可变姿态机器人及其姿态调整方法与流程

本发明涉及机器人，特别涉及可变姿态机器人及其姿态调整方法。

背景技术：

目前已有一种可依据使用者操控来变换姿态的双足机器人被提出。具体而言，使用者可操作遥控器来控制双足机器人由一姿态(如站姿)变换为另一姿态(如行走)。通过混搭多种姿态，双足机器人可呈现多种动作，而提供更佳的操控乐趣。

然而，由于马达与机构件之间的背隙关系或机构件耗损问题，现有的双足机器人经过一段时间的使用后，双足机器人因马达与机构件之间的误差而使得姿态偏差(如双足机器人于站立姿态下会后倾，或于行走姿态下双脚步伐长度不同)，这使得双足机器人无法精准地摆出姿态并可能因重心偏移而翻覆。

为解决上述问题，现有技术是由维修厂商拆下双足机器人的所有马达，并使用马达校准仪器对各马达进行校准，再将校准后的马达逐一装回。上述方式过于复杂且必须专门的维修人员与校准仪器，一般使用者并无法自行对双足机器人进行校正。

此外，由于量产的双足机器人的各姿态的控制参数皆相同，不同使用者所购买的双足机器人所摆出的姿态会完全相同，而无法突显使用者的个人风格，导致操控乐趣降低。

有鉴于此，目前亟待一种不需拆装马达或使用校准仪器即可调整机器人姿态的方案被提出。

技术实现要素：

本发明提供一种可变姿态机器人及其姿态调整方法，可依据使用者调整操作来调整马达的马达数据，藉以调整机器人的姿态。

于一实施例中，一种姿态调整方法，用于一可变姿态机器人，该可变姿态机器人包括用以变换姿态的多个马达，该姿态调整方法包括以下步骤：

a)控制该可变姿态机器人于一调整条件满足后感测该多个马达的一参考马达数据；

b)取得对应一初始姿态的一初始马达数据；

c)依据该参考马达数据及该初始马达数据计算该多个马达的一补偿数据；

d)于收到指定一内建姿态的一姿态变换指令后依据该补偿数据与对应该内建姿态的一内建马达数据计算一调整马达数据；及

e)依据该调整马达数据控制该多个马达以使该可变姿态机器人呈现调整后的该内建姿态。

于一实施例中，该步骤a)包括以下步骤：

a1)控制该多个马达进入一泄力状态以降低该多个马达的扭矩；及

a2)于该调整条件满足后感测该多个马达的该参考马达数据。

于一实施例中，该调整条件是计时一调整时间经过、收到一调整信号或经由监测该多个马达感测到一姿态调整操作。

于一实施例中，该步骤c)是依据该参考马达数据所记录的该多个马达的多个参考编码位置及该初始马达数据所记录的该多个马达的多个初始编码位置计算各该马达的一补偿值以作为该补偿数据。

于一实施例中，该步骤d)是于收到该姿态变换指令后依据各该马达的该补偿值与该内建马达数据所记录的该多个马达的多个内建编码位置计算该调整马达数据。

于一实施例中，该步骤c)是计算同一该马达的该参考编码位置与该初始编码位置之间的差值作为该马达的该补偿值，该步骤d)是将各该马达的该补偿值加上该内建编码位置作为该调整马达数据。

于一实施例中，一种可变姿态机器人，包括：

多个马达，连接多个驱动结构，用以驱动该多个驱动结构来变换该可变姿态机器人的姿态；

多个感测单元，分别设置于该多个马达，用以对该多个马达进行感测；

一存储单元，存储一调整条件、对应一初始姿态的一初始马达数据及对应一内建姿态的一内建马达数据；及

一微处理单元，电性连接该多个马达、该多个感测单元及该存储单元，该微处理单元于该调整条件满足后经由该多个感测单元取得该多个马达的一参考马达数据，并依据该参考马达数据及该初始马达数据计算该多个马达的一补偿数据；

其中，该微处理单元依据该补偿数据与该内建马达数据计算一调整马达数据；

其中，该微处理单元于指定该内建姿态的一姿态变换指令被触发后依据该调整马达数据控制该多个马达以使该可变姿态机器人呈现调整后的该内建姿态。

于一实施例中，该微处理单元是先控制该多个马达进入一泄力状态以降低该多个马达的扭矩，并于该调整条件满足后取得该多个马达的该参考马达数据。

于一实施例中，该调整条件是计时一调整时间经过、收到一调整信号或经由监测该多个马达感测到一姿态调整操作。

于一实施例中，该微处理单元是依据该参考马达数据所记录的该多个马达的多个参考编码位置及该初始马达数据所记录的该多个马达的多个初始编码位置计算各该马达的一补偿值以作为该补偿数据。

于一实施例中，该微处理单元是于该姿态变换指令被触发后依据各该马达的该补偿值与该内建马达数据所记录的该多个马达的多个内建编码位置计算该调整马达数据。

于一实施例中，该微处理单元是计算同一该马达的该参考编码位置与该初始编码位置之间的差值作为该马达的该补偿值，并将各该马达的该补偿值加上该内建编码位置作为该调整马达数据。

本发明可供使用者直觉地调整机器人的姿态，而不须拆装马达，亦不须使用马达校准仪器。

附图说明

图1为本发明一实施例的可变姿态机器人的架构图；

图2为本发明一实施例的可变姿态机器人的外观示意图；

图3为本发明第一实施例的姿态调整方法的流程图；

图4为本发明第二实施例的姿态调整方法的设定流程图；

图5为本发明第二实施例的姿态调整方法的操作流程图；

图6a为本发明的校正姿态的参考马达数据的示意图；

图6b为本发明的校正姿态的初始马达数据的示意图；

图6c为本发明的校正姿态的补偿数据的示意图；

图7a为本发明的校正姿态的内建马达数据的示意图；

图7b为本发明的校正姿态的补偿数据的示意图；

图7c为本发明的校正姿态的调整马达数据的示意图；

图8a为本发明的个人化姿态的参考马达数据的示意图；

图8b为本发明的个人化姿态的初始马达数据的示意图；

图8c为本发明的个人化姿态的补偿数据的示意图；

图9a为本发明的个人化姿态的内建马达数据的示意图；

图9b为本发明的个人化姿态的补偿数据的示意图；及

图9c为本发明的个人化姿态的调整马达数据的示意图。

其中，附图标记：

10…可变姿态机器人

11…存储单元

110…计算机程序

12…微处理单元

13…马达

14…感测单元

15…人机界面

16…通讯单元

17…遥控器

20-29…马达

s10、s100-s102…第一设定步骤

s11、s110-s113…第一操作步骤

s20-s26…第二设定步骤

s30-s34…第二操作步骤

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求书的限制。

首先，请同时参阅图1及图2，图1为本发明一实施例的可变姿态机器人的架构图，图2为本发明一实施例的可变姿态机器人的外观示意图。如图所示，本发明揭露了一种可变姿态机器人10(下称机器人10，机器人10可如图2所示为双足机器人，或者为仿生机器人、机械手臂或其他具有马达与多轴机构件而可变换不同姿态的机器人)，可自动或依据使用者操作进行姿态变换。机器人10主要包括用以存储数据的存储单元11、多个马达13及电性连接上述单元并用以控制的微处理单元12。

多个马达13分别连接多个驱动结构(如齿轮组、传动轴或其他可传递动力的机构件)，用以输出动力至驱动结构以推动驱动结构来变换机器人10的姿态。举例来说，若任一马达13输出动力至手部的驱动结构，则可使机器人10的手部摆出举起、弯曲或放下等姿态。

微处理单元12可控制各马达13的输出动力。于一实施例中，存储单元11记录有分别对应多种姿态的多笔马达数据(如后述初始姿态的初始马达数据或内建姿态的内建马达数据)，其中，对应多种姿态的多笔马达数据为机器人10出厂时即已设定完成并存储于存储单元11。微处理单元12可依据任一姿态的马达数据来控制多个马达13分别输出不同动力而使机器人10摆出此姿态。

于一实施例中，机器人10包括电性连接微处理单元12的多个感测单元14。多个感测单元14分别设置于多个马达13，可分别感测多个马达的转动状态(如感测马达13的转动位置、速度或电流)，并产生对应的马达数据。并且，微处理单元12是于所感测的马达数据符合任一姿态的马达数据时判定机器人10已摆出此姿态。

于一实施例中，各感测单元14可包括轴编码器，各感测单元14可感测各马达13当前的转动位置或旋转量，并经由轴编码器将所感测的转动位置编码为模拟或数字信号。

以10位元轴编码器为例，若马达13可转角度为310度，则轴编码器可将0度至310度分别对应至数值0～1023。举例来说，当马达13当前的转动位置为0度时轴编码器可输出数值0，当马达13当前的转动位置为310度时轴编码器可输出数值1023。藉此，微处理单元12可经由编码后的数值来对马达13进行更精密的控制。

于一实施例中，机器人10可包括电性连接微处理单元12的人机界面15(如指示灯、喇叭、按钮或其他输入/输出元件)。使用者可经由人机界面15输入操作来令微处理单元12执行特定指令(如切换至设定模式、切换至操作模式、执行指定特定姿态的姿态变换指令等等)，或经由人机界面15得知机器人10的当前状态(如当前所在模式或电量)。

于一实施例中，机器人10可包括电性连接微处理单元12的通讯单元16(如蓝芽收发器、zig-bee收发器、wi-fi收发器、sub-1ghz收发器或其他无线收发器)。使用者可经由与通讯单元16配对完成的遥控器17(如机器人10的专用遥控器或安装有对应的应用程序的智能手机)输入操作来令微处理单元12执行特定指令，或经由遥控器17接收并显示机器人10的当前状态。

续请参阅图3，为本发明第一实施例的姿态调整方法的流程图。本发明进一步揭露一种姿态调整方法，所述姿态调整方法主要运用于如图1、图2所示的机器人10。

于一实施例中，存储单元11包括非暂态计算机可读取媒体，并存储有计算机程序110(如机器人10的固件)，计算机程序110记录有计算机可读取的程序码。微处理单元12可执行计算机程序110来控制机器人10实现本发明各实施例的姿态调整方法的各步骤。并且，使用者可操作人机界面15或遥控器17来控制机器人10于设定模式与操作模式间进行切换。

如图3所示，当使用者要对机器人10的姿态进行调整(包括校正姿态与设定个人化姿态)时首先操作机器人10来于设定模式下调整姿态(步骤s10)。

具体而言，于设定模式下，微处理单元12可自存储单元11读取预设的调整条件(如计时预设的调整时间经过、收到调整信号或经由监测多个马达13感测到姿态调整操作)，并判断调整条件是否满足(步骤s100)。并且，微处理单元12可于调整条件满足时经由感测单元14感测多个马达13当前的参考马达数据(步骤s101)，并可于调整条件不满足时继续进行判断。前述参考马达数据可为各马达13的当前位置所对应数值，并对应使用者所期望的姿态。

以调整条件是计时预设的调整时间经过为例，使用者可于计时期间内手动调整机器人10的姿态来使机器人10呈现期望的姿态。以调整条件是收到调整信号为例，使用者可于机器人10呈现期望的姿态后操作人机界面15或遥控器17来触发调整信号。以调整条件是感测到姿态调整操作为例，微处理单元12可经由感测单元14监控多个马达13当前的马达数据以判断使用者是否正在对机器人10进行姿态调整操作，并于马达数据停止改变时判定姿态调整操作完成，并将当前的马达数据记录为参考马达数据。

接着，微处理单元12自存储单元11读取初始的初始马达数据，并依据参考马达数据及初始马达数据之间的差异计算多个马达13的补偿数据(步骤s102)，并将补偿数据存储于存储单元11。藉此，微处理单元12完成姿态调整的设定并可离开设定模式。

接着，当使用者要对机器人10的姿态进行变换时可操作机器人10来于操作模式下呈现所指定的姿态(步骤s11)。

具体而言，于操作模式下，微处理单元12可判断是否收到指定任一内建姿态的姿态变换指令(步骤s110)，并可于未收到姿态变换指令继续检测。

举例来说，使用者可经由人机界面15或遥控器17来输入姿态变换指令或由机器人10自行产生姿态变换指令。

微处理单元12于收到指定任一内建姿态的姿态变换指令后自存储单元11读取此内建姿态所对应的内建马达数据(步骤s111)并取得先前依据初始姿态所算出的补偿数据。

接着，微处理单元12依据所取得的内建马达数据与补偿数据计算调整马达数据(步骤s112)，并依据所算出的调整马达数据控制多个马达13输出动力来连动驱动结构而使机器人10呈现依据补偿值调整后的内建姿态(步骤s113)。

本发明可供使用者直觉地调整机器人的姿态，而不须拆装马达，亦不须使用马达校准仪器。

本发明经由依据初始姿态所算出的补偿值来自动调整内建姿态，可有效减少使用者手动调整其他姿态所需时间。

虽图3所示的实施例是收到姿态变换指令后才依据补偿数据与对应的马达数据计算此姿态的调整马达数据，但不以此限定。

续请同时参阅图4及图5，图4为本发明第二实施例的姿态调整方法的设定流程图，图5为本发明第二实施例的姿态调整方法的操作流程图。相较于图3，图4与图5所示的实施例是于设定模式下预先计算各内建姿态的调整马达数据，并于操作模式下收到姿态变换指令后直接读取对应的调整马达数据。藉此，本发明于操作模式下可不需计算调整马达数据，而可使得操作更为流畅。

如图4所示，当使用者要对机器人10的姿态进行调整时可先操作机器人10来进入设定模式(如输入切换设定模式操作)以调整姿态(步骤s20)。接着，微处理单元12控制所有马达13进入泄力状态以降低所有马达13的扭矩(步骤s21)。

值得一提的是，为了使机器人10维持当前的姿态或避免翻覆，马达13必须持续产生扭矩至驱动结构来使驱动结构维持于固定位置。于此状况下，使用者必须相当费力才可手动调整机器人10的姿态。

因此，本发明经由控制所有马达13进入泄力状态可令使用者轻松地手动调整机器人10为期望的姿态。

接着，机器人10于马达13进入泄力状态后检测调整条件(如计时预设的调整时间经过、收到调整信号或经由监测多个马达13感测到姿态调整操作)是否满足(步骤s22)，并于检测调整条件满足时感测马达的参考马达数据(步骤s23)。

接着，于机器人10已被摆出使用者所期望的姿态(如使用者所期望的站姿)的情况下，微处理单元12可经由各感测单元14的轴编码器取得各马达13当前的编码位置(即参考编码位置)，并做为参考马达数据(步骤s23)。

接着，微处理单元12自存储单元11读取初始姿态(如站姿)的初始马达数据，并依据参考马达数据及初始马达数据之间的差异计算多个马达13的补偿数据(步骤s24)。

于一实施例中，初始马达数据可包括分别对应多个马达13的多个初始编码位置，补偿数据包括各马达13的补偿值。微处理单元12是计算各马达13所对应的参考编码位置与初始编码位置之间的差值以做为此马达13的补偿值。

接着，微处理单元12自存储单元11读取所有内建姿态(内建姿态可包括初始姿态(如站姿)与其他内建姿态(如举右手或直走等等))所对应的内建马达数据(步骤s25，内建马达数据可包括初始姿态的初始马达数据与其他内建姿态的内建马达数据)。

接着，微处理单元12依据各内建姿态的内建马达数据与补偿数据计算各内建姿态所对应的调整马达数据(步骤s26)，并存储所算出的各内建姿态的调整马达数据于存储单元11。接着，微处理单元12完成姿态调整的设定并离开设定模式。

于一实施例中，调整马达数据包括各马达13的调整位置，微处理单元12是将各内建姿态的内建马达数据所记录的各马达13的内建编码位置加上对应相同马达13的补偿值以作为此马达13于此内建姿态的调整位置，如将举右手的内建马达数据所记录的各马达13的内建编码位置加上相同马达13的补偿值以作为各马达13于举右手姿态下的调整位置。

接着，如图5所示，当使用者希望机器人10进行姿态变换时可操作机器人10来进入操作模式(步骤s30，如输入切换操作模式操作)。

于操作模式下，微处理单元12可经由人机界面15或通讯单元16判断是否收到指定任一内建姿态(包括初始姿态或其他内建姿态)的姿态变换指令(步骤s31)。若未收到姿态变换指令则微处理单元12再次执行步骤s31。若收到姿态变换指令，则微处理单元12自存储单元11读取此内建姿态所对应的调整马达数据(步骤s32)，并据以控制多个马达13输出动力来连动驱动结构而使机器人10呈现调整后的内建姿态(步骤s33)。

接着，微处理单元12判断是否结束控制(步骤s34，如使用者关闭机器人10)。若微处理单元12判定结束控制，则终止姿态调整方法。否则，再次执行步骤s31。

续请同时参阅图6a至图7c。图6a为本发明的校正姿态的参考马达数据的示意图，图6b为本发明的校正姿态的初始马达数据的示意图，图6c为本发明的校正姿态的补偿数据的示意图，图7a为本发明的校正姿态的内建马达数据的示意图，图7b为本发明的校正姿态的补偿数据的示意图，图7c为本发明的校正姿态的调整马达数据的示意图。图6a至图7c是用以说明本发明如何对姿态偏差(于本例子中为后倾)的机器人10进行校正。于本例子中，机器人10包括十组马达20-29，马达数据包括各马达20-29的编码位置，补偿数据包括各马达20-29的补偿值，调整马达数据包括各马达20-29的调整位置。

首先，当发生姿态偏差的机器人10依据站姿(于本例子中为初始姿态)的初始马达数据变换为站姿后，其实际姿态为后倾(如图6a所示)。接着，使用者可于设定模式下调整机器人10为正确的站姿，并令机器人10感测所有马达20-29的参考马达数据(如图6b所示)。接着，机器人10可依据站姿的初始马达数据与参考马达数据计算补偿数据(如图6c所示)。

接着，机器人10可切换至操作模式并于收到指示行走的姿态变换指令后取得行走(于本例子中为内建姿态)的内建马达数据(如图7a所示，机器人10原本的行走姿态会后倾)与先前计算的补偿数据(如图7b所示)，依据行走的内建马达数据与补偿数据计算行走的调整马达数据，并依据调整马达数据控制机器人10变换为调整后的行走姿态(如图7c所示，调整后的行走姿态不会后倾)。

本发明可供使用者直觉地对发生姿态偏差的机器人10进行校正。

续请同时参阅图8a至图9c。图8a为本发明的个人化姿态的参考马达数据的示意图，图8b为本发明的个人化姿态的初始马达数据的示意图，图8c为本发明的个人化姿态的补偿数据的示意图，图9a为本发明的个人化姿态的内建马达数据的示意图，图9b为本发明的个人化姿态的补偿数据的示意图，图9c为本发明的个人化姿态的调整马达数据的示意图。图8a至图9c是用以说明本发明如何对运作正常的机器人10进行调整，而使调整后的机器人可呈现使用者个人特色(于本例子中为后倾)。于本例子中，机器人10包括十组马达20-29，补偿数据包括各马达20-29的补偿值，调整马达数据包括各马达20-29的调整位置。

首先，当运作正常的机器人10依据站姿(于本例子中为初始姿态)的初始马达数据可变换为正常的站姿(如图8a所示)。接着，使用者可于设定模式下调整机器人10为所期望的站姿(于本例子中为后倾)，并令机器人10感测所有马达20-29的参考马达数据(如图8b所示)。接着，机器人10可依据站姿的初始马达数据与参考马达数据计算补偿数据(如图8c所示)。

接着，机器人10可切换至操作模式并于收到指示行走的姿态变换指令后取得行走(于本例子中为内建姿态)的内建马达数据(如图9a所示，机器人10原本的行走姿态为正常)与先前计算的补偿数据(如图9b所示)，并依据行走的内建马达数据与补偿数据计算行走的调整马达数据，并依据调整马达数据控制机器人10变换为调整后的行走姿态(如图9c所示，调整后的行走姿态会后倾)。

本发明可供使用者直觉地对机器人10进行调整来使机器人10的姿态呈现个人特色。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求范围。