具体实施方式

参考图1以及1A至1F，其中示出了组装的机器动物拼插模型10的透视图。该等附图示出了由平板状部件制成的机器动物拼插模型10的多个投影图。机器动物拼插模型10包括：头部13，其包括颈部组14；躯干部12，其包括用于可选的电池(未示出)的固定座15；多个腿部16；以及尾部17。这些部件和组通过互锁机构或柔性连接件进行连接，如同后面的附图中所描述的那样。

用于驱动所述机器动物拼插模型10的方法被描述于2018年1月8日提交的名称为“步行机器人和用于控制步行机器人的方法”的美国临时专利申请第62/614,479号中，其通过引用方式结合于此。

参考图2、2A至2C，以及图3及图3A至3E，其中描述了躯干框架部分。躯干部分12由四组相同的部件制成，并且关于轴线2A-2A和2B-2B对称地进行组装。

图3：躯干框架的组装顺序。在图3A至3E的实施方式中，组装从前肩部开始。肩部件上的角部21a通过其较宽的开槽22a插入肩部件22。当部件21上的凹口2lb与22上的22b匹配时(见图2和图3)，将两个部件21彼此推开以通过摩擦力将它们的位置固定在部件22中。那样就制成了一个肩部组。另一侧的肩部组以相同的方式组装。部件23和24被插入到肩部组的开槽21c中。然后，将两个伺服器25穿过部件21之间的间隙插入到部件22中。它们被进一步推入23上的凹口23d和24上的凹口24e。最后，两个螺钉将会把伺服器25固定到22上。另一侧的肩部组以相同的方式组装。最后，将可选的脊柱部件26插入肩部组上的开槽21f中，以进一步稳定躯干框架。

参考图4，躯干框架中的互锁机构。所述躯干互锁机构涉及三个主要的锁。截面图A-A示出了部件22在凹口21b与狭槽22a之间通过摩擦力约束21。但是，如果没有伺服器25，则部件21仍可以彼此相向运动。

剖视图B3-B3示出了伺服器25阻止部件21彼此相向运动。将25的角部25d和25e推入开槽23d和24e，将会以45度的角度锁定肩部组。

剖视图C3-C3示出了一旦将部件23、24插入两端的肩部组中，部件23与部件24之间的距离就会被开槽21c限制。

以上的互锁形成了一个相当稳定的梯形。可能由于磨损而变松的唯一部分是被开槽23d和24e中的角部25d和25e约束的45度角。可选的脊柱部件F通过固定两个肩部组上的21f之间的距离来帮助紧固该结构。

参照图5以及图5A至5K，其中示出了头部组的各个部分。所述头部组具有两个子组：倾斜组和摇摄组。所述倾斜组具有中间件31、口部件32、眼部件33、下巴件34、超声件35、耳部件36和伺服器37。所述摇摄组具有两个颈部件38、小伺服臂39、底座件310、两个小锁定件311、以及长伺服臂312。

参考图6A至图6D，其中示出了头部组的互锁机构和组装顺序。在该等附图中，倾斜组的组装从中间件31开始。口部件32和眼部件33可以滑动到31的开槽31a和31b中。下巴34被插入中间件31上的开槽31c中，并且其凸出部34d被推入32上的32d中以锁定32的位置。其上表面推动部件33的下边缘以将其锁定在中间件31中。超声传感器35被通过33e插入眼部件33中。耳部件36被插入插槽31f中。其前表面推动超声件35以将其锁定在33中。其凹口36g与34g匹配并将耳部件34锁定在开槽31c中。伺服器37被插入中间件31上的开槽31h中以锁定部件36。其自身通过位于31i的两个螺钉被固定到中间件31上。

所述超声波传感器同时用于形态和功能用途。它看起来像猫的眼睛，同时它测量所述装置前方的距离，并且能够将信号传输到控制器以进行感知。可以用能够适配到该空间内的其他传感器来代替它。

摇摄组的组装起始于在38a处将“L”形伺服臂39用螺钉连接到颈部38之一上。两个38被插入到基座310上的较宽的开槽310b中，并被分别推入较窄的开槽310c中。同时将3l0d插入38d。两个“C”形锁定件311被通过较宽的开槽310e插入底座310中，然后滑动至较窄的开槽310f中以锁定颈部38并使其垂直于底座。长伺服臂312被用螺钉连接到基座310上，并且其较长的端部312g将小锁定部311锁定在较窄的狭槽310f中。摇摄组和倾斜组通过伺服臂39连接。整个头部组和躯干组通过伺服臂312连接。

参照图7及图7A至7H，其中示出了颈部关节中的柔性连接件100。头部通过颈部组14连接到身体。当机器动物拼插模型10移动时，如果对头部施加过大的力，可能会发生正面碰撞。在颈部和身体之间引入了柔性连接件100，以实现较小的位移并减轻震动，从而保护关节和组件。

摇摄伺服器41连接肩部和颈部组14。其被插入上肩部件21上的开槽21g中，并且可以自由滑动。弹簧42竖立在下肩部件21上，并将伺服器推向上肩部件21。螺钉43被附接到摇摄伺服器41上，并插入穿过弹簧42。它避免了弹簧跳出。伺服器另一侧的边缘用作旋转枢轴。当头部在碰撞中下垂时，伺服器将能够沿枢轴轴线旋转。弹簧会吸收一些冲击，并将伺服器带回到正常位置。

参考图8和8A，其中示出了用于调整质心的依次排列的螺孔。步行是一个动态过程，其中质心(CoM)不断地移入和移出脚底接触部分的投影区域。控制与CoM有关的腿部运动(步态)对于四足行走是至关重要的。另一方面，如果步态已经预设并固定，则可以调整CoM的位置以优化步行性能。由于电池组占整个体重的很大一部分，因此更改其位置将有效地调整CoM。

在一种可能的构造中，在底部躯干件23上有一排或多排依次排列的螺孔23i，它们沿躯干的较长/脊椎方向排列。所述螺孔隔开一定的距离，这些距离满足调整CoM的最低精度要求。电池座51利用螺钉52通过螺孔51i附接到底部件上，而其位置可以通过拧入所述孔矩阵中的适当螺孔中来调节。

参考图9，在一个替代的实施方式中，示出了用于方便地调整质心的拖拽机构。在躯干件23上设置一个或多个长槽或轨道23h，以允许连接电池座51的螺钉52一起滑动。开槽的宽度略大于螺钉的外径。对于每个螺钉，将通孔铆钉54插入电池座中，然后再插入底部躯干件23。铆钉的内径比螺钉52的内径稍大，其外径则大于长槽23h的宽度。铆钉的长度接近躯干件23的厚度。沿着开槽23h，设有依次排列的较大的孔，它们以一定的距离分隔开，所述距离满足用于调整CoM的最低精度要求。这些孔的直径略大于铆钉的外径。螺钉52将穿过铆钉54、电池座51的底部上的孔、长槽23h、压缩弹簧53、并最终拧入下躯干件23上方的螺母件27中。

弹簧53的压缩力略大于带有电池的电池座的重量。通过向上推动螺母件27，其将铆钉54沿着开槽23h抬升到所述大孔中。因为开槽的宽度小于铆钉的外径，所以铆钉将锁定其所连接的电池组的位置。

通过向下拖动电池座51，可以进一步压缩弹簧以允许将电池座拉下。其附接的铆钉54将被从长槽23h上的孔内拉出。现在，只有较细的螺钉52位于开槽的内部，并且可以沿开槽的长度方向自由移动。在调整了电池组的位置之后，只需松开它，弹簧就会伸出并将铆钉54沿长槽23h抬升到最近的较大孔中。电池组的位置被再次锁定。

图9G示出了拖拽机构的底部件的替代实施方式，其具有用于调节质心的多个开槽23h。

参考图10及图10A至10I，其中示出了大腿中的减震机构。步行是一种周期性运动，在频繁的负载和去负载的力的作用中，涉及的关节会遭受磨损和破坏。意外的停止和碰撞会进一步损坏执行器中的机械零件。弹性联动装置被引入到致动伺服电机和肢体之间。

每条大腿或股部都包括轨道，用于收容嵌入在另一个身体部分中的每个驱动伺服电动机的电动机臂62。伺服臂部分地约束在轨道中，并且被弹簧61推动到其正常位置(在剖视图B10-B10中示出)。它也可以沿着大腿的长度方向移动，或绕关节轴线旋转。

当大腿和伺服关节之间的相对位置发生变化时，伺服臂将承受外力或扭矩。如果作用在伺服臂上的力大于弹簧的压缩力，则伺服臂将沿着大腿的长度方向滑动。如果存在剪切力分量，则伺服臂和轨道之间的接触点将成为用于可能出现的旋转的枢轴。如果外部扭矩大于弹簧拉力产生的扭矩，则伺服臂将发生旋转并同时沿长度方向滑动(在剖视图D10-D10中示出)。滑动过程中的摩擦力也吸收了一些能量，从而减轻振动。

弹性连接件将快速变化的负载转变为弹簧中逐渐变化的张力，并减轻突然的冲击。它还产生了可承受的扭转范围，以避免在碰撞过程中损坏伺服器，或伤害到接触肢体的人。

在所公开的实施方式中，大腿可分为上部和下部零件，这可以为制造和组装提供一些便利。

参考图11、11A和11B，其中示出了部分受约束的尾部关节和尾部末端的轮子。尾部对于动物的平衡、姿势和外观很重要。机器人具有通过部分受约束的关节附接到躯干的尾部71。伺服臂73通过开槽71a插入并连接到摇摄伺服器74。螺钉75固定在伺服臂上并穿过金属铆钉76，然后插入开槽71b中。所述开槽长于铆钉的直径，以允许尾部在俯仰方向上旋转一个较小的角度。铆钉的长度略大于开槽的厚度，以防止其脱落。金属铆钉76用于减小螺钉75和开槽71b之间的摩擦。

在某些情况下，尾部的末端会接触地面或其他表面并发生刮擦。可选的轮部件72被安装在尾部的末端以减小摩擦。螺钉77通过金属铆钉76穿过尾部件71上的孔71c。铆钉的内径略大于螺钉的直径，并且铆钉的外径略小于孔71c的直径。铆钉的长度略大于尾部71的厚度。铆钉的圆形端位于轮子和尾部之间，用作垫圈型垫片。

尾部件71可以由伺服器在摇摄方向上主动地驱动，也可以根据身体的方向由重力，或者由快速旋转产生的离心力被动地驱动。尾部71用于步行或站立时的平衡。它可以旋转到下降侧以避免滚动、推动身体以恢复滚动、并且可以成为用两个后腿站立时的第三支撑点。

本申请考虑了用于完成其操作的任何机器可读介质上的方法、系统和程序产品。可以使用现有的计算机处理器来实现本申请的实施方式，或者通过为此目的或者其他目的而结合的用于适当系统的专门目的的计算机处理器来实现本发明的实施方式，或者通过硬连线系统来实现本申请的实施方式。

重要的是，应当注意在所述各种示例性实施方式中所示的机器人动物拼插模型的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了一些实施方式，但是审阅本公开的本领域技术人员将容易意识到，在没有实质性脱离权利要求中记载的主题的新颖的教导和优点的情况下，可以进行许多修改(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例的变化；参数数值；安装布置方式；材料用途；颜色；朝向等等)。例如，示出为整体形成的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以被颠倒或者以其他方式改变，并且离散的元件或位置的性质或数量可以被替换或改变。因此，所有这样的修改旨在被包括在本申请的范围内。根据替代的实施方式，任何过程或方法步骤的级别或次序可以被改变或重新排序。在权利要求中，任何手段加功能的条款旨在覆盖本文中描述为执行所记载的功能的结构，不仅覆盖结构性的等同物，而且还覆盖等同的结构。在不脱离本申请的范围的情况下，在示例性实施例的设计、操作条件和布置中可以进行其他的替换、修改、变化和省略。

如上所述，本申请的范围内的实施方式可以包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质，用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是能够由具有处理器的通用目的或专用目的的计算机或其他机器访问的任何可用介质。举例来说，这样的机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁性存储装置，或可以用于以机器可执行的指令或数据结构形式来承载或存储期望的程序代码，并且能够由具有处理器的通用目的或专用目的的计算机或其他机器访问的的任何其他介质。当通过网络或其他通信连接(硬连线、无线、或者硬连线或无线的组合)将信息传输或提供给机器时，机器会将该连接正确地视为机器可读介质。因此，任何这样的连接都被合适地称为机器可读介质。以上的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使得通用目的计算机、专用目的计算机或专用目的处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。