专利名称：仿真手臂电动结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于仿真玩偶、仿真模特的技术领域，具体涉及一种用于仿真玩具、仿真玩偶或仿真模特的仿真手臂电动结构。
背景技术：
现有玩具、玩偶或模特的手臂虽然能绕着肩膀转动，但上臂段和下臂段之间大都固定为一体不能弯曲转动，或只能依靠人工的外力进行弯曲，而不能由玩偶的内部机构驱动自动弯曲，且下臂段弯曲的动作一般局限于上下摆动，而无法模拟出人手向内合抱的动作。公告号为CN201085922的中国实用新型专利公开了一种“手臂摆动的人形玩具”，虽然其下臂段可以弯曲，但却存在以下问题1、必须利用复杂的曲轴连杆机构进行驱动；2、上臂段必须与肩膀固定；3、动作僵硬，缺乏柔性；4、无法模拟人手向内合抱的动作；5、下臂段与上臂段之间弯曲幅度有限(其原因是互相铰接的两构件之间转动到一定角度必定会互相接触而产生限位，由于限位现象，两相邻构件之间的转动角度不能接近180°，一般只能达到120°左右)。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述缺点而提供一种仿真手臂电动结构，它的下臂段能够自动弯曲或伸直，且结构简单巧妙。其目的可以按以下方案实现该仿真手臂电动结构包括躯干部、手臂骨干，手臂骨干包括上臂段、下臂段，上臂段的上端连接躯干部的肩膀部位，其主要特征在于，在手臂骨干的中间部位设有可转动关节机构，可转动关节机构两边的构件之间利用铰接轴铰接；在躯干部还安装有第一卷线轮、驱动第一卷线轮的第一电机，第一卷线轮上绕有第一拉线，第一拉线从躯干部伸出并延伸穿过手臂骨干的内侧，第一拉线的末端系结在下臂段。所述铰接轴套设有扭簧，扭簧的两端分别抵压着两边的构件，扭簧的力矩方向与第一拉线拉力形成的力矩方向相反，扭簧两边的构件设有在手臂骨干伸直后限制两构件在扭簧作用下继续转动的限位部件。上臂段和下臂段之间设有关节块；上臂段和关节块之间形成一个所述可转动关节机构，该可转动关节机构两边的构件是指上臂段和关节块；下臂段和关节块之间形成有另一个所述可转动关节机构，该可转动关节机构两边的构件是指关节块和下臂段。上臂段和下臂段之间直接设有一个可转动关节机构，该可转动关节机构两边的构件是指上臂段和下臂段。在躯干部还设有第二卷线轮、驱动第二卷线轮的第二电机，第二卷线轮上绕有第二拉线，第二拉线从躯干部伸出并延伸经过手臂骨干的外侧，第二拉线末端连结在下臂段的外侧。第一拉线的末端系结在下臂段的内侧。所述上臂段的上端固定连接有转动轴，转动轴的轴向沿左右方向延伸；转动轴插入肩膀部位，所述躯干部中设有驱动转动轴转动的驱动机构；所述铰接轴的中心轴线和转动轴的中心轴线异面垂直。手臂骨干的内侧设有供第一拉线穿过的孔。本实用新型具有以下优点和效果1、本实用新型可以利用电机驱动第一卷线轮转动，当第一卷线轮将第一拉线收紧，带动下臂段相对于上臂段弯曲。当第一卷线轮反转、第一拉线放松，扭簧弹力将会使下臂段相对于上臂段伸直，这样，可以模拟出下臂段相对于上臂段自动弯曲或伸直；当然，也可以利用第二卷线轮代替扭簧将第二拉线收紧，带动下臂段相对于上臂段伸直。2、所述铰接轴的中心轴线和转动轴的中心轴线异面垂直。这样，当第一卷线轮将第一拉线收紧，手臂骨干的下臂段弯曲的方向将向内，因此能够模拟双手合抱的动作。3、由于上臂段和下臂段之间设有关节块，上臂段和关节块之间形成有可转动关节机构，下臂段和关节块之间也形成有可转动关节机构。上臂段和下臂段之间实际上有两个可转动关节机构，且两个可转动关节机构的转动角度可以叠加，因此上臂段和下臂段之间的弯曲角度能够达到接近180° (平均每个可转动关节机构只需转约90°即可。)4、由于采用扭簧，因此动作带有一定柔韧性，避免显得生硬。5、虽然下臂段转动的动力来自躯干部，但并不会妨碍上臂段绕肩膀转动，换言之， 整只手臂仍可绕肩膀转动，上臂段仍能绕转动轴转动。6、结构简单巧妙。
图1是应用本实用新型第一个实施例的玩偶在手臂抬起、双手合抱状态时从俯视角度描述的内部结构原理示意图。图2是图1中右手臂骨干的结构原理示意图。图3是图2所示右手臂骨干再伸展一定角度时的结构示意图。图4是图2所示右手臂骨干在伸直时从俯视角度描述的结构示意图。图5是图4所示右手臂骨干从水平方向看到的主视结构示意图。图6是图5所示上臂段、下臂段分解的结构示意图。图7是图4中可转动关节机构的限位结构及穿线结构示意图。图8是图6中的上臂段、关节块、下臂段装配后的立体形状示意图。
具体实施方式
实施例一图1所示的玩偶具有头部1，并设有本实用新型的仿真手臂电动结构，包括躯干部 2、左右对称的两手臂骨干3、两手掌骨干4，手臂骨干3包括上臂段31、下臂段32，上臂段 31的上端活动连接躯干部的肩膀部位。图1、图2所示，所述上臂段31的上端固定连接有转动轴34，转动轴34大致呈左右方向地插入肩膀部位，所述躯干部中还设有驱动转动轴转动的驱动机构，因此整个手臂可以上下转动，例如可以抬起，或反之可以下垂，可以抬起至水平姿势(如图1所示姿势)，等等。图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，该实施例的左右两手臂的结构左右对称。每只手臂骨干的上臂段31和下臂段32之间设有关节块33。上臂段31和关节块33之间形成有第一个可转动关节机构，第一个可转动关节机构两边的构件是上臂段31和关节块 33;上臂段31和关节块33这相邻两构件之间利用铰接轴11铰接，且上臂段31和关节块 33之间设有扭簧12，扭簧12套设在铰接轴11上，扭簧12的两端分别抵压着上臂段31和关节块33，扭簧12的力矩方向是使上臂段31和关节块33向外伸直，与第一拉线拉力形成的力矩方向相反，上臂段31和关节块33之间设有限位块13，限位块13在上臂段和关节块伸直后限制两构件在扭簧作用下继续转动。下臂段32和关节块33之间形成有第二个可转动关节机构，第二个可转动关节机构两边的构件是下臂段32和关节块33 ；关节块33和下臂段32这相邻两构件之间利用铰接轴21铰接，且关节块33和下臂段32之间设有扭簧22， 扭簧22套设在铰接轴21上，扭簧22的两端分别抵压着关节块33和下臂段32，扭簧22的力矩方向是使下臂段32和关节块33向外伸直，与第一拉线拉力形成的力矩方向相反；关节块33和下臂段32之间设有限位块23，限位块23在关节块和下臂段伸直后限制两构件在扭簧作用下继续转动。图1、图7所示，在躯干部还设有第一卷线轮5、驱动第一卷线轮的第一电机，第一卷线轮上绕有第一拉线6，第一拉线6从躯干部伸出并延伸经过上臂段、下臂段、关节块的内侧，上臂段、下臂段设有多个供第一拉线穿过的孔8 ；第一拉线末端连结在下臂段靠近末端的内侧凸点7。(图1中只画出其中右手臂的第一拉线、第一卷线轮，左手臂的第一拉线6、 第一卷线轮5对称相同，为了图面简洁省略画出)。当第一电机驱动第一卷线轮5转动使第一拉线6收缩，可以克服扭簧12、22的力矩带动上臂段、关节块、下臂段向内转动，左右双手向内合抱，合抱过程依次如图4、图3、图2所示。当第一电机驱动第一卷线轮5反向转动使第一拉线6放松，扭簧12、22的力矩带动上臂段、关节块、下臂段向外转动，左右双手向外伸直，过程依次如图2、图3、图4所示。为了图面简洁，图3、图5省略画出拉线6。铰接轴11、21的中心轴线和转动轴34的中心轴线异面垂直。更具体地说，转动轴 34的中心轴线方向固定且大致呈左右方向，而铰接轴11、21的中心轴线在上臂段处于下垂状态时大致呈前后方向延伸，铰接轴11、21的中心轴线在上臂段抬起到水平状态时大致呈上下方向。这样，当绕铰接轴下臂段转动，手臂骨干的下臂段32将向内弯曲，因此能够模拟双手合抱的动作，特别是当整只手臂抬起一定角度时，双手合抱的动作更加逼真。实施例二在该实施例二中，上臂段和下臂段之间不再加设关节块，上臂段和下臂段之间直接形成有一个可转动关节机构，因此整只手臂也就只有一个可转动关节结构，该可转动关节机构两边的构件是指上臂段和下臂段，上臂段和下臂段之间利用铰接轴铰接，并设有扭簧，扭簧的两端分别压着上臂段和下臂段，上臂段和下臂段还设有限位部件，当上臂段和下臂段伸直后，限位部件限制它们继续转动。在躯干部还设有第一卷线轮、驱动第一卷线轮的第一电机，第一卷线轮上绕有第一拉线，第一拉线从躯干部伸出并延伸经过上臂段、下臂段、关节块的内侧，上臂段、下臂段设有多个供第一拉线穿过的孔；第一拉线末端连结在下臂段靠近末端的内侧凸点。这方面的结构与实施例一基本相同。在实施例二中，躯干部中还设有第二卷线轮、驱动第二卷线轮的第二电机，第二卷线轮上绕有第二拉线，第二拉线从躯干部伸出并延伸经过上臂段、下臂段、关节块的外侧，第二拉线末端连结在下臂段的外侧。这样，当第一电机驱动第一卷线轮转动带动第一拉线收缩，同时第二电机驱动第二卷线轮转动带动第二拉线放松，则两下臂段向内合抱；反之，当第一电机驱动第一卷线轮转动带动第一拉线放松，同时第二电机驱动第二卷线轮转动带动第二拉线收缩，则两下臂段向外伸直。本申请文件中，所谓手臂段的内侧，是指当手臂伸直、手掌伸直时，与手掌手心面相同的一侧；同理，所谓手臂段的外侧，是指与手背面相同的一侧。本领域的技术人员清楚，“转动轴的轴向沿左右方向延伸”，其主要目的是使手臂摆动的方向是上下摆动，因此并不需要严格的左右方向，只需大致沿左右方向即可。同样， 铰接轴的中心轴线和转动轴的中心轴线异面垂直。其目的是为了模仿出下手臂转动时能向内转动(而不是上下摆动)，因此，异面垂直并不一定需要严格几何意义上的90°，而可以是日常生活经验或产业领域意义上的大致垂直，例如75° 105°。为了使手臂更加逼真，可以在手臂骨干外面套上一层装饰层，如衣物等，这是本领域通常做法。
权利要求1.一种仿真手臂电动结构，包括躯干部、手臂骨干，手臂骨干包括上臂段、下臂段，上臂段的上端连接躯干部的肩膀部位，其特征在于在手臂骨干的中间部位设有可转动关节机构，可转动关节机构两边的构件之间利用铰接轴铰接；在躯干部还安装有第一卷线轮、驱动第一卷线轮的第一电机，第一卷线轮上绕有第一拉线，第一拉线从躯干部伸出并延伸穿过手臂骨干的内侧，第一拉线的末端系结在下臂段。
2.根据权利要求1所述的仿真手臂电动结构，其特征在于所述铰接轴套设有扭簧， 扭簧的两端分别抵压着两边的构件，扭簧的力矩方向与第一拉线拉力形成的力矩方向相反，扭簧两边的构件设有在手臂骨干伸直后限制两构件在扭簧作用下继续转动的限位部件。
3.根据权利要求1所述的仿真手臂电动结构，其特征在于上臂段和下臂段之间设有关节块；上臂段和关节块之间形成一个所述可转动关节机构，该可转动关节机构两边的构件是指上臂段和关节块；下臂段和关节块之间形成有另一个所述可转动关节机构，该可转动关节机构两边的构件是指关节块和下臂段。
4.根据权利要求2所述的仿真手臂电动结构，其特征在于上臂段和下臂段之间设有关节块；上臂段和关节块之间形成一个所述可转动关节机构，该可转动关节机构两边的构件是指上臂段和关节块；下臂段和关节块之间形成有另一个所述可转动关节机构，该可转动关节机构两边的构件是指关节块和下臂段。
5.根据权利要求1所述的仿真手臂电动结构，其特征在于上臂段和下臂段之间直接设有一个可转动关节机构，该可转动关节机构两边的构件是指上臂段和下臂段。
6.根据权利要求2所述的仿真手臂电动结构，其特征在于上臂段和下臂段之间直接设有一个可转动关节机构，该可转动关节机构两边的构件是指上臂段和下臂段。
7.根据权利要求1所述的仿真手臂电动结构，其特征在于在躯干部还设有第二卷线轮、驱动第二卷线轮的第二电机，第二卷线轮上绕有第二拉线，第二拉线从躯干部伸出并延伸经过手臂骨干的外侧，第二拉线末端连结在下臂段的外侧。
8.根据权利要求1至7任何一项所述的仿真手臂电动结构，其特征在于第一拉线的末端系结在下臂段的内侧。
9.根据权利要求1至7任何一项所述的仿真手臂电动结构，其特征在于所述上臂段的上端固定连接有转动轴，转动轴插入肩膀部位，转动轴的轴向沿左右方向延伸；所述躯干部中设有驱动转动轴转动的驱动机构；所述铰接轴的中心轴线和转动轴的中心轴线异面垂直。
10.根据权利要求1至7任何一项所述的仿真手臂电动结构，其特征在于手臂骨干的内侧设有供第一拉线穿过的孔。
专利摘要一种仿真手臂电动结构，包括躯干部、手臂骨干，手臂骨干包括上臂段、下臂段，上臂段的上端连接躯干部的肩膀部位，在手臂骨干的中间部位设有可转动关节机构，可转动关节机构两边的构件之间利用铰接轴铰接；在躯干部还安装有第一卷线轮、驱动第一卷线轮的第一电机，第一卷线轮上绕有第一拉线，第一拉线从躯干部伸出并延伸穿过手臂骨干的内侧，第一拉线的末端系结在下臂段。本实用新型的下臂段能够自动弯曲或伸直，能够模拟双手合抱的动作，且结构简单巧妙。
文档编号A63H13/00GK201988172SQ20112011748
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者陈国梁 申请人:陈国梁