一种仿人眼睛及头部运动机构

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种仿人眼睛及头部运动机构。

背景技术

仿人机器人指模仿人的形态和行为而设计制造的机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。仿人机器人具有人类的外观，可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，并可以在很多方面扩展人类的能力，在服务、医疗、教育和娱乐等多个领域得到广泛应用。而且随着科技的发展，技术的不断创新，也使得仿人机器人不断完善，使其能够成为与人相互影响的最理想的机器人。

仿人机器人头部动作包括眼球转动、眨眼睛和嘴部张合等一系列动作，但是，目前的仿人机器人头部机构结构复杂、运动灵活性差且运动精度低，尤其是仿人机器人的眼睛运动的灵巧性与人类相差较大。合理的依据仿生学原理，模仿生物结构和运动特性设计的仿生设备，能够复现人的形态特征和运动方式，在医疗器械领域具备良好的应用前景。本发明提供一种能够模仿人的形态特征和运动方式的仿人机器人头部运动机构，能够灵巧的模仿真人的眼睛转动、眼睑张合和嘴部张合等人类表情运动特征，能够解决仿人机器人头部运动灵活性不高的问题，提高了其运动自由度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的结构复杂、运动灵活性差且运动精度低的缺陷，提供一种能够灵巧的复现眼睛转动、眼睑张合和嘴部张合以及运动精度高的仿人眼睛及头部运动机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种仿人眼睛运动机构，其特征在于：包括头部支撑架、眼睑张合组件和眼球摆动组件；所述眼睑张合组件包括：设置在所述头部支撑架上的眼睑张合气缸和第一导轨、与所述眼睑张合气缸输出端固定连接且滑动连接在所述第一导轨上的第一连接件、一端与所述第一连接件转动连接的第一连杆、一端与所述第一连杆的另一端转动连接的眼框以及固定在所述头部支撑架上的眼皮支撑架，所述眼框的另一端与所述眼皮支撑架转动连接，所述眼框内固定有上眼皮，所述眼皮支撑架上设置有与所述上眼皮对应的下眼皮；所述眼球摆动组件包括：固定在所述头部支撑架上的眼球摆动气缸和第二导轨、与所述眼球摆动气缸的输出端固定连接且沿所述第二导轨滑动的气缸推拉杆、连接在所述气缸推拉杆端部的第一眼球摆杆、与所述第一眼球摆杆平行设置的第二眼球摆杆以及连接所述第一眼球摆杆和所述第二眼球摆杆的第二连杆；所述第一眼球摆杆的一端固定有转轴，另一端固定安装有半圆眼珠；所述转轴上安装有滚子轴承，所述气缸推拉杆端部设置有椭圆形特征孔，所述滚珠轴承滚动连接在所述椭圆形特征孔的内壁；所述第二眼球摆杆的端部也固定安装有半圆眼珠；所述头部支撑架上还设置有限位槽，所述第二连杆在所述限位槽内移动。

进一步地，所述第一连接件上固定连接有第一滑块，所述第一滑块与所述第一导轨滑动连接。

进一步地，所述气缸推拉杆上固定有第二滑块，所述第二滑块与所述第二导轨滑动连接。

进一步地，所述第一眼球摆杆和第二眼球摆杆的端部均设置有用来固定半圆眼珠的眼珠固定部，所述眼珠固定部的上下两端均设置为弧形。

进一步地，所述第一眼球摆杆与所述眼皮支撑架之间设置有垫圈，所述第二眼球摆杆与所述眼皮支撑架之间也设置有垫圈。

一种仿人头部运动机构，其特征在于：包括嘴巴张合组件和仿人眼睛运动机构；所述嘴巴张合组件包括：设置在头部支撑架上的嘴巴张合气缸和第三导轨、与所述嘴巴张合气缸输出端固定连接且滑动连接在所述第三导轨上的第二连接件、一端与所述第二连接件转动连接的下颌拉杆以及转动连接在所述下颌拉杆另一端的下颌支架，所述头部支撑架上安装有与所述下颌支架对应的上颌支架，所述上颌支架与所述下颌支架上均设置有牙床。

进一步地，所述头部支撑架下固定安装有中间支撑架，所述上颌支架固定安装在所述中间支撑架上。

进一步地，所述第二连接件固定连接在第三滑块上，所述第三滑块与所述第三导轨滑动连接。

更进一步地，所述上颌支架和所述下颌支架转动连接。

本发明的一种仿人眼睛及头部运动机构的有益效果是：

1、本发明通过眼睑张合组件能够模仿人类眼睑张合运动，通过对称设置的眼睑张合组件，能够实现左右眼睑的独立运动；通过眼球摆动组件能够实现模仿真人眼球的同步左右转动；通过嘴巴张合组件能够模仿人类嘴巴张合运动，具有运动精度高的特点。

2、本发明的眼睑张合组件、眼球摆动组件和嘴巴张合组件即可以独立运动，也可以配合运动，能够模仿人类的面部运动特征，提高了运动灵活性。

3、本发明通过设置在头部支撑架上限位槽对第二连杆限位，能够实现眼球摆动运动行程的最优控制，仿真效果好，整机结构简单合理，实现了较高的运动精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的整体结构图；

图2是本发明实施例整体结构的另一视角图；

图3是本发明实施例的眼睑张合组件结构图；

图4是本发明实施例的眼球摆动组件结构图；

图5是本发明实施例的眼球摆动组件部分结构图；

图6是本发明实施例的气缸推拉杆结构图；

图7是本发明实施例的嘴巴张合组件结构图。

图中:1、头部支撑架，2、眼睑张合组件，20、眼睑张合气缸，21、第一导轨，22、上眼皮，23、下眼皮，24、第一连接件，25、第一连杆，26、第一滑块，27、眼框，3、眼球摆动组件，30、眼球摆动气缸，31、第二导轨，32、气缸推拉杆，33、椭圆形特征孔，34、滚子轴承，35、转轴，36、第一眼球摆杆，37、第二连杆，38、第二眼球摆杆，39、限位槽，310、半圆眼珠，311、第二滑块，312、眼珠固定部，313、垫圈，4、嘴巴张合组件，40、嘴巴张合气缸，41、第三导轨，42、下颌支架，43、上颌支架，44、牙床，45、第二连接件，46、下颌拉杆，47、第三滑块，5、眼皮支撑架，6、中间支撑架。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

需要理解的是在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”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。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于简化文字描述以区别于类似的对象，而不能理解为特定的次序间的先后关系。

如图1-图7所示的本发明的一种仿人头部运动机构的具体实施例，包括头部支撑架1、安装在头部支撑架1上嘴巴张合组件4和对称设置在嘴巴张合组件6两侧的两眼睑张合组件2以及设置在所述头部支撑架1下方的眼球摆动组件3。

参见图1-图5，仿人眼睛运动机构包括：眼睑张合组件2和眼球摆动组件3。参见图2和图3，眼睑张合组件2包括：设置在头部支撑架1上的眼睑张合气缸20和第一导轨21、与眼睑张合气缸20输出端固定连接且滑动连接在第一导轨21上的第一连接件24、一端与第一连接件24转动连接的第一连杆25、一端与第一连杆25的另一端转动连接的眼框27以及固定在头部支撑架1上的眼皮支撑架5，眼框27的另一端与眼皮支撑架5转动连接，眼框27内固定有上眼皮22，眼皮支撑架5上设置有与上眼皮22对应的下眼皮23。第一连接件24上固定连接有第一滑块26，第一滑块26与第一导轨21滑动连接。眼睑张合组件2能够模仿人的眼皮进行张合。具体地，眼睑张合气缸20推动第一连接件24前后运动，带动第一连杆25转动，进而带动U形的眼框27转动，使上眼皮22上下摆动，实现与下眼皮23的分开和靠近，模仿人眼部的眼皮张合动作。

参见图4-图6，眼球摆动组件3包括：固定在头部支撑架1上的眼球摆动气缸30和第二导轨31、与眼球摆动气缸30的输出端固定连接且沿第二导轨31滑动的气缸推拉杆32、连接在气缸推拉杆32端部的第一眼球摆杆36、与第一眼球摆杆36平行设置的第二眼球摆杆38以及连接第一眼球摆杆36和第二眼球摆杆38的第二连杆37；第一眼球摆杆36的一端固定有转轴35，另一端固定安装有半圆眼珠310；转轴35上安装有滚子轴承34，气缸推拉杆32端部设置有椭圆形特征孔33，滚子轴承34滚动连接在椭圆形特征孔33的内壁；第二眼球摆杆38的端部也固定安装有半圆眼珠310；头部支撑架1上还设置有限位槽39，第二连杆37在限位槽39内移动。本实施例中，气缸推拉杆32上固定有第二滑块311，第二滑块311与第二导轨31滑动连接。

眼球摆动组件的具体的工作过程为：通过眼球摆动气缸30伸缩，带动气缸推拉杆32在第二导轨31上滑动，推动滚子轴承34沿椭圆形特征孔33的内壁滚动，进而能够使设置在第一眼球摆杆36末端的半圆眼珠310摆动；由于第二眼球摆杆38与第一眼球摆杆36平行设置，气缸推拉杆32、第一眼球摆杆36、第二连杆37和第二眼球摆杆38形成四连杆机构，在限位槽39对第二连杆37的导向作用下，第二眼球摆杆38的运动形式与第一眼球摆杆36相同，进而能够实现模仿真人眼球的同步左右转动。本实施方式能够实现眼球摆动运动行程的最优控制，提高仿真效果，整机结构简单合理，提高了运动精度。

参见图5，为了能够更好的固定半圆眼珠，第一眼球摆杆36和第二眼球摆杆38的端部均设置有眼珠固定部312，眼珠固定部312的上下两端均设置为弧形。第一眼球摆杆36与眼皮支撑架5之间设置有垫圈313，第二眼球摆杆38与眼皮支撑架5之间也设置有垫圈313，能够使第一眼球摆杆36和第二眼球摆杆38更好的摆动。

结合图1和图7，嘴巴张合组件4包括：设置在头部支撑架1上的嘴巴张合气缸40和第三导轨41、与嘴巴张合气缸40输出端固定连接且滑动连接在第三导轨上的第二连接件45、一端与第二连接件45转动连接的下颌拉杆46以及转动连接在下颌拉杆46另一端的下颌支架42，头部支撑架1上安装有与下颌支架42对应的上颌支架43，上颌支架43与下颌支架42上均设置有牙床44。第二连接件45固定连接在第三滑块47上，第三滑块47与第三导轨41滑动连接。头部支撑架1下固定安装有中间支撑架6，上颌支架43固定安装在中间支撑架6上，上颌支架43和下颌支架42转动连接。

第三滑块47、第二连接件45、下颌拉杆46和下颌支架42组成曲柄滑块的连杆机构，通过嘴巴张合气缸40伸缩，带动第三滑块47和第二连接件45沿第三导轨41上下滑动，使下颌拉杆46上下运动，进而使下颌支架42绕下颌拉杆46转动，能够实现模仿人嘴巴的张合运动。

眼睑张合气缸20、眼球摆动气缸30和嘴巴张合气缸40均通过气缸支架与头部支撑架1固定连接。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。