TWI415755B - 具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置 - Google Patents

Description

具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置

本發明係關於一種具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置；特別是關於一種具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，在六足部爬行功能及車輪行駛功能之間可進行相互切換。

習用六足機器人技術已揭示於許多中華民國專利及國外專利。舉例而言，中華民國專利公告第348674號之〝自走型六足機器人〞新型專利、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、第396096號之〝校正六腳機器人定位裝置之系統與方法〞發明專利及美國專利第6481513號之〝Single actuator per leg robotic hexapod〞發明專利。

另一習用人形機器人，例如：中華民國專利公告第I255760號之〝輪式人形機器人〞發明專利，其揭示一種車輪式人形機器人。該輪式機器人主要具有一部結合移動轉向驅動模組的移動基座上，能使該移動基座具有行進及轉向功能，該移動基座上另設置一組結合機構驅動模組的多關節上半身體，使該上半身體可受控活動，另於頭部裝設有視覺感測模組，於移動基座前後各設置具距離量測功能的感測器，且於該上半身體的身軀中設有控制模組，藉此，使該輪式人形機器人具有模仿人類搜尋目標物的行為能力，且能以手眼協調動作執行取置目標物，以及利用距離感測器達到避障之功能。

另一習用人形機器人，例如：中華民國專利公開第201006715號之〝為了克服不同地形而內裝有輔助輪的小型移動機器人〞發明專利申請案，其揭示一種具輔助輪之小型移動機器人。該小型移動機器人透過雙輪保持站立姿勢，同時可以前後左右移動的小型移動機器人的內容，在內部安裝有輔助輪，能克服有高差地形的小型移動機器人系統。該小型移動機器人輔助輪安裝在伺服電機上，並透過遠端控制的形式驅動伺服電機，使輪子向指定的方向移動，平時行進時該輔助輪隱藏在機器人內部，當發現地面不平整時輔助輪自動下降並接觸到地面，同時，當主輪往高處移動時該輔助輪在後方具有支撐作用。該小型移動機器人中安裝有能判斷障礙物的感應器及控制模組，所以往目的點移動時發現障礙物就回避移動的功能；在移動過程中，透過機器人之間的無線通信，判斷相互之間位置的功能；及透過攝影鏡頭傳達環境資訊的功能。

然而，習用六足機器人僅提供一般爬行功能，而習用輪式機器人則僅亦提供車輪式行走功能。換言之，習用六足機器人或輪式機器人皆未提供在爬行功能及車輪行駛功能之間進行相互切換。因此，習用六足機器人無法以車輪行駛功能行進在一般平面道路上，而習用輪式機器人亦無法以六足爬行功能行進在崎嶇路面上。

事實上，習用六足機器人在一般平面道路上僅能以六足爬行功能行進時，其具有機動性不佳的缺點。另一方面，習用輪式機器人需要通過崎嶇路面或地形障礙時，其可能無法僅以車輪行駛方式順利通過。換言之，習用六足機器人或輪式機器人存在需要進一步提供多重行走或行駛功能之需求。前述中華民國專利公告第348674號、第397748號、第396096號、第I255760號、中華民國專利公開第201006715號發明專利申請案及美國專利第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，其提供一種具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，其利用六支足部進行跨足爬行動作，將數個車輪組設置於該足部，且在切換至該車輪組時，驅動該車輪組進行輪式駕駛行進，以達成兼具六足爬行及車輪行駛功能之目的。

本發明之主要目的係提供一種具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，其利用六支足部進行跨足爬行動作，將數個車輪組設置於該足部，且在切換至該車輪組時，驅動該車輪組進行輪式駕駛行進，以達成兼具六足爬行及車輪行駛功能之目的。

為了達成上述目的，本發明之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置包含：一主體，其具有一動作控制器；六支足部，其配置於該主體上，每個該足部電性連接於該動作控制器；及數個車輪組，其配置於該足部上，至少一個該車輪組電性連接於該動作控制器；其中在該足部及車輪組之間進行相互切換，當切換至該足部時，該足部用以進行跨足爬行動作；當切換至該車輪組時，該車輪組用以進行輪式駕駛行進。

本發明較佳實施例之每個該足部包含：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駕駛控制系統，其用以控制該車輪組。

本發明較佳實施例之該動作控制器連接數個減速馬達。

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具六足機械行走及車輪行駛之相互切換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，或其在平面道路上可切換至車輪行駛，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具六足機械行走及車輪行駛之相互切換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具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置之架構立體示意圖；第1A圖揭示本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換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具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置採用六足控制系統之方塊圖，其對應實施於第1圖之切換裝置。

請參照第1、1A及2圖所示，本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置之架構主要包含一主體1、六支足部2及四組車輪組200，六支該足部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。另外，四組該車輪組200分別配置於四支該足部2上，以便切換在該足部2及車輪組200之間。此時，四組該車輪組200分別位於該主體1之四個角落，該車輪組200可進行驅動旋轉。

請參照第1、1A及2圖所示，該主體1具有一動作控制器11，且該足部2及車輪組200電性連接於該動作控制器11，其用以控制該足部2及車輪組200，以便在六足爬行模式及四輪行駛模式之間進行切換，再依六足爬行模式或四輪行駛模式進行驅動該足部2或車輪組200。

請參照第1、1A及2圖所示，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〔由第二連桿一側向外延伸形成輪座〕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，而該動作控制器11連接數個減速馬達12，如第2圖所示，其用以驅動該車輪組200。 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。四個該第二連桿23具有一輪座231，將該車輪組200組裝於該輪座231上，四組該車輪組200分別位於該主體1之四個角落。

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、上下崎嶇斜坡或上下樓梯。

請再參照第1及1A圖所示，該車輪組200樞接於該足部2之第二連桿23。當該第二驅動器24控制驅動該第二連桿23進行收回時，該車輪組200可抵觸地面，其已切換至四輪行駛模式，以便在地面上行駛，其適合行駛於一般平面路上。反之，當行駛至崎嶇路面或地形時，利用該第二驅動器24控制驅動該第二連桿23進行展開，以便將該車輪組200推離地面，改由該足部2支撐於地面，其已切換回六足爬行模式。

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具六足機械行走及車輪行駛之相互切換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相互切換裝置的資料，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具六足機械行走及車輪行駛之相互切換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具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置由第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。

第5圖揭示本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置切換至四輪行駛之立體示意圖，其對照於第1圖。第6圖揭示本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置採用駕駛控制系統之方塊圖，其對應實施於第1圖之切換裝置。

請參照第5圖所示，持續利用該第一驅動器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，以便調整收回該足部2，並將該車輪組200抵觸地面，且可適當調整該車輪組200之行駛方向。此時，該動作控制器11已完成切換至四輪行駛模式。

請參照第6圖所示，本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置另包含一駕駛控制系統6，且該駕駛控制系統6包含一駕駛控制器61及一無線通訊模組62。該駕駛控制器61可選擇由ATMEL公司生產的Mega8535L單晶片，其控制輸入可選擇4×4矩陣鍵盤、4個旋鈕及2個切換開關，而其輸出則可選擇16×4的LCD顯示模組。該無線通訊模組62用以輸出控制指令至該相互切換裝置。

請再參照第3及6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技術經由該相互切換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技術經由該相互切換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

12‧‧‧減速馬達

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

200‧‧‧車輪組

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

6‧‧‧駕駛控制系統

駕駛控制器

62‧‧‧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

231‧‧‧輪座

第1圖：本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置之架構立體示意圖。

第1A圖：本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置之另一架構立體示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置採用六足控制系統之方塊圖。

第3圖：本發明另一較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置結合攝影監控系統及夾取機械手臂系統之立體示意圖。

第4A~4E圖：本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置在爬行時一系列爬行動作之立體示意圖。

第5圖：本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置切換至四輪行駛之立體示意圖。

第6圖：本發明較佳實施例之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置採用駕駛控制系統之方塊圖。

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

200‧‧‧車輪組

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

231‧‧‧輪座

Claims (10)

1. 一種具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，其包含：一主體，其具有一動作控制器；六支足部，其配置於該主體上，每個該足部電性連接於該動作控制器；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；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；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；及數個車輪組，其配置於該足部上，至少一個該車輪組電性連接於該動作控制器；其中在該足部及車輪組之間進行相互切換，當切換至該足部時，該足部用以進行跨足爬行動作；當切換至該車輪組時，該車輪組用以進行輪式駕駛行進。
2. 一種具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，其包含：一主體具有一動作控制器；六支足部配置於該主體上，每個該足部電性連接於該動作控制器；數個車輪組配置於該足部上，至少一個該車輪組電性連接於該動作控制器；在該足部及車輪組之間進行相互切換，當切換至該足部時，該足部用以進行跨足爬行動作；當切換至該車輪組時，該車輪組用以進行輪式駕駛行進；其中每個該足部包含： 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，至少四個該第二連桿具有一輪座，該輪座由該第二連桿之一側向外延伸形成，並將四個該車輪組組裝於該輪座上，四組該車輪組分別位於該主體之四個角落。
3. 依申請專利範圍第1或2項所述之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，其中該第一連桿包含一第一ㄇ型連件及一第二ㄇ型連件。
4. 依申請專利範圍第1或2項所述之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，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。
5. 依申請專利範圍第1或2項所述之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，另包含一駕駛控制系統，其用以控制該車輪組。
6. 依申請專利範圍第3項所述之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，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。
7. 依申請專利範圍第1或2項所述之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，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。
8. 依申請專利範圍第1或2項所述之具六足機械行走及車輪 行駛之相互切換裝置，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。
9. 依申請專利範圍第1或2項所述之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，另包含一夾取機械手臂系統，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。
10. 依申請專利範圍第3項所述之具六足機械行走及車輪行駛之相互切換裝置，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。