一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置的制作方法

本发明涉及一种面部表情仿真装置，具体涉及一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，属于液压式仿生驱动领域。

背景技术：

目前面部仿真多使用电机驱动，采用连杆机构、带传动、齿轮传动等方式实现面部动作，在面部材料上采用硅胶等柔性材料，这些装置能够模拟数个人类面部表情，其中一些可以对于环境变化作出对应的反应；也有的仿真装置采用线传动配合滚珠实现眼部动作，能够有效地减少摩擦损耗；但是这些结构系统复杂、稳定性差、造价高昂、面部表情仿真度不高，还有一些采用气动的仿真装置，使用气缸产生面部变形所需的力，成本较低，对环境友好，但噪声大，体积庞大。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中机器人面部仿真技术使用电机等机械结构系统复杂、稳定性差、造价高昂、仿真度不高以及气动式驱动器体积庞大、控制繁琐、仿真效果差的技术问题，进而提供一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：它包括仿真肌肉组件、流道控制阀组件、微泵和逻辑控制单元，仿真肌肉组件安装在仿真人脸面部上，且仿真肌肉组件通过流道与微泵上的微泵连接端连通，且流道控制阀组件安装在仿真肌肉组件和微泵之间的流道上，流道控制阀组件和微泵的供电控制器均与逻辑控制单元连接。

本发明的有益效果是：

一、本发明提供的一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，通过内含流道的仿真肌肉实现面部表情的仿真，符合自然肌肉的发力方式和效果。

二、本发明提供的一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，仿真肌肉组件1由流道控制阀组件2，由微泵4提供动力，响应快，体积小，可通过本发明组合实现精细的表情控制。

三、本发明提供的一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，使用微泵4液压驱动，具有能耗低，材料成本低的优点，本发明没有传统复杂的机械结构，具有稳定性高。

四、本发明提供的一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，通过逻辑控制单元5实现了对机器人表情的控制，可以应用于机器人的头部以与人类进行面部表情的交流。

五、本发明使用的微流控技术相较于传统的机械传动方法具有重量更轻，更高的灵活性的特点。

六、本发明使用的材料特性具有类似人类皮肤的弹性，可以做出更接近人类的表情变化的动作，具有仿真效果好的特点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的第一仿真肌肉1-1中示意图，图中B处为第一仿真肌肉1-1的肌肉流道。图3为第一仿真肌肉1-1分层结构示意图,图中A处为第一仿真肌肉1-1的外表面壳体弯曲层，B处为第一仿真肌肉1-1的肌肉流道，C处为第一仿真肌肉1-1的外表面壳体变形层。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图3明本实施方式，本实施方式所述一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，它包括仿真肌肉组件1、流道控制阀组件2、微泵4和逻辑控制单元5，仿真肌肉组件1安装在仿真人脸面部上，且仿真肌肉组件1通过流道与微泵4上的微泵连接端3连通，且流道控制阀组件2安装在仿真肌肉组件1和微泵4之间的流道上，流道控制阀组件2和微泵4的供电控制器均与逻辑控制单元5连接。

具体实施方式二：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，仿真肌肉组件1包括两个第一仿真肌肉1-1、两个第二仿真肌肉1-2、两个第三仿真肌肉1-3、两个第四仿真肌肉1-4、两个第五仿真肌肉1-5和两个第六仿真肌肉1-6，第一仿真肌肉1-1具有肌肉流道，两个第一仿真肌肉1-1分别对应安装在仿真人脸面部两侧的眉梢处，且两个第一仿真肌肉1-1的肌肉流道连通成一个第一仿真肌肉流道，第二仿真肌肉1-2具有肌肉流道，两个第二仿真肌肉1-2分别对应安装在仿真人脸面部两侧的眉心处，且两个第二仿真肌肉1-2的腔体连通成一个第二仿真肌肉流道，第三仿真肌肉1-3具有肌肉流道，两个第三仿真肌肉1-3分别对应安装在仿真人脸面部两侧的鼻翼处，且两个第三仿真肌肉1-3的腔体连通成一个第三仿真肌肉流道，第四仿真肌肉1-4具有肌肉流道，两个第四仿真肌肉1-4分别对应安装在仿真人脸面部两侧的颧骨处，且两个第四仿真肌肉1-4的腔体连通成一个第四仿真肌肉流道，第五仿真肌肉1-5具有肌肉流道，两个第五仿真肌肉1-5分别对应安装在仿真人脸面部两侧的两腮和唇周处，且两个第五仿真肌肉1-5的腔体连通成一个第五仿真肌肉流道，第六仿真肌肉1-6 具有肌肉流道，两个第六仿真肌肉1-6分别对应安装在仿真人脸面部两侧的下颌处，且两个第六仿真肌肉1-6的腔体连通成一个第六仿真肌肉流道,其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，微泵连接端3包括微泵第一出口端3-1、微泵第二出口端3-2、微泵第三出口端3-3、微泵第四出口端3-4、微泵第五出口端3-5、微泵第六出口端3-6、微泵第一入口端3-7、微泵第二入口端3-8、微泵第三入口端3-9、微泵第四入口端3-10、微泵的第五入口端3-11和微泵第六入口端3-12，微泵第一出口端3-1、微泵第二出口端3-2、微泵第三出口端3-3、微泵第四出口端3-4、微泵第五出口端3-5和微泵第六出口端3-6均与微泵4的入口端连接，微泵第一入口端3-7、微泵第二入口端3-8、微泵第三入口端3-9、微泵第四入口端3-10、微泵的第五入口端3-11和微泵第六入口端3-12均与微泵4的出口端连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，流道控制阀组件2包括第一面部流道控制阀2-1、第二面部流道控制阀2-2、第三面部流道控制阀2-3、第四面部流道控制阀2-4、第五面部流道控制阀2-5和第六面部流道控制阀2-6，第一仿真肌肉流道的一端通过流道与微泵第一出口端3-1连通，第一仿真肌肉流道的另一端与微泵第一入口端3-7连通，且第一面部流道控制阀2-1设置在第一仿真肌肉流道和微泵第一出口端3-1之间的流道上，第二仿真肌肉流道的一端通过流道与微泵第二出口端3-2连通，第二仿真肌肉流道的另一端与微泵第二入口端3-8连通，且第二面部流道控制阀2-2设置在第二仿真肌肉流道和微泵第二出口端3-2之间的流道上，第三仿真肌肉流道的一端通过流道与微泵第三出口端3-3连通，第三仿真肌肉流道的另一端与微泵第三入口端3-9连通，且第三面部流道控制阀2-3设置在第三仿真肌肉流道和微泵第三出口端3-3之间的流道上，第四仿真肌肉流道的一端通过流道与微泵第四出口端3-4连通，第四仿真肌肉流道的另一端与微泵第四入口端3-10连通，且第四面部流道控制阀2-4设置在第四仿真肌肉流道和微泵第四出口端3-4之间的流道上，第五仿真肌肉流道的一端通过流道与微泵第五出口端3-5连通，第五仿真肌肉流道的另一端与微泵第五入口端3-11连通，且第五面部流道控制阀2-5设置在第五仿真肌肉流道和微泵第五出口端3-11之间的流道上，第六仿真肌肉流道的一端通过流道与微泵第六出口端3-6连通，第六仿真肌肉流道的另一端与微泵第六入口端3-12连通，且第六面部流道控制阀2-6设置在第六仿真肌肉流道和微泵第六出口端3-12之间的流道上。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，逻辑控制单元5分别与第一面部流道控制阀2-1、第二面部流道控制阀2-2、第三面部流道控制阀2-3、第四面部流道控制阀2-4、第五面部流道控制阀2-5、第六面部流道控制阀2-6和微泵4连接。通过逻辑控制单元5分别控制第一面部流道控制阀2-1、第二面部流道控制阀2-2、第三面部流道控制阀2-3、第四面部流道控制阀2-4、第五面部流道控制阀2-5、第六面部流道控制阀2-6和微泵4。通过逻辑控制单元5控制第一面部流道控制阀2-1的开启和关闭，通过逻辑控制单元5控制第二面部流道控制阀2-2的开启和关闭，通过逻辑控制单元5控制第三面部流道控制阀2-3的开启和关闭，通过逻辑控制单元5控制第四面部流道控制阀2-4的开启和关闭，通过逻辑控制单元5控制第五面部流道控制阀2-5的开启和关闭，通过逻辑控制单元5控制第六面部流道控制阀2-6的开启和关闭，逻辑控制单元5为数字电路或计算机控制器，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，微泵4上安装有电机。微泵4通过电机驱动。通过逻辑控制单元5控制微泵4上的电机进行开启和关闭工作，逻辑控制单元5通过预编译的算法，对机器运行进行控制。逻辑控制单元5与外部注液装置连接，通过逻辑控制单元5控制外部注液装置向微泵4注入液体，通过微泵4向仿真肌肉组件1注入液体，并通过流道控制阀组件2控制液体流量，且液体在仿真肌肉组件1、流道和微泵4行程回路，仿真肌肉组件1通过不同流量的液体时产生不同程度的弯曲，通过逻辑控制单元5微流体芯片的弯曲及若干类似微流体芯片运动的配合形成微流控芯片区1来模拟人类表情变化时相关肌肉的运动，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种基于液压式仿生驱动器的面部表情仿真装置，第一仿真肌肉1-1肌肉流道的外壁是由Ecoflex材料制成，第一仿真肌肉1-1的外表面壳体是由PDMS材料制成，第一仿真肌肉1-1的外表面壳体包括变形层和弯曲层，第一仿真肌肉1-1肌肉流道靠近第一仿真肌肉1-1的外表面壳体变形层的一侧设置，第一仿真肌肉1-1肌肉流道远离第一仿真肌肉1-1的外表面壳体弯曲层的一侧设置，第一仿真肌肉1-1肌肉流道的横截面为方形、三角形或半圆形，第一仿真肌肉1-1的肌肉流道均布设置在第一仿真肌肉1-1的外表面壳体内，第一仿真肌肉1-1的肌肉流道布满在第一仿真肌肉1-1的外表面壳体内，第二仿真肌肉1-2肌肉流道的外壁是由Ecoflex材料制成，第二仿真肌肉1-2的外表面壳体是由PDMS材料制成，第二仿真肌肉1-2的外表面壳体包括变形层和弯曲层，第二仿真肌肉1-2肌肉流道靠近第二仿真肌肉1-2的外表面壳体变形层的一侧设置，第二仿真肌肉1-2肌肉流道远离第二仿真肌肉1-2的外表面壳体弯曲层的一侧设置，第二仿真肌肉1-2肌肉流道的横截面为方形、三角形或半圆形，第二仿真肌肉1-2的肌肉流道均布设置在第二仿真肌肉1-2的外表面壳体内，第二仿真肌肉1-2的肌肉流道布满在第二仿真肌肉1-2的外表面壳体内，第三仿真肌肉1-3肌肉流道的外壁是由Ecoflex材料制成，第三仿真肌肉1-3的外表面壳体是由PDMS材料制成，第三仿真肌肉1-3的外表面壳体包括变形层和弯曲层，第三仿真肌肉1-3肌肉流道靠近第三仿真肌肉1-3的外表面壳体变形层的一侧设置，第三仿真肌肉1-3肌肉流道远离第三仿真肌肉1-3的外表面壳体弯曲层的一侧设置，第三仿真肌肉1-3肌肉流道的横截面为方形、三角形或半圆形，第三仿真肌肉1-3的肌肉流道均布设置在第三仿真肌肉1-3的外表面壳体内，第三仿真肌肉1-3的肌肉流道布满在第三仿真肌肉1-3的外表面壳体内，第四仿真肌肉1-4肌肉流道的外壁是由Ecoflex材料制成，第四仿真肌肉1-4的外表面壳体是由PDMS材料制成，第四仿真肌肉1-4的外表面壳体包括变形层和弯曲层，第四仿真肌肉1-4肌肉流道靠近第四仿真肌肉1-4的外表面壳体变形层的一侧设置，第四仿真肌肉1-4肌肉流道远离第四仿真肌肉1-4的外表面壳体弯曲层的一侧设置，第四仿真肌肉1-4肌肉流道的横截面为方形、三角形或半圆形，第四仿真肌肉1-4的肌肉流道均布设置在第四仿真肌肉1-4的外表面壳体内，第四仿真肌肉1-4的肌肉流道布满在第四仿真肌肉1-4的外表面壳体内，第五仿真肌肉1-5肌肉流道的外壁是由Ecoflex材料制成，第五仿真肌肉1-5的外表面壳体是由PDMS材料制成，第五仿真肌肉1-5的外表面壳体包括变形层和弯曲层，第五仿真肌肉1-5肌肉流道靠近第五仿真肌肉1-5的外表面壳体变形层的一侧设置，第五仿真肌肉1-5肌肉流道远离第五仿真肌肉1-5的外表面壳体弯曲层的一侧设置，第五仿真肌肉1-5肌肉流道的横截面为方形、三角形或半圆形，第五仿真肌肉1-5的肌肉流道均布设置在第五仿真肌肉1-5的外表面壳体内，第五仿真肌肉1-5的肌肉流道布满在第五仿真肌肉1-5的外表面壳体内，第六仿真肌肉1-6肌肉流道的外壁是由Ecoflex材料制成，第六仿真肌肉1-6的外表面壳体是由PDMS材料制成，第六仿真肌肉1-6的外表面壳体包括变形层和弯曲层，第六仿真肌肉1-6肌肉流道靠近第六仿真肌肉1-6的外表面壳体变形层的一侧设置，第六仿真肌肉1-6肌肉流道远离第六仿真肌肉1-6的外表面壳体弯曲层的一侧设置，第六仿真肌肉1-6肌肉流道的横截面为方形、三角形或半圆形，第六仿真肌肉1-6的肌肉流道均布设置在第六仿真肌肉1-6的外表面壳体内。第六仿真肌肉1-6的肌肉流道布满在第六仿真肌肉1-6的外表面壳体内，PDMS为聚二甲基硅氧烷的材料，Ecoflex为铂金催化固化硅橡胶，Ecoflex为国Smooth-On公司开发产品。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理

本发明通过对产生人类面部表情的肌肉动作进行分析，将动作信息整理、简化并量化，转换成控制信号，输入逻辑控制单元中，通过对信号分析，形成相应的逻辑控制指令，对面部流道控制阀输出逻辑控制指令，通过控制面部流道控制阀的开关，控制面部流道中注入的液体量；当一定量的液体充入仿真肌肉后，仿真肌肉产生各自对应膨胀、弯曲、收缩等形变，从而模拟仿真人类喜怒哀乐等表情；当排出仿真肌肉中液体后，表情效果失效。