CN210233048U - 一种机器人及其头部 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种机器人及其头部，该头部包括：头部外壳，头部外壳采用透光材质制备；脸部表情板，脸部表情板至少包括眼睛区域和嘴部区域，眼睛区域和嘴部区域均设置有呈点阵形式布设的显示灯；脸部表情板贴合于头部外壳的内壁表面设置，与头部的脸部位置相对应；固定支架，脸部表情板设置在固定支架上，固定支架设置在头部外壳的内部；控制电路，与点阵形式的显示灯相连，用于按照脸部表情的图案控制对应位置的显示灯发光。本实用新型实施例通过控制电路按照脸部表情的图案控制对应位置的显示灯发光，使得机器人能够模拟出更加丰富和生动的表情，从而提高了机器人的拟人化程度和亲和力。

Description

一种机器人及其头部

技术领域

本实用新型实施例涉及智能机器人显示技术，尤其涉及一种机器人及其头部。

背景技术

目前市面上出现了很多种类的机器人，有适用于家庭陪伴的，也有适用于商务接待的，还有适用于工厂内加工生产的，例如搬运机器人、零件加工机器人等。

对于家庭陪伴或商务接待等需要与人经常交互的机器人，则往往希望提高其拟人化程度。例如，设置机器人的表情显示功能，就是提升其拟人化程度的一个方面。

现有机器人的表情显示技术主要是通过内嵌LCD屏来直接显示表情画面，虽然画面显示内容丰富，但是机器感非常强，一定程度上疏远了交互的人和机器人。或者，还可以是在机器人的眼部和嘴部位置，设置专门的显示装置，虽然使得机器人也呈现出了类似人的五官，但是能够显示的表情信息极为有限。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种机器人及其头部，以实现机器人能够丰富的显示多种表情信息，提高表情信息显示的灵活度和拟人化程度。

本实用新型实施例提供了一种机器人的头部，包括：

头部外壳，所述头部外壳采用透光材质制备；

脸部表情板，所述脸部表情板至少包括眼睛区域和嘴部区域，所述眼睛区域和嘴部区域均设置有呈点阵形式布设的显示灯；所述脸部表情板贴合于所述头部外壳的内壁表面设置，与所述头部的脸部位置相对应；

固定支架，所述脸部表情板设置在所述固定支架上，所述固定支架设置在所述头部外壳的内部；

控制电路，与所述点阵形式的显示灯相连，用于按照脸部表情的图案控制对应位置的显示灯发光。

可选的，所述脸部表情板为柔性电路板，呈圆弧面弯曲，贴合于所述头部外壳的内壁表面设置。

可选的，所述点阵形式的显示灯为整版均匀布局的点阵，整版点阵覆盖且超出所述头部的脸部区域。

可选的，所述整版点阵对应所述头部外壳的三分之一至二分之一周长的区域。

可选的，所述点阵形式的显示灯为分散设置的多块点阵，多块点阵区域分别与眼睛区域和嘴巴区域相对应，且分别与鼻子区域、眉毛区域和耳朵区域中的至少一个相对应。

可选的，所述显示灯为LED灯，所述LED灯之间的间距是2mm。

可选的，脸部表情板的发光表面，与所述头部外壳的内壁表面之间的法线距离小于4mm。

可选的，所述固定支架上开设有成排设置的减重通孔。

可选的，所述头部外壳的外表面为光滑弧面，所述头部外壳采用透明PC注塑形成，并在外表面喷漆处理。

可选的，还包括：旋转装置，所述旋转装置与所述固定支架相连，且相对于所述机器人的头部外壳固定设置，用于控制所述固定支架带动所述脸部表情板，相对于所述头部外壳进行旋转；所述旋转装置的转动自动度至少包括纵向转动自由度和横向转动自由度。

可选的，所述点阵形式的各个显示灯所呈现的颜色不同，或每个显示灯能发射不同颜色的光线。

本实用新型实施例还提供了一种机器人，所述机器人包括本实用新型任一实施例所述的机器人的头部。

本实用新型实施例，通过在脸部表情板上设置至少包括眼睛区域和嘴巴区域的点阵式显示灯，并通过控制电路按照脸部表情的图案控制对应位置的显示灯发光，解决了现有技术中通过LCD屏直接显示表情机器感强的问题。在该脸部表情板上同时设置有眼镜区域和嘴巴区域，可对应整个脸部区域，实现脸部完整表情的显示，脸部五官图案的配合自然，从而能够实现多种丰富表情的显示，使得机器人能够模拟出更加丰富和生动的表情，从而提高了机器人的拟人化程度和亲和力。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中的一种机器人的头部结构示意图；

图2是本实用新型实施例一中的柔性电路展开时的示意图；

图3是本实用新型实施例一中的柔性电路弯曲时的示意图；

图4是本实用新型实施例二中的含有眼睛区域、嘴巴区域以及鼻子区域的分散设置的多块点阵的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种机器人的头部结构示意图，如图1所示，本实施例一种机器人的头部，包括：头部外壳1、脸部表情板2、固定支架3和控制电路。

其中，该头部外壳1采用透光材质制备；脸部表情板2至少包括眼睛区域和嘴部区域，眼睛区域和嘴部区域均设置有呈点阵形式布设的显示灯；脸部表情板2贴合于头部外壳1的内壁表面设置，与头部的脸部位置相对应；脸部表情板2设置在固定支架3上，固定支架3设置在头部外壳1的内部；控制电路与点阵形式的显示灯相连，用于按照脸部表情的图案控制对应位置的显示灯发光。

其中，脸部表情板2为用于模拟人的面部表情的电控面板。脸部表情板2设置在头部外壳1的内壁表面，与机器人的脸部区域相对应的位置，具体地，脸部表情板2的发光表面，与头部外壳1的内壁表面之间的法线距离小于4mm，以此实现更加生动的拟人化效果。可选的，本实施例中的脸部表情板2可以选用如图2所示的柔性电路板。图2为该柔性电路板展开时的示意图，本实施例中，为了实现脸部表情板2贴合在头部外壳1的内壁表面，可以将该柔性电路板按照头部外壳1的脸部形状进行弯曲设置，使得该柔性电路板呈圆弧面弯曲的形状，图3所示为柔性电路板弯曲时的示意图。

考虑到眼睛和嘴巴是人的面部表情最丰富的两个地方，因而本实施例中为了丰富机器人的面部表情，在该脸部表情板2上设置眼睛区域和嘴巴区域，分别用于呈现眼睛和嘴巴的形状，来形成脸部表情。在眼睛区域和嘴巴区域均设置有点阵式布设的显示灯，通过控制眼睛区域和嘴巴区域的显示灯的启闭，实现对眼睛和嘴巴的动作的模拟，达到拟人的效果。

可选的，该显示灯选用LED灯，LED灯在控制部件的控制下，按照设定的时间被点亮或者熄灭，实现对眼睛动作和嘴巴动作的模拟。通过增加LED灯的布设密度，可以使得脸部表情板2的显示像素被大大提高，例如，一个眼睛或一个嘴巴，大约通过成百量级的LED灯进行显示。本实施例中，优选是将LED灯按照2mm的间隔进行布设，使LED灯形成点阵式LED灯，从而使得脸部表情板2能够呈现出更加逼真的拟人效果。

本实施例中，点阵形式的显示灯优选为整版均匀布局的点阵，整版点阵覆盖且超出所述头部的脸部区域，通过将脸部表情板2采用超出脸部区域的设置，可以实现通过变换脸部表情板2中被点亮的显示灯的位置来呈现脸部转动的效果，或者侧脸的效果。可选的，该整版点阵对应头部外壳1的三分之一至二分之一周长的区域，使得该整版设置的点阵式显示灯所模拟出的脸部转动或侧脸动作具有最佳的逼真效果。使用整版均匀布局的点阵，则在脸部表情板2上的眼睛区域和嘴部区域的位置，可以并不固定，则在呈现表情时，可以不受到头部外壳1上眼睛和嘴部位置的约束，从而可形成更多的大表情，甚至五官大幅移位的表情。

固定支架3设置在头部外壳1的内部，用来固定和支撑该脸部表情板2，本实施例中，为了方便机器人的移动，减轻机器人的整体重量，该固定支架3采用减重设置，具体地，该固定支架3采用重量更轻的硬塑料或者合金材料制成；同时在该固定支架3上开设有若干的通孔，从而进一步的减轻了固定支架3的重量。固定支架3的形状可以根据实际需要进行调整，可选的，该固定支架3采用横向弧形设置，具体地，固定支架3的弧形面与头部外壳1脸部的曲面的弯曲方向一致，再将上述呈圆弧面弯曲的脸部表情板2被固定在固定支架3上，实现脸部表情板2与头部外壳1的内壁表面的贴合设置。脸部表情板2与固定支架3之间可以采用粘接或者采用螺栓连接方式进行固定，目的是要保证脸部表情板2被稳定地固定在固定支架3上，从而使得脸部表情板2始终被贴合设置在头部外壳1的内壁。如图1所示为本实施例提供的脸部表情板2与固定支架3连接后安装在头部外壳1内的结构示意图，可以看出，安装在固定支架3上的脸部表情板2呈弧形面状贴合设置在头部外壳1的内壁处。

控制电路与点阵式显示灯相连，用来控制显示灯的亮灭，使得点阵式显示灯在控制电路的控制下能够按照设定的时间被开启或关闭。该控制电路按照脸部表情的图案来控制显示灯的亮灭，例如，人在微笑时，嘴巴的嘴角是向上微翘的，此时，控制电路便会控制嘴部区域的显示灯按照弧形向上的形状点亮设定数量的显示灯，使得嘴部区域被点亮的部分呈现出与人在微笑时相似的嘴部动作，从而实现对微笑表情的嘴部动作的模拟。

本实施例中，头部外壳1的外表面为光滑弧面，为了能够将显示灯的光透射出头部外壳1，使得头部外壳1的外表面相应区域真实反映出脸部表情板2的模拟表情，该头部外壳1需要具有透光性，具体地，该头部外壳1采用透光材料制成，例如，采用透明的PC(聚碳酸酯)材料注塑形成；同时，考虑到头部外壳1需要遮挡住未被点亮的显示灯，以使得脸部表情板2的表情图案被逼真显示，因而头部外壳1还需要采用非透明设置，可选的，可以在头部外壳1的外表面进行喷漆处理，使得头部外壳1具有透光但不透明的特点。头部外壳1为光滑弧面，无需设置复杂的对应眼睛、嘴巴的轮廓，因此制造方式简单，成本低。

本实施例的技术方案，通过在机器人的头部内设置一个脸部表情板，通过固定支架将脸部表情板固定在头部外壳的内侧；该脸部表情板中至少设置有眼睛区域和嘴巴区域，相应地，眼睛区域和嘴巴区域设置有若干的点阵式分布的显示灯，通过控制电路对显示灯的亮灭进行控制，使脸部表情板能够显示出丰富的脸部表情图案，实现机器人表情的拟人化效果。通过将点阵式分布的显示灯的间隔设置为高密度，使得该脸部表情板的显示像素得以大大提高，从而进一步提高了该脸部表情板所显示的表情的生动性，使得机器人的面部表情更加丰富和逼真。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上对脸部表情板进行了优化，具体地，本实施例一种机器人的头部，包括：头部外壳，脸部表情板，固定支架和控制电路。其中，该头部外壳采用透光材质制备；脸部表情板至少包括眼睛区域和嘴部区域，眼睛区域和嘴部区域均设置有呈点阵形式布设的显示灯；脸部表情板贴合于头部外壳的内壁表面设置，与头部的脸部位置相对应；脸部表情板设置在固定支架上，固定支架设置在头部外壳的内部；控制电路与点阵形式的显示灯相连，用于按照脸部表情的图案控制对应位置的显示灯发光。

其中，该点阵形式的显示灯为分散设置的多块点阵，多块点阵区域分别与眼睛区域和嘴巴区域相对应，且分别与鼻子区域、眉毛区域和耳朵区域中的至少一个相对应。图4为本实施例提供的含有眼睛区域、嘴巴区域以及鼻子区域的分散设置的多块点阵的结构示意图，如图4所示，该脸部表情板包括眼睛区域、嘴巴区域以及鼻子区域，相应地，眼睛区域、嘴巴区域以及鼻子区域间隔性地分布在该脸部表情板上，以与机器人脸部的相应区域相对应，而在脸部表情板的其他区域则不布设显示灯。

多块点阵分别与控制电路相连，使得控制电路能够分别对相应区域的显示灯进行亮灭控制，以实现分别对各个区域的表情图案的模拟。由于采用统一控制电路，本实施例的方案仍然可以用一个表情图案来同时控制几个部位一致性的呈现灯光效果来构成表情。

多块点阵式的显示灯均贴合于头部外壳的内壁表面设置，具体地，每块点阵式显示灯的发光表面，与头部外壳的内壁表面之间的法线距离小于4mm，以此实现更加生动的拟人化效果。

在上述技术方案的基础上，该点阵式布设的各个显示灯可以根据需要设置成能够发射不同颜色光线的显示灯，可选的，可以按照人脸的各个部位的皮肤的颜色来布设相应区域的显示灯的发光颜色，例如，在鼻子区域布设暗红色光的显示灯，在嘴巴区域的内侧布设白色光的显示灯，嘴巴区域的外侧布设红色的显示灯等。这样，在模拟人的表情图案的基础上，还能够使得相应部位的显示颜色更接近于人的真实面部表情。或者，可以将不同区域的显示灯的发光颜色设置为彩色，使得机器人能够显示彩色的表情图案，这样可以使机器人的表情更加可爱，例如，为了让迎宾机器人表现出更加可爱、友善的形象，可以将迎宾机器人的脸部表情按照上述方案设置成彩色的表情图案进行显示，进一步降低迎宾机器人进行表情模拟的机器感。

本实施例的技术方案，通过将点阵式的显示灯设置为分散的多块点阵，多块点阵分别与眼睛区域和嘴巴区域相对应，且在脸部表情板的其他位置布设相应的点阵，通过控制电路对多个不同区域的点阵分别进行控制，以实现多个区域的独立显示，从而使得机器人的显示表情更加丰富；通过将多块点阵式显示灯设置为不同的颜色进行显示，可以使得机器人显示彩色的表情图案，从而使得机器人的显示表情更加生动。

实施例三

本实施例在上述实施例的基础上对机器人的头部进行了优化，该机器人的头部进一步包括：旋转装置。

其中，该旋转装置与固定支架相连，且相对于机器人的头部外壳固定设置，用于控制固定支架带动脸部表情板，相对于头部外壳进行旋转。旋转装置的转动自动度可以至少包括纵向转动自由度和横向转动自由度。当然，也可以采用球面自由度的机构来实现旋转装置。

其中，旋转装置与固定支架均设置在头部外壳的内部，作为一种实现方式，旋转装置可以采用如下的结构来实现：

旋转装置设置有底部支撑板和旋转臂，底部支撑板固定在头部外壳内；底部支撑板上设置有驱动装置，旋转臂上设置有齿轮，驱动装置的动力输出端与齿轮啮合连接，通过控制驱动装置的动力输出，可以实现对旋转臂的转动控制。此外，旋转臂上还设有稳定支架，稳定支架用来支撑旋转臂，同时稳定支架的末端滑动支撑在底部支撑板的上表面，这样可以使得稳定支架能够用来支撑旋转臂，并保证旋转臂的平衡。

旋转装置中的旋转臂与固定支架固定连接，这样，在驱动装置的驱动下，旋转臂进行转动，并进而带动固定支架一起转动。

同时，该底部支撑板与头部外壳之间采用液压杆连接，通过调节液压杆内腔的压力，可以调节液压杆的伸出高度，从而实现底部支撑板与头部外壳之间相对高度的调节，使得旋转装置具备了纵向转动的能力。

当然本实施例也可以采用其他具有纵向和横向转动功能的旋转装置，本实施例对此不作限制。

本实施例的技术方案，通过将固定支架设置在一个旋转装置上，该旋转装置具有横向和纵向的旋转功能，通过旋转装置带动固定支架进而带动脸部表情板相对于头部外壳进行横向或纵向的转动，从而模拟出头部转动的效果，使得机器人可以面向顾客或者使用者进行对话或交流，进一步提高了机器人表情的拟人化效果。

实施例四

本实施例提供了一种机器人，该机器人包括上述任一实施例提供的机器人的头部，还包括机器人的躯体，其中，机器人的头部设置在躯体的上部，可选的，头部与躯体之间为可拆卸连接。在本实施例的一优选方案中，机器人的头部能够相对于躯体进行转动，例如，可以在机器人的头部与躯体的连接处设置一个轴承，头部支承在轴承上，同时在头部设置一个驱动部件，用来驱动头部相对于躯体进行转动。

通过将头部设置为可相对躯体转动的结构，使得机器人在与交流人员进行交流的时候，能够转动头部，面向交流人员进行交流，达到更佳的拟人效果。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种机器人的头部，其特征在于，包括：

头部外壳，所述头部外壳采用透光材质制备；

脸部表情板，所述脸部表情板至少包括眼睛区域和嘴部区域，所述眼睛区域和嘴部区域均设置有呈点阵形式布设的显示灯；所述脸部表情板贴合于所述头部外壳的内壁表面设置，与所述头部的脸部位置相对应；

固定支架，所述脸部表情板设置在所述固定支架上，所述固定支架设置在所述头部外壳的内部；

控制电路，与所述点阵形式的显示灯相连，用于按照脸部表情的图案控制对应位置的显示灯发光。

2.根据权利要求1所述的机器人的头部，其特征在于：所述脸部表情板为柔性电路板，呈圆弧面弯曲，贴合于所述头部外壳的内壁表面设置。

3.根据权利要求1所述的机器人的头部，其特征在于：所述点阵形式的显示灯为整版均匀布局的点阵，整版点阵覆盖且超出所述头部的脸部区域。

4.根据权利要求3所述的机器人的头部，其特征在于：所述整版点阵对应所述头部外壳的三分之一至二分之一周长的区域。

5.根据权利要求1所述的机器人的头部，其特征在于：所述点阵形式的显示灯为分散设置的多块点阵，多块点阵区域分别与眼睛区域和嘴巴区域相对应，且分别与鼻子区域、眉毛区域和耳朵区域中的至少一个相对应。

6.根据权利要求1所述的机器人的头部，其特征在于：所述显示灯为LED灯，所述LED灯之间的间距是2mm。

7.根据权利要求1或6所述的机器人的头部，其特征在于：脸部表情板的发光表面，与所述头部外壳的内壁表面之间的法线距离小于4mm。

8.根据权利要求1所述的机器人的头部，其特征在于：所述固定支架上开设有成排设置的减重通孔。

9.根据权利要求1所述的机器人的头部，其特征在于：所述头部外壳的外表面为光滑弧面，所述头部外壳采用透明PC注塑形成，并在外表面喷漆处理。

10.根据权利要求1所述的机器人的头部，其特征在于，还包括：

旋转装置，所述旋转装置与所述固定支架相连，且相对于所述机器人的头部外壳固定设置，用于控制所述固定支架带动所述脸部表情板，相对于所述头部外壳进行旋转；所述旋转装置的转动自动度至少包括纵向转动自由度和横向转动自由度。

11.根据权利要求1所述的机器人的头部，其特征在于：所述点阵形式的各个显示灯所呈现的颜色不同，或每个显示灯能发射不同颜色的光线。

12.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的机器人的头部。

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