运动装置，尤其是具有振动马达以及弹性前端的玩具机器人.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 102137698 B (45)授权公告日 2013.07.17 CN 102137698 B *CN102137698B* (21)申请号 201080001431.X (22)申请日 2010.09.24 61/246,023 2009.09.25 US A63H 11/02(2006.01) A63H 17/26(2006.01) A63H 29/22(2006.01) (73)专利权人 创首公司 地址 美国德克萨斯州 (72)发明人 大卫安东尼诺曼 罗伯特H米姆利特施三世 约尔瑞甘卡特 道格拉斯迈克尔加勒蒂 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公 司 。

2、31100 代理人 张兰英 (54) 发明名称 运动装置， 尤其是具有振动马达以及弹性前 端的玩具机器人 (57) 摘要 一种运动装置， 尤其是玩具机器人 (100)， 包括多条腿 (104) 以及振动驱动器 (202， 210)。 所述运动装置可具有弹性的前端或弹性的前部 (802)， 使得所述运动装置在撞击到障碍物时反 弹。该弹性的前端或弹性的前部有利地由橡胶构 成。 此外， 该弹性的前端或弹性的前部有利地具有 会集至一点 (108) 的结构。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2010.10.26 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2010/050266 20。

3、10.09.24 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/038274 EN 2011.03.31 (51)Int.Cl. 审查员 布文峰 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 10 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书2页 说明书7页 附图10页 (10)授权公告号 CN 102137698 B CN 102137698 B *CN102137698B* 1/2 页 2 1. 一种车辆， 包括 ： 多条腿， 以及振动驱动器， 其特征在于， 所述车辆具有点状反弹的前端或点状反弹的前部， 所述振动驱动器包括 马达和偏心重量， 其中， 所述偏心重量被布置在。

4、所述马达前方， 使得所述车辆在撞击到障碍 物时反弹， 并且不使用传感器或任何其它操纵运动的控制器件就能避开障碍物。 2. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述反弹的前端或反弹的前部由橡胶制 成。 3. 根据前述权利要求中任一项所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆的腿沿偏离垂直方 向的方向倾斜。 4. 根据权利要求 3 所述的车辆， 其特征在于， 所述腿的基部相对于所述腿的尖部在所 述车辆上被布置得更靠前。 5. 根据权利要求 4 所述的车辆， 其特征在于， 前腿适于在所述车辆因所述振动驱动器 而振动时弯折。 6. 根据权利要求 3 所述的车辆， 其特征在于， 所述振动驱动器能够产。

5、生方向向上的力 （Fv） ， 所述力适于使所述车辆跳动或从地面抬起前腿。 7. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述振动驱动器能够产生朝向侧向的力 （Fh） ， 所述力在所述车辆的前端被抬起时产生使车辆旋转的趋势。 8. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆被构造成使得所述车辆的后腿 只在后方滑动而不跳动。 9. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 后腿的几何特征被构造成使得获得不同 的制动效果或拖曳效果。 10. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 后腿的几何特征被构造成使得因所述振 动驱动器的振动而造成的旋转趋势受到抵消。 11. 根据权。

6、利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 与其他前腿相比， 更多重量被移动到一 条前腿上。 12. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 一条后腿的长度相对于其他后腿被增 大。 13. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 一侧的腿的刚度相对于另一侧的腿被增 大。 14. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 一条后腿具有比另一侧的其他后腿更厚 的构造。 15. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 后腿之一被布置得比其他后腿更靠前。 16. 根据权利要求 3 所述的车辆， 其特征在于， 其特征在于， 所述腿被布置成两排腿。 17. 根据权利要求 16 所述的车辆。

7、， 其特征在于， 给每排腿设置两条、 三条、 四条、 五条或 六条腿。 18. 根据权利要求 3 所述的车辆， 其特征在于， 所述腿由支柱彼此连接， 以增大所述腿 的刚度。 19. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 后腿被设置成能够在高度方面彼此独立 地受到调节。 权 利 要 求 书 CN 102137698 B 2 2/2 页 3 20. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 前腿的刚度比后腿的刚度低。 21. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 相对于前腿或驱动腿， 后腿的制动力或 拖曳力被减小。 22. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆。

8、在翻转或侧躺时能够复原其自 身。 23. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆被构造成由于所述振动驱动器 的力矩效果而旋转并复原其自身。 24. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆的重心或身体的重心被布置在 所述振动驱动器的旋转轴线上或接近该轴线。 25. 根据权利要求 23 所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆的上侧突起， 以使所述车辆在 振动过程中的自动复原得以简化。 26. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆的上侧设有高点， 使得所述车 辆不能倾覆到完全翻转。 27. 根据权利要求 26 所述的车辆， 其特征在于， 其背部布置有翅。

9、片、 板或鳍。 28. 根据权利要求 26 所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆的侧面布置有翅片、 板或鳍。 29.根据权利要求27或28所述的车辆， 其特征在于， 所述翅片、 板或鳍构造成使得它们 的外侧点处于虚拟的圆柱体上或接近该圆柱体。 30. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆的身体与所述车辆的腿之间设 有 V 形凹部， 使得在复原过程中所述腿能够向内偏转。 31. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述腿被布置在所述车辆上， 所述腿布 置在所述振动驱动器的旋转轴线侧面。 32. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述腿在所述车辆上被安装到重。

10、心上 方。 33. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述腿被安装在侧面并位于所述振动驱 动器的旋转轴线的上方。 34. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述振动驱动器能够产生方向向下的力 （Fv） ， 所述力适于使至少前腿偏转， 从而使所述车辆向前移动。 35. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述腿是弯曲并且挠性的。 36. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述偏心重量被布置在前腿的前方。 37. 根据权利要求 36 所述的车辆， 其特征在于， 所述马达的旋转轴线沿所述车辆的纵 向轴线延伸。 38. 根据权利要求 36 37 中任一项所。

11、述的车辆， 其特征在于， 电池被布置在所述车辆 的后部。 39. 根据权利要求 38 所述的车辆， 其特征在于， 所述电池和所述马达都布置在所述腿 之间。 40. 根据权利要求 39 所述的车辆， 其特征在于， 开关被布置在所述马达与所述电池之 间。 41. 根据权利要求 1 所述的车辆， 其特征在于， 所述车辆具有昆虫、 或爬行动物的形状。 42. 根据权利要求 41 所述的车辆， 其特征在于， 所述昆虫包括甲虫。 权 利 要 求 书 CN 102137698 B 3 1/7 页 4 运动装置， 尤其是具有振动马达以及弹性前端的玩具机器 人 0001 相关申请的引用 0002 本申请要求于 。

12、2009 年 9 月 25 日递交的美国临时专利申请号 61,246,023 的优先 权， 通过引用将其全部内容包含在本说明书中。 技术领域 0003 本发明涉及带有振动驱动器的运动装置， 尤其涉及带有振动马达和几条腿的玩具 机器人 (toy robot)， 其中， 这些玩具机器人模仿小的活体爬行动物或甲虫。 背景技术 0004 现有技术中已知带有振动马达的运动装置， 本领域技术人员一般将其称为 “振动 机器人 (vibrobot)” 。 0005 “振动机器人” 的一种具体形式是所谓的 “刷毛机器人 (bristlebot)” ， 它由切除的 牙刷头、 电池以及振动马达组成。 “牙刷机器人”。

13、 由牙刷头的刷毛支撑在地上 ； 因此这些刷毛 在某种程度上对应于 “刷毛机器人” 的腿。电池和振动马达都布置在牙刷头的顶上。由于 振动， 整个牙刷头被设定成振动情形， 使得 “刷毛机器人” 能够向前移动。 0006 但是，“刷毛机器人” 向前移动的类型以及该机器人的机械特性在许多方面都不令 人满意。在一个方面， 从用户或他人的角度来看，“刷毛机器人” 不怎么像活体甲虫， 而仅像 是个振动的牙刷头。 发明内容 0007 本发明涉及根据权利要求 1 或权利要求 2 的运动装置。从属权利要求涉及本发明 的有利构造。 0008 本发明的运动装置具有多条腿并具有振动驱动器。在本发明中，“运动装置” 指的。

14、 是任何类型的移动机器人， 尤其是一般的玩具机器人， 以及具有甲虫或其他某种动物、 昆虫 或爬行动物形状的玩具机器人。 0009 根据本发明的一个方面， 运动装置的腿可以被转动 (angle) 或弯曲， 并且是挠性 的。振动马达可以产生方向向下的力 (Fv)， 并适于至少使前腿偏转， 从而运动装置向前移 动。运动装置的这些腿优选的沿从垂直方向偏斜的方向倾斜。这些腿的基部因此在运动装 置上被布置得比腿的尖部更靠前。尤其是， 前腿适于在运动装置因振动马达而振动的时候 偏转。 相反， 振动马达也可以产生方向向上的力(Fv)， 并适于使运动装置跳动或使前腿从地 面抬起。 0010 根据本发明的另一个方。

15、面， 后腿的几何特征可以被构造成使得实现不同的制动效 果或拖曳效果。换言之， 后腿的几何特征可以被构造成使得因振动马达的振动而造成的旋 转的趋势受到抵消。在前腿的抬起过程中， 旋转的偏心重量相对于运动装置的纵向轴线沿 侧向移动， 使得在没有采取对策的情况下运动装置将沿着曲线移动。可以通过各种方式来 说 明 书 CN 102137698 B 4 2/7 页 5 采取对策 ： 与一条前腿相比， 可以使更多重量被移到另一条前腿。 后腿的长度可以比另一后 腿长。一侧的腿的刚度可以相对于另一侧的腿而被增大。后腿可以具有比另一侧的其他后 腿更厚的构造。后腿之一可以被布置得比另一后腿更靠前。 0011 根据。

16、本发明的另一个方面， 运动装置可以被构造成通过振动马达的旋转力矩来旋 转并使其自身复原。这例如可以通过下述方式实现 ： 运动装置或身体的重心位于振动马达 的旋转轴线上或接近该轴线。另外， 运动装置的侧面和上侧可以被构造成使运动装置在振 动过程中能够自动复原。 这样， 可以在运动装置的上侧设置高点， 使得运动装置不能够上侧 完全地朝下翻倒。但是， 也可以在运动装置的侧面和 / 或背上布置翅片、 板或鳍， 它们的外 侧点有利地布置在虚拟的圆柱体上或接近虚拟的圆柱体。 0012 根据本发明的另一个方面， 这些腿可以布置成两排腿， 其中， 运动装置的身体与运 动装置的这些腿之间存在空间， 具体而言指 。

17、V 形凹部， 使得在复原旋转中这些腿能够向内 弯折。这样， 如果运动装置颠覆， 则运动装置的复原运动得以简化。有利的是， 这些腿被布 置成两排腿， 并且布置在侧面并高于振动马达的旋转轴线。 0013 根据本发明的另一个方面， 运动装置可以具有弹性的前端或弹性的前部， 使得运 动装置在撞击到障碍物时反弹。弹性前端或弹性前部有利地由橡胶构成。另外， 弹性前端 或弹性前部有利地具有会集至一点的构造。 这样， 运动装置能够容易地绕开障碍物， 而无需 为操纵运动而使用传感器或某些其他控制器件。 0014 根据本发明的另一个方面， 振动驱动器可以具有马达和偏心重量， 其中， 偏心重量 布置在前腿的前方。这。

18、样， 非常有助于前腿的抬起运动， 其中后腿尽可能地保持在地面上 ( 但也可能略有反弹 )。具体而言， 偏心重量被布置在马达前方。另外， 电池有利地布置在 运动装置的后部， 以增大后腿上的重量。电池和马达都有利的布置在这些腿之间。马达的 旋转轴线可以沿着运动装置的纵向轴线延伸。 0015 根据本发明的原理， 运动装置可以被构造成具有振动马达， 并可以在前进速度、 向 前运动的稳定性、 漫游的趋势、 对自身进行复原的能力和 / 或独特性方面复制有机生命形 式 ( 尤其是活体甲虫或其他小动物 )。 0016 本发明可以是一种装置， 尤其是带有振动驱动器的运动装置或玩具机器人， 以实 现下述目标中的一。

19、项或多项 ： 0017 1. 各种构造形式的、 具有挠性腿并具有振动马达的运动装置 ； 0018 2. 使运动装置的速度尽可能大 ； 0019 3. 改变运动装置的主导运动方向 ； 0020 4. 防止运动装置的倾覆 ； 0021 5. 生产能够对自身进行复原的运动装置 ； 0022 6. 产生模仿活体动物 ( 尤其是甲虫、 昆虫、 爬行动物或其他小动物 ) 的运动 ； 0023 7. 产生多种运动模式， 使得运动装置在其运动方面看起来不同， 以提供许多不同 的运动装置类型 ； 0024 8. 在遇到障碍物时显示出明显的智能。 0025 下面的详细说明中结合附图来详细说明这些方面以及如何实现它。

20、们。 附图说明 说 明 书 CN 102137698 B 5 3/7 页 6 0026 图 1a 和图 1b 示出了根据本发明第一实施例的运动装置或玩具机器人 ； 0027 图2a-图2f示出了根据本发明的一种实施例， 可能作用于运动装置或玩具机器人 上的大致的力 ( 图 2c 示出了从正面看去的视图 )。 0028 图 3a- 图 3c 示出了根据本发明各种其他实施例的运动装置或玩具机器人， 其中， 腿的构造被改变 ； 0029 图4a和图4b示出了根据本发明另一种实施例的运动装置或玩具机器人， 其中， 后 腿是可调的 ； 0030 图 5 示出了根据本发明的另一种实施例， 具有挠性前端的运。

21、动装置或玩具机器 人 ； 0031 图 6a 和图 6b 示出了第一实施例的运动装置或玩具机器人 ； 0032 图 7 示出了根据本发明另一种实施例的运动装置或玩具机器人， 其中布置有附加 的翅片、 板或鳍。 具体实施方式 0033 图 1a 和图 1b 示出了根据本发明第一实施例的运动装置或玩具机器人。 0034 通过振动而驱动的运动装置 100( 例如微型玩具机器人 ) 可以具有带有两条或 更多条腿 104 的身体， 当该运动装置以造成运动装置沿某个方向移动的趋势的方式振动 时， 这些腿适于弯折。例如， 这些腿可以沿从垂直方向稍微偏斜的方向弯折或倾斜， 并可以 由可弯折或可偏转的材料制成。。

22、运动装置的身体可以包括马达以产生振动， 并可以具有 较低的重心。身体的上侧的形状可以是突起的， 以简化振动过程中运动装置的自动复原 (self-righting)。拖后的腿 ( 即后腿 ) 的几何特征可以构造成使得 ( 例如对于腿的长度 或厚度 ) 实现不同的制动或拖曳效果， 用来抵消由于马达的振动带来的旋转趋势， 或者用 来造成沿某方向的旋转趋势。如果使用多条腿， 则一些腿 ( 例如布置在前部的 “驱动” 腿与 后部的 “拖曳” 腿之间的那些腿 ) 可以具有稍短的构造， 以防止额外的制动或拖曳效果。 0035 图2a-图2f示出了根据本发明的一种实施例， 可能作用于运动装置或玩具机器人 上的。

23、大致的力 ( 图 2c 示出了从正面看去的视图 )。 0036 马达使偏心重量旋转， 产生如图 2a- 图 2d 所示的力矩和力。如果垂直力 Fv 是负 的 ( 即方向向下 )， 则具有这样的效果 ： 可能倾斜和 / 或弯曲的那些腿受到偏转， 并且运动 装置的身体 ( 直到与表面接触的腿部 ) 向前移动。如果垂直力 Fv 是正的 ( 即方向向上 )， 则具有这样的效果 ： 运动装置开始跳动 (hop)， 使得前腿从地面抬起并且这些腿恢复到它 们正常的几何形状 ( 即， 不存在由外力效果造成的额外弯折 )。在这种运动过程中， 一些腿 (尤其是两条后腿)随后仅仅滑动而不跳动。 振荡的偏心重量可以每。

24、秒旋转几百次， 使得运 动装置振动并沿通常向前的方向移动。 0037 马达的旋转还造成侧向的垂直力 Fh( 见图 2b 和图 2c)， 该力在运动装置的前端被 抬起时指向一个方向(向右或向左)， 而在运动装置的前端被下压时指向另一个方向。 当运 动装置的前端被抬起时， 该力 Fh 造成运动装置进一步旋转或具有使运动装置进一步旋转 的趋势。这种现象可能造成旋转运动 ； 另外， 也可以对不同的移动特性进行操纵， 尤其是速 度、 移动的主导方向、 倾斜、 以及自动复原过程。 0038 腿的几何特征的一个重要特征是腿的 “基部” ( 即与身体相连的那部分腿， 因此在 说 明 书 CN 10213769。

25、8 B 6 4/7 页 7 某种程度上是 “髋关节” ) 相对于腿的尖部 ( 即与地面接触的、 腿的另一端 ) 的相对位置。 通过改变这些挠性 (flexible) 腿的构造， 运动装置的移动行为可以被改变。 0039 运动装置沿着根据腿的基部位置的方向移动， 该基部位置被布置在这条腿的尖部 的位置前方。如果垂直力 Fv 是负的， 则运动装置的身体受到下压。因此， 身体被倾斜， 使得 腿的基部围绕腿的尖部向该表面旋转， 从而使身体接着从腿的尖部向腿的基部移动。 相反， 如果腿的基部被布置在腿的尖部的垂直上方， 则运动装置仅仅跳动而不沿一个大致 ( 垂 直 ) 的方向移动。 0040 与直的腿相。

26、比， 腿的弯曲构造通过增大腿的偏转而强调了向前移动。 0041 可以通过各种方式使运动装置速度尽可能大。为了改善应当模仿甲虫、 昆虫或爬 行动物的产品的视觉感受、 使之确实像活体生物一样动作， 运动装置速度的增大是重要的。 影响速度的因素是振动频率和幅度、 腿的材料 ( 例如， 后腿的摩擦较低会使速度较高 )、 腿 的长度、 腿的偏转特性、 一条腿相对于另一条腿的几何特征、 以及腿的数目。 0042 振动频率 ( 即马达的旋转速度 ) 和运动装置速度是直接成比例的。即， 当增大马 达的振荡频率而其他全部因素保持不变时， 运动装置将会更快地移动。 0043 腿的材料具有对于速度有影响的多种特性。。

27、 腿的摩擦特性决定了作用于运动装置 上的制动力或拖曳力。由于腿的材料可以增大相对于表面的摩擦系数， 所以在此情况下运 动装置的制动力或拖曳力也增大， 从而使运动装置变慢。因此， 给腿 ( 尤其是后腿 ) 选择具 有低摩擦系数的材料是重要的。例如， 具有约 65 的硬度计值 (durometer value) 的聚苯乙 烯丁二烯苯乙烯是合适的。腿的材料特性还 ( 作为腿的厚度和腿的长度的函数 ) 影响 刚度， 刚度最终决定了运动装置会显示出多大的跳动效果。 如果腿的总刚度增大， 则运动装 置的速度也更高。相反， 更长和更薄的腿减小了腿的刚度， 因而运动装置的速度会更低。 0044 现在， 如果与。

28、上述措施相应地降低后腿的制动力或拖曳力 ( 或制动 / 拖曳系数 )， 尤其是与前腿(即驱动腿)相比降低， 则速度将显著增大， 这是因为仅有后腿会产生制动力 或拖曳力。 0045 运动装置运动的主导方向可以以各种方式受到影响。尤其是， 通过特定腿上的重 量负荷、 腿的数目、 腿的布置、 腿的刚度、 以及相应的制动系数或拖曳系数， 可以调节移动方 向， 0046 自然的侧向作用力 Fh 使运动装置旋转 ( 见图 2b、 图 2c 和图 2d)。如果运动装置 要向前直线移动， 则必须抵消这个力。这可以通过腿的几何特征并通过给腿合适地选择材 料来实现。 0047 如图 2c 和图 2d 所示， 通过。

29、其偏心旋转重量， 马达产生 ( 方向略微倾斜的 ) 速度矢 量 Vmotor， 该速度矢量的侧向分量是由侧向作用的力 Fh 引起的 ( 图 2c 从运动装置的前方 视角示出了该力的效果)。 如果要改变这个移动方向， 则作用在腿上的反作用力F1至F4(见 图 2d) 中的一个或多个必须引起不同的速度矢量。这可以通过下述方式 ( 单独地或相结合 地 ) 实现 ： 0048 (1) 影响驱动腿的驱动矢量 F1 或 F2， 以抵消速度矢量 Vmotor ： 在图 2d 所示情形 的情况下， 可以将更多重量转移到右前腿上， 以增大速度矢量 F2， 从而侧向地抵消速度矢量 Vmotor。( 相反， 对于造。

30、成速度矢量倾斜向右的相反马达旋转方向， 要将更多重量转移到左 前腿上。) 说 明 书 CN 102137698 B 7 5/7 页 8 0049 (2) 影响制动矢量或拖曳矢量 F3 或 F4， 以抵消速度矢量 Vmotor ： 这可以通过下述 方式来实现 ： 增大右后腿的长度或增大右后腿的制动系数或拖曳系数， 以增大图 2d 所示的 速度矢量 F4。( 相反， 对于造成速度矢量倾斜向右的相反马达旋转方向， 要相应地改变左后 腿。) 0050 (3) 增大右侧腿的刚度 ( 例如通过增大腿的厚度 )， 以增大图 2d 所示的速度矢量 F2和F4。 (相反， 对于造成速度矢量倾斜向右的相反马达旋转。

31、方向， 要相应地增大左侧腿的 刚度。) 0051 (4)改变后腿的相对位置， 使制动矢量或拖曳矢量指向与速度矢量相同的方向。 在 图 2d 所示速度矢量 Vmotor 的情况下， 右后腿必需被布置得比左后腿更靠前。( 相反， 对于 造成速度矢量倾斜向右的相反马达旋转方向， 要将左后腿布置得比右后腿更靠前。) 0052 可以使用不同的措施来防止运动装置倾覆， 或减小倾覆的风险 ( 这种风险在现有 技术的 “振动机器人” 中很大 ) ： 0053 有利地， 根据本发明的运动装置具有尽可能最低的身体重心 ( 即重心 )， 见图 2e。 另外， 腿 ( 具体指右侧那排腿以及左侧那排腿 ) 的位置应当彼。

32、此分开较远。根据本发明， 腿 或成排腿被布置在运动装置侧面， 尤其是马达旋转轴线侧面。 尤其是， 腿或成排腿在重心上 方被连接到运动装置的身体 ( 见图 2c、 图 2e 和图 2f)， 即， 腿的基部或悬挂点各自在重心上 方被安装到运动装置的身体 ( 也参见图 1)。相对于马达的旋转轴线， 腿被安装或悬挂到侧 面并处于该旋转轴线上方 ( 见图 2c 和图 2e)。这使得马达和电池 ( 可选地， 还有开关 ) 都 能被布置在这些腿之间。 这样， 身体的重心可以被布置得很接近地面， 以防止运动装置倾覆 或减小倾覆的风险。 0054 此外， 还可以使用各种措施来使运动装置在翻转或侧躺时自身能够自动。

33、地复原。 这是因为， 虽然采取了防止倾覆的措施， 但这在运动装置翻倒至其背部或侧面时仍然可能 发生。 0055 根据本发明， 可以设置成 ： 用马达的力矩来使运动装置旋转并将其复原。这可以 由于下述原因而实现 ： 身体的重心 ( 即重心 ) 位置接近旋转轴线或处在旋转轴线上 ( 见图 2f)。因此， 运动装置具有使整个身体围绕该轴线旋转的趋势。这里， 身体的旋转或运动装 置的旋转与马达的旋转相反地发生。 0056 如果已经通过这些结构措施实现了旋转趋势， 则运动装置的外部形状也可以被调 整成使得 ： 仅在运动装置翻转或侧躺时， 才发生身体或马达围绕该旋转轴线的旋转。 0057 因此， 可以在运。

34、动装置的上侧(即其背部)布置高点120(见图1)， 例如翅片、 板或 鳍 902( 见图 7)， 使得运动装置不能完全倾覆 ( 即旋转 180 度 )。另外， 还可以给运动装置 侧面布置突起， 例如翅片、 板或鳍 904a、 904b( 见图 7)， 使得运动装置能够容易地从侧躺旋 转到其正常的直立位置。 这样实现了下述情况 ： 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 不会在运动装置的倾覆状态下与重力方向平行地作用。这样， 力 Fh 或 Fv 可以对运动装置产生复原效果。 0058 如前所述， 腿或成排腿彼此的距离应当尽可能宽， 从而尽可能地防止倾覆。这里， 两排腿可以如图。

35、 2c 和图 2e 所示使其距离从上到下而增大， 即， 两排腿的悬挂点 ( 即腿的基 部 ) 比这些腿的末端 ( 即腿的尖部 ) 具有更小的距离。相反， 应当提供空间 404( 见图 2e) 来使这些腿可以从侧面向内弯折。该空间 404 有利地设置在运动装置的身体与这些腿之 说 明 书 CN 102137698 B 8 6/7 页 9 间， 可以具有 V 形凹部的形状， 即运动装置的身体如图 2e 所示从上向下成锥形。在复原旋 转过程中， 该空间 404 使腿能够向内偏转， 以对于从侧面位置到稳定的直立正常位置实现 可能的最平稳过渡。 0059 根据本发明的运动装置应当以这样的方式移动 ： 它。

36、尽可能多地模仿生物 ( 尤其是 甲虫、 昆虫、 爬行动物或其他小动物 )。 0060 在小生物这个意义上， 为了使运动装置的移动外观实现可能的最逼真的外观， 运 动装置应当具有以蛇形图案漫游或蜿蜒运动的趋势。 这是因为仅沿一个方向的移动对于用 户或对于第三人而言看起来不太逼真。 0061 在一个方面， 可以通过改变腿的刚度、 腿的材料和 / 或偏心质量的惯量来实现移 动的任意性或随机性。 如果增大腿的刚度， 则跳动量减小， 使得随机移动减少。 相反， 当腿的 刚度 ( 尤其是前驱动腿的刚度与后腿相比 ) 较低时， 运动装置沿随机的一些方向移动。虽 然腿的材料影响腿的刚度， 但是材料选择还具有另。

37、一效果。这是因为腿的材料可以被选择 来将尘土吸引到腿的尖部， 使得运动装置可以由于相对于地面改变了粘着摩擦 (sticking friction) 而随机地旋转或沿不同方向移动。偏心质量的惯量也影响移动图案的随机性。 这是因为对于较大的惯量， 运动装置以较大的幅度跳动， 并使运动装置能够相对于地面撞 击到其他相对位置。 0062 在一个方面， 可以通过运动装置的弹性前端或前部 108( 见图 1 和图 5) 来实现移 动的任意性或随机性。这是因为如果运动装置与另一物体碰撞， 则运动装置会沿随机方向 反弹。 因此， 运动装置不是总试图与障碍物对抗， 而是由于反弹而改变其移动方向并从而能 够绕过该。

38、障碍物。 这里， 不需要传感器 ； 相反， 仅通过机械的措施实现了看起来智能的行为。 0063 运动装置的前端或前部 108 可以具有弹性特性， 尤其可以由具有低摩擦系数的软 材料来生产。具有约 65( 或更小 ) 的硬度计值的橡胶可以用在这里， 以获得可以较为容易 地被压入的挠性前端。另外， 前端或前部 108 应当具有会集至一点的构造， 使该前端能够更 容易地被压入并从而促进弹回， 使得运动装置的尖部尽可能多地进行侧面撞击以产生新的 撞击。这样， 能够通过前端的形状来使运动装置沿不同的方向偏转。 0064 另外， 腿的特性还在对障碍物的撞击过程中起作用。这是因为如果将腿构造成使 得在发生撞。

39、击时运动装置略微围绕垂直轴线转向， 则会更快地实现绕开障碍物的移动。 0065 最后， 对于与障碍物撞击时的偏转行为， 运动装置的速度也是重要的。 这是因为在 更高的速度下， 反弹效果也更大， 从而使运动装置以不同的角度撞击并能够绕过的可能性 也因而增大。 0066 图 3a- 图 3c 示出了不同的腿构造。向前移动在这些图中都是指向右侧。 0067 在图 3a 的左上图中， 腿被连接到支柱 (brace)。这些支柱被用来增大这些腿的刚 度， 同时保持长腿的外观。支柱可以沿腿的高度方向任意地布置。尤其是， 对于与左侧支柱 相反的右侧支柱使用不同的支柱设定， 以在不必改变腿的长度的情况下改变腿的。

40、特性。这 样， 产生了另一种可能的对于操纵进行的校正。 0068 图 3a 的右上图示出了具有多条弯曲腿的总体实施例。这里， 注意那些中间腿 ( 即 除了两条前腿和两条后腿之外其他的全部腿 ) 可以被构造成使它们不接触地面。这样， 腿 的生产更加容易， 因为对于设定移动行为而言可以不考虑中间腿。只有在可选的情况下利 用中间腿的重量来设定移动行为。 说 明 书 CN 102137698 B 9 7/7 页 10 0069 图 3a 的下部 ( 左侧和右侧 ) 图示出了额外的附件或突起， 他们可以用来给运动装 置赋予逼真的外观。这些附件或突起在运动装置移动时一起振动。对这些附件或突起进行 的调节也。

41、可以用来产生期望的移动行为或期望的共振行为， 以在移动行为中产生更多的任 意性。 0070 图 3b 示出了另外的腿构造。上部 ( 左侧和右侧 ) 图示出了腿在身体上的连接可 以在与图 3a 所示各种实施例相比不同的位置处进行。除了外观的差异， 还将腿在更高的地 方连接在身体上， 利用这种情况来在不使身体的重心 ( 即重心 ) 升高的情况下使腿具有更 长的构造。此外， 更长的腿具有更小的刚度， 这除了其他特性之外还可能增大跳动。图 3b 下部的图示出了后腿的一种可替换实施例， 在该实施例中， 两条腿彼此连接。 0071 图 3c 示出了另外的腿构造。左上图示出的实施例具有数目尽可能少的腿， 即。

42、一条 后腿和两条前腿。将后腿布置在左侧和右侧起到了转舵的作用， 因此被用来控制运动装置 的方向。如果使用的后腿具有低摩擦系数， 则如前所述， 运动装置的速度会增大。 0072 图 3c 的下部左侧图示出了具有三条腿的实施例， 其中设有一条前腿和两条后腿。 可以通过后腿来对控制进行设定， 一条后腿布置在另一条后腿的前方。 0073 图 3c 的上部右侧图示出的运动装置具有显著更改的后腿， 这些后腿具有类似于 蝗虫的外观。后腿的下侧置于地面上， 从而还减小了相对于地面的摩擦。另外， 这样， 运动 装置受到地面上的起伏或孔洞的影响更小。 运动装置因而可以更容易地滑过地面上的起伏 或孔洞。 0074 。

43、图 3c 的下部右侧图示出的运动装置中， 中间腿相对于前腿和后腿被抬起。这样， 中间腿主要起到美观的作用。但是它们也可以用来影响翻滚行为。另外， 运动装置的跳动 行为也可以通过它的重量来调节。 0075 图4a和图4b示出了根据本发明另一种实施例的运动装置或玩具机器人， 其中， 这 些后腿可以在高度方面彼此独立地受到调节。后腿可以由刚性的和 / 或挠性的金属丝来生 产， 或由其他合适的材料 ( 例如塑料 ) 来生产。使用可调节的后腿使得用户能调节运动装 置的移动行为。尤其是， 移动方向例如可以从向左的曲线经过直线移动而调节到向右的曲 线。 0076 图 7 示出了根据本发明另一种实施例的运动装。

44、置或玩具机器人， 其中布置有额外 的翅片、 板或鳍 902、 904a、 904b。这些翅片、 板或鳍可以布置在上方 902 和侧面 904a、 904b， 以影响运动装置的翻滚行为。尤其是， 这些翅片、 板或鳍 902、 904a、 904b 可以构造成使得外 侧的点位置处在虚拟的圆柱体上或接近该虚拟的圆柱体。这样， 当运动装置翻转或侧躺时 可以与圆柱体类似的方式旋转。因此运动装置能够较快的复原其自身。 说 明 书 CN 102137698 B 10 1/10 页 11 图 1a 说 明 书 附 图 CN 102137698 B 11 2/10 页 12 图 1b 说 明 书 附 图 CN 。

45、102137698 B 12 3/10 页 13 图 2a 图 2b 图 2c 说 明 书 附 图 CN 102137698 B 13 4/10 页 14 图 2d 图 2e 说 明 书 附 图 CN 102137698 B 14 5/10 页 15 图 2f 图 3a 说 明 书 附 图 CN 102137698 B 15 6/10 页 16 图 3b 图 3c 说 明 书 附 图 CN 102137698 B 16 7/10 页 17 图 4a 图 4b 说 明 书 附 图 CN 102137698 B 17 8/10 页 18 图 5 图 6a 说 明 书 附 图 CN 102137698 B 18 9/10 页 19 图 6b 说 明 书 附 图 CN 102137698 B 19 10/10 页 20 图 7 说 明 书 附 图 CN 102137698 B 20 。