CN210025294U

CN210025294U - 一种柔索驱动的嘴部机构

Info

Publication number: CN210025294U
Application number: CN201920633402.3U
Authority: CN
Inventors: 邱榆; 朱海飞; 黄沁知; 陈宏楷; 许崇铭
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2029-04-30

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种柔索驱动的嘴部机构。包括上颚支撑板、上唇机构、下唇机构、嘴角机构、嘴唇以及下巴机构；所述的上唇机构、嘴角机构设于上颚支撑板的顶部，所述的下唇机构、下巴机构设于上颚支撑板的底部；所述的上唇机构与嘴唇的上唇驱动点连接，用于驱动嘴唇的上唇的运动；所述的嘴角机构设有两组，分别与嘴唇的左侧嘴角驱动点和右侧嘴角驱动点连接，用于驱动嘴唇嘴角的运动；所述的下唇机构与嘴唇的下唇驱动点连接，用于驱动嘴唇的下唇的运动。本实用新型将口型动作拆分成上唇、下唇、嘴角和下巴四大运动控制区域，能够实现复杂的说话口型动作。

Description

一种柔索驱动的嘴部机构

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种柔索驱动的嘴部机构。

背景技术

仿人机器人的头部动作主要包括眼部、嘴部和脖子等，其中嘴部动作在仿人机器人的语音表达中必不可少，故研发一种能够复现说话口型的机构对仿人机器人的研发至关重要。

目前大部分的仿人机器人的嘴唇只有下巴运动机构，只能做出简单的嘴唇张合运动，而不能做出说话的口型，复现人类口型动作的逼真度较低，其中有一小部分的仿人机器人能够复现说话口型，目前这些嘴唇控制机构存在的问题包括口型变化速度较慢和变化幅度较小等。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种柔索驱动的嘴部机构，通过上唇机构、下唇机构、嘴角机构以及下巴机构分别与嘴唇连接，可实现嘴唇的多种口型变化。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种柔索驱动的嘴部机构，包括上颚支撑板、上唇机构、下唇机构、嘴角机构、嘴唇以及下巴机构；所述的上唇机构、嘴角机构设于上颚支撑板的顶部，所述的下唇机构、下巴机构设于上颚支撑板的底部；所述的上唇机构与嘴唇的上唇驱动点连接，用于驱动嘴唇的上唇的运动；所述的嘴角机构设有两组，分别与嘴唇的左侧嘴角驱动点和右侧嘴角驱动点连接，用于驱动嘴唇嘴角的运动；所述的下巴机构能够相对于上颚支撑板转动；所述的下唇机构与嘴唇的下唇驱动点连接，用于驱动嘴唇的下唇的运动。在下巴的张合运动及下唇机构的作用下，可实现嘴唇的耦合运动。

进一步的，所述的上唇机构包括上唇舵机、上唇绞盘、上唇柔索、上唇滑轮组、上唇转向轮、上唇滑槽以及上唇连杆；所述的上唇舵机、上唇滑轮组以及上唇滑槽均固定于上颚支撑板的顶部，所述的上唇滑槽竖向设置，所述的上唇转向轮固定于上唇滑槽上且可相对于上唇滑槽作相对转动，所述的上唇连杆的一端与上唇滑槽滑动连接，另一端与嘴唇的上唇驱动点连接；所述的上唇绞盘与上唇舵机连接，为上唇舵机的输出；所述的上唇柔索的一端缠绕在上唇绞盘上，另一端依次绕过上唇滑轮组和上唇转向轮后与上唇滑槽上的上唇连杆连接，通过上唇舵机的驱动，上唇绞盘牵拉上唇柔索使得上唇连杆在上唇滑槽上来回滑动。通过上唇舵机的转动，上唇绞盘牵拉上唇柔索，在上唇转向轮的作用下，上唇柔索牵拉上唇连杆在上唇滑槽上做直线相对滑动，从而实现上唇驱动点垂直上移，达到上唇上移的效果。

进一步的，所述的嘴角机构对称设有两组，每组嘴角机构均包括嘴角舵机、嘴角绞盘、嘴角柔索、嘴角滑轮组、嘴角转向轮、嘴角滑槽、嘴角连杆、以及嘴角滑槽固定板；其中一组嘴角机构的嘴角连杆的一端与左侧嘴角驱动点连接，另一组嘴角机构的嘴角连杆的一端与右侧嘴角驱动点连接；所述的嘴角舵机、嘴角滑轮组以及嘴角滑槽固定板设于上颚支撑板上；两组嘴角滑槽对称设于嘴唇的两侧且靠近嘴唇嘴角处；所述的嘴角绞盘与嘴角舵机连接，为嘴角舵机的输出，所述的嘴角滑槽固定于嘴角滑槽固定板上，嘴角转向轮固定于嘴角滑槽上且可相对于嘴角滑槽相对转动；所述的嘴角连杆的另一端与嘴角滑槽滑动连接；所述的嘴角柔索的一端缠绕在嘴角绞盘上，另一端依次绕过嘴角滑轮组和嘴角转向轮后与嘴角连杆连接，通过嘴角舵机的驱动，嘴角绞盘牵拉嘴角柔索使得嘴角连杆在嘴角滑槽上来回滑动。作为优选的，嘴角滑槽设有一定的倾斜度，嘴角滑槽的一端靠近嘴角，另一端向脑部的后方及上方倾斜，这样当嘴角连杆在嘴角滑槽上滑动时，嘴角连杆拉动嘴角实现嘴角倾斜向上移动。

嘴角机构共设有两组，两组嘴角机构对称设置，一组用于与嘴唇的左侧嘴角驱动点连接，驱动左侧嘴角的运动；另一组用于与嘴唇的右侧嘴角驱动点连接，驱动右侧嘴角的运动；嘴角机构的驱动原理与上唇机构的驱动原理类似，都是通过柔索来驱动；嘴角滑轮组起到导向嘴角柔索作用；通过控制嘴角舵机的正反转运动，实现嘴角绞盘的正反转转动，实现牵拉嘴角柔索，当嘴角柔索被嘴角绞盘拉扯，嘴角柔索牵拉嘴角连杆在嘴角滑槽上来回滑动，实现模仿人的嘴角的各种动作。

进一步的，所述的下巴机构包括下巴、下巴固定板、下巴舵机、下巴舵机转动架以及下巴舵机固定架；所述的下巴舵机转动架固定于上颚支撑板的底部，所述的下巴舵机的一端通过下巴舵机固定架固定于下巴固定板上，另一端与下巴舵机转动架转动连接；所述的下巴底部固定于下巴固定板上。下巴舵机转动架固定在上颚支撑板的底部，且是远离嘴唇的一侧，即靠近机器人后脑勺的一侧，下巴舵机的输出端与下巴舵机转动架转动连接，下巴舵机的另一端通过下巴舵机固定架固定在下巴固定板上，下巴设于下巴固定板上，下巴与嘴唇连接在一起，与人的嘴唇和下巴结构类似；当下巴舵机转动，下巴舵机带动下巴固定板一起相对于下巴舵机转动架，以此模拟人体下颌的张合运动。

进一步的，所述的下唇机构包括下唇舵机、下唇绞盘、下唇柔索、下唇滑轮组、下唇转向轮、下唇滑槽以及下唇连杆；所述的下唇舵机、下唇滑轮组均固定于下巴固定板上，所述的下唇滑槽竖向固定于下巴上，下唇转向轮固定于下唇滑槽上且可相对于下唇滑槽转动，所述的下唇连杆的一端与下唇滑槽滑动连接，另一端与嘴唇上的下唇驱动点连接；所述的下唇绞盘与下唇舵机连接，为下唇舵机的输出；所述的下唇柔索的一端缠绕在下唇绞盘上，另一端依次绕过下唇滑轮组和下唇转向轮后与下唇连杆连接，通过下唇舵机的驱动，下唇绞盘牵拉下唇柔索使得下唇连杆在下唇滑槽上来回滑动。下唇机构和上唇机构结构相似，下唇机构用于驱动嘴唇的下唇部分的动作；通过控制下唇舵机的正反转运动，从而带动下唇绞盘转动，下唇绞盘转动使下唇柔索拉扯下唇连杆在下唇滑槽上上下滑动，从而驱动下嘴唇的张开或者闭合动作。

在本实用新型中，所述嘴唇包括上唇驱动点、下唇驱动点、左侧嘴角驱动点、右侧嘴角驱动点；所述的上唇驱动点与上唇连杆相接，下唇驱动点与下唇连杆相接，左侧嘴角驱动点与其中一组嘴角连杆相接，右侧嘴角驱动点与另一组的嘴角连杆连接。嘴唇用于模拟真实嘴唇，便于观察机构的实际运动效果。

与现有技术相比，有益效果是：

1.本实用新型将口型动作拆分成上唇、下唇、嘴角和下巴四大运动控制区域，能够实现复杂的说话口型动作。

2.本实用新型采用柔索机构来控制驱动点，具有较高的口型变化频率。

3.本实用新型采用单舵机控制两个驱动点同步运动的方式，大大压缩了机构的体积；

4.下唇驱动点的运动由下唇机构和下巴机构联合控制，实现耦合的效果，在结构上更加类似人类下巴的运动方式。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型上唇机构结构示意图。

图3是本实用新型上唇机构结构爆炸示意图。

图4是本实用新型嘴角机构结构示意图。

图5是本实用新型嘴角机构结构爆炸示意图。

图6是本实用新型下唇机构结构示意图。

图7是本实用新型下唇机构结构爆炸示意图。

图8是本实用新型下巴机构结构示意图。

图9是本实用新型嘴唇结构示意图。

图中，31-上唇机构；32-嘴角机构；33-下唇机构；34-下巴机构；301-上颚支撑板；302-嘴唇；310-上唇舵机；311-上唇绞盘；312-上唇柔索；313-上唇滑轮组；314-上唇转向轮；315-上唇滑槽；316-上唇连杆；320-嘴角舵机；321-嘴角绞盘；322-嘴角柔索；323-嘴角滑轮组；324-嘴角转向轮；325-嘴角滑槽；326-嘴角连杆；327-嘴角滑槽固定板；328-塞打螺丝；329-螺丝；330-下唇舵机；331-下唇绞盘；332-下唇柔索；333-下唇滑轮组；334-下唇转向轮；335-下唇滑槽；336-下唇连杆；337-下唇预紧轮；340-下巴舵机；341-下巴舵机转动架；342-下巴舵机固定架；343-下巴；344-下巴固定板；302A-上唇驱动点；302B-下唇驱动点；302C-左侧嘴角驱动点；302D-右侧嘴角驱动点。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，一种柔索驱动的嘴部机构，包括上颚支撑板301、上唇机构31、嘴角机构32、下唇机构33、下巴机构34以及嘴唇302，上唇机构31、嘴角机构32设于上颚支撑板301的顶部，下唇机构33、下巴机构34设于上颚支撑板301的底部；上唇机构31与嘴唇302的上唇驱动点302A连接，用于驱动嘴唇302的上唇的运动；嘴角机构32设有两组，分别与嘴唇302的左侧嘴角驱动点302C和右侧嘴角驱动点302D连接，用于驱动嘴唇302嘴角的运动；下唇机构33与嘴唇302的下唇驱动点302B连接，用于驱动嘴唇302的下唇的运动。在下巴343的张合运动及下唇机构33的作用下，可实现嘴唇302的耦合运动。

如图1、2、3所示，上唇机构31包括上唇舵机310、上唇绞盘311、上唇柔索312、上唇滑轮组313、上唇转向轮314、上唇滑槽315以及上唇连杆316；上唇舵机310、上唇滑轮组313以及上唇滑槽315均固定于上颚支撑板301的顶部，上唇滑槽315竖向设置，上唇转向轮314固定于上唇滑槽315上且可相对于上唇滑槽315作相对转动，上唇连杆316的一端与上唇滑槽315滑动连接，另一端与嘴唇302的上唇驱动点302A连接；上唇绞盘311与上唇舵机310连接，为上唇舵机310的输出；上唇柔索312的一端缠绕在上唇绞盘311上，另一端依次绕过上唇滑轮组313和上唇转向轮314后与上唇滑槽315上的上唇连杆316连接，通过上唇舵机310的驱动，上唇绞盘311牵拉上唇柔索312使得上唇连杆316在上唇滑槽315上来回滑动。通过上唇舵机31的转动，上唇绞盘311牵拉上唇柔索312，在上唇转向轮314的作用下，上唇柔索312牵拉上唇连杆316在上唇滑槽315上做直线相对滑动，从而实现上唇驱动点302A垂直上移，达到上唇上移的效果。

如图1、4、5所示，嘴角机构32对称设有两组，每组嘴角机构32均包括嘴角舵机320、嘴角绞盘321、嘴角柔索322、嘴角滑轮组323、嘴角转向轮324、嘴角滑槽325、嘴角连杆326、以及嘴角滑槽固定板327；在嘴唇302上设有左侧嘴角驱动点302C和右侧嘴角驱动点302D；其中一组嘴角机构32的嘴角连杆326的一端与左侧嘴角驱动点302C连接，另一组的嘴角连杆326的一端与右侧嘴角驱动点302D连接；嘴角舵机320、嘴角滑轮组323以及嘴角滑槽固定板327设于上颚支撑板301上；两组嘴角滑槽325横向设置，对称设于嘴唇302的两侧且靠近嘴唇302嘴角处；嘴角绞盘321与嘴角舵机320连接，为嘴角舵机320的输出，嘴角滑槽325固定于嘴角滑槽固定板327上，嘴角转向轮324固定于嘴角滑槽325上且可相对于嘴角滑槽325相对转动；嘴角连杆326的另一端与嘴角滑槽325滑动连接；嘴角柔索322的一端缠绕在嘴角绞盘321上，另一端依次绕过嘴角滑轮组323和嘴角转向轮后324与嘴角连杆326连接，通过嘴角舵机320的驱动，嘴角绞盘321牵拉嘴角柔索322使得嘴角连杆326在嘴角滑槽325上来回滑动。在本实施例中，嘴角滑槽325设有一定的倾斜度，嘴角滑槽325的一端靠近嘴角，另一端向脑部的后方及上方倾斜，这样当嘴角连杆326在嘴角滑槽325上滑动时，嘴角连杆326拉动嘴角实现嘴角倾斜向上移动。

嘴角机构32共设有两组，两组嘴角机构32对称设置，一组用于与嘴唇302的左侧嘴角驱动点302C连接，驱动左侧嘴角的运动；另一组用于与嘴唇302的右侧嘴角驱动点302D连接，驱动右侧嘴角的运动；嘴角机构32的驱动原理与上唇机构31的驱动原理类似，都是通过柔索来驱动；嘴角滑轮组323起到导向嘴角柔索322作用；通过控制嘴角舵机320的正反转运动，实现嘴角绞盘321的正反转转动，实现牵拉嘴角柔索322，当嘴角柔索322被嘴角绞盘321拉扯，嘴角柔索322牵拉嘴角连杆326在嘴角滑槽325上来回滑动，实现模仿人的嘴角的各种动作。

如图1、8所示，下巴机构34包括下巴343、下巴固定板344、下巴舵机340、下巴舵机转动架341以及下巴舵机固定架342；下巴舵机转动架341固定于上颚支撑板301的底部，下巴舵机340的一端通过下巴舵机固定架342固定于下巴固定板344上，另一端与下巴舵机转动架341转动连接；下巴343底部固定于下巴固定板344上。下巴舵机转动架341固定在上颚支撑板301的底部，且是远离嘴唇302的一侧，即靠近机器人后脑勺的一侧，下巴舵机340的输出端与下巴舵机转动架341转动连接，下巴舵机340的另一端通过下巴舵机固定架342固定在下巴固定板344上，下巴343设于下巴固定板344上，下巴343与嘴唇302连接在一起，与人的嘴唇302和下巴343结构类似；当下巴舵机340转动，下巴舵机340带动下巴固定板344一起相对于下巴舵机转动架341，以此模拟人体下颌的张合运动。

如图1、6、7所示，下唇机构33包括下唇舵机330、下唇绞盘331、下唇柔索332、下唇滑轮组333、下唇转向轮334、下唇滑槽335以及下唇连杆336；下唇舵机330、下唇滑轮组333均固定于下巴固定板344上，下唇滑槽335竖向固定于下巴343上，下唇转向轮334固定于下唇滑槽335上且可相对于下唇滑槽335转动，下唇连杆336的一端与下唇滑槽335滑动连接，另一端与嘴唇302上的下唇驱动点302B连接；下唇绞盘331与下唇舵机330连接，为下唇舵机330的输出；下唇柔索332的一端缠绕在下唇绞盘331上，另一端依次绕过下唇滑轮组333和下唇转向轮334后与下唇连杆336连接，通过下唇舵机330的驱动，下唇绞盘331牵拉下唇柔索332使得下唇连杆336在下唇滑槽335上来回滑动。下唇机构33和上唇机构31结构相似，下唇机构33用于驱动嘴唇302的下唇部分的动作；通过控制下唇舵机330的正反转运动，从而带动下唇绞盘331转动，下唇绞盘331转动使下唇柔索332拉扯下唇连杆336在下唇滑槽335上上下滑动，从而驱动下嘴唇302的张开或者闭合动作。

如图9所示，嘴唇302包括上唇驱动点302A、下唇驱动点302B、左侧嘴角驱动点302C、右侧嘴角驱动点302D；上唇驱动点302A与上唇连杆316相接，下唇驱动点302B与下唇连杆336相接，左侧嘴角驱动点302C与其中一组嘴角连杆326相接，右侧嘴角驱动点302D与另一组的嘴角连杆326连接。嘴唇302用于模拟真实嘴唇302，便于观察机构的实际运动效果。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种柔索驱动的嘴部机构，其特征在于，包括上颚支撑板(301)、上唇机构(31)、嘴角机构(32)、下唇机构(33)、下巴机构(34)以及嘴唇(302)，所述的上唇机构(31)、嘴角机构(32)设于上颚支撑板(301)的顶部，所述的下唇机构(33)、下巴机构(34)设于上颚支撑板(301)的底部；所述的上唇机构(31)与嘴唇(302)的上唇驱动点(302A)连接，用于驱动嘴唇(302)的上唇的运动；所述的嘴角机构(32)设有两组，分别与嘴唇(302)的左侧嘴角驱动点(302C)和右侧嘴角驱动点(302D)连接，用于驱动嘴唇(302)嘴角的运动；所述的下巴机构(34)能够相对于上颚支撑板(301)转动；所述的下唇机构(33)与嘴唇(302)的下唇驱动点(302B)连接，用于驱动嘴唇(302)的下唇的运动。

2.根据权利要求1所述的一种柔索驱动的嘴部机构，其特征在于，所述的上唇机构(31)包括上唇舵机(310)、上唇绞盘(311)、上唇柔索(312)、上唇滑轮组(313)、上唇转向轮(314)、上唇滑槽(315)以及上唇连杆(316)；所述的上唇舵机(310)、上唇滑轮组(313)以及上唇滑槽(315)均固定于上颚支撑板(301)的顶部，所述的上唇滑槽(315)竖向设置，所述的上唇转向轮(314)固定于上唇滑槽(315)上且可相对于上唇滑槽(315)作相对转动，所述的上唇连杆(316)的一端与上唇滑槽(315)滑动连接，另一端与嘴唇(302)的上唇驱动点(302A)连接；所述的上唇绞盘(311)与上唇舵机(310)连接，为上唇舵机(310)的输出；所述的上唇柔索(312)的一端缠绕在上唇绞盘(311)上，另一端依次绕过上唇滑轮组(313)和上唇转向轮(314)后与上唇滑槽(315)上的上唇连杆(316)连接，通过上唇舵机(310)的驱动，上唇绞盘(311)牵拉上唇柔索(312)使得上唇连杆(316)在上唇滑槽(315)上来回滑动。

3.根据权利要求1所述的一种柔索驱动的嘴部机构，其特征在于，所述的嘴角机构(32)对称设有两组，每组嘴角机构(32)均包括嘴角舵机(320)、嘴角绞盘(321)、嘴角柔索(322)、嘴角滑轮组(323)、嘴角转向轮(324)、嘴角滑槽(325)、嘴角连杆(326)、以及嘴角滑槽固定板(327)；其中一组嘴角机构(32)的嘴角连杆(326)的一端与左侧嘴角驱动点(302C)连接，另一组嘴角机构(32)的嘴角连杆(326)的一端与右侧嘴角驱动点(302D)连接；所述的嘴角舵机(320)、嘴角滑轮组(323)以及嘴角滑槽固定板(327)设于上颚支撑板(301)上；两组嘴角滑槽(325)对称设于嘴唇(302)的两侧且靠近嘴唇(302)嘴角处；所述的嘴角绞盘(321)与嘴角舵机(320)连接，为嘴角舵机(320)的输出，所述的嘴角滑槽(325)固定于嘴角滑槽固定板(327)上，嘴角转向轮(324)固定于嘴角滑槽(325)上且可相对于嘴角滑槽(325)相对转动；所述的嘴角连杆(326)的另一端与嘴角滑槽(325)滑动连接；所述的嘴角柔索(322)的一端缠绕在嘴角绞盘(321)上，另一端依次绕过嘴角滑轮组(323)和嘴角转向轮(324)后与嘴角连杆(326)连接，通过嘴角舵机(320)的驱动，嘴角绞盘(321)牵拉嘴角柔索(322)使得嘴角连杆(326)在嘴角滑槽(325)上来回滑动。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种柔索驱动的嘴部机构，其特征在于，所述的下巴机构(34)包括下巴(343)、下巴固定板(344)、下巴舵机(340)、下巴舵机转动架(341)以及下巴舵机固定架(342)；所述的下巴舵机转动架(341)固定于上颚支撑板(301)的底部，所述的下巴舵机(340)的一端通过下巴舵机固定架(342)固定于下巴固定板(344)上，另一端与下巴舵机转动架(341)转动连接；所述的下巴(343)底部固定于下巴固定板(344)上。

5.根据权利要求4所述的一种柔索驱动的嘴部机构，其特征在于，所述的下唇机构(33)包括下唇舵机(330)、下唇绞盘(331)、下唇柔索(332)、下唇滑轮组(333)、下唇转向轮(334)、下唇滑槽(335)以及下唇连杆(336)；所述的下唇舵机(330)、下唇滑轮组(333)均固定于下巴固定板(344)上，所述的下唇滑槽(335)竖向固定于下巴(343)上，下唇转向轮(334)固定于下唇滑槽(335)上且可相对于下唇滑槽(335)转动，所述的下唇连杆(336)的一端与下唇滑槽(335)滑动连接，另一端与嘴唇(302)上的下唇驱动点(302B)连接；所述的下唇绞盘(331)与下唇舵机(330)连接，为下唇舵机(330)的输出；所述的下唇柔索(332)的一端缠绕在下唇绞盘(331)上，另一端依次绕过下唇滑轮组(333)和下唇转向轮(334)后与下唇连杆(336)连接，通过下唇舵机(330)的驱动，下唇绞盘(331)牵拉下唇柔索(332)使得下唇连杆(336)在下唇滑槽(335)上来回滑动。