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面部表情仿人机器人的设计与研究

作　者: 王晓娇
导　师: 张禹
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 面部表情机器人 弹性体模型 有限元分析 位移载荷 仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


表情机器人是近年来机器人研究领域中兴起的一个新的研究热点。面部皮肤弹性体的研究对实现面部表情更是尤为重要。本文以表情机器人面部皮肤弹性体为主要研究对象，并通过对六种基本面部表情仿真的研究与分析，总结出实现面部表情的影响因素和影响程度。首先，通过对国内外主要研究成果的学习，对面部表情机器人关键技术做了系统的归纳、总结与分析。并通过对面部运动机构、面部模拟皮肤材料的分析与研究，提出了满足课题要求的研究方案。其次，在分析面部解剖学的基础上，采用面部表情编码系统(FACS)，对人类典型面部表情的运动特性进行了研究和分析,归纳出了面部器官实现面部表情运动的特征区域及其运动方式和数值范围,这些范围值可以为仿人机器人面部柔性体仿真研究提供运动参数。再次，采用三维建模软件Solidworks建立仿人机器人面部几何模型，采用有限元分析软件ABAQUS建立仿人机器人面部弹性体模型，结合面部仿真皮肤弹性材料的力学特性研究，利用有限元分析方法对模型进行了分析和仿真，最后模拟出了高相似度的仿人机器人的幸福、悲伤、恐惧、惊奇、厌恶、愤怒等6种基本面部表情。最后，通过仿真研究分析，得到了柔性体模型下逼真的模拟面部表情的合理位移、驱动力数据及面部模拟皮肤材料的简化力学参数；可以根据柔性体表情仿真效果来较为准确地确定面部表情机器人的表情控制区域的面部驱动点的位置、大小和数量，等；对面部模拟皮肤材料的选择具有指导意义。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-20
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 婴儿机器人“Kismet  10-12
    1.2.2 “爱因斯坦”机器人  12-13
    1.2.3 儿童机器人 Affetto  13-14
    1.2.4 WE-3 系列机器人  14-16
    1.2.5 国内研究现状  16-18
  1.3 主要研究内容  18-19
  1.4 本章小结  19-20
第二章 面部表情解析  20-32
  2.1 面部表情形成机理的研究  20-25
    2.1.1 面部解剖学分析  20-22
    2.1.2 面部器官运动分析  22-24
    2.1.3 面部表情形成生理机制分析  24-25
  2.2 面部运动测量技术  25-28
    2.2.1 面部表情编码系统（FACS）  25-27
    2.2.2 最大限度辨别面部肌肉运动编码系统  27-28
  2.3 人类典型表情的运动分析  28-31
  2.4 仿人面部表情机器人的实现方法  31
  2.5 本章小结  31-32
第三章 表情机器人模型结构设计  32-40
  3.1 表情机器人面部弹性体的设计要求  32-33
    3.1.1 面部尺寸分析  32-33
    3.1.2 面部弹性体材料分析  33
  3.2 Solidworks 环境下面部几何模型的建立  33-34
  3.3 面部弹性体仿真材料模型的建立  34-35
  3.4 驱动结构设计  35-39
    3.4.1 驱动器的选择  35-36
    3.4.2 驱动结构设计  36-38
    3.4.3 面部表情机器人驱动原理  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 有限元方法及有限元分析软件 ABAQUS  40-52
  4.1 有限元方法  40-44
    4.1.1 有限元方法简介  40-42
    4.1.2 有限元方法的一般原理  42-44
  4.2 ABAQUS 概述  44-46
  4.3 ABAQUS 的分析  46-51
    4.3.1 ABAQUS 的主要模块  46-47
    4.3.2 ABAQUS 分析步骤  47-49
    4.3.3 ABAQUS 中材料非线性问题的处理  49-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 面部表情仿真的研究  52-67
  5.1 面部表情实现的模拟仿真过程  52-54
  5.2 不同基本面部表情控制参数的分析对比  54-66
    5.2.1 施加位移载荷大小对表情仿真结果的影响  54-60
    5.2.2 面部表情控制区域尺寸的不同对表情仿真结果的影响  60-62
    5.2.3 固支区域位置的不同对表情仿真结果的影响  62-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章 结论  67-68
  6.1 结论  67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-70
在学研究成果  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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