CN112051775B - 一种机器人的眼部动作控制结构及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人的眼部动作控制结构，包括控制组件，所述控制组件包括动作气囊、液体囊和电动液压泵，所述动作气囊内部形成密闭的气腔，所述液体囊置于动作气囊内部且液体囊通过导管与储液腔连接形成一封闭的腔体，所述电机驱动部控制储液腔的腔体增大和缩小，所述储液腔体积增大或缩小以对应液体囊缩小或膨胀从而使动作气囊缩短或伸长，所述动作气囊嵌入仿真皮肤以及布置于机器人的骨架内。本发明通过气液混合的控制方式，提高动作气囊的控制精度，以及对仿真皮肤的缓冲保护。另外本发明还提供了对应的一种机器人的眼部动作控制系统。

Description

一种机器人的眼部动作控制结构及其控制系统

技术领域

本发明涉及一种仿真机器人，尤其涉及一种机器人的眼部动作控制结构及其控制系统。

技术背景

眼部动作也是面部表情表现的一种，当人做出表情时会伴随着眼睑的开合以及眼球的转动，为了使机器人在模拟人类时表情更加逼真有必要加入一种控制结构和控制系统来使机器人对眼部动作进行模拟，发明人在授权公告号为CN104536374B的发明专利中公开了一种机器人口型控制机构及其控制系统，该机构通过伸缩气囊改变动作气囊内的气压变化，从而实现机器人口型的变化。利用气压变化来控制动作气囊的伸缩，其气密性要求难度大，并且由于气体具有可压缩性，因此动作气囊伸缩量的精度难以控制。例如当伸缩气囊向动作气囊充气时，动作气囊内的压强为逐渐增大，动作气囊内气体相对被压缩，因此伸缩气囊的排出气体后体积的改变量与动作气囊充气后体积改变量之间存在一定比例，且该比例是变化的，因此应用于机器人眼部动作控制时需要进行改良。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人的眼部动作控制结构，可使机器人进行拟人化的眼部动作模仿。

本发明的另一目的是提供一种机器人眼部控制系统，可使机器人进行拟人化的眼部动作模仿。

为了实现上述目的，本发明公开了一种机器人的眼部动作控制结构，包括控制组件，所述控制组件包括动作气囊、液体囊和电动液压泵，所述动作气囊为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊，所述伸缩气囊内部形成密闭气腔；所述液体囊为弹性囊，所述液体囊置于动作气囊内部，所述液体囊的一端连通有导管；所述电动液压泵包括储液腔和电机驱动部，所述储液腔通过所述导管与所述液体囊连通，所述储液腔、所述导管和所述液体囊三者所形成的内部空间内充满液体；所述电机驱动部驱动所述储液腔的腔体缩小，所述储液腔内的液体受到电机驱动部的挤压并通过所述导管进入所述液体囊内，所述液体囊膨胀使得动作气囊伸长；所述电机驱动部驱动所述储液腔的腔体增大，所述液体囊内的液体受到动作气囊内气体的挤压并通过所述导管进入所述储液腔内，所述液体囊缩小使得动作气囊缩短；所述眼部动作控制结构包括嵌于仿真脸皮之仿真上眼睑内部的眼轮控制结构和提升控制结构以及置于眼眶骨架内的眼球控制结构；所述眼轮控制结构包括至少一个所述控制组件，所述眼轮控制结构的动作气囊为眼轮气囊，所述眼轮气囊的两端分别连接于上眼睑两端的骨架上且眼轮气囊的侧面与仿真上眼睑的底部贴合；所述提升控制结构包括至少一个所述控制组件，所述提升控制结构的动作气囊为提升气囊，所述提升气囊的一端连接于所述眼轮气囊的中部，另一端连接于眉骨骨架上；所述眼眶骨架内设有固定骨架，所述固定骨架位于眼眶骨架的中心部位且固定骨架通过球面副与眼球可转动地连接；所述眼球控制结构包括至少四个所述控制组件，所述眼球控制组件的动作气囊为眼球气囊，所述眼球气囊一端连接于眼球的一侧面，另一端连接于固定骨架上。

具体的，所述固定骨架的自由端固定连接有球头，所述眼球的球心位置开设有球面副壳体，所述球头活动安装于球面副壳体内。

进一步的，所述动作气囊包括气囊本体和开设于所述气囊本体上的连接孔，所述液体囊包括液体囊本体和开设于所述液体囊本体上的液流孔，所述导管穿过所述连接孔与所述液流孔连接。

进一步的，所述气囊本体包括气囊侧壁和位于所述气囊侧壁两端并密封所述气囊侧壁的气囊端壁，所述气囊侧壁包括至少两个可折叠的波纹片，所述波纹片沿折叠伸缩方向依次连接，所述波纹片的波峰内设有防止波峰内陷的支撑件。

进一步的，所述电动液压泵还包括导向筒、滑动安装于所述导向筒内的活塞以及与所述活塞相连的活塞杆，所述储液腔为所述活塞与所述导向筒靠近导管的一侧所形成的空间，所述电机驱动部与所述活塞杆相连并控制活塞杆的移动，所述活塞杆的移动带动活塞沿所述导向筒的筒壁滑动，所述活塞的滑动带动储液腔内液体流动从而使动作气囊伸缩。

进一步的，所述眼球控制结构包括左部眼球控制结构、右部眼球控制结构、顶部眼球控制结构以及底部眼球控制结构；所述左部眼球控制结构的动作气囊为左部眼球气囊，所述左部眼球气囊的一端连接于眼球的左侧，另一端连接于固定骨架的左侧；所述右部眼球控制结构的动作气囊为右部眼球气囊，所述右部眼球气囊的一端连接于眼球的右侧，另一端连接于固定骨架的右侧；所述顶部眼球控制结构的动作气囊为顶部眼球气囊，所述顶部眼球气囊的一端连接于眼球的顶部，另一端连接于固定骨架的顶部；所述底部眼球控制结构的动作气囊为底部眼球气囊，所述底部眼球气囊的一端连接于眼球的底部，另一端连接于固定骨架的底部；所述左部眼球气囊、右部眼球气囊、顶部眼球气囊以及底部眼球气囊的伸缩带动眼球的转动。

进一步的，还包括激光传感器，所述激光传感器包括至少三个接收部和一个发射部，所述接收部等间距的安装于眼眶骨架的内侧面上，所述发射部安装于眼球的外侧面上。

本发明还公开了一种机器人的眼部动作控制系统，包括上述机器人的眼部动作控制结构、控制电动液压泵动作的运动控制模块和检测单元，所述运动控制模块包括偏移量转换单元和驱动信号转换单元，所述偏移量转换单元接收眼部视位时序信号SV，并依据预设的眼部视位值与偏移量对应关系将眼部视位时序信号SV转换为对应的偏移量时序信号，所述眼部视位时序信号SV由若干眼部视位的眼部时序信息CV和眼部视位信息FV组成，所述偏移量时序信号包括相互对应的动作时序信息和活塞偏移量信息；所述驱动信号转换单元依据所述偏移量时序信号计算对应的液压囊控制信号，所述电机驱动部依据所述液压囊控制信号控制所述活塞运动以达到预设的位置；所述检测单元包括位置检测单元；所述位置检测单元检测活塞的位置来生成位置反馈信号，所述驱动信号转换单元依据所述位置反馈信号调整所述液压囊控制信号。

进一步的，所述眼部时序信息包括所述眼部视位的开始时刻TC和形成时刻TH，所述位置检测单元实时检测所述活塞的位置以生成位置反馈信号，所述驱动信号转换单元计算所述液压囊控制信号的方法为：按照时序依据所述动作时序信息对应的活塞偏移量信息以获得当前时刻的目标偏移量信息，实时获取所述位置反馈信号并依据所述位置反馈信号获得当前时间的实际偏移量信息，实时比较所述目标偏移量信息和实际偏移量信息以计算储液腔的动作量，依据所述动作时序信息和动作量计算所述液压囊控制信号，所述液压囊控制信号包括驱动电压信息和驱动方向信息。

进一步的，所述驱动信号转换单元包括信号获取单元、运动目标寄存器、活塞状态寄存器、比较计算部和参数计算部，所述信号获取单元接收偏移量时序信号并在到达任一眼部视位的开始时刻时，将该眼部视位的偏移量信息送入运动目标寄存器，所述运动目标寄存器存储所述偏移量信息以生成存储目标偏移量信息，活塞状态寄存器存储所述位置反馈信号以生成实际偏移量信息，所述比较计算部实时比较所述目标偏移量信息和实际偏移量信息以获得所述储液腔的动作量，所述参数计算部实时计算动作时序信息的形成时刻TH和当前时间之间的差值以获得所述眼部视位的时间差，依据时间差和储液腔的动作量实时计算所述液压囊控制信号。

进一步的，所述眼部时序信息CV包括所述眼部视位的开始时刻TC、形成时刻TH和结束时刻TF，机器人的眼部动作控制系统还包括前置处理模块，所述前置处理模块对眼部视位时序信号进行前置处理以获得处理后的眼部视位时序信号SV，并将所述眼部视位时序信号SV输送至所述运动控制模块，所述前置处理模块对所述眼部视位时序信号进行前置处理具体包括：判断相邻眼部视位对应的时间间隔是否超出预设值，若是则在所述相邻眼部视位之间增加一个预设眼部视位，若否则将前一瞬态眼部视位的结束时刻调整为后一瞬态眼部视位的结束时刻。

有益效果：1.本发明中眼部控制组件通过气液混合的方式来实现动作气囊的动作，一方面相对于现有技术的气压控制方式来说，通过液体的不可压缩性提高了动作气囊伸缩的控制精度，从而提高对机器人眼部表情的控制精度，另一方面相较于纯液压控制来说，动作气囊的动作更加柔和，可以避免纯液压控制的强度过大导致的机器人仿真脸皮的损坏。

2.本发明中分别运用四个眼球部气囊与眼球连接，通过眼球部气囊的伸缩，实现眼球四个方向的转动，使机器人的拟人化程度更高。

3.本发明中眼球外侧面的四个方向分别设置激光传感器的发射部，并相应的在眼眶骨架内侧面的四个方向分别设置等间距的激光传感器的接收部，通过激光传感器可以实时监测眼球转动的角度，从能够控制两个眼球同步转动，避免出现两个眼球转动不一致的现象。

附图说明

图1为本发明具体实施例中眼部控制组件的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中仿真眼睑部的动作气囊分布示意图；

图3为本发明具体实施例中眼球部气囊分布示意图；

图4为本发明具体实施例中动作气囊的结构示意图；

图5为本发明具体实施例中动作气囊与支撑件的结构示意图；

图6为本发明具体实施例中眼部动作控制系统的结构框图；

图7为本发明具体实施例中位置反馈的结构框图；

图8为本发明具体实施例中眼部视位示意图之一；

图9为本发明具体实施例中眼部视位示意图之二。

附图标记：31-动作气囊；32-电动液压泵；33-导管；34-支撑件；35-液体囊；41-眼轮气囊；42-提升气囊；43-左部眼球气囊；44-右部眼球气囊；45-顶部眼球气囊；46-底部眼球气囊；47-眼球；48-固定骨架；61-导向筒；62-储液腔；63-活塞；64-活塞杆；311-气囊本体；312-连接孔；321-液体驱动部；322-电机驱动部；471-球面副壳体；481-球头；611-排气孔；3111-气囊侧壁；3112-气囊端壁。

具体实施方式

为了使本发明的目的、原理及优点更加清楚明白，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。

如图1所示，一种机器人的眼部控制结构包括控制组件，所述控制组件包括动作气囊31、液体囊35和电动液压泵32，所述动作气囊31为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊，所述伸缩气囊内部形成密闭气腔；所述液体囊35为弹性囊，所述液体囊35置于动作气囊31内部，所述液体囊35的一端连通有导管33；所述电动液压泵32包括液体驱动部321和电机驱动部322，所述液体驱动部321的靠近导管33的一侧形成储液腔62，所述储液腔62通过所述导管33与所述液体囊35连通，所述储液腔62、所述导管33和所述液体囊35三者所形成的内部空间内充满液体；所述电机驱动部322驱动所述储液腔62的腔体缩小，所述储液腔62内的液体受到电机驱动部322的挤压并通过所述导管33进入所述液体囊35内，所述液体囊35膨胀使得动作气囊31伸长；所述电机驱动部322驱动所述储液腔62的腔体增大，所述液体囊35内的液体受到动作气囊31内气体的挤压并通过所述导管33进入所述储液腔62内，所述液体囊35缩小使得动作气囊31缩短；具体的所述导管33采用橡胶材料制成，导管33本身可以弯曲，方便在机器人骨架内布置眼部控制组件。

如图2和图3所示，所述动作气囊31按照其布置的位置可以分类为眼轮气囊41、提升气囊42和眼球气囊；所述眼轮控制结构包括至少一个所述控制组件，所述眼轮控制结构的动作气囊为眼轮气囊41，所述眼轮气囊41的两端分别连接于上眼睑两端的骨架上且眼轮气囊41的侧面与仿真上眼睑的底部贴合；所述提升控制结构包括至少一个所述控制组件，所述提升控制结构的动作气囊为提升气囊42，所述提升气囊42的一端连接于所述眼轮气囊41的中部，另一端连接于眉骨骨架上；所述眼眶骨架内设有固定骨架48，所述固定骨架48位于眼眶骨架的中心部位且固定骨架48通过球面副与眼球47可转动地连接；所述眼球控制结构包括至少四个所述控制组件，所述眼球控制组件的动作气囊为眼球气囊，所述眼球气囊一端连接于眼球47的一侧面，另一端连接于固定骨架48上。为了进一步提高机器人眼部表情的拟人化程度，在本实施例中所述提升气囊42一共有三个，三个提升气囊42分别与眼轮气囊41连接，三个提升气囊42分别进行不同程度的伸缩，使仿真眼睑在开合的过程中呈弧形，使机器人拟人程度更逼真。

上述的控制组件采用气液混合的方式进行控制，通过控制储液腔62腔体的增大和缩小，从而来控制液体囊35的缩小和膨胀，液体囊35在缩小的过程中，动作气囊31的气腔体积增大相对于前一时刻的气腔体积增大，使得气腔内的气压小于外界气压，从而使得动作气囊31在外界气压的作用下缩短，液体囊35增大使得动作气囊31的气腔体积相对于前一时刻的气腔体积减小，使得气腔内的气压大于外界气压，从而使得动作气囊31在外界气压的作用下伸长，一方面相对于纯气压控制的方式，该控制组件的气液混合控制方式巧妙运用液体的不可以压缩性，降低了动作气囊31内因空气压缩导致动作气囊31和储液腔35变化的比例，提高了对动作气囊的控制精度，从而提高了对机器人眼部表情的控制精度，另一方面相较于纯液压控制来说，有动作气囊31的气腔作为缓冲，使得动作气囊31的动作更加柔和，避免纯液压控制强度过大导致的机器人仿真脸皮的损坏。

如图3所示，所述眼眶骨架内设有固定骨架48，所述固定骨架48位于眼眶骨架的中心部位，所述固定骨架48通过一球面副与眼球47可转动的连接，眼球47通过球面副与固定骨架48连接实现位置的固定并且可以自由转动；具体来说，所述固定骨架48的自由端固定连接有球头481，所述眼球47的球心位置开设有球面副壳体471，所述球头481活动安装于球面副壳体471内。球面副位于眼球47的中心部位，使得眼球47在转动时能够绕眼球47的中心运动；所述眼球部气囊一端连接于眼球47的一侧面，另一端连接于固定骨架48上。其中眼轮气囊41与上眼睑的贴合是眼轮气囊41通过其侧壁上多个波纹片的弯折点分别与上眼睑的底部贴合，从而使眼轮气囊41动作时带动仿真上眼睑动作，实现睁眼、闭眼或是眯眼等动作。

如图4和图5所示，所述动作气囊31包括气囊本体311和开设于气囊本体311上的连接孔312，所述液体囊35包括液体囊本体和开设于液体囊本体上的液流孔，所述导管33穿过连接孔312与液流孔连接。所述气囊本体311包括气囊侧壁3111和位于所述气囊侧壁3111两端并密封所述气囊侧壁3111的气囊端壁3112，所述气囊侧壁3111由若干个可折叠波纹片沿折叠伸缩方向依次连接而成，所述波纹片的数量根据实际所需要的长度进行选择；所述动作气囊31沿其轴向设有若干支撑件34，所述支撑件34位于波纹片的波峰内，所述支撑件34沿所述动作气囊31的周向支撑所述波纹片的波峰以防止所述波峰内陷。在本实施例中，为了方便眼轮气囊41在眼部动作过程中发生弯曲，采用长条柱状作为动气气囊31的形状。

如图5所示，为了防止所述动作气囊31在收缩时波纹片的波峰处内陷，所述动作气囊31沿其轴向设有若干支撑件34，所述支撑件34沿所述动作气囊31的周向支撑波纹片的波峰以防止波峰内陷。在本实施例中，所述支撑件34为镶嵌在气囊侧壁3111内的弧形弯折件，以防止波峰内陷或向外膨胀。

如图1所示，所述液体驱动部321还包括导向筒61、滑动安装于导向筒61内的活塞63以及与活塞63相连的活塞杆64，所述储液腔62为活塞63与导向筒61靠近导管33的一侧所形成的空间，所述电机驱动部322与所述活塞杆64相连以控制活塞杆64的移动，所述活塞杆64的移动带动活塞63沿所述导向筒61的筒壁滑动，所述活塞63的滑动带动储液腔62内液体流动从而使动作气囊31伸缩动作，所述导向筒61靠近电机驱动部322的一端的筒壁上开设有若干排气孔611，所述电机驱动部322包括驱动电路和驱动电机。具体的液体囊35为采用乳胶制成的具有延展性的腔体，通过驱动电路控制驱动电机动作，从而控制活塞63移动使得储液腔62排液或者进液从而使液体囊35膨胀或者缩小，动作气囊31随之伸缩，通过气液混合的控制方式，相对比于纯气压控制，动作气囊31与储液腔62的变化比例缩小，因此增大了控制精度，有气体作为缓冲可以有效防止液压变化直接作用于机器人仿真皮肤而导致的仿真皮肤破裂。

如图3所示，所述眼球气囊根据其在眼球上的分布状况分类为左部眼球气囊43、右部眼球气囊44、顶部眼球气囊45和底部眼球气囊47，所述眼球控制结构包括左部眼球控制结构、右部眼球控制结构、顶部眼球控制结构以及底部眼球控制结构；所述左部眼球控制结构的动作气囊为左部眼球气囊43，所述左部眼球气囊43的一端连接于眼球47的左侧，另一端连接于固定骨架48的左侧；所述右部眼球控制结构的动作气囊为右部眼球气囊44，所述右部眼球气囊44的一端连接于眼球47的右侧，另一端连接于固定骨架48的右侧；所述顶部眼球控制结构的动作气囊为顶部眼球气囊45，所述顶部眼球气囊45的一端连接于眼球47的顶部，另一端连接于固定骨架48的顶部；所述底部眼球控制结构的动作气囊为底部眼球气囊46，所述底部眼球气囊46的一端连接于眼球47的底部，另一端连接于固定骨架48的底部；所述左部眼球气囊43、右部眼球气囊44、顶部眼球气囊45以及底部眼球气囊46的伸缩带动眼球的转动。

更进一步的为了保证机器人两个眼球的同步动作，所述眼眶骨架内部还设置有激光传感器，所述激光传感器包括接收部和发射部，所述眼球47外侧面的四个方向上分别设置有一个激光传感器的发射部，所述眼眶骨架内侧面的四个方向上分别设置有多个激光传感器的接收部，多个激光传感器的接收部等间距的排列，通过激光传感器可以实时监测眼球的转动角度，从而保证两个眼球同步转动，避免出现两个眼球转动不一致的现象。

由于眼部的动作包括眼睑的开合以及眼球的转动，具体由眼轮匝肌、提上睑肌以及各直筋控制，因此将眼部的动作分解为6个，并且由对应的气囊控制：

眼睑闭合：眼轮气囊41收缩、提升气囊42伸展；

眼睑张开：眼轮气囊41伸展、提升气囊42收缩；

眼球向左转动：左部眼球气囊43收缩、右部眼球气囊44伸展；

眼球向右转动：左部眼球气囊43伸展、右部眼球气囊44收缩；

眼球向上转动：顶部眼球气囊45收缩、底部眼球气囊46伸展；

眼球向下转动：顶部眼球气囊45伸展、底部眼球气囊46收缩。

由于要在机器人眼部实现上述动作，需要6个相对独立的运动机构来实现，并且眼部动作相对于其他部位来说更加细微，因此精度要求更高，单纯的运用传统刚体形态运动机构或纯气压控制都难以实现，而采用气液混合的控制方式，一方面利用液体的不可压缩性，提高了控制精度，另一方面利用气体作为缓冲防止机器人仿真脸皮的损坏。

如图6所示，一种机器人的眼部动作控制系统，包括上述机器人的眼部动作控制结构、控制电动液压泵32动作的运动控制模块和检测单元，所述运动控制模块包括偏移量转换单元和驱动信号转换单元，所述偏移量转换单元接收眼部视位时序信号SV，并依据预设的眼部视位值与偏移量对应关系将眼部视位时序信号SV转换为对应的偏移量时序信号CD，所述眼部视位时序信号SV由若干眼部视位的眼部时序信息CV和眼部视位信息FV组成，所述偏移量时序信号CD包括相互对应的动作时序信息DV和活塞偏移量信息DT；所述驱动信号转换单元依据所述偏移量时序信号CD计算对应的液压囊控制信号，所述电机驱动部322依据所述液压囊控制信号控制活塞63运动以达到预设的位置。

参考图8和图9，在本发明中眼部视位是由6个动作气囊31伸缩变形而形成的，所以眼部视位信息FV由6个与储液腔62对应的眼部视位值组成，具体如下：

1)眼轮气囊41控制特征点E到特征点E’之间距离D41的伸长或缩短，提升气囊42控制特征点F沿D42方向偏移，D41和D42代表眼睑的张开和闭合分别对应眼轮气囊41和提升气囊42的偏移量；

2)左部眼球气囊43控制特征点A到特征点A’之间距离D43的伸长或缩短，右部眼球气囊44控制特征点B到特征点B’之间距离D44的伸长或缩短，D43和D44代表眼球的左、右转动分别对应左部眼球气囊43和右部眼球气囊44的偏移量；

3)顶部眼球气囊45控制特征点C到特征点C’之间距离D45的伸长或缩短，底部眼球气囊46控制特征点D到特征点D’之间距离D46的伸长或缩短，D45和D46代表眼球的上、下转动分别对应顶部眼球气囊45和底部眼球气囊46的偏移量；

当确定某个眼部视位时，眼部视位信息FV可以由上述6种动作气囊31的变形偏移组合来表示，即：

FV＝(D41；D42；D43；D44；D45；D46)

在该口型视位中口型视位信息FV可以用对应的偏移量信息来表示：

FV＝(D41(j)；D42(j)；D43(j)；D44(j)；D45(j)；D46(j))

当眼部处于自然状态时，即眼睑张开且眼球未发生偏转时，各个特征点的偏移量均为0，即：

FV＝(0；0；0；0；0；0)。

进一步的，所述检测单元包括位置检测单元；所述位置检测单元检测活塞63的位置来生成位置反馈信号，所述驱动信号转换单元依据所述位置反馈信号调整所述液压囊控制信号。其中，校正液压囊控制信号的方法为：所述驱动信号转换单元依据所述位置检测单元生成的位置反馈信号判断所述动作气囊31的伸缩程度和速度，在动作气囊31的伸缩程度和速度超出预设值时校正所述液压囊控制信号；例如，所述位置检测单元判断所述动作气囊31是否到达对应的偏移量，当所述活塞63到达预定位置后，所述位置检测单元生成包含到达信息的位置反馈信号，所述驱动信号转换单元依据所述位置反馈信号发出停止命令，控制电机驱动部322停止动作。

进一步的，所述检测单元还包括温度检测单元，所述温度检测单元包括温度传感器和温度状态寄存器，所述温度检测单元用于检测动作气囊31的当前环境温度并转换成相应的温度信号，所述温度状态寄存器实时记录温度信号，并根据温度的实时数据对动作气囊31的变形量进行补偿计算，从而对电机驱动部322的动作量进行修正。由于气体本身容易被热胀冷缩的效应影响，因此通过实时检测环境温度，并对电机驱动部322的动作量进行修正，进一步提高对动作气囊31的控制精度。

进一步的，所述眼部时序信息CV包括所述眼部视位的开始时刻TC和形成时刻TH，本实施例中，CV＝(TC，TH)，所述位置检测单元实时检测活塞63的位置以生成位置反馈信号，所述驱动信号转换单元计算所述液压囊控制信号的方法：按时序顺序获取一个偏移量时序信号CD(k)，取CD(k)的动作时序信息DV(k)和偏移量信息DT(k)，即：

CD(k)＝(Cv(k)，DT(k))，Cv(k)＝(TC(k)，TH(k))

在CD(k)的开始时刻TC(k)设置DT(k)为当前时刻t的目标偏移量信息X(t)，即X(t)＝DT(k)，实时获取所述位置反馈信号并依据所述位置反馈信号获得当前时刻t的实际偏移量信息Y(t)：

Y(t)＝(L41；L42；L43；L44；L45；L46)

实时比较所述目标偏移量信息和实际偏移量信息以计算活塞63的偏移量L(t)：

L(t)＝X(t)-Y(t)

依据所述时序信息Cv(t)获取眼部视位的形成时刻TH(k)，计算当前时刻t与形成时刻TH(k)的时间差T(t)，依据动作量L(t)和时间差T(t)实时计算液压囊控制信号SN，所述液压囊控制信号包括驱动电压信息UN和驱动方向信息DN。其中，动作量L(t)的正负代表驱动方向信息，在本实施例中为正值代表正向移动，负值代表反向移动，计算结果的大小代表驱动电压信息，依据驱动方向信息DN控制所述电机驱动部322驱动方向，依据驱动电压信号UN控制所述电机驱动部322的速度。当然，也可以通过眼部视位的形成时刻TH(k)和开始时刻TC(t)计算该眼部视位的形成时间，依据该形成时间和动作量L(t)计算液压囊控制信号SN，此时，无需实时计算液压囊控制信号SN，而只需在眼部视位的开始时刻TC(t)计算处理。

如图7所示，所述驱动信号转换单元包括信号获取单元、运动目标寄存器、活塞状态寄存器、比较计算部和参数计算部，所述信号获取单元接收偏移量时序信号CD并在到达任一眼部视位CD(k)的开始时刻TC(k)时，将该眼部视位CD(k)的偏移量信息DT(k)送入运动目标寄存器，所述运动目标寄存器存储所述偏移量信息DT(k)以生成存储目标偏移量信息X(t)，活塞状态寄存器存储所述位置反馈信号以生成实际偏移量信息Y(t)，所述比较计算部实时比较所述目标偏移量信息和实际偏移量信息以获得所述储液腔62的动作量L(t)，所述参数计算部实时计算动作时序信息的形成时刻TH和当前时间之间的差值T(k)：

T(k)＝TH(k)-t

以获得所述眼部视位的时间差T(t)，依据时间差T(t)和储液腔62的动作量L(t)实时计算所述液压囊控制信号SN。

较佳的，所述眼部时序信息CV包括所述眼部视位的开始时刻TC、形成时刻TH和结束时刻TF，在本实施例中，CV＝(TC，TH，TF)，机器人的眼部动作控制系统还包括前置处理模块，所述前置处理模块用于对眼部视位时序信号进行前置处理，并将处理后的眼部视位时序信号输送至运动控制模块或后续的眼部视位合成模块等位置，处理过程如下：判断相邻眼部视位对应的时间间隔是否超出预设值，即判断：

(TC(i+1)-TF(i))≥n是否成立，其中n为预设的数值，TC(i+1)为后一眼部视位的开始时刻，TF(i)为前一眼部视位的结束时刻；

若成立，则在相邻眼部视位之间增加一个预设眼部视位，若不成立，则将前一眼部视位的结束时刻调整为后一眼部视位的结束时刻TF(i)＝TC(i+1)，即CV(i)＝(TC(i)，TH(i)，TC(i+1))。其中，若机器人眼部无动作，预设眼部视位是机器人眼睑张开且眼球未发生偏转。具体地，由于前置处理模块处理后的眼部视位时序是连续的，故处理后的眼部视位时序信号中，眼部时序信号CV包括处理后的开始时刻TC和形成时刻TH，可省略结束时刻TF。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种机器人的眼部动作控制结构，其特征在于，包括控制组件，所述控制组件包括

动作气囊，所述动作气囊为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊，所述伸缩气囊内部形成密闭气腔；

液体囊，所述液体囊为弹性囊，所述液体囊置于动作气囊内部，所述液体囊的一端连通有导管；

以及电动液压泵，所述电动液压泵包括储液腔和电机驱动部，所述储液腔通过所述导管与所述液体囊连通，所述储液腔、所述导管和所述液体囊三者所形成的内部空间内充满液体；

所述电机驱动部驱动所述储液腔的腔体缩小，所述储液腔内的液体受到电机驱动部的挤压并通过所述导管进入所述液体囊内，所述液体囊膨胀使得动作气囊伸长；

所述电机驱动部驱动所述储液腔的腔体增大，所述液体囊内的液体受到动作气囊内气体的挤压并通过所述导管进入所述储液腔内，所述液体囊缩小使得动作气囊缩短；

所述眼部动作控制结构包括嵌于仿真脸皮之仿真上眼睑内部的眼轮控制结构和提升控制结构，

所述眼轮控制结构包括至少一个所述控制组件，所述眼轮控制结构的动作气囊为眼轮气囊，所述眼轮气囊的两端分别连接于上眼睑两端的骨架上且眼轮气囊的侧面与仿真上眼睑的底部贴合；所述提升控制结构包括至少一个所述控制组件，所述提升控制结构的动作气囊为提升气囊，所述提升气囊的一端连接于所述眼轮气囊的中部，另一端连接于眉骨骨架上；

所述眼部动作控制结构还包括置于眼眶骨架内的眼球控制结构，

所述眼眶骨架内设有固定骨架，所述固定骨架位于眼眶骨架的中心部位且固定骨架通过球面副与眼球可转动地连接；所述眼球控制结构包括至少四个所述控制组件，所述眼球控制组件的动作气囊为眼球气囊，所述眼球气囊一端连接于眼球的一侧面，另一端连接于固定骨架上。

2.根据权利要求1所述的一种机器人的眼部动作控制结构，其特征在于：所述动作气囊包括气囊本体和开设于所述气囊本体上的连接孔，所述液体囊包括液体囊本体和开设于所述液体囊本体上的液流孔，所述导管穿过所述连接孔与所述液流孔连接。

3.根据权利要求2所述的一种机器人的眼部动作控制结构，其特征在于：所述气囊本体包括气囊侧壁和位于所述气囊侧壁两端并密封所述气囊侧壁的气囊端壁，所述气囊侧壁包括至少两个可折叠的波纹片，所述波纹片沿折叠伸缩方向依次连接，所述波纹片的波峰内设有防止波峰内陷的支撑件。

4.根据权利要求1所述的一种机器人的眼部动作控制结构，其特征在于：所述电动液压泵还包括导向筒、滑动安装于所述导向筒内的活塞以及与所述活塞相连的活塞杆，所述储液腔为所述活塞与所述导向筒靠近导管的一侧所形成的空间，所述电机驱动部与所述活塞杆相连并控制活塞杆的移动，所述活塞杆的移动带动活塞沿所述导向筒的筒壁滑动，所述活塞的滑动带动储液腔内液体流动从而使动作气囊伸缩。

5.根据权利要求1所述的一种机器人的眼部动作控制结构，其特征在于：所述眼球控制结构包括

左部眼球控制结构，所述左部眼球控制结构的动作气囊为左部眼球气囊，所述左部眼球气囊的一端连接于眼球的左侧，另一端连接于固定骨架的左侧；

右部眼球控制结构，所述右部眼球控制结构的动作气囊为右部眼球气囊，所述右部眼球气囊的一端连接于眼球的右侧，另一端连接于固定骨架的右侧；

顶部眼球控制结构，所述顶部眼球控制结构的动作气囊为顶部眼球气囊，所述顶部眼球气囊的一端连接于眼球的顶部，另一端连接于固定骨架的顶部；

以及底部眼球控制结构，所述底部眼球控制结构的动作气囊为底部眼球气囊，所述底部眼球气囊的一端连接于眼球的底部，另一端连接于固定骨架的底部；

所述左部眼球气囊、右部眼球气囊、顶部眼球气囊以及底部眼球气囊的伸缩带动眼球的转动。

6.根据权利要求1所述的一种机器人的眼部动作控制结构，其特征在于：还包括激光传感器，所述激光传感器包括至少三个接收部和一个发射部，所述接收部等间距的安装于眼眶骨架的内侧面上，所述发射部安装于眼球的外侧面上。

7.一种机器人的眼部动作控制系统，其特征在于：包括如权利要求1～6中任一项所述机器人的眼部动作控制结构、控制电动液压泵动作的运动控制模块和检测单元，所述运动控制模块包括偏移量转换单元和驱动信号转换单元，所述偏移量转换单元接收眼部视位时序信号SV，并依据预设的眼部视位值与偏移量对应关系将眼部视位时序信号SV转换为对应的偏移量时序信号，所述眼部视位时序信号SV包括若干眼部视位的眼部时序信息CV和眼部视位信息FV，所述偏移量时序信号包括相互对应的动作时序信息和活塞偏移量信息；所述驱动信号转换单元依据所述偏移量时序信号计算对应的液压囊控制信号，所述电机驱动部依据所述液压囊控制信号控制所述活塞运动以达到预设的位置；所述检测单元包括位置检测单元；所述位置检测单元检测活塞的位置来生成位置反馈信号，所述驱动信号转换单元依据所述位置反馈信号调整所述液压囊控制信号。

8.根据权利要求7所述的一种机器人的眼部动作控制系统，其特征在于，所述眼部时序信息包括所述眼部视位的开始时刻TC和形成时刻TH，所述位置检测单元实时检测所述活塞的位置以生成位置反馈信号，所述驱动信号转换单元计算所述液压囊控制信号的方法为：按照时序依据所述动作时序信息对应的活塞偏移量信息以获得当前时刻的目标偏移量信息，实时获取所述位置反馈信号并依据所述位置反馈信号获得当前时间的实际偏移量信息，实时比较所述目标偏移量信息和实际偏移量信息以计算储液腔的动作量，依据所述动作时序信息和动作量计算所述液压囊控制信号，所述液压囊控制信号包括驱动电压信息和驱动方向信息。

9.根据权利要求8所述的一种机器人的眼部动作控制系统，其特征在于，所述驱动信号转换单元包括信号获取单元、运动目标寄存器、活塞状态寄存器、比较计算部和参数计算部，所述信号获取单元接收偏移量时序信号并在到达任一眼部视位的开始时刻时，将该眼部视位的偏移量信息送入运动目标寄存器，所述运动目标寄存器存储所述偏移量信息以生成存储目标偏移量信息，活塞状态寄存器存储所述位置反馈信号以生成实际偏移量信息，所述比较计算部实时比较所述目标偏移量信息和实际偏移量信息以获得所述储液腔的动作量，所述参数计算部实时计算动作时序信息的形成时刻TH和当前时间之间的差值以获得所述眼部视位的时间差，依据时间差和储液腔的动作量实时计算所述液压囊控制信号。

10.根据权利要求7所述的一种机器人的眼部动作控制系统，其特征在于，所述眼部时序信息CV包括所述眼部视位的开始时刻TC、形成时刻TH和结束时刻TF，机器人的眼部动作控制系统还包括前置处理模块，所述前置处理模块对眼部视位时序信号进行前置处理以获得处理后的眼部视位时序信号SV，并将所述眼部视位时序信号SV输送至所述运动控制模块，所述前置处理模块对所述眼部视位时序信号进行前置处理具体包括：判断相邻眼部视位对应的时间间隔是否超出预设值，若是则在所述相邻眼部视位之间增加一个预设眼部视位，若否则将前一瞬态眼部视位的结束时刻调整为后一瞬态眼部视位的结束时刻。

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