[發明專利]具有人機交互功能的仿人頭像機器人裝置及行為控制方法

有效

• 申請號: 200910072405.5
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN101618280A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 吳偉國;孟慶梅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: A63H13/00
• 分類號: A63H13/00;A63H3/36;G06N3/00;G06K9/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 楊立超

1.一種具有人機交互功能的仿人頭像機器人裝置，所述仿人頭像機器人裝置由仿人頭像機器人本體、機器人行為控制系統和傳感器感知系統三部分組成；其特征在于：

所述仿人頭像機器人本體包括眼球運動單元(1)、上下顎運動單元(61)、人工肺裝置(71)、面部表情及口形驅動機構(81)、前支板(7)、后支板(6)、立架(51)、面部殼體(17)和面部彈性皮膚(18)；眼球運動單元(1)由兩個眼球(12)、眼球傳動機構、兩個眼球伺服電機(14)、兩個眼瞼(13)、眼瞼傳動機構、兩個眼瞼伺服電機(16)和伺服電機(29)構成；上下顎運動單元(61)由上鄂(8)、下顎(9)、電機(27)和轉軸(28)構成；人工肺裝置(71)由軟管(19)、汽缸(20)、活塞(21)、螺母(22)、氣體驅動導向軸(23)、氣體驅動絲杠(25)、驅動電機(26)和進氣管(92)構成；面部表情及仿人口形驅動機構(81)由第一驅動伺服電機(35)、第二驅動伺服電機(34)、第三驅動伺服電機(33)、第四驅動伺服電機(40)、第五驅動伺服電機(41)、第六驅動伺服電機(43)和多組面部皮膚驅動繩輪機構構成；

機器人行為控制系統包括控制系統硬件與控制系統軟件，所述控制系統硬件包括主控機(91)和運動控制卡(5)；所述控制系統軟件即為行為控制方法；

傳感器感知系統包括兩個小型CCD傳感器(3)、語音識別單片機(4)、嗅覺傳感器(24)；

前支板(7)、后支板(6)平行設置并與立架(51)固接在一起構成仿人?頭像機器人的頭部骨架，眼球運動單元(1)、上下顎運動單元(61)由上至下安裝在立架(51)上；在每個眼球(12)中嵌入一個小型CCD傳感器(3)形成機器人的雙目視覺，每個眼瞼(13)設置在對應眼球(12)的上方，兩個眼球伺服電機(14)分別通過眼球傳動機構帶動兩個眼球(12)左右轉動，兩個眼瞼伺服電機(16)分別通過眼瞼傳動機構帶動兩個眼瞼(13)運動，伺服電機(29)同時驅動兩個眼球(12)一起上下動動；上鄂(8)設置在下顎(9)的上方，電機(27)帶動轉軸(28)驅動下顎(9)運動；嗅覺傳感器(24)安裝在眼球運動單元(1)和上下顎運動單元(61)之間的立架(51)上，軟管(19)的一端與嗅覺傳感器(24)連接，軟管(19)的另一端與氣缸(20)連接，驅動電機(26)與氣體驅動絲杠(25)轉動連接，螺母(22)安裝在氣體驅動絲杠(25)上，螺母(22)沿著氣體驅動導向軸(23)移動，驅動固連在螺母(22)上的活塞(21)運動，實現機器人的嗅覺功能，進氣管(92)的一端與汽缸(20)連接；第一驅動伺服電機(35)、第二驅動伺服電機(34)、第三驅動伺服電機(33)、第四驅動伺服電機(40)、第五驅動伺服電機(41)和第六驅動伺服電機(43)均安裝在由前支板(7)、后支板(6)和立架(51)構成的仿人頭像機器人頭部骨架上，所述六個驅動伺服電機通過面部皮膚驅動繩輪機構與面部彈性皮膚(18)的相應的控制點連接；面部殼體(17)和面部彈性皮膚(18)與人臉的輪廓形狀相一致，面部殼體(17)、面部彈性皮膚(18)由內向外安裝在眼球運動單元(1)、上下顎運動單元(61)的前端上形成仿人?頭像機器人裝置的外部輪廓形狀；運動控制卡(5)安裝在后支板(6)上，語音識別單片機(4)安裝在前支板(7)的上端上；傳感器感知系統將感知到的信息輸出給主控機(91)進行處理，機器人行為控制系統中的控制系統軟件根?據人工情感模型得到相應電機的相關控制量，將運動控制指令通過運動控制卡

(5)輸出PWM脈沖驅動相應的電機運動到指定的位置，從而實現機器人的?人機交互功能及各種情感反應。

2.根據權利要求1所述的具有人機交互功能的仿人頭像機器人裝置，其特征在于：所述傳感器感知系統還包括觸覺傳感器，所述觸覺傳感器設置在前額中部位置。

3.根據權利要求1或2所述的具有人機交互功能的仿人頭像機器人裝置，其特征在于：所述傳感器感知系統還包括兩個溫度傳感器，所述兩個溫度傳感器分別設置在前額的左右兩側。