具有人机交互功能的仿人头像机器人装置及行为控制方法

摘要

具有人机交互功能的仿人头像机器人装置及行为控制方法，它涉及一种仿人头像机器人及其行为控制方法。解决了现有的仿人头像机器人不能完全实现对人类面部表情的再现、感知功能有限、不具有人工情感模型及人机交互功能的问题。传感器感知系统将感知到的信息输出给主控机进行处理，机器人行为控制系统中的控制系统软件根据人工情感模型得到相应电机的相关控制量，将运动控制指令通过运动控制卡输出PWM脉冲驱动相应的电机运动到指定的位置，实现机器人的人机交互功能及各种情感反应。传感器感知系统感知外界的情感信号，并识别出相应的情感信号，利用人工情感模型实现机器人的行为控制。本发明实现了对人类面部表情的再现，具有嗅觉、触觉、视觉等拟人的多感知功能。

主权项

1、一种具有人机交互功能的仿人头像机器人装置，所述仿人头像机器人装置由仿人头像机器人本体、机器人行为控制系统和传感器感知系统三部分组成；其特征在于：所述仿人头像机器人本体包括眼球运动单元(1)、上下颚运动单元(61)、人工肺装置(71)、面部表情及口形驱动机构(81)、前支板(7)、后支板(6)、立架(51)、面部壳体(17)和面部弹性皮肤(18)；眼球运动单元(1)由两个眼球(12)、眼球传动机构、两个眼球伺服电机(14)、两个眼睑(13)、眼睑传动机构、两个眼睑伺服电机(16)和伺服电机(29)构成；上下颚运动单元(61)由上鄂(8)、下颚(9)、电机(27)和转轴(28)构成；人工肺装置(71)由软管(19)、汽缸(20)、活塞(21)、螺母(22)、气体驱动导向轴(23)、气体驱动丝杠(25)、驱动电机(26)和进气管(92)构成；面部表情及仿人口形驱动机构(81)由第一驱动伺服电机(35)、第二驱动伺服电机(34)、第三驱动伺服电机(33)、第四驱动伺服电机(40)、第五驱动伺服电机(41)、第六驱动伺服电机(43)和多组面部皮肤驱动绳轮机构构成；机器人行为控制系统包括控制系统硬件与控制系统软件，所述控制系统硬件包括主控机(91)和运动控制卡(5)；所述控制系统软件即为行为控制方法；传感器感知系统包括两个小型CCD传感器(3)、语音识别单片机(4)、嗅觉传感器(24)；前支板(7)、后支板(6)平行设置并与立架(51)固接在一起构成仿人头像机器人的头部骨架，眼球运动单元(1)、上下颚运动单元(61)由上至下安装在立架(51)上；在每个眼球(12)中嵌入一个小型CCD传感器(3)形成机器人的双目视觉，每个眼睑(13)设置在对应眼球(12)的上方，两个眼球伺服电机(14)分别通过眼球传动机构带动两个眼球(12)左右转动，两个眼睑伺服电机(16)分别通过眼睑传动机构带动两个眼睑(13)运动，伺服电机(29)同时驱动两个眼球(12)一起上下动动；上鄂(8)设置在下颚(9)的上方，电机(27)带动转轴(28)驱动下颚(9)运动；嗅觉传感器(24)安装在眼球运动单元(1)和上下颚运动单元(61)之间的立架(51)上，软管(19)的一端与嗅觉传感器(24)连接，软管(19)的另一端与气缸(20)连接，电机(26)与气体驱动丝杠(25)转动连接，螺母(22)安装在气体驱动丝杠(25)上，螺母(22)沿着气体驱动导向轴(23)移动，驱动固连在螺母(22)上的活塞(21)运动，实现机器人的嗅觉功能，进气管(92)的一端与汽缸(20)连接；第一驱动伺服电机(35)、第二驱动伺服电机(34)、第三驱动伺服电机(33)、第四驱动伺服电机(40)、第五驱动伺服电机(41)和第六驱动伺服电机(43)均安装在由前支板(7)、后支板(6)和立架(51)构成的仿人头像机器人头部骨架上，所述六个驱动伺服电机通过面部皮肤驱动绳轮机构与面部弹性皮肤(18)的相应的控制点连接；面部壳体(17)和面部弹性皮肤(18)与人脸的轮廓形状相一致，面部壳体(17)、面部弹性皮肤(18)由内向外安装在眼球运动单元(1)、上下颚运动单元(61)的前端上形成仿人头像机器人装置的外部轮廓形状；运动控制卡(5)安装在后支板(6)上，语音识别单片机(4)安装在前支板(7)的上端上；传感器感知系统将感知到的信息输出给主控机(91)进行处理，机器人行为控制系统中的控制系统软件根据人工情感模型得到相应电机的相关控制量，将运动控制指令通过运动控制卡(5)输出PWM脉冲驱动相应的电机运动到指定的位置，从而实现机器人的人机交互功能及各种情感反应。