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本课题的目的就在于：通过设计具有视觉和面部表情的仿人头像机器人系统和对于仿人头像机器人人类表情识别和再现的研究，为实现机器人和人类的交流奠定理论和实验基础，从而丰富和发展机器人工业。
1.2 机器人情感交互的研究概况
为了实现机器人与人的和谐交互，为了能更好地完成本次设计，作者对由欧盟委员会投资研发的RobotCub和MIT研发的Macaco机器人进行了详细的调研工作，为接下来的设计做一定基础。在机器人设计方面，对作者来说是一个全新的领域，对中国来说也是一个较为新颖的项目，设计在研究过程中需要不断突破现有的技术，不断创新，在已有的方案中加入更加先进的设计，更加人性化，使机器人在人机交流的过程中更加顺利，提高仿人型效果。
1.2.1 机器人情感交互实验单元功能概况
与人的头部感官功能相对应，一个高智能化的拟人机器人头部系统组成，机器人借助各种感官传感器，采集外部环境信息，输人到“大脑”(计算机)中，通过计算机运行相应的算法实现各种功能，执行元件根据指令驱动头部各部件，做出表达机器人内部情感的面部表情。
人的头部集中了视觉、听觉、嗅觉、觉和触觉共5种感觉功能，人类凭借这些功能能够很好的判断、认知、掌握外部复杂环境的各种情况，并通过丰富的面部表情表达自身的感受和意愿、理想的高智能机器人应该具有与人类相近，甚至在某些方面强于人类的这些功能，机器人头部的主要功能包括以下几部分:
（1） 视觉功能
人有80%以上的信息是靠视觉获取的，所以让机器人也能像人一样识文断字看东西，是机器人拟人化的重要课题。目前，机器人视觉也是被研究的最为广泛和深人的一种机器人感觉，国内外许多学者已经以拟人机器人头部为载体，开展了大量基于仿生的立体视觉及主动视觉的研究，并取得了许多有价值的研究成果。机器人的视觉是通过使用图像采集装置(摄像机)，把外界的事物拍摄下来，送入机器人的大脑进行图像分析，进而使机器人能够完成目标识别、跟踪、定位等任务。
（2） 听觉功能
机器人的听觉功能通过听觉传感器(麦克风)采集声音信号，经声卡输人到机器人大脑。机器人拥有了听觉，就能够听懂人类语言，既实现语音的人工识别和理解。从上世纪50年代AT& T Bell实验室开发出可识别10个英文单词的Audy系统开始，许多发达国家家如美国、日本、韩国以及IBM ,Apple , NTI’等著名公司都为语音识别系统的实用化开发研究投以巨资，我国对此项研究也很重视，并把大词汇量语音识别的研究列人”863”计划。人通过自然语言便可与机器人进行方便、自然的信息交流。关于机器人听觉的另一研究领域是对声源定位问题的研究，让机器人在一定环境中寻找到发声目标，完成相应的任务。
（3） 嗅觉功能
目前具有嗅觉功能的拟人机器人尚不多见，主要原因是人们对于机器人嗅觉的研究仍处于初级阶段，技术尚未成熟，国外更多的关于机器人嗅觉的研究集中在移动机器人的嗅觉定位领域。一个由日本科学家领导的研究小组称，他们成功研制出一种用于护理老人的新型机器人“RI-MAN”，具有嗅觉功能，能分辨8种不同的气。国内外许多学者已经深入开展了基于气体传感器的人工嗅觉装置“电子鼻”在食品、环境、医药等行业应用的研究工作，这些成功经验都可给予拟人机器人嗅觉研究一定的启示。
（4） 觉功能
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