仿生眼部的制作方法

本发明属于机器人技术领域，具体地来说，是一种仿生眼部。

背景技术：

随着机器人技术的快速发展，人们对于机器人的功能要求一再增加，不再满足于传统的笨拙概念。为此，机器人的仿生性能逐渐变得重要，以高度模拟人类或动物的关节活动或表情动作。

目前，仿生机器人的仿生性能研究多集中于运动形态，对于表情的研究尚显匮乏。表情表达结构的缺位，使现有的仿人或动物机器人只是冷冰冰的一堆机械，缺乏与用户友好的互动。

其中，眼睛是生物表情达意的重要窗口，对于提高机器人的仿生性能尤显重要。现有的仿生机器人，多仅具有起象征作用的眼部结构，或无法发生动作，或动作十分僵硬，且协同性能很低，尚难满足仿生机器人的仿真要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种仿生眼部，其组成部件之间具有同步运动性能，以高度的协同性逼真地再现生物的眼部表情动作，具有突出的仿生性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种仿生眼部，包括眼部支架，所述眼部支架上设有：

眼球运动单元，包括铰接于所述眼部支架的眼球组件及用于驱动所述眼球组件旋转的第一连杆机构；

眼眉运动单元，包括铰接于所述眼部支架的眼眉及用于驱动所述眼眉旋转的第二连杆机构，所述眼球组件与所述眼眉具有同步俯仰旋转关系；

驱动轴，用于同时驱动所述第一连杆机构的主动件与所述第二连杆机构的主动件。

作为上述技术方案的改进，所述眼部支架上还设有眼皮运动单元，所述眼皮运动单元包括：

眼皮组件，包括分别铰接于所述眼部支架的上眼皮与下眼皮；

第三连杆机构和/或第四连杆机构，所述第三连杆机构用于驱动所述上眼皮与所述下眼皮同步俯仰旋转，所述第四连杆机构用于驱动所述上眼皮与所述下眼皮同步反向旋转。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动轴用于驱动所述第三连杆机构的主动件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述眼皮组件还包括眼皮驱动件、上眼皮驱动杆与下眼皮驱动杆，所述第三连杆机构用于驱动所述眼皮驱动件旋转，所述第四连杆机构用于驱动所述眼皮驱动件直线运动，所述上眼皮驱动杆两端分别铰接所述眼皮驱动件与所述上眼皮，所述下眼皮驱动杆两端分别铰接所述眼皮驱动件与所述下眼皮。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第三连杆机构包括依次铰接的第三主动件、第一眼皮连杆与第二眼皮连杆，所述第三主动件与所述驱动轴固定连接，所述第二眼皮连杆与所述眼皮组件铰接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第四连杆机构包括依次铰接的第四主动件、第三眼皮连杆与第四眼皮连杆，第四眼皮连杆与所述眼皮组件铰接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第四眼皮连杆一端铰接于所述眼部支架，所述第四眼皮连杆与所述眼皮组件的铰接轴可滑动地保持于所述眼部支架上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一连杆机构包括依次铰接的第一主动件、第一眼球连杆与第二眼球连杆，所述第一主动件固定连接于所述驱动轴，所述第二眼球连杆与所述眼球组件连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述眼球组件包括眼球与眼球安装座，所述眼球可俯仰旋转及水平旋转地地保持于所述眼球安装座上，所述眼球安装座与所述眼部支架固定连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二连杆机构包括依次铰接的第二主动件与眼眉连杆，所述第二主动件固定连接于所述驱动轴，所述眼眉连杆与所述眼眉连接。

本发明的有益效果是：

眼球运动单元以第一连杆机构驱动眼球组件俯仰旋转，眼眉运动单元以第二连杆机构驱动眼眉俯仰旋转，同时第一连杆机构与第二连杆机构的主动件同时由驱动轴驱动，使眼球组件与眼眉具有同步俯仰旋转关系，实现二者的协同俯仰动作，从而实现对眼部的抬眼或垂眼的高度还原，提供了一种仿真性能突出的仿生眼部。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的仿生眼部的第一示意图；

图2是图1中仿生眼部的m处放大示意图；

图3是本发明实施例提供的仿生眼部的眼球组件的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的仿生眼部的第二示意图；

图5是本发明实施例提供的仿生眼部的第三示意图。

主要元件符号说明：

1000-仿生眼部，0100-眼部支架，0110-直线滑槽，0200-眼球运动单元，0210-眼球组件，0211-眼球，0212-眼球安装座，0213-纵向旋转轴，0220-第一连杆机构，0221-第一主动件，0222-第一眼球连杆，0223-第二眼球连杆，0300-眼眉运动单元，0310-眼眉，0320-第二连杆机构，0321-第二主动件，0322-眼眉连杆，0400-驱动轴，0500-眼皮运动单元，0510-眼皮组件，0511-上眼皮，0512-下眼皮，0513-眼皮驱动件，0514-上眼皮驱动杆，0515-下眼皮驱动杆，0520-第三连杆机构，0521-第三主动件，0522-第一眼皮连杆，0522a-第一腰型孔，0523-第二眼皮连杆，0530-第四连杆机构，0531-第四主动件，0532-第三眼皮连杆，0533-第四眼皮连杆，0533a-第二腰型孔，0600-第一舵机，0700-第二舵机。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对仿生眼部进行更全面的描述。附图中给出了仿生眼部的优选实施例。但是，仿生眼部可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对仿生眼部的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在仿生眼部的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1～4，本实施例提供一种仿生眼部1000，该仿生眼部1000包括眼部支架0100，眼部支架0100上设有可同步运动的眼球运动单元0200与眼眉运动单元0300。其中，眼球运动单元0200与眼眉运动单元0300由同一驱动轴0400同时驱动，实现眼球组件0210与眼眉0310的同步俯仰旋转，实现对生物眼部的高度仿真，使之具有丰富而逼真的眼部表情。以下对该仿生眼部1000的主要构造进行详细介绍。

眼球运动单元0200包括眼球组件0210与第一连杆机构0220，用于实现眼球组件0210的俯仰旋转。其中，眼球组件0210铰接于眼部支架0100，具有俯仰旋转能力。第一连杆机构0220用于驱动眼球组件0210旋转，保证眼球组件0210的旋转动能。

应当理解，所谓俯仰旋转，对应于生物的抬眼与垂眼动作。更准确而言，即眼部于铅垂面内的旋转动作。通过俯仰旋转，眼球组件0210与眼眉0310得以逼真模仿生物的眼部动作。

优选地，眼球组件0210包括眼球0211与眼球安装座0212。眼球0211可俯仰旋转地保持于眼球安装座0212上，眼球安装座0212与眼部支架0100固定连接。示范性地，眼球0211与眼球安装座0212水平铰接，铰接轴轴向沿水平方向。在此结构下，眼球0211的俯仰旋转动作得以保证。

进一步优选，眼球0211通过纵向旋转轴0213与眼球安装座0212铰接，纵向旋转轴0213的轴向与水平方向垂直。通过二级铰接连接，眼球0211可分时俯仰旋转及水平旋转地地保持于眼球安装座0212上，具有多向旋转能力而丰富眼部动作。

其中，第一连杆机构0220即连杆机构，又称低副机构，是机械的组成部分中的一类，指由若干(两个以上)有确定相对运动的构件用低副(转动副或移动副)联接组成的机构。一般地，第一连杆机构0220的实现方式包括空间连杆机构与平面连杆机构等类型。

示范性地，第一连杆机构0220为平面连杆机构。第一连杆机构0220包括依次铰接的第一主动件0221、第一眼球连杆0222与第二眼球连杆0223，第一主动件0221固定连接于驱动轴0400，第二眼球连杆0223与眼球组件0210连接。

在驱动轴0400的带动下，第一主动件0221绕驱动轴0400旋转，并依次驱动第一眼球连杆0222与第二眼球连杆0223，使第二眼球连杆0223转动。在第二眼球连杆0223的驱动下，眼球组件0210绕其与眼部支架0100的铰接轴俯仰旋转。其中，第二眼球连杆0223与眼球组件0210可固定连接，亦可铰接。在一个示范性的实施例中，第二眼球连杆0223直接连接于眼球0211。

眼眉运动单元0300包括眼眉0310与第二连杆机构0320，用于实现眼眉0310的俯仰旋转。其中，眼眉0310铰接于眼部支架0100，具有俯仰旋转能力。第二连杆机构0320用于驱动眼眉0310旋转，保证眼眉0310的旋转动能。

其中，第二连杆机构0320即连杆机构，其实现方式可包括空间连杆机构与平面机构等类型。示范性地，第二连杆机构0320为平面连杆机构。第二连杆机构0320包括依次铰接的第二主动件0321与眼眉连杆0322，第二主动件0321固定连接于驱动轴0400，眼眉连杆0322与眼眉0310连接。

在驱动轴0400的带动下，第二主动件0321绕驱动轴0400旋转，并带动眼眉连杆0322转动。在眼眉连杆0322的驱动下，眼眉0310绕其与眼部支架0100的铰接轴俯仰旋转。其中，眼眉连杆0322与眼眉0310之间可固定连接，亦可采铰接关系。

驱动轴0400用于同时驱动第一连杆机构0220的主动件与第二连杆机构0320的主动件，使眼球组件0210与眼眉0310具有同步俯仰旋转关系。其中，驱动轴0400可旋转地保持于眼部支架0100上，具有主动旋转能力。

在前述的示范例中，第一连杆机构0220的主动件为第一主动件0221，第二连杆机构0320的主动件为第二主动件0321。第一主动件0221与第二主动件0321均固定连接于驱动轴0400上，具有同步旋转的运动特性，使眼球组件0210与眼眉0310的同步俯仰旋转得以保证。犹佳地，第一主动件0221、第二主动件0321与驱动轴0400一体成型。

优选地，驱动轴0400还连接有驱动源，用于实现驱动轴0400的主动旋转。其中，驱动源可采用液压马达、伺服电机、步进电机等类型。示范性地，驱动源为第一舵机0600。第一舵机0600是一种带有位置反馈控制的伺服驱动器，其实质属于闭环控制的伺服控制系统。

实施例2

请结合参阅图1～5，在实施例1的基础上，本实施例提供一种具有眼皮同步俯仰功能的仿生眼部1000，进一步提高仿生度，使机器人眼部表情更为逼真，具有眼球组件0210、眼眉0310与眼皮的同步俯仰。

优选地，眼部支架0100上还设有眼皮运动单元0500，眼皮运动单元0500包括眼皮组件0510与第三连杆机构0520，用于实现眼皮组件0510随眼球组件0210的同步俯仰旋转。其中，眼皮组件0510包括上眼皮0511与下眼皮0512，上眼皮0511与下眼皮0512分别铰接于眼部支架0100，均具有俯仰旋转能力。

第三连杆机构0520用于驱动上眼皮0511与下眼皮0512同步俯仰旋转，保证上眼皮0511与下眼皮0512的旋转动能以及同步性。换言之，第三连杆机构0520同时驱动上眼皮0511与下眼皮0512，且上眼皮0511与下眼皮0512具有相同的旋转方向，同时上抬或下垂。

其中，眼皮组件0510与眼球组件0210、眼眉0310具有同步俯仰旋转关系，保证眼部俯仰动作的协同性。在此，可通过多种方式实现同步运动，示范性地，第三连杆机构0520的主动件由驱动轴0400驱动。换言之，驱动轴0400同时驱动第一连杆机构0220的主动件、第二连杆机构0320的主动件与第三连杆机构0520的主动件，保证眼球组件0210、眼眉0310与眼皮组件0510的俯仰旋转运动同步。

其中，第三连杆机构0520即连杆机构，其实现方式可包括空间连杆机构与平面机构等类型。示范性地，第三连杆机构0520为平面连杆机构。优选地，第三连杆机构0520包括依次铰接的第三主动件0521、第一眼皮连杆0522与第二眼皮连杆0523，第三主动件0521与驱动轴0400固定连接，第二眼皮连杆0523与眼皮组件0510铰接。

在驱动轴0400的带动下，第三主动件0521绕驱动轴0400旋转，并依次驱动第一眼皮连杆0522与第二眼皮连杆0523，使第二眼皮连杆0523转动。在第二眼皮连杆0523的驱动下，眼皮组件0510对应运动，使上眼皮0511与下眼皮0512绕各自与眼部支架0100的铰接轴同步地俯仰旋转。

其中，眼皮组件0510还包括传动件，用于将第二眼皮连杆0523的旋转运动转换为上眼皮0511与下眼皮0512的同步俯仰旋转。优选地，传动件包括眼皮驱动件0513、上眼皮驱动杆0514与下眼皮驱动杆0515。

其中，第三连杆机构0520用于驱动眼皮驱动件0513旋转。在前述示范例中，第二眼皮连杆0523与眼皮驱动件0513铰接。上眼皮驱动杆0514两端分别铰接眼皮驱动件0513与上眼皮0511，下眼皮驱动杆0515两端分别铰接眼皮驱动件0513与下眼皮0512。

其中，眼皮驱动件0513远离上眼皮驱动杆0514及下眼皮驱动杆0515的一端与第二眼皮连杆0523铰接。换言之，上眼皮驱动杆0514与下眼皮驱动杆0515位于眼皮驱动件0513的同侧，第二眼皮连杆0523位于眼皮驱动件0513的另一侧。在一个示范性的实施例中，眼皮驱动件0513上形成三角式的铰接关系。进一步地，沿铅垂方向的空间位置，第二眼皮连杆0523与眼皮驱动件0513的铰接部，位于上眼皮驱动杆0514与眼皮驱动件0513的铰接部和下眼皮驱动杆0515与眼皮驱动件0513的铰接部之间。

在此，第二眼皮连杆0523驱动眼皮驱动件0513转动，眼皮驱动件0513带动上眼皮驱动杆0514与下眼皮驱动杆0515沿同一方向转动，进而驱动上眼皮0511与下眼皮0512沿同一方向俯仰旋转，保证俯仰旋转的同步性。

进一步优选，第一眼皮连杆0522中部铰接于眼部支架0100，使第一眼皮连杆0522绕其与眼部支架0100的铰接轴旋转。进一步地，第一眼皮连杆0522一端设有第一腰型孔0522a，通过第一腰型孔0522a与第三主动件0521铰接，避免第一眼皮连杆0522反向冲击第三主动件0521，保证传动结构安全。

实施例3

请结合参阅图1～5，在实施例1的基础上，本实施例提供一种具有眼皮开合功能的仿生眼部1000，用以仿真生物眼部的张合功能，使之更为逼真，进一步增强仿生眼部1000的仿真性能。

优选地，眼部支架0100上还设有眼皮运动单元0500，眼皮运动单元0500包括眼皮组件0510与第四连杆机构0530。其中，眼皮组件0510与实施例2所述的结构相同，在此不再赘述。

第四连杆机构0530用于驱动上眼皮0511与下眼皮0512同步反向旋转，即后二者的旋转同步而方向相反，实现眼皮的闭合与张开。例如，当上眼皮0511与下眼皮0512相对地旋转接近时，眼皮实现闭合；当上眼皮0511与下眼皮0512相背地旋转远离时，眼皮实现张开。

其中，第四连杆机构0530即连杆机构，其实现方式可包括空间连杆机构与平面机构等类型。示范性地，第四连杆机构0530包括依次铰接的第四主动件0531、第三眼皮连杆0532与第四眼皮连杆0533，第四眼皮连杆0533与眼皮组件0510铰接。

第四主动件0531可旋转地保持于眼部支架0100上，具有主动旋转能力。第四主动件0531依次驱动第三眼皮连杆0532与第四眼皮连杆0533，使第四眼皮连杆0533转动。在第四眼皮连杆0533的驱动下，眼皮组件0510对应运动，使上眼皮0511与下眼皮0512绕各自与眼部支架0100的铰接轴同步地反向旋转。

优选地，第四主动件0531还连接有驱动源，用于实现第四主动件0531的主动旋转。其中，驱动源可采用液压马达、伺服电机、步进电机等类型。示范性地，驱动源为第二舵机0700。第二舵机0700是一种带有位置反馈控制的伺服驱动器，其实质属于闭环控制的伺服控制系统。

优选地，第四眼皮连杆0533一端铰接于眼部支架0100，第四眼皮连杆0533与眼皮组件0510的铰接轴可滑动地保持于眼部支架0100上。优选地，第四连杆机构0530用于驱动眼皮驱动件0513直线运动，眼皮驱动件0513分别与上眼皮驱动杆0514、下眼皮驱动杆0515形成曲柄滑块机构，使直线运动转换为上眼皮驱动杆0514与下眼皮驱动杆0515的转动，从而实现同步反向旋转。

其中，眼皮组件0510还包括传动件，用于将第二眼皮连杆0523的旋转运动转换为上眼皮0511与下眼皮0512的同步俯仰旋转。优选地，传动件包括眼皮驱动件0513、上眼皮驱动杆0514与下眼皮驱动杆0515。

其中，第四连杆机构0530用于驱动眼皮驱动件0513直线运动，使上眼皮0511与下眼皮0512。在前述示范例中，第四眼皮连杆0533一端铰接于眼部支架0100，第四眼皮连杆0533与眼皮组件0510(具体为眼皮驱动件0513)的铰接轴可滑动地保持于眼部支架0100上。换言之，眼部支架0100上设有直线滑槽0110，该铰接轴可滑动地保持于直线滑槽0110内。上眼皮驱动杆0514两端分别铰接眼皮驱动件0513与上眼皮0511，下眼皮驱动杆0515两端分别铰接眼皮驱动件0513与下眼皮0512。

在第三眼皮连杆0532的驱动下，第四眼皮连杆0533绕其与眼部支架0100的铰接轴旋转，并使眼皮驱动件0513具有转动趋势。第四眼皮连杆0533与眼皮组件0510受到直线滑槽0110的约束，使眼皮驱动件0513的转动趋势转换为实际的直线运动。眼皮驱动件0513分别与上眼皮驱动杆0514、下眼皮驱动杆0515形成曲柄滑块机构，使直线运动转换为上眼皮驱动杆0514与下眼皮驱动杆0515的转动，从而实现同步反向旋转。

进一步优选，第四眼皮连杆0533上设有第二腰型孔0533a，通过第二腰型孔0533a与眼皮驱动件0513铰接，避免眼皮驱动件0513反向冲击第四眼皮连杆0533，保证传动结构安全。

实施例4

请结合参阅图1～5，在实施例2与3的基础上，本实施例提供一种仿生眼部1000，具有兼有俯仰与开合功能的眼皮，用以进一步仿真生物眼部的眼皮功能，使之更为逼真，进一步增强仿生眼部1000的仿真性能。

具体地，本实施例的仿生眼部1000包括眼皮运动单元0500，该眼皮运动单元0500包括实施例2与3所介绍的眼皮组件0510、第三连杆机构0520与第四连杆机构0530，既可随眼球组件0210、眼眉0310同步俯仰旋转，又可旋转张合眼皮，具有突出的仿真能力。

在这里示出和描述的所有示例中，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，示例性实施例的其他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定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。