一种具有面部表情感应控制的仿生机械头及机器人的制作方法

1.本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种具有面部表情感应控制的仿生机械头及机器人。


背景技术：

2.随着科技一日千里的发展，各种人工智能设备应运而生，作为人工智能的载体，机器人作为自动执行工作的机器装置不断出现在各行各业。它既可以接收人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业或危险的工作。因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。但是大多的机器人的面孔要么是电脑屏幕、要么是钢铁外壳、要么是硬塑料，均呈现出一副冷冰冰的状态，让人敬而远之。而当前的仿真机器人大多处于实验阶段，用于构成仿真机器人的主要材料大多采用3d打印的方式制作，但是制作出的头骨结构固定，所能完成的动作较少，且动作僵硬不自然，即仿真程度不高，与人交互的体验感不强，不利于机器人的普遍推广。中国专利cn208392032u已经实现了部分面部结构的仿真，但是其实现方法主要是通过分离器官并单独控制实现的，如此将使得整体结构较大，且仿真程度不高的问题。
3.因此，针对以上不足，本实用新型急需提供一种具有面部表情感应控制的仿生机械头及机器人。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种具有面部表情感应控制的仿生机械头，以解决现有技术中仿真机械头仿真程度不高进而交互体验感不强的问题。
5.本实用新型提供的具有面部表情感应控制的仿生机械头，包括：头部，包括头骨以及包覆在所述头骨外侧的仿真皮肤，所述仿真皮肤为弹性材料制成，且所述仿真皮肤上设有口部、鼻和眼框；感应组件，包括多个接触式传感器，多个所述接触式传感器布设于所述仿真皮肤的内侧，适于感应所述仿真皮肤上的碰触；仿真组件，包括控制器和多个执行机构；多个所述执行机构均安装于所述头骨上，并与所述仿真皮肤连接；所述控制器分别与多个所述接触式传感器和多个所述执行机构电连接，适于在接收所述接触式传感器的信号并给所述执行机构发送指令，使所述执行机构根据指令牵动所述仿真皮肤。
6.如上所述的具有面部表情感应控制的仿生机械头，进一步优选为，所述执行机构包括舵机、牵引绳和牵拉固定件，所述舵机安装于所述头骨上，所述牵拉固定件安装于所述仿真皮肤的内侧，所述牵引绳的一端与所述舵机的舵臂连接，另一端与所述牵拉固定件连接。
7.如上所述的具有面部表情感应控制的仿生机械头，进一步优选为，所述头部还包括牵拉膜层，所述牵拉膜层与所述仿真皮肤的内侧紧密贴合，用于安装所述牵拉固定件和所述接触式传感器。
8.如上所述的具有面部表情感应控制的仿生机械头，进一步优选为，所述控制器包括单片机和舵机控制器；所述舵机控制器为多路舵机控制器，并分别对多个所述执行机构的舵机电连接；所述单片机分别与所述舵机控制器和所述接触式传感器电连接。
9.如上所述的具有面部表情感应控制的仿生机械头，进一步优选为，所述头部还设有支撑架，所述支撑架由多段连杆拼接而成，且形状与头部形状相同，并套装于所述头骨上；所述牵引绳绕设于所述支撑架上，适于绕设方向调整牵拉方向。
10.如上所述的具有面部表情感应控制的仿生机械头，进一步优选为，还包括语音模块，所述语音模块包括语音发声电路和扬声器，所述语音发生电路分别与所述舵机控制器和所述扬声器电连接。
11.如上所述的具有面部表情感应控制的仿生机械头，进一步优选为，还包括远程遥控组件，所述远程遥控组件为遥控器、手机和/或电脑，并与所述舵机控制器无线电连接。
12.如上所述的具有面部表情感应控制的仿生机械头，进一步优选为，所述执行机构的数量为十个，适于分别控制眉心、鼻梁、鼻尖、左眼角、右眼角、下嘴唇、下巴、左嘴角、右嘴角和上嘴唇移动。
13.如上所述的具有面部表情感应控制的仿生机械头，进一步优选为，所述接触式传感器的数量为20个，分别布设于所述眉心、鼻梁、鼻尖、左眼角、右眼角、下嘴唇、下巴、左嘴角、右嘴角和上嘴唇周围。
14.本实用新型还公开了一种机器人，包括上述任意一项所述的具有面部表情感应控制的仿生机械头。
15.本实用新型与现有技术相比具有以下的优点：
16.本实用新型所公开的具有面部表情感应控制的仿生机械头包括头部、感应组件和仿真组件，且感应组件和仿真组件均设于所述头部内，其中，所述感应组件包括多个接触式传感器，适于感应所述仿真皮肤上的碰触；仿真组件包括控制器和多个执行机构，所述控制器分别与多个所述接触式传感器和多个所述执行机构电连接，适于在接收所述接触式传感器的信号并给所述执行机构发送指令，使执行机构根据指令牵动所述仿真皮肤。上述结构中，多个接触式传感器的设置能够感应更多的触碰，多个执行机构能够实现仿真皮肤的多位置的牵动，通过控制器的组合，使得机械头能够根据不同的触碰完成不同的仿真皮肤的牵动，进而具有丰富的面部表情，便于与人交互，进而实现推广应用。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型中仿真组件的控制图；
19.图2运动点运动原理图；
20.图3为语音控制电路图；
21.图4为接触式传感器的示意图；
22.图5为本实用新型中具有面部表情感应控制的仿生机械头内部结构示意图。
23.附图标记说明：
[0024]1‑
仿真皮肤，2
‑
牵拉膜层，3
‑
支撑架，4
‑
接触式传感器，5
‑
舵机，6
‑
舵机控制器，7
‑
头骨，8
‑
牵拉固定件，9
‑
牵引绳，10
‑
单片机。
具体实施方式
[0025]
如图1
‑
5所示，本实施例公开了具有面部表情感应控制的仿生机械头，包括：
[0026]
头部，包括头骨7以及包覆在所述头骨7外侧的仿真皮肤1，所述仿真皮肤1为弹性材料制成，且所述仿真皮肤1上设有口部、鼻和眼框；
[0027]
感应组件，包括多个接触式传感器4，多个所述接触式传感器4布设于所述仿真皮肤1的内侧，适于感应所述仿真皮肤1上的碰触；
[0028]
仿真组件，包括控制器和多个执行机构；多个所述执行机构均安装于所述头骨7上，并与所述仿真皮肤1连接；所述控制器分别与多个所述接触式传感器4和多个所述执行机构电连接，适于在接收所述接触式传感器4的信号并给所述执行机构发送指令，使执行机构根据指令牵动所述仿真皮肤1。
[0029]
进一步的，上述结构中，所述执行机构包括舵机5、牵引绳9和牵拉固定件8，所述舵机5安装于所述头骨7上，所述牵拉固定件8安装于所述仿真皮肤1的内侧，所述牵引绳9的一端与所述舵机5的舵臂连接，另一端与所述牵拉固定件8连接。具体的，所述舵机5选择国华金属大扭力9g数字数码舵机5。以其中一个执行机构为例，舵机5向左转动运动带动舵臂做牵拉运动，舵臂连接牵引绳9的一端，牵引绳9的另一端连接牵拉固定件8，固定件与牵拉膜层2连接在一起，牵拉膜层2与仿真人皮层连接在一起，当牵引绳9拉紧时，牵引绳9带动固定件向后移动，相应部位的牵拉膜层2和仿真人皮层向后运动，人脸就会做出皱眉头的动作。当舵机5向右转动时，牵引绳9做放松运动，牵拉固定件8，牵拉膜层2仿真人皮层在弹性材料的复原作用下恢复原状，表情反应为眉头舒展。
[0030]
进一步的，上述结构中，所述头部还包括牵拉膜层2，所述牵拉膜层2与所述仿真皮肤1的内侧紧密贴合，用于安装所述牵拉固定件8和所述接触式传感器4。
[0031]
进一步的，上述结构中，所述控制器包括单片机10和舵机控制器6；所述舵机控制器6为多路舵机控制器6，并分别对多个所述执行机构的舵机5电连接；所述单片机10分别与所述舵机控制器6和所述接触式传感器4电连接。所述单片机10选择atmega328p单片机10模块for
‑
arduino。所述舵机控制器6选择arduino nano v3.0 shield扩展板。
[0032]
进一步的，上述结构中，所述头部还设有支撑架3，所述支撑架3由多段连杆拼接而成，且形状与头部形状相同，并套装于所述头骨7上；所述牵引绳9绕设于所述支撑架3上，适于绕设方向调整牵拉方向。
[0033]
进一步的，上述结构中，还包括语音模块，所述语音模块包括语音发声电路和扬声器，所述语音发生电路分别与所述舵机控制器6和所述扬声器电连接。设置所述语音模块用于使机械头具有语音功能，进而能够实现与人语音交互。具体的，所述语音发声电路可使用购自淘宝的jq8900
‑
16p 8400的mp3语音模块芯片。
[0034]
进一步的，上述结构中，还包括远程遥控组件，所述远程遥控组件为遥控器、手机和/或电脑，并与所述舵机控制器6无线电连接。
[0035]
进一步的，上述结构中，所述执行机构的数量为十个，其中十个执行机构包括十个
舵机5，如图1中所示的舵机1
‑
舵机10，每个执行机构控制一个部位的动作，进而实现眉心、鼻梁、鼻尖、左眼角、右眼角、下嘴唇、下巴、左嘴角、右嘴角和上嘴唇移动。
[0036]
进一步的，上述结构中，所述接触式传感器4的数量为20个，分别布设于所述眉心、鼻梁、鼻尖、左眼角、右眼角、下嘴唇、下巴、左嘴角、右嘴角和上嘴唇周围，具体的，分布位置如图4所示。具体的，所述接触式传感器4选用购自淘宝的ttp223电容式接触式传感器4。
[0037]
此外，所述具有面部表情感应控制的仿生机械头还包括电源模块，用于供电。具体的，电信号的传递和电源传递如图3所示。
[0038]
本实施例还公开了一种机器人，所述机器人包括上述具有面部表情感应控制的仿生机械头。
[0039]
本实施例还公开了上述具有面部表情感应控制的仿生机械头的具体使用方法：
[0040]
首先按照上述结构组装具有面部表情感应控制的仿生机械头，组装过程中，标记接触式传感器4的位置和执行机构与仿真皮肤1的连接位置，并在控制器中一一关联。使用时，用户通过触动机械头的面部或通过语音与机械头进行沟通，当用户触动机械头的面部时，对应位置处的接触式传感器4接收信号，并发送至单片机10处理，单片机10通过舵机5控制给对应位置处的执行机构发送信息，使得对应位置处的执行机构中舵机5转动舵臂，舵臂转动并通过牵引绳9牵拉牵拉膜层2和仿真皮肤1，使仿真皮肤1对应位置处出现牵动，进而形成面部表情。当用户与机械头通过语音沟通时，机械头识别对应信号并通过语音模块与用户互动。此外，语音互动和面部表情互动可以相互配合使用，表情动作也可以相互配合使用。
[0041]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。