一種組合式面部表情仿真裝置製造方法
2023-07-18 17:29:56 1
一種組合式面部表情仿真裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種組合式面部表情仿真裝置，採用以凸輪機構為主的經典機械傳動方式，通過單路輸入多路輸出結構，操作人員只需轉動手柄輸入動力，主軸和副軸帶動齒輪、凸輪、連杆組件運動，進而帶動凸輪組運動，擺杆隨之而動，拉動鋼絲繩帶動各個表情執行機構的運動，即形成一套完整的面部表情；採用柔性管引導鋼絲繩，柔性管可任意彎曲而不會影響到鋼絲繩在其中滑動，使整個系統傳動更加穩定,結構簡單。若轉換表情，通過相應的撥叉撥動，帶動相應凸輪組在軸上左右移動至預定的位置，並將撥叉扣至方形槽內，再轉動手柄輸入動力，表情仿真裝置則形成另一套新的面部表情，操作控制方便。表情組件均採用模塊化設計，便於批量生產。
【專利說明】一種組合式面部表情仿真裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機械操控的仿真裝置，具體地說，涉及一種組合式面部表情仿真
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]國內現有的機器人仿真技術多以實驗研究及軟體仿真為主，尚不能完全實現面部表情的仿真。國外現有的仿真機器人技術多以程序和電機控制為主，來實現面部表情的仿真；例如日本大阪大學機器人設計師石黑浩研製的Geminoid F仿真機器人；美國的「澤諾」系列機器人。但是，現有的面部表情仿真機器人多數依賴於電力電子控制，利用程序完成既定的表情動作；這樣不但其內部機構複雜，耗電量大，操作控制困難，而且內部構架也決定了其表情單調。更為突出的問題是成本昂貴，不適合廣泛推廣使用。
【發明內容】
[0003]為了避免現有技術存在的不足，克服其表情仿真機器人機構複雜、操控困難、表情單調、成本昂貴的問題，本發明提出一種組合式面部表情仿真裝置。該仿真裝置將複雜的面部表情分解為十三個簡單的以機械操控的機械運動，即左眉毛、右眉毛的上下運動，左眉毛、右眉毛的旋擺運動，左眼皮、右眼皮的上下運動，左眼睛、右眼睛的上下運動，左眼睛、右眼睛的左右運動，左鬍鬚、右鬍鬚的旋擺運動，嘴巴的上下運動；每個獨立運動由各自對應的凸輪組件及擺杆組成的擺動推桿盤形凸輪機構帶動，再將這些獨立的運動隨機組合，即形成完整的面部表情。
[0004]本發明解決其技術`問題所採用的技術方案是:包括頭部機構、中間連接支架、操作箱，其特點是，所述頭部機構由頭部上面板、頭部右側板、頭部下面板、頭部左側板、頭部後側板、第一固定支架、第二固定支架、第三固定支架、第四固定支架、第一銷軸、第二銷軸、眉毛組件、眼皮組件、眼珠組件、鬍鬚組件、嘴巴組件和柔性管、鋼絲繩、彈簧組成，五塊面板膠接形成頭部框體，眉毛組件通過螺栓分別固定在頭部上面板上，第一固定支架與第二固定支架一端通過螺釘固連，眉毛組件與第二固定支架另一端通過螺釘連接，柔性管固定在第一固定支架一端，鋼絲繩穿過柔性管與眉毛組件一端連接，眉毛組件另一端與第一固定支架的另一端通過彈簧連接；眼珠組件與第四固定支架連接，鋼絲繩穿過柔性管，與彈簧分別連接在眼珠組件和第四固定支架兩端，眼皮組件通過鋼絲繩和柔性管固定在第四固定支架上，第四固定支架另一端通過螺栓固定在頭部後側板上；鬍鬚組件和嘴巴組件分別通過第一銷軸和第二銷軸固連在第三固定支架上，柔性管固定在第三固定支架一端，鋼絲繩穿過柔性管，與彈簧分別連接在鬍鬚組件和嘴巴組件上，第三固定支架另一端通過螺栓固定在頭部下面板上；
[0005]所述操作箱包括操作箱上面板、操控面板、操作箱左側板、操作箱後側板、操作箱右側板、前主軸、後主軸、前端彈簧固定杆、後端彈簧固定杆、第一固定板、第二固定板、副軸、手柄、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、軸承、撥叉、擺杆、凸輪組，操控面板和四塊側板通過螺栓連接形成箱體；前主軸與後主軸的兩端分別與軸承過盈配合，軸承嵌入在操作箱左右側板上；凸輪組與主軸通過鍵連接，每個凸輪組連接有撥叉，用來撥動對應的凸輪組相對主軸滑移，凸輪組上方對應有擺杆，擺杆與相對應的鋼絲繩連接，鋼絲繩穿過柔性管分別固定在第一固定板和第二固定板上；第一固定板、第二固定板分別與操作箱左右側板通過螺栓固連，彈簧分別與前端彈簧固定杆和後端彈簧固定杆連接，兩個彈簧固定杆固定在操作箱左右側板上；擺杆通過帶動套有柔性管的鋼絲繩帶動頭部機構運動；第一齒輪和第三齒輪分別與前主軸和後主軸的一端固連，第二齒輪與副軸一端固連，且與第一齒輪和第三齒輪嚙合傳動，手柄與副軸另一端固連；操作箱操控面板上設置有十三個區域的撥叉放置槽；
[0006]所述中間連接支架為中空長方體，兩端各有二個通孔，中間連接支架位於頭部機構下方，套有柔性管的鋼絲繩從中間穿過與頭部機構各組件連接，中間連接支架與頭部機構、操作箱通過螺栓固連。
[0007]有益效果
[0008]本發明提出的一種組合式面部表情仿真裝置，採用以凸輪機構為主的經典機械傳動方式，通過單路輸入多路輸出結構，操作人員只需轉動手柄輸入動力，主軸和副軸帶動齒輪、凸輪、連杆及其它機件運動，進而帶動凸輪組運動，擺杆隨之而動，拉動鋼絲繩帶動各個表情執行機構的運動，即形成一套完整的面部表情；採用柔性管引導鋼絲繩，柔性管可任意彎曲而不會影響到鋼絲繩在其中滑動，使整個系統傳動更加穩定，結構簡單。若轉換表情，通過相應的撥叉撥動，帶動相應凸輪組在軸上左右移動至預定的位置，並將撥叉扣至操控面板上方形槽內，再轉動手柄輸入動力，表情仿真裝置則形成另一套新的面部表情，操作控制方便。
[0009]本發明組合式面部表情仿真裝置，摒棄以往表情機器人利用程序和電子控制電機的傳動方式，各部分面部表情組件均採用模塊化設計，成本價格低廉，便於批量生產，並使整個產品的環境適應性得到提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]下面結合附圖和實施方式對本發明一種組合式面部表情仿真裝置作進一步詳細說明。
[0011]圖1為本發明組合式面部表情仿真裝置示意圖。
[0012]圖2為去除左側板的頭部結構示意圖。
[0013]圖3為去除眼皮時眼珠組件俯視圖。
[0014]圖4為頭部機構各組件連接部位示意圖。
[0015]圖5為頭部機構各組件連接部位A-A剖視圖。
[0016]圖6為中間連接支架軸測圖。
[0017]圖7為操作箱結構示意圖。
[0018]圖8為凸輪工作原理圖。
[0019]圖中:
[0020]1.頭部上面板2.頭部右側板3.第一固定支架4.眉毛組件5.眼皮組件6.眼珠組件7.鬍鬚組件8.嘴巴組件9.中間連接架10.操作箱上面板11.副軸12.手柄13.操控面板14.前擺杆固定軸15.前端彈簧固定杆16.後擺杆固定軸17.後端彈簧固定杆18.頭部下面板19.第一銷軸20.頭部左側板21.第二固定支架22.第三固定支架23.第二銷軸24.第四固定支架25.頭部後側板26.第一齒輪27.後主軸28.第二齒輪29.第三齒輪30.前主軸31.第一固定板32.第二固定板33.操作箱左側板34.操作箱後側板35.操作箱右側板36.軸承37.撥叉38.擺杆39.凸輪組
【具體實施方式】
[0021]本實施例是一種組合式面部表情仿真裝置。
[0022]實施例一
[0023]參閱圖1-圖8，本實施例組合式面部表情仿真裝置，包括頭部機構、中間連接支架、操作箱；頭部機構由頭部上面板1、頭部右側板2、頭部下面板18、頭部左側板20、頭部後側板25、第一固定支架3、第二固定支架21、第三固定支架22、第四固定支架24、第一銷軸19、第二銷軸23、眉毛組件4、眼皮組件5、眼珠組件6、鬍鬚組件7、嘴巴組件8和柔性管、鋼絲繩、彈簧組成，頭部上面板1、頭部右側板2、頭部下面板18、頭部左側板20、頭部後側板25五塊面板膠接形成頭部框體結構；眉毛組件4通過螺栓分別固定在頭部上面板I上，第一固定支架3與第二固定支架21 —端通過螺釘固連，眉毛組件4與第二固定支架21另一端通過螺釘連接，柔性管固定在第一固定支架3 —端，鋼絲繩穿過柔性管與眉毛組件4 一端連接，眉毛組件4另一端與第一固定支架3的另一端通過彈簧連接。
[0024]眼珠組件6與第四固定支架24通過鉸鏈連接，鋼絲繩穿過柔性管，鋼絲繩和彈簧分別連接在眼珠組件6與第四固定支架24兩端，眼皮組件5通過鋼絲繩和柔性管固定在第四固定支架24上，第四固定支架24另一端通過螺栓分別固定在頭部後側板25上。
[0025]鬍鬚組件7和嘴巴組件8分別通過第一銷軸19和第二銷軸23固連在第三固定支架22上，柔性管固連在第三固定支架22 —端，鋼絲繩穿過柔性管，鋼絲繩和彈簧分別連接在鬍鬚組件7、嘴巴組件8上，第三固定支架22另一端通過螺栓固定在頭部下面板18上。
[0026]操作箱包括操作箱上面板10、操控面板13、操作箱左側板33、操作箱後側板34、操作箱右側板35、前主軸30、後主軸27、前擺杆固定軸14、前端彈簧固定杆15、後擺杆固定軸16、後端彈簧固定杆17、第一固定板31、第二固定板32、副軸11、手柄12、第一齒輪26、第二齒輪28、第三齒輪29、軸承36、撥叉37、擺杆38、凸輪組39 ;操控面板13分別和操作箱上面板10、操作箱左側板33、操作箱右側板35及操作箱後側板34通過螺栓連接形成箱體結構。前主軸30與後主軸27的兩端分別與軸承36過盈配合，軸承36分別嵌入在操作箱左側板33和操作箱右側板35上；凸輪組39與前主軸30、後主軸27通過鍵連接，每個凸輪組39連接一個撥叉37，用來撥動對應的凸輪組相對主軸滑移，凸輪組39上方對應有擺杆38，擺杆38與相對應的鋼絲繩固定連接，鋼絲繩穿過柔性管分別固定在第一固定板31和第二固定板32上；第一固定板31、第二固定板32與操作箱左側板33、操作箱右側板35通過螺栓固連，彈簧分別與前端彈簧固定杆15和後端彈簧固定杆17連接，兩個彈簧固定杆兩端通過螺母固定在操作箱左側板33和操作箱右側板35上。擺杆38通過帶動套有柔性管的鋼絲繩運動，從而帶動頭部機構運動；第一齒輪26和第三齒輪29分別與前主軸30和後主軸27的一端固定連接，第二齒輪28與副軸11 一端固定連接，且與第一齒輪26和第三齒輪29嚙合傳遞運動；手柄12與副軸11另一端固定連接；操作箱前端傾斜的操控面板13上設置有表情組件十三個區域的撥叉37放置槽。
[0027]中間連接支架9為中空長方體，兩端各有二個通孔，中間連接支架9位於頭部機構下方，套有柔性管的鋼絲繩從中間穿過與頭部機構各組件連接，中間連接支架9兩端分別和頭部機構、操作箱通過螺栓固連。
[0028]操控人員搖動手柄12輸入動力，帶動副軸11轉動，通過第二齒輪28與第一齒輪26、第三齒輪29嚙合傳動，帶動前主軸30和後主軸27轉動，進而帶動凸輪組39運動，擺杆38隨之而動，拉動鋼絲繩帶動各個表情組件的運動，即形成一套完整的面部表情。
[0029]實施例二
[0030]操控人員將前擺杆固定軸14、後擺杆固定軸16抬起，找到相應的撥叉37，向上抬起撥叉37，再左、右移動撥至預定的位置，帶動相應的凸輪組39在軸上移動，並將撥叉37扣至操控面板13上設置的撥叉放置槽，然後，將前擺杆固定軸14、後擺杆固定軸16放下並用螺母固定，搖動手柄12輸入動力，各個表情組件運動，即形成另一套完整的面部表情。設
定每個凸輪組上有ai個凸輪，其中，i=l，2,3......13 ；13個凸輪組組合出Π ai種表情，其
中，i=l，2,3......13 ;即形成豐富的面部表情。
【權利要求】
1.一種組合式面部表情仿真裝置，包括頭部機構、中間連接支架、操作箱，其特徵在於:所述頭部機構由頭部上面板、頭部右側板、頭部下面板、頭部左側板、頭部後側板、第一固定支架、第二固定支架、第三固定支架、第四固定支架、第一銷軸、第二銷軸、眉毛組件、眼皮組件、眼珠組件、鬍鬚組件、嘴巴組件和柔性管、鋼絲繩、彈簧組成，五塊面板膠接形成頭部框體，眉毛組件通過螺栓分別固定在頭部上面板上，第一固定支架與第二固定支架一端通過螺釘固連，眉毛組件與第二固定支架另一端通過螺釘連接，柔性管固定在第一固定支架一端，鋼絲繩穿過柔性管與眉毛組件一端連接，眉毛組件另一端與第一固定支架的另一端通過彈簧連接；眼珠組件與第四固定支架連接，鋼絲繩穿過柔性管，與彈簧分別連接在眼珠組件和第四固定支架兩端，眼皮組件通過鋼絲繩和柔性管固定在第四固定支架上，第四固定支架另一端通過螺栓固定在頭部後側板上；鬍鬚組件和嘴巴組件分別通過第一銷軸和第二銷軸固連在第三固定支架上，柔性管固定在第三固定支架一端，鋼絲繩穿過柔性管，與彈簧分別連接在鬍鬚組件和嘴巴組件上，第三固定支架另一端通過螺栓固定在頭部下面板上； 所述操作箱包括操作箱上面板、操控面板、操作箱左側板、操作箱後側板、操作箱右側板、前主軸、後主軸、前端彈簧固定杆、後端彈簧固定杆、第一固定板、第二固定板、副軸、手柄、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、軸承、撥叉、擺杆、凸輪組，操控面板和四塊側板通過螺栓連接形成箱體；前主軸與後主軸的兩端分別與軸承過盈配合，軸承嵌入在操作箱左右側板上；凸輪組與主軸通過鍵連接，每個凸輪組連接有撥叉，用來撥動對應的凸輪組相對主軸滑移，凸輪組上方對應有擺杆，擺杆與相對應的鋼絲繩連接，鋼絲繩穿過柔性管分別固定在第一固定板和第二固定板上；第一固定板、第二固定板分別與操作箱左右側板通過螺栓固連，彈簧分別與前端彈簧固定杆和後端彈簧固定杆連接，兩個彈簧固定杆固定在操作箱左右側板上；擺杆通過帶動套有柔性管的鋼絲繩帶動頭部機構運動；第一齒輪和第三齒輪分別與前主軸和後主軸的一端固連，第二齒輪與副軸一端固連，且與第一齒輪和第三齒輪哨合傳動，手柄與副軸另一端固連；操作箱操控面板上設置有十三個區域的撥叉放置槽； 所述中間連接支架為中空長方體，兩端各有二個通孔，中間連接支架位於頭部機構下方，套有柔性管的鋼絲繩從中間穿過與頭部機構各組件連接，中間連接支架與頭部機構、操作箱通過螺栓固連。
【文檔編號】B25J11/00GK103770121SQ201410057178
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】張永紅, 王大耿, 郎松, 裴國剛, 邢春楊, 於天 申請人:西北工業大學