CN109648574A - 一种仿真机器人的面部控制活动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明仿真机器人的面部控制活动方法,包括眉毛、眼睑、眼睛和下颌是人产生表情主要的4个运动模块；根据仿真机器人控制要求，采用AT89S52为核心构造控制系统,其中主要分成三大模块：一、单片机中央及外部控制电路包括单片机、单片机外部时钟晶振及复位电路、LED指示灯电路、外部中断机器人复位电路和独立键盘控制电路；二、7路舵机驱动电路包括舵机电源模块、同向器保护电路、继电器隔离电路、PwM脉冲输出电路和舵机驱动电路；三、串口通信电路包括电平转换模块、接口电路等；本发明通过实现7路可变PWM脉冲控制信号，同时控制7个舵机，并使其连续运转以实现仿真机器人面部表情的流畅变化控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿真机器人技术，尤其是一种仿真机器人的面部控制活动方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，信息技术、计算机技术、人工智能技术的引入，
机器人的研究已逐渐走出工业领域，扩展到医疗、保健、家庭、娱乐、服务性行业等领域，对机器人的要求也从简单重复的机械动作提升为研制具有高度智能性、自主性及与其他智能体交互的仿人机器人；尤其是进入21世纪以后，人口老龄化将越发严重，青年劳动力的不足和老年人大量增多将是一个全世界都将面对的严重问题。而不发仿人机器人的一个重要目的就是弥补年轻劳动力的不足，解决老龄化社会的家庭服务和医疗问题；对于“仿人机器人”，不仅要具有完成工作的能力，而且能够在许多场合与人协助完成任务，这就要求仿人机器人能够与人进行有效的情感和信息交流；面部表情是情绪在面部的表现，它是情绪表达的主要通道。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种可以解决现有技术中仿人机器人与人进行情感和信息交流，通过面部表情体现情绪变化的问题的仿真机器人的面部控制活动方法。
一种仿真机器人的面部控制活动方法，包括眉毛、眼睑、眼睛和下颌是人产生表情主要的4个运动模块；人的眉毛主要有4个自由度，能够看作为左右端部各自的上、斜下运动；眼皮1个自由度，绕水平转动；眼睛2个自由度，绕水平、垂直2个方向转动；嘴部4个自由度，能够看作为嘴角两端上、斜下运动；人的眉毛和嘴巴各含有4个自由度，在不影响实现表情效果前提下，将这两个模块都简化到1个自由度，人一共7个自由度；驱动选择为舵机，舵机是一种位置伺服的驱动器，主要由外壳、电路板、马达、齿轮与位置检测器构成；其工作原理是由接收机发出信号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回信号，判断是否已经到达定位；根据仿真机器人控制要求，采用AT89S52为核心构造控制系统,其中主要分成三大模块：一、单片机中央及外部控制电路包括单片机、单片机外部时钟晶振及复位电路、LED指示灯电路、外部中断机器人复位电路和独立键盘控制电路；二、7路舵机驱动电路包括舵机电源模块、同向器保护电路、继电器隔离电路、PwM脉冲输出电路和舵机驱动电路；三、串口通信电路包括电平转换模块、接口电路等；输入控制信号，经单片机处理后输出LED指示系统运行进度。由单片机双定时器完成7路PWM波的连续发送，同时单片机控制4个继电器来控制舵机的运行；整个系统共有2个电源，分别为单片机和舵机供电。
作为本发明进一步的方案：所述眉毛处的机构为眉毛机构，眉毛对表情主要作用在4个自由度上，眉毛两端的4个自由度能够看做为2个t组，绕某个中心做旋转运动：因此将眉毛4个自由度简化到1个旋转自由度，由舵机直接驱动，转动范围为±20度。
作为本发明进一步的方案：所述眼睑处的机构为眼睑机构，眼睑睁开的幅度对表情有很大影响；眼睑分为上、下眼睑，但下眼睑运动太小，能够将眼睑运动简化为包嗣眼睛并与眼睛水平同轴转动的一个自由度；同时也是由舵机直接驱动，转动范围为60度。
作为本发明进一步的方案：所述下颌处的机构为下颌机构，下颌的运动可以带动嘴唇的张合，因此将下颌饶水平方向的转动简化嘴巴的4个自由度，实验中验证基本能辅助实现几中基本表情该自由度由双摇杆机构实现，舵机半周转带动下颌上下转动30度，下颌水平向上10度表示闭合，向下20度表示张开，张开幅度为20mm。
作为本发明进一步的方案：所述眼睛的机构为眼睛机构，双眼具有上下转动和左右转动4个自由度；能够将双眼左右、上下转动考虑为同步同方向运动，整个眼睛机构只有2个自由度绕水平方向的转动采用双摇杆机构，眼睛上下转动范围为±15度；由于在垂直方向上机构零件的重力将成为负载加于电机驱动上；将眼睛饶垂直方向的转动由1个曲柄滑块机构和1个导杆机构组合实现；舵机通过曲柄滑块机构驱动滑块水平直线移动，眼睛的左右转动由滑块的直线移动带动导杆的左右转动，直线滑轨承受了大部分零件的重力；眼睛左右转动范围为±3O度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明选用舵机作为驱动，完成了一个结构精简、空间利用率高、成本低的仿人面部表情机器人的结构设计，通过实现7路可变PWM脉冲控制信号，同时控制7个舵机，并使其连续运转以实现仿真机器人面部表情的流畅变化控制。
附图说明
图1是本发明实施例的控制系统结构框图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明仿真机器人的面部控制活动方法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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，本发明实施例的一种仿真机器人的面部控制活动方法，包括眉毛、眼睑、眼睛和下颌是人产生表情主要的4个运动模块；人的眉毛主要有4个自由度，能够看作为左右端部各自的上、斜下运动；眼皮1个自由度，绕水平转动；眼睛2个自由度，绕水平、垂直2个方向转动；嘴部4个自由度，能够看作为嘴角两端上、斜下运动；人的眉毛和嘴巴各含有4个自由度，在不影响实现表情效果前提下，将这两个模块都简化到1个自由度，人一共7个自由度；所述眉毛处的机构为眉毛机构，眉毛对表情主要作用在4个自由度上，眉毛两端的4个自由度能够看做为2个t组，绕某个中心做旋转运动：因此将眉毛4个自由度简化到1个旋转自由度，由舵机直接驱动，转动范围为±20度；所述眼睑处的机构为眼睑机构，眼睑睁开的幅度对表情有很大影响；眼睑分为上、下眼睑，但下眼睑运动太小，能够将眼睑运动简化为包嗣眼睛并与眼睛水平同轴转动的一个自由度；同时也是由舵机直接驱动，转动范围为60度；所述下颌处的机构为下颌机构，下颌的运动可以带动嘴唇的张合，因此将下颌饶水平方向的转动简化嘴巴的4个自由度，实验中验证基本能辅助实现几中基本表情该自由度由双摇杆机构实现，舵机半周转带动下颌上下转动30度，下颌水平向上10度表示闭合，向下20度表示张开，张开幅度为20mm；所述眼睛的机构为眼睛机构，双眼具有上下转动和左右转动4个自由度；能够将双眼左右、上下转动考虑为同步同方向运动，整个眼睛机构只有2个自由度绕水平方向的转动采用双摇杆机构，眼睛上下转动范围为±15度；由于在垂直方向上机构零件的重力将成为负载加于电机驱动上；将眼睛饶垂直方向的转动由1个曲柄滑块机构和1个导杆机构组合实现；舵机通过曲柄滑块机构驱动滑块水平直线移动，眼睛的左右转动由滑块的直线移动带动导杆的左右转动，直线滑轨承受了大部分零件的重力；眼睛左右转动范围为±3O度；驱动选择为舵机，舵机是一种位置伺服的驱动器，主要由外壳、电路板、马达、齿轮与位置检测器构成；其工作原理是由接收机发出信号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回信号，判断是否已经到达定位；根据仿真机器人控制要求，采用AT89S52为核心构造控制系统,其中主要分成三大模块：一、单片机中央及外部控制电路包括单片机、单片机外部时钟晶振及复位电路、LED指示灯电路、外部中断机器人复位电路和独立键盘控制电路；二、7路舵机驱动电路包括舵机电源模块、同向器保护电路、继电器隔离电路、PwM脉冲输出电路和舵机驱动电路；三、串口通信电路包括电平转换模块、接口电路等；输入控制信号，经单片机处理后输出LED指示系统运行进度。由单片机双定时器完成7路PWM波的连续发送，同时单片机控制4个继电器来控制舵机的运行；整个系统共有2个电源，分别为单片机和舵机供电。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种仿真机器人的面部控制活动方法，包括眉毛、眼睑、眼睛和下颌是人产生表情主要的4个运动模块；其特征在于：人的眉毛主要有4个自由度，能够看作为左右端部各自的上、斜下运动；眼皮1个自由度，绕水平转动；眼睛2个自由度，绕水平、垂直2个方向转动；嘴部4个自由度，能够看作为嘴角两端上、斜下运动；人的眉毛和嘴巴各含有4个自由度，在不影响实现表情效果前提下，将这两个模块都简化到1个自由度，人一共7个自由度；驱动选择为舵机，舵机是一种位置伺服的驱动器，主要由外壳、电路板、马达、齿轮与位置检测器构成；其工作原理是由接收机发出信号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回信号，判断是否已经到达定位；根据仿真机器人控制要求，采用AT89S52为核心构造控制系统,其中主要分成三大模块：一、单片机中央及外部控制电路包括单片机、单片机外部时钟晶振及复位电路、LED指示灯电路、外部中断机器人复位电路和独立键盘控制电路；二、7路舵机驱动电路包括舵机电源模块、同向器保护电路、继电器隔离电路、PwM脉冲输出电路和舵机驱动电路；三、串口通信电路包括电平转换模块、接口电路等；输入控制信号，经单片机处理后输出LED指示系统运行进度。由单片机双定时器完成7路PWM波的连续发送，同时单片机控制4个继电器来控制舵机的运行；整个系统共有2个电源，分别为单片机和舵机供电。
2.如权利要求1所述的仿真机器人的面部控制活动方法，其特征在于：所述眉毛处的机构为眉毛机构，眉毛对表情主要作用在4个自由度上，眉毛两端的4个自由度能够看做为2个t组，绕某个中心做旋转运动：因此将眉毛4个自由度简化到1个旋转自由度，由舵机直接驱动，转动范围为±20度。
3.如权利要求1所述的仿真机器人的面部控制活动方法，其特征在于：所述眼睑处的机构为眼睑机构，眼睑睁开的幅度对表情有很大影响；眼睑分为上、下眼睑，但下眼睑运动太小，能够将眼睑运动简化为包嗣眼睛并与眼睛水平同轴转动的一个自由度；同时也是由舵机直接驱动，转动范围为60度。
4.如权利要求1所述的仿真机器人的面部控制活动方法，其特征在于：所述下颌处的机构为下颌机构，下颌的运动可以带动嘴唇的张合，因此将下颌饶水平方向的转动简化嘴巴的4个自由度，实验中验证基本能辅助实现几中基本表情该自由度由双摇杆机构实现，舵机半周转带动下颌上下转动30度，下颌水平向上10度表示闭合，向下20度表示张开，张开幅度为20mm。
5.如权利要求1所述的仿真机器人的面部控制活动方法，其特征在于：所述眼睛的机构为眼睛机构，双眼具有上下转动和左右转动4个自由度；能够将双眼左右、上下转动考虑为同步同方向运动，整个眼睛机构只有2个自由度绕水平方向的转动采用双摇杆机构，眼睛上下转动范围为±15度；由于在垂直方向上机构零件的重力将成为负载加于电机驱动上；将眼睛饶垂直方向的转动由1个曲柄滑块机构和1个导杆机构组合实现；舵机通过曲柄滑块机构驱动滑块水平直线移动，眼睛的左右转动由滑块的直线移动带动导杆的左右转动，直线滑轨承受了大部分零件的重力；眼睛左右转动范围为±3O度。
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