機(jī)器人頭部機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著智能服務(wù)機(jī)器人的不斷發(fā)展，具有人機(jī)交互功能的機(jī)器人將是未來(lái)服務(wù)機(jī)器人重要的發(fā)展的方向之一?；诒砬樽R(shí)別與再現(xiàn)的人機(jī)交互技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)，表情交流在服務(wù)機(jī)器人人機(jī)交互方式中起著不可代替的作用。因此服務(wù)機(jī)器人具備面部表情功能，對(duì)實(shí)現(xiàn)智能化，情感化和人性化的人機(jī)交互有著重大意義。
　　本文設(shè)計(jì)并研制了具有表情再現(xiàn)功能的機(jī)器人頭部系統(tǒng)，該系統(tǒng)由仿人機(jī)器頭部本體、圖像采集設(shè)備、表情及面部器官控制系統(tǒng)等部分組成。通過(guò)頭部控制系統(tǒng)，頭部

2、器官和表情控制點(diǎn)準(zhǔn)確、迅速地運(yùn)動(dòng)到指定的位置，實(shí)現(xiàn)多種表情，表達(dá)機(jī)器人內(nèi)在的情感狀態(tài)，最終使機(jī)器人能通過(guò)豐富生動(dòng)的表情與人進(jìn)行自然流暢的情感交流。
　　本文首先從人類的心理學(xué)與解剖學(xué)角度，詳細(xì)地闡述了人類面部表情和頭部器官的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，并根據(jù)E-kman的面部動(dòng)作編碼系統(tǒng)(FACS)提出了機(jī)器人頭部與面部表情機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。在表情再現(xiàn)部分，本文根據(jù)表情特征及表情特征點(diǎn)偏移量等概念，抽取出實(shí)現(xiàn)表情的9個(gè)表情特征控制點(diǎn)，并基于情感空間分

3、布理論，得到了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人六種基本表情的方法。
　　本文選擇以舵機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置，以擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，完成了具有13自由度的機(jī)器人頭部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它包括眼睛、眉毛、眼瞼、下顎四個(gè)運(yùn)動(dòng)模塊。在Catia環(huán)境下進(jìn)行三維建模，并完成樣機(jī)的加工與裝配?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)部分，以ATmega8L為主要控制芯片。硬件設(shè)計(jì)包括電源、串口通信和13路PWM控制電路。軟件設(shè)計(jì)采用基于C語(yǔ)言編程的ICC AVR開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用單片機(jī)定時(shí)器、中斷等功能，結(jié)合機(jī)器