CN207578420U - 高仿真机器人头部结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高仿真机器人头部结构，包括外壳组件和面部活动组件、内部控制组件，面部活动组件包括眼部组件、嘴部组件和颈部组件，眼球组件通过第一电机与内部控制组件连接，眼皮组件通过第二电机、第三电机与内部控制组件连接，嘴部组件通过第四电机与内部控制组件连接，可在内部控制组件内添加我司自主研发的实现表情动作的表情控制管理模块，表情控制管理模块与外部的硅胶皮下方的脸庞组件协同工作实现表情的变化，本实用新型解决了现有技术中用于服务行业的机器人在模仿真人面部表情时，采用传统舵机提供动能，导致面部表情僵硬，缺少与真人互动的功能，使其并不能在服务行业给消费者提供新颖有趣的消费体验的问题。

Description

高仿真机器人头部结构

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种高仿真机器人头部结构。

背景技术

机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。目前市面上用于服务行业的机器人在模仿真人面部表情时，由于多采用传统舵机提供动能，导致面部表情僵硬，同时受限于内部结构与控制系统，缺少与真人互动的功能，使其并不能在服务行业给消费者提供新颖有趣的消费体验。本实用新型就是为解决这一技术问题，提供一种面部表情更逼真、更自然以及更多与真人互动的机器人头部结构及运行系统。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种高仿真机器人头部结构，旨在解决现有技术中用于服务行业的机器人在模仿真人面部表情时，采用传统舵机提供动能，导致面部表情僵硬，缺少与真人互动的功能，使其并不能在服务行业给消费者提供新颖有趣的消费体验的问题。

为实现上述目的，为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种高仿真机器人头部结构，包括外壳组件和设置于外壳组件内部的面部活动组件、内部控制组件，面部活动组件包括眼部组件、嘴部组件，眼部组件包括眼球组件和眼皮组件，眼球组件通过设有第一电机的眼球传动组件与内部控制组件连接，眼皮组件通过设有第二电机、第三电机的上下眼皮传动组件与内部控制组件连接，嘴部组件通过嘴部组件内的第四电机与内部控制组件连接，内部控制组件包括主处理器和分别与主处理器连接的活动控制组件、外部感应模块、语音模块、数据库模块和供电模块，外部感应模块还与语音模块连接。

其中，眼球组件包括左眼球和右眼球，左眼球和右眼球均设有摄像头，摄像头与外部感应模块连接。

眼球传动组件还包括与第一电机连接的眼球齿轮箱；与眼球齿轮箱连接的眼球推板；与眼球推板连接的眼球压板，眼球压板与眼球组件连接。

眼皮组件包括设置于左眼球上的上左眼皮和下左眼皮；设置于右眼球上的上右眼皮和下右眼皮。

上下眼皮传动组件还包括与第二电机连接的上眼皮齿轮箱；与上眼皮齿轮箱连接的上眼皮推板；与第三电机连接的下眼皮齿轮箱；与下眼皮齿轮箱连接的下眼皮推板，上眼皮推板与上左眼皮、上右眼皮连接，下眼皮推板与下左眼皮、下右眼皮连接。

嘴部组件还包括与第四电机连接的嘴部编芯轮；与嘴部编芯轮连接的嘴部齿轮；与嘴部齿轮连接的嘴部传动件；与嘴部传动件连接的上齿部和下齿部。

颈部组件包括颈齿轮箱；与颈齿轮箱连接的颈部转动件；与颈部转动件连接的颈部对接件；与颈部对接件连接的颈部压件。

外壳组件包括面壳和与面壳一端连接的后壳；设置于后壳一侧的头盖。

有益效果如下：

采用了不同于目前市面上使用舵机提供动能的动力系统，使用五个电机分别控制眼睛、眼皮、嘴巴和颈部转动，使运动更自然。内部设置的内部控制组件，结合眼部上设置的摄像头，使整个头部随着人形转动，数据库模块可根据不同场景预设不同的词库，使服务对象获得更真实生动的服务体验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型中的外壳组件与面部活动组件整体结构示意图。

图2为本实用新型中的外壳组件拆解示意图。

图3为本实用新型中的面部活动组件拆解示意图。

图4为本实用新型中的摄像头设置情况示意图。

图5为本实用新型中的内部控制组件连接示意图。

附图标号说明：

标号 名称 标号 名称

1 外壳组件 2000 左眼球

10 面壳 2001 右眼球

11 后壳 2002 眼球传动组件

12 头盖 2003 眼球压板

2 面部活动组件 2004 眼球推板

20 眼部组件 2005 眼球齿轮箱

200 眼球组件 2006 第一电机

201 眼皮组件 213 嘴部传动件

2010 上左眼皮 214 上齿部

2011 上右眼皮 215 下齿部

2012 下左眼皮 22 颈部组件

2013 下右眼皮 220 颈部转动件

2014 上下眼皮传动组件 221 颈部对接件

2015 上眼皮推板 222 颈齿轮箱

2016 上眼皮齿轮箱 223 颈部压件

2017 第二电机 3 内部控制组件

2018 下眼皮推板 30 主处理器

2019 下眼皮齿轮箱 31 活动控制模块

2020 第三电机 32 语音模块

21 嘴部组件 33 外部感应模块

210 嘴部齿轮 34 供电模块

211 嘴部编芯轮 35 数据库模块

212 第四电机 4 表情控制管理模块

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

实施例1：

参照图1～图5，一种高仿真机器人头部结构，包括外壳组件1和设置于外壳组件1内部的面部活动组件2、内部控制组件3，面部活动组件2包括眼部组件20、嘴部组件21，眼部组件20包括眼球组件200和眼皮组件201，眼球组件200通过设有第一电机2006的眼球传动组件2002与内部控制组件3连接，眼皮组件201通过设有第二电机2017、第三电机2020的上下眼皮传动组件2014与内部控制组件3连接，嘴部组件21通过嘴部组件21内的第四电机212与内部控制组件3连接，内部控制组件3包括主处理器30和分别与主处理器30连接的活动控制组件、外部感应模块33、语音模块32、数据库模块35和供电模块34，外部感应模块33还与语音模块32连接。

面部活动组件2内设置的第一电机2006、第二电机2017、第三电机2020和第四电机212用于控制眼球组件200、眼皮组件201和嘴部组件21，不同于目前市面上使用舵机提供动能的结构，舵机是以角度控制方式，需要电机配齿轮，以减速增扭，既然用了齿轮，又没有精确位置检测元件，其精确程度不可与电机相比。采用不同的电机单独控制，提高了运动精确度，使动作更加自然。内部设置的内部控制组件3，通过眼部上设置的摄像头，使整个头部随着人形转动，数据库模块35可根据不同场景预设不同的词库，使服务对象获得更真实生动的服务体验。

参照图3～图4，眼球组件200包括左眼球2000和右眼球2001，左眼球2000和右眼球2001均设有摄像头，摄像头与外部感应模块33连接。

摄像头用于捕捉外部人形数据，设置于左眼球2000和右眼球2001内，模仿真人观察特性，将捕捉到的画面数据传输给外部感应模块33进行数据转储后再发送至主处理器30进行分析处理。

参照图3，眼球传动组件2002还包括与第一电机2006连接的眼球齿轮箱2005；与眼球齿轮箱2005连接的眼球推板2004；与眼球推板2004连接的眼球压板2003，眼球压板2003与眼球组件200连接。

第一电机2006带动眼球齿轮箱2005从而带动眼球推板2004，眼球推板2004推动眼球压板2003，因为眼球是同一方向、角度运动的，所以只采用一个眼球压板2003控制两个眼球运动。

实施例2：

参照图3，眼皮组件201包括设置于左眼球2000上的上左眼皮2010和下左眼皮2012；设置于右眼球2001上的上右眼皮2011和下右眼皮2013。

眼皮组件201充分的模仿了真人的眼皮结构，设置有上左眼皮2010、下左眼皮2012、上右眼皮2011和下右眼皮2013，不同于现有同领域技术中的眼皮结构，本实用新型分别使用两个电机控制眼皮组件201，即第二电机2017控制上左眼皮2010和上右眼皮2011，第三电机2020控制下左眼皮2012和下右眼皮2013，使得仿真程度明显提高，面部表情更加生动不僵硬。

参照图3，上下眼皮传动组件2014还包括与第二电机2017连接的上眼皮齿轮箱2016；与上眼皮齿轮箱2016连接的上眼皮推板2015；与第三电机2020连接的下眼皮齿轮箱2019；与下眼皮齿轮箱2019连接的下眼皮推板2018，上眼皮推板2015与上左眼皮2010、上右眼皮2011连接，下眼皮推板2018与下左眼皮2012、下右眼皮2013连接。

上下眼皮传动组件2014包括了与上左眼皮2010和上右眼皮2011、下左眼皮2012和下右眼皮2013单独控制的上眼皮齿轮箱2016、上眼皮推板2015和下眼皮齿轮箱2019、下眼皮推板2018，上、下眼皮分别连接一组动力机构，使得眼皮活动更真实。

实施例3：

参照图3，嘴部组件21还包括与第四电机212连接的嘴部编芯轮211；与嘴部编芯轮211连接的嘴部齿轮210；与嘴部齿轮210连接的嘴部传动件213；与嘴部传动件213连接的上齿部214和下齿部215。

第四电机212带动嘴部编芯轮211旋转，从而带动嘴部齿轮210，嘴部齿轮210带动嘴部传动件213，从而使嘴部传动件213带动上齿部214和下齿部215进行仿人的嘴巴张合动作。

参照图3，颈部组件22包括颈齿轮箱222；与颈齿轮箱222连接的颈部转动件220；与颈部转动件220连接的颈部对接件221；与颈部对接件221连接的颈部压件223。

可以在外接的机器人身体颈部安装上电机，将本实用新型的颈部组件22通过颈部对接件221与其对接，从而使整个头部可以进行转动。

实施例4：

参照图2，外壳组件1包括面壳10和与面壳10一端连接的后壳11；设置于后壳11一侧的头盖12。

外壳组件1为仿照真人头骨进行的开模，且为三段式，便于拆解、维修和组装，在外壳组件1表面覆盖一层硅胶，如使用高仿真5度邵氏A环保硅胶将外壳组件1包裹，头发及眉毛为高仿真植入，与整个硅胶紧密相连，毛发就像是从真人毛皮生长出一样，使得仿真程度更进一步。在使用硅胶皮作为模仿人脸的基础上，还可在内部控制组件3内添加我司自主研发的实现表情动作的表情控制管理模块4，表情控制管理模块4与外部的硅胶皮下方的脸庞组件协同工作实现表情的变化，可协同内部数据库模块35预设表情协同工作，可添加20种以上仿人表情数据。

参照图1～图5，运行过程如下：

S1：将头部结构安装在设有电机的机器人身体上，并将设在机器人身体上的电机与活动控制模块31连接，开始通电工作时，供电模块34向主处理器30供电，主处理器30将连通内部控制组件3中的外部感应模块33、语音模块32、数据库模块35和活动控制模块31进行工作。

外部感应模块33可进行人形距离感应和人形状感应，感应的灵敏度可根据需要进行调整，数据库模块35中的数据可以根据不同场景的使用需求进行词汇和不同动作频率的预设。

S2：外部感应模块33通过摄像头感应外界人形，当人经过时，摄像头将捕捉到的画面传送至外部感应模块33，外部感应模块33将捕捉到的画面处理成主处理器30可识别的数据并传送给主处理器30，与主处理器30连接的数据库模块35将数据与库内预设的数据进行对比，当捕捉的人形数据与库内的预设数据匹配度较高时，主处理器30将通过语音模块32从设置于机器人身体上的扬声装置进行问候用语的发声，问候用语的数据预设在数据库模块35内。

将数据与库内预设的数据进行对比，是为了防止机器人对任何移动的物体都响应。进行数据对壁厚，当捕捉的人形数据与库内的预设数据匹配度较低时，机器人将不会做出响应。

S3：在成功匹配捕捉的数据并对外发声的同时，与主处理器30连接的活动控制模块31将结合捕捉到的移动人形数据驱动与活动控制模块31连接的第一电机2006、第二电机2017、第三电机2020、第四电机212以及与设置于机器人身体上的颈部电机。

第一电机2006、第二电机2017、第三电机2020、第四电机212以及与设置于机器人身体上的颈部电机分别控制机器人的眼球、眼皮、嘴巴和整个头部的转动，主处理器30将捕捉到的移动人形数据进行处理后转化为电机转动的频率数据，进而向各电机发出运行指令。

S4：与颈部电机连接的颈部转动件220带动颈齿轮箱222从而使整个机器人头部随着人形的移动而移动，外部感应模块33感应到超出移动距离时，将通过活动控制模块31使整个头部转向中间。

外部感应模块33具有距离感应功能，当个体走出感应范围时，机器人头部如果还持续朝向走出的个体方向时就显得太过死板。当外部感应模块33感应到超出移动距离时，将通过活动控制模块31使整个头部转向中间，这样就显得更加灵活生动。

S5：在整个机器人头部随着人形的移动而转动时，通过第一电机2006驱动的眼球组件200；通过第二电机2017、第三电机2020连接的眼皮组件201；通过第四电机212连接的嘴部组件21，都将进行仿人的眨眼、嘴巴的张合动作。

目前市面上的同类型服务机器人在进行语音输出等与人交互工作时，其声音与动作不协调，如在有语音输出时，嘴巴部位往往不会运动；整个头部不会随人形而运动。本实用新型中的头部结构在进行语音输出的同时，嘴巴、眼皮和整个头部都是与人形移动结合的，相比目前市面上的同类型服务机器人面部表情更加生动、逼真。进一步地，机器人头部还可与我司自主研发的机器人身体安装，且机器人的四肢均受控于主处理器30，机器人身体还可根据不同场景需要进行更换。

工作原理如下：

通电工作时，供电模块34向主处理器30供电，主处理器30将连通内部控制组件3中的外部感应模块33、语音模块32、数据库模块35和活动控制模块31进行工作。在成功匹配捕捉的数据并对外发声的同时，与主处理器30连接的活动控制模块31将结合捕捉到的移动人形数据驱动与活动控制模块31连接的第一电机2006、第二电机2017、第三电机2020、第四电机212以及与设置于机器人身体上的颈部电机。与颈部电机连接的颈部转动件220带动颈齿轮箱222从而使整个机器人头部随着人形的移动而移动，外部感应模块33感应到超出移动距离时，将通过活动控制模块31使整个头部转向中间。在整个机器人头部随着人形的移动而转动时，通过第一电机2006驱动的眼球组件200；通过第二电机2017、第三电机2020连接的眼皮组件201；通过第四电机212连接的嘴部组件21，都将进行仿人的眨眼、嘴巴的张合动作。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种高仿真机器人头部结构，其特征在于，包括外壳组件和设置于所述外壳组件内部的面部活动组件、内部控制组件，所述面部活动组件包括眼部组件、嘴部组件，所述眼部组件包括眼球组件和眼皮组件，所述眼球组件通过设有第一电机的眼球传动组件与所述内部控制组件连接，所述眼皮组件通过设有第二电机、第三电机的上下眼皮传动组件与所述内部控制组件连接，所述嘴部组件通过所述嘴部组件内的第四电机与所述内部控制组件连接，所述内部控制组件包括主处理器和分别与所述主处理器连接的活动控制组件、外部感应模块、语音模块、数据库模块和供电模块，所述外部感应模块还与所述语音模块连接。

2.根据权利要求1所述的高仿真机器人头部结构，其特征在于，所述眼球组件包括左眼球和右眼球，所述左眼球和所述右眼球均设有摄像头，所述摄像头与所述外部感应模块连接。

3.根据权利要求1所述的高仿真机器人头部结构，其特征在于，所述眼球传动组件还包括与所述第一电机连接的眼球齿轮箱；与所述眼球齿轮箱连接的眼球推板；与所述眼球推板连接的眼球压板，所述眼球压板与所述眼球组件连接。

4.根据权利要求2所述的高仿真机器人头部结构，其特征在于，所述眼皮组件包括设置于所述左眼球上的上左眼皮和下左眼皮；设置于所述右眼球上的上右眼皮和下右眼皮。

5.根据权利要求4所述的高仿真机器人头部结构，其特征在于，所述上下眼皮传动组件还包括与所述第二电机连接的上眼皮齿轮箱；与所述上眼皮齿轮箱连接的上眼皮推板；与所述第三电机连接的下眼皮齿轮箱；与所述下眼皮齿轮箱连接的下眼皮推板，所述上眼皮推板与所述上左眼皮、上右眼皮连接，所述下眼皮推板与所述下左眼皮、下右眼皮连接。

6.根据权利要求1所述的高仿真机器人头部结构，其特征在于，所述嘴部组件还包括与所述第四电机连接的嘴部编芯轮；与所述嘴部编芯轮连接的嘴部齿轮；与所述嘴部齿轮连接的嘴部传动件；与所述嘴部传动件连接的上齿部和下齿部。

7.根据权利要求1所述的高仿真机器人头部结构，其特征在于，进一步包括颈部组件，所述颈部组件包括颈齿轮箱；与所述颈齿轮箱连接的颈部转动件；与所述颈部转动件连接的颈部对接件；与所述颈部对接件连接的颈部压件。

8.根据权利要求1所述的高仿真机器人头部结构，其特征在于，所述外壳组件包括面壳和与所述面壳一端连接的后壳；设置于所述后壳一侧的头盖。