人形機器人頭部及腰部之設計與建構

在人類的眼球中，視網膜的感測神經元分為兩大部分：錐狀體神經元和柱狀體神 經元，錐狀體神經元負責視覺中央區域的感測，柱狀體神經元負責在視覺中央兩側區 域的感測。因此，人類的視覺具有廣角的視野及高度的解析力，並且在視覺的中央部 分的感測有相當高密度，但在兩側的視覺感測其密度則相對較低。為了在新設計的機 械頭上實現與人類相當的視覺感測機制，必須使攝影機具有廣角的視野及高解析度。

基於上述的理念，我們設計了一個擁有七自由度的雙眼機械頭，如圖 2.1 所示。

在機構設計上，使用商用軟體 ProE 進行設計及分析，以決定所需的馬達動力及驅動 性能，表 2.1 為此雙眼機械頭的運動參數。

圖 2.1 七自由度雙眼機械頭 表 2.1 七自由度雙眼機械頭之運動參數

淨重 4.86 Kg

軸 下極限(deg) 上極限(deg) 最大角速度 (deg/s)

1 -80 80 160

2 -35 35 160

3 -35 35 160

4 -35 35 160

5 -45 45 300

6 -45 45 300

7 -45 45 300

其中，雙眼部分之機構具備三自由度，而頸部則具有四自由度。在眼部機構中，由於 每一隻眼睛將具備兩部攝影機，一部為超廣角視野的攝影機，另一部為高解析度之攝 影機，需建立一個固定機構並使兩部攝影機可同步轉動(Vergence)，主要是模仿眼球 可以做朝左朝右的運動，並提供一個可做局部的上下轉動(Tilt)的機構，主要是模仿眼 球可以做朝上朝下的運動;而在頸部機構中，底座第一軸垂直於身軀之接觸面，可做 大範圍的轉動(Pan)，如同人的頸子可以做轉動，第二軸與第三軸為一個正交機構設 計，主要是為了使頸部產生側彎及前傾的動作，而第四軸與第三軸是平行的，而整個

眼部機構將架於第四軸連桿上，這四個自由度的設計，主要是為了使眼部更能藉由頸 部之彎曲及伸展，來觀察靠近身體的物體。

2.1.2 人形機器人腰部之設計與建構

機器人的輪式移動平台可使機器人自由的移動於平面空間中。輪式移動平台在大 範圍的空間移動對機器人有相當的效果，但如果機器人須側身擊球或撿拾起在輪式移 動平台周圍的物體，則僅賴輪式移動平台將無法完成此任務。為了增加機器人身軀之 靈巧度，我們建構一個具三自由度的腰部，如圖 2.2 所示。

圖 2.2 三自由度機械人腰部

在腰部之結構設計上，採用 roll-pitch- yaw 的架構，並令三個旋轉軸相交於一點，

而機械人腰部的運動參數則列於表 2.2。圖 2.3 顯示完成後的整體機器人架構。

表 2.2 三自由度機械人腰部之運動參數

淨重 18 Kg

軸 下極限(deg) 上極限(deg) 最大角速度(deg/s)

Roll -90 90 90

Pitch -45 45 90

圖 2.3 人形機器人