CN115946150B - 具有面部表情的头部结构及具有其的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有面部表情的头部结构及具有其的机器人，具有面部表情的头部结构包括头部骨骼、表皮、面部表情模块、眼部表情模块、颌部表情模块，不同的面部表情模块之间，以及面部表情模块、眼部表情模块、颌部表情模块之间相互分离，面部表情模块述眼部表情模块、颌部表情模块能够相对面壳沿至少一个方向移动；机器人包括上述的头部结构。本发明中，面部表情模块、眼部表情模块、颌部表情模块相互独立并能够协同动作，以使表皮模拟不同类型的表情，表情模块与面壳的相对位置可调，通过调节表情模块的位置可使表情模块的位置与替换后的表皮匹配，通用性好，且无需设置不同种类的模具，有效降低了加工成本。

Description

具有面部表情的头部结构及具有其的机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种具有面部表情的头部结构及具有其的机器人。

背景技术

具有头部结构的机器人能够通过表情模拟进行深度的人机交互，可以应用于模拟教学、康复训练、招待导购等场景。相关技术中，头部结构的相应位置处设置有驱动机构，通过驱动机构对终端部件的驱动，实现头部结构的表情模拟，如眨眼、张嘴等，但头部结构能够呈现的表情形式有限，无法模拟高阶表情，并且，驱动结构、头部骨骼及外表皮配套设置并一体连接，头部骨骼只能适用一种脸型的外表皮，头部结构的脸型发生变化时，需同步替换头部骨骼与驱动结构，量产时需要设置较多种类的模具，生产成本较高，不能满足头部结构的通用性设计需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有面部表情的头部结构，可以模拟多种表情，骨骼能够适用于不同脸型的外表皮，通用性好，加工成本低。

本发明还提出一种具有上述具有面部表情的头部结构的机器人。

根据本发明的第一方面实施例的具有面部表情的头部结构，包括：

头部骨骼，包括面壳与后壳，所述面壳与所述后壳之间限定出安装腔，所述面壳的额部、脸部与鼻部均设置有操作孔，所述面壳的眼部设有眼部运动空间，所述面壳的颌部设有颌部运动空间，所述操作孔、所述眼部运动空间、所述颌部运动空间均与所述安装腔连通；

表皮，贴附于所述头部骨骼的外部，所述表皮具有与所述眼部运动空间连通的眼部通孔；

面部表情模块，设置有多个，所述面部表情模块容置于所述安装腔内，所述面部表情模块包括相连的面部驱动机构与面部运动终端，所述面壳的额部、脸部与鼻部均连接有至少一个所述面部表情模块，每一面部表情模块的所述面部运动终端通过所述操作孔与所述表皮连接，所述面部驱动机构用于驱动所述面部运动终端运动，以带动所述表皮变形；

眼部表情模块，容置于所述安装腔内，所述眼部表情模块包括相连的眼部运动终端与眼部驱动机构，所述眼部运动终端通过所述眼部运动空间从所述眼部通孔露出，所述眼部驱动机构用于驱动所述眼部运动终端沿至少一个方向平移；

颌部表情模块，容置于所述安装腔内，所述颌部表情模块包括相连的颌部运动终端与颌部驱动机构，所述颌部运动终端通过所述颌部运动空间与所述表皮连接，所述颌部驱动机构用于驱动所述颌部运动终端上下摆动；

其中，不同的所述面部表情模块之间，以及所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块之间相互分离，所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块能够相对所述面壳沿至少一个方向移动。

根据本发明实施例的具有面部表情的头部结构，至少具有如下有益效果：

本发明中，面部表情模块、眼部表情模块、颌部表情模块相互独立并能够协同动作，以使表皮模拟不同类型的表情，且均能够靠近或远离面壳，以调整不同表情模块与面壳之间的相对距离，表情模块与面壳的相对位置可调，通过调节表情模块的位置可使表情模块的位置与替换后的表皮匹配，通用性好，且无需设置不同种类的模具，有效降低了加工成本。

根据本发明的一些实施例，所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块配置为：不同的所述面部表情模块之间，以及所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块之间能够相对靠近或远离；

和/或，所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块均能够相对靠近或远离所述面壳。

根据本发明的一些实施例，所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块中的至少一个安装于所述面壳的内壁。

根据本发明的一些实施例，所述具有面部表情的头部结构还包括支架，至少部分支架容置于所述安装腔内，所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块中的至少一个安装于所述支架。

根据本发明的一些实施例，所述支架具有固定部与转动部，所述转动部转动连接于所述固定部，所述转动部与所述头部骨骼连接。

根据本发明的一些实施例，所述表皮包括沿前后方向设置的第一面皮与第二面皮，所述第一面皮贴附于所述面壳，所述第二面皮贴附于所述后壳，所述第一面皮与所述第二面皮的边缘对接，所述第二面皮覆盖有毛发；

或者，所述表皮包括皮囊，所述皮囊具有一体连接的前面部与后面部，所述前面部贴附于所述面壳，所述后面部贴附于所述后壳，所述后面部覆盖有毛发。

根据本发明的一些实施例，所述表皮粘接于所述头部骨骼的表面；

或者，所述表皮与所述头部骨骼插接；

或者，所述表皮与所述头部骨骼卡接；

或者，所述表皮与所述头部骨骼螺纹连接。

根据本发明的一些实施例，所述表皮粘接于所述面部运动终端；

或者，所述表皮与所述面部运动终端插接；

或者，所述表皮与所述面部运动终端卡接；

或者，所述表皮与所述面部运动终端螺纹连接。

根据本发明的一些实施例，所述面部驱动机构包括面部驱动件与传动结构，所述面部驱动件通过所述传动结构与所述面部运动终端连接，所述面部驱动机构或所述面壳设置有滑轨，所述面部运动终端滑动连接于所述滑轨，所述面部驱动件用于驱动所述面部运动终端沿所述滑轨移动。

根据本发明的一些实施例，所述传动结构包括传动齿轮与传动齿条，所述传动齿轮与所述传动齿条啮合，所述传动齿轮与所述面部驱动件连接，并能够受驱转动，所述传动齿条与所述面部运动终端连接；

或者，所述传动结构的一端连接于所述面部驱动件的输出端，并能够受驱转动，所述传动结构的另一端与所述面部运动终端转动连接；

或者，所述传动结构的一端连接于所述面部驱动件的输出端，并能够受驱转动，所述传动结构设有滑槽，所述面部运动终端具有连接部，所述连接部插接于所述滑槽内并与所述传动结构转动连接，所述连接部能够沿所述滑槽移动。

根据本发明的一些实施例，所述面部驱动机构包括所述滑轨，所述滑轨朝远离或靠近所述面壳的方向凹陷呈弧形；

或者，所述滑轨沿所述面壳所在平面弯折呈弧形。

根据本发明的一些实施例，所述面部驱动机构包括面部驱动件，所述面部驱动件与所述面部运动终端连接，并用于驱动所述面部运动终端转动。

根据本发明的一些实施例，所述眼部驱动机构包括第一眼部驱动件与第一连杆组件，两个所述眼部运动终端均连接于所述第一连杆组件，所述第一眼部驱动件与所述第一连杆组件连接，并用于驱动两个所述眼部运动终端摆动。

根据本发明的一些实施例，所述眼部表情模块还包括眼睑运动终端，所述眼部驱动机构还包括两个第二眼部驱动件与两个第二连杆组件，所述眼睑运动终端位于所述眼部运动终端的上方，并覆盖部分的所述眼部运动终端，每一所述第二眼部运动终端均通过一个所述第二连杆组件与所述眼睑运动终端连接，并用于驱动所述眼睑运动终端上下摆动。

根据本发明的一些实施例，所述颌部驱动机构包括颌部驱动件与摇杆，所述摇杆的一端连接于所述颌部驱动件的输出端，所述摇杆的另一端连接于所述颌部运动终端，所述颌部驱动件用于带动所述摇杆往复转动，以使所述颌部运动终端上下摆动。

根据本发明的一些实施例，所述颌部驱动结构还包括角度调节件，所述摇杆通过所述角度调节件与所述颌部运动终端连接，所述角度调节件能够调节所述摇杆与所述颌部运动终端之间的夹角。

根据本发明的一些实施例，所述面壳的额部与所述面壳的脸部设有多个所述操作孔，每一所述面部运动终端均通过一个所述操作孔与所述表皮连接；

或者，所述面壳的额部的至少一个所述操作孔内容置有多个所述面部运动终端，并用于供所述面部运动终端与所述表皮连接。

根据本发明的一些实施例，所述面壳的额部设置有三个所述操作孔，其中两个所述操作孔位于所述眼部运动空间的上方，且相对于另外的一个所述操作孔对称分布；

或者，所述面壳的额部设置有四个所述操作孔，四个所述操作孔间隔分布，并相对于所述眼部运动空间的中心对称。

根据本发明的第二方面实施例的机器人，包括第一方面实施例中的具有面部表情的头部结构。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明具有面部表情的头部结构中头部骨骼一个实施例的示意图；

图2为图1中头部骨骼的分解示意图；

图3为本发明具有面部表情的头部结构中表皮一个实施例的示意图；

图4为面部表情模块第一实施例的示意图；

图5为眼部表情模块一个实施例的示意图；

图6为颌部表情模块一个实施例的示意图；

图7为面部表情模块安装于面壳后的示意图；

图8为头部骨骼与支架的配合示意图；

图9为操作孔一个实施例的分布示意图；

图10为操作孔另一实施例的分布示意图；

图11为面部表情模块第二实施例的示意图；

图12为面部表情模块第三实施例的示意图；

图13为图6中眼部表情模块另一方向的示意图；

图14为图13的侧视图。

附图标记：

头部骨骼100，面壳110，操作孔111，眼部运动空间112，颌部运动空间113，后壳120；表皮200；面部表情模块300，面部驱动结构310，面部驱动件311，传动结构312，传动齿轮3121，传动齿条3122，滑槽2123，滑轨313，面部运动终端320；眼部表情模块400，眼部运动终端410，眼部驱动机构420，第一眼部驱动件421，第一连杆组件422，第一连杆4221，第二连杆4222，摆杆4223，第二连杆组件424，第三连杆4241，第四连杆4242，眼睑运动终端430；颌部表情模块500，颌部运动终端510，颌部驱动机构520，颌部驱动件521，摇杆522，角度调节件530；支架600。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1与图2，本发明中具有面部表情的头部结构(以下简称头部结构)具有头部骨骼100，头部骨骼100包括面壳110与后壳120，面壳110与后壳120之间限定出安装腔，安装腔用于容纳不同表情模块，面壳110与后壳120沿前后方向设置，面壳110与后壳120以可拆卸的方式相互连接，该可拆卸方式不限于卡接、螺接等，以便于不同表情模块安装于安装腔内；安装腔还能够容纳控制模块，诸如电路板、传感器、电池、喇叭、麦克风、线缆等，上述控制模块可以固定于后壳120的内壁。面壳110位于前侧，面壳110上设置有多个孔位，可供安装腔内的表情模块执行相应操作，以模拟表情，具体的，面壳110的额部、脸部与鼻部均设置有操作孔111，面壳110的眼部设有眼部运动空间112，面壳110的颌部设有颌部运动空间113，操作孔111、眼部运动空间112、颌部运动空间113均与安装腔连通，并为安装腔内的表情模块终端提供活动空间。

如图3所示，头部结构还包括表皮200，表皮200贴附于头部骨骼100的外部，表皮200具有仿生的脸部轮廓，并且设置有毛发，表皮200能够模拟人物的不同脸型，或者动物的不同脸型；不同的表情模块分别通过操作孔111、眼部运动空间112、颌部运动空间113连接于表皮200的相应位置，或者露出至表皮200的外部，不同表情模块运动时能够带动表皮200发生形变，或者通过表皮200上的孔位呈现终端结构的位置变化，达到模拟脸部表情的效果。以图3所示的人物的表皮200为例，表皮200具有与眼部运动空间112连通的眼部通孔，用于模拟眼部运动的表情模块可通过眼部通孔呈现眼球的变化，以匹配人物的表情变化需求。

本发明的实施例中，参照图4至图6，头部结构包括面部表情模块300、眼部表情模块400与颌部表情模块500，面部表情模块300、眼部表情模块400与颌部表情模块500均容置于安装腔内，面部表情模块300分布于面壳110的额部、脸部与鼻部，用于使表皮200的额部与脸部发生变形，并呈现相应表情，眼部表情模块400分布于面壳110的眼部，用于使眼球通过眼部通孔呈现位置变化，并模拟相应表情，颌部表情模块500分布于面壳110的颌部，用于使表皮200的下巴位置发生变形，以呈现相应表情。

具体的，如图2与图4所示，面部表情模块300设置有多个，面部表情模块300包括相连的面部驱动结构310与面部运动终端320，面壳110的额部、脸部与鼻部均连接有至少一个面部表情模块300，每一面部表情模块300的面部运动终端320均通过操作孔111与表皮200连接，在面部驱动结构310驱动面部运动终端320运动时，面部运动终端320带动表皮200额部、脸部或鼻部的部分发生变形，以模拟不同种类的表情。

如图5所示，眼部表情模块400包括相连的眼部运动终端410与眼部驱动机构420，眼部运动终端410通过眼部运动空间112从眼部通孔露出，眼部驱动机构420用于驱动眼部运动终端410沿至少一个方向平移，使眼部运动终端410能够进行左右摆动、上下摆动或者圆周转动等运动形式，以模拟眼球在眼部通孔内摆动的表情。

如图6所示，颌部表情模块500包括相连的颌部运动终端510与颌部驱动机构520，颌部运动终端510通过颌部运动空间113与表皮200的下巴位置连接，颌部驱动机构520用于驱动颌部运动终端510上下摆动，颌部运动终端510上下变动时带动表皮200的下巴位置产生变形，用于模拟下巴处的表情变化。

需要说明的是，本发明中的上述面部表情模块300、眼部表情模块400以及颌部表情模块500协同动作，在需模拟表情时，通过带动表皮200额部、鼻部、脸部、颌部处发生变形，结合眼部通孔处眼部运动终端410的位置变化，实现对不同类型表情的模拟。如，表皮200的额部发生变形，使表皮200的眉毛区域上挑、下塌，表皮200的颌部发生形变，使表皮200的下巴位置下压或上抬，表皮200的脸部发生变形，使表皮200的脸颊位置舒展、上移、下拉等，眼部运动终端410的平移可使眼球左右摆动；从而通过上述不同表情模块的相互协同工作，使头部结构能够模拟不同种类的表情，诸如高兴、悲伤、害怕、惊讶、愤怒、厌恶、轻蔑、调皮等。

另外，本发明中的头部结构中，面部表情模块300、眼部表情模块400、颌部表情模块500相互独立，且均能够靠近或远离面壳110，以调整不同表情模块与面壳110之间的相对距离，也即，不同表情模块与面壳110之间的相对位置可调。不同脸型的表皮200脸颊的面积、不同部位之间的距离均会有所变化，当需替换不同脸型的表皮200时，表情模块在脸颊上的安装位置无法与新的表皮200匹配，相关技术中，表皮200、头部骨骼100、表情模块相互配套，表皮200脸型的变化必须同步替换相应的头部骨骼100与表情模块，通用性差。本发明中，表情模块与面壳110的相对位置可调，通过调节表情模块的位置可使表情模块的位置与替换后的表皮200匹配，通用性好，且无需设置不同种类的模具，有效降低了加工成本。

需要说明的是，本发明中的面部表情模块300、眼部表情模块400及颌部表情模块500中运动终端的运动形式符合表皮200不同部位的表情变化需求，上述表情模块均采用模块化的设计，能够通用于不同类型的头部骨骼100，并通过相应运动终端的运动模拟不同种类的表情；同时，通过在安装腔内变换表情模块与面壳110的相对位置，能够适用于具有不同脸型的表皮200，进一步提高了表皮200、头部骨骼100与表情模块之间的通用性，对于产品迭代时期，可以通过改变表情模块的位置适用于不同脸型的表皮200，降低产品研发成本。

图7示出了面部表情模块300安装于面壳110后的示意图，多个面部表情模块300分别安装于面壳110的额部、面部与鼻部，同样的，眼部表情模块400与颌部表情模块500能够分别安装于面壳110的眼部与颌部，不同的面部表情模块300之间以及面部表情模块300、眼部表情模块400、颌部表情模块500之间能够相对靠近或远离，以改变不同表情模块之间的间距；和/或，面部表情模块300、眼部表情模块400与颌部表情模块500能够相对靠近或远离面壳110，当表情模块距离面壳110较近时，运动终端露出至面壳110朝向表皮200一侧的距离较大，当表情模块距离面壳110较远时，运动终端露出至面壳110朝向表皮200一侧的距离较小。从而，通过改变不同表情模块之间的间距，和/或，表情模块与面壳110之间的间距，使头部骨骼100能够适用于不同脸型的表皮200，且表情模块位置的调节灵活性较高。

以人体面部为例，人体面部器官位置的不同，使得人体的脸型各异；因此，通过调节不同表情模块之间的间距，能够使头部骨骼100适用于不同脸型的表皮200。再者，人体面部瘦削时，脸颊通常内凹，人体面部圆润时，脸颊通常外凸；从而，通过调节表情模块与面壳110之间的间距，可使运动终端能够适用于脸型胖瘦各异的表皮200。

进一步参照图7，在本发明的一个实施例中，面部表情模块300、眼部表情模块400与颌部表情模块500中的至少一个安装于面壳110的内壁，面壳110的内壁为各表情模块提供进行安装的安装位。各表情模块与面壳110的连接方式不限于卡接、螺接、磁吸等，将表情模块与面壳110以拆卸的方式相互连接，便于改变表情模块的位置；进一步的，面壳110上可以设置供表情模块安装的安装孔、安装支柱等结构，供表情模块内的相应结构进行连接。

在一个具体的实施例中，以面部表情模块300为例，面部驱动结构310连接于一底座，该底座与面壳110连接，底座安装于面壳110后，面部运动终端320能够从操作孔111内露出，通过变换底座在面壳110上的安装位置，可以改变面部运动终端320在操作孔111内的位置，进而改变面部运动终端320之间的间距，或者相对于其他运动终端的间距，以适配不同脸型的表皮200。

如图8所示，头部结构还包括支架600，至少部分的支架600容置于安装腔内，面部表情模块300、眼部表情模块400与颌部表情模块500中的至少一个安装于支架600上；支架600用于安装、支撑头部骨骼100，头部骨骼100安装于支架600后，各表情模块恰好位于面壳110的相应位置。面部表情模块300、眼部表情模块400、颌部表情模块500与支架600的连接方式不限于卡接、螺接、磁吸等，支架600上可以设置供表情模块安装的安装孔、安装支柱等结构，供表情模块内的相应结构进行连接；当需改变表情模块的位置时，将表情模块从支架600的其中一个位置拆下，进而安装于支架600的另一位置。

进一步的，为便于支架600、各表情模块与头部骨骼100的装配，头部骨骼100中的面壳110与后壳120以可拆卸的方式相互连接。进行装配时，各表情模块事先安装于支架600上，先将面壳110安装于支架600，以定位各表情模块与面壳110的相对位置，然后将后壳120扣合于面壳110，以封闭安装腔，使各表情模块容置于安装腔内。

需要说明的是，面部表情模块300、眼部表情模块400与颌部表情模块500可以同时安装于面壳110与支架600上；如，面部表情模块300安装于面壳110，眼部表情模块400与颌部表情模块500安装于支架600，以充分利用头部骨骼100的内部空间。

本发明的一个实施例中，支架600具有固定部与转动部，转动部转动连接于固定部，转动部和头部骨骼100连接，头部骨骼100与各表情模块均安装于转动部，转动部相对固定部转动时，能够带动头部骨骼100与各表情模块同步转动，使头部结构可以点头、摆头。

进一步的，固定部的内部可以设置对转动部的转动提供动力源的驱动部件，以充分利用固定部的内部空间，该驱动部件可以是输出旋转运动的电机等。

面壳110上设置有多个操作孔111，可供位于不同位置的面部运动终端320露出，本发明中面部运动终端320分别分布于面壳110的额部、鼻部与脸部，鼻部通常通过一个面部运动终端320即可完成对表皮200鼻部的牵引，为使表皮200对表情的模拟更加细腻，面壳110的额部与脸部通常设置有多个面部运动终端320，多个面部运动终端320协同动作，以更加形象的模拟不同表情。在本发明的一个实施例中，面壳110额部的至少一个操作孔111内容置有多个面部运动终端320，多个面部运动终端320共用一个操作孔111，并同时从该操作孔111内露出，以进一步与表皮200连接；多个面部运动终端320共同一个操作孔111，一方面便于头部骨骼100的开模，加工成本低，另一方面，操作孔111为面部运动终端320提供了较大的运动空间，便于改变面部表情模块300的位置。

具体的，面壳110的额部可以设置一个操作孔111，位于面壳110额部的多个面部运动终端320均从该操作孔111内露出，并能够改变面部运动终端320在操作孔111内的位置。同样的，面壳110的脸部也可以设置一个操作孔111，位于面壳110脸部的多个面部运动终端320均从该操作孔111内露出，并能够改变面部运动终端320在操作孔111内的位置。

如图2所示，在本发明的另一实施例中，面壳110的额部与面壳110的脸部设有多个操作孔111，每一面部运动终端320均通过一个操作孔111与表皮200连接，此情形下，每一操作孔111只供一个面部运动终端320露出，并且面部运动终端320能够在操作孔111改变位置，表皮200与面壳110外表面的贴附区域较大，能够受到面壳110的稳定支撑。

参照图9，本发明的一个实施例中，面壳110的额部设置有四个操作孔111，四个操作孔111间隔分布，并相对于眼部运动空间112的中心对称，每一操作孔111均供一个面部运动终端320露出及移动，因此面壳110的额部设置有四个面部运动终端320，四个面部运动终端320动作时，可使表皮200呈现挑眉、皱眉、额头紧皱、额头舒展等效果。

进一步的，额头上的四个操作孔111均倾斜设置，位于额头左侧的操作孔111向左倾斜，位于额头右侧的操作孔111向右倾斜，如此可以增大面部运动终端320对表皮200的牵引范围，使表皮200的表情模拟更加形象、细腻。

参照图10，本发明的另一实施例中，面壳110的额部设置有三个操作孔111，三个操作孔111间隔分布，每一操作孔111均供一个面部运动终端320露出及移动，因此面壳110的额部设置有三个面部运动终端320，其中两个操作孔111位于眼部运动空间112的上方，且相对于另外的一侧操作孔111对称分布；位于中间操作孔111内的面部运动终端320能够直接带动表皮200的额部紧皱或舒展，位于两侧操作孔111内的面部运动终端320能够带动表皮200的两个眉部运动，以呈现挑眉、皱眉等表情。

需要说明的是，面部运动终端320的形状及面积可以根据运动终端的移动范围、表皮200表情的模拟需求等合理设置。面部运动终端320的形状不限于是多边形、圆形、椭圆形等。

参照图4，面部驱动结构310包括面部驱动件311与传动结构312，面部驱动件311通过传动结构312与面部运动终端320连接，面部驱动机构310或面壳110设置有滑轨313，面部运动终端320连接于滑轨313，面部驱动件311用于驱动面部运动终端320沿滑轨313移动，面部运动终端320移动时带动表皮200发生形变，使表皮200上的眉部、额部、鼻部、脸部的相应位置进行表情模拟。

具体的，以位于面壳110额部的面部表情模块300为例，当需做出眉部上挑的表情时，面部驱动件311带动位于眉部上方的面部运动终端320向上移动，使表皮200呈现挑眉表情；当需做出皱眉表情时，位于眉心两侧的面部驱动件311同步驱动眉部两侧的面部运动终端320相向移动，使表皮200呈现皱眉表情。

需要说明的是，滑轨313为面部运动终端320的运动进行导向，滑轨313设置于面壳110时，滑轨313可以是面壳110上开设的槽位，面部运动终端320滑动连接于该槽位内，以利用面壳110的自身结构实现对面部运动终端320的导向；滑轨313设置于面部驱动机构310时，滑轨313可以与面部驱动件311连接，或者与传动结构312连接，面部运动终端320滑动连接于滑轨313，滑轨313对面部运动终端320的运动进行导向。

进一步的，继续参照图4，在一个实施例中，传动结构312包括传动齿轮3121与传动齿条3122，传动齿轮3121与传动齿条3122啮合，传动齿轮3121与面部驱动件311连接，传动齿条3122与面部运动终端320连接，面部驱动件311驱动传动齿轮3121转动，传动齿轮3121带动传动齿条3122移动，传动齿条3122进一步带动面部运动终端320沿滑轨313移动。

在另一实施例中，如图11所示，传动结构312的一端连接于面部驱动件311的输出端，传动结构312的另一端与面部运动终端320转动连接，传动结构312设置为摇杆，面部驱动件311驱动传动结构312转动时，传动结构312带动面部运动终端320沿滑轨313移动。

在其他实施例中，如图12所述，传动结构312的一端连接于面部驱动件311的输出端，传动结构312设置有滑槽2123，面部运动终端320具有连接部，连接部插接于滑槽2123内并与传动结构312转动连接。面部驱动件311驱动传动结构312转动时，连接部在滑槽2123内转动的同时沿滑槽2123移动，使传动结构312带动面部运动终端320沿滑轨313移动。

另外，滑轨313的形状与面部运动终端320的移动轨迹相符，滑轨313可以设置为直线型、折线型或者曲线型等。滑轨313也可以根据表皮200的脸型设置为弧形，如，滑轨313朝远离或者靠近面壳110的方向凹陷呈弧形，当滑轨313朝远离面壳110的方向凹陷时，滑轨313距离表皮200较近，或者能够相较于面壳110突出，更为匹配圆润脸型的表皮200，当滑轨313朝远离面壳110的方向凹陷时，滑轨313距离表皮200较远，更为匹配瘦削脸型的表皮200。

或者，滑轨313沿面壳110所在平面弯折呈弧形，使表皮200可以在滑轨313覆盖的整个弧形区域发生变形，如此可以增大面部运动终端320对表皮200的牵引范围。

上述实施例中，面部运动终端320以滑动的方式带动表皮200移动，在本发明的另一实施例中，面部运动终端320以转动的方式带动表皮200移动，具体为，面部驱动结构310包括面部驱动件311，面部驱动件311与面部运动终端320连接，并用于驱动面部运动终端320转动，面部运动终端320转动时带动表皮200变形，实现表情模拟。

具体的，以位于面壳110眉部的面部运动终端320为例，面部驱动结构310带动面部运动终端320转动时，位于右侧的眉部的左侧一端与右侧一端的移动方向相反，表皮200的眉部可以呈现挑眉或皱眉的表情。

参照图5、图13与图14，眼部驱动机构420包括第一眼部驱动件421与第一连杆组件422，两个眼部运动终端410均连接于第一连杆组件422，第一眼部驱动件421与第一连杆组件422连接，并用于驱动两个眼部运动终端410摆动，眼部运动终端410摆动时能够模拟眼球移动动作，可以配合其他表情模块进行表情模拟。

具体的，第一连杆组件422包括第一连杆4221、两个第二连杆4222与摆杆4223，摆杆4223的一端连接于第一眼部驱动件421的输出端，受第一眼部驱动件421的驱动而转动，摆杆4223的另一端连接于第一连杆4221，两个第二连杆4222分别转动连接于第一连杆4221的两端，摆杆4223位于两个第一连杆4221之间；第一眼部驱动件421驱动摆杆4223转动时，摆杆4223带动第一连杆4221沿其长度方向移动，进而使两个第二连杆4222带动眼部输出终端410沿第一连杆4221的长度方向摆动。

需要说明的是，图13中，摆杆4223在水平面内摆动，通过第一连杆4221与第二连杆4222的动力传递，达到两个眼部运动终端410在水平面内摆动的效果。在其他实施例中，设置摆杆4223在竖直平面内摆动，摆杆4223带动第一连杆4221在竖直平面内移动，进而实现第二连杆4222带动两个眼部运动终端410在竖直平面内摆动的效果。

眼部表情模块400还包括眼睑运动终端430，眼部驱动机构420还包括两个第二眼部驱动件与第二连杆组件424，眼睑运动终端430位于眼部运动终端410的上方，并覆盖部分的眼部运动终端410，每一第二眼部驱动件通过一个第二连杆组件424与眼睑运动终端430连接，并用于驱动眼睑运动终端430上下摆动。

具体的，眼睑运动终端430与表皮200的眼睑区域连接，并带动表皮200的相应区域变形，以进行表情模拟。两个第二眼部驱动件间隔设置，并与眼睑运动终端430的位置对应，每一第二连杆组件424均包括第三连杆4241与第四连杆4242，第三连杆4241的一端连接于第二眼部驱动件，并受第二眼部驱动件的驱动沿前后方向(面壳与后壳的排布方向)摆动，第三连杆4241的另一端与第四连杆4242转动连接，第四连杆4242带动眼睑运动终端430上下摆动。

如图6所示，颌部驱动机构520包括颌部驱动件521与摇杆522，摇杆522的一端连接于颌部驱动件521的输出端，摇杆522的另一端连接于颌部运动终端510，颌部驱动件521用于带动摇杆522往复转动，以使颌部运动终端510上下摆动，颌部运动终端510摆动时带动表皮200的下部区域上下移动，使表皮200能够呈现提下巴、压下巴或者牙齿开合的表情。

进一步的，颌部驱动机构520还包括角度调节件530，摇杆通过角度调节件530与颌部运动终端510连接，角度调节件530能够调节摇杆522与颌部运动终端510之间的夹角；如此，可以改变颌部运动终端510与其他表情模块之间的距离，能够适用于不同脸型的表皮200。

本发明的实施例中，表皮200能够以不同的方式安装于头部骨骼100或者面部运动终端320。以表皮200与头部骨骼100的连接方式为例，表皮200可以粘接于头部骨骼100的表面，或者，表皮200的内侧以及头部骨骼100的外侧配合设置有相互连接的结构，以使表皮200与头部骨骼100插接、卡接或螺纹连接。例如，表皮200的内侧突出设置有安装柱，头部骨骼100上设置有相应的安装孔，安装孔插入安装孔内，或者表皮200的内侧与头部骨骼100的外侧设置有相互卡接的暗扣。同样的，表皮200与面部运动终端320同样可以通过粘接、插接、卡接或螺接的方式实现装配，以便于表皮200的后期维护及更换。

表皮200可以通过两个独立的结构组合而成，或者设置为一体结构。具体的，表皮200包括沿前后方向设置的第一面皮和第二面皮，第一面皮贴附于面壳110，第二面皮贴附于后壳120，第一面皮与第二面皮的边缘对接，第二面皮覆盖有毛发，进而形成完整的表皮200结构。

或者，表皮200包括皮囊与毛发部分，皮囊具有一体连接的前面部与后面部，前面部贴附于面壳110，后面部贴附于后壳120，后面部覆盖有毛发。

需要说明的是，毛发可以前期设置于第二面皮或者后面部，或者，后期植入第二面皮或者后面部。

本发明还提供了一种机器人，机器人包括上述的头部结构，能够通过头部结构实现不同类型的表情模拟，使机器人能够深入进行人机交互。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (18)

1.具有面部表情的头部结构，其特征在于，包括：

头部骨骼，包括面壳与后壳，所述面壳与所述后壳之间限定出安装腔，所述面壳的额部、脸部与鼻部均设置有操作孔，所述面壳的眼部设有眼部运动空间，所述面壳的颌部设有颌部运动空间，所述操作孔、所述眼部运动空间、所述颌部运动空间均与所述安装腔连通；

表皮，贴附于所述头部骨骼的外部，所述表皮具有与所述眼部运动空间连通的眼部通孔；

面部表情模块，设置有多个，所述面部表情模块容置于所述安装腔内，所述面部表情模块包括相连的面部驱动机构与面部运动终端，所述面壳的额部、脸部与鼻部均连接有至少一个所述面部表情模块，每一面部表情模块的所述面部运动终端通过所述操作孔与所述表皮连接，所述面部驱动机构用于驱动所述面部运动终端运动，以带动所述表皮变形；

眼部表情模块，容置于所述安装腔内，所述眼部表情模块包括相连的眼部运动终端与眼部驱动机构，所述眼部运动终端通过所述眼部运动空间从所述眼部通孔露出，所述眼部驱动机构用于驱动所述眼部运动终端沿至少一个方向平移；

颌部表情模块，容置于所述安装腔内，所述颌部表情模块包括相连的颌部运动终端与颌部驱动机构，所述颌部运动终端通过所述颌部运动空间与所述表皮连接，所述颌部驱动机构用于驱动所述颌部运动终端上下摆动；

其中，不同的所述面部表情模块之间，以及所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块之间相互分离，所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块能够相对所述面壳沿至少一个方向移动；所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块配置为：不同的所述面部表情模块之间，以及所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块之间能够相对靠近或远离；和/或，所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块均能够相对靠近或远离所述面壳，通过改变不同所述表情模块之间的间距，和/或，所述表情模块与所述面壳之间的间距，使所述头部骨骼能够适用于不同脸型的所述表皮。

2.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块中的至少一个安装于所述面壳的内壁。

3.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述具有面部表情的头部结构还包括支架，至少部分支架容置于所述安装腔内，所述面部表情模块、所述眼部表情模块、所述颌部表情模块中的至少一个安装于所述支架。

4.根据权利要求3所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述支架具有固定部与转动部，所述转动部转动连接于所述固定部，所述转动部与所述头部骨骼连接。

5.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述表皮包括沿前后方向设置的第一面皮与第二面皮，所述第一面皮贴附于所述面壳，所述第二面皮贴附于所述后壳，所述第一面皮与所述第二面皮的边缘对接，所述第二面皮覆盖有毛发；

或者，所述表皮包括皮囊，所述皮囊具有一体连接的前面部与后面部，所述前面部贴附于所述面壳，所述后面部贴附于所述后壳，所述后面部覆盖有毛发。

6.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述表皮粘接于所述头部骨骼的表面；

或者，所述表皮与所述头部骨骼插接；

或者，所述表皮与所述头部骨骼卡接；

或者，所述表皮与所述头部骨骼螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述表皮粘接于所述面部运动终端；

或者，所述表皮与所述面部运动终端插接；

或者，所述表皮与所述面部运动终端卡接；

或者，所述表皮与所述面部运动终端螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述面部驱动机构包括面部驱动件与传动结构，所述面部驱动件通过所述传动结构与所述面部运动终端连接，所述面部驱动机构或所述面壳设置有滑轨，所述面部运动终端滑动连接于所述滑轨，所述面部驱动件用于驱动所述面部运动终端沿所述滑轨移动。

9.根据权利要求8所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述传动结构包括传动齿轮与传动齿条，所述传动齿轮与所述传动齿条啮合，所述传动齿轮与所述面部驱动件连接，并能够受驱转动，所述传动齿条与所述面部运动终端连接；

或者，所述传动结构的一端连接于所述面部驱动件的输出端，并能够受驱转动，所述传动结构的另一端与所述面部运动终端转动连接；

或者，所述传动结构的一端连接于所述面部驱动件的输出端，并能够受驱转动，所述传动结构设有滑槽，所述面部运动终端具有连接部，所述连接部插接于所述滑槽内并与所述传动结构转动连接，所述连接部能够沿所述滑槽移动。

10.根据权利要求9所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述面部驱动机构包括所述滑轨，所述滑轨朝远离或靠近所述面壳的方向凹陷呈弧形；

或者，所述滑轨沿所述面壳所在平面弯折呈弧形。

11.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述面部驱动机构包括面部驱动件，所述面部驱动件与所述面部运动终端连接，并用于驱动所述面部运动终端转动。

12.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述眼部驱动机构包括第一眼部驱动件与第一连杆组件，两个所述眼部运动终端均连接于所述第一连杆组件，所述第一眼部驱动件与所述第一连杆组件连接，并用于驱动两个所述眼部运动终端摆动。

13.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述眼部表情模块还包括眼睑运动终端，所述眼部驱动机构还包括两个第二眼部驱动件与两个第二连杆组件，所述眼睑运动终端位于所述眼部运动终端的上方，并覆盖部分的所述眼部运动终端，每一所述第二眼部驱动件均通过一个所述第二连杆组件与所述眼睑运动终端连接，并用于驱动所述眼睑运动终端上下摆动。

14.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述颌部驱动机构包括颌部驱动件与摇杆，所述摇杆的一端连接于所述颌部驱动件的输出端，所述摇杆的另一端连接于所述颌部运动终端，所述颌部驱动件用于带动所述摇杆往复转动，以使所述颌部运动终端上下摆动。

15.根据权利要求14所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述颌部驱动结构还包括角度调节件，所述摇杆通过所述角度调节件与所述颌部运动终端连接，所述角度调节件能够调节所述摇杆与所述颌部运动终端之间的夹角。

16.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述面壳的额部与所述面壳的脸部设有多个所述操作孔，每一所述面部运动终端均通过一个所述操作孔与所述表皮连接；

或者，所述面壳的额部的至少一个所述操作孔内容置有多个所述面部运动终端，并用于供所述面部运动终端与所述表皮连接。

17.根据权利要求1所述的具有面部表情的头部结构，其特征在于，所述面壳的额部设置有三个所述操作孔，其中两个所述操作孔位于所述眼部运动空间的上方，且相对于另外的一个所述操作孔对称分布；

或者，所述面壳的额部设置有四个所述操作孔，四个所述操作孔间隔分布，并相对于所述眼部运动空间的中心对称。

18.机器人，其特征在于，包括权利要求1至17中任一项所述的具有面部表情的头部结构。