一种用于仿生机器人的仿生眼眉装置的制作方法

本发明涉及仿生机器人技术领域，更具体地，涉及一种用于仿生机器人的仿生眼眉装置。

背景技术：

随着仿生机器人的不断发展，各类仿人机器人也逐渐走入大众生活，对于机器人的面部表情的相应研究也越来越重要，其中眼部机械结构与眉部机械结构的驱动更是对于一个机器人面部表情极为重要的表达部分。

公开号为cn205166941u，公开日为2016.04.20，公开了一种面部表情机器人眼部结构装置，该装置利用舵机驱动两组曲柄连杆结构分别来实现眼球在左右和上下四个自由度的转动。但是，为了提高眼球的转动角度，曲柄连杆机构需要占用较大的活动空间，并且两组曲柄连杆结构设置紧密，结构不是完全独立，使得整个装置的结构复杂，不便于工作人员对该眼部结构装置进行检修。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种用于仿生机器人的仿生眼眉装置，通过柔索以及在眼球上设置多个驱动点去模拟眼部肌肉的运动，眼球的运动更加生动，且占用空间小，结构更加简单。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于仿生机器人的仿生眼眉装置，包括机架、眼部机构、眼睑机构、眉部机构，所述的眼部机构设于机架上，用于实现眼球的转动；所述的眼睑机构设于机架上，用于实现眨眼、闭眼动作；所述的眉部机构设于机架上，用于实现皱眉、挑眉动作；其特征在于，所述的眼部机构包括眼球、第一柔索、第二柔索、转动杆、水平转筒组、竖直转筒组、水平舵盘、竖直舵盘以及第一舵机和第二舵机；所述的转动杆的一端固定于机架上，另一端通过转动件与眼球的后部转动连接；所述的眼球上分别设有上侧驱动点、下侧驱动点、左侧驱动点和右侧驱动点，所述的第一柔索的一端与上侧驱动点连接，另一端依次绕过其中一组水平转筒、水平舵盘、另一组水平转筒后，与下侧驱动点连接，所述的水平转筒组设于机架上，所述的水平舵盘与第一舵机连接，所述的第一舵机固定于机架上；所述的第二柔索的一端与左侧驱动点连接，另一端依次绕过其中一组竖直转筒、竖直舵盘、另一组竖直转筒后，与右侧驱动点连接，所述的竖直转筒组设于机架上，所述的竖直舵盘与第二舵机连接，所述的第二舵机固定与机架上。

在其中一个实施例中，所述的眉部机构包括眉头驱动机构和眉尾驱动机构，所述的眉头驱动机构和眉尾驱动机构均安装于机架上。

在其中一个实施例中，所述的眉头驱动机构包括挑眉驱动机构，所述的挑眉驱动机构包括第三舵机、第一舵机臂、光轴、第一连杆以及第二连杆；所述的机架上设有用于安装眉头驱动机构的底板，所述的第三舵机固定于底板上，所述的第一舵机臂的一端与第三舵机连接，另一端套设在光轴的中部位置，所述的第一连杆一端和第二连杆的一端分别通过直线轴承与光轴的两端连接。

在其中一个实施例中，所述的眉头驱动机构还包括皱眉驱动机构，所述的皱眉驱动机构包括第四舵机、第二舵机臂、第一移动支架、第二移动支架、第三连杆、第四连杆以及第一转动臂和第二转动臂；在所述的底板上设有与眉毛平行设置的滑轨，所述的第一移动支架和第二移动支架的底部均设有与滑轨配合的滑块，所述的第一移动支架和第二移动支架分别通过滑块与滑轨的两端连接，所述的滑块能够在滑轨上来回滑动；所述的第四舵机固定于机架上，所述的第二舵机臂的中部与第四舵机连接，第二舵机臂位于第一移动支架和第二移动支架之间的位置，所述的第一转动臂的一端与第一移动支架转动连接，另一端与第二舵机臂的一端转动连接；所述的第二转动臂的一端与第二移动支架转动连接，另一端与第二舵机臂的另一端转动连接；所述的第三连杆的一端与第一移动支架转动连接，另一端用于与其中一个眉毛的眉头端连接，所述的第一连杆的另一端通过第一连接件与第三连杆转动连接；所述的第四连杆的一端与第二移动支架转动连接，另一端用于与另一个眉毛的眉头端连接，所述的第二连杆的另一端通过第一连接件与第四连杆转动连接。

在其中一个实施例中，所述的眉尾驱动机构包括第五舵机、第三舵机臂、第五连杆以及第六连杆；所述的机架上设有连接支架，所述的第六连杆的一端与连接支架转动连接，另一端用于与眉毛的眉尾连接；所述的第五舵机固定于机架上，所述的第三舵机臂的一端与第五舵机连接，另一端与第五连杆的一端转动连接，所述的五连杆的另一端通过第一连接件与第六连杆转动连接。

在其中一个实施例中，所述的眼睑机构包括眼睑、第七连杆、第四舵机臂以及第六舵机；所述的机架上设有用于安装眼睑的支撑架，所述的眼睑转动安装于支撑架上，所述的第六舵机固定于机架上，所述的第四舵机臂的一端与第六舵机连接，另一端与第七连杆的一端连接，第七连杆的另一端通过第二连接件与眼睑的一端转动连接。

在其中一个实施例中，所述的眼部机构还包括用于改变或调整第一柔索和第二柔索绕线方向的滑轮组，所述的滑轮组通过滑轮支架固定于机架上。

在其中一个实施例中，所述的转动件为关节轴承。

在其中一个实施例中，所述的水平舵盘的直径值大于竖直舵盘的直径值。

在其中一个实施例中，所述的眼部机构对称设有两组，所述的眉尾驱动机构对称设有两组，分别通过第六连杆与两个眉毛的眉尾对应连接；所述的眼睑机构对称设有两组，两个眼睑分别与两个眼球对应设置。

与现有技术相比，有益效果是：

1.本发明运用仿生设计眼部机械结构，以柔索、以及眼球的各个驱动点去模拟眼部肌肉、和眼球与肌肉的连接，眼球的转动更加生动，且通过柔索驱动，结构更加简单；

2.本发明的眉部驱动机构分为眉头驱动机构和眉尾驱动机构，而眉头驱动机构又分为挑眉驱动机构和皱眉驱动机构，通过各个机构相互之间的配合，可以做出多种不用的眉毛运动状态，使得整体表情更加的丰富逼真；

3.本发明的眼部机构、眉部机构以及眼睑机构之间相互独立运作，互不干扰，能够做到驱动结构的模块化，便于后期的维护修理工作，同时也可以根据不同的情况进行各个驱动机构的细节定制修改，而不会影响整体的运作。

附图说明

图1是本发明仿生眼眉装置的整体结构示意图。、

图2是本发明眼部机构第一视角结构示意图。

图3是本发明眼部机构第二视角结构示意图。

图4是本发明眼部机构的眼球与转动杆结构爆炸示意图。

图5是本发明眉部机构第一视角结构示意图。

图6是本发明眉部机构第二视角结构示意图。

图7是本发明眉部机构第三视角结构示意图。

图8是本发明挑眉机构结构示意图。

图9是本发明挑眉机构与皱眉机构连接示意图。

图10是本发明皱眉机构的部分结构示意图。

图11是本发明眉尾驱动机构结构示意图。

图12是本发明眼睑机构结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

如图1至图4所示，一种用于仿生机器人的仿生眼眉装置，包括机架1、眼部机构2、眼睑41机构4、眉部机构3，眼部机构2设于机架1上，用于实现眼球201的转动；眼睑41机构4设于机架1上，用于实现眨眼、闭眼动作；眉部机构3设于机架1上，用于实现皱眉、挑眉动作；其特征在于，眼部机构2包括眼球201、第一柔索202、第二柔索203、转动杆204、水平转筒组205、竖直转筒组206、水平舵盘207、竖直舵盘208以及第一舵机209和第二舵机210；转动杆204的一端固定于机架1上，另一端通过转动件211与眼球201的后部转动连接；所述的眼球201上分别设有上侧驱动点、下侧驱动点、左侧驱动点和右侧驱动点，第一柔索202的一端与上侧驱动点连接，另一端依次绕过其中一组水平转筒、水平舵盘207、另一组水平转筒后，与下侧驱动点连接，水平转筒组205设于机架1上，水平舵盘207与第一舵机209连接，第一舵机209固定于机架1上；第二柔索203的一端与左侧驱动点连接，另一端依次绕过其中一组竖直转筒、竖直舵盘208、另一组竖直转筒后，与右侧驱动点连接，竖直转筒组206设于机架1上，竖直舵盘208与第二舵机210连接，第二舵机210固定与机架1上。

在本实施例中，如图1至4所示，眼球201的固定采用后置式球心固定，及无眼眶固定，开放前板部分眼球201，后半部分眼球201用于固定，而且眼球201为非完整的球体，而是大于1/2的球体，前半部分为完整的半球体，作为眼球201通孔方向，后半部分作为与转动件211的固定处，实现无眼眶固定，自由驱动转动；眼球201的四周设置上下左右四个驱动点，左侧驱动点和右侧驱动点为一组，分别与第一柔索202的两端连接，第一柔索202的中部位置缠绕在水平舵盘207上，当水平舵机驱动水平舵盘207转动时，实现水平方向的左右旋转，则左右拉扯第一柔索202，实现眼球201的左右转动；同理，上侧驱动点与下侧驱动点为一组，分别与第二柔索203的两端连接，第二柔索203的中部位置缠绕在竖直舵盘208上，当竖直舵机驱动竖直舵盘208转动时，实现竖直方向的旋转，则上下拉扯第二柔索203，实现眼球201的上下转动。

在其中一个实施例中，眉部机构3包括眉头驱动机构和眉尾驱动机构33，眉头驱动机构和眉尾驱动机构33均安装于机架1上。眉部通过多个机构分别实现多种状态的运动，通过各个机构相互之间的配合，可以做出多种不用的眉毛运动状态，使得整体表情更加的丰富逼真。

在其中一个实施例中，如图5至8所示，眉头驱动机构包括挑眉驱动机构31，挑眉驱动机构31包括第三舵机311、第一舵机臂312、光轴313、第一连杆314以及第二连杆315；机架1上设有用于安装眉头驱动机构的底板11，第三舵机311固定于底板11上，第一舵机臂312的一端与第三舵机311连接，另一端套设在光轴313的中部位置，第一连杆314一端和第二连杆315的一端分别通过直线轴承与光轴313的两端连接。第三舵机311驱动第一舵机臂312上下摆动，从而驱动第一连杆314和第二连杆315上下摆动；第一连杆314和第二连杆315最终分别是与眉毛的眉头关联的，从而实现眉头的提眉、挑眉动作。

在其中一个实施例中，如图5、6、7、9、10所示，眉头驱动机构还包括皱眉驱动机构32，皱眉驱动机构32包括第四舵机321、第二舵机臂322、第一移动支架323、第二移动支架324、第三连杆325、第四连杆326以及第一转动臂327和第二转动臂328；在底板11上设有与眉毛平行设置的滑轨329，第一移动支架323和第二移动支架324的底部均设有与滑轨329配合的滑块320，第一移动支架323和第二移动支架324分别通过滑块320与滑轨329的两端连接，滑块320能够在滑轨329上来回滑动；第四舵机321固定于机架1上，第二舵机臂322的中部与第四舵机321连接，第二舵机臂322位于第一移动支架323和第二移动支架324之间的位置，第一转动臂327的一端与第一移动支架323转动连接，另一端与第二舵机臂322的一端转动连接；第二转动臂328的一端与第二移动支架324转动连接，另一端与第二舵机臂322的另一端转动连接；第三连杆325的一端与第一移动支架323转动连接，另一端用于与其中一个眉毛的眉头端连接，第一连杆314的另一端通过第一连接件5与第三连杆325转动连接；第四连杆326的一端与第二移动支架324转动连接，另一端用于与另一个眉毛的眉头端连接，第二连杆315的另一端通过第一连接件5与第四连杆326转动连接。

如图9所示，第二舵机臂322为特殊设计的舵机臂，中部位置用于与舵机连接，两端均设有连接端，用于与转动臂连接；第二舵机臂322位于第一移动支架323和第二移动支架324之间的位置，分别通过第一转动臂327和第二转动臂328与第一移动支架323和第二移动支架324连接；当第四舵机321驱动第二舵机臂322来回转动时，第二舵机臂322的两端分别通过第一转动臂327和第二转动臂328拉扯第一移动支架323和第二移动支架324相向或背向运动，即实现第一移动支架323和第二移动支架324沿着滑轨329来回运动；第三连杆325和第四连杆326的一端又是分别与眉毛的眉头连接的，当第一移动支架323和第二移动支架324相向移动时，则两个眉毛的眉头相向运动实现皱眉动作。另外，第一连杆314是与第三连杆325连接，第二连杆315是与第四连杆326连接的，第三连杆325和第四连杆326随着第一移动支架323和第二移动支架324移动时，也会带动第一连杆314和第二连杆315移动；第一连杆314和第二连杆315分别是通过直线轴承与光轴313连接的，则保证了第一连杆314和第二连杆315能够随着第三连杆325和第四连杆326一起做直连运动。

在其中一个实施例中，如图1、6、11所示，眉尾驱动机构33包括第五舵机331、第三舵机臂332、第五连杆333以及第六连杆334；机架1上设有连接支架12，第六连杆334的一端与连接支架12转动连接，另一端用于与眉毛的眉尾连接；第五舵机331固定于机架1上，第三舵机臂332的一端与第五舵机331连接，另一端与第五连杆333的一端转动连接，五连杆的另一端通过第一连接件5与第六连杆334转动连接。第五舵机331驱动第三舵机臂332上下转动，带动第五连杆333和第六连杆334上下运动，从而带动眉尾的运动。

在本发明中，通过挑眉驱动机构31、皱眉驱动机构32以及眉尾驱动机构33之间的配合运动，可实现眉毛的多种状态的动作，实现多种不同的表情，使得表情更加丰富逼真。

在其中一个实施例中，如图1、12所示，眼睑41机构4包括眼睑41、第七连杆42、第四舵机臂43以及第六舵机44；机架1上设有用于安装眼睑41的支撑架13，眼睑41转动安装于支撑架13上，第六舵机44固定于机架1上，第四舵机臂43的一端与第六舵机44连接，另一端与第七连杆42的一端连接，第七连杆42的另一端通过第二连接件与眼睑41的一端转动连接。眼睑41设置在眼球201的上方，通过眼睑41的转动实现眨眼、闭眼等动作；第六舵机44驱动第四舵机臂43上下摆动，从而带动第七连杆42上下摆动，第七连杆42则带动眼睑41转动，实现眨眼或闭眼动作。眼睑41机构4的驱动原理类似与曲柄连杆的运动原理。

在其中一个实施例中，眼部机构2还包括用于改变或调整第一柔索202和第二柔索203绕线方向的滑轮组212，滑轮组212通过滑轮支架固定于机架1上。滑轮组212的各个滑轮的安放位置需要使第一柔索202和第二柔索203绕线后，在眼球201无转动的情况下，各个柔索与眼球201连接段保持水平，即从各个段的柔索要保持相互平行，比如，水平转筒到滑轮之间的柔索、与滑轮到水平舵盘207之间的柔索要保持水平状态，这样才能更好的保证眼球201的运动，而不会偏向。

在其中一个实施例中，如图4所示，转动件211为关节轴承。关节轴承可以实现眼球201各个方位的转动，且结构简单。

在其中一个实施例中，水平舵盘207的直径值大于竖直舵盘208的直径值。

在其中一个实施例中，如图1、5、6、12所示，眼部机构2对称设有两组，眉尾驱动机构33对称设有两组，分别通过第六连杆334与两个眉毛的眉尾对应连接；眼睑41机构4对称设有两组，两个眼睑41分别与两个眼球201对应设置。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

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