情感机器人系统

摘要

本发明涉及情感机器人系统，尤其是指一种能够产生仿人面部表情并且能够与人进行交互的机器人。本发明由具有六种面部表情的机器人头部系统和以PC为控制中心的软件平台构成。情感机器人通过红外传感器、麦克、摄像头等设备检测外部环境的信息。PC对收集到的外部环境信息首先进行情感特征提取，其次分析出语音情感和检测到的人脸的面部表情，然后决策出机器人要表达的情感。情感机器人通过语音输出，面部表情和身体语言来表达其情感。PC通过串口向单片机发送指令，单片机在接收到指令后，驱动电机运动从而产生机器人的面部表情和身体语言。它可用于家庭服务机器人，助老助残机器人，迎宾机器人，解说机器人，以及人与机器人的交互研究平台。

主权项

1、情感机器人系统，其特征在于：系统由机械头本体、下位机系统、上位机系统组成；机械头本体(22)包括眼部固定底座(1)，固定底座(1)固定在头部骨架(17)上；眼球上下动驱动部分(2)；眼球上下动连杆(3)；眼球上下动作执行部分(4)；眼球原地转动基座(5)固定在眼球上下动作执行部分(4)之上；右眼原地转动驱动及执行部分(6)、左眼原地转动驱动及执行部分(7)，两者固定在(5)之上；右眼眼睑运动固定基座(8)、左眼眼睑运动固定基座(9)，各自固定在各侧眼球原地转动执行件之上；右眼眼睑运动驱动部分(10)、左眼眼睑运动驱动部分(11)，各自固定在对应侧眼睑运动固定基座上；右眼眼睑连杆及执行部分(12)、左眼眼睑连杆及执行部分(13)，分别与相应侧驱动部件连接；头部左右转动驱动及执行部分(14)固定在基座上，其伸出轴通过连接件(15)与低头抬头驱动及执行部分(16)相连接；头部骨架(17)通过连接件(15)固定在(14)执行部分的伸出轴之上；嘴张合驱动部分(18)固定在头部骨架(17)上，嘴张合执行件(20)通过嘴张合连杆(19)与嘴张合驱动部分(18)相连接；面部皮肤(21)通过拉线与右眼眼睑运动驱动部分(10)、左眼眼睑运动驱动部分(11)嘴张合驱动部分(18)相连接；下位机系统(23)由PIC单片机控制器(25)和红外传感器模块(24)组成，红外传感器模块(24)通过数据线与PIC单片机控制器(25)相连，PIC单片机控制器(25)通过数据线与机械头本体(22)相连接；下位机系统(23)与上位机系统(26)通过串口线相连接；上位机系统(26)由PC(28)、麦克(29)、摄像头(30)和音响(31)组成；麦克(29)、摄像头(30)和音响(31)分别通过各自的数据线与PC(28)相连接；机器人系统通过红外传感器、麦克、摄像头检测外部环境信息；检测到的红外传感器信息经过PIC控制器的处理，通过串口通讯传递给以PC为中心的上位机；麦克和USB摄像头检测到的信息直接传递给以PC为中心的上位机；红外传感器用来检测外部障碍，麦克是作为语音输入的工具，USB摄像头用来进行人脸识别；PC对收集到的外部环境信息首先进行情感特征提取，分析出语音情感和识别到的人脸的面部表情；收集到外部信息经过PC处理后合成机器人要表达的情感；Pc通过串口指令向PIC单片机发送要调用的面部表情数据包和身体语言数据包；PIC单片机在接收到数据包后，产生相应的PWM，PWM驱动电机运动；机器人头部电机通过连接线拉动面部皮肤的运动单元运动，从而产生机械头的面部表情；机械头颈部电机的运动产生点头摇头等身体语言；PC在经过语音识别和语音合成后通过音响设备输出具有情感的语音；机器人动作包括：上下点头、左右摇头，它们各用一台伺服电机带动，其它十台电机是控制头部的面皮动作的，它包括：1台下巴、1台眼球的上下运动、2台眼球的左右运动、2台眨眼、1台皱眉、1台挑眉、2台嘴角；PIC控制器有PIC单片机、电源模块、串口通讯模块、舵机接口、传感器模块等6部分组成；PIC单片机主要是对头部的12台舵机和传感器模块的进行控制；电源模块采用具有7.4V锂电池进行供电，通过电源开关进行控制；舵机接口主要由一个三针插座以及与之相配套的电阻构成，具体实现功能是，给舵机提供工作电源，发送控制脉冲；传感器模块是利用红外传感器来检测机器人周围的障碍物。