电子机械仿生角色制作系统

摘要

本发明涉及仿真机器人领域，特别涉及电子机械仿生角色制作系统，它包括支架板，所述支架板由水平板和设置在水平板底部中间的支撑柱组成；所述水平板表面前部设置一眼部金属支撑架，该眼部金属支撑架上中部设置眼球固定架，该眼球固定架的左右两侧对应设置有眼球，该两个眼球上分别设置有两个上下眼皮；所述眼部金属支撑架的左右两侧端分别对应设置有眼皮结构旋转臂，该两眼皮结构旋转臂分别与两个上下眼皮相连；所述水平板背面左侧设置有快插接头支架，该快插接头支架上设置有闸线快插接头；所述水平板表面后部从左到右依次设置有舵机A、舵机E、舵机B、舵机D；它采用舵机来控制头部的各个部分动作，它具有结构简单，成本低，控制方便等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及仿真机器人技术领域，特别涉及电子机械仿生角色制作系统。

背景技术

“电子机械动物(Animatronic)”领域，这是一种运用机械学原理创造 的，比常规工业机器人看起来更有生命力的机械控制系统。它可以被创造成 动物、植物、卡通角色、甚至是真实人类的模样。“电子机械动物”主要应用 于电影特技制作，也有部分应用于博物馆展览展示、主题公园和其他娱乐设 施中。相比电脑动画和定格动画，它的主要优势在于被拍摄时，模拟生物存 在的真实物理运动特性和质感。近些年随着科技的发展，电子机械动物的制 作技术变得更加的先进和复杂，制作的生物也更加真实和传神。涉及到了多 个学科领域的技术创新。电子机械动物在60年代早期被沃尔特.迪士尼开发 出来，最早的装置是迪斯尼乐园中总统殿堂中会动的林肯雕像。其肢体语言 和脸部表情都是根据演讲而来的，最早一度被迪士尼称之为“声音机械动画”。 而人们也用它来形容机械制作的角色，之后在《外星人ET》、《星球大战》等 多部影片中电子机械角色都有所运用。其存在如下问题：缺陷一：此技术在 国际上仍然处于技术创新领域，并未形成成熟规范的制作工艺和制作标准。 所有的技术团队都是根据自身经验进行设计制作，而且也没有形成批量生产 的技术工艺。缺陷二：产品制造材料更新快，物理化学属性变化大。缺陷三： 角色动作表演驱动方式工作量大，目前主要依靠手动遥控和编程方式实现， 效率很低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设 计合理、使用方便的电子机械仿生角色制作系统，它采用舵机来控制头部的 各个部分动作，它具有结构简单，成本低，控制方便等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明所述的电子机械仿生角色制作系统，它采用如下的技术方案：

它包括一支架板，所述支架板由水平板和设置在水平板底部中间的支撑 柱组成；所述水平板表面前部设置一眼部金属支撑架，该眼部金属支撑架上 中部设置眼球固定架，该眼球固定架的左右两侧对应设置有眼球，该两个眼 球上分别设置有两个上下眼皮；所述眼部金属支撑架的左右两侧端分别对应 设置有眼皮结构旋转臂，该两眼皮结构旋转臂分别与两个上下眼皮相连；所 述水平板背面左侧设置有快插接头支架，该快插接头支架上设置有闸线快插 接头；所述水平板表面后部从左到右依次设置有舵机A、舵机E、舵机B、舵 机D；所述眼部金属支撑架4底部中间设置有舵机C；所述支撑柱左侧面设置 有舵机H，该支撑柱右侧面从上往下依次设置有舵机F、舵机G；所述闸线快 插接头1通过导线与舵机控制系统相连。

所述舵机控制系统包括一PC机，该PC机连接一终端控制器，该终端控 制器通过2.4G通讯模块多路控制器分别与若干组舵机控制单元，该舵机控制 单元由PWM、调节电路和舵机控制器组成，该PWM、调节电路分别与舵机 控制器电连接。

所述舵机控制系统的控制流程，采用如下步骤：

2)数据的输入后，判断是否是本节点的数据。

2)然后根据步骤1)中的数据进行计算，将计算之后得到舵机的角度输 出；

3)根据步骤2)中计算出的数值，将舵机的的角度输出应用于舵机的加 速度，从而控制舵机的控制电压；

4)根据步骤3)中控制舵机的控制电压，从而可以改变舵机的控制电压， 既而控制舵机，最终来控制八路舵机的动作，控制舵机A控制眼球上下运动； 控制舵机B控制眉毛做皱眉运动；控制舵机C控制眼球左右运动；控制舵机D 控制左眼皮张合运动；控制舵机E控制右眼皮张合运动；控制舵机F控制下 巴张合运动；控制舵机G控制嘴部嘴角提拉；控制舵机H控制嘴唇的噘嘴运 动。

采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的电子机械仿生角色 制作系统，本发明它采用舵机来控制头部的各个部分动作，它具有结构简单， 成本低，控制方便等优点。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明安装在人形头部面皮下的结构示意图；

图3是本发明的舵机控制系统的框形图；

图4是本发明中舵机控制系统基于数据驱动的控制流程图。

附图标记说明：

1、闸线快插接头；2、快插接头支架；3、眼皮结构旋转臂；4、眼部金 属支撑结构；5、眼球固定架；6、上下眼皮；7、眼球；8、舵机A；9、 舵机B；10、舵机C；11、舵机D；12、舵机E；13、舵机F；14、舵机 G；15、舵机H。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1-图2所示，本发明所述的电子机械仿生角色制作系统，它包括支 架板，所述支架板由水平板和设置在水平板底部中间的支撑柱组成；所述水 平板表面前部设置一眼部金属支撑架4，该眼部金属支撑架4上中部设置眼球 固定架5，该眼球固定架5的左右两侧对应设置有眼球7，该两个眼球7上分 别设置有两个上下眼皮6；所述眼部金属支撑架4的左右两侧端分别对应设置 有眼皮结构旋转臂3，该两眼皮结构旋转臂3分别与两个上下眼皮6相连；所 述水平板背面左侧设置有快插接头支架2，该快插接头支架2上设置有闸线快 插接头1；所述水平板表面后部从左到右依次设置有舵机A8、舵机E12、舵机 B9、舵机D11；所述眼部金属支撑架4底部中间设置有舵机C10；所述支撑柱 左侧面设置有舵机H15，该支撑柱右侧面从上往下依次设置有舵机F13、舵机 G14。

如图2所示，本发明中，舵机A、舵机B、舵机C、舵机D、舵机E、舵机 F、舵机G和舵机H共八路舵机，这八路舵机分别对应如下：舵机A控制眼球 上下运动；舵机B控制眉毛做皱眉运动；舵机C控制眼球左右运动；舵机D 控制左眼皮张合运动；舵机E控制右眼皮张合运动；舵机F控制下巴张合运 动；舵机G控制嘴部嘴角提拉；舵机H控制嘴唇的噘嘴运动。

如图3所示，本发明在使用时，闸线快插接头1通过导线与控制系统相 连，所述控制系统包括一PC机，该PC机连接一终端控制器，该终端控制器 通过2.4G通讯模块多路控制器分别与若干组舵机控制单元，该舵机控制单元 由PWM、调节电路和舵机控制器组成，该PWM、调节电路分别与舵机控制 器电连接。

本发明的舵机控制系统的工作原理如下：PC机通过串口将数据发送至终 端控制器，终端控制器对发送至的数据进行解析。将数据加上站点信息发送 至每个多路控制器，多路控制器将站点信息与本身的地址进行匹配，匹配成 功的控制器对控制信息进行解析，将数据转换为每路舵机的控制信息。并通 过对比舵机的运动加速度得到每路舵机的控制电压。CPU根据每路舵机的控 制电压以及控制信息去调节电源模块的输出以及PWM的输出脉宽。

其中：利用数字可调电位器MCP41xx和可调电源MIC39102组成一个电 源可调的电路，保证电源输出在4.8-6V之间。通过调节数字可调电位器电阻 和R1(10K)的阻值比例，以得到MIC39102不同的输出电压，以适应不同 电压等级的舵机。

其中：利用LM393作为比较器，完成PWM脉冲转换的功能。相对于光 耦的电平转换电路来说。利用LM393缩小了电路板的体积，使得在狭小的空 间内实现八路舵机的独立控制。

如图4所示，本发明所使用的舵机控制系统的流程如下：数据的输入后， 判断是否是本节点的数据，然后进行计算。计算之后得到舵机的角度输出， 将舵机的的角度输出应用于舵机的加速度，从而控制舵机的控制电压。最后 因改变了舵机的控制电压而控制舵机。

本发明所述的电子机械仿生角色制作系统，本发明它采用舵机来控制头 部的各个部分动作，它具有结构简单，成本低，控制方便等优点。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述 的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围 内。