专利名称：医学模拟人仿真眼睛的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿真技术领域，具体地说，涉及的是ー种医学模拟人仿真眼睛，包括自动，手动眨眼和瞳孔大小变化的功能，是为医学模拟教育所使用的医学模拟人设计ー套仿真眼睛机构，同时可以作为其他类人型机器人用作仿真眼睛。
背景技术：
医学仿真眼睛机构，让医学学习研究人员在学习病理室可以通过对模拟病人事先输入程序，进而呈现一定的病理特征，方便学员提高对病理特征的认识和掌握。仿真眼睛是模拟病人面部乃至头部的最重要的组成部分，很多病理都是通过检查人眼的特征而做出相应的判断的，尤其是观察瞳孔的大小，医务人员可以得到很多的病理信息。到目前为止，在国内外已经有了不少用于不同用途的模拟机器人以及ー些玩具上的仿真眼睛，都有不少不同种类的仿真眼睛的设计。从目前现有技术看，基本上都是只有单一功能，很少同时具备眨眼和瞳孔缩放功能的专利。其中，对于眨眼机构而言，主要大致分为两种方法实现的，ー种是通过电机驱动-机械机构实现的方式，另ー种是采用电磁铁驱动的方式。两种方式比较，电机驱动的方式占用空间较大，但是机构的稳定性和可靠性都比较强，干扰性较小，电磁铁驱动占用的空间小，但是容易受外界干扰，稳定性和可靠性较弱。并且很多专利的眨眼实现方式是眼球和眼皮一起联动，所以仿真效果失真。本发明所述的设计中的眨眼功能是选择采用电机-机械机构的方式。经文献检索发现，中国专利申请号200920034455. X，该专利技术公开了一种高仿真表演机器人用眨眼传动机构，主要由驱动机构、和安装在驱动马达和眼睑之间的传动机构。其传动机构优点为将眼睑和眼球分离，単独传动，可以达到较好的仿真效果，但是同时也存在以下缺点，其机构较为复杂，连杆零部件数目众多，所占用的体积偏大，传动的距离较长，在工作中的可靠性和稳定性不能很好的保证的。对于仿真眼睛瞳孔缩放功能，对于医学模拟人来说观察瞳孔的大小，医务人员可以得到很多的病理信息，而具有瞳孔缩放功能的模拟机器人，该功能可以丰富机器人变化功能，模拟人的生理功能的变化。能够取得较高的仿真性。根据国内外现有的专利来看，主要实现的方式也是多种多祥的。主要有通过液晶显示，或者变色材料的形式，这些实现方式需要受到材料或者环境的限制，不能保证可靠性。本发明将采用ー种新的实现方式，通过机械机构的方式来实现瞳孔的缩放功能。经文献检索发现，中国专利申请号200910303816.0(公开号101934150A)，该专利技术公开了ー种瞳孔模拟机构，该发明采用的是通过机械机构的方式实现瞳孔缩放功能。其驱动机构，基板，和多个叶片。所述的基板包括多个按圆形排列的枢接机构，多个叶片可以绕基板圆心按次序相互交错重叠围成穹装，各叶片包括自由端及连接端，连接段与基板的枢接结构相连，且各个叶片连接端的转动轴是基板的圆周线，而多个叶片的自由端围成一个圆孔，驱动机构能够推动多个叶片连接端绕着转动轴转动，如此各个叶片就绕着圆周枢接结构张开，同时驱动机构中包含磁铁可以将张开的叶片复原，如此就达到瞳孔大小变化的效果。该发明的优点是采用了机械机构的实现方式，不受材料和环境的影响，缺点是由于瞳孔的圆孔是叶片的自由端，而叶片只是简单地被磁铁吸附，叶片与叶片之间较为松散，仿真效果差。同时该机构也不能精确的控制瞳孔缩放缩小的大小，并且缩放的范围也受限制，不能完全模拟出正常人瞳孔l_9mm的变化范围。
发明内容
本发明的目的在于针对现有仿真眼睛的不足，提供一种同时兼备眨眼功能和瞳孔变化功能的仿真眼睛，结构紧凑，机构简单，制造加工安装方便。在外观和尺寸上和真人眼睛具有较高的相似性，仿真效果好。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括底座，眼球，眨眼传动机构，瞳孔变化机构，瞳孔大小位置判断机构以及瞳孔感光机构，其中所述底座上设有用于安装电机 和固定支架板的槽孔，所述眨眼传动机构和瞳孔变化机构的驱动电机和支架板固定在所述底座上；所述眼球通过支架板与所述底座相连，所述瞳孔变化机构安装于所述眼球内部；所述眨眼传动机构的眨眼驱动电机经过曲柄摇杆传动机构，传动到眼皮实现眨眼；所述瞳孔变化机构的瞳孔驱动电机驱动安装于眼球内部的瞳孔变化机构实现瞳孔变化；所述瞳孔大小位置判断机构与瞳孔变化机构连接，所述瞳孔变化机构内部设有瞳孔感光机构。进ー步的，所述眨眼传动机构包括第一步进电机，大齿轮，小齿轮，两个微型轴承，小齿轮轴，齿轮轴支架板，曲柄盖，曲柄销轴，曲柄套筒，曲柄，连杆，连杆销轴，眼皮，眼皮销轴，眼球支架板。连接方式为第一步进电机固定于底座，增速齿轮的大齿轮直接套在第一步进电机的电机轴上，小齿轮安装在小齿轮轴上，所述的小齿轮轴固定在齿轮轴支架板内的微型轴承中。电机经过增速后传动到曲柄，曲柄一端通过曲柄盖与小齿轮轴紧配合，曲柄的另一端通过曲柄销轴与连杆一端配合，连杆的另一端与眼皮通过连杆销轴配合，而眼皮的径向穿在眼皮销轴上，眼皮销轴固定于眼球支架板上。如此所述曲柄，连杆，眼皮以及各销轴(曲柄销轴，连杆销轴，眼皮销轴)就构成ー个曲柄摇杆的眨眼传动机构。眨眼传动机构的第一步进电机转动，经过增速齿轮对(大齿轮，小齿轮)增速后，带动曲柄转动，该曲柄摇杆机构的摇杆眼皮就来回摆动，如此即完成眨眼的动作。进ー步的，所述瞳孔变化机构包括第二步进电机，动转盘，叶片，定转盘，定盘脚。连接方式为动转盘是一端为ー个圆盘，另一端为ー个长圆筒的零件，在圆盘上等距打有12个通槽，动转盘长筒端中部打有一个孔作为后续光敏电阻引线出口。动转盘长筒端套在第二步进电机电机轴上，定转盘的圆周等距位置上装有四个定盘脚，所述的定盘脚是四个带有台阶的块体，四个块体通过胶接固定在定转盘在圆周边上，安装时四个块体将套住动转盘，转盘的圆周边上还有伸出两个对称的小凸台，所述小凸台插入眼球的内槽中，用于对定转盘定位。动转盘的圆盘端在圆周上有四个等距的凸块。动转盘套在固定在定转盘上的4个定盘脚之间。12个叶片一面的小销轴分别插在定转盘的12个小孔内，另一面的小销轴则分别插在动转盘的个槽中。本发明的瞳孔变化功能的实现方式为瞳孔变化机构通过第二步进电机驱动，所述第二步进电机带动动转盘，所述动转盘再带动12个叶片转动。所述的12个叶片是两面各有一个小销轴的圆弧形金属片。其中一面的小销轴插在定转盘的12个小孔内，另一面的小销轴插在动转盘的12个槽中。所述的动转盘的12个槽牵动与之连接的12个叶片，所述的12个叶片分别绕着插在定转盘上的12个小孔内的叶片小销轴转动，由12个叶片的内圆弧包络而成的圆孔直径随着12个叶片的转动而发生变化，所述内圆弧包络而成的圆孔就是本发明的瞳孔。当第二步进电机正反转时，就可以实现瞳孔的大小的变化功能。该机构还在定转盘还有对动转盘转动范围进行限位的功能，在定转盘的圆周位置上装有四个等距分布的定盘脚，动转盘的圆盘端在圆周上有四个等距的凸块。动转盘套在四个定盘脚内。动转盘不论按照正反方向转动，转动到一定角度时，所述的动转盘圆盘端在圆周上的四个对称的凸块碰到固定在定转盘的圆周对称位置上的四个定盘脚上，机构就无法转动，从而实现了动转盘只能在一定角度内转动的功能，此时，瞳孔也只能在一定范围内变化大小。而本发明通过设置叶片的内圆弧的大小，和设置动转盘凸块，定盘脚的大小。得到动转盘正转或者反转的转动的范围都为80°，瞳孔的大小变化范围为l_9mm。该设置不但保证了仿真眼睛能够模拟正常眼睛的瞳孔变化大小为l_9mm的变化范围，而且避免了电机转动过大的角度而造成对机构的破坏。进ー步的，所述瞳孔大小位置判断机构包括凸轮，微动开关，紧定螺钉。凸轮是通过ー个紧定螺钉和动转盘固定连接，微型开关安装在眼球上，正好位于凸轮的下方。凸轮跟随动转盘一起转动，当瞳孔大小为1_时，动转盘刚好带动凸轮转到可以刚好触到微动开关的位置，该微动开关可以产生ー个信号，传递到后续的控制系统中，从而判断第二步进电机转到这个位置时为瞳孔最小位置。进ー步的，所述瞳孔感光机构包括动盘盖，光敏电阻。所述的动盘盖是ー个中心打有孔的小圆盘，所述动盘盖通过过盈配合装在动转盘中心孔处，所述光敏电阻包括感光部分和引线端，光敏电阻感光部分装在所述动盘盖中心孔处，光敏电阻的引线端从动转盘引线孔引出，引线ロ再用胶密封，防止动转盘转动时带动内部光敏电阻转动，引起接线线头松动，引起接触不良。当外界有较强光源直射入瞳孔时，光敏电阻也受到外界光信号的作用，于是产生ー个信号传送到后续控制系统，控制系统在通过控制第二步进电机的转动方向和转动角度，使得瞳孔变小。从实现该机构对环境感光引起瞳孔变化的仿真模拟效果。本发明的眨眼功能，是通过眨眼驱动机构，驱动眨眼传动机构，即ー个曲柄摇杆机构，当所述眨眼驱动机构带动曲柄转动时，摇杆，即眼皮，可以进行往复地摇动一定角度，从而实现眼睑眨眼动作。本机构具有结构简单，安装方便，传动效果可靠的优点，能有效解决现有机器人中眨眼机构体积过大，传动效果不佳的问题。本发明的瞳孔变化功能，是通过瞳孔变化驱动机构，即第二步进电机驱动，所述第ニ步进电机带动所述动转盘，动转盘牵动与之连接的12叶片绕着插在定转盘小孔内的小销轴转动，12叶片包络而成的圆孔直径随着叶片的转动而发生变化，当步进电机正反转时，就可以实现瞳孔的大小的变化功能。该机构还可以通过定转盘对动转盘的转动范围进行限位，从而避免了电机转动过大角度破坏机构。瞳孔大小位置判断机构的凸轮在瞳孔大小为Imm吋，刚好触到微动开关，该微动开关可以产生ー个信号，传递到后续的控制系统中，从而判断电机转到这个位置时为瞳孔最小位置。
本发明上述的瞳孔变化实现和控制机构具有以下优点体积较小，只需占用部分眼球内部体积即可；传动机构简单，工作可靠性强，在动转盘正反转的极限位置上都有限位装置，可以保护机构；控制方便，在电机正反转时通过控制电机转动的角度可以随意控制瞳孔的大小。
综上，本发明集合眨眼功能和瞳孔变化功能在一个整体上，具有结构简单紧凑，传动效果可靠的优点，只要在后续部分増加一个对电机转动的控制系统就能实现对眼睛按照不同频率眨眼，瞳孔受内外界因素影响而发生瞳孔大小变化这两个功能的仿真模拟效果，可以用来作为医学模拟人仿真眼睛，或作为类人型机器人仿真眼睛。
图I本发明的总体结构后侧视图；图2本发明总体示意图前侧视图；图3本发明拆除底座和第二步进电机后的眨眼机构的后侧视图和侧视图；图4本发明将眼球半剖后的瞳孔机构的立体侧视图；图5本发明瞳孔机构的爆炸图ー； 图6本发明瞳孔机构的爆炸图ニ ；图7本发明瞳孔机构叶片的组装示意图；图8本发明瞳孔机构的整体示意图；图9本发明瞳孔机构的侧视剖面图；图10本发明瞳孔机构拆除眼球和定转盘后的正视图；图I中底座1，眼球2，眨眼传动机构3，瞳孔变化机构4，瞳孔大小位置判断机构5,瞳孔感光机构6 (位于瞳孔变化机构4内部)；第一步进电机3-1，大齿轮3-2，小齿轮3-3，微型轴承3-4，齿轮轴支架板3-5，小齿轮轴3-6，曲柄盖3-7，曲柄销轴3-8，曲柄套筒3-9，曲柄3_10，连杆3_11，连杆销轴3_12，眼皮3-13，眼皮销轴3-14，眼球支架板3-15，第二步进电机4_1，动转盘4_2，叶片4_3，定转盘4-4，定盘脚4-5，凸轮5-1，微动开关5-2，紧定螺钉5_3，动盘盖6_1，光敏电阻6_2。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图I所示本发明包括底座1，眼球2，眨眼传动机构3，瞳孔变化机构4，瞳孔大小位置判断机构5，另有瞳孔感光机构6 (在该图中无法看出，该机构在瞳孔变化机构4内部)。底座1，眼球2，眨眼传动机构3，瞳孔变化机构4，瞳孔大小位置判断机构5以及瞳孔感光机构6，其中所述底座I上设有用于安装电机和固定支架板的槽孔，所述眨眼传动机构3和瞳孔变化机构的驱动电机和支架板固定在所述底座I上；所述眼球2通过支架板与所述底座I相连，所述瞳孔变化机构4安装于所述眼球2内部；所述眨眼传动机构3的眨眼驱动电机经过曲柄摇杆传动机构，传动到眼皮实现眨眼；所述瞳孔变化机构4的瞳孔驱动电机驱动安装于眼球2内部的瞳孔变化机构实现瞳孔变化；所述瞳孔大小位置判断机构5与所述瞳孔变化机构4连接，所述瞳孔变化机构4内部设有瞳孔感光机构6。眼球2是ー个内部打通的半圆球，并且外表面涂成白色，内部打出孔和槽用于安装瞳孔变化机构。如图2所示，本实施例中，将眨眼机构和瞳孔机构两个功能放在一起。在底座I上挖有用于安装步进电机第一步进电机3-1，第二步进电机4-1和齿轮轴支架板3-5，眼球支架板3-15的槽孔，而所述支架板与所述底座是通过过盈配合的方式连接。眨眼传动机构3和，瞳孔变化机构4的驱动机构的电机也是通过插入底座槽中，并且通过电机固定件和底座I固定。眨眼传动机构3的驱动电机第一步进电机3-1固定于底座1，电机经过大小齿轮对(3-2和3-3)，曲柄3-10和连杆3-11传动到眼皮3_13。瞳孔变化机构4的驱动电机第ニ步进电机4-1固定于底座I，瞳孔变化部分安装于眼球2中。眼球2通过眼皮销轴3-14连接固定在眼球支架板3-15上。瞳孔大小位置判断机构5通过紧定螺钉5-3固定在瞳孔变化机构4上。瞳孔感光机构6安装于瞳孔变化机构4的动转盘4-2内部。如图3所示，眨眼传动机构3包括第一步进电机3-1，大齿轮3-2，小齿轮3-3，两个微型轴承3-4,齿轮轴支架板3-5,小齿轮轴3-6,曲柄盖3-7,曲柄销轴3-8,曲柄套筒3-9，曲柄3-10，连杆3-11，连杆销轴3-12，眼皮3-13，眼皮销轴3-14，眼球支架板3-15。由于本发明为了节约成本，所以选用最便宜的步进电机，为了弥补该电机在转速较低上的不足，所以增加ー对增速齿轮对(大齿轮3-2，小齿轮3-3)增速，提高眨眼速度。连接方式为 第一步进电机3-1固定于底座I，增速齿轮的大齿轮3-2直接套在第一步进电机3-1的电机轴3-la上，小齿轮3-3安装在小齿轮轴3-6上，所述的小齿轮轴3_6固定在齿轮轴支架板3-5内的微型轴承3-4中。电机经过增速后传动到曲柄3-10，曲柄一端3-10a通过曲柄盖3-7与小齿轮轴3-6紧配合，曲柄的另一端3-10b通过曲柄销轴3-8与连杆一端3_lla配合，连杆的另一端3-1 Ib与眼皮3-13通过连杆销轴3-12配合，而眼皮3_13穿在眼皮销轴3-14上，眼皮销轴3-14固定于眼球支架板3-15上。如此所述曲柄3_10，连杆3_11，眼皮3-13以及各销轴(曲柄销轴3-8，连杆销轴3-10，眼皮销轴3-14)就构成ー个曲柄摇杆的眨眼传动机构3。眨眼传动机构3的第一步进电机3-1转动，经过增速齿轮对(大齿轮 3-2，小齿轮3-3)增速后，带动曲柄3-10转动，该曲柄摇杆机构的摇杆眼皮3-13就来回摆动，如此即完成眨眼的动作。如图4，图5，图6所示，瞳孔变化机构4包括第二步进电机4_1，动转盘4_2，叶片4-3,定转盘4-4,定盘脚4-5。连接方式为动转盘4-2是一端为ー个圆盘4-2a,另一端为ー个长圆筒4-2b的零件，在圆盘4-2a上等距打有12个通槽4_2a2，动转盘长筒端4_2b中部打有ー个孔4-2bl作为后续光敏电阻引线出口。动转盘长筒端4-2b套在第二步进电机4-1电机轴4-la上，定转盘4-4的圆周等距位置上装有四个定盘脚4_5，动转盘4_2套在固定在定转盘4-4上的4个定盘脚4-5之间。12个叶片4-3 —面的小销轴4_3b分别插在定转盘4-4的12个小孔4-4b内，另一面的小销轴4-3a则分别插在动转盘4_2的12个槽
4-2a2中。所述的定盘脚4-5是四个带有台阶4_5a的块体(见图6)，四个块体通过胶接固定在定转盘4-4在圆周边上，安装时四个块体将套住动转盘4-2，定转盘4-4的圆周边上还有伸出两个对称的小凸台4_4a,所述小凸台4_4a插入眼球2的内槽2_la中,用于对定转盘定位。动转盘4-2的圆盘端4-2a在圆周上有四个等距的凸块4-2al。如图7，12个叶片4-3的排列如图，叶片是ー个圆弧状的薄金属片，两面分别焊接有两个销轴4-2a，4-2b。12个叶片4_3依次堆叠，叶片的内圆弧4_3c堆叠形成的包络线形成近似为ー个圆周4-3d，此圆周即为本发明的瞳孔。如图5、6所示，本发明的瞳孔变化功能的实现方式为瞳孔变化机构4通过第二步进电机4-1驱动,所述第二步进电机4-1带动动转盘4-2,所述动转盘再带动12个叶片4-3转动。所述的12个叶片4-3是两面各有ー个小销轴(4-3a和4-3b)的圆弧形金属片。其中一面的小销轴4-3b插在定转盘4-4的12个小孔4-4b内，另一面的小销轴4_3a插在动转盘4-2的12个槽4-2a2中。所述的动转盘4_2的12个槽4_2a2牵动与之连接的12个叶片4-3，所述的12个叶片4-3分别绕着插在定转盘4-4上的12个小孔4_4b内的叶片小销轴4-3b转动，由12个叶片4-3的内圆弧4-3c包络而成的圆孔4-3d直径随着12个叶片的转动而发生变化(见图7)，所述内圆弧4-3c包络而成的圆孔4-3d就是本发明的瞳孔。当第二步进电机4-1正反转时，就可以实现瞳孔4-3d的大小的变化功能。该机构还在定转盘4-4还有对动转盘4-2转动范围进行限位的功能，在定转盘4-4的圆周位置上装有四个等距分布的定盘脚4-5，动转盘4-2的圆盘端4-2a在圆周上有四个等距的凸块4-2al。动转盘套在四个定盘脚内。动转盘4-2不论按照正反方向转动，转动到一定角度时，所述的动转盘圆盘端4-2a在圆周上的四个对称的凸块4-2al碰到固定在定转盘4_4的圆周对称位置上的四个定盘脚4-5上，机构就无法转动，从而实现了动转盘4-2只能在一定角度内转动的功能，此时，瞳孔4-3d也只能在一定范围内变化大小。而本发明通过设置叶片4-3的内圆弧4-3c的大小，和设置动转盘凸块4-2al，定盘脚4-5的大小。得到动转盘4_2正转或者反转的转动的范围都为80°，瞳孔4-3d的大小变化范围为l-9mm。该设置不但保证了仿真 眼睛能够模拟正常眼睛的瞳孔变化大小为l_9mm的变化范围，而且避免了电机转动过大的角度而造成对机构的破坏。如图5，图6所示，瞳孔大小位置判断机构5包括凸轮5-1，微动开关5_2，紧定螺钉5-3。凸轮5-1是通过ー个紧定螺钉5-3和动转盘4-2固定连接，微型开关5_2安装在眼球2上，正好位于凸轮5-1的下方。凸轮5-1跟随动转盘4-2 —起转动，当瞳孔4-3d大小为Imm吋，动转盘4-2刚好带动凸轮5_1转到可以刚好触到微动开关5_3的位置，该微动开关5-3可以产生ー个信号，传递到后续的控制系统中，从而判断第二步进电机4-1转到这个位置时为瞳孔4-3d最小位置。如图8,9,10所不,本发明的瞳孔感光机构6包括动盘盖6-1,光敏电阻6-2。所述的动盘盖6-1是ー个中心打有孔的小圆盘，所述动盘盖6-1通过过盈配合装在动转盘中心孔4-2a3处(见图5)，所述光敏电阻6-2包括感光部分6_2a和引线端6_2b，光敏电阻感光部分6-2a装在所述动盘盖6-1中心孔6-la(见图6)处，光敏电阻的引线端6_2从动转盘引线孔4-2bl引出，引线ロ再用胶密封6-2b2，防止动转盘4-2转动时带动内部光敏电阻6_2转动，引起接线线头松动，引起接触不良。该功能的实现方式为当外界有较强光源直射入瞳孔4-3d时，光敏电阻6-2也受到外界光信号的作用，于是产生ー个信号传送到后续控制系统，控制系统在通过控制第二步进电机4-1的转动方向和转动角度，使得瞳孔4-3d变小。从实现该机构对环境感光引起瞳孔变化的仿真模拟效果。本发明的眼睑眨眼实现功能具有结构简单，传动效果可靠的优点，能有效解决现有机器人中眨眼机构体积过大，传动效果不佳的问题。瞳孔变化实现和控制机构具有以下优点1.体积较小，只需占用部分眼球内部体积即可；2.传动机构简单，工作可靠性强，在定转盘正反转的极限位置上都有限位装置，可以保护机构；3.控制方便，在电机正反转时通过控制电机转动的角度可以随意控制瞳孔的大小；4.具有对环境光线强弱引起瞳孔变化的仿真模拟功能。本发明能够模拟眼睛的正常眼睑眨眼功能，和眼睛瞳孔大小的变化功能，包括自动控制和受外界因素的影响而引起的变化，只要在后续部分増加一个控制电机转动的控制系统，就能实现对眼睛按照不同频率眨眼，瞳孔受内外界因素影响而发生瞳孔大小变化这两个功能的仿真模拟效果。可以用来作为仿真机器人，模拟生物体的ー个部分。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的实现形式多种修改和替代都将是显而易见的 。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种医学模拟人仿真眼睛，其特征在于包括底座(1)，眼球(2)，眨眼传动机构(3),瞳孔变化机构(4)，瞳孔大小位置判断机构(5)以及瞳孔感光机构(6)，其中所述底座(I)上设有用于安装电机和固定支架板的槽孔，所述眨眼传动机构(3)和瞳孔变化机构的驱动电机和支架板固定在所述底座(I)上；所述眼球(2 )通过支架板与所述底座(I)相连，所述瞳孔变化机构(4)安装于所述眼球(2)内部；所述眨眼传动机构(3)的眨眼驱动电机经过曲柄摇杆传动机构，传动到眼皮实现眨眼；所述瞳孔变化机构(4)的瞳孔驱动电机驱动安装于眼球(2)内部的瞳孔变化机构实现瞳孔变化；所述瞳孔大小位置判断机构(5)与所述瞳孔变化机构(4)连接，所述瞳孔变化机构(4)内部设有瞳孔感光机构(6)。
2.根据权利要求I所述的医学模拟人仿真眼睛，其特征是所述瞳孔变化机构(4)包括第二步进电机(4-1)，动转盘(4-2)，叶片(4-3)，定转盘(4-4)和定盘脚(4-5);连接方式为动转盘(4-2)是一端为一个圆盘(4_2a),另一端为一个长圆筒(4_2b)的零件,在圆盘(4-2a)上等距设有12个槽，动转盘长筒端(4-2b)中部设有一个孔(4-2bl)作为后续光敏电阻引线出口，动转盘长筒端(4-2b)套在第二步进电机(4-1)电机轴(4-la)上，定转盘(4-4)的圆周等距位置上设有四个定盘脚(4-5)，动转盘(4-2)套在固定在定转盘(4-4)上的4个定盘脚(4-5)之间，所述的12个叶片(4-3)是两面各有一个小销轴(4-3a、4-3b)的圆弧形金属片，12个叶片(4-3) —面的小销轴(4-3b)分别插在定转盘(4-4)的12个小孔(4_4b)内，另一面的小销轴(4-3a)则分别插在动转盘(4-2)的12个槽(4-2a2)中。
3.根据权利要求2所述的医学模拟人仿真眼睛，其特征是所述12个叶片(4-3)的排列为叶片依次重叠排列，叶片是一个圆弧状的薄金属片，两面分别焊接有两个销轴(4_2a，4-2b)，12个叶片(4-3)依次堆叠，叶片的内圆弧(4-3c)堆叠形成的包络线形成近似为一个圆周(4_3d),此圆周即为瞳孔。
4.根据权利要求3所述的医学模拟人仿真眼睛，其特征是所述瞳孔变化机构(4)通过第二步进电机(4-1)驱动，所述第二步进电机(4-1)带动动转盘(4-2)，所述动转盘再带动12个叶片(4-3)转动；所述的动转盘(4-2)的12个槽(4-2a2)牵动与之连接的12个叶片(4-3)，所述的12个叶片(4-3)分别绕着插在定转盘(4-4)上的12个小孔(4_4b)内的叶片小销轴(4-3b)转动，由12个叶片(4-3)的内圆弧(4-3c)包络而成的圆孔(4_3d)直径随着12个叶片的转动而发生变化，所述内圆弧(4-3c)包络而成的圆孔(4-3d)就是瞳孔，当第二步进电机(4-1)正反转时，就可以实现瞳孔(4-3d)的大小的变化功能。
5.根据权利要求2所述的医学模拟人仿真眼睛，其特征是所述的定盘脚(4-5)是四个带有台阶(4_5a)的块体，四个块体通过胶接固定在定转盘(4-4)在圆周边上，安装时四个块体将套住动转盘(4-2)，定转盘(4-4)的圆周边上还有伸出两个对称的小凸台(4-4a)，所述小凸台(4-4a)插入眼球(2)的内槽(2-la)中，用于对定转盘定位；动转盘(4_2)的圆盘端(4-2a)在圆周上有四个等距的凸块(4-2al);动转盘(4-2)转动一定角度时，所述的动转盘圆盘端(4-2a)在圆周上的四个对称的凸块(4-2al)碰到固定在定转盘(4-4)的圆周对称位置上的四个定盘脚(4-5)上，实现对转盘(4-2)转动范围的进行限位，此时，瞳孔(4-3d)也只能在一定范围内变化大小。
6.根据权利要求5述的医学模拟人仿真眼睛，其特征是所述动转盘(4-2)正转或者反转的转动的范围为80°，瞳孔(4-3d)的大小变化范围为l_9mm。
7.根据权利要求1-5任一项所述的医学模拟人仿真眼睛，其特征是所述眨眼传动机构(3)包括第一步进电机(3-1)，大齿轮(3-2)，小齿轮(3-3)，两个微型轴承(3-4)，齿轮轴支架板(3_5),小齿轮轴(3_6),曲柄盖(3_7),曲柄销轴(3_8),曲柄套筒(3_9),曲柄(3-10)，连杆(3-11)，连杆销轴(3-12)，眼皮(3-13)，眼皮销轴(3-14)和眼球支架板(3-15);连接方式为第一步进电机(3-1)固定于底座(1)，增速齿轮的大齿轮(3-2)直接套在第一步进电机(3-1)的电机轴(3-la)上，小齿轮(3-3)安装在小齿轮轴(3-6)上，所述的小齿轮轴(3-6)固定在齿轮轴支架板(3-5)内的微型轴承(3-4)中；电机经过增速后传动到曲柄(3-10)，曲柄一端(3-10a)通过曲柄盖(3-7)与小齿轮轴(3_6)紧配合，曲柄的另一端(3-10b )通过曲柄销轴(3-8 )与连杆一端(3-1 Ia)配合,连杆的另一端(3-1 Ib )与眼皮(3-13)通过连杆销轴(3-12)配合，而眼皮(3-13)穿在眼皮销轴(3-14)上，眼皮销轴(3-14)固定于眼球支架板(3-15)上，如此所述曲柄(3-10)，连杆(3-11)，眼皮(3-13)以及曲柄销轴(3-8)，连杆销轴(3-10)，眼皮销轴(3-14)就构成一个曲柄摇杆的眨眼传动机构(3);眨眼传动机构(3)的第一步进电机(3-1)转动，经过增速齿轮对增速后，带动曲柄(3-10)转动，该曲柄摇杆机构的摇杆眼皮(3-13)就来回摆动，如此即完成眨眼的动作。
8.根据权利要求1-5任一项所述的医学模拟人仿真眼睛，其特征是所述瞳孔大小位置判断机构(5)包括凸轮(5-1)，微动开关(5-2)和紧定螺钉(5-3)，凸轮(5-1)是通过一个紧定螺钉(5-3)和动转盘(4-2)固定连接，微型开关(5-2)安装在眼球(2)上，正好位于凸轮(5-1)的下方，凸轮(5-1)跟随动转盘(4-2) —起转动，当瞳孔(4-3d)大小为设定值时，动转盘(4-2)刚好带动凸轮(5-1)转到可以刚好触到微动开关(5-3)的位置，该微动开关(5-3)产生一个信号，传递到后续的控制系统中，从而判断第二步进电机(4-1)转到这个位置时为瞳孔(4-3d)最小位置。
9.根据权利要求1-5任一项所述的医学模拟人仿真眼睛，其特征是所述瞳孔感光机构(6)包括动盘盖(6-1)和光敏电阻(6-2),所述的动盘盖(6-1)是一个中心有孔的小圆盘，所述动盘盖(6-1)通过过盈配合装在动转盘中心孔(4-2a3 )处，所述光敏电阻(6-2 )包括感光部分(6-2a)和弓I线端(6-2b )，光敏电阻感光部分(6-2a)装在所述动盘盖(6_1)中心孔(6-la)处，光敏电阻的引线端(6-2)从动转盘引线孔(4-2bl)引出，引线口再用胶密封，当外界有较强光源直射入瞳孔(4-3d)时，光敏电阻(6-2)也受到外界光信号的作用，产生一个信号传送到后续控制系统，控制系统在通过控制第二步进电机(4-1)的转动方向和转动角度，使得瞳孔(4-3d)变小。
10.根据权利要求1-9任一项所述的医学模拟人仿真眼睛，其特征是所述眼球(2)是一个内部打通的半圆球，并且外表面涂成白色，内部设有孔和槽用于安装瞳孔变化机构(4)。
全文摘要
本发明公开一种医学模拟人仿真眼睛，其中眨眼传动机构和瞳孔变化机构的驱动电机和支架板固定在底座上。眨眼驱动电机经过曲柄摇杆传动机构，传动到眼皮实现眨眼。瞳孔驱动电机驱动安装于眼球内部的瞳孔变化机构实现瞳孔变化，瞳孔大小位置判断机构接在瞳孔变化机构上，瞳孔变化机构内部还接有瞳孔感光机构。眼球通过支架板与底座相连。本发明集合眨眼功能和瞳孔变化功能在一个整体上，结构简单紧凑，传动效果可靠，只要在后续部分增加一个控制电机转动的控制系统，就能实现对眼睛按照不同频率眨眼，瞳孔受内外界因素影响而发生瞳孔大小变化这两个功能的仿真模拟效果。本发明可用来作为医学模拟人仿真眼睛，或作为类人型机器人仿真眼睛。
文档编号A63H3/40GK102698442SQ201210163320
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者刘庆伟, 班梦凯, 陈宗镁, 高雪官 申请人:上海交通大学