CN108714903A - 一种眼睛模拟机构及应用该眼睛模拟机构的表情机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于机器人技术领域，提供了一种眼睛模拟机构及应用该眼睛模拟机构的表情机器人，其中，该眼睛模拟机构中的眼球转动摇杆的第一端与眼球连接，第二端与眼球转动连杆的第一端连接；眼球左右转主动杆的第一端与眼球转动连杆的第二端连接，第二端与眼球左右转舵机的舵机臂连接；眼球左右转舵机安装在眼球上下转摇杆上，眼球上下转拉杆的第一端与眼球上下转摇杆连接，第二端与眼球上下转舵机连接。该眼睛模拟机构采用连杆传动的运动方式，结构紧凑、控制简单、成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种眼睛模拟机构及应用该眼睛模拟机构的表情机器人。
背景技术
仿人面部表情机器人的研究在上世纪九十年代就已经开始，在过去的十几年中取得了迅速的发展。20世纪90年代，美国麻省理工学院人工智能实验室的研究人员研发了婴儿机器人Kismet，它是较早具有面部表情的仿人机器人能以类似婴儿的行为方式表达出喜怒哀乐等六种基本情感状态。日本早稻田大学开发的WE-3RV情感机器人将6种基本情感扩充到9种。东京理工大学开发的SAYA机器人是较早借助人工肌肉辅助运动机构从而产生面部表情的机器人。日本大阪大学智能机器人教授Hiroshi相继研究了ReplieeQ1、ReplieeQ2和GeminoedTMF等仿人机器人。其中GeminoidTMF以日本新闻女主播藤井雅子为原型，动作表情与真人极其相似，即使真人在近处也很难分辨真伪。然而，现有的仿人面部表情机器人的头部结构大都过于复杂，造价昂贵，并且由于自由度过多导致控制难度增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种眼睛模拟机构及应用该眼睛模拟机构的表情机器人，旨在解决现有技术中的表情机器人结构复杂、造价昂贵以及控制难度大的问题。
本发明实施例提供了一种眼睛模拟机构及应用该眼睛模拟机构的表情机器人，包括：眼球传动机构，所述眼球传动机构包括眼球、眼球转动摇杆、眼球转动连杆、眼球左右转主动杆、眼球左右转舵机、眼球上下转摇杆、眼球上下转拉杆以及眼球上下转舵机；
眼球转动摇杆的第一端与眼球连接，眼球转动摇杆的第二端与眼球转动连杆的第一端连接；眼球左右转主动杆的第一端与眼球转动连杆的第二端连接，眼球左右转主动杆的第二端与眼球左右转舵机的舵机臂连接；眼球左右转舵机安装在眼球上下转摇杆上，眼球上下转拉杆的第一端与眼球上下转摇杆连接，眼球上下转拉杆的第二端与眼球上下转舵机的舵机臂连接。
进一步地，所述眼睛模拟机构还包括眼睑传动机构，眼睑传动机构包括上眼睑、下眼睑、上眼睑横杆、下眼睑横杆、眼睑转动拉杆以及眼睑张合舵机；
上眼睑横杆的第一端与上眼睑连接，上眼睑横杆的第二端与眼睑转动拉杆的第一端连接，眼睑转动拉杆的第二端与眼睑张合舵机的舵机臂连接，下眼睑横杆的第一端可滑动地套在眼睑转动拉杆上，下眼睑横杆的第二端与下眼睑连接。
进一步地，所述眼球传动机构包括右眼球、右眼球转动摇杆、右眼球转动连杆、左眼球、左眼球转动摇杆、左眼球转动连杆、眼球左右转主动杆、眼球左右转舵机、眼球上下转摇杆、眼球上下转拉杆以及眼球上下转舵机；
所述右眼球转动摇杆的第一端与所述右眼球连接，第二端与所述右眼球转动连杆的第一端连接；所述左眼球转动摇杆的第一端与所述左眼球连接，第二端与所述左眼球转动连杆的第一端连接；所述眼球左右转主动杆的第一端分别与所述右眼球转动连杆的第二端、所述左眼球转动连杆的第二端连接，第二端与所述眼球左右转舵机的舵机臂连接；所述眼球左右转舵机安装在所述眼球上下转摇杆上；所述眼球上下转拉杆的第一端与所述眼球上下转摇杆连接，第二端与所述眼球上下转舵机的舵机臂连接；
所述眼睑传动机构包括右眼上眼睑、右眼下眼睑、左眼上眼睑、左眼下眼睑、上眼睑横杆、右眼下眼睑横杆、左眼下眼睑横杆、眼睑转动拉杆以及眼睑张合舵机；
所述上眼睑横杆的第一端与所述右眼上眼睑连接，第二端与所述左眼上眼睑连接；所述眼睑转动拉杆的第一端与所述上眼睑横杆连接，第二端与所述眼睑张合舵机的舵机臂连接；
所述右眼下眼睑横杆的第一端可滑动地套在眼睑转动拉杆上，第二端与所述右眼下眼睑连接；所述左眼下眼睑横杆的第一端可滑动地套在眼睑转动拉杆上，第二端与所述左眼下眼睑连接。
进一步地，所述眼球上下转拉杆的第一端开设有第一贯通槽，所述第一贯通槽内安装有第一球头，所述眼球上下转摇杆上开设有球头活动卡槽，所述第一球头能在所述第一贯通槽及所述球头活动卡槽内活动，使所述眼球上下转拉杆与所述眼球上下转摇杆可相对转动。
进一步地，所述眼睑转动拉杆的第一端开设有第二贯通槽，所述第二贯通槽内安装有第二球头，所述第二球头上开设有贯通孔，所述第二球头通过所述贯通孔套在所述上眼睑横杆上，所述第二球头能在所述第二贯通槽及所述上眼睑横杆上活动，使所述眼睑转动拉杆与所述上眼睑横杆可相对转动。
进一步地，眼睑传动机构还包括下眼睑控制件，所述下眼睑控制件套设在所述眼睑转动拉杆上，并可在所述眼睑转动拉杆上自由滑动，所述右眼下眼睑横杆的第一端与所述下眼睑控制件固定连接，所述左眼下眼睑横杆的第一端与所述下眼睑控制件固定连接。
进一步地，所述右眼上眼睑、所述右眼下眼睑、所述左眼上眼睑、所述左眼下眼睑均呈四分之一球壳形；
所述右眼上眼睑与所述右眼下眼睑同心装配，所述左眼上眼睑与所述左眼下眼睑同心装配。
进一步地，所述眼球上下转摇杆的第一端套设在所述右眼上眼睑中远离所述左眼上眼睑一侧的限位柱上，第二端套设在所述左眼上眼睑中远离所述右眼上眼睑一侧的限位柱上。
本发明还提供了一种表情机器人，所述表情机器人包括上述的眼睛模拟机构。
进一步地，眼球上下转舵机和眼睑张合舵机固定安装在所述表情机器人的头骨颅腔内，且眼球上下转舵机和眼睑张合舵机层叠设置。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的表情机器人，在该表情机器人中所应用的眼睛模拟机构中的控制器即为机器人中的中央控制系统。具体地，该眼睛模拟机构中的眼球转动摇杆的第一端与眼球连接，第二端与眼球转动连杆的第一端连接；眼球左右转主动杆的第一端与眼球转动连杆的第二端连接，第二端与眼球左右转舵机的舵机臂连接；眼球左右转舵机安装在眼球上下转摇杆上，眼球上下转拉杆的第一端与眼球上下转摇杆连接，第二端与眼球上下转舵机连接。该眼睛模拟机构采用连杆传动的运动方式，结构紧凑、控制简单、成本低廉。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种眼睛模拟机构的结构示意图；
图2是图1所示眼睛模拟机构中眼球传动机构的结构示意图；
图3是图2另一角度的结构示意图；
图4是图2又一角度的结构示意图；
图5是图1所示眼睛模拟机构中眼睑传动机构的结构示意图；
图6是图5另一角度的结构示意图；
图7是图5又一角度的结构示意图。
在附图中：
101、右眼球；102、右眼球转动摇杆；103、右眼球转动连杆；104、左眼球；105、左眼球转动摇杆；106、左眼球转动连杆；107、眼球左右转主动杆；108、眼球左右转舵机；109、眼球上下转摇杆；1091、球头活动卡槽；110、眼球上下转拉杆；1101、第一球头；111、眼球上下转舵机；201、右眼上眼睑；202、右眼下眼睑；203、左眼上眼睑；204、左眼下眼睑；205、上眼睑横杆；206、右眼下眼睑横杆；207、左眼下眼睑横杆；208、眼睑转动拉杆；2081、第二球头；209、下眼睑控制件；210、眼睑张合舵机。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、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。
本发明第一实施例提供了一种眼睛模拟机构，包括眼球传动机构和眼睑传动机构，并且通过控制器实现对眼球传动机构、眼睑传动机构的自动控制，预先在控制器中写入相应的控制程序，通过控制器来读取调用相应的控制程序从而实现眼球传动机构和眼睑传动结构的传动操作控制过程。
眼球传动机构包括眼球、眼球转动摇杆、眼球转动连杆、眼球左右转主动杆、眼球左右转舵机、眼球上下转摇杆、眼球上下转拉杆以及眼球上下转舵机；眼球转动摇杆的第一端与眼球连接，眼球转动摇杆的第二端与眼球转动连杆的第一端连接；眼球左右转主动杆的第一端与眼球转动连杆的第二端连接，眼球左右转主动杆的第二端与眼球左右转舵机的舵机臂连接；眼球左右转舵机安装在眼球上下转摇杆上，眼球上下转拉杆的第一端与眼球上下转摇杆连接，眼球上下转拉杆的第二端与眼球上下转舵机的舵机臂连接，眼球左右转舵机与控制器电连接，眼球上下转舵机与控制器电连接。
眼睑传动机构包括上眼睑、下眼睑、上眼睑横杆、下眼睑横杆、眼睑转动拉杆以及眼睑张合舵机；上眼睑横杆的第一端与上眼睑连接，上眼睑横杆的第二端与眼睑转动拉杆的第一端连接，眼睑转动拉杆的第二端与眼睑张合舵机的舵机臂连接，下眼睑横杆的第一端可滑动地套在眼睑转动拉杆上，下眼睑横杆的第二端与下眼睑连接，眼睑张合舵机与控制器电连接。
需要说明的是，本实施例中的眼球、上眼睑及下眼睑的数量不做限定，可以是一个、两个或多个。其中，本发明在以下记载中将会以两个眼睛的具体组成形式为例来说明眼球转动模拟以及眼睑转动模拟，其余的一个眼睛或多个眼睛的眼球转动模拟、眼睑转动模拟的情形则结合参考两个眼睛的模拟情形，因而不再赘述。
如图1所示，为本发明的第二实施例，提供了一种眼睛模拟机构，包括眼球传动机构和眼睑传动机构，并且通过控制器实现对眼球传动机构、眼睑传动机构的自动控制，预先在控制器中写入相应的控制程序，通过控制器来读取调用相应的控制程序从而实现眼球传动机构和眼睑传动结构的传动操作控制过程。
如图2-4所示，眼球传动机构包括右眼球101、右眼球转动摇杆102、右眼球转动连杆103、左眼球104、左眼球转动摇杆105、左眼球转动连杆106、眼球左右转主动杆107、眼球左右转舵机108、眼球上下转摇杆109、眼球上下转拉杆110以及眼球上下转舵机111。
右眼球转动摇杆102的第一端与右眼球101连接，第二端与右眼球转动连杆103的第一端连接；左眼球转动摇杆105的第一端与左眼球104连接，第二端与左眼球转动连杆106的第一端连接；眼球左右转主动杆107的第一端分别与右眼球转动连杆103的第二端、左眼球转动连杆106的第二端连接，第二端与眼球左右转舵机108的舵机臂连接；眼球左右转舵机108安装在眼球上下转摇杆109上；眼球上下转拉杆110的第一端与眼球上下转摇杆109连接，第二端与眼球上下转舵机111的舵机臂连接，并且眼球左右转舵机108、眼球上下转舵机111均与控制器电连接。
如图4所示，眼球左右转舵机108的舵机臂向右摆动，带动眼球左右转主动杆107向右运动，带动右眼球转动连杆103、左眼球转动连杆106向右运动，带动右眼球转动摇杆102的第二端、左眼球转动摇杆105的第二端向右运动，使右眼球转动摇杆102的第一端、左眼球转动摇杆105的第一端产生向左的偏转角度，使右眼球101和左眼球104向左转。同理，眼球左右转舵机108的舵机臂向左摆动，右眼球101和左眼球104向右转。
如图4所示，眼球上下转舵机111的舵机臂向上摆动，带动眼球上下转拉杆110向下运动，带动眼球上下转摇杆109向上运动，通过眼球左右转舵机108、右眼球转动连杆103、左眼球转动连杆106的传动，使右眼球转动摇杆102的第一端、左眼球转动摇杆105的第一端产生向下的偏转角度，使右眼球101和左眼球104向下转。同理，眼球上下转舵机111的舵机臂向下摆动，右眼球101和左眼球104向上转。
眼球上下转拉杆110的第一端开设有第一贯通槽(图中未示出)，第一贯通槽内安装有第一球头1101，眼球上下转摇杆109上开设有球头活动卡槽1091，第一球头1101能在第一贯通槽及球头活动卡槽1091内活动，使眼球上下转拉杆110与眼球上下转摇杆109可相对转动。
如图5-7所示，眼睑传动机构包括右眼上眼睑201、右眼下眼睑202、左眼上眼睑203、左眼下眼睑204、上眼睑横杆205、右眼下眼睑横杆206、左眼下眼睑横杆207、眼睑转动拉杆208、下眼睑控制件209以及眼睑张合舵机210。
上眼睑横杆205的第一端与右眼上眼睑201连接，第二端与左眼上眼睑203连接；眼睑转动拉杆208的第一端与上眼睑横杆205连接，第二端与眼睑张合舵机210的舵机臂连接；下眼睑控制件209套设在眼睑转动拉杆208上，并可在眼睑转动拉杆208上自由滑动；右眼下眼睑横杆206的第一端与下眼睑控制件209固定连接，第二端与右眼下眼睑202连接；左眼下眼睑横杆207的第一端与下眼睑控制件209固定连接，第二端与左眼下眼睑204连接，并且眼睑张合舵机210与控制器电连接。其中，下眼睑控制件209可以是十字形滑块。
如图5所示，眼睑张合舵机210的舵机臂向上摆动，带动上眼睑横杆205向上运动，带动右眼上眼睑201的转动轴、左眼上眼睑203的转动轴向下转动，带动右眼上眼睑201、左眼上眼睑203向下转；同时，眼睑张合舵机210的舵机臂向上摆动，会使眼睑转动拉杆208的第二端产生向前的偏转角度，带动下眼睑控制件209向上运动，带动右眼下眼睑横杆206、左眼下眼睑横杆207向上运动，带动右眼下眼睑202的转动轴、左眼下眼睑204的转动轴向上转动，带动右眼下眼睑202、左眼下眼睑204向上转。同理，眼睑张合舵机210的舵机臂向下摆动，右眼上眼睑201、左眼上眼睑203向上转；右眼下眼睑202、左眼下眼睑204向下转。
使用眼睑转动拉杆208同时控制上眼睑和下眼睑，不仅使该眼睛模拟机构的结构紧凑、控制简单，而且能够通过设置下眼睑与下眼睑横杆的距离，使上下眼睑闭合时上下眼睑转动的角度不同。由于人类闭眼时通常上眼睑的转动角度会大于下眼睑，因此可以通过设置使眼睑闭合时上眼睑的转动角度大于下眼睑，从而使仿真效果更好。
眼睑转动拉杆208的第一端开设有第二贯通槽(图中未示出)，第二贯通槽内安装有第二球头2081，第二球头2081上开设有贯通孔(图中未示出)，第二球头2081通过贯通孔套设在上眼睑横杆205上，第二球头2081能在第二贯通槽及上眼睑横杆205上活动，使眼睑转动拉杆208与上眼睑横杆205可相对转动。
于本发明另一实施例中，下眼睑控制件209可省去，在右眼下眼睑横杆206及左眼下眼睑横杆207的第一端开设贯通孔，将右眼下眼睑横杆206及左眼下眼睑横杆207的第一端可滑动地套在眼睑转动拉杆208上。
具体的，右眼上眼睑201、右眼下眼睑202、左眼上眼睑203、左眼下眼睑204均呈四分之一球壳形；右眼上眼睑201与右眼下眼睑202同心装配，左眼上眼睑203与左眼下眼睑204同心装配。
眼球上下转摇杆109的第一端套设在右眼上眼睑201中远离左眼上眼睑203一侧的限位柱上，第二端套设在左眼上眼睑203中远离右眼上眼睑201一侧的限位柱上。
眼球上下转舵机111和眼睑张合舵机210固定安装在表情机器人的头骨颅腔内，且眼球上下转舵机111和眼睑张合舵机210层叠设置。眼球上下转舵机111和眼睑张合舵机210层叠设置，能够节约空间，使表情机器人的头骨能够设计得更小。
本实施例提供的表情机器人，在该表情机器人中所应用的眼睛模拟机构中的控制器即为机器人中的中央控制系统。具体地，该眼睛模拟机构中的眼球转动摇杆的第一端与眼球连接，第二端与眼球转动连杆的第一端连接；眼球左右转主动杆的第一端与眼球转动连杆的第二端连接，第二端与眼球左右转舵机的舵机臂连接；眼球左右转舵机安装在眼球上下转摇杆上，眼球上下转拉杆的第一端与眼球上下转摇杆连接，第二端与眼球上下转舵机连接。该眼睛模拟机构采用连杆传动的运动方式，结构紧凑、控制简单、成本低廉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种眼睛模拟机构，其特征在于，包括：眼球传动机构，所述眼球传动机构包括眼球、眼球转动摇杆、眼球转动连杆、眼球左右转主动杆、眼球左右转舵机、眼球上下转摇杆、眼球上下转拉杆以及眼球上下转舵机；
所述眼球转动摇杆的第一端与眼球连接，所述眼球转动摇杆的第二端与所述眼球转动连杆的第一端连接；所述眼球左右转主动杆的第一端与所述眼球转动连杆的第二端连接，所述眼球左右转主动杆的第二端与所述眼球左右转舵机的舵机臂连接；所述眼球左右转舵机安装在所述眼球上下转摇杆上，所述眼球上下转拉杆的第一端与所述眼球上下转摇杆连接，所述眼球上下转拉杆的第二端与所述眼球上下转舵机的舵机臂连接。
2.根据权利要求1所述的眼睛模拟机构，其特征在于，所述眼睛模拟机构还包括眼睑传动机构，所述眼睑传动机构包括上眼睑、下眼睑、上眼睑横杆、下眼睑横杆、眼睑转动拉杆以及眼睑张合舵机；
所述上眼睑横杆的第一端与所述上眼睑连接，所述上眼睑横杆的第二端与所述眼睑转动拉杆的第一端连接，所述眼睑转动拉杆的第二端与所述眼睑张合舵机的舵机臂连接，所述下眼睑横杆的第一端可滑动地套在所述眼睑转动拉杆上，所述下眼睑横杆的第二端与所述下眼睑连接。
3.根据权利要求2所述的眼睛模拟机构，其特征在于，所述眼球传动机构包括右眼球(101)、右眼球转动摇杆(102)、右眼球转动连杆(103)、左眼球(104)、左眼球转动摇杆(105)、左眼球转动连杆(106)、眼球左右转主动杆(107)、眼球左右转舵机(108)、眼球上下转摇杆(109)、眼球上下转拉杆(110)以及眼球上下转舵机(111)；
所述右眼球转动摇杆(102)的第一端与所述右眼球(101)连接，第二端与所述右眼球转动连杆(103)的第一端连接；所述左眼球转动摇杆(105)的第一端与所述左眼球(104)连接，第二端与所述左眼球转动连杆(106)的第一端连接；所述眼球左右转主动杆(107)的第一端分别与所述右眼球转动连杆(103)的第二端、所述左眼球转动连杆(106)的第二端连接，第二端与所述眼球左右转舵机(108)的舵机臂连接；所述眼球左右转舵机(108)安装在所述眼球上下转摇杆(109)上；所述眼球上下转拉杆(110)的第一端与所述眼球上下转摇杆(109)连接，第二端与所述眼球上下转舵机(111)的舵机臂连接；
所述眼睑传动机构包括右眼上眼睑(201)、右眼下眼睑(202)、左眼上眼睑(203)、左眼下眼睑(204)、上眼睑横杆(205)、右眼下眼睑横杆(206)、左眼下眼睑横杆(207)、眼睑转动拉杆(208)以及眼睑张合舵机(210)；
所述上眼睑横杆(205)的第一端与所述右眼上眼睑(201)连接，第二端与所述左眼上眼睑(203)连接；所述眼睑转动拉杆(208)的第一端与所述上眼睑横杆(205)连接，第二端与所述眼睑张合舵机(210)的舵机臂连接；
所述右眼下眼睑横杆(206)的第一端可滑动地套在眼睑转动拉杆(208)上，第二端与所述右眼下眼睑(202)连接；所述左眼下眼睑横杆(207)的第一端可滑动地套在眼睑转动拉杆(208)上，第二端与所述左眼下眼睑(204)连接。
4.根据权利要求3所述的眼睛模拟机构，其特征在于，所述眼球上下转拉杆(110)的第一端开设有第一贯通槽，所述第一贯通槽内安装有第一球头(1101)，所述眼球上下转摇杆(109)上开设有球头活动卡槽(1091)，所述第一球头(1101)能在所述第一贯通槽及所述球头活动卡槽(1091)内活动，使所述眼球上下转拉杆(110)与所述眼球上下转摇杆(109)可相对转动。
5.根据权利要求3所述的眼睛模拟机构，其特征在于，所述眼睑转动拉杆(208)的第一端开设有第二贯通槽，所述第二贯通槽内安装有第二球头(2081)，所述第二球头(2081)上开设有贯通孔，所述第二球头(2081)通过所述贯通孔套在所述上眼睑横杆(205)上，所述第二球头(2081)能在所述第二贯通槽及所述上眼睑横杆(205)上活动，使所述眼睑转动拉杆(208)与所述上眼睑横杆(205)可相对转动。
6.根据权利要求3所述的眼睛模拟机构，其特征在于，眼睑传动机构还包括下眼睑控制件(209)，所述下眼睑控制件(209)套设在所述眼睑转动拉杆(208)上，并可在所述眼睑转动拉杆(208)上自由滑动，所述右眼下眼睑横杆(206)的第一端与所述下眼睑控制件(209)固定连接，所述左眼下眼睑横杆(207)的第一端与所述下眼睑控制件(209)固定连接。
7.根据权利要求3所述的眼睛模拟机构，其特征在于，所述右眼上眼睑(201)、所述右眼下眼睑(202)、所述左眼上眼睑(203)、所述左眼下眼睑(204)均呈四分之一球壳形；
所述右眼上眼睑(201)与所述右眼下眼睑(202)同心装配，所述左眼上眼睑(203)与所述左眼下眼睑(204)同心装配。
8.根据权利要求3所述的眼睛模拟机构，其特征在于，所述眼球上下转摇杆(109)的第一端套设在所述右眼上眼睑(201)中远离所述左眼上眼睑(203)一侧的限位柱上，第二端套设在所述左眼上眼睑(203)中远离所述右眼上眼睑(201)一侧的限位柱上。
9.一种表情机器人，其特征在于，所述表情机器人包括权利要求1至8任一项所述的眼睛模拟机构。
10.根据权利要求9所述的表情机器人，其特征在于，眼球上下转舵机(111)和眼睑张合舵机(210)固定安装在所述表情机器人的头骨颅腔内，且眼球上下转舵机(111)和眼睑张合舵机(210)层叠设置。
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