仿人面部表情机构及具有其的机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种仿人面部表情机构及具有其的机器人。

背景技术：

目前，现有技术中的仿真面部表情机器人能够模拟人的表情，做出很多人面部表情的基本动作。

现有技术中，例如专利号CN101570019A公开了一种仿真面部表情机器人，该机器人包括一个本体机架，在本体机架上仿人体面部眉、眼、颌的位置相应安装有两个眉毛转动部件、两个眼睑转动部件、两个眼球转动部件及一个下颌转动部件，两个眉毛转动部件分别由连接杆对称地固定于左右两对称的支座上，再由支座固定在本体机架上，两个眼球转动部件通过一个舵机架连接在本体机架上，下颌转动部件由另一个舵机架固定于本体机架上。

该机器人通过舵机的驱动，能够实现人体面部的眉毛、眼睛、下颚的运动。然而，由于现有技术中机器人的表情动作简单，不够丰富，无法满足表情交互的要求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种仿人面部表情机构及具有其的机器人，以解决现有技术中的机器人的表情机构动作简单、表情单一的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种仿人面部表情机构，仿人面部表情机构包括：基体；用于眼部运动的眼部运动模块，设置在基体上；用于脸颊运动的脸颊运动模块，设置在基体上，并位于眼部运动模块的下部。

进一步地，脸颊运动模块包括：脸颊驱动机构，设置在基体上；摆动机构，与脸颊驱动机构驱动连接，且摆动机构与面部模型连接，脸颊驱动机构通过摆动机构驱动面部模型运动。

进一步地，仿人面部表情机构包括两个脸颊运动模块，两个脸颊运动模块对称设置在基体上。

进一步地，眼部运动模块包括：安装架，设置在基体上；眼睛运动组件，眼睛运动组件包括第一眼部驱动机构、第一连杆组件以及眼球，第一眼部驱动机构设置在安装架上，眼球可转动地设置在安装架上，第一眼部驱动机构通过第一连杆组件驱动眼球转动。

进一步地，眼睛运动组件包括一一对称设置的两个第一眼部驱动机构、两个第一连杆组件以及两个眼球，眼睛运动组件还包括：第二眼部驱动机构，设置在安装架上，且位于两个眼球之间；第二连杆组件，第二连杆组件与第二眼部驱动机构驱动连接，第二连杆组件分别与两个眼球连接；第二眼部驱动机构通过第二连杆组件驱动眼球转动；其中，第一眼部驱动机构驱动眼球的转动方向与第二眼部驱动机构驱动眼球的转动方向不同。

进一步地，眼部运动模块还包括：眼皮运动组件，眼皮运动组件包括眼皮驱动机构、第三连杆组件以及眼皮，眼皮驱动机构设置在安装架上，眼皮可转动地设置在安装架上且位于眼球的外部，眼皮驱动机构通过第三连杆组件驱动眼皮转动。

进一步地，眼皮包括上眼皮和下眼皮，上眼皮和下眼皮均可转动地设置在安装架上，第三连杆组件包括第一连杆、第二连杆和第一摆杆，第一摆杆与眼皮驱动机构连接，第一连杆的第一端与第二连杆的第一端均与第一摆杆的端部连接，第一连杆的第二端与上眼皮铰接，第二连杆的第二端与下眼皮铰接，眼皮驱动机构通过第三连杆组件驱动上眼皮和下眼皮打开或闭合。

进一步地，仿人面部表情机构还包括：眉毛运动模块，眉毛运动模块包括眉毛驱动机构、传动机构以及眉毛，眉毛驱动机构设置在基体上，眉毛可活动地设置在基体上，眉毛驱动机构通过传动机构驱动眉毛移动。

进一步地，眉毛运动模块包括两个眉毛，传动机构包括：第二摆杆，第二摆杆与眉毛驱动机构连接；第三连杆，第三连杆的一端与第二摆杆的摆动端连接；固定轴，竖直设置在基体上；滑块，可移动地设置在固定轴上，第三连杆的另一端与滑块连接；第四连杆和第五连杆，第四连杆的第一端和第五连杆的第一端分别连接在滑块的两端，第四连杆的第二端与其中一个眉毛铰接，第五连杆的第二端与另一个眉毛铰接。

进一步地，仿人面部表情机构还包括：嘴巴运动模块，嘴巴运动模块包括嘴巴驱动机构、固定架、第四连杆组件以及弹性片，固定架设置在基体上，嘴巴驱动机构和弹性片均设置在固定架上，嘴巴驱动机构通过第四连杆组件驱动弹性片变形。

进一步地，嘴巴运动模块包括一一对应设置的两个嘴巴驱动机构、两个第四连杆组件以及两个弹性片，两个第四连杆组件以及两个弹性片对称设置在固定架上，两个弹性片形成嘴巴。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种机器人，包括仿人面部表情机构，仿人面部表情机构为如上所述的仿人面部表情机构。

应用本实用新型的技术方案，通过在仿人面部表情机构中配置眼部运动模块和脸颊运动模块，以模拟人类眼部及脸颊部位运动，从而使得机器人表情动作丰富，能够满足机器人表情交互的要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型提供的仿人面部表情机构的结构示意图；

图2示出了图1中脸颊运动模块的结构示意图；

图3示出了图1中眼部运动模块的结构示意图；

图4示出了图1中眉毛运动模块的结构示意图；

图5示出了图1中嘴巴运动模块的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

100、眼部运动模块；110、安装架；120、眼睛运动组件；121、第一眼部驱动机构；122、第一连杆组件；122a、一字舵盘；122b、第一杆；123、眼球；124、第二眼部驱动机构；125、第二连杆组件；125a、第二杆；125b、第三杆；130、眼皮运动组件；131、眼皮驱动机构；132、第三连杆组件；132a、第一连杆；132b、第二连杆；133、眼皮；133a、上眼皮；133b、下眼皮；200、脸颊运动模块；210、脸颊驱动机构；220、摆动机构；300、眉毛运动模块；310、眉毛驱动机构；320、传动机构；321、第三连杆；322、固定轴；323、滑块；324、第四连杆；325、第五连杆；330、眉毛；400、嘴巴运动模块；410、嘴巴驱动机构；420、固定架；430、第四连杆组件；440、弹性片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1所示，根据本实用新型的具体实施例提供了一种仿人面部表情机构，该仿人面部表情机构包括基体、用于眼部运动的眼部运动模块100和用于脸颊运动的脸颊运动模块200，其中，眼部运动模块100设置在基体上，脸颊运动模块200设置在基体上，并位于眼部运动模块100的下部。

应用此种配置方式，通过在仿人面部表情机构中配置眼部运动模块和脸颊运动模块，以模拟人类眼部及脸颊部位运动，从而使得机器人表情动作丰富，能够满足机器人表情交互的要求。

在本实施例中，如图2所示，脸颊运动模块200包括脸颊驱动机构210和摆动机构220，其中，脸颊驱动机构210设置在基体上，摆动机构220与脸颊驱动机构210驱动连接，且摆动机构220与面部模型连接，脸颊驱动机构210通过摆动机构220驱动面部模型运动。具体地，在本实用新型中，为了简化机器人结构，降低成本，可选用舵机作为脸颊驱动机构来驱动面部模型运动。

为了更加逼真模拟人体面部结构，在本实施例中，可将仿人面部表情机构配置为包括两个脸颊运动模块200，两个脸颊运动模块200对称设置在基体上。具体地，两个舵机对称设置在基体上，左右两个舵机分别驱动左右两侧脸颊，摆动机构220包括一字舵盘和摆杆，舵机旋转以带动一字舵盘转动，一字舵盘驱动摆杆摆动以带动左右两侧脸颊摆动，其中通过舵机来调节脸颊摆动的幅度和速度。

进一步地，为了实现眼球的转动，在本实施例中，如图3所示，可将眼部运动模块100配置为包括安装架110和眼睛运动组件120，安装架110设置在基体上，眼睛运动组件120包括第一眼部驱动机构121、第一连杆组件122以及眼球123，第一眼部驱动机构121设置在安装架110上，眼球123可转动地设置在安装架110上，第一眼部驱动机构121通过第一连杆组件122驱动眼球123转动。具体地，在本实施例中，可将第一眼部驱动机构设置为舵机，通过舵机以驱动眼球转动，能够简化机器人结构，降低成本。

为了更加逼真模拟人体眼部运动，在本实施例中，可将眼睛运动组件120配置为包括一一对称设置的两个第一眼部驱动机构121、两个第一连杆组件122以及两个眼球123，眼睛运动组件120还包括第二眼部驱动机构124和第二连杆组件125，第二眼部驱动机构124通过第二连杆组件125驱动眼球123转动，其中，第二眼部驱动机构124设置在安装架110上，且位于两个眼球123之间，第二连杆组件125与第二眼部驱动机构124驱动连接，第二连杆组件125分别与两个眼球123连接，第一眼部驱动机构121驱动眼球123的转动方向与第二眼部驱动机构124驱动眼球123的转动方向不同。

应用此种配置方式，通过将第一眼部驱动机构驱动眼球的转动方向配置为与第二眼部驱动机构124驱动眼球123的转动方向不同，从而能够实现眼球朝向不同方向的运动，以增加仿人面部表情机构的表情丰富性，从而更加接近人类眼球动作。作为本实用新型的一个具体实施例，第一眼部驱动机构用于驱动眼球沿着左右方向的运动，第二眼部驱动机构用于驱动眼球沿着上下方向的运动，从而能够实现眼球的左右上下运动，以提高仿人面部表情机构的表情丰富性。

具体地，在本实施例中，第一眼部驱动机构和第二眼部驱动机构均设置为舵机。如图3所示，第一连杆组件122包括一字舵盘122a和第一杆122b，左侧舵机通过驱动左侧一字舵盘122a，并经与其相连接的左侧第一杆122b以带动左侧眼球123的左右转动，右侧舵机通过驱动右侧一字舵盘122a，并经与其相连接的右侧第一杆122b以带动右侧眼球123的左右转动。第二连杆组件125包括第二杆125a和第三杆125b，其中第二杆125a的一端与第二眼部驱动机构124相连接，第二杆125a的另一端与第三杆125b的一端相连接，第三杆125b的另一端与眼球123相连接，第二眼部驱动机构124驱动第二杆125a运动，并经过第三杆125b带动眼球123上下运动。其中，第三杆125b为两个，两个第三杆125b分别设置在第二杆125a的两个端部，并分别连接左侧眼球123和右侧眼球123，从而通过第二眼部驱动机构124同时带动两个眼球123的上下运动。

进一步地，在本实用新型中，为了能够进一步地仿真人类眼部结构以增加眼部的灵活度及丰富性，可将眼部运动模块100配置为还包括眼皮运动组件130，其中，眼皮运动组件130包括眼皮驱动机构131、第三连杆组件132以及眼皮133，眼皮驱动机构131设置在安装架110上，眼皮133可转动地设置在安装架110上，且位于眼球123的外部，眼皮驱动机构131通过第三连杆组件132驱动眼皮133转动。在本实用新型中，眼皮运动组件130为两组，分别配置在安装架110的左右两侧，左侧眼皮运动组件130用于驱动左侧眼球123的眼皮的张开与闭合，右侧眼皮运动组件130用于驱动右侧眼球123的眼皮的张开与闭合。其中，左侧眼皮运动组件与右侧眼皮运动组件结构相同。

具体地，如图3所示，为了实现仿人面部表情机构的睁眼与闭眼操作，可将眼皮133配置为包括上眼皮133a和下眼皮133b，上眼皮133a和下眼皮133b均可转动地设置在安装架110上，第三连杆组件132包括第一连杆132a、第二连杆132b和第一摆杆，第一摆杆与眼皮驱动机构131连接，第一连杆132a的第一端与第二连杆132b的第一端均与第一摆杆的端部连接，第一连杆132a的第二端与上眼皮133a铰接，第二连杆132b的第二端与下眼皮133b铰接，眼皮驱动机构131通过第三连杆组件132驱动上眼皮133a和下眼皮133b打开或闭合。其中，作为本实用新型的一个具体实施方式，可将眼皮驱动机构131设置为舵机，以通过舵机来驱动眼皮运动。

进一步地，为了模拟人类面部眉毛运动，在本实用新型中，可将仿人面部表情机构配置为还包括眉毛运动模块300，眉毛运动模块300包括眉毛驱动机构310、传动机构320以及眉毛330，眉毛驱动机构310设置在基体上，眉毛330可活动地设置在基体上，眉毛驱动机构310通过传动机构320驱动眉毛330移动。应用此种配置方式，通过眉毛驱动机构310提供动力，并经传动机构320传递动力以带动眉毛330上下摆动，摆动幅度和速度均可调，从而能够更加逼真模拟人类高兴以及生气等眉毛变化情况。

具体地，在本实用新型中，如图4所示，为了更加逼真地仿真人体面部结构，可将眉毛运动模块300配置为包括两个眉毛330，传动机构320包括第二摆杆、第三连杆321、固定轴322、滑块323、第四连杆324和第五连杆325，其中，第二摆杆与眉毛驱动机构310连接，第三连杆321的一端与第二摆杆的摆动端连接，固定轴322竖直设置在基体上，滑块323可移动地设置在固定轴322上，第三连杆321的另一端与滑块323连接，第四连杆324的第一端和第五连杆325的第一端分别连接在滑块323的两端，第四连杆324的第二端与其中一个眉毛330铰接，第五连杆325的第二端与另一个眉毛330铰接。作为本实用新型的一个具体实施例，可将眉毛驱动机构310配置为舵机。

应用此种配置方式，通过眉毛驱动机构310通过驱动第二摆杆以带动第三连杆321运动，第三连杆321带动滑块323沿着固定轴322上下运动，在滑块323的两端分别球铰接连接有第四连杆324和第五连杆325，滑块323通过第四连杆324和第五连杆325以带动位于基体左右两侧的两个眉毛330的上下摆动，从而能够生动形象地模拟人类不同情绪下的眉毛变化情况。

进一步地，为了模拟人类面部嘴巴的运动，如图5所示，在本实用新型中，可将仿人面部表情机构配置为还包括嘴巴运动模块400，嘴巴运动模块400包括嘴巴驱动机构410、固定架420、第四连杆组件430以及弹性片440，固定架420设置在基体上，嘴巴驱动机构410和弹性片440均设置在固定架420上，嘴巴驱动机构410通过第四连杆组件430驱动弹性片440变形。作为本实用新型的一个具体实施方式，可将嘴巴驱动机构410设置为舵机。

应用此种配置方式，通过嘴巴驱动机构410提供动力，以带动第四连杆组件430运动，第四连杆组件430与弹性片440相连接，因此，第四连杆组件430的运动能够带动弹性片440的弯曲变形，弹性片440的弯曲变形能够形象地示出人类在不同情绪下嘴巴的变化情况。

进一步地，为了更加逼真模拟人体嘴巴运动，可将嘴巴运动模块400配置为包括一一对应设置的两个嘴巴驱动机构410、两个第四连杆组件430以及两个弹性片440，两个第四连杆组件430以及两个弹性片440对称设置在固定架420上，两个弹性片440形成嘴巴。由此，通过两个相对设置的弹性片440的运动，使得该仿人面部表情机构能够形象示出嘴巴张开、嘴巴闭合、嘴巴上弯及嘴巴下弯等动作。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种机器人，该机器人包括如上所述的仿人面部表情机构。根据上述记载可知，本实用新型提供的仿人面部表情机构表情更加丰富、生动且具体，因此，具有该仿人面部表情机构的机器人能够更加逼真地模仿人类表情动作，与人类互动性及娱乐性均得到提高。

作为本实用新型的一个具体实施例，机器人的仿人面部表情机构的上眼皮和下眼皮的眨动角度范围为35°左右，速度至少为30°/s，其中眼皮眨动的速度可调；脸颊运动上扬、下挫的范围为±20°左右，速度至少为30°/s，其中脸颊运动的速度可调；眉毛上下运动的范围为±20°左右，速度至少为30°/s，其中眉毛运动的速度可调；眼球上下左右转动的范围为±20°左右，速度至少为30°/s，其中眼球运动的速度可调。通过仿人面部表情机构各个部位驱动机构的驱动，从而能够根据实际需要调整各个表情部位运动的角度和速度，以实现不同的表情动作。

进一步地，为了更加逼真模拟人体面部运动，可将具有弹性的面部材料贴合在仿人面部表情机构的眼部、脸颊、眉毛和嘴巴上，通过各个部位的驱动机构以带动弹性材料活动，从而能够实现机器人面部的正常、开心和悲伤等表情活动。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。