Humanoid robot heads for human-robot interaction:A review

The humanoid robot head plays an important role in the emotional expression of human-robot interaction(HRI).They are emerging in industrial manufacturing,business reception,entertainment,teaching assistance,and tour guides.In recent years,significant progress has been made in the field of humanoid robots.Nevertheless,there is still a lack of humanoid robots that can interact with humans naturally and comfortably.This review comprises a comprehensive survey of state-of-the-art technologies for humanoid robot heads over the last three decades,which covers the aspects of mechanical structures,actuators and sensors,anthropomorphic behavior control,emotional expression,and human-robot interaction.Finally,the current challenges and possible future directions are discussed.

仿人头像机器人“H&Frobot-Ⅲ”语音及口形系统研制与实验

为进一步研究仿人头部器官及面部表情的行为智能,以及机器人与人类交流问题,首次将口形及其与语音协调问题引入到表情机器人系统,并进行研究。在已研制成功的具有面部表情及视觉仿人头像机器人系统"H&Frobot-II"基础上,根据人面部运动肌肉解剖学及Ekm an面部表情编码系统FACS,论述了口部动作驱动点设置、口形驱动机构及控制方法,设计、研制了语音及口形系统;最后给出了机器人"H&Frobot-III"的语音识别与口形协调实验结果,其口形与人讲同样话时口形能够很好地吻合,验证了语音与口形系统的可行性,从而为进一步研究机器人表情智能奠定了技术基础。

机构及面部柔性体混合模型下的仿人头机器人行为仿真

在仿人头部机构设计基础上,利用现有软件分别建立头部机构刚性模型及面部柔性体模型。在混合模型下进行基本面部表情、以及表情与头部动作协调行为的仿真研究,得到较为满意的结果,验证了面部表情的设计与理论研究。为进一步设计、研制高度集成化的仿人头像型机器人提供一定的数据基础。

拟人机器人头部研究综述

拟人机器人头部是拟人机器人的重要组成部分,是拟人机器人拟人化程度最直观的标志。它能给人以亲切感,消除了人与机器人之间的心理障碍,有助于提高其社交能力。拟人机器人头部集成了听觉、视觉、嗅觉等功能,是拟人机器人认知外界环境、实现与人无障碍交流的重要感知系统。目前,众多研究学者对拟人机器人头部从形似和功能方面进行了深入研究。本文详细总结了国外拟人机器人头部的研究概况,分析了其功能组成及设计要求,并展望了拟人机器人头部研究的发展趋势。

具有视觉及面部表情的仿人头像机器人系统设计与研制

设计并研制了具有面部表情和对人类表情识别机能的仿人头像机器人系统。该机器人具有弹性面部皮肤机构,能够实现从CCD图像采集装置获得人类的自然、开心、生气、悲伤、惊讶、厌恶等表情图像,然后进行表情识别,并根据识别结果,对机器人面部皮肤和头部器官进行运动控制再现表情;提出了用于实现机器人表情再现控制的表情特征点偏移量及偏移系数概念和计算方法,解决了图像不同比例、人与机器人面部差异情况下机器人表情再现控制问题;实验结果表明,该机器人能够逼真地再现出所识别的人类6种基本表情。

具有面部表情识别与再现的机器人头部系统的研制

研制出具有对人类表情识别和表情再现机能的仿人机器人头部系统,该系统由仿人机器头部本体、图像采集设备、表情及面部器官控制系统、表情识别系统等部分组成;该系统从图像采集装置获得人类表情图像,然后采用SVMs和ASM结合的方法进行视频序列的人脸表情识别,设计了眼球、眼睑、下颚等面部器官和面部表情机构及驱动系统对机器人面部皮肤和头部器官进行运动控制,并根据识别结果,可实现七种不同特征的面部表情的再现。

基于情感交互的仿人头部机器人

本研究的目的是设计一台机器人,使它可以与人互动,并在日常生活中和常见的地方协助人类.为了完成这些任务,机器人必须友好地显示出一些情感,表现出友好的特点和个性.依据仿生学,研制了一台仿人头部机器人,建立了机器人的行为决策模型.该机器人具有人类的6种基本面部表情,以及人脸检测、语音情感识别与合成、情感行为决策等能力,能够通过机器视觉、语音交互、情感表达等方式与人进行有效的情感交互.

仿人面部表情机器人头部机构方案设计

为了赋予表情机器人更丰富的面部表情,并最终实现与人之间更和谐的交互,在对人类基本表情的形成与肌肉运动进行分析的基础上,提出了一种仿人面部表情机器人头部的机械结构设计方案,为后续研究提供了硬件平台支持.并对该机器人头部机构,包括眉毛、眼睑、眼球、能实现咀嚼动作的下颚以及颈部等的工作原理进行了详细说明,对多种方案的选择作了对比.最后,确定了表情机器人头部的机构设计方案.

基于视觉表情分析的交互式表情机器人系统研究

针对表情机器人双向情感交互的需求,从系统集成的角度提出了一种综合表情分析、识别及交互动作映射的表情机器人系统建模方案.首先,以开源Fritz仿人头部机器人为基础,通过扩展语音、视觉等功能模块,构建了表情机器人多通道情感表达映射模型.其次,为实现表情机器人与操作者的自然交互,提出以视觉分析处理作为情感分析及交互操作的核心,采用类Haar特征级联分类算法进行人脸自动定位检测,利用对光照和人脸姿态变化不敏感的Gabor特征作为情感表情特征并实施空域降采样.针对传统特征脸检测方法样本间分布不合理问题,提出结合类内PCA分析、能量维数及特征重构来筛选特征向量,并张量成特征空间完成表情的分类识别.最后,在JAFFE库及实时视频图片上进行的测试结果证实了该系统建模方案的可行性和有效性.

一种仿人机器人面部的结构设计

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 2 3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。

面向作业与人工智能的仿人机器人研究进展

以人类自身为原型参照的仿人全身机器人是国际机器人研究领域最具代表性的研究对象,也是机器人学、机器人技术以及人工智能的终极研究目标.针对国际上目前在仿人全身机器人、仿人头部、多指手、仿人双足步行机等方面理论与关键技术进行了全面回顾、综述与分析,包括作者在仿人机器人方面相关研究工作的回顾;归纳总结了目前仿人全身机器人技术程度,从驱动元部件、步行稳定性、本体集成化设计、操作能力以及环境适应性等角度分别提出了目前存在的主要技术问题以及今后发展的趋势;为从事与仿人机器人及其各组成部分相关研究的科研人员以及相关科技管理部门提供参考.

仿人机器人的头眼协调运动控制研究

针对机器人注视静态目标的任务,提出一种头眼协调运动的控制策略.通过使双目聚焦在同一个注视点,得到注视点的空间坐标和头眼的期望运动转角;研究了机器人头部转动时双目的补偿运动模型及相应的控制算法.实验表明,该控制策略能实现精确的3D头眼协调运动控制.

一款迎宾机器人的头部结构设计

介绍了一款迎宾机器人的头部机械结构设计,迎宾机器人头部有眼睛、眼睑、下颚、颈部4个运动模块,可以实现6个运动自由度,分别为眼睛上下转动、眼睛左右转动、眼睑开合运动、下颚开合运动、颈部点头运动和颈部摇头运动。详细介绍了各运动部分的机械结构设计及运动学分析,并给出了未来的工作方向。

基于视位的仿人头像机器人的基本口形系统研究

为深入研究人类与机器人的交流方式,基于语音视位建立仿人头像机器人的口形系统。考虑汉语的特点与人在发声时的口型动作,建立口形系统的基本视位库。根据基本视位库,建立仿人头像机器人的基本口形模型,采用最小二乘法识别口形系统中实际视位,并且利用Hermit插值的方法实现仿人头像机器人的动态口形。实验研究验证:该口形系统能够再现基本口形与基本视位的对应,并且动态口形实现与人类语音的协调。

仿人面部表情机器人研究进展

首先,梳理近年来国内外这一领域的发展现状,并从心理学维度空间角度探讨了表情机器人的情感建模方法.其次,从机构设计、人脸表情的计算模型、表情特征的提取与分类的识别等多个方面,对表情机器人研究中的关键技术展开综述.最后,在综述分析的基础上,对表情机器人研究现状及其未来发展进行系统的评价,给出今后发展的4个方向.

类人型机器人动作情感识别研究

目的为优化人与机器人动作情感交互方式,研究类人型机器人动作单模态情绪表达的可识别性,探究类人型机器人动作情绪识别的影响因素。方法以类人型机器人NAO为例,采用问卷调查的方式,基于离散情绪模型,获取机器人NAO动作表达情绪的识别性、效价和唤醒度,研究类人型机器人动作的情绪识别性、效价和唤醒度,基于认知匹配理论研究类人型机器人动作与真人模拟动作、真人自然动作情绪表达差异的影响因素。结果人类能够通过类人型机器人动作的单模态情绪表达,在不同情感语义上进行比较细腻的情绪识别,机器人形态及动作的幅度、速度、力量是情绪识别的影响因素。结论建立类人型机器人动作与情感语义、效价及唤醒度的关系模型,以及类人型机器人动作情绪能量图,为机器人情感表达和动作交互设计提供较为系统的参考模型。

受限视野下仿真类人机器人头部控制研究

在近期RoboCup各足球类比赛项目组的发展中,视觉系统类人化是其中重要的趋势,如减小视觉范围、减少场地提示性标识物等,而RoboCup3D仿真组也在2009年在人形智能体上开始使用受限的视野范围。视觉信息上的限制,提高了比赛的真实性,却也给比赛中机器人智能体的自定位和决策增加了相当的难度。针对具有受限视野范围的3D类人形智能体,采用模拟人类足球中的头部运动是理想的选择。文中综合现有的头部控制模式设计并实现了综合头部控制模块,较大程度上克服了现有头部控制模式的不足,满足了仿真足球比赛的需要。

PAD情感空间内人工情感建模及人机交互实验

针对未来仿人机器人与人类长期共存将会带来的机器人对人的心理影响以及个性化匹配问题,在PAD(Pleasure、Arousal、Dominance)三维情感空间内,建立一种更具普遍性的人工情感计算模型.人工情感模型总体框架分为外部事件检测及处理、情绪响应向量生成及修正和情绪离散化三部分.提出一种有效的外界刺激三维标注方法;建立可对外界刺激进行自主情绪响应的情感计算模型,并将性格和心情模型引入其中,实现个性化的情绪响应;提出一种情绪响应向量离散化方法,并在具体情绪种类的基础上建立情绪强度计算式;根据情感模型所产生的情绪种类及强度,建立机器人的表情合成及语音回答模型,在H&F robot-III型仿人头像机器人平台上进行人-机器人情感交互实验.语音对话和表情状态迁移实验结果表明:所建立的人工情感模型可针对外界刺激自主地产生个性化情绪响应,有效模拟人类情绪的变化过程.

仿人表情机器人头部系统设计

随着人工智能技术的不断发展,具有人机交互功能的智能服务机器人已经成为机器人研究领域一个重要的发展方向,具有表情识别与再现能力的仿人表情机器人已成为该方向研究的热点。文章分析了表情机器人的表情特征及其定义,基于机械设计、传感器技术、电机控制、人工智能以及三维造型等技术对具有表情再现功能的机器人头部机械结构、控制系统及软件系统进行了研究与设计。通过对头部系统的控制与设计,该机器人的头部各器官及其相应的表情控制点可以迅速、精确地到达预定的位置,从而实现各种情感的表达。

不同个性的情感机器人表情研究

在情感机器人研究中,不同个性的面部表情是情感机器人增强真实感的重要基础。为实现情感机器人更加丰富细腻的表情,将人类的个性特征引入情感机器人,分析个性理论和情感模型理论,得知不同个性机器人的情感强度。结合面部动作编码系统中面部表情与机器人控制点之间的映射关系,得到情感机器人不同个性的基本表情实现方法。利用Solidworks建立情感机器人脸部模型,在ANSYS工程软件中将SHFR-Ⅲ情感机器人脸部模型设置为弹性体,通过有限元仿真计算方法,对表情的有限元仿真方法进行了探究,得到实现SHFR-Ⅲ不同个性基本表情的控制区域载荷大小和仿真结果。最后,根据仿真结果,进行SHFR-Ⅲ情感机器人不同个性的表情动作实验。实验结果表明,有限元表情仿真可以指导SHFR-Ⅲ情感机器人实现近似人类的不同个性的基本面部表情。