CN105437247A - 一种表情机器人 - Google Patents
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Abstract
一种表情机器人，包括机器人本体构架和固定桁架，机器人本体构架设置在固定桁架的固定面上，固定桁架上固设有多个步进电机组及分别与步进电机组连接的多个齿轮齿条传动组，机器人本体构架包括骨架系统、设置在所述骨架系统上的两眉毛转动部件、设置在骨架系统上的两眼睑转动部件、设置在骨架系统上的两眼球转动部件、设置在骨架系统上的下颌运动部件及设置在骨架系统上的摄像感应装置，机器人本体构架上设有分别与齿轮齿条传动机构连接的用于控制眉毛转动部件、眼睑转动部件、眼球转动部件及下颌运动部件运动的多个驱动钢丝，通过对表情器人进行头部结构进行精简和改进，减少了连接点，提高了空间利用率，简化了实现表情的自由度数量。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种表情机器人。
背景技术
表情机器人是一种能模拟人类面部表情和情绪动作的智能机器人，其作为一种服务机器人，对于实现人机交互特别是情感交互具有重要作用，由于表情机器人的人性化、情感化的特点，使得表情机器人的研究有着非常广泛的应用前景，近年来，越来越多的研究机构及组织开展了仿人面部表情机器人的研究。
表情机器人的研究难点之一是在有限空间内完成机械结构设计，而整体设计具有空间狭窄、运动范围小、运动准确及负载小的特点，同时整体机构的动作要协调，符合人类头、面部的运动规律，要求运动传递要准确，不能失真，这也是该课题所要着重解决的问题。
目前，欧美及日本的一些大学与研究机构已取得了一定的研究成果，其所研制的机器人注重机械稳定性，具有复杂的头部结构且面部表皮和肌理逼真。
上述现有的表情机器人虽然基本完成了在外形上与人相似，但内部机械结构复杂，质量过大，造价昂贵，外形不美观，并且驱动装置多数选用直流电机或舵机，在狭小的头部结构中控制不同位点的机构交织在一起，使得运动传递不协调，从而最终影响到机器人整体外观和头部运动效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种外形美观、结构精简、空间利用率高、表情生动灵活及成本低的表情机器人。
本发明是这样实现的，一种表情机器人，包括机器人本体构架和固定桁架，所述机器人本体构架设置在所述固定桁架的固定面上，所述固定桁架上固设有多个步进电机组及分别与所述步进电机组连接的多个齿轮齿条传动组，所述机器人本体构架包括骨架系统、设置在所述骨架系统上的两眉毛转动部件、设置在所述骨架系统上的两眼睑转动部件、设置在所述骨架系统上的两眼球转动部件、设置在所述骨架系统上的下颌运动部件及设置在所述骨架系统上的摄像感应装置，所述机器人本体构架上设有分别与所述齿轮齿条传动机构连接的用于控制所述眉毛转动部件、眼睑转动部件、眼球转动部件及下颌运动部件运动的多个驱动钢丝。
进一步地，所述骨架系统包括竖直并排设置的三个定层骨架、垂直插接在所述定层骨架上方的前额固定骨架、水平插接在所述定层骨架中部的中层固定骨架、设置在所述中层固定骨架底部的底座固定支架，水平插接在所述底座固定支架上的下层固定骨架及竖直固设在所述中层固定骨架两端的两防护板。
进一步地，所述眉毛转动部件包括眉毛部件、转轴、设置在所述眉毛部件上的关节摇杆及固设在所述关节摇杆两端的两拉动杆，所述眉毛部件通过所述转轴与所述骨架系统连接，所述关节摇杆通过复位弹簧固定在所述骨架系统上，所述拉动杆通过驱动钢丝与所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构连接。
进一步地，所述眼睑转动部件包括眼睑和上下转动关节轴承，所述眼脸通过螺栓固设在所述上下转动关节轴承上，所述上下转动关节轴承设置在所述骨架系统上且所述上下转动关节轴承通过复位弹簧与驱动钢丝连接，所述驱动钢丝连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构。
进一步地，所述眼球转动部件包括眼球上下转动部件和眼球左右转动部件，所述眼球上下转动部件包括一眼球及一上下转动关节轴承，所述上下转动关节轴承设置在所述骨架系统上，所述上下转动关节轴承的一端连接所述眼球，所述上下转动关节轴承的另一端通过复位弹簧与驱动钢丝连接，所述驱动钢丝连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构，所述眼球左右转动部件包括一眼球及一左右摇杆，所述左右摇杆分别与所述眼球与复位弹簧连接，所述左右摇杆通过驱动钢丝连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构。
进一步地，所述下颌运动部件包括一下颌部件及一下颌关节轴承，所述下颌部件的尾端与所述骨架系统连接，所述下颌关节轴承设置在所述下颌部件上，所述下颌部件通过复位弹簧与驱动钢丝连接，所述驱动钢丝连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构。
本发明的有益效果为：本发明提供的表情机器人，其机器人本体构架上设有分别与齿轮齿条传动机构连接的用于控制眉毛转动部件、眼睑转动部件、眼球转动部件及下颌运动部件运动的多个驱动钢丝，这样，从表情机器人的整体结构出发，在不影响表情实现效果的前提下，对眉毛转动部件、眼睑转动部件、眼球转动部件及下颌运动部件这四个主要的面部模块重新进行结构设计，简化自由度，节省大量空间，动力上选择精准度更高的步进电机作为驱动，同时将驱动系统从机器人本体构架分离，通过齿轮传动机构将动力传至驱动钢丝，最终带动眉毛转动部件、眼睑转动部件、眼球转动部件及下颌运动部件实现自由运动，通过对机器人进行头部结构进行精简和改进，减少了连接点，提高了空间利用率，简化了实现表情的自由度数量，机器人运行更加平稳、安装和操作更加简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的表情机器人的结构示意图。
图2是本发明一实施例提供的表情机器人其机器人本体构架的结构示意图。
图3是本发明一实施例提供的表情机器人其骨架系统的结构示意图。
图4是本发明一实施例提供的表情机器人其眉毛转动部件的结构示意图。
图5是本发明一实施例提供的表情机器人其眼睑转动部件的结构示意图。
图6是本发明一实施例提供的表情机器人其眼球上下转动部件的结构示意图。
图7是本发明一实施例提供的表情机器人其眼球左右运动部件的结构示意图。
图8是本发明一实施例提供的表情机器人其下颌运动部件的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种表情机器人，包括机器人本体构架1和固定桁架2，所述机器人本体构架1设置在所述固定桁架2的固定面21上，所述固定桁架2上固设有多个步进电机组3及分别与所述步进电机组3连接的多个齿轮齿条传动组4，所述机器人本体构架1包括骨架系统11、设置在所述骨架系统11上的两眉毛转动部件12、设置在所述骨架系统11上的两眼睑转动部件13、设置在所述骨架系统11上的两眼球转动部件14、设置在所述骨架系统11上的下颌运动部件15及设置在所述骨架系统11上的摄像感应装置16，所述机器人本体构架1上设有分别与所述齿轮齿条传动机构4连接的用于控制所述眉毛转动部件12、眼睑转动部件13、眼球转动部件14及下颌运动部件15运动的多个驱动钢丝，通过对表情器人进行头部结构进行精简和改进，减少了连接点，提高了空间利用率，简化了实现表情的自由度数量，机器人运行更加平稳、安装和操作更加简单。
本实施例中，如图3所示，所述骨架系统11包括竖直并排设置的三个定层骨架111、垂直插接在所述定层骨架111上方的前额固定骨架112、水平插接在所述定层骨架111中部的中层固定骨架113、设置在所述中层固定骨架113底部的底座固定支架115，水平插接在所述底座固定支架115上的下层固定骨架114及竖直固设在所述中层固定骨架113两端的两防护板116。
本实施例中，如图4所示，所述眉毛转动部件12包括眉毛部件121、转轴122、设置在所述眉毛部件121上的关节摇杆123及固设在所述关节摇杆123两端的两拉动杆124，所述眉毛部件121通过所述转轴122与所述骨架系统连接，所述关节摇杆123通过复位弹簧125固定在所述骨架系统上，所述拉动杆124通过驱动钢丝126与所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构4连接，这样，通过驱动钢丝126与所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构4连接，与对应步进电机3相配合。本实施例中，如图5所示，所述眼睑转动部件13包括眼睑131和上下转动关节轴承132，所述眼脸132通过螺栓固设在所述上下转动关节轴承132上，所述上下转动关节轴承132设置在所述骨架系统上且所述上下转动关节轴承132通过复位弹簧133与驱动钢丝134连接，所述驱动钢丝134连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构3，这样，通过设置在所述固定桁架上的所述步进电机3与所述齿轮齿条传动机构4相配合。
本实施例中，如图6和图7所示，所述眼球转动部件14包括眼球上下转动部件141和眼球左右转动部件142，所述眼球上下转动部件141包括一眼球1411及一上下转动关节轴承1412，所述上下转动关节轴承1412设置在所述骨架系统上，所述上下转动关节轴承1412的一端连接所述眼球1411，所述上下转动关节轴承1412的另一端通过复位弹簧143与驱动钢丝144连接，所述驱动钢丝144连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构4，所述眼球左右转动部件142包括一眼球1421及一左右摇杆1422，所述左右摇杆1422分别与所述眼球1421与复位弹簧145连接，所述左右摇杆1422通过驱动钢丝146连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构4。
本实施例中，如图8所示，所述下颌运动部件15包括一下颌部件151及一下颌关节轴承152，所述下颌部件151的尾端与所述骨架系统连接，所述下颌关节轴承152设置在所述下颌部件151上，所述下颌部件151通过复位弹簧153与驱动钢丝154连接，所述驱动钢丝154连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构4，这样，通过设置在所述固定桁架上的所述步进电机3与所述齿轮齿条传动机构4相配合。
需要说明的是，本发明提供的表情机器人是从机器人整体结构出发，在不影响表情实现效果的前提下，对所述眉毛转动部件12、眼睑转动部件13、眼球转动部件14及下颌运动部件15这四个主要的面部模块重新进行结构设计，采用十一路电机联动控制，精确实现十一个自由度的控制，对应如下：
（1）左眉毛：上下运动自由度（两电机同步）；
（2）左眉毛：旋转自由度（两电机反向）；
（3）右眉毛：上下运动自由度（两电机同步）；
（4）右眉毛：旋转自由度（两电机反向）；
（5）左上睑：上下运动自由度；
（6）左下睑：上下运动自由度；
（7）右上睑：上下运动自由度；
（8）右下睑：上下运动自由度；
（9）左右眼球：上下运动自由度；
（10）左右眼球：左右运动自由度；
（11）下颌：上下运动自由度。
其中，动力上选择精准度更高的步进电机作为驱动，同时将驱动系统从机器人本体构架分离，通过齿轮传动机构将动力传至驱动钢丝，最终带动各面部模块实现自由运动。
本发明的有益效果为：本发明提供的表情机器人，其机器人本体构架上设有分别与齿轮齿条传动机构连接的用于控制眉毛转动部件、眼睑转动部件、眼球转动部件及下颌运动部件运动的多个驱动钢丝，这样，从表情机器人的整体结构出发，在不影响表情实现效果的前提下，对眉毛转动部件、眼睑转动部件、眼球转动部件及下颌运动部件这四个主要的面部模块重新进行结构设计，简化自由度，节省大量空间，动力上选择精准度更高的步进电机作为驱动，同时将驱动系统从机器人本体构架分离，通过齿轮传动机构将动力传至驱动钢丝，最终带动眉毛转动部件、眼睑转动部件、眼球转动部件及下颌运动部件实现自由运动，通过对机器人进行头部结构进行精简和改进，减少了连接点，提高了空间利用率，简化了实现表情的自由度数量，机器人运行更加平稳、安装和操作更加简单。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种表情机器人，其特征在于，包括机器人本体构架和固定桁架，所述机器人本体构架设置在所述固定桁架的固定面上，所述固定桁架上固设有多个步进电机组及分别与所述步进电机组连接的多个齿轮齿条传动组，所述机器人本体构架包括骨架系统、设置在所述骨架系统上的两眉毛转动部件、设置在所述骨架系统上的两眼睑转动部件、设置在所述骨架系统上的两眼球转动部件、设置在所述骨架系统上的下颌运动部件及设置在所述骨架系统上的摄像感应装置，所述机器人本体构架上设有分别与所述齿轮齿条传动机构连接的用于控制所述眉毛转动部件、眼睑转动部件、眼球转动部件及下颌运动部件运动的多个驱动钢丝。
2.根据权利要求1所述的一种表情机器人，其特征在于，所述骨架系统包括竖直并排设置的三个定层骨架、垂直插接在所述定层骨架上方的前额固定骨架、水平插接在所述定层骨架中部的中层固定骨架、设置在所述中层固定骨架底部的底座固定支架，水平插接在所述底座固定支架上的下层固定骨架及竖直固设在所述中层固定骨架两端的两防护板。
3.根据权利要求1所述的一种表情机器人，其特征在于，所述眉毛转动部件包括眉毛部件、转轴、设置在所述眉毛部件上的关节摇杆及固设在所述关节摇杆两端的两拉动杆，所述眉毛部件通过所述转轴与所述骨架系统连接，所述关节摇杆通过复位弹簧固定在所述骨架系统上，所述拉动杆通过驱动钢丝与所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构连接。
4.根据权利要求1所述的一种表情机器人，其特征在于，所述眼睑转动部件包括眼睑和上下转动关节轴承，所述眼脸通过螺栓固设在所述上下转动关节轴承上，所述上下转动关节轴承设置在所述骨架系统上且所述上下转动关节轴承通过复位弹簧与驱动钢丝连接，所述驱动钢丝连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构。
5.根据权利要求1所述的一种表情机器人，其特征在于，所述眼球转动部件包括眼球上下转动部件和眼球左右转动部件，所述眼球上下转动部件包括一眼球及一上下转动关节轴承，所述上下转动关节轴承设置在所述骨架系统上，所述上下转动关节轴承的一端连接所述眼球，所述上下转动关节轴承的另一端通过复位弹簧与驱动钢丝连接，所述驱动钢丝连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构，所述眼球左右转动部件包括一眼球及一左右摇杆，所述左右摇杆分别与所述眼球与复位弹簧连接，所述左右摇杆通过驱动钢丝连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构。
6.根据权利要求1所述的一种表情机器人，其特征在于，所述下颌运动部件包括一下颌部件及一下颌关节轴承，所述下颌部件的尾端与所述骨架系统连接，所述下颌关节轴承设置在所述下颌部件上，所述下颌部件通过复位弹簧与驱动钢丝连接，所述驱动钢丝连接所述固定桁架上的所述齿轮齿条传动机构。
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