随着机器人应用场景的复杂化和多样化,对仿人机器人的需求也从完成简单重复的机械动作转向和谐自然的人机交互,其中仿人机器人逼真表情的复现对提升仿人机器人的亲和力,跨越恐怖谷,实现和谐自然的人机交互起到重要的作用。本课题以仿人机器人面部表情复现为目标,通过真实人类表情数据库获得人类六种基本表情的面部数据,提出以表情区域的形状特征和表情区域的强度特征量化描述面部表情,并基于此特征描述在理论上求解了仿人机器人实现目标表情的控制空间,然后在实验平台上验证控制空间的有效性。具体包括以下内容:(1)总结仿人机器人在国内外的研究成果,对比了不同仿人机器人表情复现的方法、皮肤材料、驱动方式、执行机构、复现表情种类和实验效果,提出适合本课题的研究方案。(2)在人体解剖学的基础上分析了面部表情的形成机理,对比了不同面部表情测量系统。基于真实人类的面部表情数据库,提出表情区域的形状特征和表情区域的强度特征来量化描述面部表情,并与经典的面部编码系统做了对比,验证了表情区域的形状特征和表情区域的强度特征定量描述面部表情的有效性。在面部表情量化描述的基础上建立表情相似性度量的评价,基于线性混合形状模型和单点驱动的理论变形,以表情相似性最大为目标,从理论上求解了仿人机器人开心、恐惧、悲伤、惊讶、愤怒和厌恶六种目标表情的控制空间。(3)将仿人机器人面部皮肤模型导入ANSYS仿真软件,结合皮肤材料的力学特性,依据仿人机器人复现目标表情控制空间的理论计算结果,在相应的位置施加驱动,对比不同参数条件对表情复现的影响,确定合适的驱动面积大小、面部固定位置和面部皮肤厚度,仿真实现了仿人机器人六种基本面部表情,对之后的实验提供指导和参考。(4)采用自制模具和压制成型的方法,用邵氏硬度0度以下的双组份液体硅胶制备面部皮肤。考虑头部空间和控制精度,选择舵机带动连杆驱动嘴角、下颚和上眼睑运动,其他皮肤控制点通过连接件和绳索被舵机驱动,以减弱皮肤控制点处的应力集中现象,同时增加控制的柔性,尽可能的模拟人类肌肉的运动效果。参考理论计算结果和仿真结果,在试验平台上复现六种基本面部表情,验证了仿人机器人复现目标表情计算方法的可行性,并对存在的问题一一进行分析并提出了改进方案,在后续的研究中完善本课题实验的不足。