基于生物信号的人机面部表情交互系统

摘要

本发明提供了一种基于生物信号的人机面部表情交互系统，包括：头戴式肌电采集仪和具有感官及表情功能的机器人头部；所述机器人头部具有两个颈部运动自由度、两个嘴唇运动自由度、两个眼睛运动自由度，可以实现眼、唇等面部器官的运动，形成各种表情，提供多种与操作者的交互通道。本发明提出了基于生物信号的方法与数字图像处理相结合交互获取人面部表情的方法，克服了传统表情交互系统中人必须面对摄像头、使用环境必须有光照等限制，极大的提高了使用的灵活性。经过实验验证，本发明具有可行性，且能克服传统表情交互系统无法克服的使用环境限制，具有很好的使用灵活性。

主权项

一种基于生物信号的人机面部表情交互系统，其特征在于，包括头戴式肌电采集仪和具有感官及表情功能的机器人头部；其中，所述机器人头部包括以下部件：‑外廓；‑颈部，所述颈部用于支撑外廓并带动外廓运动；‑嵌入式计算机；‑嘴部、眼部和耳部，分别设置于外廓上，并分别与嵌入式计算机相连接；所述头戴式肌电采集仪与嵌入式计算机相连接；所述颈部包括：颈部底板、颈部屈伸电机、颈部连接板、颈部侧转电机、颈部上连接板和颈部连接柱；其中，所述颈部底板与机器人头部固定平台相连，从而构成机器人头部的底座；所述颈部屈伸电机的外壳与颈部底板相连，用于驱动颈部屈伸自由度；所述颈部连接板分别与颈部屈伸电机的转轴和颈部侧转电机的外壳相连，所述颈部侧转电机用于驱动颈部侧转自由度；所述颈部上连接板与颈部侧转电机的转轴相连；颈部连接柱的一侧与颈部上连接板相连，颈部连接柱的另一侧与机器人头部的外廓相连；所述嘴部包括：上唇电机、上唇、下唇电机、下唇和扬声器；其中，所述上唇电机的外壳与外廓相连，用于驱动上唇自由度；上唇与上唇电机的转轴相连，从而构成机器人的上唇部；下唇电机的外壳与外廓相连，用于驱动机器人下唇自由度；下唇与下唇电机的转轴相连，从而构成机器人的下唇部；扬声器设置于外廓内部，用于发出声音，并与操作者进行交互；所述眼部包括：上眼睑电机、上眼睑、下眼睑电机、下眼睑和眼球；其中，上眼睑电机的外壳与外廓相连，用于驱动机器人上眼睑自由度；上眼睑与上眼睑电机的转轴相连，从而构成机器人上眼睑部；下眼睑电机的外壳与外廓相连，用于驱动机器人下眼睑自由度；下眼睑与下眼睑电机的转轴相连，从而构成机器人下眼睑部；眼球设置于上眼睑部和下眼睑部之间，眼球内置摄像机，用于获取视觉信号；所述耳部包括：耳部外廓和耳部麦克风；其中，所述耳部外廓与外廓相连；耳部麦克风与耳部外廓相连，用于获取听觉信号；所述嵌入式计算机包括：硬件单元和软件单元，所述硬件单元包括嵌入式处理器和运动控制卡；所述软件单元设置于嵌入式处理器上，包括用于对获取信号进行预处理的信号预处理模块、用于人脸面部表情识别的表情识别模块和用于驱动机器人头部面部运动的运动控制模块；其中，所述嵌入式处理器与头戴式肌电采集仪通过无线通信相连接，所述运动控制卡与机器人头部的驱动电机相连接；所述驱动电机包括：颈部屈伸电机、颈部侧转电机、上唇电机、下唇电机、上眼睑电机以及下眼睑电机。