TW201711815A - 具有延展件的仿生關節 - Google Patents

Abstract

一種模仿生物體的關節構造而設計出來模擬生物體的關節，包含運動件、關節銜接部、彈/韌性延展件三個基本構造。運動件與關節銜接部先構成一骨幹，再由延展件的延展效果使該節組更能模擬生物體的關節、骨幹的活動情形，如羽翼、昆蟲後翅、二頭肌收縮、手指活動等情形。

Description

具有延展件的仿生關節

本發明是一種關節組，特別是一種模仿生物體結構的關節組，可以用來表達的身體活動部分如肌肉收縮、手指活動、翅膀的開合的動作。

現今的玩具已有多種可動關節，但是目前幾乎都是僅使用轉軸與繞著該轉軸而轉動的部位之機械構造來詮釋骨骼的活動關節，而忽略了韌帶、肌肉、皮膚、翅片等部分的牽引所造成的效果。例如過去羽翼的詮釋，多使用數片塑膠來詮釋，做出來的效果僵硬，失去羽翼展翅的優雅感。

又如甲蟲鞘翅下的後翅，由於設計難度高，都是以透明塑膠片來詮釋，做出來的效果更是生硬。

可動的手指關節雖然存在於的日本的數款較昂貴等級的模型，但其構造複雜，需要很精細的模具才能製作，成本昂貴。且本身的關節缺乏支撐，要抓取武器的重量也受到嚴格的限制。因此如何自生物體的構造來學習製作更低成本且更具擬真效果的仿生關節是目前廠商亟欲克服的難題之一。

為了能克服上述的關節構造無法全面地詮釋生物體的動作伸展，本發明係提供了一種能更進一步地模擬生物體伸展的關節結構，其內容為一種仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿生物體的關節部位、動點，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；一種關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿生物體的骨骼、肌肉、指節等部位所提供的支持效果。至少一具有彈/韌性的延展件，係與運動件、關節銜接部或另一個延展件的外部相連結，為該仿生關節組在受力時提供一種反饋力或牽引作用，用來模仿生物體的韌帶、肌肉、皮膚、翅片等部分的支撐或牽引所造成的效果。

本發明還提供了一種能更進一步地模擬生物體伸展的關節結構，其內容為一種仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿生物體的關節部位、指節，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；一種關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿生 物體的骨骼、肌肉、指節等部位所提供的支持效果。至少一具有韌/彈性的支持型延展件，包覆並連結運動件或關節銜接部，該仿生關節組合在受力時提供一種抗壓反饋力，用來模仿生物體的韌帶、肌肉、皮膚等部分的支撐所造成的效果。可選擇地，該支持型延展件的材料係為軟性金屬、彈簧、纖維、橡膠、矽膠、棉花、軟性塑膠布、布料、海綿、泡棉。

本發明還提供了一種能更進一步地模擬生物體伸展的關節結構，其內容為一種仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿生物體的關節部位、指節，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；一種關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿生物體的骨骼、肌肉、指節等部位所提供的支持效果。至少一具有韌/彈性的牽引型延展件，附著於運動件、關節銜接部或另一個延展件的外部，該仿生關節組合在受力時提供一種牽引作用，用來模仿生物體的韌帶、肌肉、皮膚、翅片等部分的牽引所造成的效果。可選擇地，該牽引型延展件的材料係為軟性金屬、彈簧、纖維、橡膠、矽膠、軟性塑膠布、布料、海綿、泡棉。

本發明還提供了一種羽翼仿生關節組， 係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿羽翼的關節部位，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；至少兩關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿羽翼的肱骨、橈/尺骨、腕/掌/指骨部位所提供的支持效果。至少一翅片，為一種造型件，呈現仿羽毛的輪廓。至少一具有彈/韌性的延展件，附著於運動件或關節銜接部的外部，該仿生關節組合在受力時提供一種反饋力牽動翅片，用來模仿生物體的肌肉、皮膚等部分的牽引羽毛所造成的效果，以達到模擬羽翼開展的動作。可選擇地，該延展件的材料係為軟性金屬、彈簧、橡膠、矽膠、纖維、軟性塑膠布、布料、海綿、泡棉。

本發明還提供了一種後翅仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿甲蟲後翅的動點部位，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；至少兩關節銜接部，用來銜接所模仿的動點，用來模仿甲蟲後翅的骨幹部位所提供的支持效果。至少一具有彈/韌性且融合有昆蟲後翅造型的牽引型延展件，附著於運動件或關節銜接部的外部，該仿生關節組合在受力時提 供一種反饋力，用來模仿甲蟲後翅的翅片以及其開展/收合等部分的牽引所造成的效果，以達到模擬後翅的翅片可開展/收合的動作。可選擇地，該延展件的材料係為橡膠、纖維、矽膠、布料、軟性塑膠布。

本發明還提供了一種肌肉收縮仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿生物體的關節部位，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；至少兩關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿手臂的肱骨、橈/尺骨、掌/指骨部位所提供的支持效果。或是用來模仿腿的股骨、脛/腓骨、踝骨部位所提供的支持效果。至少一具有彈/韌性的延展件，可分成肌肉團塊部與牽拉部，牽拉部附著於運動件或關節銜接部的外部，該仿生關節組合在受力時提供一種反饋力牽動肌肉團塊部，用來模仿生物體的肌肉，尤其是二頭肌部分的收縮效果。

可選擇地，上述該肌肉收縮仿生關節組之牽拉部可為剛性材質。

可選擇地，上述各仿生關節組之運動件與關節銜接部可先組接成一可動骨幹。

可選擇地，上述各仿生關節組之該運動件係為金屬軟管 /條

可選擇地，上述各仿生關節組之該運動件還具有至少一轉軸與至少一轉動部，該轉動部係以該轉軸為中心轉動。

可選擇地，上述各仿生關節組之該運動件還具有，至少一窩頭與至少一球狀頭，該窩頭容納該球狀頭，使球狀頭能於其間轉動。

可選擇地，上述各仿生關節組之該關節銜接部可為運動件之一體相連的結構延伸部位，或為與運動件具有拆解結構之獨立部位。

可選擇地，上述各仿生關節組之該運動件尚具有可拆解/拼裝之細部結構。

可選擇地，上述各仿生關節組之該關節銜接部具有一桿插接部，而該運動件具有一關節插接部，該桿插接部係得插接該關節插接部，而完成各該連桿與該關節的組接；其中，所述關節插接部與桿插接部係分別為結構配合的凸榫與凹孔

除此之外，本發明還提供了一種手指縮放仿生關節組，係包括：至少一金屬軟條所構成的運動件，可提供運動自由度，用來模仿手指的運動輪廓，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；至少一具有剛性關節銜接部，用來銜接運動件，用來模仿手指的指節部位所提供的支持效果。 至少一第一延展件，為具有彈/韌性的套覆型延展件，同時套覆運動件與關節銜接部的外部。使該仿生關節組合在受力時提供一種反饋力，支持該仿生關節組的外觀。在此套覆是指以一外套體在作用部位有一封閉端，該外套體雖不與骨幹相連接，但由於封閉端受到關節銜接部或的運動件直接抵突，使其延展性能完整地傳遞到整個手指縮放仿生關節組。值得一提的是，此手指縮放仿生關節組雖然不是以內部構的造的形式去模仿手指的運動情形，然，其仿生關節組的動作之外部輪廓，卻與實際生物體的手指動作十分神似。

可選擇地，該手指縮放仿生關節組，尚具有一支持型的第二延展件，包覆並連結於該金屬軟條所構成的運動件。

在此，本發明還提供了一種手指縮放仿生關節組，所使用之基本元件構造，其構造係包括，一可彎曲金屬條狀體做成的動作部與一具有韌性/剛性之關節銜接部，動作部提供指節活動自由度，由韌性/剛性之關節銜接部提供指節之輪廓。此種省略部分指節、肢節的結構但卻具有分節部位整體之運動輪廓的構造，除了運用於手指的部位，也可運用於節肢動物之肢體。

另外，本發明所提供的仿生關節組除了可直接應用於可玩具之外，也能夠不限定於玩具領域，亦可能運用於機械、機器人甚至是人工關節。

111‧‧‧運動件

112‧‧‧關節銜接部

113‧‧‧延展件

113A‧‧‧延展件右側

113B‧‧‧延展件左側

1131‧‧‧延展件貼附部

11311‧‧‧延展件抵突點

1132‧‧‧支撐型延展件

1133‧‧‧牽引型延展件

1133A‧‧‧肌肉團塊部

1133B‧‧‧牽拉部

1134‧‧‧套覆型延展件

114‧‧‧外包體

115‧‧‧造型體

圖一 為具有一種支撐型的延展件的仿生關節組的第一實施例之結構示意圖。

圖二 為具有一種支撐型與牽引型的延展件的仿生關節組的第一實施例之結構示意圖。

圖三 為圖二實施例的拆解結構示意圖。

圖四 為由圖二所示仿生關節組的所衍生之支撐型與牽引型的延展件的仿生關節組的第二實施例結構示意圖。

圖五 為圖二實施例的延展件與運動件的剖面圖。

圖六 為羽翼仿生關節組之第一實施例結構示意圖。

圖七 為後翅仿生關節組之第一實施例結構示意圖。

圖八 為肌肉收縮仿生關節組之第一實施例結構示意圖。

圖九 為手指縮放仿生關節組之第一實施例結構示意圖。

圖十 為手指縮放仿生關節組之第二實施例結構示意圖。

以下內容將搭配圖式，藉由特定的具體結構例說明本發明之技術內容，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體結構例加以施行或應用。本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不背離本發明之精神下，進行各種修飾與變更。尤其是，於圖式中各個元件的比例關係及相對位置僅具示範性用途，並非代表本發明實施的實際狀況。且，為使揭露內容更為簡潔而容易明瞭，以下各結構例中相同或近似功能的元件將採用相同的符號進行說明，且省略相同或均等特徵的描述。

更具體而言，圖一為一支持型的延展件113係受到牽引隨著運動件111的動作，發生左右不對襯的變形，延展件右側113A發生了延展使得長度延長，而延展件左側113B發生了壓縮使得長度縮短，當延展件113受到延展與壓縮的程度接近於延展件113材料的延展壓縮限制，而無法在持續延長或縮短長度時，運動件111的作動就會受到止擋而無法持續，如此運動件111僅能在一範圍內動作，如此對關節的支撐與限制係模仿韌帶的作用，可提高該關節的強度。

另外，延展件113的結構還有貼附部1131係用來貼附由運動件與關節銜接部所構成的骨幹或其他部位。支撐型延展件1132的內部結構可具有海綿或泡棉等軟性的填充體，如圖中斑點部位，係位於延展件113本體與骨幹之間，用於接觸可動骨幹 並對延展件113提供彈性支撐。

一牽引與支撐複合型的延展件的實施例如圖二至圖五所示，延展件113還具有帶狀的牽引延展件1133，其上具有延展件貼附部1131，所述帶狀件係能以卡扣、卡榫或是磁力等連接方式，兩端分別連接球狀的延展件113與關節銜接部112，是以，當關節銜接部112相對延展件113動作時，牽引延展件1133會受到牽引而延展或壓縮，而當牽引延展件1133的延展或壓縮到達限制程度時，則關節銜接部112就無法繼續進行相對延展件113動作，進而限制仿生關節組的動作程度，如此，牽引延展件1133亦可避免關節111的動作範圍過大而導致毀損，並提高關節的穩定性。如圖五為支撐型延展件1132的剖面圖，該支撐型延展件1132可利用內部填充密度的差異引導運動部的活動方向。

一種羽翼仿生關節組實施情形如圖六所示，係由兩個運動件111與三個關節銜接部112構成一骨幹。延展件113附著於其中兩個關節銜接部112之上，其上貼附有模擬羽毛外觀的翅片。當骨幹在收縮狀態受力，改變運動件的狀態，該骨幹會呈現一種展開的狀態，而翅片由於受到延展件113的牽引，會呈現一種展翅狀態的羽毛分布，達到模仿羽翼展開的效果。

一種後翅仿生關節組實施情形如圖七所示，係由兩個運動件111與兩個關節銜接部112構成一骨幹。具有後翅造型的延展件113附著於其中骨幹之上。當骨幹自收縮狀態受力，改變運動件112的狀態，該骨幹會呈現一種展開的狀態，而延展件113 由於受到自身的牽引，會呈現一種展翅狀態，達到模仿甲蟲後翅展開的效果。

一種肌肉收縮仿生關節組實施情形如圖八所示，係由兩個運動件111與兩個關節銜接部112構成一骨幹。再由具有肌肉團塊部1133A與牽拉部1133B的延展件113附著於其中骨幹之上。該仿生關節組合在受力時由延展件113提供一種反饋力牽動肌肉團塊部1133A，用來模仿生物體的肌肉收縮效果。較佳地，本肌肉收縮仿生關節傾向使用一種外包體來包覆其外觀，僅以肌肉團塊攏起的輪廓來呈現。

一種手指縮放仿生關節組實施情形如圖九~圖十所示，係由至少一金屬軟條所構成的運動件111與一具有剛性關節銜接部構成一指節骨幹。再由一套覆型延展件，同時套覆該骨幹的外部。延展件抵突點11311為關節銜接部與延展件的封閉端之抵突點，延展件一方面延展件抵突點11311被關節銜接部抵住，另一方面又受到玩偶其他部份的牽引，圖中黑色箭號，故能提供一反饋力，使運動部受到反饋力而更加穩固。套覆型延展件雖不與骨幹直接相連，但由於封閉端受到骨幹直接抵突，使其延展性能完整地傳遞到整個手指縮放仿生關節組。使該仿生關節組合在受力時提供一種反饋力，支持該仿生關節組的外觀。如圖十所示，該手指縮放仿生關節組，尚具有一支持型的第二延展件，如圖中斑紋部分，包覆並連結於該金屬軟條所構成的運動件。由數個重複的手指縮放仿生關節組再搭配手掌部位的 造型件，可以構成一個具有適度荷重能力，可拿取武器、道具配件。本發明中此種省略部分指節、肢節的結構但卻具有分節部位整體之運動輪廓的構造，除了運用於手指的部位，也可運用於節肢動物之肢體。

綜上所述，本發明之仿生關節組利用延展件的延展效果對可動骨幹或造型件進行作用，具有以下特點：

1.對骨幹提供穩定性。

2.模仿羽翼的展翅的優雅感，增進美觀性。

3.模仿可收納式的甲蟲後翅，增進娛樂性。

4.模仿二頭肌的收縮，增進娛樂性。

5.提供一低成本且可以穩定抓取物件的玩具手指與手。

上述實施例僅例示性說明本發明之原理及功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技術之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如本發明申請專利範圍所列。

111‧‧‧運動件

112‧‧‧關節銜接部

113‧‧‧延展件

113A‧‧‧延展件右側

113B‧‧‧延展件左側

1131‧‧‧延展件貼附部

Claims (11)

1. 一種仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿生物體的關節部位、動點，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；一種關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿生物體的骨骼肌肉、指節等部位所提供的支持效果；至少一具有彈/韌性的延展件，係與運動件、關節銜接部或另一個延展件的外部相連結，為該仿生關節組在受力時提供一種反饋力或牽引作用，用來模仿生物體的韌帶、肌肉、皮膚、翅片等部分的支撐或牽引所造成的效果。
2. 一種仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿生物體的關節部位、指節，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；一種關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿生物體的骨骼、肌肉、指節等部位所提供的支持效果；至少一具有韌/彈性的支持型延展件，包覆並連結運動件或關節銜接部，該仿生關節組合在受力時提供一種抗壓反饋力，用來模仿生物體的韌帶、肌肉、皮膚等部分的支撐所造成的效果；
3. 一種仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿生物體的關節部位、指節，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；一種關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿生物體的骨 骼、肌肉、指節等部位所提供的支持效果；至少一具有韌/彈性的牽引型延展件，附著於運動件、關節銜接部或另一個延展件的外部，該仿生關節組合在受力時提供一種牽引作用，用來模仿生物體的韌帶、肌肉、皮膚、翅片等部分的牽引所造成的效果。
4. 本發明還提供了一種羽翼仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿羽翼的關節部位，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；至少兩關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿羽翼的肱骨、橈/尺骨、腕/掌/指骨部位所提供的支持效果；至少一翅片，為一種造型件，呈現仿羽毛的輪廓；至少一具有彈/韌性的延展件，附著於運動件或關節銜接部的外部，該仿生關節組合在受力時提供一種反饋力牽動翅片，用來模仿生物體的肌肉、皮膚等部分的牽引羽毛所造成的效果，以達到模擬羽翼開展的動作。
5. 本發明還提供了一種後翅仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿甲蟲後翅的動點部位，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；至少兩關節銜接部，用來銜接所模仿的動點，用來模仿甲蟲後翅的骨幹部位所提供的支持效果；至少一具有彈/韌性且融合有昆蟲後翅造型的延展件，附著於運動件或關節銜接部的外部，該仿生關節組合在受力時提供一種反饋力，用來模仿甲蟲後翅的翅片以及其開展/收合等部分的牽引所造成的效果，以達到模 擬後翅的翅片可開展/收合的動作。
6. 本發明還提供了一種肌肉收縮仿生關節組，係包括：至少一運動件，可提供運動自由度，用來模仿生物體的關節部位，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；至少兩關節銜接部，用來銜接所模仿的關節或動點，用來模仿手臂的肱骨、橈/尺骨、掌/指骨部位所提供的支持效果；或是用來模仿腿的股骨、脛/腓骨、踝骨部位所提供的支持效果；至少一具有彈/韌性的延展件，可分成肌肉團塊部與牽拉部，牽拉部附著於運動件或關節銜接部的外部，該仿生關節組合在受力時提供一種反饋力牽動肌肉團塊，用來模仿生物體的肌肉收縮效果。
7. 本發明還提供了一種手指縮放仿生關節組，係包括：至少一金屬軟條所構成的運動件，可提供運動自由度，用來模仿手指的運動輪廓，該運動件在受力時改變自身的形狀，且在不受力時維持自身的形狀；至少一具有剛性關節銜接部，用來銜接運動件，用來模仿手指的指節部位所提供的支持效果；至少一第一延展件，為具有彈/韌性的套覆型延展件，係具有一封閉端；該套覆型延展件同時套覆運動件與關節銜接部的外部，並以封閉端抵突關節銜接部或運動件，使該仿生關節組合在受力時提供一種反饋力，支持該仿生關節組的外觀。
8. 請求項第7項所述之該手指縮放仿生關節組，尚具有一支持型的第二延展件，包覆並連結於該金屬軟條所構成的運動件。
9. 請求項第1~7項，其中一項所述之該關節銜接部可為運動件之一體相連的 結構延伸部位。
10. 請求項第1~7，其中一項項所述之該運動件尚具有可拆解/拼裝之細部結構。
11. 本發明還提供了一種手指縮放仿生關節組所使用之基本元件構造，其構造係包括，一可彎曲金屬條狀體做成的動作部與一具有韌性/剛性之關節銜接部，動作部提供指節、肢節活動自由度，由韌性/剛性之關節銜接部提供指節、肢節之外觀輪廓。