国内外拟人形机器人头部研究现状概况
美闰麻省理工学院人工钾能实验室的计算机专家Cynthia breazeal开发了一个名为kiSmet的其有视觉和听觉功能的机器人头部，如图1所示kismet的眼部具有3个自由度来控制凝视方向，颈部具有3个自由度，面部表情具有15个自由度(包括眉毛、耳朵、眼脸、嘴唇和嘴等)。在两眼部装有视觉范围较窄的两部摄像机，用于目标的识别和精确视觉伺服控制，在两只眼睛之间固定有视觉范围较宽的两部摄像机，用于搜寻目标、跟踪多个目标。为了满足实视觉视觉信号处理的要求,把视觉系统连接到由9台运行QNX(实时操作系统)下的400 MHZ的商用计算机上。其动作和行为系统由4台摩托罗拉68332微处理器控制。语音识别部分运行在Windows NT和Linnx系统下。采用8个50 Hz 的DSP(TMS321 C40 )组成的并行网络进行图像处理.两个基于Motorala 68332的微控制器作为动力系统。Kismet设定了一个由激(Arousal、价(Valence )和态度(Stance)三个轴构成的二文情感空间。某一时刻的情感状态可以表示为情感空间中的一个点。这个空间被分成以某终特定点为中心的若干个区域，各个区域代表一种情感状态，某时刻的情感状态是根据Kismet的动机系统、行为系统以及感知系统的综合作用计算出来的，跟离该情感点最近的区域将被激活，Kismet根据被激活区域所代表的情感状态来驱动电机，从而带动面部特征运动产生相应的面部表情。而表情的幅度则由情感点与激活区域中心的距离所决定。它的外表虽然并不完全像人.但已能通过它的眼睛、耳朵以及大脑来识别人类的情感.井能够表达出相应高兴、汇丧、惊讶、疲倦、愤怒、安静、不高兴、害怕和感兴趣等9种表情了。日前 ,美国麻省理工学院正在研制的具有人类认知功能的机器人(Cog )。代表着机器人发展的最高水平。之所以命名为Cog,就是突出其认知能力，因为它具有眼、耳和四肢并其有模拟人脑功能的微处理器网络，通过与环境的相互作用，能够识别面孔、物体。以及跟踪运动物体等能力。cog由两个具有6个自山度的上肢、一个具有7个自由度的头部和一个具有3个关节的躯干组成，与Kismet相比，它具有更多的传感器。借助此机器人进行的主要研究内容有:研究感情模型、注意力、声音的韵律和模仿等(拟人行为)，如图2所示。Cog的视觉系统模拟装置是双眼结构.眼睛能围绕着水平和竖直的轴转动。每只眼睛由两部摄像机组成，一部为广角摄像机，负责外围视野，另一个为窄角摄像机，用于景物中心的摄取。听觉系统由一对类似助听器的麦克风构成.立体声取样频率为22. 5 kHz，采用8位数据实现，cog的听觉系统具有良好的兽棒性。非常接近人的听觉系统，并且与视觉系统、驱动马达等部分进行了充分的整合。声音定位功能己经完成，当前的研究主要集中在多声音通道的隔离上。其前庭也是模仿人的前庭结构，由3个相互垂直安装的半圆形沟槽组成。另外，在眼睛的下方还安装了3个等级的陀螺仪和两个直线加速计。
日本早稻田大学1995年开发了头部机器人W E-2。经过不断的改进(WE-3 ,WE-3 R i V , WERV , WE-4及WE4R等),到2004年的改进型号为WE4R2 。 WE-3可以识别目标的位置、跟踪口标、适应亮度的变化、确定声音在三文空间中的位置、并通过触觉传感器分辨出抚摸、打击和碰撞等接触动作。增加了嗅觉传感器和彩色面部表情后变成一个新的型号WE-3RIV ，通过机械肺呼吸空气，可以识别酒精、氨气和香烟气。它具有了嗅觉功能和可变颇色的面部表情。
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