随着机器人越来越密切的走进人们的生活,人类对机器人也提出了更高的要求,不仅要从外表、形态上更像人,而且还要与人进行情感、信息的交流.面部表情可以表达出心情、感情、性格等多种信息,因此仿人机器人面部表情地实现是必不可少的.具有科学艺术性的仿人头像型机器人在观展、服务行业有一定的应用背景,其研究具有特殊的纪念意义和价值.该文的研究交叉于机器人学、人类心理学、行为科学以及人像艺术,具有深远的科学意义.该文首先从解剖学的角度对人类头部运动与面部表情产生等机理进行了论述,在此基础上,研究了在机器人上实现面部表情的方法.为控制机器人的面部表情,在机器人面部定义14个面部表情控制点,通过控制表情控制点的组合和变形量,实现不同的面部表情.此外,该文进行机械系统运动学分析,建立了运动数学模型,为控制系统实验提供了依据.在理论研究的基础上,利用动力学仿真软件ADAMS与有限元软件ANSYS建立了具有弹性体面膜和刚性体机构的系统混合模型,进行系统仿真,实现了头部7自由度机构运动和四种面部表情仿真,验证了系统设计和面部表情研究的正确性.以实现基本面部表情的设计思想为目标,在国内首次研制出具有14个自由度、可实现面部表情的仿人头像机器人.机器人由机器人本体和控制系统两部分组成,机器人能完成对人类头部运动的模仿如:眼球的上下左右自由转动、眼睑的闭合、下颚的上下左右转动和颈部的自由转动等运动.控制系统具有小型化、开放性、可扩展性等特点.在机器人本体设计中,面部皮肤采用特殊材料制作,其具有抗撕裂性、抗老化性;面部驱动点连接、粘接等容易实现,涂颜料后不宜退色等优点.在实验研究过程中,机器人已实现8种面部表情,通过与国外目前最具代表性的研究成果对比,并进行心理实验统计,取得比较满意的结果.