仿人面部表情机器人的控制系统设计

介绍了基于AT89S52单片机的仿人面部表情机器人的运动控制系统硬、软件结构.通过对人类个性面部表情的分析,设计了面部机构的控制算法.通过实验完成了7路舵机的运动控制并实现了各个不同的面部表情.为进一步研究智能面部表情机器人提供了一定的基础.     

仿人面部表情机器人研究现状与展望

仿人面部表情技术在实现仿人机器人与人的情感交流上起着非常重要的作用.文中首先对美国汉森机器人技术公司和麻省理工学院、日本早稻田大学和东京理科大学,以及我国哈尔滨工业大学的表情机器人研究进行了分析比较.然后讨论了表情机器人研究在FACS理论、仿人头部机械设计和机器人情感等方面的关键技术.最后对表情机器人发展中亟待解决的问题及趋势做了展望.     

具有面部表情识别与再现的机器人头部系统的研制

研制出具有对人类表情识别和表情再现机能的仿人机器人头部系统,该系统由仿人机器头部本体、图像采集设备、表情及面部器官控制系统、表情识别系统等部分组成;该系统从图像采集装置获得人类表情图像,然后采用SVMs和ASM结合的方法进行视频序列的人脸表情识别,设计了眼球、眼睑、下颚等面部器官和面部表情机构及驱动系统对机器人面部皮肤和头部器官进行运动控制,并根据识别结果,可实现七种不同特征的面部表情的再现。     

仿人头像机器人“H＆Frobot-Ⅲ”语音及口形系统研制与实验

为进一步研究仿人头部器官及面部表情的行为智能,以及机器人与人类交流问题,首次将口形及其与语音协调问题引入到表情机器人系统,并进行研究。在已研制成功的具有面部表情及视觉仿人头像机器人系统“H＆Frobot-Ⅱ”基础上,根据人面部运动肌肉解剖学及Ekman面部表情编码系统FACS,论述了口部动作驱动点设置、口形驱动机构及控制方法,设计、研制了语音及口形系统;最后给出了机器人“H＆Frobot-Ⅲ”的语音识别与口形协调实验结果,其口形与人讲同样话时口形能够很好地吻合,验证了语音与口形系统的可行性,从而为进一步研究机器人表情智能奠定了技术基础。     

基于舵机驱动的一种仿人面部表情机器人的结构设计

仿人面部表情机器人研究难点之一是在有限空间内完成机械结构设计。文章选用舵机作为驱动,完成了一个结构精简、空间利用率高、成本低的仿人面部表情机器人的结构设计。该机器人外形尺寸接近真人,包含眉毛、眼睑、眼睛和下颌4个运动模块,由7个舵机驱动。整个设计在UG中三维建模并进行运动仿真,机器人能实现多个类人的基本表情。     

一种具有人造皮肤的仿人表情机器人结构设计

具有人造皮肤的表情机器人结构设计是仿人表情机器人的研究热点。现有大部分仿人表情机器人通过10个以上的驱动分别牵引人造皮肤上的控制点来实现表情,成本较高、结构复杂,不利于表情机器人的推广与运用。因此,根据表情的实现原理,结合对称性和基本表情实现的特点,提出了最少驱动数为7的仿人表情机器人结构设计,对FACS理论的分析,设计出用较少驱动来牵引人造皮肤,实现基本表情的仿人机器人,能较大降低成本,有利于对表情机器人的推广。并通过实验样机验证了设计。该研究为仿人表情机器人的进一步研究提供了参考。     

一种仿人机器人面部的结构设计

介绍一种仿人机器人面部的机械结构设计。对产生每种面部表情所需的运动形式和范围进行了分析 ,设计出了眉毛、眼睛、嘴和下颌 4个运动模块。机器人面部的运动是由 2 3个步进电机来驱动的 ,通过这些运动 ,机器人面部就能产生像人一样的表情。     

可交互式面部表情机器人系统设计

面部表情机器人在国内研究还处于初级阶段。以模块化机器人套件为平台,设计了一个可交互的面部表情机器人,可以实现机器人头部的运动包括颈部左右旋转、上下点头、眼球转动、眉毛挑动、嘴巴张合等,进一步以实现各种动态表情,比如唱歌、大笑、微笑、忧郁以及与人对话等,从而表达机器人内在情感状态,最终使机器人能通过丰富生动的表情与人进行自然流畅的情感交流,为研究人机交互提供了可能。     

基于视位的仿人头像机器人的基本口形系统研究

为深入研究人类与机器人的交流方式,基于语音视位建立仿人头像机器人的口形系统。考虑汉语的特点与人在发声时的口型动作,建立口形系统的基本视位库。根据基本视位库,建立仿人头像机器人的基本口形模型,采用最小二乘法识别口形系统中实际视位,并且利用Hermit插值的方法实现仿人头像机器人的动态口形。实验研究验证:该口形系统能够再现基本口形与基本视位的对应,并且动态口形实现与人类语音的协调。     

仿人头像机器人"H&Frobot-Ⅲ"语音及口形系统研制与实验

为进一步研究仿人头部器官及面部表情的行为智能,以及机器人与人类交流问题,首次将口形及其与语音协调问题引入到表情机器人系统,并进行研究.在已研制成功的具有面部表情及视觉仿人头像机器人系统"H&Frobot-Ⅱ"基础上,根据人面部运动肌肉解剖学及Ekman面部表情编码系统FACS,论述了口部动作驱动点设置、口形驱动机构及控制方法,设计、研制了语音及口形系统;最后给出了机器人"H&Frobot-Ⅲ"的语音识别与口形协调实验结果,其口形与人讲同样话时口形能够很好地吻合,验证了语音与口形系统的可行性,从而为进一步研究机器人表情智能奠定了技术基础.     

基于规则的仿人控制算法液位控制系统设计与研究

在液位控制过程中,应用传统的PID控制对系统偏差同等对待,不能达到理想的控制效果。比例仿人积分控制对系统偏差区别对待,但这种控制算法仍存在余差,系统控制能力不足。为了克服这一不足,提出基于规则的仿人控制算法以及控制器参数整定法,最后对传统的PID控制、比例仿人积分控制和基于规则的仿人控制进行了仿真比较,验证了基于规则的仿人控制算法的优越性。     

基于视觉的汽车轮毂打磨实训系统设计

随着智能制造技术的飞速发展,企业转型升级加速,对技术技能型人才的需求与日俱增。该文设计汽车轮毂智能化打磨加工工艺的实训系统,通过Profinet工业以太网通信,结合PLC实现对系统的逻辑控制,通过机器视觉对轮毂表面检测,将需要打磨的区域反馈给工业机器人实现自动打磨,提高轮毂打磨的精度和效率,改善加工工艺。该实训系统能满足对学生进行PLC与工业机器人现场编程、机器视觉的基础应用以及制造加工工艺的知识与技能的训练,提高学生综合技能与素养。     

基于3D视觉引导的拆装模机器人系统设计

针对传统PC构件手工拆装模生产作业人员多、占地面积大和工位利用率低的生产方式,结合机器人运动控制技术、激光扫描技术和图像感知技术,提出了一种基于3D视觉引导的直角坐标系机器人系统。在阐述视觉引导机器人自动拆装模具原理的基础上,设计了一种针对混凝土预制构件拆装模具的四自由度直角坐标系机器人系统,开发了基于EtherCAT总线的分布式控制软硬件系统,并进行工厂实际生产测试。测试结果表明:该机器人可以直接由图纸驱动自动完成PC构件的拆模和装模等核心生产过程;模具识别准确率高于99.5%;单个模具的装模节拍少于20 s;抓手中心重复定位精度达到±1 mm。为混凝土预制构件拆装模实现全自动化作业提供了完整解决方案。     

Design and development of a new machine vision wire bonding inspection system

In this paper, we developed a fast and robust machine vision system for wire bonding inspection. The defects caused by a bonding wire being broken, lost, shifted, shorted, or sagged in an integrated circuit (IC) chip can be inspected automatically. A new lighting environment was devised which will highlight the slope of the bonding wire and suppress the background from being extracted. First, a set of machine vision algorithms were designed to filter out the defects of broken wire, lost wire, shifted wire, and shorted-out wire. Second, the 3-D type defect of sagged wire can be detected by inspecting the change of the bonding wire slope, derived from a single 2-D image. Some illustrations are given to show the efficiency and effectiveness of the proposed novel wire bonding vision inspection system.     

人机共享控制机器人系统的应用与发展

康复机器人和辅助机器人可以提高患者生存质量,受到了科研和临床等领域的广泛重视。实现该类机器人的一个重要目的是帮助残疾患者完成日常生活中的活动。其中,人机共享控制机器人系统,充分结合了人类在上层规划和机器在精细控制上的优势,具有很好的控制效果。首先介绍了几种新型的人机交互方式,并对人机共享控制机器人系统的构成与优势进行简要分析;随后结合国内外研究现状,对不同类型的人机共享控制机器人系统进行详细介绍;最后着重从新型人机交互和共享控制两个方面,展望了未来技术的研发方向。     

结合图像内容匹配的机器人视觉导航定位与全局地图构建系统

为了解决机器人室内定位时的绑架问题和相似物体的干扰,设计了一种具有图像内容匹配功能的视觉系统,从而使机器人能有效提取关键帧序列构建室内全局地图并实现自主定位。考虑影响图像内容匹配的主要干扰是机器人视角和位移造成的图像畸变,本文通过对室内物体的图像畸变建模与特征分析,设计了一种图像内容匹配方法。该方法以图像重叠区提取、基于子块分解匹配的重叠区重建两部分为核心,可将待匹配的两帧图像畸变调整为一致后再进行内容匹配并准确解算它们的相似度。其能有效利用各个房间内不同的景物和布局信息来消除相似物体的影响,从机器人学习环境时采集的视频中提取空间间距大且重叠相连的关键帧序列建立整栋建筑内部的全局导航地图。机器人工作时,实时视觉的图像内容与地图关键帧序列匹配,提取出与每个时刻视觉图像最相似的关键帧对机器人实施定位。在由3个房间和2条走廊组成的实验区进行了实验测试,结果表明:机器人可有效消除相似物体的干扰,绑架发生时仍可通过与全局地图匹配实施准确自主定位,匹配准确率≥93%,定位精度误差(RMSE)0.5m。     

基于双目视觉的六自由度工业机器人控制系统研究

目前机器人视觉系统正越来越广泛地应用于视觉检测、视觉引导和视觉装配领域。为了使机器人能够快速准确地识别、检测、抓取工作台上的工件,该文设计了一套双目视觉的六自由度工业机器人控制系统。文中以张正友摄像机标定法为理论依据研究双目视觉合成技术,利用MATLAB摄像机标定工具箱分别获取左右摄像机的内外参数;通过建立机器人用户坐标系、摄像机坐标系以及世界坐标系实现了空间坐标转换;由OpenCV图像处理算法获得工件坐标位置,控制系统驱动机器人实现工件抓取。     

室内单目视觉全局定位系统的设计与实现

针对室内定位的准确、稳定、快速的工程需求,设计了一种基于单目摄像头的低成本室内全局定位系统。通过分析摄像头取景框内实际空间关系,采用普通支架摄像头架设方式,提高方案的普适性;为快速获得检测目标,设计了基于RGB图像背景减除的启发式运动目标检测方法。最后借助实验室轮式移动平台进行了实验,结果表明,文章设计的全局定位系统实现了室内运动目标的定位功能,检测到的定位点与移动平台规划路径采样点绝对距离误差小于10.16 cm。     

融合机器视觉与邻近度估计的相似工业设备识别策略研究

由于工业现场设备存在外观相似和部署密集等特点,使得巡检机器人仅依靠机器视觉难以对工业现场的相似设备进行识别,进而影响了自主巡检的准确性和效率。针对上述问题,基于工业物联网的无线信号特征,提出了融合机器视觉与邻近度估计的相似工业设备识别策略。该策略首先通过机器视觉和高效透视N点投影算法估计巡检机器人的初始位姿,进而采用邻近度估计算法实现巡检机器人对邻近工业设备目标的识别。另一方面,该策略还包括了机器人角度校正与位置调整算法,以此保证邻近度估计的精度。实验结果表明,相比于基于机器视觉的传统识别方法,该策略能够在不同设备密度的场景下,提升2%～49%的相似工业设备识别精度,有效地解决巡检机器人对工业现场相似设备的识别问题。