CN109822590B - 一种机器人眼部运动装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种机器人眼部运动装置，包括固定框架、左右转动机构、上下转动机构、眼球机构和2个眉毛单元，所述眼球机构安装于固定框架，2个所述眉毛单元互相呈镜像安装于机器人面部，每个所述眉毛单元的两端分别与2组眉毛舵机机构连接，2组所述眉毛舵机机构均安装于固定框架，所述左右转动机构的一端与眼球机构连接，所述左右转动机构的另一端安装于固定框架，所述上下转动机构的一端与眼球机构连接，所述上下转动机构的另一端安装于固定框架；通过2个眉毛舵机分别驱动一条眉毛的两端动作，使得眉毛能够做出较多的动作，从而模仿出人类面部较丰富的眉毛变化，因此模仿出的人类表情比较生动形象。

Description

一种机器人眼部运动装置及控制方法

技术领域

本发明涉及机械运动领域，具体涉及一种机器人眼部运动装置及控制方法。

背景技术

随着智能科学、自动化科学的不断发展，智能型类人机器人被广泛运用于生活中，为了使类人机器人更加逼真，能更好地与真人互动，发展出了很多模仿人类眼部动作的机器人眼部装置，但是当今机器人眼部运动的表现主要是基于显示屏幕对表情的模仿，少有能够物理上模仿人类眼部包括眉毛运动的机器人眼部装置。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种机器人眼部运动装置，本发明结构简单，模仿逼真；

同时本发明还提供了一种机器人眼部运动装置的控制方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种机器人眼部运动装置，包括固定框架、左右转动机构、上下转动机构、眼球机构和2个眉毛单元，所述眼球机构安装于固定框架，2个所述眉毛单元互相呈镜像安装于机器人面部，每个所述眉毛单元的两端分别与2组眉毛舵机机构连接，2组所述眉毛舵机机构均安装于固定框架，所述左右转动机构的一端与眼球机构连接，所述左右转动机构的另一端安装于固定框架，所述上下转动机构的一端与眼球机构连接，所述上下转动机构的另一端安装于固定框架；通过2个眉毛舵机分别驱动一条眉毛的两端动作，使得眉毛能够做出较多的动作，从而模仿出人类面部较丰富的眉毛变化，因此模仿出的人类表情比较生动形象。

优选的，所述眉毛舵机机构包括眉毛舵机、眉毛舵机臂和连杆，所述眉毛舵机的动力输出轴与眉毛舵机臂的一端连接，所述眉毛舵机臂的另一端与连杆的一端连接，所述连杆的另一端与所述眉毛单元的一端连接；通过2个眉毛舵机分别驱动眉毛舵机臂摆动，眉毛舵机臂驱动连杆，控制眉毛两端的上升或下降，从而完成对机器人眉毛单元的控制。

优选的，所述眉毛单元包括眉毛支架和眉毛，所述眉毛通过眉毛支架与眼球机构连接，所述眉毛的两端分别与2个所述眉毛舵机机构连接。

优选的，所述眉毛支架上固定有第一套筒和第二套筒，所述第一连杆穿过第一套筒后与眉毛的一端铰接，所述第二连杆穿过第二套筒后与眉毛的另一端铰接，通过套筒对第一连杆和第二连杆进行支撑和向导，使机器人眉毛部分的动作更加自然。

优选的，所述眼球机构包括第一眼球、第二眼球和2个眼球框架，2个所述眼球框架固定于固定框架，所述第一眼球和第二眼球分别安装于2个眼球框架，所述第一眼球后端通过第一万向铰链与固定框架铰接，所述第二眼球后端通过第二万向铰链与固定框架铰接，万向铰链的自由度大，可以协助眼球完成各种动作。

优选的，所述左右转动机构包括第一舵机、第一舵机臂、横向短连杆、横向长连杆、第一横连杆和第二横连杆，所述第一舵机安装于固定框架，所述第一舵机的动力输出轴与第一舵机臂的一端连接，所述第一舵机臂的另一端与横向短连杆的一端连接，所述横向短连杆的另一端与第一横连杆的一端连接，所述第一横连杆的另一端与第一眼球连接，所述横向长连杆的一端与第一横连杆的中部连接，所述横向长连杆的另一端与第二横连杆的一端连接，所述第二横连杆的另一端与第二眼球连接。通过第一舵机驱动第一舵机臂左右摆动，第一舵机臂通过横向短连杆带动第一横连杆左右移动，从而带动第一眼球绕着第一万向铰链左右转动，第一横连杆通过横向长连杆带动第二横连杆左右移动，从而带动第二眼球绕着第二万向铰链左右转动，完成对机器人眼部左右转动的控制。

优选的，所述上下转动机构包括第二舵机、第二舵机臂、竖向连杆、横向连杆、第一竖连杆和第二竖连杆，所述第二舵机安装于固定框架，所述第二舵机的动力输出轴与第二舵机臂的一端连接，所述第二舵机臂的另一端与竖向连杆的一端连接，所述竖向连杆的另一端与第二竖连杆的一端连接，所述第二竖连杆的另一端与第二眼球连接，所述横向连杆的一端与第二竖连杆中部连接，所述横向连杆的另一端与第一竖连杆的一端连接，所述第一竖连杆的另一端与第一眼球连接。通过第二舵机驱动第二舵机臂上下摆动，第二舵机臂通过竖向连杆带动第二竖连杆上下移动，从而带动第二眼球绕着第二万向铰链上下转动，第二竖连杆通过横向连杆带动第一竖连杆上下移动，从而带动第一眼球绕着第一万向铰链上下转动，完成对机器人眼部上下转动的控制。

优选的，2个所述眼球框架均安装有眼睑单元，所述眼睑单元包括上眼睑和下眼睑，所述上眼睑通过眼睑传动机构与固定框架连接。所述上眼睑可在眼球框架内转动。

优选的，所述眼睑传动机构包括眼睑舵机、眼睑横连杆、眼睑竖连杆和眼睑舵机臂，所述眼睑舵机安装于固定支架，所述眼睑舵机的动力输出轴与眼睑舵机臂的一端连接，所述眼睑舵机臂的另一端与眼睑横连杆的一端连接，所述眼睑横连杆的另一端与眼睑竖连杆的一端连接，所述眼睑竖连杆的另一端与上眼睑连接。通过眼睑舵机驱动眼睑舵机臂上下摆动，眼睑舵机臂通过眼睑横连杆带动眼睑竖连杆下端转动，从而带动上眼睑在眼球框架内转动，做出睁眼、闭眼和眨眼动作，完成对机器人眼睑的控制。

一种机器人眼部运动的控制方法，包括以下步骤：

通过2个眉毛舵机分别驱动眉毛舵机臂摆动，眉毛舵机臂驱动连杆，控制眉毛两端的上升或下降，从而完成对机器人眉毛单元的控制；

通过第一舵机驱动第一舵机臂左右摆动，使第一舵机臂通过横向短连杆带动第一横连杆左右移动，从而带动第一眼球绕着第一万向铰链左右转动，第一横连杆通过横向长连杆带动第二横连杆左右移动，从而带动第二眼球绕着第二万向铰链左右转动，从而完成对机器人眼部左右转动的控制；

通过第二舵机驱动第二舵机臂上下摆动，第二舵机臂通过竖向连杆带动第二竖连杆上下移动，从而带动第二眼球绕着第二万向铰链上下转动，第二竖连杆通过横向连杆带动第一竖连杆上下移动，从而带动第一眼球绕着第一万向铰链上下转动，完成对机器人眼部上下转动的控制；

通过眼睑舵机驱动眼睑舵机臂上下摆动，眼睑舵机臂通过眼睑横连杆带动眼睑竖连杆下端转动，从而带动上眼睑在眼球框架内转动，做出睁眼、闭眼和眨眼动作，完成对机器人眼睑的控制。

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2个眉毛舵机分别驱动一条眉毛的两端动作，使得眉毛能够做出较多的动作，从而模仿出人类面部较丰富的眉毛变化，因此模仿出的人类表情比较生动形象。

2、本发明通过上下转动机构和左右转动机构同时驱动眼球，使模仿出人类的眼球转动更加生动。

3、本发明均通过舵机驱动，简化控制程序，整体方案高效可行。

附图说明

图1是本发明的一种机器人眼部运动装置的结构示意图；

图2是本发明左右转动机构的结构示意图；

图3是本发明上下转动机构的结构示意图；

图4是本发明眉毛支架的结构示意图；

其中，1为眉毛单元，2为眉毛，3为第一眉毛舵机，4为第一连杆，5为固定框架，6为眼睑舵机，7为眼睑横连杆，8为眼睑竖连杆，9为上眼睑，10为第二眼球，11为下眼睑，12为第一眼球，13为第一舵机，14为第一舵机臂，15为横向短连杆，16为第一横连杆，17为第一万向铰链，18为横向长连杆，19为第二横连杆，20为第一竖连杆，21为横向连杆，22为第二竖连杆，23为竖向连杆，24为第二舵机臂，25为第二舵机，26为第一套筒。27为第二眉毛舵机，28为眉毛支架，29为眼球框架，30为第一眉毛舵机臂，31为第二眉毛舵机臂，32为第二连杆，33为第二套筒，34为眼睑舵机臂。

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、图3所示，一种机器人眼部运动装置，包括固定框架5、左右转动机构、上下转动机构、眼球机构和2个眉毛单元1，所述眼球机构安装于固定框架5前端，2个所述眉毛单元1互相镜像安装于眼球框架29上方，每个所述眉毛单元1的两端分别与2组眉毛舵机机构连接，2个所述眉毛舵机机构均安装于固定框架5上端，所述左右转动机构的一端与眼球机构连接，所述左右转动机构的另一端安装于固定框架5，所述上下转动机构的一端与眼球机构连接，所述上下转动机构的另一端安装于固定框架5；通过2个眉毛舵机分别驱动一条眉毛2的两端动作，使得眉毛2能够做出较多的动作，从而模仿出人类面部较丰富的眉毛变化，因此模仿出的人类表情比较生动形象。

2个所述眉毛舵机分别为第一眉毛舵机机构和第二眉毛舵机机构，所述第一眉毛舵机机构包括第一眉毛舵机3、第一眉毛舵机臂30和第一连杆4，所述第二眉毛舵机机构包括第二眉毛舵机27、第二眉毛舵机臂31和第二连杆32，所述第一眉毛舵机3的动力输出轴与第一眉毛舵机臂30的一端连接，所述第一眉毛舵机臂30的另一端与第一连杆4的一端连接，所述第一连杆4的另一端通过万向球铰与眉毛2的一端铰接，所述第二眉毛舵机27的动力输出轴与第二眉毛舵机臂31的一端连接，所述第二眉毛舵机臂31的另一端与第二连杆32的一端连接，所述第二连杆32的另一端通过万向球铰与眉毛2的另一端铰接。第一眉毛舵机3驱动第一眉毛舵机臂30摆动，再通过第一眉毛舵机臂30驱动第一连杆4，控制眉毛2一端的上升或下降，再通过第二眉毛舵机27驱动第二眉毛舵机臂31摆动，再通过第二眉毛舵机臂31驱动第二连杆32，控制眉毛2另一端的上升或下降，从而完成对机器人眉毛单元1的控制。

所述第二眉毛舵机27安装于第一眉毛舵3机前端，所述第一眉毛舵机臂30比第二眉毛舵机臂31长，使第一眉毛舵机3和第二眉毛舵机27前后分布，可以节省空间，是产品更加紧凑。

所述眉毛单元1包括眉毛支架28和眉毛2，所述眉毛2通过眉毛支架28与眼球框架29连接，所述眉毛2的两端分别与第一连杆4和第二连杆32连接。

所述2个所述眉毛舵机分别为第一眉毛舵机3和第二眉毛舵机27，所述眉毛连杆机构包括第一眉毛舵机臂30、第一连杆4、第二眉毛舵机臂31和第二连杆32，所述第一眉毛舵机3的动力输出轴与第一眉毛舵机臂30的一端连接，所述第一眉毛舵机臂30的另一端与第一连杆4的一端连接，所述第一连杆4的另一端通过万向球铰与眉毛2的一端铰接，所述第二眉毛舵机27的动力输出轴与第二眉毛舵机臂31的一端连接，所述第二眉毛舵机臂31的另一端与第二连杆32的一端连接，所述第二连杆32的另一端通过万向球铰与眉毛2的另一端铰接。第一眉毛舵机3驱动第一眉毛舵机臂30摆动，再通过第一眉毛舵机臂30驱动第一连杆4，控制眉毛2一端的上升或下降，再通过第二眉毛舵机27驱动第二眉毛舵机臂31摆动，再通过第二眉毛舵机臂31驱动第二连杆32，控制眉毛2另一端的上升或下降，从而完成对机器人眉毛单元1的控制。

如图4所示，所述眉毛支架28上固定有第一套筒26和第二套筒33，所述第一连杆4穿过第一套筒26后与眉毛2的一端铰接，所述第二连杆32穿过第二套筒33后与眉毛2的另一端铰接，通过套筒对第一连杆4和第二连杆32进行支撑和向导，使机器人眉毛部分的动作更加自然。

所述眼球机构包括第一眼球12、第二眼球10和2个眼球框架29，2个所述眼球框架29固定于固定框架5前端，所述第一眼球12和第二眼球10分别安装于2个眼球框架29内，所述第一眼球12后端通过第一万向铰链17与固定框架5铰接，所述第二眼球12后端通过第二万向铰链与固定框架5铰接。万向铰链的自由度大，可以协助眼球完成各种动作。

所述左右转动机构包括第一舵机13、第一舵机臂14、横向短连杆15、横向长连杆18、第一横连杆16和第二横连杆19，所述第一舵机13安装于固定框架5，所述第一舵机13的动力输出轴与第一舵机臂14的一端连接，所述第一舵机臂14的另一端与横向短连杆15的一端连接，所述横向短连杆15的另一端与第一横连杆16的一端连接，所述第一横连杆16的另一端与第一眼球12连接，所述横向长连杆18的一端与第一横连杆16的中部连接，所述横向长连杆18的另一端与第二横连杆19的一端连接，所述第二横连杆19的另一端与第二眼球10连接。通过第一舵机13驱动第一舵机臂14左右摆动，第一舵机臂14通过横向短连杆15带动第一横连杆16左右移动，从而带动第一眼球12绕着第一万向铰链17左右转动，第一横连杆16通过横向长连杆18带动第二横连杆19左右移动，从而带动第二眼球10绕着第二万向铰链左右转动，完成对机器人眼部左右转动的控制。

所述上下转动机构包括第二舵机25、第二舵机臂24、竖向连杆23、横向连杆21、第一竖连杆20和第二竖连杆22，所述第二舵机25安装于固定框架5，所述第二舵机25的动力输出轴与第二舵机臂24的一端连接，所述第二舵机臂24的另一端与竖向连杆23的一端连接，所述竖向连杆23的另一端与第二竖连杆22的一端连接，所述第二竖连杆22的另一端与第二眼球10连接，所述横向连杆21的一端与第二竖连杆22中部连接，所述横向连杆21的另一端与第一竖连杆20的一端连接，所述第一竖连杆20的另一端与第一眼球12连接。通过第二舵机25驱动第二舵机臂24上下摆动，第二舵机臂24通过竖向连杆23带动第二竖连杆22上下移动，从而带动第二眼球10绕着第二万向铰链上下转动，第二竖连杆22通过横向连杆21带动第一竖连杆20上下移动，从而带动第一眼球12绕着第一万向铰链17上下转动，完成对机器人眼部上下转动的控制。

2个所述眼球框架均安装有眼睑单元，所述眼睑单元包括上眼睑9和下眼睑11，所述上眼睑9通过眼睑传动机构与固定框架5连接。所述上眼睑9可在眼球框架29内转动。

所述眼睑传动机构包括眼睑舵机6、眼睑横连杆7、眼睑竖连杆8和眼睑舵机臂34，所述眼睑舵机6安装于固定支架5，所述眼睑舵机6的动力输出轴与眼睑舵机臂34的一端连接，所述眼睑舵机臂34的另一端与眼睑横连杆7的一端连接，所述眼睑横连杆7的另一端与眼睑竖连杆8的一端连接，所述眼睑竖连杆8的另一端与上眼睑9连接。通过眼睑舵机6驱动眼睑舵机臂34上下摆动，眼睑舵机臂34通过眼睑横连杆7带动眼睑竖连杆8下端转动，从而带动上眼睑9在眼球框架29内转动，做出睁眼、闭眼和眨眼动作，完成对机器人眼睑的控制。

一种机器人眼部运动的控制方法，包括以下步骤：

第一眉毛舵机3驱动第一眉毛舵机臂30摆动，再通过第一眉毛舵机臂30驱动第一连杆4，控制眉毛2一端的上升或下降，再通过第二眉毛舵机27驱动第二眉毛舵机臂31摆动，再通过第二眉毛舵机臂31驱动第二连杆32，控制眉毛2另一端的上升或下降，从而完成对机器人眉毛单元1的控制；

通过第一舵机13驱动第一舵机臂14左右摆动，第一舵机臂14通过横向短连杆15带动第一横连杆16左右移动，从而带动第一眼球12绕着第一万向铰链17左右转动，第一横连杆16通过横向长连杆18带动第二横连杆19左右移动，从而带动第二眼球10绕着第二万向铰链左右转动，完成对机器人眼部左右转动的控制；

通过第二舵机25驱动第二舵机臂24上下摆动，第二舵机臂24通过竖向连杆23带动第二竖连杆22上下移动，从而带动第二眼球10绕着第二万向铰链上下转动，第二竖连杆22通过横向连杆21带动第一竖连杆20上下移动，从而带动第一眼球12绕着第一万向铰链17上下转动，完成对机器人眼部上下转动的控制；

通过眼睑舵机6驱动眼睑舵机臂34上下摆动，眼睑舵机臂34通过眼睑横连杆7带动眼睑竖连杆8下端转动，从而带动上眼睑9在眼球框架29内转动，做出睁眼、闭眼和眨眼动作，完成对机器人眼睑的控制。

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。

Claims (7)

1.一种机器人眼部运动装置，其特征在于，包括固定框架、左右转动机构、上下转动机构、眼球机构和2个眉毛单元，所述眼球机构安装于固定框架，2个所述眉毛单元互相呈镜像安装于机器人面部，每个所述眉毛单元的两端分别与2组眉毛舵机机构连接，每组所述眉毛舵机机构均安装于固定框架，所述左右转动机构的一端与眼球机构连接，所述左右转动机构的另一端安装于固定框架，所述上下转动机构的一端与眼球机构连接，所述上下转动机构的另一端安装于固定框架；

所述眉毛舵机机构包括眉毛舵机、眉毛舵机臂和连杆，所述眉毛舵机的动力输出轴与眉毛舵机臂的一端连接，所述眉毛舵机臂的另一端与连杆的一端连接，所述连杆的另一端与所述眉毛单元的一端连接；

所述眉毛单元包括眉毛支架和眉毛，所述眉毛通过眉毛支架与眼球机构连接，所述眉毛的两端分别与2个所述眉毛舵机机构连接；

所述眉毛支架上固定2个套筒，2个所述眉毛舵机机构分别穿过2个所述套筒后与所述眉毛的两端连接。

2.根据权利要求1所述的一种机器人眼部运动装置，其特征在于，所述眼球机构包括第一眼球、第二眼球和2个眼球框架，2个所述眼球框架固定于固定框架，所述第一眼球和第二眼球分别安装于2个眼球框架，所述第一眼球后端通过第一万向铰链与固定框架铰接，所述第二眼球后端通过第二万向铰链与固定框架铰接。

3.根据权利要求2所述的一种机器人眼部运动装置，其特征在于，所述左右转动机构包括第一舵机、第一舵机臂、横向短连杆、横向长连杆、第一横连杆和第二横连杆，所述第一舵机安装于固定框架，所述第一舵机的动力输出轴与第一舵机臂的一端连接，所述第一舵机臂的另一端与横向短连杆的一端连接，所述横向短连杆的另一端与第一横连杆的一端连接，所述第一横连杆的另一端与第一眼球连接，所述横向长连杆的一端与第一横连杆的中部连接，所述横向长连杆的另一端与第二横连杆的一端连接，所述第二横连杆的另一端与第二眼球连接。

4.根据权利要求3所述的一种机器人眼部运动装置，其特征在于，所述上下转动机构包括第二舵机、第二舵机臂、竖向连杆、横向连杆、第一竖连杆和第二竖连杆，所述第二舵机安装于固定框架，所述第二舵机的动力输出轴与第二舵机臂的一端连接，所述第二舵机臂的另一端与竖向连杆的一端连接，所述竖向连杆的另一端与第二竖连杆的一端连接，所述第二竖连杆的另一端与第二眼球连接，所述横向连杆的一端与第二竖连杆中部连接，所述横向连杆的另一端与第一竖连杆的一端连接，所述第一竖连杆的另一端与第一眼球连接。

5.根据权利要求4所述的一种机器人眼部运动装置，其特征在于，2个所述眼球框架均安装有眼睑单元，所述眼睑单元包括上眼睑和下眼睑，所述上眼睑通过眼睑传动机构与固定框架连接。

6.根据权利要求5所述的一种机器人眼部运动装置，其特征在于，所述眼睑传动机构包括眼睑舵机、眼睑横连杆、眼睑竖连杆和眼睑舵机臂，所述眼睑舵机安装于固定支架，所述眼睑舵机的动力输出轴与眼睑舵机臂的一端连接，所述眼睑舵机臂的另一端与眼睑横连杆的一端连接，所述眼睑横连杆的另一端与眼睑竖连杆的一端连接，所述眼睑竖连杆的另一端与上眼睑连接。

7.基于权利要求6所述的一种机器人眼部运动装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过各个眉毛舵机分别驱动眉毛舵机臂摆动，眉毛舵机臂驱动连杆，控制眉毛两端的上升或下降，从而完成对机器人眉毛单元的控制；

通过第一舵机驱动第一舵机臂左右摆动，使第一舵机臂通过横向短连杆带动第一横连杆左右移动，从而带动第一眼球绕着第一万向铰链左右转动，第一横连杆通过横向长连杆带动第二横连杆左右移动，从而带动第二眼球绕着第二万向铰链左右转动，从而完成对机器人眼部左右转动的控制；

通过第二舵机驱动第二舵机臂上下摆动，第二舵机臂通过竖向连杆带动第二竖连杆上下移动，从而带动第二眼球绕着第二万向铰链上下转动，第二竖连杆通过横向连杆带动第一竖连杆上下移动，从而带动第一眼球绕着第一万向铰链上下转动，完成对机器人眼部上下转动的控制；

通过眼睑舵机驱动眼睑舵机臂上下摆动，眼睑舵机臂通过眼睑横连杆带动眼睑竖连杆下端转动，从而带动上眼睑在眼球框架内转动，做出睁眼、闭眼和眨眼动作，完成对机器人眼睑的控制。

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