CN110549317A - 一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，包括头罩以及包覆在头罩外与其对应的硅胶外皮，还包括设置在头罩上的眼球机构、眼皮机构、唇片上翘机构、唇片开合机构和眉部机构，唇片上翘机构包括上翘舵机和上翘摆臂，用以驱动唇角的硅胶外皮上翘；唇片开合机构包括开合舵机和开合摆臂，用以控制下唇片相对上唇片的开合；眼皮机构包括眼皮舵机和眼皮摆臂，用以连接眼皮处对应的硅胶外皮，控制眼皮的上下运动；眼球机构包括眼球舵机和眼球摆臂及眼球，用以驱动眼球左右转动；眉部机构包括眉部舵机和眉部摆臂，用以控制眉部运动。本发明的机器人头颅，通过以上机构的配合，可以模拟微笑、大笑、悲伤、皱眉、做鬼脸、抛媚眼等几十种表情。

Description

一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅

技术领域

本发明涉及机械头颅结构，具体涉及一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，属于机器人技术领域。

背景技术

现有技术的机器人头颅存在以下的问题：

第一，结构简单：无法实现动态表情的多样化和仿真化。例如，无法实现眨眼、微笑等微表情的动态仿真，更无法实现模拟人类多种表情，例如微笑、大笑、悲伤、皱眉、做鬼脸、抛媚眼等多种表情。

第二，躯干与头颅的接口，每家公司也基本都各有不同。如果采用高仿真躯干，则一般采用预埋线或外部走线方式，将头颅与躯干进行对接，互换性差、通用性差，无法达到综合兼容的目的。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅。

本发明为了实现上述的技术目的采用如下的技术方案。

本发明提供一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，包括头罩以及用以和躯干对接的对接机构，还包括包覆在头罩外与其对应的硅胶外皮，还包括眼球机构、眼皮机构、唇片上翘机构和唇片开合机构。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，头罩包括面罩，后脑罩和下颌罩，三者固定形成头部基本形状。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，唇片上翘机构包括上翘舵机和上翘摆臂。用以驱动唇角的硅胶外皮上翘形成微笑的效果。

具体的，上翘摆臂为肘形，其中部固定在上翘舵机上，下部的自由端嵌入唇角处的硅胶外皮。

上翘机构为对称设置的两个，分别控制左右唇角。

工作时，上翘舵机带动上翘摆臂沿固定处转动，从而带动唇角上扬，达到笑脸的效果。

进一步的，为了使笑脸的效果更好，展现更美的弧度，上翘摆臂的摆动角度为30度。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，唇片开合机构和下颌罩连接，用以控制下颌罩相对于面罩开合，下颌罩的下唇片和面罩上的上唇片开合，完成唇片开合动作。

具体的，唇片开合机构包括唇片开合舵机，以及连接部，连接部用以连接下颌罩。

更为细节的，连接部包括肘形的第一连接件，以及U形的第二连接件，还包括分别和下颌罩的底部和后部铰接的第一铰接轴和第二铰接轴。

第一连接件的两端分别和上下摆动舵机及第一铰接轴连接，其中部转动连接。

第二连接件的U形两端分别和第一铰接轴及第二铰接轴连接。

工作时，开合舵机带动第一连接件摆动，再带动第二连接件摆动，从而带动下颌罩绕第二交接轴摆动，从而实现下唇片相对上唇片的开合。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，眼皮机构用以连接眼皮处对应的硅胶外皮，实现眼皮的上下运动。

具体的，包括眼皮舵机及眼皮摆臂。具体的，眼皮摆臂包括眼皮连杆和眼皮框架。具体的，眼皮框架为三弧形件交叉的结构，将眼球上部包围。下部的两个弧形件分别铰接在面罩上。所述眼皮连杆为肘形连杆，中部转动连接，其一端固定在眼皮舵机上。

工作时，眼皮舵机带动眼皮连杆摆动，从而带动眼皮框架绕下部弧形件的铰接处摆动。从而带动眼部硅胶外皮上下开合，实现眨眼的效果。

优选的，眼皮机构为两个，对称设置，分别控制左眼和右眼，可以实现左右眼分别眨眼。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，眼球机构用以驱动眼球转动。

具体的，包括眼球舵机，以及眼球摆杆。眼球摆杆包括第一摆杆，第二摆杆以及第三摆杆。第一摆杆两端分别转动连接眼球舵机，以第二摆杆的中部。第三摆杆两端分别转动连接的一端，以及眼球。第三摆杆为两个，分别连接第二摆杆的一端以及左右眼球。

工作时，眼球舵机驱动第一摆杆摆动，带动摆杆左右移动，从而带动左右眼球同向转动。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，还包括眉部机构，眉部机构包括眉部舵机及眉部摆臂，其两端分别连接眉部舵机及眼眉处对应的硅胶外皮。优选的，其自由端为类似于眉毛的立体柱状物，嵌入眼眉处对应的硅胶外皮中。优选的，眉部机构为两个，分别与左眉部和右眉部对应。

工作时，眉部舵机带动眉部摆臂摆动，拉动眉部，通过控制器摆动幅度及频率，达到丰富的表情，如喜悦、生气、惊讶等。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，面罩上设置有眼球机构、眼皮机构、唇片上翘机构和唇片开合机构，以眉部机构伸出的孔洞。眼球机构、眼皮机构、唇片上翘机构和唇片开合机构分别和面罩固定。作为一种可实施的方案，其对应的舵机均通过螺钉固定在面罩的背面或正面。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，对接机构设置在头罩底部的底座上，为横向滚珠轴承，其上沿周向设置多个弹珠锁扣组件，优选的，沿周向分别在0度90度180度设置3个弹珠锁扣组件。

使用时，上推压缩锁扣，弹珠收缩，对准躯干卡孔件，松开手，弹珠在弹簧作用下，顶入卡孔。三个弹珠0度90度180度三个方位锁紧，零阻力安装，装好后下分稳固。分离也十分方便，压下销扣，轻轻拔出即可。

对接机构的设置，达到装卡方便，卡紧后稳固，转头平顺的效果。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，还包括设置在头罩上的显示屏、扬声器、开关和充电接口，还包括设置在头罩内的WIFI天线、电池、舵机控制板、主控板和散热风扇。

按照上述方案的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，主控板接受并处理机器人上各传感器的信号，并发送信号给舵机控制板进而使得相应的舵机工作。

本发明采用上述的技术方案，取得了如下的技术效果。

1、本发明的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，通过眼球机构、眼皮机构、唇片上翘机构、唇片开合机构及眉部机构的配合，可以模拟人类多种表情，例如微笑、大笑、悲伤、皱眉、做鬼脸、抛媚眼等几十种表情。

2、本发明的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，通过各机构联动和语音系统集成，该智能机器人头可以模拟人类语言与嘴形、脸部表情等同步，进一步提高了其仿真效果。

3、本发明的一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，对接机构的设置，达到装卡方便，卡紧后稳固，转头平顺的效果。

4、本发明通过主控板、传感系统、图片或影像处理系统与联动机构集成后，该智能机器人头可以部分直接感知外部环境变化，并且通过语音和表情形式展示出来。

通过模块化、系统化、智能化、数控化和语音识别的系统化设计，可以通过自然语音方式与该智能机器人头进行互动交流、管理和控制智能头的所有联动机构，且便于硬件更换或组装；

通过智能模块和联动机构，可以科学管理或语音模式管理其综合能源管理系统；例如能量不足时，该智能机器人头可以通过表情疲惫的模式展现或语音提示加表情的形式提醒用户补充电量等。

附图说明

图1为本发明的具有动态表情的多功能模组化机器人头颅结构示意图；

图2为本发明的具有动态表情的多功能模组化机器人头颅另一角度的结构示意图；

图3为头罩的结构示意图；

图4为唇片上翘机构的结构示意图；

图5为唇片开合机构的机构示意图；

图6为唇片开合机构的开合舵机和连接部的机构示意图；

图7为唇片开合机构剖面机构示意图；

图8为下颌罩的机构示意图；

图9为连接机构的结构示意；

图10为连接机构的俯视示意图；

图11为眼皮机构的结构示意图；

图12为眼球机构的结构示意图；

图13为眼球机构的另一角度的结构示意图；

图14为具有动态表情的多功能模组化机器人头颅的正视的结构示意图；

图15为本发明的具有动态表情的多功能模组化机器人头颅分解结构示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合本发明实施例中及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

本发明提供一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，参见图1和图2和图15，包括头罩100以及用以和躯干对接的对接机构600，还包括包覆在头罩100外与其对应的硅胶外皮，还包括眼球机构740、眼皮机构730、唇片上翘机构710和唇片开合机构720。

参见图3和图15，头罩100包括面罩110，后脑罩120和下颌罩130，三者固定形成头部基本形状，还包括设置在其底部的底座140。

参见图4，唇片上翘机构710包括上翘舵机711和上翘摆臂712。用以驱动唇角的硅胶外皮上翘形成微笑的效果。

具体的，上翘摆臂712为肘形，其中部固定在上翘舵机711上，下部的自由端嵌入唇角处的硅胶外皮。上翘机构720为对称设置的两个，分别控制左右唇角。

工作时，上翘舵机带动上翘摆臂沿固定处转动，从而带动唇角上扬，达到笑脸的效果。

进一步的，为了使笑脸的效果更好，展现更美的弧度，上翘摆臂的摆动角度为30度。

参见图5至图8，唇片开合机构720和下颌罩130连接，用以控制下颌罩130相对于面罩110开合，下颌罩的下唇片131和面罩110上的上唇片111开合，完成唇片开合动作。

具体的，唇片开合机构720包括唇片开合舵机721，以及连接部722，连接部722用以连接下颌罩130。

更为细节的，连接部722包括肘形的第一连接件7221，以及U形的第二连接件7222，还包括分别和下颌罩130的底部和后部铰接的第一铰接轴7223和第二铰接轴7224。

第一连接件7221的两端分别和上下摆动舵机721及第一铰接轴7223连接，其中部转动连接。

第二连接件7222的U形两端分别和第一铰接轴7223及第二铰接轴7224连接。

工作时，开合舵机721带动第一连接件7221摆动，再带动第二连接件7222摆动，从而带动下颌罩130绕第二交接轴7224摆动，从而实现下唇片131相对上唇片111的开合。

参见图9至图10，对接机构600设置在头罩100底部的底座140上，为横向滚珠轴承，其上沿周向设置多个弹珠锁扣组件610，优选的，沿周向分别在0度90度180度设置3个弹珠锁扣组件610。

使用时，上推压缩锁扣，弹珠收缩，对准躯干卡孔件，松开手，弹珠在弹簧作用下，顶入卡孔。三个弹珠0度90度180度三个方位锁紧，零阻力安装，装好后下分稳固。分离也十分方便，压下销扣，轻轻拔出即可。

对接机构的设置，达到装卡方便，卡紧后稳固，转头平顺的效果。

参见图11，眼皮机构730用以连接眼皮处对应的硅胶外皮，实现眼皮的上下运动。

具体的，包括眼皮舵机731及眼皮摆臂732。具体的，眼皮摆臂732包括眼皮连杆7321和眼皮框架7322。具体的，眼皮框架7322为三弧形件交叉的结构，将眼球743上部包围。下部的两个弧形件分别铰接在面罩110上。所述眼皮连杆7321为肘形连杆，中部转动连接，其一端固定在眼皮舵机731上，另一端和眼皮框架7322上部的弧形件铰接。

工作时，眼皮舵机731带动眼皮连杆7321摆动，从而带动眼皮框架7322绕下部弧形件的铰接处摆动。从而带动眼部硅胶外皮上下开合，实现眨眼的效果。

优选的，眼皮机构730为两个，对称设置，分别控制左眼和右眼，可以实现左右眼分别眨眼。

参见图12和图13，眼球机构740用以驱动眼球743转动。具体的，包括眼球舵机741，以及眼球摆杆742。眼球摆杆包括第一摆杆7421，第二摆杆7422以及第三摆杆7423。第一摆杆7421两端分别转动连接眼球舵机741，以第二摆杆7422的中部。第三摆杆7423两端分别转动连接7422的一端，以及眼球743。第三摆杆7423为两个，分别连接第二摆杆7422的一端以及左右眼球。

工作时，眼球舵机驱动第一摆杆摆动，带动摆杆左右移动，从而带动左右眼球同向转动。

参见图14，一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，还包括眉部机构，眉部机构包括眉部舵机751及眉部摆臂752，其两端分别连接眉部舵机751及眼眉处对应的硅胶外皮。优选的，其自由端为类似于眉毛的立体柱状物，嵌入眼眉处对应的硅胶外皮中。优选的，眉部机构为两个，分别与左眉部和右眉部对应。

工作时，眉部舵机带动眉部摆臂摆动，拉动眉部，通过控制器摆动幅度及频率，达到丰富的表情，如喜悦、生气、惊讶等。

再参见图14，面罩110上设置有眼球机构740、眼皮机构730、唇片上翘机构710和唇片开合机构720伸出的孔洞，眼球机构740、眼皮机构730、唇片上翘机构710和唇片开合机构720分别和面罩110固定。作为一种可实施的方案，其对应的舵机均通过螺钉固定在面罩110的背面。

本发明的具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，具体的，还包括设置在头罩100上的显示屏200、扬声器300、开关500和充电接口400，还包括设置在头罩内的WIFI天线810、电池840、舵机控制板、主控板820和散热风扇830。

所述的主控板接受并处理机器人上各传感器的信号，并发送信号给舵机控制板进而使得相应的舵机工作。

本发明提供的技术方案，不受上述实施例的限制，凡是利用本发明的结构和方式，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有动态表情的多功能模组化机器人头颅，包括头罩以及包覆在头罩外与其对应的硅胶外皮，其特征在于：还包括设置在头罩上的眼球机构、眼皮机构、唇片上翘机构和唇片开合机构，

唇片上翘机构包括上翘舵机和上翘摆臂，用以驱动唇角的硅胶外皮上翘；

唇片开合机构包括开合舵机和开合摆臂，用以控制下唇片相对上唇片的开合；

眼皮机构包括眼皮舵机和眼皮摆臂，用以连接眼皮处对应的硅胶外皮，控制眼皮的上下运动；

眼球机构包括眼球舵机和眼球摆臂及眼球，用以驱动眼球左右转动。

2.如权利要求1所述的一种动态表情的多功能模组化机器人头颅，其特征在于：上翘摆臂为肘形，其中部固定在上翘舵机上，下部的自由端嵌入唇角处的硅胶外皮，上翘舵机带动上翘摆臂沿固定处转动；

上翘机构为对称设置的两个，分别控制左右唇角。

3.如权利要求2所述的一种动态表情的多功能模组化机器人头颅，其特征在于：头罩包括面罩，后脑罩和下颌罩，三者固定形成头部基本形状。

4.如权利要求3所述的一种动态表情的多功能模组化机器人头颅，其特征在于：唇片开合机构和下颌罩连接，用以控制下颌罩相对于面罩开合，下颌罩的下唇片和面罩上的上唇片开合，完成唇片开合动作；

唇片开合机构包括唇片开合舵机，以及连接部，连接部用以连接下颌罩；

连接部包括肘形的第一连接件，以及U形的第二连接件，还包括分别和下颌罩的底部和后部铰接的第一铰接轴和第二铰接轴；

第一连接件的两端分别和上下摆动舵机及第一铰接轴连接，其中部转动连接，第二连接件的U形两端分别和第一铰接轴及第二铰接轴连接；

开合舵机带动第一连接件摆动，再带动第二连接件摆动，从而带动下颌罩绕第二交接轴摆动，实现下唇片相对上唇片的开合。

5.如权利要求4所述的一种动态表情的多功能模组化机器人头颅，其特征在于：眼皮摆臂包括眼皮连杆和眼皮框架，眼皮框架为三弧形件交叉的结构，下部的两个弧形件分别铰接在面罩上，所述眼皮连杆为肘形连杆，中部转动连接，一端固定在眼皮舵机上，另一端和眼皮框架上部的弧形件铰接；

眼皮舵机带动眼皮连杆摆动，带动眼皮框架绕下部弧形件的铰接处摆动，带动眼部硅胶外皮上下开合；

眼皮机构为两个，对称设置，分别控制左眼皮和右眼皮。

6.如权利要求5所述的一种动态表情的多功能模组化机器人头颅，其特征在于：眼球摆杆包括第一摆杆，第二摆杆以及第三摆杆，第一摆杆两端分别转动连接眼球舵机，以第二摆杆的中部，第三摆杆两端分别转动连接的一端，以及眼球，第三摆杆为两个，分别连接第二摆杆的一端以及左右眼球，眼球舵机驱动第一摆杆摆动，带动摆杆左右移动，从而带动左右眼球同向转动。

7.如权利要求6所述的一种动态表情的多功能模组化机器人头颅，其特征在于：还包括眉部机构，眉部机构包括眉部舵机及眉部摆臂，其两端分别连接眉部舵机及眼眉处对应的硅胶外皮，眉部机构为两个，分别与左眉部和右眉部对应。

8.如权利要求1至7任一所述的一种动态表情的多功能模组化机器人头颅，其特征在于：还包括对接机构，用以和躯干对接，对接机构为横向滚珠轴承，其上沿周向设置多个弹珠锁扣组件。

9.如权利要求7所述的一种动态表情的多功能模组化机器人头颅，其特征在于：面罩上设置有眼球机构、眼皮机构、唇片上翘机构和唇片开合机构及眉部机构伸出的孔洞，眼球机构、眼皮机构、唇片上翘机构、唇片开合机构和眉部机构分别和面罩固定。

10.如权利要求1至7任一所述的一种动态表情的多功能模组化机器人头颅，其特征在于：还包括设置在头罩上的显示屏、扬声器、开关和充电接口，还包括设置在头罩内的WIFI天线、电池、舵机控制板、主控板和散热风扇；主控板接受并处理机器人上各传感器的信号，并发送信号给舵机控制板进而使得相应的舵机工作。