CN107638701A - 一种活动的仿真眼球 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种活动的仿真眼球，其特征在于：包括半球体；设于半球体的顶点处的仿真瞳孔；一个定位连接部、两个推拉用的推拉连接部，分别设于半球体的平面上或分别设于平行于所述平面的半球体的同一截面上或分别设于平行于所述平面的半球体的附加面上；所述的定位连接部设于所在面的圆心处，用于活动固定半球体；所述的一个推拉连接部设于所在面的垂直向直径上；另一个推拉连接部设于所在面的水平向直径上；且两个推拉连接部位于所述的圆心外。本发明与现有技术相比，只需通过两点的推拉控制，实现在合理的极限视角范围内70°任意视角的自然、平滑转动能力，提高仿真眼球的仿真还原度和逼真度。

Description

一种活动的仿真眼球

技术领域

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种活动的仿真眼球。

背景技术

随着科学技术的不断提高，人们运用机电工程原理，可以创造出比普通机器更具生命特征的机械控制系统，其中有一种追求高还原度、形象逼真的高仿真机器人技术，正在快速发展，按照产品属性不同，大体可以分为高仿真机械动物型态、高仿机械人真人形态、高仿真次世代角色游戏动漫角色等等。作为最核心的头部结构中不可或缺的重要零件，眼球的机构仿真性能十分重要，它在仿真系统功能中起到画龙点睛的重要的作用。眼球结构的设计，要求在极其有限的包络空间内，通过巧妙合理的结构设计，能够从多方向对其进行灵活驱动，从而实现机构仿真。

专利号201010613459.0公开的机器人眼睛，该方案将对眼球、执行机构、还有动力源进行了一体化设计，通过专用的承载结构将其联系到一起，形成了一个部件总成，该部件外形和体积相对固定，受到自身形态和体积的影响，导致系统兼容性和通用性差；该方案属于一种具备视觉传感器的功能光机电眼，结构设计复杂，制造成本高，应用成本高；该方案作为一个单眼球的部件总成，遇到某些需成对使用的应用需求时，受到装配累积误差和舵机内部齿轮方位的影响，初装双眼的视角存在一定概率上的细微偏差和不协调，但由于眼球的视角调节单元——双头螺柱设计在筒形外壳的内部，因此校对起来非常不便；另外，为了内置CCD相机，而在眼球体前盖设置了中央孔，导致眼球的真实瞳孔色泽和纹理完全不能得到体现，破坏了眼球的感观生理结构，眼球真实度和自然美感大大降低，因此不适用于还原度要求较高的高仿真机器人领域。

另外，专利申请号为201210264709.3的电磁驱动的机器人眼球，是一种电磁驱动的机器人眼球，属于玩偶的活动眼睛，在空心半球形的眼球上安装有永磁铁，眼球枢接在一个电磁铁座或与电磁铁座相连接的支架上，电磁铁座上安装有一个位于居中位置的中心电磁铁，该电磁铁的两旁或周围还安装有两个或多个电磁铁或电磁线圈，电磁铁或电磁线圈通电励磁可以驱动眼球做多点定位的转动。该方案设计的机器人眼球，中心电磁铁通电励磁后可以吸引眼球后的磁铁使眼球定位于正视前方的部位，中心电磁铁断电，相邻的任一电磁铁或电磁线圈通电励磁都可以吸引眼球转动到相应位置，从而驱动眼球做三点定位或五点定位或多点定位的转动。全部采用电磁铁驱动的技术方案，当眼球被某一电磁铁吸引转到位以后，即可断电，电磁铁芯对永磁体产生的吸引力，可以使眼球在没有外力的情况下保持在该位置。但该技术属于一种眼球及其驱动机构的关联设计，非独立眼球，必须成套使用，所述方案受固定的电磁控制方式影响，导致系统兼容性和通用性差；所述方案结构复杂，涉及薄壁眼球、永磁体、微型电磁铁、等多种非标零部件，制作成本高，至今仍未普及应用；所述方案是利用特定方位角的电磁铁吸引眼球内的永磁铁，使眼球定位于相应的视角。这种通过磁铁进行定位的控制方式，导致眼球的移动速度不可控，无法实现各视角之间的自然过渡，动作僵硬、机械化；由于受到电磁铁数量的限制，只能实现几个特定的眼球角度，无法实现眼球的极限视角范围内的任意点定位，仿真性能欠佳。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能形态独立、结构简单、通用性强，易操作、使仿真眼球的转换视角位置时能自然平滑过渡，仿真性强的活动眼球。

为实现上述目的，设计一种活动的仿真眼球，其特征在于：

包括半球体；

设于半球体的顶点处的仿真瞳孔；

一个定位连接部、两个推拉用的推拉连接部，分别设于半球体的平面上或分别设于平行于所述平面的半球体的同一截面上或分别设于平行于所述平面的半球体的附加面上；

所述的定位连接部设于所在面的圆心处，用于活动固定半球体；所述的一个推拉连接部设于所在面的垂直向直径上；另一个推拉连接部设于所在面的水平向直径上；且两个推拉连接部位于所述的圆心外；

所述的定位连接部旋转连接一连接装置的一端，所述的连接装置以定位连接部为圆心作绕X轴的旋转运动及作绕Z轴的旋转运动；

所述的两个推拉连接部分别旋转连接一推拉装置的一端，所述的推拉装置以相应的推拉连接部为圆心作绕X轴的旋转运动及作绕Z轴的旋转运动；

所述的两个推拉装置的另一端分别用于连接相应的驱动装置，所述的连接装置的另一端用于旋转连接半球体待装件；

只推拉垂直向直径上的推拉装置时，半球体以定位连接部为中心作绕X轴的旋转运动；只推拉水平向直径上的推拉装置时，半球体以定位连接部为中心作绕Z轴的旋转运动；两个推拉装置同时推拉不同的程度，使仿真瞳孔位于各种视角位置。

当所述的半球体上的定位连接部、两个推拉连接部分别与相应的连接装置的一端及相应的推拉装置的一端采用枢接时，所述的附加面总体呈设有开口的圆环面；所述的开口位于圆环面的侧部，所述的开口的底面至少位于圆环面的水平向直径下方；一主枢轴垂直向枢接于圆环面内，所述的主枢轴的中心轴线与圆环面的垂直向直径重合；一副枢轴垂直向枢接于开口内；所述的主枢轴、副枢轴平行；所述的主枢轴的中心沿其径向设有作为定位连接部的中心枢轴孔；中心枢轴孔外的主枢轴上沿其径向还设有枢轴孔；所述的副枢轴上沿其径向设有副枢轴孔；所述的副枢轴孔的中心与中心枢轴孔的中心位于圆环面的同一水平向直径上，所述的枢轴孔、副枢轴孔分别形成所述的推拉连接部；所述的推拉装置包括一个横轴部，及至少与横轴部的一端固定连接的具有长度的推拉件；一个推拉装置的横轴部枢接于枢轴孔内，另一个推拉装置的横轴部枢接于副枢轴孔内；所述的连接装置的一端采用一穿过中心枢轴孔的横轴与主枢轴枢接。

所述的半球体上的定位连接部、两个推拉连接部分别与相应的连接装置的一端及相应的推拉装置的一端采用球接。

所述的推拉件采用直角折杆，或者推拉件采用一端设有U形头的直杆；或者推拉件采用Y形杆，或者在远离半球体端的推位件部设为弯折状。

所述的连接装置的一端设为U形板，所述的主枢轴的中心部位于U形板内，所述的横轴水平向贯穿U形板及主枢轴。

所述的附加面的侧面与半球体的平面贴合装配，或者附加面与半球体一体成型；

当附加面与半球体装配时，对应主枢轴的两端以及副枢轴的两端处的附加面的侧面分别设有n形开口槽；且在n形开口槽外的附加面的侧面设有若干卡嵌用的横柱，对应横柱处的半球体的平面上设有柱孔；

当附加面与半球体一体成型时，在对应主枢轴的两端以及副枢轴的两端的附加面的内壁上分别设有轴孔。

所述的半球体的平面上设有三个球头窝，其中一个球头窝位于半球体的平面的圆心处形成定位连接部，三个球头窝的圆心的连线形成直角三角形，另两个球头窝形成推拉连接部；

所述的连接装置、推拉装置分别采用一端设有球头的杆；

一压盖对应三个球头窝处分别设杆孔，压盖的杆孔穿过相应的杆后，将球头压在半球体的平面与压盖之间。

所述的球头与杆采用一体成型结构或分体式装配结构。

所述的杆孔呈圆锥台形孔，与球头连接处的杆端部设为圆锥形。

所述的半球体设有腔体。

本发明与现有技术相比，其结构独立，外形为模仿眼球的半球形，该眼球可根据物种及其种族的不同，制作出来具有真实比例大小和真实的瞳孔色泽纹理的各种档次的专用型号，不仅适用于卡通机器人和玩具，尤其要适用于所有追求高还原度、形象逼真的高仿真机器人，使之成为一款结构兼容性极强的通用化产品，以解决现有技术方案逼真度和还原度差，结构兼容性和通用性不强，选型难的问题；

其结构简单，成本低廉，易于实现和量产，填补市场空缺，加速技术普及应用，以解决现有技术方案结构和制作工艺复杂，成本高的问题；

只需通过两点的推拉控制，实现在合理的极限视角范围内70°任意视角的自然、平滑转动能力，提高仿真眼球的仿真还原度和逼真度，以解决现有技术方案动作僵硬，可操控性能差的问题；

不受多余的形态和体积制约，并可以通过多种方式进行驱动和控制，为追求高还原度、形象逼真的高仿真机器人头部结构设计提供更大的设计自由度和更多可能性，以解决因现有技术方案的控制模式固化、体积庞大，很大程度上限制了眼球周边承载结构和关联机构的设计自由和可能性的弊端；

采用开放式设计，结构简单直观，使得安装和调整更方便，为成对使用时双眼视角的协调性校对，提供最大便利，以解决现有技术因为结构复杂或封闭式设计导致的安装、调整、检修、更换困难的问题。

附图说明

图1为本发明在一个实施例中的结构示意图，图中未示出推拉装置。

图2为图1的爆炸示意图。

图3为图1另一视角的爆炸示意图。

图4为本发明在一个实施中的多种运动角度的立体结构示意图。

图5为本发明所能达到的仿生学极限位置的示意图。

图6为本发明应用于仿真人眼时所对应的仿生学极限位置的示意图。

图7为本发明在另一个实施例中的组装过程示意图。

图8为本发明在又一个实施例中的组装示意图，图中推拉装置中与球头装配的杆未示出。

图9为图8所示产品的右视图。

图10为图9所示产品的A-A剖示图。

图11为图8所示产品的多种运动角度的立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明一种活动的仿真眼球，其特征在于：包括半球体1；设于半球体的顶点处的仿真瞳孔10；一个定位连接部、两个推拉用的推拉连接部，分别设于半球体1的平面上或分别设于平行于所述平面的半球体的同一截面上或分别设于平行于所述平面的半球体的附加面2上；所述的定位连接部设于所在面的圆心处，用于活动固定半球体1；所述的一个推拉连接部设于所在面的垂直向直径上；另一个推拉连接部设于所在面的水平向直径上；且两个推拉连接部位于所述的圆心外；所述的定位连接部旋转连接一连接装置的一端，所述的连接装置以定位连接部为圆心作绕X轴的旋转运动及作绕Z轴的旋转运动；所述的两个推拉连接部分别旋转连接一推拉装置的一端，所述的推拉装置以相应的推拉连接部为圆心作绕X轴的旋转运动及作绕Z轴的旋转运动；所述的两个推拉装置的另一端分别用于连接相应的驱动装置，所述的连接装置的另一端用于旋转连接半球体待装件；只推拉垂直向直径上的推拉装置时，半球体1以定位连接部为中心作绕X轴的旋转运动；只推拉水平向直径上的推拉装置时，半球体1以定位连接部为中心作绕Z轴的旋转运动；两个推拉装置同时推拉不同的程度，使仿真瞳孔10位于各种视角位置。

本发明中分别位于直角三角形顶点上的一个定位连接部、两个推拉连接部是实现本发明结构简单、操作简单的关键，以定位连接部为定位中心，通过两个推拉装置同时推拉不同的程度，使仿真瞳孔10位于各种视角位置，参见图4、图5、图6。调整时可通过位于垂直向直径上的推拉装置调整仿真瞳孔10上下角度，并通过位于水平向直径上的推拉装置调整仿真瞳孔10左右位置。

本发明中驱动装置可以是电机、舵机、升缩缸等驱动设备。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例1

参见图1～图3，本例中以所述的半球体上的定位连接部、两个推拉连接部分别与相应的连接装置的一端及相应的推拉装置的一端采用枢接，并以附加面2与半球体1组合装配为例。

所述的附加面2总体呈设有开口的圆环面；所述的开口位于圆环面的侧部，所述的开口的底面至少位于圆环面的水平向直径下方；

一主枢轴4垂直向枢接于圆环面内，所述的主枢轴的中心轴线与圆环面的垂直向直径重合；

一副枢轴3垂直向枢接于开口内；

所述的主枢轴4、副枢轴3平行；

所述的主枢轴4的中心沿其径向设有作为定位连接部的中心枢轴孔7；中心枢轴孔7外的主枢轴4上沿其径向还设有枢轴孔6；所述的副枢轴3上沿其径向设有副枢轴孔5；所述的副枢轴孔5的中心与中心枢轴孔7的中心位于圆环面的同一水平向直径上，所述的枢轴孔6、副枢轴孔5分别形成所述的推拉连接部；

所述的推拉装置包括一个横轴部，及至少与横轴部的一端固定连接的具有长度的推拉件；一个推拉装置的横轴部枢接于枢轴孔6内，另一个推拉装置的横轴部枢接于副枢轴孔5内；

所述的连接装置的一端采用一穿过中心枢轴孔7的横轴与主枢轴4枢接。

进一步的，所述的推拉件采用直角折杆11，或者推拉件采用一端设有U形头的直杆；或者推拉件采用Y形杆，或者在远离半球体端的推位件部设为弯折状。当然也可以根据眼球实际安装环境来选择推拉件的相关变形的形状或结构。本例中优选采用直角折杆11，结构更简单。

进一步的，参见图4，所述的连接装置的一端设为U形板12，所述的主枢轴4的中心部位于U形板12内，所述的横轴水平向贯穿U形板及主枢轴4，图4中U形板的另一端采用了断面画法。当然连接装置也可以根据环境需要采用其它变形的形状或结构。当连接装置的一端采用U形板12时，枢接处的主枢轴4外壁可处理成平面状，方便于U形板贴合，使运动更稳定。

进一步的，当附加面2与半球体1装配时，对应主枢轴的两端以及副枢轴的两端处的附加面的侧面分别设有n形开口槽，来方便主、副枢轴的装配，当然也可以在附加面的相应处纵向设孔来装配主、副枢轴，再采用热挤压束口封闭，或者放入隔离膜后再灌封胶封闭；且在n形开口槽外的附加面的侧面设有若干卡嵌用的横柱，对应横柱处的半球体的平面上设有柱孔。

进一步的，装配主枢轴两端处的附加面的内壁可以设置成平台状。

进一步的，所述的半球体的平面侧设有腔体，方便放入各种传感器或其它元器件等。

进一步的，对应副枢轴3处的直角折杆11部的半球体的腔体内壁设有避让槽。

实施例2

参见图7，本例中与实施例1基本相似，只是附加面2与半球体1一体成型。在对应主枢轴的两端以及副枢轴的两端的附加面的内壁上分别设有轴孔。

进一步的，为了装配方便，对应主枢轴4的至少一端处、及对应副枢轴3的至少一端处的轴孔为贯穿半球体的外壁，贯穿半球体的轴孔处再采用热挤压束口封闭，或者放入隔离膜后再灌封胶封闭。

实施例3

本例中，以所述的半球体1上的定位连接部、两个推拉连接部分别与相应的连接装置的一端及相应的推拉装置的一端采用球接为例。

参见图8～图11，进一步的，所述的半球体1的平面上设有三个球头窝15，其中一个球头窝位于半球体1的平面的圆心处形成定位连接部，三个球头窝的圆心的连线形成直角三角形，另两个球头窝形成推拉连接部；所述的连接装置、推拉装置分别采用一端设有球头16的杆17；一压盖18对应三个球头窝15处分别设杆孔，压盖18的杆孔穿过相应的杆后，将球头16压在半球体1的平面与压盖18之间。

进一步的，所述的球头16与杆采用一体成型结构或分体式装配结构。本例中的分体式装配结构采用螺纹连接，也可以采用卡套连接等固定装配方式。

所述的杆孔呈圆锥台形孔，与球头连接处的杆端部设为圆锥形。这样杆孔的小径端可以压住球头16不脱离半球体的球头窝，而杆孔的大径端可以不妨碍杆17的旋转。

进一步的，本例中两个推拉装置中的球头16固定一圆锥形头的小头端，圆锥形头的另一端的端面设内螺纹，与之连接的杆的端部设外螺纹。

进一步的，所述的半球体的内部设有腔体，方便放入各种传感器或其它元器件等，此时半球体1上设有球头窝的平面部与半球体的本体为分体式装配连接。

本发明中的眼球可以用于各种仿生眼睛中，或玩偶眼睛中。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种活动的仿真眼球，其特征在于：

包括半球体(1)；

设于半球体的顶点处的仿真瞳孔(10)；

一个定位连接部、两个推拉用的推拉连接部，分别设于半球体(1)的平面上或分别设于平行于所述平面的半球体的同一截面上或分别设于平行于所述平面的半球体的附加面(2)上；

所述的定位连接部设于所在面的圆心处，用于活动固定半球体(1)；所述的一个推拉连接部设于所在面的垂直向直径上；另一个推拉连接部设于所在面的水平向直径上；且两个推拉连接部位于所述的圆心外；

所述的定位连接部旋转连接一连接装置的一端，所述的连接装置以定位连接部为圆心作绕X轴的旋转运动及作绕Z轴的旋转运动；

所述的两个推拉连接部分别旋转连接一推拉装置的一端，所述的推拉装置以相应的推拉连接部为圆心作绕X轴的旋转运动及作绕Z轴的旋转运动；

所述的两个推拉装置的另一端分别用于连接相应的驱动装置，所述的连接装置的另一端用于旋转连接半球体待装件；

只推拉垂直向直径上的推拉装置时，半球体(1)以定位连接部为中心作绕X轴的旋转运动；只推拉水平向直径上的推拉装置时，半球体(1)以定位连接部为中心作绕Z轴的旋转运动；两个推拉装置同时推拉不同的程度，使仿真瞳孔(10)位于各种视角位置。

2.如权利要求1所述的一种活动的仿真眼球，其特征在于：

当所述的半球体上的定位连接部、两个推拉连接部分别与相应的连接装置的一端及相应的推拉装置的一端采用枢接时，

所述的附加面总体呈设有开口的圆环面；所述的开口位于圆环面的侧部，所述的开口的底面至少位于圆环面的水平向直径下方；

一主枢轴(4)垂直向枢接于圆环面内，所述的主枢轴的中心轴线与圆环面的垂直向直径重合；

一副枢轴(3)垂直向枢接于开口内；

所述的主枢轴、副枢轴平行；

所述的主枢轴(4)的中心沿其径向设有作为定位连接部的中心枢轴孔(7)；中心枢轴孔(7)外的主枢轴(4)上沿其径向还设有枢轴孔(6)；所述的副枢轴(3)上沿其径向设有副枢轴孔(5)；所述的副枢轴孔(5)的中心与中心枢轴孔(7)的中心位于圆环面的同一水平向直径上，所述的枢轴孔(6)、副枢轴孔(5)分别形成所述的推拉连接部；

所述的推拉装置包括一个横轴部，及至少与横轴部的一端固定连接的具有长度的推拉件；一个推拉装置的横轴部枢接于枢轴孔(6)内，另一个推拉装置的横轴部枢接于副枢轴孔(5)内；

所述的连接装置的一端采用一穿过中心枢轴孔(7)的横轴与主枢轴(4)枢接。

3.如权利要求1所述的一种活动的仿真眼球，其特征在于：所述的半球体(1)上的定位连接部、两个推拉连接部分别与相应的连接装置的一端及相应的推拉装置的一端采用球接。

4.如权利要求2所述的一种活动的仿真眼球，其特征在于：所述的推拉件采用直角折杆(11)，或者推拉件采用一端设有U形头的直杆；或者推拉件采用Y形杆，或者在远离半球体端的推位件部设为弯折状。

5.如权利要求2所述的一种活动的仿真眼球，其特征在于：所述的连接装置的一端设为U形板(12)，所述的主枢轴(4)的中心部位于U形板(12)内，所述的横轴水平向贯穿U形板及主枢轴(4)。

6.如权利要求2所述的一种活动的仿真眼球，其特征在于：

所述的附加面(2)的侧面与半球体(1)的平面贴合装配，或者附加面(2)与半球体(1)一体成型；

当附加面(2)与半球体(1)装配时，对应主枢轴的两端以及副枢轴的两端处的附加面的侧面分别设有n形开口槽；且在n形开口槽外的附加面的侧面设有若干卡嵌用的横柱，对应横柱处的半球体的平面上设有柱孔；

当附加面与半球体一体成型时，在对应主枢轴的两端以及副枢轴的两端的附加面的内壁上分别设有轴孔。

7.如权利要求3所述的一种活动的仿真眼球，其特征在于：

所述的半球体(1)的平面上设有三个球头窝(15)，其中一个球头窝位于半球体(1)的平面的圆心处形成定位连接部，三个球头窝的圆心的连线形成直角三角形，另两个球头窝形成推拉连接部；

所述的连接装置、推拉装置分别采用一端设有球头(16)的杆(17)；

一压盖(18)对应三个球头窝(15)处分别设杆孔，压盖(18)的杆孔穿过相应的杆后，将球头(16)压在半球体(1)的平面与压盖(18)之间。

8.如权利要求7所述的一种活动的仿真眼球，其特征在于：所述的球头(16)与杆采用一体成型结构或分体式装配结构。

9.如权利要求7所述的一种活动的仿真眼球，其特征在于：所述的杆孔呈圆锥台形孔，与球头连接处的杆端部设为圆锥形。

10.如权利要求1～9任一项所述的一种活动的仿真眼球，其特征在于：所述的半球体(1)设有腔体。