TWI412467B - 六足機械行走裝置 - Google Patents

Description

六足機械行走裝置

本發明係關於一種六足機械行走裝置；特別是關於一種六足機械行走裝置之每一個足部具有可進行水平及垂直動作之功能。

習用六足機器人，例如：中華民國專利公告第348674號之〝自走型六足機器人〞新型專利，其揭示一種可避障自走型六足機器人及其相關技術。該自走型六足機器人之主要構造包括六組相同的腳部機構[包括六組相對應的驅動器]、充電池、電控部分及避障裝置。當充電池充電至足夠電量時，在啟動開關後，該機器人便可自動往前走；一旦避障裝置偵測到障礙物時，該機器人會後退並轉彎而避開障礙物。而連續動作的時間至少可達45分鐘以上。

另一習用六足機器人，例如：中華民國專利公告第397748號之〝補償六腳機器人之定位裝置之順應性之系統與方法〞發明專利，其揭示一種六腳機器人之定位裝置及其相關技術，其在該定位裝置[如六腳機器人中心]用以補償順應性扭曲之系統與方法。該定位裝置具有一裝在眾多樞軸位置之眾多致動器上之可移動平台。該方法包含以下步驟：計算定位裝置之順應性資訊；根據收集之順應性資訊而補償致動器移動指令；及根據補償移動指令而移動定位裝置致動器。

另一習用六足機器人，例如：中華民國專利公告第396096號之〝校正六腳機器人定位裝置之系統與方法〞發明專利，其揭示一種六腳機器人之定位裝置及其相關技術，其用以校正定位裝置[如六腳機器人中心]之系統與方法。該系統包含：一度量套件，其具有眾多感測器並接至定位裝置；一加工品，其位於定位裝置界定之工作區域中；一第一電腦，其接至該定位裝置，用以控制並記錄定位裝置相對於加工品之精密移動；及一第二電腦，其用以使用記錄之精密移動作為輸入資料以模擬定位裝置之操作，藉以重覆地判定定位裝置之實際幾何位置。

另一習用六足機器人，例如：美國專利第6481513號之〝Single actuator per leg robotic hexapod〞發明專利，其揭示一種六足機器人之驅動裝置及其相關技術。該六足機器人包含一主體及至少六支從動足[compliant leg]，其中每個該從動足具有一驅動器[actuator]及一控制器[controller]。該從動足連接至該主體，且該從動足相對於該主體可進行單一自由度[single degree of freedom]的動作[movement]。每個該控制器附設於對應的該驅動器上，以便選擇控制該驅動器驅動該從動足進行交替式三腳步伐[alternating tripod gait]。

然而，習用六足機器人之足部僅能單純前後移動方式行進，但是若需要通過崎嶇路面或地形障礙時，其可能無法僅以足部前後移動方式順利通過。換言之，習用六足機器人之足部並不具有進行水平及垂直動作之功能，因此其往往可能無法順利通過崎嶇路面或地形障礙。

雖然前述中華民國專利公告第348674號、第397748號、第396096號及美國專利第6481513號已揭示各種相關六足機器人，但前述各種六足機器人並未提供足部水平及垂直動作之功能。因此，習用六足機器人及其相關技術必然存在進一步提供足部水平及垂直動作之需求。前述中華民國專利公告第348674號、第397748號、第396096號及美國專利第6481513號僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

有鑑於此，本發明為了滿足上述需求，其提供一種六足機械行走裝置，其利用一第一連桿在縱向上進行前進及後退動作，再利用一第二連桿在橫向上進行上升及下降動作，以達成提升六足機器人性能之目的。

本發明之主要目的係提供一種六足機械行走裝置，其利用一第一連桿在縱向上進行前進及後退動作，再利用一第二連桿在橫向上進行上升及下降動作，以達成提升六足機器人性能之目的。

為了達成上述目的，本發明之六足機械行走裝置包含：一主體，其具有一動作控制器；及六支足部，其配置於該主體上，每個該足部包含：一第一連桿，其樞接於該主體；一第一驅動器，其樞接於該主體及第一連桿之間，該第一驅動器電性連接於該動作控制器，且該第一驅動器控制驅動該第一連桿，以便在縱向上產生前進及後退動作；一第二連桿，其樞接於該第一連桿；及一第二驅動器，其樞接於該第一連桿及第二連桿之間，該第二驅動器電性連接於該動作控制器，且該第二驅動器控制驅動該第二連桿，以便在橫向上產生上升及下降動作；其中該第二連桿用以支撐地面，以便在地面上爬行。

本發明較佳實施例之該第一驅動器及第二驅動器選自一伺服馬達。

本發明較佳實施例之該第二連桿具有一第一微動開關，以確認是否穩定觸地。

本發明較佳實施例另包含一無線通訊模組，該無線通訊模組電性連接至該動作控制器，以便將該動作控制器之資料傳輸至一遠端電腦。

本發明較佳實施例另包含一攝影監控系統，該攝影監控系統包含一伸縮臂及一攝影裝置，該攝影裝置設置於該伸縮臂上。

本發明較佳實施例另包含一夾取機械手臂系統。

本發明較佳實施例之該夾取機械手臂系統具有至少一第二微動開關，以確認是否成功夾取物品。

為了充分瞭解本發明，於下文將例舉較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

本發明較佳實施例之六足機械行走裝置可製成六足機器人，其可應用於各種崎嶇路面通行、地形障礙跨越或危險狀況處理作業，例如：天然災害探勘或爆破處理，但其並非用以限定本發明之範圍。另外，本發明較佳實施例之六足機械行走裝置可結合其它各種作業系統，例如：機械手臂採樣系統或自動攝影系統，但其並非用以限定本發明之範圍。

第1圖揭示本發明較佳實施例之六足機械行走裝置之架構立體示意圖；第1A圖揭示本發明較佳實施例之六足機械行走裝置之另架構立體示意圖，其對照於第1圖；第2圖揭示本發明較佳實施例之六足機械行走裝置之方塊圖。

請參照第1、1A及2圖所示，本發明較佳實施例之六足機械行走裝置之架構主要包含一主體1及六支足部2，六支該足部2分別組裝於該主體1之兩側。在該足部2之間保持適當間距，且該足部2可進行適當相對運動。該主體1具有一動作控制器11〔如第2圖所示〕，且該足部2電性連接至該動作控制器11，其用以控制六支該足部2。每個該足部2包含一第一連桿〔二ㄇ型連件，每個ㄇ型連件之頂部相連接〕21、一第一驅動器22、一第二連桿23及一第二驅動器24。本發明較佳實施例之該第一驅動器22及第二驅動器24選自一伺服馬達。該第一連桿21包含一第一ㄇ型連件211及一第二ㄇ型連件212。在該第一ㄇ型連件211之頂部內容置該第一驅動器22，在該第二ㄇ型連件212之頂部內容置該第二驅動器24。

請再參照第1、1A及2圖所示，該第一連桿21樞接於該主體1，而該第一驅動器22樞接於該主體1及第一連桿21之間。另外，該第一驅動器22電性連接於該動作控制器11，且該第一驅動器22控制驅動該第一連桿21，以便在縱向[相對於主體1]上產生前進及後退動作。如此，該主體1可利用該足部2之第一連桿21進行前進及後退的移動。

請再參照第1、1A及2圖所示，該第二連桿23樞接於該第一連桿21，而該第二驅動器24樞接於該第一連桿21及第二連桿23之間，因此該第二連桿23用以支撐地面。另外，該第二驅動器24電性連接於該動作控制器11，且該第二驅動器24控制驅動該第二連桿23，以便在橫向[相對於主體1]上產生上升及下降動作。如此，該主體1可利用該足部2之第二連桿23進行適當上升及下降的移動。

請再參照第1及1A圖所示，當該第一驅動器22及第二驅動器24共同協調控制操作該第一連桿21及第二連桿23時，該足部2可產生前進[或後退]動作結合於上升[或下降]的跨足動作。當前進或後退跨足時，可選擇三支該足部2先跨出離地，由另三支該足部2在地上形成一支撐面，如此能夠隨意的交替轉換形態去適應各種地形，其適合爬行於崎嶇路面、上下斜坡或上下樓梯。

請再參照第1、1A及2圖所示，該動作控制器11可選擇由ATMEL公司生產的ATMega8515L單晶片。此外，該第二連桿23具有一第一微動開關25[如第2圖所示]，利用該動作控制器11接收該第一微動開關25之觸地回授訊號，以確認動作中的該第二連桿23是否穩定觸地。

第3圖揭示本發明另一較佳實施例之六足機械行走裝置結合攝影監控系統及夾取機械手臂系統之方塊圖。請參照第1、1A及3圖所示，本發明另一較佳實施例之六足機械行走裝置包含一攝影監控系統3、一夾取機械手臂系統4、一無線通訊模組5及一主控制器9，其中該主控制器9用以控制該攝影監控系統3、夾取機械手臂系統4及無線通訊模組5。該主控制器9可選擇由ATMEL公司生產的ATMega162V單晶片。另外，該主控制器9電性連接至該動作控制器11，以便該動作控制器11整合操作該動作控制器11。

請再參照第1、1A及3圖所示，該攝影監控系統3包含一伸縮臂及一攝影裝置[如第1圖所示]，且該攝影裝置設置於該伸縮臂上。另外，該攝影監控系統3具有一伸縮臂控制器31[例如：ATMega88V單晶片]及一伸縮臂驅動器32[如第3圖所示]，以便利用該伸縮臂伸縮調整該攝影裝置至所需攝影角度及位置。

請再參照第1、1A及3圖所示，該夾取機械手臂系統4具有一機械手臂控制器41[例如：ATMega8單晶片]及一機械手臂驅動器42[如第3圖所示]，以便利用該伸縮臂伸縮調整該攝影裝置至所需攝影角度。另外，該夾取機械手臂系統4具有至少一第二微動開關，以確認是否成功夾取物品。

請再參照第3圖所示，該無線通訊模組5可選擇RF2401或其它無線傳輸模組。該無線通訊模組5電性連接至該主控制器9及動作控制器11，以便將該動作控制器11、伸縮臂控制器31及機械手臂控制器41之資料傳輸至一遠端電腦或其它監控中心。

請再參照第3圖所示，該無線通訊模組5電性連接至該主控制器9，以便將該主控制器9之資料傳輸至一遠端電腦[未繪示]。舉例而言，該無線通訊模組5選自一Zigbee無線通訊模組。該遠端電腦[例如：個人電腦PC]建構一監控系統，透過PC端的RS-232再經由該Zigbee無線通訊模組接收該六足機械行走裝置的資料，如此已達成監控的功能。

第4A~4E圖揭示本發明較佳實施例之六足機械行走裝置在爬行時一系列爬行動作之立體示意圖，但其並非用以限定本發明之範圍。請參照第1A及4A至4E圖所示，本發明較佳實施例之六足機械行走裝置由第1A圖的靜止狀態開始進行爬行動作。

接著，依第4A圖之箭頭所示之方向，由第一組的三支足部開始向前跨出爬行；接著，當第一組的三支足部觸地[如第4B圖之向下箭頭所示]時，依第4B圖之箭頭所示之方向，由第二組的另三支部足開始交替向前跨出；接著，第一組的三支足部完成向後擺動[如第4C圖之向後箭頭所示]，以便保持該主體1向前移動；接著，當第二組的三支足部觸地[如第4D圖之向下箭頭所示]時，依第4D圖之箭頭所示之方向，再交替由第一組的三支足部向前跨出爬行；接著，第二組的三支足部完成向後擺動[如第4E圖之向後箭頭所示]，以便繼續保持該主體1向前移動。

請再參照第3圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例選擇利用一書寫器設定指令，且該書寫器不斷的掃描1組4×4鍵盤上的控制指令或命令，並將該控制指令或命令顯示在1組16×4的LCD顯示器上。當輸入控制指令或命令時，可利用Zigbee技術經由該六足機械行走裝置之無線通訊模組5傳送至該主控制器9，且利用RS-232傳送至該遠端電腦。或者，本發明較佳實施例選擇由該遠端電腦輸入控制指令，經由RS-232傳送至該書寫器上，再利用Zigbee技術經由該六足機械行走裝置之無線通訊模組5傳送至該主控制器9。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。

1‧‧‧主體

11‧‧‧動作控制器

2‧‧‧足部

21‧‧‧第一連桿

22‧‧‧第一驅動器

23‧‧‧第二連桿

24‧‧‧第二驅動器

25‧‧‧第一微動開關

3‧‧‧攝影監控系統

31‧‧‧伸縮臂控制器

32‧‧‧伸縮臂驅動器

4‧‧‧夾取機械手臂系統

41‧‧‧機械手臂控制器

42‧‧‧機械手臂驅動器

5‧‧‧無線通訊模組

9‧‧‧主控制器

211‧‧‧第一ㄇ型連件

212‧‧‧第二ㄇ型連件

第1圖：本發明較佳實施例之六足機械行走裝置之架構立體示意圖。

第1A圖：本發明較佳實施例之六足機械行走裝置之另一架構立體示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例之六足機械行走裝置之方塊圖。

第3圖：本發明另一較佳實施例之六足機械行走裝置結合攝影監控系統及夾取機械手臂系統之方塊圖。

第4A~4E圖：本發明較佳實施例之六足機械行走裝置在爬行時一系列爬行動作之立體示意圖。

1‧‧‧主體

2‧‧‧足部

21‧‧‧第一連桿

22‧‧‧第一驅動器

23‧‧‧第二連桿

24‧‧‧第二驅動器

3‧‧‧攝影監控系統

4‧‧‧夾取機械手臂系統

211‧‧‧第一ㄇ型連件

212‧‧‧第二ㄇ型連件

Claims (10)

1. 一種六足機械行走裝置，其包含：一主體，其具有一動作控制器；及六支足部，其配置於該主體上，每個該足部包含：一第一連桿，其樞接於該主體；一第一驅動器，其樞接於該主體及第一連桿之間，該第一驅動器電性連接於該動作控制器，且該第一驅動器控制驅動該第一連桿，以便在縱向上產生前進及後退動作；一第二連桿，其樞接於該第一連桿；及一第二驅動器，其樞接於該第一連桿及第二連桿之間，該第二驅動器電性連接於該動作控制器，且該第二驅動器控制驅動該第二連桿，以便在橫向上產生上升及下降動作；其中該第二連桿用以支撐地面，以便在地面上爬行，利用該第一連桿樞接於該主體、該第一驅動器樞接於該主體及第一連桿之間、該第二連桿樞接於該第一連桿及該第二驅動器樞接於該第一連桿及第二連桿之間之連接關係簡化該足部之構造。
2. 依申請專利範圍第1項所述之六足機械行走裝置，其中該第一驅動器及第二驅動器選自一伺服馬達。
3. 依申請專利範圍第1項所述之六足機械行走裝置，其中該第二連桿具有一第一微動開關，以確認是否穩定觸地。
4. 依申請專利範圍第1項所述之六足機械行走裝置，另包含一無線通訊模組，該無線通訊模組電性連接至該動作控制器，以便將該動作控制器之資料傳輸至一遠端電腦。
5. 依申請專利範圍第1項所述之六足機械行走裝置，另包含一攝影監控系統，該攝影監控系統包含一伸縮臂及一攝影裝置，該攝影裝置設置於該伸縮臂上。
6. 依申請專利範圍第1項所述之六足機械行走裝置，另包含一夾取機械手臂系統。
7. 依申請專利範圍第6項所述之六足機械行走裝置，其中該夾取機械手臂系統具有至少一第二微動開關，以確認是否成功 夾取物品。
8. 依申請專利範圍第1項所述之六足機械行走裝置，其中該第一連桿包含一第一ㄇ型連件及一第二ㄇ型連件。
9. 依申請專利範圍第8項所述之六足機械行走裝置，其中該第一ㄇ型連件具有一第一頂部及第二ㄇ型連件具有一第二頂部，在該第一頂部內容置該第一驅動器，在該第二頂部內容置該第二驅動器。
10. 依申請專利範圍第8項所述之六足機械行走裝置，其中該第一ㄇ型連件具有一第一頂部及第二ㄇ型連件具有一第二頂部，該第一ㄇ型連件之第一頂部連接至該第二ㄇ型連件之第二頂部。