153b之间具有通光部153c，通光部153c配置以让光线穿越。

从结构上而言，如图7所示，通光部153c呈扇形，且通光部153c连接第一子遮光部153a与第二子遮光部153b的边缘，在几何上可延伸至轴线X，再者，遮光部153的中心线CL经过轴线X，且实质上垂直于第一板体110，中心线CL更把通光部153c对称地划分。在本实施方式中，以中心线CL为0度的话，则通光部153c连接第一子遮光部153a与第二子遮光部153b的边缘分别为-4度及+4度。换句话说，第一子遮光部153a所朝向第二子遮光部153b的表面153a1，以-4度旋转于中心线CL，而第二子遮光部153b所朝向第一子遮光部153a的表面153b1，以+4度旋转于中心线CL，而通光部153c的范围θc为-4度至+4度。

由于遮光部153的中心线CL实质上垂直于第一板体110，因此，当第二板体120相对第一板体110的角度大于表面153a1与中心线CL之间的夹角且小于表面153b1与中心线CL之间的夹角时(亦即，当第二板体120旋转于第一板体110的角度θ在范围θc即+4度至-4度之间时)，则光线不受第一子遮光部153a或第二子遮光部153b的阻挡而可穿越通光部153c。换句话说，当第二板体120旋转于第一板体110的角度θ在+4度至-4度之间的范围时，接收器151能够接收光线，且接收器151会向处理器160传送第一信号。

再者，如图7所示，第一子遮光部153a亦呈扇形，且第一子遮光部153a朝向第二子遮光部153b的表面153a1及背对第二子遮光部153b的表面153a2，在几何上均可延伸至轴线X。在本实施方式中，第一子遮光部153a所朝向第二子遮光部153b的表面153a1相对中心线CL为-4度，而第一子遮光部153a背对第二子遮光部153b的表面153a2相对中心线CL为-12度，而表面153a1与中心线CL之间的夹角以及表面153a2与中心线CL之间的夹角定义-4至-12度的范围θa。换句话说，当第二板体120相对第一板体110朝第一方向D1旋转而第二板体120旋转于第一板体110的角度θ落入范围θa即-4度至-12度时，光线受到第一子遮光部153a的阻挡，以使接收器151停止接收光线，且接收器151会向处理器160传送第二信号。

相似地，如图7所示，第二子遮光部153b亦呈扇形，且第二子遮光部153b朝向第一子遮光部153a的表面153b1及背对第一子遮光部153a的表面153b2，在几何上均可延伸至轴线X。在本实施方式中，第二子遮光部153b所朝向第一子遮光部153a的表面153b1相对中心线CL为+4度，而第二子遮光部153b背对第一子遮光部153a的表面153b2相对中心线CL为+12度，而表面153b1与中心线CL之间的夹角以及表面153b2与中心线CL之间的夹角定义+4至+12度的范围θb。换句话说，当第二板体120相对第一板体110朝相第二方向D2旋转而第二板体120旋转于第一板体110的角度θ落入范围θb即+4度至+12度时，光线受到第二子遮光部153b的阻挡，以使接收器151停止接收光线，且接收器151会向处理器160传送第二信号。

进一步而言，当第二板体120旋转于第一板体110的角度θ位于小于-12度(亦即，表面153a2与中心线CL之间的夹角)或大于+12度(亦即，表面153b2与中心线CL之间的夹角)时，接收器151亦能够接收光线，且接收器151会向处理器160传送第一信号。此时，第二板体120相对第一板体110所旋转的角度已接近极限的-15度或+15度，而处理器160则设定控制移动装置170并使蜗轮171以较慢的速度转动，以避免第二板体120相对第一板体110所旋转的角度超越-15度或+15度而造成机器人装置100的损坏。

当机器人的电子系统开机或重启时，若第二重力感测器140所感测到第二板体120的第二角度θ2，在减去第一重力感测器130所感测到第一板体110的第一角度θ1后得出正值时，如上所述，机器人装置100处于仰头的状态(亦即，第二板体120相对第一板体110朝第二方向D2旋转)。此时，若光遮断器150的接收器151停止接收光线，且向处理器160传送第二信号，则处理器160可以判断第二板体120与第一板体110之间的角度θ正好落入范围θb即+4度至+12度。如此一来，处理器160可控制移动装置170，使机器人装置100进行点头的动作来使第二板体120相对第一板体110返回归零点，而避免在机器人的电子系统开机或重启时，使机器人装置100继续往后仰而造成结构上的破坏。

相似地，当机器人的电子系统开机或重启时，若第二重力感测器140所感测到第二板体120的第二角度θ2，在减去第一重力感测器130所感测到第一板体110的第一角度θ1后得出负值时，如上所述，机器人装置100处于点头的状态(亦即，第二板体120相对第一板体110朝第一方向D1旋转)。此时，若光遮断器150的接收器151停止接收光线，且向处理器160传送第二信号，则处理器160可以判断第二板体120与第一板体110之间的角度θ正好落入范围θa即-4度至-12度。如此一来，处理器160可控制移动装置170，使机器人装置100进行仰后的动作来使第二板体120相对第一板体110返回归零点，而避免在机器人的电子系统开机或重启时，使机器人装置100继续往前倾而造成结构上的破坏。

根据以上所述的状况，举例而言，当机器人装置100进行仰后的动作时，光遮断器150的接收器151向处理器160所传送的信号由第二信号变成第一信号的瞬间，处理器160可以判断第二板体120绕轴线X相对第一板体110旋转的角度θ正好是-4度。相似地，当机器人装置100进行点头的动作时，光遮断器150的接收器151向处理器160所传送的信号由第二信号变成第一信号的瞬间，处理器160可以判断第二板体120绕轴线X相对第一板体110旋转的角度θ正好是+4度。如此一来，机器人装置100能够简单容易地掌握第二板体120绕轴线X相对第一板体110旋转的角度θ，以便机器人装置100进行校正。

在本实施方式中，由于第二板体120绕轴线X相对第一板体110旋转的信号，通过第一重力感测器130、第二重力感测器140以及光遮断器150的同时运作而获得，因此，处理器160所判断第二板体120绕轴线X相对第一板体110旋转的角度θ具有相当高的可靠度。

再者，由于第二板体120绕轴线X相对第一板体110旋转的角度θ并非判断于移动装置170的作动行程，因此，第二板体120绕轴线X相对第一板体110旋转的角度θ的掌握，不会因为移动装置170在操作时出现掉步的情况而有所影响。

在实务的应用中，由于第一重力感测器130与第二重力感测器140容易安装，且体积细小，因而有利于维持机器人装置100的结构紧密性，更有利于控制机器人装置100的制作成本。

综上所述，本发明上述实施方式所公开的技术方案至少具有以下优点：

(1)由于第二板体绕轴线相对第一板体旋转的信号，是通过第一重力感测器、第二重力感测器以及光遮断器的同时运作而获得，因此，处理器所判断第二板体绕轴线相对第一板体旋转的角度具有相当高的可靠度，还可避免机器人在电子系统开机或重启时因为不当的操作而造成结构上的破坏。

(2)机器人装置能够简单容易地掌握第二板体绕轴线相对第一板体旋转的角度，以便机器人装置进行校正。

(3)由于第一重力感测器与第二重力感测器容易安装，且体积小，因而有利于维持机器人装置的结构紧密性，更有利于控制机器人装置的制作成本。

(4)由于第二板体绕轴线相对第一板体旋转的角度并非判断于移动装置的作动行程，因此，第二板体绕轴线相对第一板体旋转的角度的掌握，不会因为移动装置在操作时出现掉步的情况而有所影响。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，所述领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种机器人装置，其特征在于，包含：

一头部；

一身体；

一第一板体，设置于该身体；

一第二板体，设置于该头部，该第二板体枢接该第一板体，该第二板体能够相对该第一板体旋转；

一第一重力感测器，设置于该第一板体，并配置以感测该第一板体的一第一角度；

一第二重力感测器，设置于该第二板体，并配置以感测该第二板体的一第二角度；

一处理器，电性连接该第一重力感测器与该第二重力感测器，并配置以根据所感测的该第一角度与所感测的该第二角度的相差值变化，判断该第二板体相对该第一板体旋转的一方向；

一光遮断器，该光遮断器电性连接该处理器，并且包含：

一接收器，设置于该第一板体；

一发射器，设置于该第一板体，并远离该接收器，该发射器配置以向该接收器发射一光线；以及

一遮光部，设置于该第二板体，并配置以随着该第二板体相对该第一板体旋转而至少部分经过于该发射器与该接收器之间，其中该处理器配置以根据该接收器是否接收到该光线，以及该第二板体相对该第一板体旋转的该方向，而判断该第二板体相对于该第一板体的一角度的范围。

2.如权利要求1所述的机器人装置，其特征在于，该第一板体相对一水平参考面的角度定义该第一角度，该第二板体相对该水平参考面的角度定义该第二角度。

3.如权利要求1所述的机器人装置，其特征在于，当该接收器接收到该光线时，该接收器向该处理器传送一第一信号，当该接收器停止接收到该光线时，该接收器向该处理器传送一第二信号。

4.如权利要求1所述的机器人装置，其特征在于，该遮光部具有一第一子遮光部以及一第二子遮光部，该第一子遮光部与该第二子遮光部配置以交替地经过于该发射器与该接收器之间，该第一子遮光部与该第二子遮光部之间具有一通光部，该通光部配置以让该光线穿越，该遮光部还具有一中心线，该中心线对称地划分该通光部。

5.如权利要求4所述的机器人装置，其特征在于，当该第二板体相对该第一板体的该角度小于该第二子遮光部朝向该第一子遮光部的表面与该中心线之间的夹角时，该光线穿越该通光部。

6.如权利要求4所述的机器人装置，其特征在于，该第一子遮光部与该第二子遮光部各自具有朝向与背对该通光部的两表面，该第一子遮光部的该两表面与该中心线之间的两夹角定义一第一范围，该第二子遮光部的该两表面与该中心线之间的两夹角定义一第二范围，当该接收器未接收到该光线时，若该处理器判断该第二板体相对该第一板体的该方向为一第一方向，则该第二板体相对该第一板体的该角度在该第一范围内，若该处理器判断该第二板体相对该第一板体的该方向为一第二方向，则该第二板体相对该第一板体的该角度在该第二范围内，该第二方向相反于该第一方向。

7.如权利要求4所述的机器人装置，其特征在于，当该第二板体相对该第一板体的该角度大于该第二子遮光部背对该第一子遮光部的表面与该中心线之间的夹角时，该接收器接收到该光线。

8.如权利要求1所述的机器人装置，其特征在于，还包含：

一移动装置，电性连接该处理器，并设置于该第一板体，该移动装置配置以受该处理器控制，以相对该第一板体旋转该第二板体。

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