仿人表情机器人头部结构及机器人头部控制系统技术方案

本实用新型专利技术实施例适用于机器人技术领域，提供了一种仿人表情机器人头部结构及机器人头部控制系统。该仿人表情机器人头部结构包括头骨外壳、用于控制眉毛转动的上层机构、用于控制眼球及眼睑转动的中层机构、以及用于控制嘴巴张合与咧开及舌头吞吐的下层机构；上层机构、中层机构以及下层机构均安装于头骨外壳内，上层机构安装于中层机构的上端，中层机构的下端安装在下层机构的上端。该机器人头部控制系统包括仿人表情机器人头部结构、用于负重表情决策的上位机以及用于负责控制仿人表情机器人头部结构工作的下位机。本实用新型专利技术结构紧凑，节省了空间，并且其自由度高、控制简单、造价低廉以及实用性强，能应用于产品二次开发及人机交互研究。

Head Structure and Head Control System of Humanoid Emotional Robot

The embodiment of the utility model is applicable to the field of robot technology, and provides a human-like expression robot head structure and a robot head control system. The head structure of the humanoid expression robot includes a skull shell, an upper mechanism for controlling eyebrow rotation, a middle mechanism for controlling eyeball and eyelid rotation, and a lower mechanism for controlling mouth opening and opening and tongue throughput. The upper mechanism, the middle mechanism and the lower mechanism are all installed in the skull shell, and the upper mechanism is installed in the upper and middle mechanism. The lower end of the mechanism is installed at the upper end of the lower mechanism. The head control system of the robot includes the head structure of the humanoid expression robot, the upper computer for decision-making of load expression and the lower computer for controlling the head structure of the humanoid expression robot. The utility model has compact structure, saves space, high degree of freedom, simple control, low cost and strong practicability, and can be applied to product secondary development and human-computer interaction research.

【技术实现步骤摘要】
仿人表情机器人头部结构及机器人头部控制系统
本技术属于机器人
，尤其涉及一种仿人表情机器人头部结构及机器人头部控制系统。
技术介绍
国内仿人表情机器人的研发工作在进入21世纪之后才陆续出现，以哈尔滨工业大学为代表，表情机器人研究在最近十几年发展迅速。仿人头机器人在能够做出基本表情的基础上具有人脸检测、语音情感识别与合成、情感行为决策等能力，能够通过机器视觉、语音交互、情感表达等方式与人进行有效地情感交互。然而，现有的仿人表情机器人大多结构复杂，造价昂贵，并且控制复杂，其用于展示偏多，实际用途偏少，不具备实用性。
技术实现思路
本技术实施例所要解决的技术问题在于提供一种仿人表情机器人头部结构及机器人头部控制系统，旨在解决现有技术中的仿人表情机器人结构复杂、造价昂贵以及实用性不强的问题。本技术实施例是这样实现的，提供一种仿人表情机器人头部结构，其包括具有嘴巴的头骨外壳、用于控制眉毛转动的上层机构、用于控制眼球及眼睑转动的中层机构、以及用于控制嘴巴张合与咧开及舌头吞吐的下层机构；所述上层机构、中层机构以及下层机构均安装于所述头骨外壳内，所述上层机构安装于所述中层机构的上端，所述中层机构的下端安装在所述下层机构的上端；所述中层机构包括中层支撑架、眼球、上眼睑、下眼睑、第一控制机构、第二控制机构以及第三控制机构；所述上眼睑与下眼睑均可转动地连接于所述中层支撑架的前端，所述第三控制机构的驱动端驱动所述上眼睑与下眼睑相互闭合与张开，所述眼球置于所述上眼睑与下眼睑构成的空间内，所述第二控制机构的驱动端驱动所述眼球上下转动，所述第一控制机构的驱动端驱动所述眼球左右转动。进一步地，所述第一控制机构包括第一舵机和第一连杆，所述第一舵机安装于所述中层支撑架上，所述第一舵机的舵机臂与所述第一连杆的一端球铰连接，所述第一连杆的另一端与所述眼球的内部侧端球铰连接。进一步地，所述第二控制机构包括第二舵机和第二连杆，所述第二舵机安装于所述中层支撑架上，所述第二舵机的舵机臂与所述第二连杆的一端球铰连接，所述第二连杆的另一端与所述眼球的内部上端球铰连接。进一步地，所述第三控制机构包括第三舵机、上眼睑连杆以及下眼睑连杆，所述第三舵机安装于所述中层支撑架上，所述第三舵机的舵机臂均与所述上眼睑连杆及下眼睑连杆的一端球铰连接，所述上眼睑连杆的另一端与所述上眼睑的外部侧端球铰连接，所述下眼睑连杆的另一端与所述下眼睑的外部侧端铰连接。进一步地，所述眼球的内侧中部通过万向节可转动地连接于所述中层支撑架上。进一步地，所述上层机构包括上层支撑架、眉毛控制舵机以及眉毛转动件，所述上层支撑架安装在所述中层支撑架上端，所述眉毛控制舵机安装在所述上层支撑架上，所述眉毛控制舵机的输出端与所述眉毛转动件连接。进一步地，所述下层机构包括下层支撑架、嘴巴张合控制舵机、两个嘴巴咧开件、两个嘴巴裂开控制舵机、舌头件、舌头连杆组件以及舌头吞吐控制舵机；所述下层支撑架安装在所述中层支撑架下端，所述嘴巴张合控制舵机、两个嘴巴裂开控制舵机以及舌头吞吐控制舵机均安装在所述下层支撑架下端，所述的两个嘴巴裂开控制舵机分别位于所述下层支撑架的前端两侧，并且所述的两个嘴巴裂开控制舵机的输出端均与所述嘴巴咧开件连接，所述舌头件的一端可移动地穿过所述下层支撑架后，并与所述舌头连杆组件的一端转动连接，所述舌头连杆组件的另一端与所述舌头吞吐控制舵机传动连接；所述头骨外壳包括上部头骨和下巴，所述下巴通过销轴与所述上部头骨转动连接，并由所述嘴巴张合控制舵机的舵机臂控制所述下巴转动。进一步地，所述舌头连杆组件包括第一驱动杆和第二驱动杆，所述第一驱动杆的一端与所述舌头吞吐控制舵机的舵机臂转动连接，所述第一驱动杆的另一端与所述第二驱动杆的一端转动连接，所述第二驱动杆的另一端与所述舌头件转动连接。进一步地，所述仿人表情机器人头部结构还包括硅胶面皮，所述硅胶面皮通过胶水粘接在所述头骨外壳的外表层。本技术实施例还提供了一种机器人头部控制系统，该机器人头部控制系统包括上述的仿人表情机器人头部结构、用于负重表情决策的上位机以及用于负责控制所述仿人表情机器人头部结构工作的下位机；所述上位机接收外部声音及图像信息并传输至所述下位机，所述下位机根据接收的声音及图像信息控制所述仿人表情机器人头部结构进行相应表情动作。本技术实施例与现有技术相比，有益效果在于：本技术的仿人表情机器人头部结构包括上层机构、中层机构以及下层机构，上层机构用于控制控制眉毛转动，中层机构包括第一、第二及第三控制机构，其分别用于控制眼球左右转动、眼球上下转动以及上眼睑与下眼睑相互闭合与张开，下层机构用于控制嘴巴张合与咧开及舌头吞吐。该仿人表情机器人头部结构设计紧凑，节省了空间，并且其自由度高、控制简单、造价低廉以及实用性强，能够广泛应用于产品的二次开发及人机交互研究。附图说明图1是本技术实施例提供的仿人表情机器人头部结构分解结构示意图；图2是图1中的上层机构、中层机构及下层机构的分解结构示意图；图3是图2中的上层机构的结构示意图；图4是图2中的中层机构的结构示意图；图5是图4所示的中层机构另一角度的结构示意图；图6是图2中的下层机构的结构示意图；图7是图6所示的下层结构另一角度的结构示意图；图8是本技术实施例的机器人头部控制系统流程示意图。在附图中，各附图标记表示：1、头骨外壳；11、上部头骨；12、下巴；2、硅胶面皮；3、上层机构；4、中层机构；5、下层机构；6、上位机；7、下位机；31、上层支撑架；32、眉毛控制舵机；33、眉毛转动件；41、中层支撑架；42、眼球；43、上眼睑；44、下眼睑；45、第一控制机构；451、第一舵机；452、第一连杆；46、第二控制机构；461、第二舵机；462、第二连杆；47、第三控制机构；471、第三舵机；472、上眼睑连杆；473、下眼睑连杆；48、万向节；51、下层支撑架；52、嘴巴张合控制舵机；53、嘴巴咧开件；54、两个嘴巴裂开控制舵机；55、舌头件；56、舌头连杆组件；57、舌头吞吐控制舵机；561、第一驱动杆；562、第二驱动杆。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1与图2所示，是本技术实施例提供的一种仿人表情机器人头部结构。该仿人表情机器人头部结构包括具有嘴巴可开合的头骨外壳1、硅胶面皮2、上层机构3、中层机构4以及下层机构5。其中，上层机构3用于控制眉毛转动，中层机构4用于控制眼球及眼睑转动，下层机构5用于控制嘴巴张合与咧开及舌头吞吐。硅胶面皮2通过胶水粘接在头骨外壳1的外表层，上层机构3、中层机构4以及下层机构5均安装于头骨外壳1内，上层机构3安装于中层机构4的上端，中层机构4安装在下层机构5的上端，使上层机构3位于头骨外壳1内的上部，中层机构4位于头骨外壳1内的中部，下层机构5位于头骨外壳1的嘴巴处。上述实施例中，请一同参阅图3所示，上层机构3包括上层支撑架31、眉毛控制舵机32以及眉毛转动件33。上层支撑架31安装在中层机构4的上端，眉毛控制舵机32安装在上层支撑架31上，眉毛控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿人表情机器人头部结构，其特征在于，包括具有嘴巴的头骨外壳、用于控制眉毛转动的上层机构、用于控制眼球及眼睑转动的中层机构、以及用于控制嘴巴张合与咧开及舌头吞吐的下层机构；所述上层机构、中层机构以及下层机构均安装于所述头骨外壳内，所述上层机构安装于所述中层机构的上端，所述中层机构的下端安装在所述下层机构的上端；所述中层机构包括中层支撑架、眼球、上眼睑、下眼睑、第一控制机构、第二控制机构以及第三控制机构；所述上眼睑与下眼睑均可转动地连接于所述中层支撑架的前端，所述第三控制机构的驱动端驱动所述上眼睑与下眼睑相互闭合与张开，所述眼球置于所述上眼睑与下眼睑构成的空间内，所述第二控制机构的驱动端驱动所述眼球上下转动，所述第一控制机构的驱动端驱动所述眼球左右转动。

【技术特征摘要】
1.一种仿人表情机器人头部结构，其特征在于，包括具有嘴巴的头骨外壳、用于控制眉毛转动的上层机构、用于控制眼球及眼睑转动的中层机构、以及用于控制嘴巴张合与咧开及舌头吞吐的下层机构；所述上层机构、中层机构以及下层机构均安装于所述头骨外壳内，所述上层机构安装于所述中层机构的上端，所述中层机构的下端安装在所述下层机构的上端；所述中层机构包括中层支撑架、眼球、上眼睑、下眼睑、第一控制机构、第二控制机构以及第三控制机构；所述上眼睑与下眼睑均可转动地连接于所述中层支撑架的前端，所述第三控制机构的驱动端驱动所述上眼睑与下眼睑相互闭合与张开，所述眼球置于所述上眼睑与下眼睑构成的空间内，所述第二控制机构的驱动端驱动所述眼球上下转动，所述第一控制机构的驱动端驱动所述眼球左右转动。2.如权利要求1所述的仿人表情机器人头部结构，其特征在于，所述第一控制机构包括第一舵机和第一连杆，所述第一舵机安装于所述中层支撑架上，所述第一舵机的舵机臂与所述第一连杆的一端球铰连接，所述第一连杆的另一端与所述眼球的内部侧端球铰连接。3.如权利要求1所述的仿人表情机器人头部结构，其特征在于，所述第二控制机构包括第二舵机和第二连杆，所述第二舵机安装于所述中层支撑架上，所述第二舵机的舵机臂与所述第二连杆的一端球铰连接，所述第二连杆的另一端与所述眼球的内部上端球铰连接。4.如权利要求1所述的仿人表情机器人头部结构，其特征在于，所述第三控制机构包括第三舵机、上眼睑连杆以及下眼睑连杆，所述第三舵机安装于所述中层支撑架上，所述第三舵机的舵机臂均与所述上眼睑连杆及下眼睑连杆的一端球铰连接，所述上眼睑连杆的另一端与所述上眼睑的外部侧端球铰连接，所述下眼睑连杆的另一端与所述下眼睑的外部侧端铰连接。5.如权利要求1所述的仿人表情机器人头部结构，其特征在于，所述眼球的内侧中部通过万向节可转动地连接于所述中层支撑架上。6.如权利要求1至5中任意一项所述的仿人表情机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈申红，张家铭，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：新型
国别省市：广东,44