未来的机器人,尤其是要与人朝夕相处的医护、娱乐、家用等机器人,应该具有适合人和环境的形态和功能,而且在许多场合要能和人协调作业,所以能和人进行有效的沟通是其不可缺少的要素。所谓的沟通不仅仅是一般信息的传递,还应该包括更加人性化的情感的交流。我们知道,面部表情在情感表达方面起着至关重要的作用。如果机器人具有与人相似的外表,并能够像人一样随环境不同而能通过栩栩如生的表情来表达情感,就可以使机器人显得更加人性化,使之与人类之间的交流更加自然、容易、流畅和友好,使机器人真正成为我们的朋友。本文设计了一个机械的仿人机器人头部,用以研究和开发能够通过表情来表达类人情感,并与人类自然交流的仿人机器人。该机器人头部是由步进电机驱动,由各特征点运动的合成形成机器人的面部表情。整个面部的机械设计是以Ekman的FACS分类方法为理论基础,参考人类面部表情肌的分布和运动,以“模块化”的设计思想,分别完成眉毛,眼睛,嘴及下颌几个运动模块的设计。此外,还增加了机器人颈部的三个旋转自由度,以使整个头部更加生动。人类从感觉到外界的刺激而得到情感,再从情感产生表情这整个的过程是一个非常复杂,受多因素影响的系统。而这些影响因素中的任何一个都不是很容易测量和描述的,因此,从传统数学和工程的角度,想给这个系统一个清晰的表述是十分艰巨的任务。本项研究采用了基于模糊规则的模糊控制系统作为从情感到表情的控制模型,该模型把情感系统所产生的情感状态与机器人头部的机械结构有效地连接起来,不仅定性和定量地描述了从情感强度到各面部特征点位移之间的关系,而且还考虑了混合情感状态时表情的产生。另外,为了试验和进一步研究的需要,本文还研究了机器人表情计算机仿真的方法。采用了Pro/engineer和3DS MAX结合的方法对机器人进行建模和仿真。