CN111300449A - 一种仿人表情机器人面部器官机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种仿人表情机器人面部器官机构，包括眼部运动机构，嘴部运动机构与基座。所述眼部运动机构分为眼球运动机构和眼睑机构，眼球运动机构采用球铰接与平行四连杆结构，可以实现眼球上下左右耦合转动，眼睑机构采用摆动导杆机构，可实现机器人眨眼动作；所述嘴部运动机构采用正齿轮传动，利用其啮合特性，并实现嘴巴开合运动。基座可与机器人身体相连接，眼部运动机构、嘴部运动机构与基座固定连接，从而实现仿人表情机器人的面部器官动作。该面部器官机构设计紧凑，可以在头部狭小空间动作且运动灵活，可真实地模仿人类的眼球转动、眨眼与嘴巴开合动作。
Description
技术领域
本产品属于机器人技术领域，尤其涉及一种仿人表情机器人面部器官机构。
背景技术
随着机器人行业发展，仿人机器人将会走进我们的生活，其发展迅猛，应用越来越广泛多样。心理学研究表明，人类的情感表达与信息交流超过60%是由非语言来实现的，其主要体现在面部表情方面，1978年Paul提出了一种面部运动编码系统（FACS），据此理论，人类脸部有着大量的面部表情单元，要想实现人类面部的表情动作，就需要相应的自由度驱动机构，但头部空间狭小，无法容纳如此多的驱动单元，实现难度较大。本发明针对面部表情实现中的面部器官运动部分设计分析，设计了一种仿人表情机器人面部器官机构。
发明内容
本发明提供了一种仿人表情机器人面部器官机构，用以实现仿人表情机器人面部器官动作。
本发明提供的具体方案如下：
一种仿人表情机器人面部器官机构，包括眼部运动机构，嘴部运动机构与基座；基座与机器人身体相连接，眼部运动机构、嘴部运动机构与基座固定连接，从而实现仿人表情机器人的面部器官动作。
上述眼部运动机构包括眼球运动机构和眼睑机构，眼球运动机构采用球铰接与平行四连杆结构，实现眼球上下左右耦合转动；所述眼睑机构采用摆动导杆机构，实现机器人眨眼动作，眼球运动机构和眼睑机构结合实现仿人眼部动作。
上述眼球运动机构采用平行四连杆机构，实现上下、左右两个方向上的同步运动，包括眼球舵机一、眼球舵机杆一、眼球传动杆一、眼球舵机二、眼球舵机杆二、眼球传动杆二、眼球基座和眼球本体；所述眼球舵机一通过所述眼球舵机杆一、眼球传动杆一与所述眼球本体相连接；所述眼球舵机二通过所述眼球舵机杆二、眼球传动杆二与所述眼球本体相连接，所述眼球舵机一、眼球舵机二与眼球基座固定连接。
上述眼球本体包括眼球框、第一活动板、眼球和第二活动板；所述眼球与眼球框通过球铰接相连，实现两个自由度的旋转，所述第一活动板、第二活动板与眼球框铰链连接，实现单向的转动，并通过滑槽与眼球相连，带动眼球转动，所述第一活动板、第二活动板与眼球传动杆一、眼球传动杆二铰接。
上述第一活动板和第二活动板结构相同，包括两端的耳板以及两个耳板间弧形的连接板.所述连接板中间开设滑槽，第一活动板和第二活动板交叉垂直设置，滑槽位置处于交叉处，眼球上设置的定位柱穿过第一活动板和第二活动板的滑槽，使得第一活动板、第二活动板带动眼球的转动。
上述眼睑机构包括眼睑舵机、眼睑舵机杆、眼睑，所述眼睑与眼睑舵机杆通过摆动导杆结构连接，眼睑舵机带动眼睑舵机杆运动，从而实现眼睑上下摆动。
上述嘴部运动机构利用正齿轮啮合特性，实现嘴巴开合运动，包括嘴部舵机，上嘴板、上嘴板轴、嘴部基座、下嘴板轴、下嘴板和下颚；所述嘴部舵机与嘴部基座固定链接，所述上嘴板轴与嘴部基座铰接，与上嘴板固定连接，所述下嘴板轴与嘴部基座铰接，与下嘴板、下颚固定连接，嘴部舵机输出轴与下嘴板轴相连，所述上嘴板轴与下嘴板轴通过其上的正齿轮啮合传动，利用其传动时两齿轮旋转方向相反特性，模拟嘴巴开合，并带动下颚运动。
本发明的有益效果是：该面部器官机构具有眼部与嘴部器官，可以实现眼球转动、眨眼与嘴巴开合，从而实现仿人的一系列表情器官运动。该机构采用球铰接、平行四连杆结构、摆动导杆结构与正齿轮啮合特性，在头部狭小的空间中实现各种器官动作，结构紧凑、性能可靠，可较好的和表情机器人其他要素进行组合。
附图说明
图1是仿人表情机器人面部器官机构示意图。
图2是眼部运动机构示意图。
图3是眼球本体示意图。
图4是嘴部运动机构示意图。
图中，1眼部运动机构、2嘴部运动机构、3基座、101眼球舵机1、102眼球舵机杆1、103眼球传动杆1、104眼球舵机2、105眼球舵机杆2、106眼球传动杆2、107眼睑舵机、108眼睑舵机杆、109眼睑、110鼻支架、111眼球基座、401眼球框、402第一活动板、403眼球、403-1定位柱、404第二活动板、404-1耳板、404-2连接板、107眼睑舵机、108眼睑舵机杆、109眼睑、201嘴部舵机，202上嘴板、203上嘴板轴、204嘴部基座、205下嘴板轴、206下嘴板、207下颚。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，一种仿人表情机器人面部器官机构，包括眼部运动机构1，嘴部运动机构2与基座3；基座3与机器人身体相连接，眼部运动机构1、嘴部运动机构2与基座固定连接，从而实现仿人表情机器人的面部器官动作。
如图2所示，上述眼部运动机构1包括眼球运动机构和眼睑机构，眼球运动机构采用球铰接与平行四连杆结构，实现眼球上下左右耦合转动；所述眼睑机构采用摆动导杆机构，实现机器人眨眼动作，眼球运动机构和眼睑机构结合实现仿人眼部动作。
如图2所示，上述眼球运动机构采用平行四连杆机构，实现上下、左右两个方向上的同步运动，包括眼球舵机一101、眼球舵机杆一102、眼球传动杆一103、眼球舵机二104、眼球舵机杆二105、眼球传动杆二106、眼球基座111和眼球本体；所述眼球舵机一101通过所述眼球舵机杆一102、眼球传动杆一103与所述眼球本体相连接；所述眼球舵机二104通过所述眼球舵机杆二105、眼球传动杆二106与所述眼球本体相连接，所述眼球舵机一101、眼球舵机二104与眼球基座111固定连接。
如图3所示，上述眼球本体包括眼球框401、第一活动板402、眼球403和第二活动板404；所述眼球403与眼球框401通过球铰接相连，实现两个自由度的旋转，所述第一活动板402、第二活动板404与眼球框401铰链连接，实现单向的转动，并通过滑槽与眼球403相连，带动眼球403转动，所述第一活动板402、第二活动板404与眼球传动杆一103、眼球传动杆二106铰接。
上述第一活动板402和第二活动板404结构相同，包括两端的耳板404-1以及两个耳板间弧形的连接板404-2；所述连接板404-2中间开设滑槽，第一活动板402和第二活动板404交叉垂直设置，滑槽位置处于交叉处，眼球403上设置的定位柱403-1穿过第一活动板402和第二活动板404的滑槽，使得第一活动板402、第二活动板404带动眼球403的转动。
如图2所示，上述眼睑机构包括眼睑舵机107、眼睑舵机杆108、眼睑109，所述眼睑109与眼睑舵机杆108通过摆动导杆结构连接，眼睑舵机107带动眼睑舵机杆108运动，从而实现眼睑109上下摆动。
如图4所示，上述嘴部运动机构2利用正齿轮啮合特性，实现嘴巴开合运动，包括嘴部舵机201，上嘴板202、上嘴板轴203、嘴部基座204、下嘴板轴205、下嘴板206和下颚207；所述嘴部舵机201与嘴部基座204固定链接，所述上嘴板轴203与嘴部基座204铰接，与上嘴板202固定连接，所述下嘴板轴205与嘴部基座204铰接，与下嘴板206、下颚207固定连接，嘴部舵机201输出轴与下嘴板轴205相连，所述上嘴板轴203与下嘴板轴205通过其上的正齿轮啮合传动，利用其传动时两齿轮旋转方向相反特性，模拟嘴巴开合，并带动下颚207运动。
在本实施例中，眼部运动机构可灵活实现仿人眼部运动。眼球运动机构采用平行四连杆机构，实现上下、左右两个方向上的同步运动，并通过所述眼球本体上的滑槽带动具有球铰接的眼球进行同步转动，模拟人类眼部同时转动。眼睑机构机构采用摆动导杆机构，与眼球运动机构配合使用，实现在头部如此狭小的空间实现仿人眼部的各种动作。
在本实施例中，嘴部运动机构利用正齿轮啮合特性，实现嘴巴开合运动。上嘴板轴与下嘴板轴通过其上的正齿轮啮合传动，利用其传动时两齿轮旋转方向相反特性，模拟嘴巴开合，并带动下颚运动。
较佳地，该面部器官机构具有眼部与嘴部器官，可以实现眼球转动、眨眼与嘴巴开合，从而实现仿人的一系列表情器官运动。该机构采用球铰接、平行四连杆结构、摆动导杆结构与正齿轮啮合特性，在头部狭小的空间中实现各种器官动作，结构紧凑、性能可靠，可较好的和表情机器人其他要素进行组合。
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种仿人表情机器人面部器官机构，其特征在于：包括眼部运动机构（1），嘴部运动机构（2）与基座（3）；基座（3）与机器人身体相连接，眼部运动机构（1）、嘴部运动机构（2）与基座固定连接，从而实现仿人表情机器人的面部器官动作。
2.如权利要求1所述的一种仿人表情机器人面部器官机构，其特征在于：所述眼部运动机构（1）包括眼球运动机构和眼睑机构，眼球运动机构采用球铰接与平行四连杆结构，实现眼球上下左右耦合转动；所述眼睑机构采用摆动导杆机构，实现机器人眨眼动作，眼球运动机构和眼睑机构结合实现仿人眼部动作。
3.如权利要求2所述的一种仿人表情机器人面部器官机构，其特征在于：所述眼球运动机构采用平行四连杆机构，实现上下、左右两个方向上的同步运动，包括眼球舵机一（101）、眼球舵机杆一（102）、眼球传动杆一（103）、眼球舵机二（104）、眼球舵机杆二（105）、眼球传动杆二（106）、眼球基座（111）和眼球本体；所述眼球舵机一（101）通过所述眼球舵机杆一（102）、眼球传动杆一（103）与所述眼球本体相连接；所述眼球舵机二（104）通过所述眼球舵机杆二（105）、眼球传动杆二（106）与所述眼球本体相连接，所述眼球舵机一（101）、眼球舵机二（104）与眼球基座（111）固定连接。
4.如权利要求3所述的一种仿人表情机器人面部器官机构，其特征在于：所述眼球本体包括眼球框（401）、第一活动板（402）、眼球（403）和第二活动板（404）；所述眼球（403）与眼球框（401）通过球铰接相连，实现两个自由度的旋转，所述第一活动板（402）、第二活动板（404）与眼球框（401）铰链连接，实现单向的转动，并通过滑槽与眼球（403）相连，带动眼球（403）转动，所述第一活动板（402）、第二活动板（404）与眼球传动杆一（103）、眼球传动杆二（106）铰接。
5.如权利要求4所述的一种仿人表情机器人面部器官机构，其特征在于：所述第一活动板（402）和第二活动板（404）结构相同，包括两端的耳板（404-1）以及两个耳板间弧形的连接板（404-2）.所述连接板（404-2）中间开设滑槽，第一活动板（402）和第二活动板（404）交叉垂直设置，滑槽位置处于交叉处，眼球（403）上设置的定位柱（403-1）穿过第一活动板（402）和第二活动板（404）的滑槽，使得第一活动板（402）、第二活动板（404）带动眼球（403）的转动。
6.如权利要求2所述的一种仿人表情机器人面部器官机构，其特征在于：所述眼睑机构包括眼睑舵机（107）、眼睑舵机杆（108）、眼睑（109），所述眼睑（109）与眼睑舵机杆（108）通过摆动导杆结构连接，眼睑舵机（107）带动眼睑舵机杆（108）运动，从而实现眼睑（109）上下摆动。
7.如权利要求1所述的一种仿人表情机器人面部器官机构，其特征在于：所述嘴部运动机构（2）利用正齿轮啮合特性，实现嘴巴开合运动，包括嘴部舵机（201），上嘴板（202）、上嘴板轴（203）、嘴部基座（204）、下嘴板轴（205）、下嘴板（206）和下颚（207）；所述嘴部舵机（201）与嘴部基座（204）固定链接，所述上嘴板轴（203）与嘴部基座（204）铰接，与上嘴板（202）固定连接，所述下嘴板轴（205）与嘴部基座（204）铰接，与下嘴板（206）、下颚（207）固定连接，嘴部舵机（201）输出轴与下嘴板轴（205）相连，所述上嘴板轴（203）与下嘴板轴（205）通过其上的正齿轮啮合传动，利用其传动时两齿轮旋转方向相反特性，模拟嘴巴开合，并带动下颚（207）运动。
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