一种仿人表情机器人的嘴部机构

1.本发明涉及机器人技术领域，特别的涉及一种仿人表情机器人的嘴部机构。


背景技术：

2.随着机器人行业发展，服务机器人也在迅速发展，人形机器人作为服务机器人的一种，其具有与人类相类似的外表特征，能在服务人们的同时，实现一些简单的仿人基本动作。心理学家研究表明，人在进行情感表达时，语言只表达7%的内容，声调也只能表达38%的内容，而55%的内容全由人的表情与动作来表达。所以，研究人形机器人的面部表情控制及表情的实现方法越来越重要。
3.人形机器人的面部表情一般采用两种方法实现：一种是采用机械结构配合安装的摄像机、麦克等传感器构成头部和眼、耳、口等器官。根据美国心理学家ekman提出的的面部动作编码系统(facial action coding system，facs)中表情与运动单元(action unit，au)之间的关系，在机器人面部皮肤上设计与各au点对应的表情控制点，面部表情驱动机构(一般采用电机、气缸驱动，液压驱动)与表情控制点相连，通过表情控制点的组合和位移变化，实现不同的面部表情。另一种是采用仿人头骨、仿人器官、仿人肌肉、仿人皮肤等构成头部，用人工肌肉来驱动产生表情，可以使头部外表和面部表情高度仿真。仿人肌肉虽然具有良好的前景，但仍然受限于技术，目前，采用机械结构来实现表情动作仍是首选。面部表情主要包括眼部表情和嘴部表情，其中，嘴部动作相对更大更丰富，如何模拟嘴部活动成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种结构巧妙，空间利用率高，能够模拟嘴部动作的仿人表情机器人的嘴部机构。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种仿人表情机器人的嘴部机构，其特征在于，包括横向设置的顶板和下颌板，所述顶板宽度上的两侧下方具有相互正对设置的顶支板，所述下颌板包括两个正对设置且同轴铰接在两个所述顶支板上的颌支板，两个所述颌支板的下端连接有颌底板；所述顶支板上还安装有颌动电机，所述颌动电机的输出轴与所述颌支板的转轴同轴相连；所述颌底板的前端设置有下唇组件，所述顶板的前端设置有与所述下唇组件对应的上唇组件。
6.采用上述结构，由于颌动电机的输出轴与颌支板的转轴同轴相连，颌动电机就可以带动颌支板和颌底板一同相对顶板转动，安装在颌底板上的下唇组件和安装在顶板上的上唇组件相对开合，形成嘴部张合动作。
7.进一步的，所述上唇组件包括横向设置的上唇板，所述上唇板通过上唇连接件安装在所述顶板上；所述下唇组件包括并排设置在所述上唇板下方的下唇板，所述下唇板通过立柱固定安装在所述颌底板上。
8.进一步的，所述上唇连接件包括两个对称地铰接设置在所述顶板上的上连杆，所
述上连杆的另一端与所述上唇板之间铰接有下连杆，所述上唇板、上连杆和下连杆的铰轴相互平行；所述上唇板上具有竖向设置的导向杆，所述顶板上具有与所述导向杆相匹配的导向孔，所述导向杆可轴向滑动地穿过所述导向孔，使所述上唇板与所述顶板保持平行；所述上唇组件还包括用于驱动所述上唇板上下移动的上唇驱动机构。
9.进一步的，所述上唇驱动机构包括上唇驱动电机和铰接在所述上唇板后方的提升连杆，所述提升连杆的另一端与所述颌底板之间铰接有副连杆；所述上唇驱动电机的输出轴上安装有沿径向设置的摆杆，所述摆杆的端部铰接有提拉杆，所述提拉杆的另一端与所述提升连杆的中部铰接相连；所述摆杆、提升连杆、副连杆和提拉杆的铰轴均与所述上唇驱动电机的输出轴相平行。
10.进一步的，所述上唇组件还包括通过横向设置的铰轴可转动地安装在所述上唇板上方的上唇动板；所述下唇组件还包括通过横向设置的铰轴可转动地安装在所述下唇板下方的下唇动板；所述上唇动板和下唇动板的后方分别铰接有上唇推杆和下唇推杆，所述上唇推杆和下唇推杆朝向所述顶板的后方延伸，且二者之间连接有同步连杆组；还包括安装在所述顶部或颌底板上的唇动电机，所述唇动电机的输出轴上安装有沿径向设置的摆杆，所述摆杆的端部与所述上唇推杆或下唇推杆的另一端相铰接；所述上唇推杆、下唇推杆和摆杆的铰轴均与所述唇动电机的输出轴相平行，并与所述同步连杆组的铰轴空间相交。
11.进一步的，所述同步连杆组包括通过第一铰支座铰接设置在所述上唇推杆上的第一连杆和通过第二铰支座铰接设置在所述下唇推杆上的第二连杆，所述第一连杆和第二连杆之间铰接有第三连杆；所述第一连杆、第二连杆和第三连杆上的铰轴相互平行。
12.进一步的，所述第二铰支座通过球铰安装在所述下唇推杆上。
13.进一步的，所述顶板的底部安装有支撑座，所述支撑座上具有沿所述顶板宽度方向对称布置的唇角摆杆，所述唇角摆杆的中部通过竖向设置的铰轴可转动地安装所述支撑座上，所述唇角摆杆的前端设置有唇角安装板；所述唇角摆杆的另一端具有沿长度方向设置的条形孔；两个所述唇角摆杆之间连接有推板，所述推板上具有穿过所述条形孔的销柱，所述销柱的直径与所述条形孔的宽度相匹配；所述顶板上还安装有唇角驱动电机，所述唇角驱动电机的输出轴上安装有沿径向设置的摆杆，所述摆杆与所述推板之间具有铰接设置的推杆，用于驱动所述推板沿两个所述唇角摆杆的对称轴移动。
14.进一步的，所述支撑座上具有沿所述顶板宽度方向对称布置的导向板，两个所述导向板的间距与所述推板的宽度相匹配，所述推板可移动地设置在两个所述导向板之间。
15.综上所述，本发明具有结构巧妙，空间利用率高，能够模拟嘴部动作等优点。
附图说明
16.图1和图2为本实施例中嘴部机构的整体结构示意图。
17.图3和图4为上唇组件部分的结构示意图。
18.图5和图6为上唇动板和下唇动板驱动部分的结构示意图。
19.图7和图8为唇角摆杆驱动部分的结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
21.具体实施时：如图1～图8所示，一种仿人表情机器人的嘴部机构，包括横向设置的顶板1和下颌板2，所述顶板1宽度上的两侧下方具有相互正对设置的顶支板11，所述下颌板2包括两个正对设置且同轴铰接在两个所述顶支板11上的颌支板21，两个所述颌支板21的下端连接有颌底板22，在本实施例中，两个颌支板21与沿颌底板22的前端呈弧形弯曲的连板一体成型设置。
22.在本实施例中，其中一个所述顶支板11上还安装有颌动电机12，所述颌动电机12的输出轴由内向外穿过所述顶支板11，对应的所述颌支板21安装在颌动电机12的输出轴上；另一侧的颌支板21通过转轴可转动地安装在对应的顶支板11上。
23.所述颌底板22的前端设置有下唇组件3，所述顶板1的前端设置有与所述下唇组件3对应的上唇组件4。所述上唇组件3包括横向设置的上唇板31，所述上唇板31通过上唇连接件安装在所述顶板1上；所述下唇组件4包括并排设置在所述上唇板31下方的下唇板41，所述下唇板41通过立柱42固定安装在所述颌底板22上。这样，颌动电机12带动一侧的颌支板相对顶板转动，而颌底板22与两个颌支板21相连接，使得颌底板相对顶板转动，安装在顶板上的上唇组件4和安装在颌底板上的下唇组件3相对开合，从而实现嘴巴的张闭功能。
24.具体实施时，如图3和4所示，所述上唇连接件包括两个对称地铰接设置在所述顶板1上的上连杆32，所述上连杆32的另一端与所述上唇板31之间铰接有下连杆33，所述上唇板31、上连杆32和下连杆33的铰轴相互平行；所述上唇板31上具有竖向设置的导向杆34，所述顶板1上具有与所述导向杆34相匹配的导向孔，所述导向杆可轴向滑动地穿过所述导向孔，使所述上唇板33与所述顶板1保持平行。本实施例中，所述顶板1的前端安装有上唇安装座37，所述上唇安装座37上横向安装有上唇连板38，所述上连杆32铰接设置在所述上唇连板38的两端，所述导向孔设置在所述上唇连板38上。
25.所述上唇组件3还包括用于驱动所述上唇板33上下移动的上唇驱动机构35。所述上唇驱动机构35包括上唇驱动电机351和铰接在所述上唇板31后方的提升连杆352，所述提升连杆352的另一端与所述颌底板22之间铰接有副连杆353；所述上唇驱动电机351的输出轴上安装有沿径向设置的摆杆，所述摆杆的端部铰接有提拉杆354，所述提拉杆354的另一端与所述提升连杆352的中部铰接相连；所述摆杆、提升连杆352、副连杆353和提拉杆354的铰轴均与所述上唇驱动电机351的输出轴相平行。
26.上唇驱动电机351转动后，通过对应的摆杆上提或下放所述提拉杆354，使提升连杆352实现上下移动，提升连杆352前端带动上唇板31上下移动，通过上唇板31上的导向杆34和导向孔的配合，上唇板31始终保持竖直方位和水平方位不变，而提升连杆352的另一端通过副连杆353的摆动对后端位置进行补偿。上唇板31的上下移动可以实现上嘴唇的上下动作。
27.如图5和图6所示，所述上唇组件3还包括通过横向设置的铰轴可转动地安装在所述上唇板31上方的上唇动板36；所述下唇组件4还包括通过横向设置的铰轴可转动地安装在所述下唇板41下方的下唇动板43；所述上唇动板36和下唇动板43的后方分别铰接有上唇推杆51和下唇推杆52，所述上唇推杆51和下唇推杆52朝向所述顶板1的后方延伸，且二者之间连接有同步连杆组53；还包括安装在所述顶部1上的唇动电机54，所述唇动电机54的输出轴上安装有沿径向设置的摆杆，所述摆杆的端部与所述上唇推杆51的另一端相铰接；所述上唇推杆51、下唇推杆52和摆杆的铰轴均与所述唇动电机54的输出轴相平行，并与所述同
步连杆组53的铰轴空间相交。由于上唇推杆51和下唇推杆52通过同步连杆组53相连接，二者同步动作，具体实施时，还可以将所述唇动电机54的摆杆与下唇推杆52相铰接，唇动电机54的位置也不限于顶板，也可以安装在颌底板22上。
28.所述同步连杆组53包括通过第一铰支座铰接设置在所述上唇推杆51上的第一连杆531和通过第二铰支座铰接设置在所述下唇推杆52上的第二连杆532，所述第一连杆531和第二连杆532之间铰接有第三连杆533；所述第一连杆531、第二连杆532和第三连杆533上的铰轴相互平行。
29.由于下颚的转动会带动下嘴唇的移动，为了抵消掉下颚旋转造成的移动，本实施例中，所述第二铰支座通过球铰安装在所述下唇推杆52上。
30.如图7和图8所示，所述顶板1的底部安装有支撑座61，所述支撑座61上具有沿所述顶板1宽度方向对称布置的唇角摆杆62，所述唇角摆杆62的中部通过竖向设置的铰轴可转动地安装所述支撑座61上，所述唇角摆杆62的前端设置有唇角安装板63；所述唇角摆杆62的另一端具有沿长度方向设置的条形孔；两个所述唇角摆杆62之间连接有推板64，所述推板64上具有穿过所述条形孔的销柱，所述销柱的直径与所述条形孔的宽度相匹配；所述顶板1上还安装有唇角驱动电机65，所述唇角驱动电机65的输出轴上安装有沿径向设置的摆杆，所述摆杆与所述推板64之间具有铰接设置的推杆66，用于驱动所述推板64沿两个所述唇角摆杆62的对称轴移动。
31.具体实施时，为了避免推板64左右摆动，所述支撑座61上具有沿所述顶板1宽度方向对称布置的导向板（图中未示出），两个所述导向板的间距与所述推板64的宽度相匹配，所述推板64可移动地设置在两个所述导向板之间。
32.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。