專利名稱：運(yùn)動(dòng)裝置，尤其是具有振動(dòng)馬達(dá)以及彈性前端的玩具機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)裝置，尤其涉及帶有振動(dòng)馬達(dá)和幾條腿的玩具 機(jī)器人(toy robot)，其中，這些玩具機(jī)器人模仿小的活體爬行動(dòng)物或甲蟲(chóng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已知帶有振動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)裝置，本領(lǐng)域技術(shù)人員一般將其稱為“振動(dòng) 機(jī)器人(vibrobot)，，?！罢駝?dòng)機(jī)器人”的一種具體形式是所謂的“刷毛機(jī)器人(bristlebot) ”，它由切除的 牙刷頭、電池以及振動(dòng)馬達(dá)組成?！把浪C(jī)器人”由牙刷頭的刷毛支撐在地上；因此這些刷毛 在某種程度上對(duì)應(yīng)于“刷毛機(jī)器人”的腿。電池和振動(dòng)馬達(dá)都布置在牙刷頭的頂上。由于 振動(dòng)，整個(gè)牙刷頭被設(shè)定成振動(dòng)情形，使得“刷毛機(jī)器人”能夠向前移動(dòng)。但是，“刷毛機(jī)器人”向前移動(dòng)的類型以及該機(jī)器人的機(jī)械特性在許多方面都不令 人滿意。在一個(gè)方面，從用戶或他人的角度來(lái)看，“刷毛機(jī)器人”不怎么像活體甲蟲(chóng)，而僅像 是個(gè)振動(dòng)的牙刷頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的運(yùn)動(dòng)裝置。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明 的有利構(gòu)造。本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)裝置具有多條腿并具有振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。在本發(fā)明中，“運(yùn)動(dòng)裝置”指的 是任何類型的移動(dòng)機(jī)器人，尤其是一般的玩具機(jī)器人，以及具有甲蟲(chóng)或其他某種動(dòng)物、昆蟲(chóng) 或爬行動(dòng)物形狀的玩具機(jī)器人。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，運(yùn)動(dòng)裝置的腿可以被轉(zhuǎn)動(dòng)(angle)或彎曲，并且是撓性 的。振動(dòng)馬達(dá)可以產(chǎn)生方向向下的力(Fv)，并適于至少使前腿偏轉(zhuǎn)，從而運(yùn)動(dòng)裝置向前移 動(dòng)。運(yùn)動(dòng)裝置的這些腿優(yōu)選的沿從垂直方向偏斜的方向傾斜。這些腿的基部因此在運(yùn)動(dòng)裝 置上被布置得比腿的尖部更靠前。尤其是，前腿適于在運(yùn)動(dòng)裝置因振動(dòng)馬達(dá)而振動(dòng)的時(shí)候 偏轉(zhuǎn)。相反，振動(dòng)馬達(dá)也可以產(chǎn)生方向向上的力(Fv)，并適于使運(yùn)動(dòng)裝置跳動(dòng)或使前腿從地 面抬起。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，后腿的幾何特征可以被構(gòu)造成使得實(shí)現(xiàn)不同的制動(dòng)效 果或拖曳效果。換言之，后腿的幾何特征可以被構(gòu)造成使得因振動(dòng)馬達(dá)的振動(dòng)而造成的旋 轉(zhuǎn)的趨勢(shì)受到抵消。在前腿的抬起過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)的偏心重量相對(duì)于運(yùn)動(dòng)裝置的縱向軸線沿 側(cè)向移動(dòng)，使得在沒(méi)有采取對(duì)策的情況下運(yùn)動(dòng)裝置將沿著曲線移動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)各種方式來(lái)采取對(duì)策與一條前腿相比，可以使更多重量被移到另一條前腿。后腿的長(zhǎng)度可以比另一后 腿長(zhǎng)。一側(cè)的腿的剛度可以相對(duì)于另一側(cè)的腿而被增大。后腿可以具有比另一側(cè)的其他后 腿更厚的構(gòu)造。后腿之一可以被布置得比另一后腿更靠前。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，運(yùn)動(dòng)裝置可以被構(gòu)造成通過(guò)振動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)力矩來(lái)旋 轉(zhuǎn)并使其自身復(fù)原。這例如可以通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置或身體的重心位于振動(dòng)馬達(dá) 的旋轉(zhuǎn)軸線上或接近該軸線。另外，運(yùn)動(dòng)裝置的側(cè)面和上側(cè)可以被構(gòu)造成使運(yùn)動(dòng)裝置在振 動(dòng)過(guò)程中能夠自動(dòng)復(fù)原。這樣，可以在運(yùn)動(dòng)裝置的上側(cè)設(shè)置高點(diǎn)，使得運(yùn)動(dòng)裝置不能夠上側(cè) 完全地朝下翻倒 。但是，也可以在運(yùn)動(dòng)裝置的側(cè)面和/或背上布置翅片、板或鰭，它們的外 側(cè)點(diǎn)有利地布置在虛擬的圓柱體上或接近虛擬的圓柱體。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，這些腿可以布置成兩排腿，其中，運(yùn)動(dòng)裝置的身體與運(yùn) 動(dòng)裝置的這些腿之間存在空間，具體而言指V形凹部，使得在復(fù)原旋轉(zhuǎn)中這些腿能夠向內(nèi) 彎折。這樣，如果運(yùn)動(dòng)裝置顛覆，則運(yùn)動(dòng)裝置的復(fù)原運(yùn)動(dòng)得以簡(jiǎn)化。有利的是，這些腿被布 置成兩排腿，并且布置在側(cè)面并高于振動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸線。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，運(yùn)動(dòng)裝置可以具有彈性的前端或彈性的前部，使得運(yùn) 動(dòng)裝置在撞擊到障礙物時(shí)反彈。彈性前端或彈性前部有利地由橡膠構(gòu)成。另外，彈性前端 或彈性前部有利地具有會(huì)集至一點(diǎn)的構(gòu)造。這樣，運(yùn)動(dòng)裝置能夠容易地繞開(kāi)障礙物，而無(wú)需 為操縱運(yùn)動(dòng)而使用傳感器或某些其他控制器件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器可以具有馬達(dá)和偏心重量，其中，偏心重量 布置在前腿的前方。這樣，非常有助于前腿的抬起運(yùn)動(dòng)，其中后腿盡可能地保持在地面上 (但也可能略有反彈)。具體而言，偏心重量被布置在馬達(dá)前方。另外，電池有利地布置在 運(yùn)動(dòng)裝置的后部，以增大后腿上的重量。電池和馬達(dá)都有利的布置在這些腿之間。馬達(dá)的 旋轉(zhuǎn)軸線可以沿著運(yùn)動(dòng)裝置的縱向軸線延伸。根據(jù)本發(fā)明的原理，運(yùn)動(dòng)裝置可以被構(gòu)造成具有振動(dòng)馬達(dá)，并可以在前進(jìn)速度、向 前運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、漫游的趨勢(shì)、對(duì)自身進(jìn)行復(fù)原的能力和/或獨(dú)特性方面復(fù)制有機(jī)生命形 式(尤其是活體甲蟲(chóng)或其他小動(dòng)物)。本發(fā)明可以是一種裝置，尤其是帶有振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人，以實(shí) 現(xiàn)下述目標(biāo)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)1.各種構(gòu)造形式的、具有撓性腿并具有振動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)裝置；2.使運(yùn)動(dòng)裝置的速度盡可能大；3.改變運(yùn)動(dòng)裝置的主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)方向；4.防止運(yùn)動(dòng)裝置的傾覆；5.生產(chǎn)能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行復(fù)原的運(yùn)動(dòng)裝置；6.產(chǎn)生模仿活體動(dòng)物(尤其是甲蟲(chóng)、昆蟲(chóng)、爬行動(dòng)物或其他小動(dòng)物)的運(yùn)動(dòng)；7.產(chǎn)生多種運(yùn)動(dòng)模式，使得運(yùn)動(dòng)裝置在其運(yùn)動(dòng)方面看起來(lái)不同，以提供許多不同 的運(yùn)動(dòng)裝置類型；8.在遇到障礙物時(shí)顯示出明顯的智能。下面的詳細(xì)說(shuō)明中結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明這些方面以及如何實(shí)現(xiàn)它們。


圖Ia和圖Ib示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人；圖2a_圖2f示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，可能作用于運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人 上的大致的力(圖2c示出了從正面看去的視圖)。圖3a_圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明各種其他實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人，其中， 腿的構(gòu)造被改變；圖4a和圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人，其中，后 腿是可調(diào)的；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例，具有撓性前端的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人；圖6a和圖6b示出了第一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人，其中布置有附加 的翅片、板或鰭。
具體實(shí)施例方式圖Ia和圖Ib示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人。通過(guò)振動(dòng)而驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置100(例如微型玩具機(jī)器人)可以具有帶有兩條或 更多條腿104的身體，當(dāng)該運(yùn)動(dòng)裝置以造成運(yùn)動(dòng)裝置沿某個(gè)方向移動(dòng)的趨勢(shì)的方式振動(dòng) 時(shí)，這些腿適于彎折。例如，這些腿可以沿從垂直方向稍微偏斜的方向彎折或傾斜，并可以 由可彎折或可偏轉(zhuǎn)的材料制成。運(yùn)動(dòng)裝置的身體可以包括馬達(dá)以產(chǎn)生振動(dòng)，并可以具有 較低的重心。身體的上側(cè)的形狀可以是突起的，以簡(jiǎn)化振動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)裝置的自動(dòng)復(fù)原 (self-righting) 0拖后的腿(即后腿)的幾何特征可以構(gòu)造成使得(例如對(duì)于腿的長(zhǎng)度 或厚度)實(shí)現(xiàn)不同的制動(dòng)或拖曳效果，用來(lái)抵消由于馬達(dá)的振動(dòng)帶來(lái)的旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，或者用 來(lái)造成沿某方向的旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)。如果使用多條腿，則一些腿(例如布置在前部的“驅(qū)動(dòng)”腿與 后部的“拖曳”腿之間的那些腿)可以具有稍短的構(gòu)造，以防止額外的制動(dòng)或拖曳效果。 圖2a_圖2f示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，可能作用于運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人 上的大致的力(圖2c示出了從正面看去的視圖)。馬達(dá)使偏心重量旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生如圖2a-圖2d所示的力矩和力。如果垂直力Fv是負(fù) 的(即方向向下)，則具有這樣的效果可能傾斜和/或彎曲的那些腿受到偏轉(zhuǎn)，并且運(yùn)動(dòng) 裝置的身體(直到與表面接觸的腿部)向前移動(dòng)。如果垂直力Fv是正的(即方向向上)， 則具有這樣的效果運(yùn)動(dòng)裝置開(kāi)始跳動(dòng)(hop)，使得前腿從地面抬起并且這些腿恢復(fù)到它 們正常的幾何形狀(即，不存在由外力效果造成的額外彎折)。在這種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，一些腿 (尤其是兩條后腿)隨后僅僅滑動(dòng)而不跳動(dòng)。振蕩的偏心重量可以每秒旋轉(zhuǎn)幾百次，使得運(yùn) 動(dòng)裝置振動(dòng)并沿通常向前的方向移動(dòng)。馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)還造成側(cè)向的垂直力Fh (見(jiàn)圖2b和圖2c)，該力在運(yùn)動(dòng)裝置的前端被 抬起時(shí)指向一個(gè)方向(向右或向左)，而在運(yùn)動(dòng)裝置的前端被下壓時(shí)指向另一個(gè)方向。當(dāng)運(yùn) 動(dòng)裝置的前端被抬起時(shí)，該力Fh造成運(yùn)動(dòng)裝置進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)或具有使運(yùn)動(dòng)裝置進(jìn)一步旋轉(zhuǎn) 的趨勢(shì)。這種現(xiàn)象可能造成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；另外，也可以對(duì)不同的移動(dòng)特性進(jìn)行操縱，尤其是速 度、移動(dòng)的主導(dǎo)方向、傾斜、以及自動(dòng)復(fù)原過(guò)程。腿的幾何特征的一個(gè)重要特征是腿的“基部”(即與身體相連的那部分腿，因此在某種程度上是“髖關(guān)節(jié)”)相對(duì)于腿的尖部(即與地面接觸的、腿的另一端)的相對(duì)位置。 通過(guò)改變這些撓性(flexible)腿的構(gòu)造，運(yùn)動(dòng)裝置的移動(dòng)行為可以被改變。運(yùn)動(dòng)裝置沿著根據(jù)腿的基部位置的方向移動(dòng)，該基部位置被布置在這條腿的尖部 的位置前方。如果垂直力Fv是負(fù)的，則運(yùn)動(dòng)裝置的身體受到下壓。因此，身體被傾斜，使得 腿的基部圍繞腿的尖部向該表面旋轉(zhuǎn)，從而使身體接著從腿的尖部向腿的基部移動(dòng)。相反， 如果腿的基部被布置在腿的尖部的垂直上方，則運(yùn)動(dòng)裝置僅僅跳動(dòng)而不沿一個(gè)大致(垂 直)的方向移動(dòng)。 與直的腿相比，腿的彎曲構(gòu)造通過(guò)增大腿的偏轉(zhuǎn)而強(qiáng)調(diào)了向前移動(dòng)。 可以通過(guò)各種方式使運(yùn)動(dòng)裝置速度盡可能大。為了改善應(yīng)當(dāng)模仿甲蟲(chóng)、昆蟲(chóng)或爬 行動(dòng)物的產(chǎn)品的視覺(jué)感受、使之確實(shí)像活體生物一樣動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)裝置速度的增大是重要的。 影響速度的因素是振動(dòng)頻率和幅度、腿的材料(例如，后腿的摩擦較低會(huì)使速度較高)、腿 的長(zhǎng)度、腿的偏轉(zhuǎn)特性、一條腿相對(duì)于另一條腿的幾何特征、以及腿的數(shù)目。振動(dòng)頻率(即馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度)和運(yùn)動(dòng)裝置速度是直接成比例的。即，當(dāng)增大馬 達(dá)的振蕩頻率而其他全部因素保持不變時(shí)，運(yùn)動(dòng)裝置將會(huì)更快地移動(dòng)。腿的材料具有對(duì)于速度有影響的多種特性。腿的摩擦特性決定了作用于運(yùn)動(dòng)裝置 上的制動(dòng)力或拖曳力。由于腿的材料可以增大相對(duì)于表面的摩擦系數(shù)，所以在此情況下運(yùn) 動(dòng)裝置的制動(dòng)力或拖曳力也增大，從而使運(yùn)動(dòng)裝置變慢。因此，給腿(尤其是后腿)選擇具 有低摩擦系數(shù)的材料是重要的。例如，具有約65的硬度計(jì)值(durometer value)的聚苯乙 烯一丁二烯一苯乙烯是合適的。腿的材料特性還(作為腿的厚度和腿的長(zhǎng)度的函數(shù))影響 剛度，剛度最終決定了運(yùn)動(dòng)裝置會(huì)顯示出多大的跳動(dòng)效果。如果腿的總剛度增大，則運(yùn)動(dòng)裝 置的速度也更高。相反，更長(zhǎng)和更薄的腿減小了腿的剛度，因而運(yùn)動(dòng)裝置的速度會(huì)更低。現(xiàn)在，如果與上述措施相應(yīng)地降低后腿的制動(dòng)力或拖曳力(或制動(dòng)/拖曳系數(shù))， 尤其是與前腿(即驅(qū)動(dòng)腿)相比降低，則速度將顯著增大，這是因?yàn)閮H有后腿會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力 或拖曳力。運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)的主導(dǎo)方向可以以各種方式受到影響。尤其是，通過(guò)特定腿上的重 量負(fù)荷、腿的數(shù)目、腿的布置、腿的剛度、以及相應(yīng)的制動(dòng)系數(shù)或拖曳系數(shù)，可以調(diào)節(jié)移動(dòng)方 向，自然的側(cè)向作用力Fh使運(yùn)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖2b、圖2c和圖2d)。如果運(yùn)動(dòng)裝置 要向前直線移動(dòng)，則必須抵消這個(gè)力。這可以通過(guò)腿的幾何特征并通過(guò)給腿合適地選擇材 料來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖2c和圖2d所示，通過(guò)其偏心旋轉(zhuǎn)重量，馬達(dá)產(chǎn)生(方向略微傾斜的)速度矢 量Vmotor，該速度矢量的側(cè)向分量是由側(cè)向作用的力Fh引起的(圖2c從運(yùn)動(dòng)裝置的前方 視角示出了該力的效果)。如果要改變這個(gè)移動(dòng)方向，則作用在腿上的反作用力Fl至F4(見(jiàn) 圖2d)中的一個(gè)或多個(gè)必須引起不同的速度矢量。這可以通過(guò)下述方式(單獨(dú)地或相結(jié)合 地)實(shí)現(xiàn)(1)影響驅(qū)動(dòng)腿的驅(qū)動(dòng)矢量Fl或F2，以抵消速度矢量Vmotor 在圖2d所示情形 的情況下，可以將更多重量轉(zhuǎn)移到右前腿上，以增大速度矢量F2，從而側(cè)向地抵消速度矢量 Vmotor0 (相反，對(duì)于造成速度矢量?jī)A斜向右的相反馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向，要將更多重量轉(zhuǎn)移到左 前腿上。)
(2)影響制動(dòng)矢量或拖曳矢量F3或F4，以抵消速度矢量Vmotor 這可以通過(guò)下述 方式來(lái)實(shí)現(xiàn)增大右后腿的長(zhǎng)度或增大右后腿的制動(dòng)系數(shù)或拖曳系數(shù)，以增大圖2d所示的 速度矢量F4。(相反，對(duì)于造成速度矢量?jī)A斜向右的相反馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向，要相應(yīng)地改變左后 腿。)(3)增大右側(cè)腿的剛度(例如通過(guò)增大腿的厚度)，以增大圖2d所示的速度矢量 F2和F4。(相反，對(duì)于造成速度矢量?jī)A斜向右的相反馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向，要相應(yīng)地增大左側(cè)腿的 剛度。)

(4)改變后腿的相對(duì)位置，使制動(dòng)矢量或拖曳矢量指向與速度矢量相同的方向。在 圖2d所示速度矢量Vmotor的情況下，右后腿必需被布置得比左后腿更靠前。(相反，對(duì)于 造成速度矢量?jī)A斜向右的相反馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向，要將左后腿布置得比右后腿更靠前。)可以使用不同的措施來(lái)防止運(yùn)動(dòng)裝置傾覆，或減小傾覆的風(fēng)險(xiǎn)(這種風(fēng)險(xiǎn)在現(xiàn)有 技術(shù)的“振動(dòng)機(jī)器人”中很大)有利地，根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)裝置具有盡可能最低的身體重心(即重心)，見(jiàn)圖2e。 另外，腿(具體指右側(cè)那排腿以及左側(cè)那排腿)的位置應(yīng)當(dāng)彼此分開(kāi)較遠(yuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，腿 或成排腿被布置在運(yùn)動(dòng)裝置側(cè)面，尤其是馬達(dá)旋轉(zhuǎn)軸線側(cè)面。尤其是，腿或成排腿在重心上 方被連接到運(yùn)動(dòng)裝置的身體(見(jiàn)圖2c、圖2e和圖2f)，即，腿的基部或懸掛點(diǎn)各自在重心上 方被安裝到運(yùn)動(dòng)裝置的身體(也參見(jiàn)圖1)。相對(duì)于馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸線，腿被安裝或懸掛到側(cè) 面并處于該旋轉(zhuǎn)軸線上方(見(jiàn)圖2c和圖2e)。這使得馬達(dá)和電池(可選地，還有開(kāi)關(guān))都 能被布置在這些腿之間。這樣，身體的重心可以被布置得很接近地面，以防止運(yùn)動(dòng)裝置傾覆 或減小傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。此外，還可以使用各種措施來(lái)使運(yùn)動(dòng)裝置在翻轉(zhuǎn)或側(cè)躺時(shí)自身能夠自動(dòng)地復(fù)原。 這是因?yàn)?，雖然采取了防止傾覆的措施，但這在運(yùn)動(dòng)裝置翻倒至其背部或側(cè)面時(shí)仍然可能 發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明，可以設(shè)置成用馬達(dá)的力矩來(lái)使運(yùn)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)并將其復(fù)原。這可以 由于下述原因而實(shí)現(xiàn)身體的重心(即重心)位置接近旋轉(zhuǎn)軸線或處在旋轉(zhuǎn)軸線上(見(jiàn)圖 2f)。因此，運(yùn)動(dòng)裝置具有使整個(gè)身體圍繞該軸線旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。這里，身體的旋轉(zhuǎn)或運(yùn)動(dòng)裝 置的旋轉(zhuǎn)與馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)相反地發(fā)生。如果已經(jīng)通過(guò)這些結(jié)構(gòu)措施實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，則運(yùn)動(dòng)裝置的外部形狀也可以被調(diào) 整成使得僅在運(yùn)動(dòng)裝置翻轉(zhuǎn)或側(cè)躺時(shí)，才發(fā)生身體或馬達(dá)圍繞該旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)。因此，可以在運(yùn)動(dòng)裝置的上側(cè)(即其背部)布置高點(diǎn)120(見(jiàn)圖1)，例如翅片、板或 鰭902 (見(jiàn)圖7)，使得運(yùn)動(dòng)裝置不能完全傾覆(即旋轉(zhuǎn)180度)。另外，還可以給運(yùn)動(dòng)裝置 側(cè)面布置突起，例如翅片、板或鰭904a、904b (見(jiàn)圖7)，使得運(yùn)動(dòng)裝置能夠容易地從側(cè)躺旋 轉(zhuǎn)到其正常的直立位置。這樣實(shí)現(xiàn)了下述情況通常沿水平方向作用的力Fh和通常沿垂直 方向作用的力Fv不會(huì)在運(yùn)動(dòng)裝置的傾覆狀態(tài)下與重力方向平行地作用。這樣，力Fh或Fv 可以對(duì)運(yùn)動(dòng)裝置產(chǎn)生復(fù)原效果。如前所述，腿或成排腿彼此的距離應(yīng)當(dāng)盡可能寬，從而盡可能地防止傾覆。這里， 兩排腿可以如圖2c和圖2e所示使其距離從上到下而增大，即，兩排腿的懸掛點(diǎn)(即腿的基 部)比這些腿的末端(即腿的尖部)具有更小的距離。相反，應(yīng)當(dāng)提供空間404(見(jiàn)圖2e) 來(lái)使這些腿可以從側(cè)面向內(nèi)彎折。該空間404有利地設(shè)置在運(yùn)動(dòng)裝置的身體與這些腿之間，可以具有V形凹部的形狀，即運(yùn)動(dòng)裝置的身體如圖2e所示從上向下成錐形。在復(fù)原旋 轉(zhuǎn)過(guò)程中，該空間404使腿能夠向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，以對(duì)于從側(cè)面位置到穩(wěn)定的直立正常位置實(shí)現(xiàn) 可能的最平穩(wěn)過(guò)渡。根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)裝置應(yīng)當(dāng)以這樣的方式移動(dòng)它盡可能多地模仿生物(尤其是 甲蟲(chóng)、昆蟲(chóng)、爬行動(dòng)物或其他小動(dòng)物)。在小生物這個(gè)意義上，為了使運(yùn)動(dòng)裝置的 移動(dòng)外觀實(shí)現(xiàn)可能的最逼真的外觀，運(yùn) 動(dòng)裝置應(yīng)當(dāng)具有以蛇形圖案漫游或蜿蜒運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。這是因?yàn)閮H沿一個(gè)方向的移動(dòng)對(duì)于用 戶或?qū)τ诘谌硕钥雌饋?lái)不太逼真。在一個(gè)方面，可以通過(guò)改變腿的剛度、腿的材料和/或偏心質(zhì)量的慣量來(lái)實(shí)現(xiàn)移 動(dòng)的任意性或隨機(jī)性。如果增大腿的剛度，則跳動(dòng)量減小，使得隨機(jī)移動(dòng)減少。相反，當(dāng)腿的 剛度(尤其是前驅(qū)動(dòng)腿的剛度與后腿相比)較低時(shí)，運(yùn)動(dòng)裝置沿隨機(jī)的一些方向移動(dòng)。雖 然腿的材料影響腿的剛度，但是材料選擇還具有另一效果。這是因?yàn)橥鹊牟牧峡梢员贿x擇 來(lái)將塵土吸引到腿的尖部，使得運(yùn)動(dòng)裝置可以由于相對(duì)于地面改變了粘著摩擦(sticking friction)而隨機(jī)地旋轉(zhuǎn)或沿不同方向移動(dòng)。偏心質(zhì)量的慣量也影響移動(dòng)圖案的隨機(jī)性。 這是因?yàn)閷?duì)于較大的慣量，運(yùn)動(dòng)裝置以較大的幅度跳動(dòng)，并使運(yùn)動(dòng)裝置能夠相對(duì)于地面撞 擊到其他相對(duì)位置。在一個(gè)方面，可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)裝置的彈性前端或前部108(見(jiàn)圖1和圖5)來(lái)實(shí)現(xiàn)移 動(dòng)的任意性或隨機(jī)性。這是因?yàn)槿绻\(yùn)動(dòng)裝置與另一物體碰撞，則運(yùn)動(dòng)裝置會(huì)沿隨機(jī)方向 反彈。因此，運(yùn)動(dòng)裝置不是總試圖與障礙物對(duì)抗，而是由于反彈而改變其移動(dòng)方向并從而能 夠繞過(guò)該障礙物。這里，不需要傳感器；相反，僅通過(guò)機(jī)械的措施實(shí)現(xiàn)了看起來(lái)智能的行為。運(yùn)動(dòng)裝置的前端或前部108可以具有彈性特性，尤其可以由具有低摩擦系數(shù)的軟 材料來(lái)生產(chǎn)。具有約65(或更小)的硬度計(jì)值的橡膠可以用在這里，以獲得可以較為容易 地被壓入的撓性前端。另外，前端或前部108應(yīng)當(dāng)具有會(huì)集至一點(diǎn)的構(gòu)造，使該前端能夠更 容易地被壓入并從而促進(jìn)彈回，使得運(yùn)動(dòng)裝置的尖部盡可能多地進(jìn)行側(cè)面撞擊以產(chǎn)生新的 撞擊。這樣，能夠通過(guò)前端的形狀來(lái)使運(yùn)動(dòng)裝置沿不同的方向偏轉(zhuǎn)。另外，腿的特性還在對(duì)障礙物的撞擊過(guò)程中起作用。這是因?yàn)槿绻麑⑼葮?gòu)造成使 得在發(fā)生撞擊時(shí)運(yùn)動(dòng)裝置略微圍繞垂直軸線轉(zhuǎn)向，則會(huì)更快地實(shí)現(xiàn)繞開(kāi)障礙物的移動(dòng)。最后，對(duì)于與障礙物撞擊時(shí)的偏轉(zhuǎn)行為，運(yùn)動(dòng)裝置的速度也是重要的。這是因?yàn)樵?更高的速度下，反彈效果也更大，從而使運(yùn)動(dòng)裝置以不同的角度撞擊并能夠繞過(guò)的可能性 也因而增大。圖3a-圖3c示出了不同的腿構(gòu)造。向前移動(dòng)在這些圖中都是指向右側(cè)。在圖3a的左上圖中，腿被連接到支柱(brace)。這些支柱被用來(lái)增大這些腿的剛 度，同時(shí)保持長(zhǎng)腿的外觀。支柱可以沿腿的高度方向任意地布置。尤其是，對(duì)于與左側(cè)支柱 相反的右側(cè)支柱使用不同的支柱設(shè)定，以在不必改變腿的長(zhǎng)度的情況下改變腿的特性。這 樣，產(chǎn)生了另一種可能的對(duì)于操縱進(jìn)行的校正。圖3a的右上圖示出了具有多條彎曲腿的總體實(shí)施例。這里，注意那些中間腿(即 除了兩條前腿和兩條后腿之外其他的全部腿)可以被構(gòu)造成使它們不接觸地面。這樣，腿 的生產(chǎn)更加容易，因?yàn)閷?duì)于設(shè)定移動(dòng)行為而言可以不考慮中間腿。只有在可選的情況下利 用中間腿的重量來(lái)設(shè)定移動(dòng)行為。
圖3a的下部(左側(cè)和右側(cè))圖示出了額外的附件或突起，他們可以用來(lái)給運(yùn)動(dòng)裝 置賦予逼真的外觀。這些附件或突起在運(yùn)動(dòng)裝置移動(dòng)時(shí)一起振動(dòng)。對(duì)這些附件或突起進(jìn)行 的調(diào)節(jié)也可以用來(lái)產(chǎn)生期望的移動(dòng)行為或期望的共振行為，以在移動(dòng)行為中產(chǎn)生更多的任 眉、t 生ο圖3b示出了另外的腿構(gòu)造。上部(左側(cè)和右側(cè))圖示出了腿在身體上的連接可 以在與圖3a所示各種實(shí)施例相比不同的位置處進(jìn)行。除了外觀的差異，還將腿在更高的地 方連接在身體上，利用這種情況來(lái)在不使身體的重心(即重心)升高的情況下使腿具有更 長(zhǎng)的構(gòu)造。此外，更長(zhǎng)的腿具有更小的剛度，這除了其他特性之外還可能增大跳動(dòng)。圖3b 下部的 圖示出了后腿的一種可替換實(shí)施例，在該實(shí)施例中，兩條腿彼此連接。圖3c示出了另外的腿構(gòu)造。左上圖示出的實(shí)施例具有數(shù)目盡可能少的腿，即一條 后腿和兩條前腿。將后腿布置在左側(cè)和右側(cè)起到了轉(zhuǎn)舵的作用，因此被用來(lái)控制運(yùn)動(dòng)裝置 的方向。如果使用的后腿具有低摩擦系數(shù)，則如前所述，運(yùn)動(dòng)裝置的速度會(huì)增大。圖3c的下部左側(cè)圖示出了具有三條腿的實(shí)施例，其中設(shè)有一條前腿和兩條后腿。 可以通過(guò)后腿來(lái)對(duì)控制進(jìn)行設(shè)定，一條后腿布置在另一條后腿的前方。圖3c的上部右側(cè)圖示出的運(yùn)動(dòng)裝置具有顯著更改的后腿，這些后腿具有類似于 蝗蟲(chóng)的外觀。后腿的下側(cè)置于地面上，從而還減小了相對(duì)于地面的摩擦。另外，這樣，運(yùn)動(dòng) 裝置受到地面上的起伏或孔洞的影響更小。運(yùn)動(dòng)裝置因而可以更容易地滑過(guò)地面上的起伏 或孔洞。圖3c的下部右側(cè)圖示出的運(yùn)動(dòng)裝置中，中間腿相對(duì)于前腿和后腿被抬起。這樣， 中間腿主要起到美觀的作用。但是它們也可以用來(lái)影響翻滾行為。另外，運(yùn)動(dòng)裝置的跳動(dòng) 行為也可以通過(guò)它的重量來(lái)調(diào)節(jié)。圖4a和圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人，其中，這 些后腿可以在高度方面彼此獨(dú)立地受到調(diào)節(jié)。后腿可以由剛性的和/或撓性的金屬絲來(lái)生 產(chǎn)，或由其他合適的材料(例如塑料)來(lái)生產(chǎn)。使用可調(diào)節(jié)的后腿使得用戶能調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)裝 置的移動(dòng)行為。尤其是，移動(dòng)方向例如可以從向左的曲線經(jīng)過(guò)直線移動(dòng)而調(diào)節(jié)到向右的曲 線。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)裝置或玩具機(jī)器人，其中布置有額外 的翅片、板或鰭902、904a、904b。這些翅片、板或鰭可以布置在上方902和側(cè)面904a、904b， 以影響運(yùn)動(dòng)裝置的翻滾行為。尤其是，這些翅片、板或鰭902、904a、904b可以構(gòu)造成使得外 側(cè)的點(diǎn)位置處在虛擬的圓柱體上或接近該虛擬的圓柱體。這樣，當(dāng)運(yùn)動(dòng)裝置翻轉(zhuǎn)或側(cè)躺時(shí) 可以與圓柱體類似的方式旋轉(zhuǎn)。因此運(yùn)動(dòng)裝置能夠較快的復(fù)原其自身。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)動(dòng)裝置，尤其是玩具機(jī)器人，包括多條腿，以及振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置具有彈性的前端或彈性的前部，使得所述運(yùn)動(dòng)裝置在撞擊 到障礙物時(shí)反彈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述彈性的前端或彈性的前部由橡 膠制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述彈性的前端或彈性的前部具 有會(huì)集至一點(diǎn)的構(gòu)造。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置的腿沿偏 離垂直方向的方向傾斜。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述腿的基部相對(duì)于所 述腿的尖部在所述運(yùn)動(dòng)裝置上被布置得更靠前。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，兩條或更多條腿，尤其是 前腿，適于在所述運(yùn)動(dòng)裝置因所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器而振動(dòng)時(shí)彎折。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器能夠產(chǎn) 生方向向上的力(Fv)，所述力適于使所述運(yùn)動(dòng)裝置跳動(dòng)或從地面抬起前腿。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器能夠產(chǎn) 生朝向側(cè)向的力(Fh)，所述力在所述運(yùn)動(dòng)裝置的前端被抬起時(shí)產(chǎn)生使運(yùn)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)的趨 勢(shì)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置被構(gòu)造成 使得所述運(yùn)動(dòng)裝置的后腿只在后方滑動(dòng)而不跳動(dòng)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，后腿的幾何特征被構(gòu)造 成使得獲得不同的制動(dòng)效果或拖曳效果。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，后腿的幾何特征被構(gòu)造 成使得因所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)而造成的旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)受到抵消。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，與其他前腿相比，更多 重量被移動(dòng)到一條前腿上。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，一條后腿的長(zhǎng)度相對(duì)于 其他后腿被增大。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，一側(cè)的腿的剛度相對(duì)于 另一側(cè)的腿被增大。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，一條后腿具有比另一側(cè) 的其他后腿更厚的構(gòu)造。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，后腿之一被布置得比其 他后腿更靠前。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，其特征在于，所述腿被 布置成兩排腿。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，給每排腿設(shè)置兩條、三條、四條、五 條或六條腿。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述腿由支柱彼此連 接，以增大所述腿的剛度。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，后腿被設(shè)置成能夠在高 度方面彼此獨(dú)立地受到調(diào)節(jié)。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，前腿的剛度比后腿的剛 度低。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，相對(duì)于前腿或驅(qū)動(dòng)腿， 后腿的制動(dòng)力或拖曳力被減小。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置在翻轉(zhuǎn)或 側(cè)躺時(shí)能夠復(fù)原其自身。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置被構(gòu)造成 由于所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的力矩效果而旋轉(zhuǎn)并復(fù)原其自身。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置的重心或 身體的重心被布置在所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)軸線上或接近該軸線。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置的上側(cè)突 起，以使所述運(yùn)動(dòng)裝置在振動(dòng)過(guò)程中的自動(dòng)復(fù)原得以簡(jiǎn)化。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置的上側(cè)設(shè) 有高點(diǎn)，使得所述運(yùn)動(dòng)裝置不能傾覆到完全翻轉(zhuǎn)。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，其背部布置有翅片、板 或鰭。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置的側(cè)面布 置有翅片、板或鰭。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述翅片、板或鰭構(gòu)造成使得 它們的外側(cè)點(diǎn)處于虛擬的圓柱體上或接近該圓柱體。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置的身體與 所述運(yùn)動(dòng)裝置的腿之間設(shè)有空間，尤其是V形凹部，使得在復(fù)原過(guò)程中所述腿能夠向內(nèi)偏轉(zhuǎn)。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述腿被布置在所述運(yùn) 動(dòng)裝置上，尤其是布置在所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)軸線側(cè)面。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述腿在所述運(yùn)動(dòng)裝置 上被安裝到重心上方。
34.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述腿被安裝在側(cè)面并 位于所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)軸線的上方。
35.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器能夠產(chǎn) 生方向向下的力(Fv)，所述力適于使至少前腿偏轉(zhuǎn)，從而使所述運(yùn)動(dòng)裝置向前移動(dòng)。
36.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述腿是彎曲并且撓性的。
37.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器具有馬達(dá)和偏心重量。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述偏心重量被布置在所述馬達(dá)、廣.> .目丨J萬(wàn)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述偏心重量被布置在前腿 的前方。
40.根據(jù)權(quán)利要求37-39中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸線 沿所述運(yùn)動(dòng)裝置的縱向軸線延伸。
41.根據(jù)權(quán)利要求37-40中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，電池被布置在所述運(yùn) 動(dòng)裝置的后部。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述電池和所述馬達(dá)都布置在所 述腿之間。
43.根據(jù)權(quán)利要求37-42中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，開(kāi)關(guān)被布置在所述馬 達(dá)與所述電池之間。
44.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)裝置具有甲 蟲(chóng)、昆蟲(chóng)、爬行動(dòng)物或某種其他動(dòng)物的形狀。
全文摘要
一種運(yùn)動(dòng)裝置，尤其是玩具機(jī)器人(100)，包括多條腿(104)以及振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(202，210)。所述運(yùn)動(dòng)裝置可具有彈性的前端或彈性的前部(802)，使得所述運(yùn)動(dòng)裝置在撞擊到障礙物時(shí)反彈。該彈性的前端或彈性的前部有利地由橡膠構(gòu)成。此外，該彈性的前端或彈性的前部有利地具有會(huì)集至一點(diǎn)(108)的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)A63H11/02GK102137698SQ201080001431
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者大衛(wèi)·安東尼·諾曼, 約爾·瑞甘·卡特, 羅伯特·H·米姆利特施三世, 道格拉斯·邁克爾·加勒蒂 申請(qǐng)人:首創(chuàng)公司