一种机器人嘴部表情模仿装置及控制方法与流程

本发明涉及机器人仿生领域，尤其涉及一种机器人嘴部表情模仿装置及控制方法。

背景技术：

随着智能科学、自动化科学的不断发展，越来越多的智能型类人机器人被生产。当今机器人说话时仅仅是发出语音，但是能够物理上模仿人类说话时嘴部运动及嘴部表情的机器人很少。为了使类人机器人更加逼真，能更好地与真人互动，需要设计控制类人机器人下颚以及嘴部皮肤表情的物理运动机构及其控制方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，一种机器人嘴部表情模仿装置，可以通过本发明模仿人类嘴部表情；

同时本发明还提供了一种机器人嘴部表情模仿装置的控制方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种机器人嘴部表情模仿装置，包括固定平台、上颚机构和下颚机构，所述上颚机构包括上颚框架和至少一个表情连杆单元，所述上颚框架和多个表情连杆单元均安装于固定平台上端，所述下颚机构与固定平台连接，所述下颚机构还连接有动力机构，所述动力机构安装于所述固定平台，通过上颚框架和表情连杆单元配合完成机器人上颚的表情动作，所述下颚机构在动力机构的驱动下完成下颚的表情动作。

优选的，所述表情连杆单元包括舵机、表情连杆和滑块，所述舵机安装于固定平台上端，所述表情连杆的一端与舵机的动力输出轴连接，所述表情连杆的另一端与滑块连接，所述滑块与机器人的皮肤连接；舵机带动表情连杆运动，再通滑块带动硅胶表皮运动，使机器人完成上颚表情动作。

优选的，所述舵机通过舵机座固定于固定平台，可以使舵机安装得更加稳固。

优选的，所述下颚机构包括至少一个支架、下颚框架和下颚齿轮，所述支架的一端与固定平台上端连接，所述支架的另一端通过下颚轴与下颚框架铰接，所述下颚轴的任意一端安装有下颚齿轮，所述下颚齿轮与所述动力机构连接，下颚齿轮带动下颚机构运动，完成下颚表情动作。

优选的，所述动力机构为电机，所述电机的动力输出轴上安装有电机齿轮，所述电机齿轮和下颚齿轮连接，通过电机带动下颚齿轮转动。

优选的，所述固定平台内还安装有角度编码器，所述角度编码器通过同步传输机构与所述电机连接，角度编码器可以测量电机的转动角度并加以控制。

优选的，所述同步传输机构包括第一同步轮、第二同步轮和同步带，所述第一同步轮安装于电机的动力输出轴，所述第二同步轮安装于角度编码器的编码轴，所述第一同步轮通过同步带与第二同步轮连接，电机通过同步带将运动状况反馈给角度编码器。

优选的，所述固定平台包括底座、支撑柱和固定板，所述底座固定于支撑柱底端，所述固定板固定于支撑柱顶端，所述上颚机构安装于固定板底面，所述下颚机构与所述固定板连接，所述动力机构安装于底座。

一种机器人嘴部表情模仿装置的控制方法，包括以下步骤：

将机器人的硅胶表皮安装在本机构上，通过上颚框架支撑硅胶表皮形成机器人上颚的形状，将滑块与上颚的硅胶表皮连接，舵机带动表情连杆运动，表情连杆通过滑块带动硅胶表皮运动，使机器人完成上颚表情动作；

通过下颚框架支撑硅胶表皮形成机器人下颚的形状，电机转动并通过电机齿轮和带动下颚齿轮转动，下颚齿轮带动下颚框架运动，完成下颚表情动作；

当电机带动下颚机构运动时，电机通过同步带将运动状况反馈给角度编码器，角度编码器将角度信号转化为电信号，完成负反馈。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明通过上颚框架和表情连杆单元配合模仿人的上颚运动，通过舵机驱动下颚框架模仿人的下颚运动，机器人的表情更加自然逼真。

2、本发明通过电机与角度编码器连接，可以有效控制电机的转动速度。

附图说明

图1是本发明的一种机器人嘴部表情模仿装置的结构示意图；

图2是本发明一种机器人嘴部表情模仿装置省略滑块的侧视图；

其中，1为固定平台，11为底座，12为支撑柱，13为固定板，2为上颚机构，21为上颚框架，3为表情连杆单元，31为舵机,，32为表情连杆，33为滑块，34为舵机座，4为下颚机构，41为下颚轴，42为下颚框架，43为下颚齿轮，44为支架，5为电机，51为电机齿轮，6为角度编码器，7为同步传输机构，71为第一同步轮，72为第二同步轮，73为第同步带。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、图2所示，一种机器人嘴部表情模仿装置，包括固定平台1、上颚机构2和下颚机构4，所述上颚机构2包括上颚框架21和两个表情连杆单元3，所述上颚框架21安装于固定板13下面，两个表情连杆单元3分别安装于上颚框架21两端，所述下颚机构2与固定板13连接，所述下颚机构2还连接有动力机构，所述动力机构安装于底座11，通过上颚框架21和表情连杆单元3配合完成机器人上颚的表情动作，所述下颚机构4在动力机构的驱动下完成下颚的表情动作。

所述表情连杆单元3包括舵机31、表情连杆32和滑块33，所述舵机31通过舵机座34安装于固定板13下面，所述表情连杆32的一端与舵机31的动力输出轴连接，所述表情连杆32的另一端与滑块33连接，所述滑块33与机器人的皮肤粘合；舵机31带动表情连杆32运动，再通滑块33带动硅胶表皮运动，使机器人完成上颚表情动作。

所述表情连杆32与舵机31旋转端用顶丝锁定旋转，防止表情连杆摆动过度。

所述下颚机构4包括至两个支架44、下颚框架42和下颚齿轮43，两个所述支架44的一端与固定板13下面连接，两个所述支架的另一端通过下颚轴41与下颚框架42铰接，所述下颚轴41的一端安装有下颚齿轮43，所述下颚齿轮43与电机齿轮51连接，下颚齿轮43带动下颚机构4运动，完成机器人下颚表情动作。

所述动力机构为电机5，所述电机5的动力输出轴上安装有电机齿轮51，所述电机齿轮51和下颚齿轮43连接，通过电机5带动下颚齿轮43转动。

所述固定平台1内还安装有角度编码器6，所述角度编码器6安装于所述电机5上端，所述角度编码器6通过同步传输机构7与所述电机5连接，角度编码器6可以测量电机5的转动角度并加以控制。

所述同步传输机构7包括第一同步轮71、第二同步轮72和同步带73，所述第一同步轮71安装于电机5的动力输出轴，所述第二同步轮72安装于角度编码器6的编码轴，所述第一同步轮71通过同步带73与第二同步轮72连接，电机5通过同步带73将运动状况反馈给角度编码器6。

所述固定平台1包括底座11、支撑柱12和固定板13，所述底座11固定于支撑柱12底端，所述固定板13固定于支撑柱12顶端。

一种机器人嘴部表情模仿装置的控制方法，包括以下步骤：

将机器人的硅胶表皮安装在本机构上，通过上颚框架21支撑硅胶表皮形成机器人上颚的形状，将滑块33与上颚两端的硅胶表皮粘合，舵机31带动表情连杆32运动，表情连杆通过滑块33带动硅胶表皮运动，使机器人完成上颚表情动作；

通过下颚框架42支撑硅胶表皮形成机器人下颚的形状，电机5转动并通过电机齿轮51和带动下颚齿轮43转动，下颚齿轮43带动下颚框架42运动，完成下颚表情动作；

当电机5带动下颚机构4运动时，电机5通过同步带73将运动状况反馈给角度编码器6，角度编码器6将角度信号转化为电信号，完成负反馈。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。