具有面部表情及多感知功能的仿人头像机器人，属于机器人应用领域。本发明专利技术的目的是为解决现有机器人表情单一、不具有多感知功能的问题。本发明专利技术的机器人本体包括运动驱动机构、表情驱动机构、面部壳体和面部弹性皮肤，运动控制系统包括舵机控制器和多个舵机，多感知传感系统感知到的信息输出给主控机进行处理，主控机输出相应的命令信息给舵机控制器，舵机控制器输出ＰＷＭ脉冲驱动相应的舵机转动到指定的位置，舵机带动运动驱动机构动作，牵动唇部皮肤运动以实现机器人仿人口形的功能，所述舵机带动表情驱动机构动作，以牵动面部弹性皮肤来实现机器人的多种面部表情。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有面部表情及多感知功能的仿人头像机器人，属于机器人 应用领域。
技术介绍
仿人机器人的研究开始于上世纪60年代，经过50几年的发展目前己成 为机器人
的主要研究方向之一。它集机械、电子、计算机、材料、 传感器、控制技术等多门科学于一体，代表着一个国家的高科技发展水平。"仿 人"的意义在于机器人具有类人的感知、决策、行为和交互能力。仿人机器人 不仅具有类人的外形外观，重要的是具有类人的感觉系统、类人的智能思维 方式和控制系统及决策能力，最终表现"行为类人"。在人机交互中，使机器 人具有"亲和力"，构建更融洽、更人性化的交流桥梁。情感在人类的认知、行 为过程中起着至关重要的作用，情感影响人类的创造、判断、决策、合理思 维、交流和其他一些认知过程。在人机交互中，被设计成具有情感的机器与 人建立友好的交互界面，使其具有参与社会事务和开展人际交往的能力，更 易被人类所接受；同时机器人具有"生命"使其主体的思维(或行为)具有明确 的目的性和方向性，从而显著地提高思维(或行为)的效率和速度；在动态、 不可预知和具有潜在"危险"的环境中，赋予机器人思维上的创造性和行为上的 自觉性，提高机器人适应环境的能力。目前， 一些仿人头像机器人的研制不具有多种感知功能，对基本面部表 情的实现也只限于一种表情。经文献检索发现中国专利公告号为CN 201088839，专利号为200720189947.7，名称为机器人笑表情肌肉动作机构。 该机构包括头颅架、橡胶表皮，橡胶表皮贴在头颅架上。其特点为机构简单 能够实现各种笑的表情。该机构不足之处在于不能实现其他面部表情。中国 专利公告号为CN 101020315A，专利号为200710038295.1，名称为仿人机器 人头部系统。该机构包括一个六自由度的串联型机构，以DSPF2812为主控节 点的可扩展处理器网络。六自由度的串联机构本体由六个舵机驱动，用来模拟双眼、颈部和下巴的运动。可扩展处理器网络由视频处理器、语音处理器、接口模块和DSP F2812主控电路组成。能实现人机交互过程中的运动控制和 计算要求。但是该仿人机器人头部系统不具有弹性面部皮肤，因此不能实现 对人类面部表情的再现，不具有拟人的多感知功能如嗅觉、触觉、视觉等。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有机器人表情单一、不具有多感知功能的问 题，提供了一种具有面部表情及多感知功能的仿人头像机器人。本专利技术包括机器人本体、运动控制系统、主控机和多感知传感系统， 机器人本体包括运动驱动机构、表情驱动机构、面部壳体和面部弹性皮肤，运动控制系统包括舵机控制器和多个舵机，多感知传感系统感知到的信息输出给主控机进行处理，主控机输出相应 的命令信息给舵机控制器，舵机控制器输出PWM脉冲驱动相应的舵机转动到 指定的位置，所述舵机带动运动驱动机构动作，牵动唇部皮肤一起运动以实 现机器人仿人口形的功能，所述舵机带动表情驱动机构动作，以牵动面部弹 性皮肤来实现机器人的多种面部表情。本专利技术的优点本专利技术的机器人头部可产生多种面部表情，仿人口形的 功能强大；具有多感知传感系统，本专利技术采用舵机作为驱动元件，舵机的体 积小、扭矩大，使得机器人的性价比更高。附图说明图1本专利技术结构示意图，图2是多感知传感系统中各传感器分布图，图3 是仿人口形各运动控制点分布图，图4是运动驱动机构结构示意图，图5是 眼部器官的位置图，图6是仿人口形各运动控制点的滑块分布图，图7是表 情驱动各表情控制点分布图，图8是面部表情驱动机构原理图，图9是口形 驱动机构原理图，图IO是本专利技术实现的表情——正常的图片，图11是本发 明实现的表情——微笑的图片，图12是本专利技术实现的表情——大笑的图片， 图13是本专利技术实现的表情——生气的图片，图14是本专利技术实现的表情—— 悲伤的图片，图15是本专利技术实现的表情——厌恶的图片，图16是本专利技术实 现的表情^i京讶的图片，图17是本专利技术实现的表情——害怕的图片。具体实施例方式具体实施方式一、下面结合图l、图4说明本实施方式，本实施方式包括 机器人本体l、运动控制系统2、主控机3和多感知传感系统4，机器人本体1包括运动驱动机构5、表情驱动机构6、面部壳体7和面部 弹性皮肤8，运动控制系统2包括舵机控制器9和多个舵机10，多感知传感系统4感知到的信息输出给主控机3进行处理，主控机3输 出相应的命令信息给舵机控制器9，舵机控制器9输出PWM脉冲驱动相应的 舵机10转动到指定的位置，所述舵机10带动运动驱动机构5动作，牵动唇 部皮肤一起运动以实现机器人仿人口形的功能，所述舵机IO带动表情驱动机 构6动作，以牵动面部弹性皮肤8来实现机器人的多种面部表情。面部壳体7的材料由快速成型粉末与化学试剂调制经模具成型，该材料 具有较强的抗冲击强度和较大的抗耐磨性和机械特性，能够满足壳体对面部 弹性皮肤8的支撑作用。另外面部壳体7中的下颚22与面颊部分采用分离式 结构，满足机器人头部器官的运动要求。舵机IO是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以 保持的控制系统。其工作原理是控制信号由接收机的通道进入信号调制芯 片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为 1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差 输出。最后电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转 速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转 动。本实施方式选用的舵机控制器9可驱动32路舵机10，舵机控制器9的控 制精度为0.09。/u s。舵机控制器9采用RS232串口与主控机3进行通信，主 控机3通过串口发送一定格式的指令到舵机控制器9，就可以从舵机控制器9 输出一定占空比的PWM脉冲信号，驱动相应的舵机10转动到指定位置。本实施方式中机器人头部具有10个自由度，其中运动驱动机构5具有4 个自由度，表情驱动机构6具有6个自由度。具体实施方式二、下面结合图2说明本实施方式，本实施方式与实施方6式一的不同之处在于，多感知传感系统4包括2个温度传感器33、 5个触觉 传感器34、 2个视觉传感器35、嗅觉传感器36和听觉传感器37， 2个温度传 感器33分别设置在前额的左右两侧，1个触觉传感器34设置在前额中部位置， 左右两侧面颊处各设置2个触觉传感器34, 2个视觉传感器35分别设置在左 右眼眶内，嗅觉传感器36设置在鼻子位置，听觉传感器37设置在下巴中部 位置，其它与实施方式一相同。图2所示为多感知传感系统中各传感器的分布图。在本实施方式中温度 传感器33采用CMOS传感集成电路S-8100B;触觉传感器34采用FSR传感 器，FSR传感器是一种通过改变电阻值来线性改变压力值的传感器，FSR传 感器不仅能检测出非常微弱的力，同时利用FSR传感器的两层结构来检测出 不同力的触摸方式，FSR传感器的结构外观像人的皮肤，因此采用FSR传感 器作为本实施例的触觉传感器34效果更好;视觉传感器35采用CCD摄像头， 双眼内分别安装一个CCD摄像头，双眼采用单独无耦合控制具有更远的视野 搜索范围，保证了机器人的视觉成像；嗅觉传感器36采用FIS系列气体传感 器；听觉传感器37采用台湾凌阳本文档来自技高网...
【技术保护点】
具有面部表情及多感知功能的仿人头像机器人，其特征在于它包括机器人本体（１）、运动控制系统（２）、主控机（３）和多感知传感系统（４）， 机器人本体（１）包括运动驱动机构（５）、表情驱动机构（６）、面部壳体（７）和面部弹性皮肤（８）， 运动控制系统（２）包括舵机控制器（９）和多个舵机（１０）， 多感知传感系统（４）感知到的信息输出给主控机（３）进行处理，主控机（３）输出相应的命令信息给舵机控制器（９），舵机控制器（９）输出ＰＷＭ脉冲驱动相应的舵机（１０）转动到指 定的位置，所述舵机（１０）带动运动驱动机构（５）动作，牵动唇部皮肤一起运动以实现机器人仿人口形的功能，所述舵机（１０）带动表情驱动机构（６）动作，以牵动面部弹性皮肤（８）来实现机器人的多种面部表情。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟国，孟庆梅，鹿麟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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