一种仿人机器人面部的结构设计

第２３卷第２期机械科学与技术Ｖ０１．２３Ｎｏ．２２００４年２月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＦｅｂｒｕａｒｙ２００４

于爽文章编号：１００３—８７２８（２００４）０２－０１９６一０４

一种仿人机器人面部的结构设计

于爽，张永德

（哈尔滨理工大学智能机械研究所，哈尔滨１５００８０）

摘要：介绍一种仿人机器人面部的机械结构设计。对产生每种面部表情所需的运动形式和范围进行了分析，设计出了眉毛、眼睛、嘴和下颌４个运动模块。机器人面部的运动是由２３个步进电机来驱动的，通过这些运动，机器人面部就能产生像人一样的表情。

关键词：仿人机器人面部；结构设计；表情

中图分类号：ＴＰ２４文献标识码：Ａ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｆａｃｅ；Ｓｔｎｌｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎ；Ｆａｅｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ

机器人技术伴随着整个现代科学技术的进步而迅速发展，机器人的能力也越来越强，一步步接近人类的能力。随着机器人的进化，它与人类之间的差距会越来越小，因此，仿人机器人成了当前机器人研究领域中最新的研究方向之一。它能实现良好的人－机交互，实现人与机器之问的自然、和谐、友好交流，减少人类与机器人之间的情感距离，从而既满足人类的物质生活需求，又能满足人类的精神情感需要。

目前对仿人机器人的研究主要集中在双足步行机器人、多指灵巧手等方面，对脸部的研究还较少。在面部表情方面的研究也主要集中在人脸表情的视觉识别和计算机仿真表达上，但是，在计算机显示屏幕上实现的仿真人脸与由机械执行单元组成的仿生面部在结构、控制、表达效果等方面都存在巨大的差异，仿真人脸无法达到仿生面部的效果，因此，必须对仿生面部开展专门的研究。

日本、美国、欧洲已于近年开展了对仿生面部的研究¨’“。在结构方面，日本早稻田大学高西淳夫教授等人研制了ｗＥ一３Ｒ系列的机器人头脸系统¨１。在该系统中，机器人面部的眼腈、眼睑、眉毛、嘴、下颌、脖子都具有独立的运动的自由度，并采用了视觉、嗅觉、听觉、触觉等多种传感器。该系统能够自行对外部的光、烟昧等刺激发生反映。

收稿日期：２００２一０７—０９

作者简介：于爽（１９８０一）．女（汉）．吉林．硕士研究生美国麻省理工学院的ｃ．Ｂｒｅ犯ｅａｌ博士等人提出的系统采用了马达驱动的脸部结构，能够实现机器人与人类之间类似婴儿与护理者之间的相互交流Ｈ１。瑞士苏黎士大学的Ｈ．Ｋｏｂａｙ舳ｈｉ博士等人研制了由两个摄像头和一个嘴巴组成的简单结构的仿生面部系统，并在其左眼球内安装了ｃＣＤ摄像机已获得人类的表情数据。该机器人面部能够实现最典型表情的识别和表达¨１。

国内许多学者和研究机构开展了仿人机器人和仿生机构的有关研究。马培荪等人建立了基于多目标遗传算法的仿人机器人中枢神经运动控制器哺１，汪劲松等人进行了拟人机器人下肢结构分析¨’，迟东祥、颜国正探讨了仿人机器人在运动机理和行为方式两个方面的研究现状¨ｏ．童秉枢等人研究了基于形态发生学的仿生结构设计问题＂Ｊ，宗光华、毕树生论述了我国仿生机械与仿生制造的特点与走势，提出该领域的发展方向¨“。

从这些研究成果来看，还没有获得理想的机器人脸结构，因此，设计一个可实现表情的仿人机器人的面部具有重要的价值。本文正是从机构学的角度出发，设计出一个机器人面部，它可以通过各个机构的运动来实现人的各种表情，如喜、怒、悲、惊、恐等等。

１运动分析

要设计具有情感表达功能的仿人机器人脸，即通过机　万方数据