机器人口型控制机构及其控制系统

摘要

本发明公开了一种机器人口型控制机构，包括嘴唇控制组件，嘴唇控制组件包括动作气囊和电动气囊泵，电动气囊泵包括储气气囊和电机驱动部，所述动作气囊为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊并嵌于机器人的仿真脸皮内的适当位置，且一储气气囊与一动作气囊通过导气管连通并形成一封闭气腔，电机驱动部控制储气气囊充气和抽气动作，储气气囊对应控制动作气囊伸缩动作。本发明通过嵌入仿真脸皮内的动作气囊调整机器人的口型，不但调整方便、结构简单、体积重量小、成本低，而且模仿口型更为人性化；另一方面，本发明通过储气气囊来控制动作气囊的伸缩，无需在导气管上设置阀门，使得在机器人工作时噪音小。另，本发明还公开了对应的控制系统。

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真机器人，尤其涉及仿真机器人的嘴唇控制组件及其控制系统。

背景技术

口型是表情的重要成分，人说话总要伴随着口型运动，以形成不同的声道，发出各类语音；在各种情感表达时，口型也会随着表情呈现出不同的姿态。为了使得机器人能够模仿人说话和表达情感，通常将机器人的嘴巴分成四块，左嘴角、右嘴角、上嘴唇和下嘴唇，模仿口型时，左右嘴角至少各有一个X向和Y向的直线运动，上、下唇至少各有一个Z向直线运动。这样，需要在狭小的口部空间布置大量口型运动控制机构，相关运动机构的尺寸要求非常紧凑，机构的质量要求尽量轻，若采用传统刚体形态的运动机构，为减少机构的重量和体积，往往使得机构的结构复杂、实现成本非常高，口型控制的效果也很不理想。

为此，当前表情机器人领域急需一种低成本、提高口部空间利用率的机器人口型控制机构及其控制系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人口型控制机构，可使机器人进行拟人化的口型模仿。

本发明的另一目的是提供一种机器人口型控制系统，可使机器人进行拟人化的口型模仿。

为了实现上有目的，本发明公开了一种机器人口型控制机构，所述机器人 口型控制机构包括嘴唇控制组件，所述嘴唇控制组件包括动作气囊和电动气囊泵，所述电动气囊泵包括储气气囊和电机驱动部，所述动作气囊为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊并嵌于机器人的仿真脸皮内的适当位置，且一所述储气气囊与一所述动作气囊通过导气管连通并形成一封闭气腔，所述电机驱动部控制所述储气气囊充气和抽气动作，所述储气气囊抽气或充气以对应控制所述动作气囊沿一方向伸缩动作。

与现有技术相比，本发明通过嵌入机器人仿真脸皮内的动作气囊调整机器人的口型，不但调整方便、结构简单、体积重量小、成本低；第二，本发明可将动作气囊嵌入机器人仿真脸皮对应影响人脸口型的肌肉所在部位(嘴角和/或嘴唇)，从而全面的模仿人的口型动作，使得机器人口型更为形象；第三，本发明通过储气气囊来控制动作气囊的伸缩，无需在导气管上设置阀门，使得在机器人工作时噪音小。第四，本发明通过双气囊结构控制动作气囊的伸缩，动作气囊、储气气囊和导气管之间形成一个密闭的环境，通过控制导向筒内储气气囊的伸缩度来控制动作气囊的偏移量，不但控制方便，而且控制结果精准。

较佳地，所述动作气囊包括嵌于所述仿真脸皮之仿真嘴唇内的唇部气囊和嵌于所述仿真脸皮之仿真嘴角周围的嘴角气囊，且所述嘴角气囊一端连接于所述机器人的骨架上，另一端连接于所述机器人仿真脸皮之嘴角。

较佳地，所述唇部气囊包括位于仿真脸皮之上嘴唇内的上唇气囊、位于仿真脸皮之下嘴唇内的下唇气囊，所述唇部气囊的气孔开设于所述唇部气囊之囊壁的中间，所述嘴角气囊沿所述机器人仿真脸皮的嘴角肌肉群对应设置，包括左提上唇肌气囊、左颧大肌气囊、左笑肌气囊、左降口角肌气囊、左降下唇肌气囊、右提上唇肌气囊、右颧大肌气囊、右笑肌气囊、右降口角肌气囊和右降下唇肌气囊。该方案使得动作气囊可以全方位的模仿嘴唇的动作，从而使得机器人口型更为人性化。

较佳地，所述伸缩气囊包括气囊本体和开设于所述气囊本体上的气孔，所述气囊本体包括气囊侧壁和位于所述气囊侧壁两端并密封所述气囊侧壁的气囊端壁，所述气囊侧壁由若干个可折叠波纹片沿折叠伸缩方向连接而成；所述动 作气囊沿其轴向设有若干支撑件，所述支撑件沿所述动作气囊的周向支撑所述波纹片的波峰以防止所述波峰内陷。

较佳地，所述电动气囊泵还包括导向筒、滑动安装于所述导向筒内的活塞和与所述活塞相连的活塞杆，所述储气气囊为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊，所述储气气囊安装于所述导向筒的筒壁和活塞之间并可沿所述导向筒的筒壁伸缩；所述电机驱动部与所述活塞杆相连以控制所述活塞杆伸缩动作，所述活塞杆带动所述活塞沿所述导向筒的筒壁滑动，所述活塞带动所述储气气囊伸缩动作以使所述动作气囊充气或抽气。该方案结构简单，且便于控制储气气囊的压缩量。

更佳地，所述储气气囊内还安装有压缩弹簧，所述压缩弹簧对所述储气气囊提供回复的弹力。该方案使得活塞远离储气气囊时，储气气囊可以及时拉伸，当然，也可以直接将储气气囊的一端与活塞连接，另一端与导向筒的筒壁连接，使得活塞移动时可以直接带动储气气囊的拉伸和压缩。

较佳地，所述机器人口型控制机构还包括齿部控制组件，所述齿部控制组件包括所述动作气囊、齿部传动组件和所述电动气囊泵，所述齿部传动组件包括齿部导向筒、齿部活塞杆、滑动安装于所述齿部导向筒内并与所述齿部活塞杆的前端连接的齿部活塞、安装于所述齿部导向筒和齿部活塞之间的齿部弹簧，所述动作气囊安装于所述齿部导向筒的内壁和齿部活塞之间并可沿所述齿部导向筒的筒壁伸缩动作，所述齿部弹簧对所述齿部活塞提供抵触所述动作气囊的弹力，所述齿部活塞杆的末端和齿部导向筒分别安装于所述机器人的上颌骨架和下颌骨架上，所述电动气囊泵控制所述动作气囊伸缩工作，所述动作气囊带动所述齿部活塞动作以使所述机器人牙齿开合。

本发明还公开了一种机器人口型控制系统，所述机器人口型控制系统包括机器人口型控制机构和控制所述电动气囊泵动作的运动控制模块，所述机器人口型控制机构如上所示，所述运动控制模块包括偏移量转换单元和驱动信号转换单元，所述偏移量转换单元接收口型视位时序信号SV，并依据预设的口型视位值与偏移量对应关系将所述口型视位时序信号SV转换为对应的偏移量时序 信号，所述口型视位时序信号SV由若干口型视位的口型时序信息CV和口型视位信息FV组成，所述偏移量时序信号包括相互对应的动作时序信息和储气气囊偏移量信息；所述驱动信号转换单元依据所述偏移量时序信号计算对应的气囊控制信号，所述电机驱动部依据所述气囊控制信号控制所述储气气囊以预设速度压缩或拉伸以到达预设的位置。

与现有技术相比，本发明通过嵌入机器人仿真脸皮内的动作气囊调整机器人的口型，不但调整方便、结构简单、体积重量小、成本低；另一方面，本发明可将动作气囊嵌入机器人仿真脸皮对应影响人脸口型的肌肉所在部位(嘴角和/或嘴唇)，从而全面的模仿人的口型动作，使得机器人口型更为人性化；再一方面，本发明通过储气气囊来控制动作气囊的伸缩，无需在导气管上设置阀门，使得在机器人工作时噪音小。再一方面，本发明通过双气囊结构控制动作气囊的伸缩，动作气囊、储气气囊和导气管之间形成一个密闭的环境，通过控制导向筒内储气气囊的伸缩度来控制动作气囊的偏移量，不但控制方便，而且控制结果精准。

较佳地，所述机器人口型控制系统还包括位置检测单元，所述位置检测单元检测所述储气气囊的伸缩量以生成位置反馈信号；所述驱动信号转换单元依据所述位置反馈信号调整所述气囊控制信号。

具体地，所述口型时序信息包括所述口型视位的开始时刻TC和形成时刻TH，所述位置检测单元实时检测所述储气气囊的伸缩量以生成位置反馈信号，所述驱动信号转换单元计算所述气囊控制信号的方法为：按照时序依据所述动作时序信息对应的储气气囊偏移量信息以获得当前时刻的目标偏移量信息，实时获取所述位置反馈信号并依据所述位置反馈信号获得当前时间的实际偏移量信息，实时比较所述目标偏移量信息和实际偏移量信息以计算储气气囊的动作量，依据所述动作时序信号和动作量计算所述气囊控制信号，所述气囊控制信号包括驱动电压信息和驱动方向信息。

具体地，所述驱动信号转换单元包括信号获取单元、运动目标寄存器、储气气囊状态寄存器、比较计算部和参数计算部。所述信号获取单元接收偏移量 时序信号并在到达任一口型视位的开始时刻时，将该口型视位的偏移量信息送入运动目标寄存器；所述运动目标寄存器存储所述偏移量信息以生成存储目标偏移量信息；所述储气气囊状态寄存器存储所述位置反馈信号以生成实际偏移量信息；所述比较计算部实时比较所述目标偏移量信息和实际偏移量信息以获得所述储气气囊的动作量；所述参数计算部实时计算动作时序信号的形成时刻TH和当前时间之间的差值以获得获取所述口型视位的时间差，依据所述时间差和所述储气气囊的动作量实时计算所述气囊控制信号。

较佳地，所述口型时序信息包括所述口型视位的开始时刻TC、形成时刻TH和结束时刻TF，机器人口型控制系统还包括前置处理模块，所述前置处理模块对口型视位时序信号进行前置处理以获得处理后的口型视位时序信号SV，并将所述口型视位时序信号SV输送至所述运动控制模块，所述前置处理模块对所述口型视位时序信号进行前置处理具体包括：判断相邻口型视位对应的时间间隔是否超出预设值，若是则在所述相邻口型视位之间增加一个预设口型视位，若否则将前一瞬态口型视位的结束时刻调整为后一瞬态口型视位的结束时刻。

较佳地，所述仿真脸皮为硅胶脸皮。

附图说明

图1是本发明所述机器人口型控制机构之嘴唇控制组件的结构图。

图2是本发明所述机器人口型控制机构之嘴唇控制组件的动作气囊在仿真脸皮上的安装示意图。

图3a-图3c是本发明所述动作气囊的结构图。

图4是本发明所述机器人口型控制机构之齿部控制机构的结构图。

图5是本发明所述机器人口型控制机构之齿部控制机构的动作气囊在机器人上的安装示意图。

图6a是本发明一实施例中所述动作气囊与支撑件的连接示意图。

图6b是图6a中所述支撑件的结构图。

图6c是本发明另一实施例中所述动作气囊与支撑件的连接示意图。

图6d是本发明另一实施例中所述支撑件的结构图。

图6e是是本发明再一实施例中所述支撑件的结构图。

图7a是本发明所述机器人口型控制系统的结构框图。

图7b是本发明所述机器人口型控制系统的另一结构框图。

图8a和图8b是本发明的口型视位示意图。

图9是本发明所述运动控制模块的结构框图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

参考图7a和图7b，本发明公开了一种机器人口型控制系统100，包括机器人口型控制机构20和控制机器人口型控制机构20动作的运动控制模块20。

参考图1至图2，所述机器人口型控制机构20包括嘴唇控制组件101，所述嘴唇控制组件101包括动作气囊31和电动气囊泵32，所述电动气囊泵32包括气囊驱动部321和电机驱动部322，所述气囊驱动部321包括储气气囊62，所述动作气囊31为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊并嵌于机器人的仿真脸皮101内的适当位置，且一所述储气气囊62与一所述动作气囊31通过导气管33连通并形成一封闭气腔，所述电机驱动部322控制所述储气气囊62充气和抽气动作，所述储气气囊62抽气或充气以对应控制所述动作气囊31沿一方向伸缩动作。其中，仿真脸皮101内的适当位置指的是需要进行收缩控制的部位，尤其是指机器人仿真脸皮对应影响人脸口型的肌肉所在部位。其中，所述电机驱动部322包括驱动电路和驱动电机。

参考图3a-图3c，所述动作气囊31(伸缩气囊)包括气囊本体311和开设于所述气囊本体311上的气孔312，所述导气管33与气孔312相连；所述气囊本体311包括气囊侧壁3111和位于所述气囊侧壁3111两端并密封所述气囊侧壁3111的气囊端壁3112，所述气囊侧壁3111由若干个可折叠波纹片沿折叠伸缩方向连接而成。具体地，所述气囊侧壁3111呈柱状(如图3a、图3b所示)或圆 台状(如图3c所示)。

较佳者，参考图6a，为了防止所述动作气囊31在充抽气时波纹片的波峰处内陷，所述动作气囊31沿其轴向设有若干支撑件34，所述支撑件34沿所述动作气囊的周向支撑所述波纹片的波峰以防止所述波峰内陷。继续参考图6a和图6b，在本实施例中，所述支撑件34为镶嵌在所述气囊侧壁3111的外壁上的钢圈，以防止波峰内陷或向外膨胀。当然，所述钢圈可以由其他金属圈或者其他材质的支撑圈代替，所述支撑圈除了镶嵌在所述气囊侧壁3111的外壁上，还可以包覆在所述气囊侧壁3111的外壁上(图中未示)或镶嵌在气囊侧壁3111的内壁上(图中未示)或支撑于所述气囊侧壁3111的内壁上(如图6c所示)。

当然，所述支撑件34除了支撑圈结构，还可以是支撑架34’(如图6d所示)，所述支撑架34’安装于所述动作气囊31内(图中未示)并抵触所述波纹片的波峰内壁以防止所述波峰内陷；所述支撑件34也可以是一个弹性件34”(如图6e)，所述弹性件34”安装于所述动作气囊31内并提供支撑所述波纹片的波峰的弹力，以防止所述波峰内陷，制作成本低，工艺简单。

较佳者，参考图4和图5，所述机器人口型控制机构20还包括齿部控制机构102，所述齿部控制机构102包括动作气囊11、齿部传动组件和所述电动气囊泵32，所述齿部传动组件包括齿部导向筒12、齿部活塞13、齿部弹簧14和齿部活塞杆17，所述齿部活塞13滑动安装于所述齿部导向筒12内并与所述齿部活塞杆17的前端相连，所述动作气囊11安装于所述齿部导向筒12的内壁和齿部活塞13之间并可沿所述齿部导向筒12的筒壁伸缩动作，所述齿部弹簧14安装于齿部导向筒12的内壁和齿部活塞13之间并对所述齿部活塞13提供抵触所述动作气囊11的弹力，所述齿部活塞杆17的末端和齿部导向筒12分别安装于所述机器人的上颌骨架103和下颌骨架104上。其中，所述齿部活塞杆17转动连接在上颌骨架103上，齿部导向筒12通过连接杆16转动连接在下颌骨架104上，所述齿部弹簧14和动作气囊11分别位于齿部活塞13的两侧，所述齿部导向筒12上设有若干排气口121。

由于动作气囊11与动作气囊31结构相同，且电动气囊泵32和动作气囊11 之间的连接关系与电动气囊泵32和动作气囊31的连接关系相同，在此不予以详述。

当电动气囊泵32对动作气囊11进行抽气操作时，动作气囊11收缩，齿部活塞13在齿部弹簧14的弹力下向齿部导向筒12内移动，齿部传动组件收缩，下颌骨架104相对于上颌骨架103收合，所述机器人牙齿做咬合动作；当电动气囊泵32对动作气囊11进行充气操作时，动作气囊11拉伸，齿部活塞13在动作气囊11的抵触下向齿部导向筒12外移动，齿部传动组件伸长，下颌骨架104相对于上颌骨架103张开，所述机器人牙齿做张开动作。

参考图1和图4，所述电动气囊泵32包括气囊驱动部321和电机驱动部322，所述气囊驱动部321还包括导向筒61、滑动安装于所述导向筒61内的活塞63和与所述活塞63相连的活塞杆64，且所述储气气囊62为沿一方向伸缩动作的伸缩气囊并安装于所述导向筒61的筒壁和活塞63之间，并可沿所述导向筒61的筒壁伸缩；所述电机驱动部322与所述活塞杆64相连，并通过所述活塞杆64带动所述活塞63沿所述导向筒61的筒壁滑动，所述活塞63带动所述储气气囊62伸缩动作以使所述动作气囊31充气或抽气。其中，所述导向筒61筒壁上开设有若干排气口611。

较佳者，所述气囊驱动部321还包括复位弹簧65，所述复位弹簧65安装于所述储气气囊62内，并对所述储气气囊62提供回复的弹力。在该方案中，所述储气气囊62抵触于导向筒61的筒壁和活塞63之间且并未与导向筒61的筒壁和活塞63相连。当然，所述储气气囊62的两端也可以与所述导向筒61的筒壁和活塞63相连，此时，所述活塞63做伸缩动作时可直接带动储气气囊62伸缩动作。

继续参考图2，所述嘴唇控制组件101的动作气囊31包括嵌于所述仿真脸皮101之仿真嘴唇内的唇部气囊41、42和嵌于所述仿真脸皮101之仿真嘴角周围的嘴角气囊43-52。具体地，所述唇部气囊41、42包括安装于仿真嘴唇之上嘴唇内的上唇气囊41和安装于所述仿真嘴唇之下嘴唇内的下唇气囊42，所述气孔312开设于所述唇部气囊41、42之囊壁的中间。所述嘴角气囊沿所述机器人 仿真脸皮的嘴角肌肉群对应设置，包括位于左提上唇肌对应位置的左提上唇肌气囊43、位于左颧大肌对应位置的左颧大肌气囊44、位于左笑肌对应位置的左笑肌气囊45、位于左降口角肌对应位置的左降口角肌气囊46、位于左降下唇肌对应位置的左降下唇肌气囊47、位于右提上唇肌对应位置的右提上唇肌气囊48、位于右颧大肌对应位置的右颧大肌气囊49、位于右笑肌对应位置的右笑肌气囊50、位于右降口角肌对应位置的右降口角肌气囊51、位于右降下唇肌对应位置的右降下唇肌气囊52。

由于唇部动作主要由提上唇肌、颧大肌、笑肌、降口角肌、降下唇肌、口轮匝肌的收缩动作组成，齿部动作较为简单，只有张开、咬合两种反向运动，其运动主要由翼外肌、咬肌等的收缩动作形成。故本发明将口部运动分解为七项，并由对应的动作气囊控制：

CB：Conner Back嘴角的后拉——笑肌，通过左笑肌气囊45、右笑肌气囊50通过嘴角； 

CU：Conner Up嘴角的上升——颧大肌，通过左颧大肌气囊44、右颧大肌气囊49；

CD：Conner Down嘴角的下降——降口角肌，通过左降口角肌气囊46、右降口角肌气囊51控制；

LU：Lip Up上唇的提升——提上唇肌，通过左提上唇肌气囊43、右提上唇肌气囊48；

LD：Lip Down下唇的下降——降下唇肌，通过左降下唇肌气囊47、右降下唇肌气囊52控制；

LC：Lip Contraction上下唇的收缩——口轮匝肌，通过上唇气囊41和下唇气囊42控制；

MOC：Mouth Opening and closjng口部张合(齿部的张咬)——翼外肌、咬肌，通过动作气囊11控制。

其中，要在机器人上实现全部的口型运动的动作，需要有12个相对独立的运动机构，如此多的运动机构要布置在狭小的口部空间，对相关运动机构的尺 寸要求非常紧凑，同时也要求机构的质量尽量轻，以减少运动惯性；若采用传统刚体形态的运动机构，为减少机构的重量和体积，往往使得机构的结构复杂、实现成本非常高，故本发明仅采用动作气囊11、31来控制口型动作，结构简单、体积小、重量轻且成本低。

参考图6a，所述运动控制模块20接收口型视位时序信号SV并将所述口型视位时序信号SV转换为对应的气囊控制信号，所述电机驱动部322依据所述气囊控制信号控制所述储气气囊以预设速度压缩或拉伸以到达预设的位置，所述口型视位时序信号SV由若干口型视位Mv的时序信息Cv和口型视位信息Fv组成。

较佳者，所述运动控制模块20包括偏移量转换单元21和驱动信号转换单元22，所述偏移量转换单元21依据预设的口型视位值与偏移量对应关系将所述口型视位时序信号SV转换为对应的偏移量时序信号CD，所述偏移量时序信号CD包括相互对应的动作时序信息DV和储气气囊偏移量信息DT；所述驱动信号转换单元22依据所述偏移量时序信号计算所述气囊控制信号。

其中，口型视位是口部的可视器官(唇部和齿部)所呈现的口型姿态，口型视位信息是可以表达某一具体口型的数据，在本实施例中，口型视位信息可以是一个或者几个代表口部偏离正常姿态的数值，口型视位的参数采用相对几何参数表示方法。若口型视位是与动作气囊并不对应的一个或者几个代表口部张合程度的数值，此时口型视位值与偏移量对应关系比较复杂，参见表1，其中，口型视位表示某一个方向上口型偏移正常状态的值，《口型视位值与偏移量对应表》则是将口型视位信息FV中的口型视位值转换为储气气囊偏移量的对应表，运动控制模块20需要依据预设的《口型视位值与偏移量对应表》将口型视位信息FV中的口型视位值转换为储气气囊偏移量。当然，口型视位值不但可以采用一个代表口型张合大小的数值表示口型视位，还可以依据口型长度、宽度的量这两个数值来表示一个口型视位，或者依据与13动作气囊对应的13个或七个数值来表示一个口型视位，偏移量转换单元21只需要对应的口型视位值与偏移量对应表或者其他对应关系来计算储气气囊偏移量，储气气囊偏移量表示某一 个方向上储气气囊偏移正常状态的值。其中，由于动作气囊是嵌入硅胶脸皮中，受到材料弹性等因素影响，储气气囊偏移量与口型视位值之间的对应关系很难用数学公式来表达，故本发明通过实验法获取口型视位值和动作偏移量之间的对应关系，见表1，其中正值代表动作气囊被拉伸，负值代表动作气囊被压缩。

表1

建立口型动作偏移量与储气气囊伸缩偏移量的对应关系后，由于动作气囊是嵌入在硅胶脸皮中，材料弹性组合非常复杂，很难用数学公式来表示二者之间的关系，本项发明采用实验法来获取口型部位所有偏移状态对应的每一储气气囊偏移量，其中正值表示储气气囊被拉伸，负值表示储气气囊被压缩。

在本发明另一实施例中，所述口型视位值是由数个与嘴部肌肉群对应的或者与动作气囊对应的口型视位值组成的数值，此时运动控制模块20依据预设的动作气囊与储气气囊偏移量对应关系将所述口型视位时序信号SV转换为对应的气囊控制信号。

参考图8a和图8b，本发明的口型视位是由13个动作气囊伸缩变形而形成的，故所述口型视位信息FV由13个与储气气囊对应的口型视位值组成，13个动作气囊控制着12个口型姿态特征点做定向变形偏移，共有13种变形偏移，具体如下：

1)上唇气囊41控制特征点E和E'之间距离D41伸长或缩短，D41代表上下唇收缩LC对应的上唇气囊41偏移量；

2)下唇气囊53控制特征点F和F'之间距离D42伸长或缩短，D42代表上下唇收缩LC对应的下唇气囊42的偏移量；

3)左提上唇肌气囊43控制特征点A'沿D43方向偏移、右提上唇肌气囊48控制特征点A沿D48方向偏移，D43和D48分别代表上唇提升LU对应的左提上唇肌气囊43、右提上唇肌气囊48的偏移量；

4)左颧大肌气囊44控制特征点C'沿着D44方向偏移，右颧大肌气囊49控制特征点C沿着D49方向偏移，D44和D49分别代表嘴角上升CU对应的左颧大肌气囊44、右颧大肌气囊49的偏移量；；

5)左笑肌气囊45控制特征点C'沿着D45方向偏移，右笑肌气囊50控制特征点C沿着D50方向偏移，D45和D50分别代表嘴角后拉CB对应的左笑肌气囊45、右笑肌气囊50的偏移量；

6)左降口角肌气囊46控制特征点C'沿着D46方向偏移，右降口角肌气囊51控制特征点C沿着D51方向偏移，D46和D51分别代表嘴角下降CD对应的左降口角肌气囊46、右降口角肌气囊51的偏移量；

7)左降口角肌气囊47控制特征点C'沿着D47方向偏移，右降口角肌气囊52控制特征点C沿着D52方向偏移，D47和D52分别代表下唇下降LD对应的左降下唇肌气囊47、右降下唇肌气囊52的偏移量；

8)齿部控制组件的动作气囊11控制特征点G和G'之间距离D11伸长或缩短，D11代表齿部张合MOC对应的动作气囊11的偏移量。

某个确定的口型视位可以由这13个偏移量来确定，这13种变形偏移的组合可用一个口型视位信息FV表示，FV＝(D11,D41,D43,D44,D45,D46,D47,D48,D49,D50,D51,D52,D42)，口型视位信息FV可以表示各种各样的口型视位。

该口型视位Mv中口型视位信息Fv可以用对应的偏移量信息表示：

FV(j)＝(D11(j),D41(j),D43(j),D44(j),D45(j),D46(j),D47(j),

D48(j),D49(j),D50(j),D51(j),D52(j),D42(j))

口型在自然状态时，各个特征点的偏移均为0，称为0口型视位，即为：

FV(j)＝(0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0)。

虽然机器人的口型形成需要13个口型视位值来控制13个储气气囊表达，但是很多口型的形成并不需要13个储气气囊全部动作，例如音素“n”的口型视位FV(“n”)，由于音素“n”的音腔只需要LU、LD、MOC对应控制，故FV(“n”)＝(X,X,X,1,1,X,0,X,1X,1,X,X)，其中D43,D47,D11，D48,D52为有效控制值，D45,D44,D46,D47,D41，D50,D49,D51,D52,D42均为无效控制值，无效控制值对应的动作气囊无效控制，对应的储气气囊也无需控制。当然，为了降低系统的复杂程度，可以将对称的动作气囊参数设置成相同，以采用七个口型视位值组成口型视位信息，即FV＝(D45,D44,D46,D43,D47,D41,D11)。

其中，口型视位是口部的可视器官(唇部和齿部)所呈现的口型姿态，口型视位信息是可以表达某一具体口型的数据，在本实施例中，口型视位信息可以是一个或者几个代表口部偏离正常姿态的数值，是图8a所示12个特征点沿13个变动方向的偏移值。口型视位的参数采用相对几何参数表示方法，定义两嘴角之间的直线距离H(参考图8a)的12分之一为1个基本口型尺寸单位U，即1U＝H/12，所有口型几何参数均为U的整数倍，在实际的口型控制机构中将相对几何尺寸转换为实际尺寸只需乘以H。若机器人的仿真脸皮上与动作气囊对应的某一位置需要收缩2个单位，此时该口型视位值为“-2”，若拉伸1个单位，则该口型视位值为“1”，若需要保持常态，则对应的口型视位值为“0”，该口型无需该处对应的动作气囊或肌肉控制，若该动作气囊无需控制，则对应的口型视位值为无效控制值，用“X”表示。对应的，此时所述运动控制模块20需要依据预设的口型视位值与偏移量对应关系将所述口型视位时序信号SV中的各个口型视位值对应转换为储气气囊偏移量。

较佳者，所述机器人控制系统100还包括口型视位处理模块，所述口型视位处理模块用于将外部输入的口型视位时序信号转换为与所述动作气囊的偏移量值对应的口型视位时序信号，具体步骤为：接收第一口型视位序列信号，所述第一口型视位序列信号由口型时序信号和第一口型视位信息组成，所述第一 口型视位信息由至少一个代表口型大小的第一口型视位值组成；所述口型视位处理模块依据预设的对应关系将所述第一口型视位信息转换为与所述动作气囊的偏移量值对应的口型视位信息，从而获得与所述动作气囊的偏移量值对应的口型视位时序信号。该方案使得所述机器人控制系统100可表达不同格式的口型视位信号。

较佳者，参考图7a，所述机器人口型控制系统100还包括位置检测单元60，所述位置检测单元60检测所述储气气囊62的伸缩量以生成位置反馈信号，所述驱动信号转换单元22依据所述位置反馈信号调整所述气囊控制信号。在本实施例中，通过在导向筒61上设置位置传感器来检测所述活塞63的位置，从而计算所述储气气囊62的偏移量。当然，所述位置检测单元60也可以为位于所述储气气囊内的压力传感器，通过检测储气气囊62内的气压来判断储气气囊62的偏移量，从而实时获得所述动作气囊11、31的伸缩程度，便于气囊控制单元23实时校正所述动作气囊11、31的动作。其中，校正所述气囊控制信号的方法为：所述驱动信号转换单元22依据所述位置检测单元60生成的位置反馈信号判断所述动作气囊11、31的伸缩程度和速度，在动作气囊11、31的伸缩程度和速度超出预设值时校正所述气囊控制信号；例如，所述位置检测单元60判断所述动作气囊31、11是否到达对应的偏移量，当所述活塞63到达预定位置后，所述位置检测单元60生成包含到达信息的位置反馈信号，所述驱动信号转换单元22依据所述位置反馈信号发出停止命令，控制所述伸缩驱动部322停止动作。

较佳者，所述口型时序信息包括所述口型视位的开始时刻TC和形成时刻TH，本实施例中，CV＝(TC，TH)，所述位置检测单元60实时检测所述储气气囊62的伸缩量以生成位置反馈信号，所述驱动信号转换单元22计算所述气囊控制信号的方法：按时序顺序获取一个偏移量时序信号CD(k)，取CD(k)的动作时序信息DV(k)和偏移量信息DT(k)，即CD(k)＝(Cv(k)，DT(k))，Cv(k)＝(TC(k)，TH(k))，在CD(k)的开始时刻TC(k)设置DT(k)为当前时刻t的目标偏移量信息X(t)，即X(t)＝DT(k)，实时获取所述位置反馈信号并依据所述位置反馈信号获得当前时刻t的实际偏移量信息Y(t)＝ (L11,L41,L 43,L 44,L 45,L 46,L 47,L 48,L 49,L 50,L 51,L 52,L 53)，实时比较所述目标偏移量信息和实际偏移量信息以计算储气气囊的动作量L(t)＝X(t)-Y(t)，依据所述时序信息Cv(t)获取口型视位的形成时刻TH(k)，计算当前时刻t与形成时刻TH(k)的时间差T(t)，依据动作量L(t)和时间差T(t)实时计算气囊控制信号SN，所述气囊控制信号包括驱动电压信息UN和驱动方向信息DN。其中，动作量L(t)的正负代表驱动方向信息，在本实施例中为正值代表正向移动，负值代表反向移动，计算结果的大小代表驱动电压信息，依据驱动方向信息DN控制所述电机驱动部驱动方向，依据驱动电压信号UN控制所述电机驱动部的速度。当然，也可以通过口型视位的形成时刻TH(k)和开始时刻TC(t)计算该口型视位的形成时间，依据该形成时间和动作量L(t)计算气囊控制信号SN，此时，无需实时计算气囊控制信号SN，而只需在口型视位的开始时刻TC(t)计算处理。

参考图9，所述驱动信号转换单元22包括信号获取单元220、运动目标寄存器221、储气气囊状态寄存器222、比较计算部223和参数计算部224，所述信号获取单元220接收偏移量时序信号CD并在到达任一口型视位CD(k)的开始时刻TC(k)时，将该口型视位CD(k)的偏移量信息DT(k)送入运动目标寄存器221，所述运动目标寄存器221用于存储目标偏移量信息X(t)，储气气囊状态寄存器222接所述位置反馈信号以存储实际偏移量信息Y(t)，所述比较计算部223实时比较所述目标偏移量信息X(t)和实际偏移量信息Y(t)并输出比较结果：动作量L(t)，所述参数计算部224通过T(k)＝TH(k)-t实时计算时间差T(t)，依据时间差T(t)和动作量L(t)实时计算当前的气囊控制信号SN。

较佳者，继续参考图7a，所述机器人控制系统还包括口型视位生成模块30，所述口型视位生成模块30接收语音信号，将所述语音信号转换为口型视位时序信号，其中，音节语音信号转换而成的口型视位时序信号称为语音口型视位时序信号。由于将语音信号转换为相应的口型视位时序信号为现有技术，参见期刊《计算机与现代化》2013年第10期的《一种双驱动模态的汉语语音与口型 匹配控制模型的研究》，详细描述了语音信号转换为口型视位时序信号的过程，故在此就不进行详述。

较佳者，所述口型时序信息CV包括所述口型视位的开始时刻TC、形成时刻TH和结束时刻TF，在本实施例中，CV＝(TC，TH，TF)，机器人口型控制系统100还包括前置处理模块40，所述前置处理模块40用于对口型视位时序信号进行前置处理，并将处理后的口型视位时序信号输送至运动控制模块或后续的口型视位合成模块等位置，处理过程如下：判断相邻口型视位对应的时间间隔是否超出预设值，即判断(TC(i+1)-TF(i))≥n，n为预设的数值，其中TC(i+1)为后一口型视位的开始时刻，TF(i)为前一口型视位的结束时刻，若是在相邻口型视位之间增加一个预设口型视位，若否则将前一口型视位的结束时刻调整为后一口型视位的结束时刻，TF(i)＝TC(i+1)，即CV(i)＝(TC(i)，TH(i)，TC(i+1))。其中，若机器人无需表达某种表情，预设口型视位是机器人在自然状态的口型。具体地，由于前置处理模块40处理后的口型视位时序是连续的，故处理后的口型视位时序信号中，口型时序信号CV包括处理后的开始时刻TC和形成时刻TH，可省略结束时刻TF。

参考图7a，详细描述本发明机器人口型控制系统的控制方法，以汉语语音为例，当语音处理单元21接受语音信号“你好”后，所述口型视位生成模块30将语音信号“你好”转换为音节语音信号“ni hao”，依据所述音节语音信号“nihao”生产对应的语音口型视位时序信号SV(“ni hao”)，SV(ni hao)＝(TV(“n”),TV(“i”),TV(“h”),TV(“ao”))，由于口型视位TV＝(CV，FV)，故：

TV(“n”)＝(([15,17,17],FV(“n”)),FV(“n”)＝(0,X,1,X,X,X,0,1,X,X,X,0,X)；

TV(“i”)＝([17,19,23],FV(“i”)),FV(“i”)＝(1,X,1,0,X,0,1,1,0,X,0,1,X)；

TV(“h”)＝([27,30,30],FV(“h”)),FV(“h”)＝(1,X,2,0,2,0,2,2,0,2,0,2,X)；

TV(“ao”)＝([30,33,45],FV(“ao”)＝(2,2,-1,0,0,0,-1,-1, 0,0,0,-1,2)。

前置处理模块40判断相邻两口型视位之间的时间间隔是否大于预设值5，即判断(TC(i+1)-TF(i))≥5，口型视位TV(“n”)与口型视位TV(“i”)的时间间隔为0，故将前一口型视位TV(“n”)的结束时刻调整为后一口型视位TV(“i”)的结束时刻，CV(“n”)＝(TC(“n”)，TH(“n”))＝[15,17]，依次调节，以使CV(“i”)＝(TC(“i”)，TH(“i”))＝[17,19]，CV(“h”)＝(TC(“h”)，TH(“h”))＝[27,30],CV(“ao”)＝(TC(“ao”)，TH(“ao”))＝([30,33]；若此时找寻口型视位TV(“ao”)后的口型视位，假设其后的口型视位为TV(“t”)＝([55,58,65],FV(“t”)＝(0,X,1,X,X,X,0,1,X,X,X,0,X)，由于口型视位TV(“ao”)与口型视位TV(“t”)的时间间隔为55-45＝10，大于5，故在口型视位TV(“ao”)与口型视位TV(“t”)之间增加一个预设口型视位，FV(“-”)＝([45,48],FV(“-”)＝(0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0)，故此时，SV(“ni hao”)＝(TV(“n”),TV(“i”),TV(“h”),TV(“ao”)，TV(“-”))。

偏移量转换单元21将口型视位时序信号SV(“ni hao”)依据预设的对应关系转换为对应的偏移量时序信号CD(“ni hao”)，由于口型视位时序信号SV(“nihao”)中的口型视位信息中的口型视位数值与动作气囊的偏移量相对应，假设动作气囊和储气气囊的伸缩量对应关系为1:1，则所述偏移量转换单元21依据1:1的对应关系将SV(“ni hao”)转换为CD(“ni hao”)。

所述驱动信号转换单元22在CD(“ni hao”)的TV(“n”)中的开始时刻“15”到达时，获取对应的储气气囊偏移量信息(0,X,1,X,X,X,0,1,X,X,X,0,X)，以生成目前偏移量信息X(t)＝(0,X,1,X,X,X,0,1,X,X,X,0,X)，依据所述位置反馈信号获得当前时刻t的实际偏移量信息Y(t)＝(0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0)，依据L(t)＝X(t)-Y(t)计算动作量L(t)＝(0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0)，依据T(t)＝TH(t)-t＝17-15生成时间差T(t)＝2，依据动作量L(t)＝(0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0)和时间差T(t)＝2计算气囊控制信号SN＝(UN，DN)。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。