CN1496749A - 机器人的眼球结构和具有该眼球结构的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种给人以亲近感、不损害环境、维护保养容易，并且对可动部分不施加负荷的机器人用外皮粘附结构。在具有可动部分与固定部分的机器人本体的框架表面粘附具有柔软性的可装卸的外皮。

Description

机器人的眼球结构和具有该眼球结构的机器人

发明领域

本发明涉及实际存在或虚构的具有动物型、植物型、昆虫型、触手型等形态，在工厂或家庭等以人类为中心的环境中使用的机器人用外皮粘附结构及具有该结构的机器人。

背景技术

以往所用的机器人由金属、树脂等构成的框架直接外露，所以具有跌倒或与周围冲撞时给周围物体或人带来损伤或破损的缺点。而且因为框架或机械部件露出，看起来比较露骨，手感也不好，不能给人亲近感。即使完成水准高并且进行缩短与人类距离的各种演出时，也存在很多女性或老年人仍然对框架或结构外露的机器人不感兴趣的问题。

动物型玩具中有在玩具表面粘接柔软的布制罩衣的，但是这样的布制罩衣粘接到机器人上，机器人本体就不能进行保养。而且粘接到机器人本体上的布制罩衣成为相对机器人本体的可动部分的负荷，存在驱动力下降的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题，提供给人亲近感，不会损害周围环境，维护保养容易，对可动部分不施加负荷的机器人用外皮粘附结构及具有该结构的机器人。

作为解决前述问题的手段，本发明在具有可动部分与固定部分的机器人本体的框架表面，粘附具有柔软性的可装卸的外皮。

这样，给机器人本体的框架表面粘附外皮，框架或机械部件被覆盖住，结果，给人亲近感，也不会损害周围环境。而且粘附的外皮可以装卸，所以进行保养时可以从框架拆卸，随时容易进行保养。而且外皮具有柔软性，所以不给可动部分施加负荷，不会导致驱动力下降。

前述具有柔软性的外皮材料优选由布料、毛皮、人造毛皮、海绵、弹性体组成的组合中选择。这些材料具有适当的弹性，手感好，而且给人以亲近感。

前述机器人本体的可动部分粘附具有伸缩性的外皮，固定部分粘附不具有伸缩性的外皮，所以可以减少可动部分的负荷。  里的可动部分为例如动物型机器人的四肢关节部、头部、尾部。固定部分为例如动物型机器人的躯体部。

前述外皮的内侧粘着从机器人本体的框架分离的分离部件，把前述外皮粘附到前述机器人本体的框架时，最好使前述分离部件与前述框架对应的部分结合。这里所说的分离部件为例如动物型机器人的头部脸部或四肢的脚尖部。通过向外皮内侧粘着分离部件，可以防止例如动物型机器人的头部脸部或四肢脚尖部的外皮滑动。

前述分离部件与前述框架的对应部分的结合，利用从外皮的外侧插入的形成前述机器人本体的肢体的一部分的部件，防止该结合脱落，并且最好要做到容易安装。形成机器人本体的肢体的一部分的部件为，例如动物型机器人四肢脚尖的肉球。

在设置于前述分离部件的可动部分设置连接部件，前述框架上设置驱动前述可动部分的驱动部件，前述分离部件与前述框架对应的部分结合时，最好把前述可动部分的连接部件与前述驱动部件连接。这样可以使可动部分接近外皮，同时通过连接部件把驱动部件的动力可靠传递给可动部分。这里的分离部件的可动部分为，例如动物型机器人的头部的耳朵、脸部的上下眼皮、下鄂等。

在前述外皮内侧利用具有规定长度的柔性线状部件安装别扣，把前述外皮粘附到前述机器人本体的框架时，最好把前述别扣扣合到前述框架对应的扣合部。这样允许外皮相对于机器人本体的框架的有移动，可以确保外皮移动的灵活性。

在前述框架的表面粘贴具有弹性的衬垫，最好在该衬垫上粘附前述外皮。这样可以使外皮保持膨胀与弹性，例如使动物型机器人的肢体外形更具有真实感的同时，可以提高抱或抚摸时的触感。

具有前述构成的外皮粘附结构，特别希望在猫或狐狸等动物型机器人中适用。

附图说明

图1为本发明的猫型机器人的一实施例中，透视机器人本体的斜视图。

图2为图1中机器人本体的分解斜视图。

图3为图2中头部的放大分解斜视图。

图4为图3中头部的面罩组件的侧面图。

图5安装在图3的面罩组件上的两眼副组件，(A)为从斜前方观察的斜视图，(B)为从斜后方观察的斜视图。

图6为图3中两眼副组件的分解实施图。

图7为图2中脚的分解斜视图。

图8(A)表示图2中脚的组装状态的截面图，(B)为(A)中8B-8B线截面图。

图9为图1中外皮的分解斜视图。

图10为安装在图9的表皮上的别扣的斜视图。

图11表示把图10的别扣安装在躯体部时的状态截面图。

图12为本发明中猫型机器人以外的其他实施例，表示撕开后背外皮，且卸下衬垫时的状态的机器人本体的透视斜视图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

图1表示具有本发明涉及的外皮粘附结构的猫型机器人。本发明的外皮粘附结构不限定于猫的形态，狐狸、狗、鸟类等其他动物型，模仿丝瓜、苹果等的植物型，青虫等昆虫型，章鱼、刺球等触手型机器人或模拟虚构角色的机器人中也可以适用。

图1的机器人由机器人本体1与外皮2构成。主体1由躯体部3、头部4、两前腿部5、两后腿部6、尾部7构成。躯体部3内具有驱动前述头部4、两前腿部5、两后腿部6及尾部7的没有图示的驱动装置，控制该驱动装置的控制装置，和向前述驱动装置及控制装置供电的电池。躯体部3被如图2所示的合成树脂框架8覆盖，该框架8形成猫的躯体外表面。在框架8的前后、左右、腹部等5个部分形成有扣合孔9，以便前述外皮2的后述别扣65能够扣合。

头部4由形成前顶及脸部的面罩组件10，和形成后头顶的面罩支座组件11构成。面罩组件10如图3所示，通过螺钉12可以与面罩支座配件11结合或分离。面罩组件10在形成前顶及脸部外表面的框架13上，安装了两耳14、两眼副组件15、下鄂16。

两耳14如图4所示，以连接轴17为中心可以转动约90度地安装在框架13上，通过转动连接轴17可以进行横躺或直立的状态变化。

两眼副组件15如图5、图6所示，具有通过连接轴18连接的一对矩形框架19。连接轴18的两端粘着操纵杆20。眼球21通过眼安装座22固定安装在各框架19上，在该眼安装座22的两侧安装通过轴24可以转动的开闭该眼球21的上下眼皮23a、23b。上下眼皮23a、23b中设置一对突起25。在两眼球21的底部22与框架19之间，架设有前后方向延伸的滑动轴26，在该滑动轴26上支撑可以滑动的T字形滑动部件27。滑动部件27具有突起28，该突起28与前述连接轴18的操纵杆20连接并可以转动。而且在滑动部件27的两端形成有长孔29，该长孔29通过没有图示的销与前述上下眼皮23a、23b的突起25连接。

前述两眼副组件15安装在框架13的内侧，设置在前述框架13的眼穴30中可以容纳前述量眼球21与上下眼皮23a、23b。连接轴18转动时，操纵杆20与连接轴18一体转动，滑动部件27在滑动轴26上前后方向滑动，结果，上下眼皮23a、23b可以开闭。

下鄂16如图4所示，通过轴31安装在框架13上并可以转动，通过离开和接近一体形成于框架13上的上鄂32，可以开闭口。在下鄂16的下面形成有扣合槽33。

头部4的面罩支座组件11，如图3所示，与前述面罩组件10结合时，具有：两耳驱动部件34，和该面罩组件10的两耳14的连接轴17(参照图4)扣合，通过使该连接轴17进行连动而转动；两耳驱动部件35，和两眼副组件15的连接轴18(参照图5)扣合，通过使该连接轴18进行连动而转动；和下鄂驱动部件36，扣合在下颚16的扣合槽33(参照图4)，使该下鄂16进行连动而转动。另外，面罩支座组件11通过未图示的驱动部件，相对于躯体部3可以上下、左右转动。

两前腿部5如图2所示，分别由基轴与躯体部3连接并可以转动的上臂37、与该上臂37的前端连接并可以转动的前臂38、和与该前臂38的前端连接并可以转动的猫爪39构成，可以变化成直立状态或坐卧状态。同样，两后腿部6分别由基轴与躯体部3连接并可以转动的大腿40、与该大腿40的前端连接并可以转动的小腿41、和与该小腿41的前端连接并可以转动的猫爪42构成，可以变化成直立状态或坐卧状态。

两前腿部5与两后腿部6的猫爪39、42具有基部43、爪部44及肉球45。基部43的前端具有截面呈U字形的嵌合部46，底面形成矩形的扣合孔47。爪部44由橡胶等具有柔性的材料构成，如图8所示，后端具有与前述基部43的嵌合部46嵌合的矩形嵌合孔48。而且在爪部44的底面形成有矩形孔49，以便在该爪部44的嵌合孔48嵌合前述基部43的嵌合部46时与该基部43的扣合孔47吻合。肉球45具有截面类似矩形的安装轴50，当前述爪部44的嵌合孔48上嵌合有前述基部43的嵌合部46时，插入到前述爪部44的孔49与前述基部43的扣合孔47中。安装轴50通过形成于前端的切口在与轴垂直的横方向上给付予了弹性。而且在安装轴50的前端形成扣合前述基部的扣合孔47的边缘的爪52。

尾部7具有柔软的结构，基轴安装在躯体部3的后部，通过适当牵引插通到内部、未图示的3个金属线，可以上下左右摇晃。

另一方面，外皮2如图9所示，由覆盖前述机器人本体1的躯体部3、两前腿部5、两后腿部6及尾部7的事前缝制的主体外皮61与覆盖头部4的事前缝制的头部外皮62构成。外皮2在本实施例中是人造毛皮，但没有限制于此，也可以由布料、天然毛皮、海绵、弹性体等其他具有柔软性的材料构成。

主体外皮61具有脖子开口部63、和在躯体部3的腹部对应部分可以通过压合带等可以开闭的开口部64，可以利用该开口部64在前述机器人本体1的躯体部3、两前腿部5、两后腿部6及尾部7上装卸。而且开口部64在交换躯体部中容纳的电池时可以开闭。

主体外皮61中与机器人本体1的可动部分对应的部分，即头部、两前腿部5及两后腿部6的各关节部及尾部7的外皮，由在可动方向上具有伸缩性的外皮构成，与此相比，与固定部分对应的部分，即上述各可动部分以外的部分由不具有伸缩性的外皮构成。外皮2的伸缩性可以通过采用构成外皮2的纵向或横向中至少一个具有一定弹性的纤维材料来保持。

主体外皮61的内面中与前两腿部5或前后腿部6的爪部44对应的部分，通过预先连接或缝接等来粘接该爪部44。

主体外皮61的内面上，具体来说与设置在机器人本体1的躯体部3的框架8的左右、前后及腹部上的扣合孔9相对应的位置上安装别扣65。别扣65如图10、11所示，由头部66与具有弹性的两支腿部67构成。头部66形成使规定长度的线68插通的孔69。两支腿部67形成扣合前述扣合孔9内侧边缘的爪70。而且该别扣65通过插通在头部66的孔69的线68，从该主体外皮61的内面离开规定距离。

头部外皮62如图9所示，具有脖子开口部71与从该开口部71到后头顶部形成的缝隙72。并覆盖头部4的面罩组件10的两耳14、前顶部、脸部及下鄂16，同时覆盖面罩支座组件11的后头顶部。在与两眼球21相对应的位置形成孔73。而且如图1所示，在与鼻子对应的位置安装鼻头74，在该鼻头74的斜下方两侧安装胡须75，在上鄂32与下鄂16之间安装模拟齿、舌、口腔面的口腔部件76。脸部模拟实际猫的脸，整理毛的排列并进行适当的修剪。

头部外皮62中，与面罩组件10的可动部分对应的部分，即两耳14的根部、上下眼皮23a、23b及下鄂16的根部由具有伸缩性的外皮构成，除此之外的固定部分由不具有伸缩性的外皮构成。外皮的伸缩性可以通过采用构成外皮的纵向或横向中至少一方具有一定弹性的纤维材料来保持。

头部外皮62预先粘附在前述机器人本体1的头部4的面罩组件10上。头部外皮62的内面中，两眼球对应的孔73的边缘与上下眼皮23a、23b及下鄂16对应的部分，分别通过预先或缝接等粘接在下鄂16上。

下面说明将具有前述构成的外皮2粘附到机器人本体1上的方法。

首先将机器人本体1的两前腿部5与两后腿部6弯曲，把尾部7从根部弯曲，沿着躯体部3的状态下打开主体外皮61的开口部64，从该开口部64将机器人本体1放入内部，使头部4的面罩支座组件11从开口部63露出，两前腿部5、两后腿部6及尾部7放在适当位置。之后一边拉出机器人本体1的两前腿部及两后腿部6，一边插入各自的部位，把前端的爪部44的嵌合部46与预先粘接在主体外皮61的内面的爪部44的嵌合孔47嵌合。而且一边拉出机器人本体1的尾部7，一边插入对应部位。之后将主体外皮61内面的各别扣65如图11所示，插入躯体部3的扣合孔9上扣合。从主体外皮61的外侧，向相互嵌合的爪部44的孔49与基部43的扣合孔47中插入肉球45的安装轴50，使扣合在基部43的扣合孔47上。这样可以防止爪部44从基部43脱离。

接着打开预先粘着在内面的头部外皮62的开口部71与缝隙72，将面罩组件戴在头部4的面罩支座组件上。此时，使面罩组件10的下鄂16闭合，将面罩组件10向基础配件压入而结合，通过螺丝12固定。这样面罩配件10的两耳14的连接轴17、两眼副组件15的连接轴18、下鄂16的扣合槽33，分别与面罩支座组件11的耳部驱动部件34、两眼驱动部件35、下鄂驱动部件36连接，并可以驱动。

之后将头部外皮62的脖子缝隙72缝合，也将头部外皮62的脖子开口部71与主体外皮61的脖子开口部63缝合。这样头部外皮62与主体外皮61可以完全粘附在机器人本体1上。

这样本发明的猫型机器人在机器人本体1的框架8、13的表面覆盖有外皮2，所以与框架或机械部件外露的以往机器人相比，给使用者亲近感，即使跌倒或冲撞也不会损害周围环境。而且外皮2具有柔软性，所以不会给机器人本体1的可动部分施加负荷，不会导致驱动力下降。特别是可动部分的外皮2具有伸缩性，所以可以进一步减小可动部分的负荷。而且主体外皮61如图11所示，通过别扣65的线68相对于机器人本体1的框架8，允许按规定量移动，所以像实际的猫一样，可以只抓皮肤或捏住脖子。

而且本发明的猫型机器人在本体外皮61的内面预先粘着爪部44，而且在头部外皮62的内面预先粘着面罩组件10，所以可以防止外皮61、62的滑动。

而且面罩组件10的可动部分，即两耳14、上下眼皮23a、23b及下鄂16接近头部外皮62粘贴，从而可以与面罩支座组件11的各驱动部件34、35、36连动，所以驱动部件34、35、36的动力如实地传达到可动部，使外皮62的移动更逼真。

从机器人本体1拆卸外皮2时，首先拆卸肉球45，将基部43从爪部44分离，拉出两前腿部5、两后腿部6及尾部7，拔出别扣65，使露出躯体部3。这个状态下，卸下脖子部的螺钉12，使面罩组件10从面罩支座组件11分离，这样可以将外皮2从机器人本体1拆卸。而且将外皮2安装在机器人本体1时，进行与前述拆卸外皮2相反的动作。这样可以简单装卸外皮2，所以可以随时容易地进行电池交换或保养。

图12为在机器人本体1的框架8的后背表面，利用双面胶78粘贴具有弹性的衬垫77，在该衬垫77上粘附前述外皮2的图。这样可以保持外皮2的膨胀与弹性，猫的肢体外形更加真实，可以提高抱或抚摸时的触感。同样也可以将衬垫粘贴在容易被使用者触摸的部分，例如面罩组件10的两耳14、前顶部、脸部及下鄂16、躯体部3的腹部、两前腿部5及两后腿部6等。而且这些衬垫的大小根据每个机器人可做不同改变，可以容易变换猫的种类或健康状态。

发明效果

如上所述，根据本发明，向具有可动部分与固定部分的机器人本体的框架表面上粘附外皮，框架或机械部件被覆盖，结果，给人特别是女性或老年人带来亲近感，不会损害周围环境。而且外皮可以装卸，所以保养时可以从框架脱离，可以随时容易进行保养。而且外皮具有柔软性，所以具有不会给可动部分施加负荷，不会导致驱动力下降等效果。

Claims (5)

1.一种眼球结构，其特征在于，在开闭眼球的上下眼皮上固着具有柔软性的外皮。

2.根据权利要求1所述的眼球结构，其特征在于，前述上下眼皮与前述眼球，在前述眼球的两侧安装可以转动的前述上下眼皮而形成眼球副组件。

3.根据权利要求2所述的眼球结构，其特征在于，具有粘附前述外皮的框架，在该框架上形成眼穴，在前述框架内侧安装眼球副组件，使该眼穴中容纳前述眼球与前述上下眼皮。

4.根据权利要求2所述的眼球结构，其特征在于，前述眼球副组件，具有驱动前述上下眼皮的驱动机构。

5.一种机器人，具有权利要求1至4任一所述的眼球结构。

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