面部情感表达技术是研究仿人机器人的热点课题之一。情感表达丰富化以及情感模型细腻化是该课题待突破的两个难题。论文在分析了人脸表情产生机理的基础上，采用面部动作编码系统(FACS)，对提出的十种表情进行了动作编码。通过剖析情感再现方法以及编码规律，得出了仿人机器人面部情感再现的13个运动控制点。通过采集实际人脸表情，量化了每个控制点的运动范围。　　根据运动控制点的分布特点，将面部结构分成了眉毛、眼睑、眼球、鼻部、嘴部以及下颌等六个模块，分别分析设计，并对运动机构进行了ADAMS仿真验证。在Pro/E软件中对面部结构1∶1实体建模，并在ADAMS软件中进行了表情仿真。　　针对微处理器任务顺序执行的缺陷，设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的面部运动控制系统。按照FPGA的设计特点，将系统分模块设计。在QuartusⅡ软件中，设计了VerilogHDL语言的模块控制代码，并调用了EDA仿真工具ModelSim-Atlera对模块仿真验证。通过在一片FPGA上实例化每个模块，完成了控制系统的设计。　　研究了PAD(Pleasure-Arousal-Dominance)三维情感模型，对PAD空间中的情感离散、情感交叉无法描述等缺陷进行了改进。改进后的PAD模型将情感分为类别级、连续级等两个级别。运用改进的PAD三维情感模型，提出了实现仿人机器人面部情感连续性表达方案。　　最后，通过实物样机的三个情感表达实验，分别验证了论文所提出的面部结构、控制系统以及改进的PAD三维情感模型的正确性和有效性。