具有语音口形及表情的仿人头像机器人系统研究与实验

摘要

让机器人具有像人一样的行为，能够与人进行和谐交流的人工情感理论与技术是智能机器人研究领域的重要研究方向之一，需要从机器人学、人类心理学、行为科学、人像艺术等多门学科交叉中汲取营养，其研究将进一步丰富和发展机器人学。本文研究仿人头像机器人的语音、口形及表情的理论与技术具有深远的科学意义。
　　本文首先从机器人与人进行交流的角度出发，论述了人工情感研究的基本理论，针对人工情感技术的可行性以及语音/口形/表情与情感协调问题进行了分析，为情感化机器人的进一步研究提供了理论依据。
　　本文首次将口形、表情及其语音协调问题引入到仿人头像机器人系统，提出了语音口形控制问题并进行了研究。在对汉语拼音基本发音口形进行分析分类的基础上，以H&Frobot-II型机器人为平台，以16位单片机为核心，基于嵌入式语音识别技术进行了语音识别模块软硬件设计和研制，搭建了电源、语音输入输出、RS232串口通讯和扩展FLASH等单片机外围电路，设计开发了语音训练、存储、识别、等功能软件；依据面部肌肉的解剖学分析和Ekman提出的FACS(面部表情编码系统)理论确立了6个口形控制点，采用绳索滑块+伺服舵机驱动方式设计、制作了口形机构，并用PIC单片机组实现了口形控制，从而建立了口形模块。
　　本文还对原有的具有视觉识别机能和面部表情的仿人头像机器人II型系统的面部表情驱动和控制部分进行了改进，在语音口形模块建立基础上，进行了语音与口形、表情的系统集成，得到了H&Frobot-III型仿人头像机器人系统平台。最后在此平台上进行了口形、语音、表情协调实验和实验结果的拟似度测试，取得了令人满意的结果。本文的研究为进一步研究机器人情感智能奠定了技术基础。