机器人口型控制机构及其控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种仿真机器人，尤其涉及仿真机器人的嘴唇控制组件及其控制系 统。
【背景技术】
[0002] 口型是表情的重要成分，人说话总要伴随着口型运动，以形成不同的声道，发出各 类语音；在各种情感表达时，口型也会随着表情呈现出不同的姿态。为了使得机器人能够模 仿人说话和表达情感，通常将机器人的嘴巴分成四块，左嘴角、右嘴角、上嘴唇和下嘴唇，模 仿口型时，左右嘴角至少各有一个X向和Y向的直线运动，上、下唇至少各有一个Z向直线 运动。这样，需要在狭小的口部空间布置大量口型运动控制机构，相关运动机构的尺寸要求 非常紧凑，机构的质量要求尽量轻，若采用传统刚体形态的运动机构，为减少机构的重量和 体积，往往使得机构的结构复杂、实现成本非常高，口型控制的效果也很不理想。
[0003] 为此，当前表情机器人领域急需一种低成本、提高口部空间利用率的机器人口型 控制机构及其控制系统。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种机器人口型控制机构，可使机器人进行拟人化的口型模 仿。
[0005] 本发明的另一目的是提供一种机器人口型控制系统，可使机器人进行拟人化的口 型模仿。
[0006] 为了实现上有目的，本发明公开了一种机器人口型控制机构，所述机器人口型控 制机构包括嘴唇控制组件，所述嘴唇控制组件包括动作气囊和电动气囊泵，所述电动气囊 泵包括储气气囊和电机驱动部，所述动作气囊为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊并嵌于机器 人的仿真脸皮内的适当位置，且一所述储气气囊与一所述动作气囊通过导气管连通并形成 一封闭气腔，所述电机驱动部控制所述储气气囊充气和抽气动作，所述储气气囊抽气或充 气以对应控制所述动作气囊沿一方向伸缩动作。
[0007] 与现有技术相比，本发明通过嵌入机器人仿真脸皮内的动作气囊调整机器人的口 型，不但调整方便、结构简单、体积重量小、成本低；第二，本发明可将动作气囊嵌入机器人 仿真脸皮对应影响人脸口型的肌肉所在部位（嘴角和/或嘴唇），从而全面的模仿人的口型 动作，使得机器人口型更为形象；第三，本发明通过储气气囊来控制动作气囊的伸缩，无需 在导气管上设置阀门，使得在机器人工作时噪音小。第四，本发明通过双气囊结构控制动作 气囊的伸缩，动作气囊、储气气囊和导气管之间形成一个密闭的环境，通过控制导向筒内储 气气囊的伸缩度来控制动作气囊的偏移量，不但控制方便，而且控制结果精准。
[0008] 较佳地，所述动作气囊包括嵌于所述仿真脸皮之仿真嘴唇内的唇部气囊和嵌于所 述仿真脸皮之仿真嘴角周围的嘴角气囊，且所述嘴角气囊一端连接于所述机器人的骨架 上，另一端连接于所述机器人仿真脸皮之嘴角。
[0009] 较佳地，所述唇部气囊包括位于仿真脸皮之上嘴唇内的上唇气囊、位于仿真脸皮 之下嘴唇内的下唇气囊，所述唇部气囊的气孔开设于所述唇部气囊之囊壁的中间，所述嘴 角气囊沿所述机器人仿真脸皮的嘴角肌肉群对应设置，包括左提上唇肌气囊、左颧大肌气 囊、左笑肌气囊、左降口角肌气囊、左降下唇肌气囊、右提上唇肌气囊、右颧大肌气囊、右笑 肌气囊、右降口角肌气囊和右降下唇肌气囊。该方案使得动作气囊可以全方位的模仿嘴唇 的动作，从而使得机器人口型更为人性化。
[0010] 较佳地，所述伸缩气囊包括气囊本体和开设于所述气囊本体上的气孔，所述气囊 本体包括气囊侧壁和位于所述气囊侧壁两端并密封所述气囊侧壁的气囊端壁，所述气囊侧 壁由若干个可折叠波纹片沿折叠伸缩方向连接而成；所述动作气囊沿其轴向设有若干支 撑件，所述支撑件沿所述动作气囊的周向支撑所述波纹片的波峰以防止所述波峰内陷。
[0011] 较佳地，所述电动气囊泵还包括导向筒、滑动安装于所述导向筒内的活塞和与所 述活塞相连的活塞杆，所述储气气囊为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊，所述储气气囊安装 于所述导向筒的筒壁和活塞之间并可沿所述导向筒的筒壁伸缩；所述电机驱动部与所述 活塞杆相连以控制所述活塞杆伸缩动作，所述活塞杆带动所述活塞沿所述导向筒的筒壁滑 动，所述活塞带动所述储气气囊伸缩动作以使所述动作气囊充气或抽气。该方案结构简单， 且便于控制储气气囊的压缩量。
[0012] 更佳地，所述储气气囊内还安装有压缩弹簧，所述压缩弹簧对所述储气气囊提供 回复的弹力。该方案使得活塞远离储气气囊时，储气气囊可以及时拉伸，当然，也可以直接 将储气气囊的一端与活塞连接，另一端与导向筒的筒壁连接，使得活塞移动时可以直接带 动储气气囊的拉伸和压缩。
[0013] 较佳地，所述机器人口型控制机构还包括齿部控制组件，所述齿部控制组件包括 所述动作气囊、齿部传动组件和所述电动气囊泵，所述齿部传动组件包括齿部导向筒、齿部 活塞杆、滑动安装于所述齿部导向筒内并与所述齿部活塞杆的前端连接的齿部活塞、安装 于所述齿部导向筒和齿部活塞之间的齿部弹簧，所述动作气囊安装于所述齿部导向筒的内 壁和齿部活塞之间并可沿所述齿部导向筒的筒壁伸缩动作，所述齿部弹簧对所述齿部活塞 提供抵触所述动作气囊的弹力，所述齿部活塞杆的末端和齿部导向筒分别安装于所述机器 人的上颁骨架和下颁骨架上，所述电动气囊泵控制所述动作气囊伸缩工作，所述动作气囊 带动所述齿部活塞动作以使所述机器人牙齿开合。
[0014] 本发明还公开了一种机器人口型控制系统，所述机器人口型控制系统包括机器人 口型控制机构和控制所述电动气囊泵动作的运动控制模块，所述机器人口型控制机构如上 所示，所述运动控制模块包括偏移量转换单元和驱动信号转换单元，所述偏移量转换单元 接收口型视位时序信号SV，并依据预设的口型视位值与偏移量对应关系将所述口型视位时 序信号SV转换为对应的偏移量时序信号，所述口型视位时序信号SV由若干口型视位的口 型时序信息CV和口型视位信息FV组成，所述偏移量时序信号包括相互对应的动作时序信 息和储气气囊偏移量信息；所述驱动信号转换单元依据所述偏移量时序信号计算对应的气 囊控制信号，所述电机驱动部依据所述气囊控制信号控制所述储气气囊以预设速度压缩或 拉伸以到达预设的位置。
[0015] 与现有技术相比，本发明通过嵌入机器人仿真脸皮内的动作气囊调整机器人的口 型，不但调整方便、结构简单、体积重量小、成本低；另一方面，本发明可将动作气囊嵌入机 器人仿真脸皮对应影响人脸口型的肌肉所在部位（嘴角和/或嘴唇），从而全面的模仿人的 口型动作，使得机器人口型更为人性化；再一方面，本发明通过储气气囊来控制动作气囊的 伸缩，无需在导气管上设置阀门，使得在机器人工作时噪音小。再一方面，本发明通过双气 囊结构控制动作气囊的伸缩，动作气囊、储气气囊和导气管之间形成一个密闭的环境，通过 控制导向筒内储气气囊的伸缩度来控制动作气囊的偏移量，不但控制方便，而且控制结果 精准。
[0016] 较佳地，所述机器人口型控制系统还包括位置检测单元，所述位置检测单元检测 所述储气气囊的伸缩量以生成位置反馈信号；所述驱动信号转换单元依据所述位置反馈信 号调整所述气囊控制信号。
[0017] 具体地，所述口型时序信息包括所述口型视位的开始时刻T