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第1章 绪论1

1.1 机器人的起源与发展史2

1.1.1 机器人的起源2

1.1.2 机器人的发展史2

1.2 情感机器人研究历程4

1.2.1 物理机器人的发展现状4

1.2.2 虚拟机器人的发展现状8

1.3 相关理论及关键技术9

1.3.1 情感计算、感性工学及人工心理9

1.3.2 关键技术及主要内容13

思考题16

参考文献16

第2章 机器头及身躯设计18

2.1 情感机器人的头部设计18

2.1.1 总体方案19

2.1.2 人体头部运动与面部肌肉分析19

2.2 表情头的实现22

2.2.1 标准件的选取22

2.2.2 结构设计23

2.2.3 动作设计24

2.2.4 面皮及面部支撑壳的制作26

2.2.5 其他附件28

2.2.6 运动学仿真28

2.3 身躯设计35

2.3.1 主要研究问题35

2.3.2 腰臂机构的设计38

2.4 手臂设计40

2.4.1 碰撞分析的简化40

2.4.2 双臂碰撞模型42

2.4.3 算法的流程图42

2.4.4 手臂避障仿真42

2.4.5 优点及发展趋势47

思考题47

参考文献47

第3章 表情控制模式49

3.1 面部动作编码系统49

3.1.1 概述49

3.1.2 主要内容50

3.2 控制器的设计与制作52

3.2.1 总体结构52

3.2.2 下位机控制53

3.3 面部表情仿真56

3.4 面部表情调试59

思考题60

参考文献60

第4章 电动机控制62

4.1 电动机的基本概念62

4.2 舵机的选择63

4.2.1 舵机的结构63

4.2.2 舵机的工作原理64

4.2.3 舵机的注意事项64

4.2.4 直流电动机的选择65

4.3 舵机驱动控制模块66

4.3.1 驱动电路模块67

4.3.2 舵机的控制67

4.4 舵机在情感机器人中的应用72

4.4.1 下位机控制72

4.4.2 上位机控制软件72

思考题74

参考文献74

第5章 机器视觉76

5.1 机器视觉概述76

5.1.1 Marr的计算机视觉理论框架76

5.1.2 应用范围及前景77

5.2 机器视觉系统标定算法77

5.2.1 角点提取77

5.2.2 SUSAN算法原理77

5.2.3 改进的SUSAN算法78

5.2.4 标定算法78

5.2.5 空间点的三维坐标79

5.3 摄像机标定技术80

5.3.1 摄像机成像模型80

5.3.2 标定摄像机参数83

5.3.3 实验结果84

5.4 双目追踪系统的标定86

5.4.1 双摄像机标定87

5.4.2 系统标定87

5.5 多摄像机系统标定90

5.5.1 标定摄像机内参数和镜像图像外参数91

5.5.2 计算真实摄像机位置91

思考题93

参考文献93

第6章 人机交互与合作95

6.1 人机交互概述95

6.1.1 人机交互的概念95

6.1.2 人机交互的发展96

6.1.3 人机交互的研究内容96

6.2 人机交互技术97

6.2.1 语音交互技术98

6.2.2 说话人识别100

6.2.3 视线交互技术107

6.3 人机交互系统的设计与评估111

6.3.1 人机交互系统的设计111

6.3.2 人机交互系统的评估112

思考题112

参考文献113

第7章 软件集成114

7.1 情感机器人体系结构规划设计115

7.1.1 国内外研究现状115

7.1.2 基于人工心理认知／行为的分层式交互机器人体系结构117

7.2 情感机器人软件平台设计119

7.2.1 结构设计119

7.2.2 模块设计划分120

7.2.3 人机交互界面设计121

7.3 各功能模块的设计123

7.3.1 语音识别模块设计123

7.3.2 语音合成模块设计124

7.3.3 人脸识别模块设计125

7.3.4 动作行为模块设计128

7.3.5 网络功能模块设计131

7.4 软件平台的实现132

7.4.1 总体架构与模块化编程132

7.4.2 各个功能模块的具体实现133

7.4.3 故障检测138

思考题140

参考文献140

第8章 数据库技术142

8.1 数据库基础知识142

8.2 健康数据库的设计146

8.2.1 系统目标设计147

8.2.2 应用系统规划及功能结构147

8.2.3 系统的业务流程147

8.2.4 系统界面设计147

8.2.5 系统功能结构149

8.2.6 数据库设计149

8.3 系统的主要功能模块设计与实现151

8.3.1 系统登录设计与实现152

8.3.2 管理相关设计与实现152

8.3.3 统计分析模块的设计与实现153

8.3.4 系统维护及帮助的设计与实现154

8.3.5 开发过程中应用的关键技术157

8.4 测试157

思考题158

参考文献158

第9章 知识库技术160

9.1 知识库160

9.1.1 知识库的概念160

9.1.2 知识的概念161

9.1.3 知识的分类161

9.1.4 知识的存在与获取162

9.1.5 知识的表示方法163

9.2 虚拟管家知识库实例164

9.2.1 研究意义164

9.2.2 功能的实现165

9.2.3 功能的实例166

思考题169

参考文献169

第10章 情感模型和机器学习171

10.1 情感模型的国内外研究现状171

10.1.1 OCC模型171

10.1.2 Kismet模型173

10.1.3 基于欧式空间的人工情感模型173

10.1.4 基于概率空间的HMM情感建模174

10.1.5 小结179

10.2 情感建模的新研究181

10.2.1 普适性研究181

10.2.2 个体情绪差异性研究186

10.2.3 实用性研究192

10.2.4 基于机器学习的情感模型200

思考题206

参考文献206

第11章 情感机器人实例208

11.1 智能家居系统208

11.1.1 智能家居的设计背景208

11.1.2 智能家居的整体设计209

11.1.3 智能家居的工作过程209

11.2 虚拟管家系统214

11.2.1 虚拟管家系统的开发背景214

11.2.2 虚拟管家系统的整体设计214

11.2.3 虚拟管家系统功能模块说明216

11.3 服务机器人218

11.3.1 服务机器人的开发背景218

11.3.2 服务机器人的整体设计218

11.3.3 服务机器人的功能模块说明220

思考题222