CN1464823A - 用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构及有腿活动机器人 - Google Patents

Abstract

一种通过连接连杆而形成的铰接弯曲机构，该连杆可旋转地支承多个齿轮，这些齿轮包括通过齿轮啮合而形成的输入侧齿轮和输出侧齿轮。各连杆通过使齿轮啮合而可旋转地支承奇数个齿轮，且输出端齿轮的旋转方向与输入端齿轮相同。一个连杆的输出侧齿轮和相邻连杆的输入侧齿轮是公用的，公共齿轮的旋转轴使得在铰接弯曲机构的接头处有一定程度的自由度。可以以较小尺寸和较低成本形成这样的铰接弯曲机构，并可将其用于模拟生物表达其感情和情绪的方式。

Description

用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构及有腿活动机器人

技术领域

本发明涉及一种包括多个接头致动器的铰接机器人，尤其涉及一种利用可走动动物例如人、猿或狗作为模型的有腿活动机器人。

更具体地，本发明涉及一种有腿活动机器人，其包括由多个接头形成的弯曲部分，例如手指、尾巴、颈部或鼻子，本发明还涉及它的铰接弯曲机构。此外，更具体地，本发明涉及一种有腿活动机器人，该有腿活动机器人的铰接弯曲机构较小且成本较低，且它能够模拟人类表示情绪和感情的方式，本发明还涉及它的铰接弯曲机构。

背景技术

机器人是一种通过利用电磁作用而像人类一样运动的机械装置。术语“robot”据说是起源于斯拉夫语“ROBOTA”(斯拉夫语的机器)。在我们国家，机器人在二十世纪六十年代末期开始广泛使用，很多机器人是工业机器人，例如操纵器和传送机器人，例如用于在工厂中实现无人参与的工业自动化操作。

固定类型(installation-type)的机器人只能在固定、有限的工作空间内起作用，以便进行部件装配/分拣等，该类型机器人是通过布置在特定位置而使用的机器人，例如有臂的机器人。相反，活动机器人能够在不受限制的工作空间内起作用，因此，它们能够在预定通路或无通路区域自由运动，以便代替人类执行预定或人们所希望的任务，或者代替生物例如人或狗而提供很宽范围的多种服务。对于活动机器人，与履带机器人以及有轮胎的机器人相比，有腿活动机器人不稳定，因此难以控制它们的姿态和行走。不过，有腿活动机器人是优秀的机器人，因而它们不管地面是否平坦都能够柔性地走/跑，例如上下台阶或阶梯，或者跨过障碍。

近年来，有腿活动机器人例如人形机器人的研究和开发已经取得了很大的进展，该有腿活动机器人利用动物身体的运动和机构作为模型来进行设计，例如，利用两脚直立行走的人作为模型。越来越希望将这样的机器人用于实际应用中。例如，Sony公司在11月25日展示了两只脚行走的人形机器人“SDR-3X”。

有腿活动机器人例如可以在工业任务或制造工作中用于帮助执行或代替人类执行多种不同的操作。它们代替人类执行对于人类较危险或困难的工作，例如在原子能电站、热电站或石化厂中的维修工作、在制造厂中的零件输送/装配工作、在高层建筑物中的清洁工作、在起火地点救人等。

有腿活动机器人也可以用于与生活密切相关的目的，例如为了“一起生活”的目的或为了娱乐目的，而不是帮助人们执行任务。该类型的机器人模拟生物利用四肢充分表示它的感情和情绪的方式，或者模拟具有相对较高智力的有腿行走动物例如人或狗(宠物)的运动。有腿活动机器人不仅需要可靠地执行先前输入的行为方式，而且需要动态和逼真地响应例如人的言语和动作(例如当称赞、斥责或责打)。

当有腿活动机器人例如包括安装在躯干的左侧部分和右侧部分上的、可一致运动的腿时，它们只能在人类的生活空间内作最少的工作。为了使有腿活动机器人能够以更复杂的方式起作用和做动作，例如在工作空间内夹持物体或处理特定物体，或者利用身体的上半部分摆姿势或进行舞蹈，需要使上肢运动，且希望安装铰接弯曲机构，以便即使在位于上肢端部的手处也能够使手指尖运动。

在使机器人模拟生物表达感受和感情的方式中，能够在多个接合处弯曲的机构非常有用，例如许多四足动物所具有的尾巴、长颈鹿的脖子或大象的鼻子。

不过，通常通过将致动器布置在各个活动轴上来设计和制造铰接弯曲机构。因此，对于象手指一样细长且在连接各接头的连杆之间的间隔非常小的机器人部件来说，接头机构将很大和很复杂，因此，该接头机构看起来并不象手指。

细长铰接机构的一个实例是例如用于内窥镜的弯曲机构。不过，使用金属线的该类型弯曲机构难以产生较大的驱动力，且不适于批量生产，因为它要采用昂贵的结构部件来进行装配。

发明内容

本发明的一个目的是：提供一种很好的有腿活动机器人，该有腿活动机器人包括由多个接头形成的弯曲部分，例如手指、尾巴、颈部或鼻子；以及提供它的铰接弯曲机构。

本发明的还一目的是：提供一种优秀的有腿活动机器人，其铰接弯曲机构较小且成本较低，且它能够用以模拟生物表示情绪和感情的方式；以及提供它的铰接弯曲机构。

考虑到上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，该有腿活动机器人有至少可运动的腿，该铰接弯曲机构通过连接连杆而形成，该连杆可旋转地支承多个齿轮，这些齿轮包括通过齿轮啮合而形成的输入侧齿轮和输出侧齿轮。

其中，铰接弯曲机构可以构成为使得各连杆通过使齿轮啮合而可旋转地支承奇数个齿轮，且输出端齿轮的旋转方向与输入端齿轮相同。

铰接弯曲机构可以构成为使得一个连杆的输出侧齿轮和相邻连杆的输入侧齿轮为公用的，公共齿轮的旋转轴使得在铰接弯曲机构的接头处有一定程度的自由度。

铰接弯曲机构还可以包括驱动部分，用于向最底部的连杆的输入侧齿轮施加旋转力，其中，当通过驱动部分施加旋转力时，在各连杆之间的接头处产生特定方向的弯曲。

因此，与采用金属线的弯曲机构相比，本发明第一方面的铰接弯曲机构很容易产生较大的驱动力。此外，因为本发明第一方面的铰接弯曲机构可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。而且，通过使铰接弯曲机构形成为较小且成本较低，它能够用于有腿活动机器人中，以模拟生物表示情绪和感情的方式。

驱动部分有离合器机构，用于当等于或大于预定值的反向旋转力从最底端连杆的输入侧齿轮施加给驱动部分时，通过使旋转轴脱开而允许最底端连杆的输入侧齿轮自由旋转。因此，即使异常的反向力施加在铰接弯曲机构上时，通过允许齿轮自由旋转，该反向力并不传递给电机，因此能够防止破坏装置。

铰接弯曲机构还可以包括端头部分，该端头部分与在最前端连杆的输出侧齿轮啮合，以便防止由各连杆支承的齿轮发生空转，因此，可以保证当各齿轮旋转时使在各连杆之间的接头沿特定方向弯曲。

铰接弯曲机构可以构成为使各连杆有限制部分，该限制部分为了限制旋转而在接头处于预定旋转位置时与相邻连杆接触，以便防止相邻连杆之间的接头以相反方向旋转。

本发明第一方面的铰接弯曲机构例如可以用作有腿活动机器人的手指。这时，连杆的尺寸或手指的接头之间的距离可以根据装于各连杆中的齿轮数目而进行调节。

换句话说，当手的手指利用铰接弯曲机构形成时，并不需要对于各个活动轴都布置驱动器，这样，象手指一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。

与采用金属线的弯曲机构相比，本发明第一方面的铰接弯曲机构很容易生成较大的驱动力。此外，因为本发明第一方面的铰接弯曲机构可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。

本发明第一方面的铰接弯曲机构可以用作有腿活动机器人的颈部。

尤其是，当长颈鹿的颈部利用铰接弯曲机构形成时，并不需要对于各个活动轴都布置致动器，因此，象长颈鹿的颈部一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。此外，与使用采用金属线的弯曲机构的情况相比，很容易生成较大的驱动力。而且，因为本发明第一方面的铰接弯曲机构可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。

本发明第一方面的铰接弯曲机构可以用作有腿活动机器人的鼻子。

尤其是，当大象的鼻子利用铰接弯曲机构形成时，并不需要对于各个活动轴都布置致动器，因此，象大象的鼻子一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。此外，与使用采用金属线的弯曲机构的情况相比，很容易生成较大的驱动力。而且，因为本发明第一方面的铰接弯曲机构可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。

本发明第一方面的铰接弯曲机构可以用作有腿活动机器人的尾巴。

尤其是，当蜥蜴的尾巴利用铰接弯曲机构形成时，并不需要对于各个活动轴都布置致动器，因此，象蜥蜴的尾巴一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。此外，与使用采用金属线的弯曲机构的情况相比，很容易生成较大的驱动力。而且，因为本发明第一方面的铰接弯曲机构可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。

根据本发明的第二方面，提供了一种有腿活动机器人，该有腿活动机器人至少具有可运动的腿，且该有腿活动机器人包括铰接弯曲机构，该铰接弯曲机构通过连接连杆而形成，该连杆可旋转地支承多个齿轮，这些齿轮包括通过齿轮啮合而形成的输入侧齿轮和输出侧齿轮。

该有腿活动机器人可以构成为使得铰接弯曲机构的各连杆通过使齿轮啮合而可旋转地支承奇数个齿轮，且输出端齿轮的旋转方向与输入端齿轮相同。

该有腿活动机器人可以构成为使得一个连杆的输出侧齿轮和相邻连杆的输入侧齿轮是公用的，公共齿轮的旋转轴使得在铰接弯曲机构的接头处有一定程度的自由度。

该有腿活动机器人还可以包括驱动部分，用于向最底部的连杆的输入侧齿轮施加旋转力，其中，铰接弯曲机构构成为当通过驱动部分施加旋转力时，在各连杆之间的接头处产生弯曲。

因此，与采用金属线的弯曲机构相比，用于本发明第二方面的有腿活动机器人中的铰接弯曲机构很容易产生较大的驱动力。此外，因为本发明的铰接弯曲机构可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。而且，通过使铰接弯曲机构形成为较小且成本较低，它能够用于有腿活动机器人中，用以模拟生物表示情绪和感情的方式。

驱动部分有离合器机构，用于当等于或大于预定值的反向旋转力从最底端连杆的输入侧齿轮施加给驱动部分时，通过使旋转轴脱开而允许最底端连杆的输入侧齿轮自由旋转。因此，即使异常的反向力施加在铰接弯曲机构上时，通过允许齿轮自由旋转，该反向力并不传递给电机，因此能够防止破坏装置。

本发明的铰接弯曲机构还可以包括端头部分，该端头部分与在最前端连杆的输出侧齿轮啮合，以便防止由各连杆支承的齿轮发生空转，因此，保证当各齿轮旋转时使各连杆之间的接头弯曲。

各连杆可以有限制部分，该限制部分为了限制旋转而在接头处于预定旋转位置时与相邻连杆接触，以便防止相邻连杆之间的接头以相反方向旋转。

在本发明第二方面的有腿活动机器人中，铰接弯曲机构例如可以用作手指。在这种条件下，连杆的尺寸或手指的接头之间的距离可以根据装于各连杆中的齿轮数目而进行调节。换句话说，当手的手指利用铰接弯曲机构形成时，并不需要对于各个活动轴都布置驱动器，这样，象手指一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。

在本发明第二方面的有腿活动机器人中，铰接弯曲机构可以用作颈部。尤其是，当长颈鹿的颈部利用铰接弯曲机构形成时，并不需要对于各个活动轴都布置致动器，因此，象长颈鹿的颈部一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。

在本发明第二方面的有腿活动机器人中，铰接弯曲机构可以用作鼻子。尤其是，当大象的鼻子利用铰接弯曲机构形成时，并不需要对于各个活动轴都布置致动器，因此，象大象的鼻子一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。

在本发明第二方面的有腿活动机器人中，铰接弯曲机构可以用作尾巴。尤其是，当蜥蜴的尾巴利用铰接弯曲机构形成时，并不需要对于各个活动轴都布置致动器，因此，象蜥蜴的尾巴一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。

通过下面参考附图对优选实施例的说明，可以了解本发明的其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是表示本发明实施例的铰接弯曲机构1基本成直线延伸时的状态的正视图；

图2是表示本发明实施例的铰接弯曲机构1基本成直线延伸时的状态的侧视图；

图3是表示本发明实施例的铰接弯曲机构1基本成直线延伸时的状态的透视图；

图4是表示本发明实施例的铰接弯曲机构1弯曲时的状态的正视图；

图5是表示本发明实施例的铰接弯曲机构1弯曲时的状态的侧视图；

图6是表示本发明实施例的铰接弯曲机构1弯曲时的状态的透视图；

图7以六个侧视图、剖视图和透视图的形式表示的连杆11；

图8是表示连杆11部分的分解视图；

图9是连杆11的装配图；

图10表示了连杆16与相邻连杆17连接时的状态；

图11表示了连杆16与相连连杆17连接时的状态；

图12表示了连杆16与相连连杆17连接时的状态；

图13以六个侧视图、剖视图和透视图的形式表示端头部分18；

图14表示了利用作为手指的铰接弯曲机构1的实施例形成拳头时的一个实例；

图15表示了利用作为尾巴的铰接弯曲机构1的实施例形成机器蜥蜴时的一个实例；

图16表示了利用作为颈部的铰接弯曲机构1的实施例形成机器长颈鹿时的一个实例；

图17表示了利用作为鼻子的铰接弯曲机构1的实施例形成机器象时的一个实例。

具体实现方式

下文将参考附图详细介绍本发明的实施例。

图1、2和3分别是正视图、侧视图和透视图，表示了当本发明实施例的铰接弯曲机构1基本成直线延伸时的状态。类似的，图4、5和6分别是正视图、侧视图和透视图，表示了当本发明实施例的铰接弯曲机构1弯曲时的状态。

如各图所示，铰接弯曲机构1包括：七个连杆11至17，这七个连杆11至17串联连接；以及端头部分18，该端头部分18与连接连杆的终止端连接。用于提供驱动力以便使铰接弯曲机构1弯曲和伸展的驱动单元20安装在连接连杆的另一端。

驱动单元20包括：电机21，用于提供电磁作用产生旋转运动；小齿轮22，该小齿轮成一体安装在电机21的旋转轴上；蜗轮23，该蜗轮23与小齿轮22啮合，以便使旋转轴的方向改变成垂直方向；以及第四齿轮24至27，该第四齿轮24至27将旋转力从蜗轮23传递给铰接弯曲机构1，同时以预定减速比来减速。

铰接弯曲机构1的连杆11至17各自可旋转地装有三个或奇数个齿轮。相邻的齿轮彼此啮合。通过由该奇数个齿轮传递驱动力，使得输入侧齿轮和输出侧齿轮的旋转方向相同。通过使一个连杆的输入侧齿轮作为相邻连杆的输出侧齿轮，从而形成具有环绕公用齿轮的旋转轴的一定自由度的接头。

连杆11可旋转地串联支承三个齿轮31、32和33。通过使布置在一端的齿轮31与驱动单元20的输出齿轮27啮合，旋转驱动力输出给齿轮31。齿轮31的旋转轴形成铰接弯曲机构1的零级接头。旋转驱动力传递给与该齿轮31啮合的齿轮32，以便将以相同方向作用的旋转力传递给齿轮33。

连杆12可旋转地齿轮支承三个齿轮，即齿轮33、34、35。布置在一端的齿轮33被相邻连杆11公用。齿轮33的旋转轴形成铰接弯曲机构1的第一接头。施加在齿轮33上的旋转力传递给与该齿轮33啮合的齿轮34，以便将以相同方向作用的旋转力传递给齿轮35。

连杆13可旋转地齿轮支承三个齿轮，即齿轮35以及齿轮36和37。布置在一端的齿轮35被相邻连杆12公用。齿轮35的旋转轴形成铰接弯曲机构1的第二接头。施加在齿轮35上的旋转力传递给与该齿轮35啮合的齿轮36，以便将以相同方向作用的旋转力传递给齿轮37。

连杆14可旋转地齿轮支承三个齿轮，即串联的齿轮37以及齿轮38和39。布置在一端的齿轮37被相邻连杆13公用。齿轮37的旋转轴形成铰接弯曲机构1的第三接头。施加在齿轮37上的旋转力传递给与该齿轮37啮合的齿轮38，以便将以相同方向作用的旋转力传递给齿轮39。

连杆15可旋转地齿轮支承三个齿轮，即串联的齿轮39以及齿轮40和41。布置在一端的齿轮39被相邻连杆14公用。齿轮39的旋转轴形成铰接弯曲机构1的第四接头。施加在齿轮39上的旋转力传递给与该齿轮39啮合的齿轮40，以便将以相同方向作用的旋转力传递给齿轮41。

连杆16可旋转地齿轮支承三个齿轮，即串联的齿轮41以及齿轮42和43。布置在一端的齿轮41被相邻连杆15公用。齿轮41的旋转轴形成铰接弯曲机构1的第五接头。施加在齿轮41上的旋转力传递给与该齿轮41啮合的齿轮42，以便将以相同方向作用的旋转力传递给齿轮43。

连杆17可旋转地齿轮支承三个齿轮，即串联的齿轮43以及齿轮44和45。布置在一端的齿轮43被相邻连杆16公用。齿轮43的旋转轴形成铰接弯曲机构1的第六接头。施加在齿轮43上的旋转力传递给与该齿轮43啮合的齿轮44，以便将以相同方向作用的旋转力传递给齿轮45。

端头部分18安装在连杆17的另一端上。如后面所述，与末端齿轮45啮合的有齿部分18A形成于该端头部分18的内壁上。因此，通过使连杆17的输出侧齿轮45在其末端与端头部分18的有齿部分18A啮合，从而可将施加在十五个齿轮31至45上的旋转力施加在各连杆11至17上，同时齿轮31至45不会绕相应的旋转轴31A至45A空转。

例如，在连杆11中，如图5所示，当施加在齿轮31上并相对于图的平面沿顺时针方向作用的旋转力通过齿轮32传递给齿轮33时，齿轮31至33并不会空转结束。而是，在由齿轮31的旋转轴确定的第一接头处产生使得连杆11沿图平面中的顺时针方向旋转的力。

在连杆12中，如图5所示，当施加在齿轮33上并相对于图的平面沿顺时针方向作用的旋转力通过齿轮34传递给齿轮35时，齿轮33至35并不会空转结束。而是，在由齿轮33的旋转轴确定的第二接头处产生使得连杆12沿图平面中的顺时针方向旋转的力。

在连杆13中，如图5所示，当施加在齿轮35上并相对于图的平面沿顺时针方向作用的旋转力通过齿轮36传递给齿轮37时，齿轮35至37并不会空转结束。而是，在由齿轮35的旋转轴确定的第三接头处产生使得连杆13沿图平面中的顺时针方向旋转的力。

在连杆14中，如图5所示，当施加在齿轮37上并相对于图的平面沿顺时针方向作用的旋转力通过齿轮38传递给齿轮39时，齿轮37至39并不会空转结束。而是，在由齿轮37的旋转轴确定的第四接头处产生使得连杆14沿图平面中的顺时针方向旋转的力。

在连杆15中，如图5所示，当施加在齿轮39上并相对于图的平面沿顺时针方向作用的旋转力通过齿轮40传递给齿轮41时，齿轮39至41并不会空转结束。而是，在由齿轮39的旋转轴确定的第五接头处产生使得连杆15沿图平面中的顺时针方向旋转的力。

在连杆16中，如图5所示，当施加在齿轮41上并相对于图的平面沿顺时针方向作用的旋转力通过齿轮42传递给齿轮43时，齿轮41至43并不会空转结束。而是，在由齿轮41的旋转轴确定的第六接头处产生使得连杆16沿图平面中的顺时针方向旋转的力。

在连杆17中，如图5所示，当施加在齿轮43上并相对于图的平面沿顺时针方向作用的旋转力通过齿轮44传递给齿轮45时，齿轮43至45并不会空转结束。而是，在由齿轮43的旋转轴确定的第七接头处产生使得连杆17沿图平面中的顺时针方向旋转的力。

在输出端齿轮27中包含离合器机构，用于当等于或大于预定值的反向旋转力施加在驱动单元20的输出端齿轮27上时脱开该旋转轴。因此，即使异常的反向力施加在该铰接弯曲机构1上，也可以防止破坏该装置，因为由于齿轮27脱开，该反向力不会传递给电机21。这种情况下，在铰接弯曲机构1中，由齿轮31的旋转轴确定的第一接头脱开。

图7表示了连杆11的六个侧视图、剖视图和透视图。图8是连杆11部件的分解图。图9是连杆11的装配图。尽管没有表示其它连杆12至17，但是应当知道，它们的结构基本与连杆11相同。

如图7、8和9所示，在连杆11中，顶板11A和底板11B由壁11C和11D基本平行地支承，同时在该顶板11A和底板11B之间保持足够的间距以容纳齿轮31至33。

在顶板11A和底板11B中分别形成有三个开口11E、11F和11G以及与这三个开口11E、11F和11G分别相对的三个开口11E’、11F’和11G’，以便插入各齿轮31至33的旋转轴31A、32A和33A。

通过使齿轮31至33在顶板11A和底板11B之间串联布置，并使各旋转轴31A、32A和33A穿过它们，从而使齿轮31至33容纳于连杆11的顶板11A和底板11B之间，同时相邻齿轮彼此啮合。

施加在输入侧齿轮31上的旋转力传递给相邻齿轮32，同时旋转力沿相反方向作用。该旋转力传递给邻近该齿轮32的输出侧齿轮33，同时旋转力沿与齿轮32施加的旋转力的方向相反的方向作用，也就是与初始方向相同。该旋转力输出给下一个连杆12。容纳于一个连杆11内部的齿轮数目并不局限于三个。只要齿轮的数目是奇数个齿轮，就可以输出沿与输入侧旋转力的方向相同的方向作用的旋转力。

在顶板11A和底板11B的基本中心处分别形成有台阶11A’和11B’，各台阶11A’和11B’的厚度大致与顶板11A和底板11B相同，因此，连杆11的输出侧一半的宽度小于连杆11的输入侧一半。因此，通过将连杆11的顶板11A和底板11B的输出侧插入到在邻近连杆11的连杆12的顶板12A和底板12B的输入侧部分之间的间隙中(见图10和11)，相邻连杆11和12可以连接在一起。

壁11C从顶板11A和底板11B的下方(foot print)中凸出。当壁11C的左右边缘与相邻连杆连接且连接的连杆沿直线延伸时，该壁11C起到止动器的作用，它们通过与其它连杆的壁的边缘接触，从而防止相应接头进一步弯曲(这将在后面介绍)。

图10至12表示了连杆16与相邻连杆17连接时的状态。图10表示了连杆16和17沿直线延伸时的状态。图11表示了连杆17相对于连杆16旋转时的状态。图12表示了连杆17相对于连杆16进一步旋转时的状态。

如图10至12所示，相邻连杆16和17连接成使连杆16的输出侧开口16G和16G’与连杆17的相应输入侧开口17E和17E’对齐。在该状态下，连杆16的输出侧齿轮43和它的旋转轴43A分别可以用作连杆17的输入侧齿轮和它的旋转轴。其中，旋转轴43A形成铰接弯曲机构1的第六接头。

图10至12中所示的相邻连杆的装配方法也可用于装配其它的相邻连杆，即连杆11和12，连杆12和13，连杆13和14，连杆14和15，以及连杆15和16。

当相邻连杆16和17沿纵向方向直线延伸时，如图10所示，顺时针旋转力施加在连杆16的输入侧齿轮41上。该旋转力传递给相邻齿轮42并成为逆时针方向旋转力，再传递给输出侧齿轮43并成为反向作用的旋转力，即顺时针方向作用的旋转力。齿轮43用作连杆17的输入侧齿轮，旋转轴43A形成铰接弯曲机构1的第六接头。因此，通过使齿轮41顺时针方向旋转，沿图平面中顺时针方向的力施加在第六接头上，然后，该连杆17以旋转轴43A作为中心顺时针方向旋转，如图11所示。

最初，该旋转力同样从第一接头、第二接头、第三接头等连续传递，因此，铰接弯曲机构1作为一个整体进行弯曲，如图4至6所示。通过使齿轮41进一步顺时针方向旋转，如图12所示，连杆17继续以旋转轴43A为中心进一步顺时针方向旋转。

当相邻连杆16和17沿纵向方向直线延伸时，如图10所示，连杆16的壁16c的右边缘与连杆17的壁17c的左边缘接触，这样，限制了第六接头的活动角度。因此，当连杆17试图环绕第一接头或旋转轴43A进一步逆时针方向旋转时，可以防止铰接弯曲机构1从它的直线状态进一步逆时针方向弯曲。

至此，已经介绍了连杆的结构以及用于使连杆与相邻连杆连接的结构。通过同样连接具有相同结构的七个连杆11至17，本实施例的铰接弯曲机构1能够形成细长的弯曲结构。此外，如前所述，端头部分18安装在铰接弯曲机构1的端头。

图13表示了端头部分18的六个侧视图、剖视图以及透视图。如图12中的平面图所示，与末端齿轮45啮合的有齿部分18A形成于该端头部分18的内壁上。

连杆17的齿轮45通过使该输出侧齿轮45与端头部分18的有齿部分18A啮合而终止。图10至12还表示了齿轮45通过将端头部分18安装在连杆17的端部而终止时的状态。通过终止该输出侧齿轮45，可以在齿轮31至45不会绕各自的旋转轴31A至45A空转的情况下使得施加给十五个齿轮31至45的旋转力作用在连杆17至17上。因此，当电机21的旋转力通过小齿轮22、蜗轮23以及齿轮24至27而传递给铰接弯曲机构1时，铰接弯曲机构1可以在不使齿轮31至45空转的情况下正确弯曲，如图4至6所示。

下面将介绍上述铰接弯曲机构的应用实例。

如“背景技术”中所述，当有腿活动机器人例如包括安装在躯干左右部分上的、可一致运动的腿时，它只能在人类的生活空间内做最少的工作。为了使该有腿活动机器人能够以更复杂的方式起作用或运动，例如在工作空间内夹持物体或处理特定物体，或者利用身体的上半部分摆姿势或进行舞蹈，希望在在上肢上或者在上肢末端的手上安装指尖。在制造能模拟生物表示其感情和情绪的方式的机器人时，在多个接头处可以弯曲的机构将非常有用，例如很多四足动物有的尾部、长颈鹿的颈部或象的鼻子。

不过，通常，相关的铰接弯曲机构通过布置用于各活动轴的致动器而进行设计和制造。因此，对于向手指一样细长的机器人部件或者在连接各接头的连杆之间有很小间隔的机器人部件，该机构将变得较大和较复杂。

图14表示了利用作为手指的铰接弯曲机构1实施例形成拳头时的一个实例。

如图14中所示，在手50中，形成拇指、食指、中指、第三指和小手指的五个铰接弯曲机构52至56安装在形成手背的构架51上。构架51的手掌侧是弯曲方向。

希望通过认真考虑拇指、食指、中指、第三指和小手指以及实际人手的目的和功能来确定铰接弯曲机构52至56之间的长度和厚度关系。

铰接弯曲机构52至56各包括三个连杆和一个端头部分，并有三个接头。考虑到人的手掌的功能和结构，希望使形成到第一接头的手指部分的各个底部连杆比其它连杆更长。这时，通过使装于各连杆内的齿轮数目从三到五增加，各连杆可以在相同厚度的情况下做得更长。

当利用如图14所示的铰接弯曲机构1实施例形成手指时，并不需要对于各个活动轴都布置驱动器，这样，象手指一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。

当利用铰接弯曲机构1实施例形成手时，与使用采用金属线的弯曲机构的情况相比，很容易生成较大的驱动力。此外，因为该铰接弯曲机构1实施例可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。

图15表示了利用铰接弯曲机构1实施例作为尾巴而形成机器蜥蜴时的一个实例。

当蜥蜴的尾巴利用铰接弯曲机构1实施例形成时，如图15所示，并不需要对于各个活动轴都布置致动器，因此，象蜥蜴尾巴一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。

当利用铰接弯曲机构1实施例形成蜥蜴的尾巴时，与使用采用金属线的弯曲机构的情况相比，很容易生成较大的驱动力。此外，因为该铰接弯曲机构1实施例可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。

图16表示了利用铰接弯曲机构1实施例作为颈部而形成机器长颈鹿时的一个实例。

当长颈鹿的颈部利用铰接弯曲机构1实施例形成时，如图16所示，并不需要对于各个活动轴都布置致动器，因此，象长颈鹿的颈部一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。

当利用铰接弯曲机构1实施例形成长颈鹿的颈部时，与使用采用金属线的弯曲机构的情况相比，很容易生成较大的驱动力。此外，因为该铰接弯曲机构1实施例可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。

图17表示了利用铰接弯曲机构1实施例作为鼻子而形成机器大象时的一个实例。

当大象的鼻子利用铰接弯曲机构1实施例形成时，如图17所示，并不需要对于各个活动轴都布置致动器，因此，象大象的鼻子一样细长且在连接各接头的连杆之间有非常小间隔的部件可以设计和制造成具有很小尺寸。

当利用铰接弯曲机构1实施例形成大象的鼻子时，与使用采用金属线的弯曲机构的情况相比，很容易生成较大的驱动力。此外，因为该铰接弯曲机构1实施例可以只采用便宜的结构部件装配，因此它可以实现批量生产。

补充说明

已经参考附图详细介绍了本发明的实施例。不过，显然，本领域技术人员在不脱离本发明的要点的情况下可以对其进行多种变化和替换。

本发明的要点并不必限制为称为“机器人”的产品。尤其是，只要该装置是通过电磁作用而像人一样运动的机械装置，本发明同样可以用于其它工业领域的产品，例如玩具。

尽管已经参考本发明的示例形式示出了本发明，但是说明书的说明并不能作为限定。为了确定本发明的要点，应当参考权利要求书。

工业实用性

本发明可以提供一种优秀的有腿活动机器人，该有腿活动机器人包括由多个接头形成的弯曲部分，例如手指、尾巴、颈部或鼻子；以及提供它的铰接弯曲机构。

本发明还可以提供一种优秀的有腿活动机器人，该有腿活动机器人的铰接弯曲机构较小且成本较低，且它能够用于模拟生物表示情绪和感情的方式；以及提供它的铰接弯曲机构。

根据本发明，因为用于在多个接头处进行弯曲和确定的致动器的数目减少，机器人能够形成为较小尺寸，并能以较低成本形成。因此，本发明有助于减小包括该类型铰接弯曲机构的装置的成本和尺寸。

Claims (24)

1.一种用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，该有腿活动机器人至少有可运动的腿，该铰接弯曲机构通过连接连杆而形成，该连杆可旋转地支承多个齿轮，这些齿轮包括通过齿轮啮合而形成的输入侧齿轮和输出侧齿轮。

2.根据权利要求1所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，其中：各连杆通过使齿轮啮合而可旋转地支承奇数个齿轮，且输出端齿轮的旋转方向与输入端齿轮相同。

3.根据权利要求1所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，其中：一个连杆的输出侧齿轮和相邻连杆的输入侧齿轮是公用的，公共齿轮的旋转轴使得在铰接弯曲机构的接头处有一定程度的自由度。

4.根据权利要求1所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，还包括用于向最底部的连杆的输入侧齿轮施加旋转力的驱动部分，其中：当通过驱动部分施加旋转力时，在各连杆之间的接头处产生特定方向的弯曲。

5.根据权利要求4所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，其中：该驱动部分有离合器机构，其用于当等于或大于预定值的反向旋转力从最底端连杆的输入侧齿轮施加给驱动部分时，通过使旋转轴脱开而允许最底端连杆的输入侧齿轮自由旋转。

6.根据权利要求1所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，还包括端头部分，该端头部分与在最前端连杆的输出侧齿轮啮合，以便防止由各连杆支承的齿轮发生空转，因此，保证当各齿轮旋转时使在各连杆之间的接头沿特定方向弯曲。

7.根据权利要求1所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，其中：各连杆有限制部分，该限制部分为了限制旋转而在接头处于预定旋转位置时与相邻连杆接触，以便防止相邻连杆之间的接头以相反方向旋转。

8.根据权利要求1所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，其中：该铰接弯曲机构用作有腿活动机器人的手指。

9.根据权利要求8所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，其中：连杆的尺寸或手指的接头之间的距离根据装于各连杆中的齿轮数目而进行调节。

10.根据权利要求1所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，其中：该铰接弯曲机构用作有腿活动机器人的颈部。

11.根据权利要求1所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，其中：该铰接弯曲机构用作有腿活动机器人的鼻子。

12.根据权利要求1所述的用于有腿活动机器人的铰接弯曲机构，其中：该铰接弯曲机构用作有腿活动机器人的尾巴。

13.一种有腿活动机器人，该有腿活动机器人至少有可运动的腿，且该有腿活动机器人包括铰接弯曲机构，该铰接弯曲机构通过连接连杆而形成，该连杆可旋转地支承多个齿轮，这些齿轮包括通过齿轮啮合而形成的输入侧齿轮和输出侧齿轮。

14.根据权利要求13所述的有腿活动机器人，其中：铰接弯曲机构的各连杆通过使齿轮啮合而可旋转地支承奇数个齿轮，且输出端齿轮的旋转方向与输入端齿轮相同。

15.根据权利要求13所述的有腿活动机器人，其中：在该铰接弯曲机构中，一个连杆的输出侧齿轮和相邻连杆的输入侧齿轮是公用的，公共齿轮的旋转轴使得在铰接弯曲机构的接头处有一定程度的自由度。

16.根据权利要求13所述的有腿活动机器人，其中：该铰接弯曲机构还包括驱动部分，用于向最底部的连杆的输入侧齿轮施加旋转力，其中，铰接弯曲机构构成为当通过驱动部分施加旋转力时，在各连杆之间的接头处产生弯曲。

17.根据权利要求16所述的有腿活动机器人，其中：该驱动部分有离合器机构，用于当等于或大于预定值的反向旋转力从最底端连杆的输入侧齿轮施加给驱动部分时，通过使旋转轴脱开而允许最底端连杆的输入侧齿轮自由旋转。

18.根据权利要求13所述的有腿活动机器人，其中：该铰接弯曲机构还包括端头部分，该端头部分与在最前端连杆的输出侧齿轮啮合，以便防止由各连杆支承的齿轮发生空转，因此，保证当各齿轮旋转时使在各连杆之间的接头处沿特定方向弯曲。

19.根据权利要求13所述的有腿活动机器人，其中：各连杆有限制部分，该限制部分为了限制旋转而在接头处于预定旋转位置时与相邻连杆接触，以便防止相邻连杆之间的接头以相反方向旋转。

20.根据权利要求13所述的有腿活动机器人，其中：该铰接弯曲机构用作手指。

21.根据权利要求20所述的有腿活动机器人，其中：连杆的尺寸或手指的接头之间的距离可以根据装于各连杆中的齿轮数目而进行调节。

22.根据权利要求13所述的有腿活动机器人，其中：该铰接弯曲机构用作颈部。

23.根据权利要求13所述的有腿活动机器人，其中：该铰接弯曲机构用作鼻子。

24.根据权利要求13所述的有腿活动机器人，其中：该铰接弯曲机构用作尾巴。

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