[發(fā)明專利]基于平滑約束逆向機(jī)械模型的機(jī)器人表情模仿方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810593985.1
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108908353B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃忠;劉娟;丁蕾;江巨浪;唐飛
• 申請（專利權(quán)）人: 安慶師范大學(xué)
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;G06K9/00
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發(fā)明公開了一種基于平滑約束逆向機(jī)械模型的機(jī)器人表情模仿方法，所述方法包括：A：提取機(jī)器人面部特征向量：B：構(gòu)建基于面部特征序列到電機(jī)控制序列的平滑約束逆向機(jī)械模型：C：以表演者實時面部特征為目標(biāo)，基于平滑約束逆向機(jī)械模型生成最優(yōu)電機(jī)控制序列驅(qū)動機(jī)器人面部電機(jī)使所述機(jī)器人呈現(xiàn)出與所述表演者的臉部對應(yīng)的表情。本發(fā)明還公開了一種基于平滑約束逆向機(jī)械模型的機(jī)器人表情模仿裝置。本發(fā)明的優(yōu)點在于：應(yīng)用本發(fā)明實施例，可以提高機(jī)器人表情模仿的時空相似度和電機(jī)連續(xù)運動的平滑度，縮短表情遷移的時間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人表情模仿方法，更具體涉及一種基于平滑約束逆向機(jī)械模型的機(jī)器人表情模仿方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著控制科學(xué)、傳感器技術(shù)、人工智能、材料科學(xué)等發(fā)展，使具備人類外形和行動能力的類人機(jī)器人成為可能。雖然類人機(jī)器人在模仿人類行為方面擁有了較高程度的“腦智”(智商)，但以鍵盤、鼠標(biāo)、屏幕、圖案等傳統(tǒng)交互方式難以實現(xiàn)自然、和諧的情感交互能力，其水平還遠(yuǎn)不能滿足人們對機(jī)器人智能化水平的要求。“人機(jī)交互障礙”和情感交互能力逐漸成為機(jī)器人實用化的瓶頸。因此，如何提高機(jī)器人的“心智”(情商)水平成為機(jī)器人研究領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。針對當(dāng)前自然人機(jī)交互過程中“高腦智低心智”的問題，探索符合心理需求的、自然的、富于情感的人機(jī)交互方式，是解決機(jī)器人“情感缺失”問題的迫切要求。而面部表情是自然人機(jī)交互和機(jī)器人情感表達(dá)最主要的載體，因此如何讓類人機(jī)器人呈現(xiàn)出與人類相同的表情成為亟待解決的技術(shù)問題。

目前，模仿人類表情是實現(xiàn)機(jī)器人多電機(jī)協(xié)同控制和呈現(xiàn)逼真表情最有效的途徑。當(dāng)前機(jī)器人表情模仿方法主要包括表情類別模仿和表情細(xì)節(jié)模仿兩類。表情類別模仿方法則是基于面部動作編碼系統(tǒng)建立面部動作單元與頭部控制電機(jī)的內(nèi)在關(guān)系，再通過驅(qū)動電機(jī)實現(xiàn)高興、驚訝等常見表情類別。由于生成表情單一且模式固定，表情類別模仿方法僅適用于頭部自由度較少的機(jī)器人面部情感表達(dá)。與表情類別模仿不同，表情細(xì)節(jié)模仿方法則是基于表演驅(qū)動技術(shù)的細(xì)節(jié)和強(qiáng)度遷移。這些方法均采用前向機(jī)械模型與運動平滑模型獨立建模，這種方式雖能兼顧電機(jī)運動的機(jī)械約束，但在實時表情模仿階段需要通過優(yōu)化算法逆向求解最優(yōu)控制值，制約了表情遷移的實時速度，因此現(xiàn)有技術(shù)存在表情遷移的實時性不佳的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供了一種基于平滑約束逆向機(jī)械模型的機(jī)器人表情模仿方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的表情模仿時空相似度與平滑度較低以及表情遷移的實時性不佳的技術(shù)問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：

本發(fā)明實施例提供了一種基于平滑約束逆向機(jī)械模型的機(jī)器人表情模仿方法，所述方法包括：

A：提取機(jī)器人面部特征向量：

B：構(gòu)建基于面部特征序列到電機(jī)控制序列的平滑約束逆向機(jī)械模型：

C：以表演者實時面部特征為目標(biāo)，基于平滑約束逆向機(jī)械模型生成最優(yōu)電機(jī)控制序列，然后利用所述最優(yōu)電機(jī)控制序列驅(qū)動機(jī)器人面部電機(jī)使所述機(jī)器人呈現(xiàn)出與所述表演者的臉部對應(yīng)的表情。

本發(fā)明實施例還提供了一種基于平滑約束逆向機(jī)械模型的機(jī)器人表情模仿裝置，所述裝置包括：提取模塊，用于提取機(jī)器人面部特征向量：構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建基于面部特征序列到電機(jī)控制序列的平滑約束逆向機(jī)械模型：生成模塊，用于以表演者實時面部特征為目標(biāo)，基于平滑約束逆向機(jī)械模型生成最優(yōu)電機(jī)控制序列，然后利用所述最優(yōu)電機(jī)控制序列驅(qū)動機(jī)器人面部電機(jī)使所述機(jī)器人呈現(xiàn)出與所述表演者的臉部對應(yīng)的表情。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：