[发明专利]基于平滑约束逆向机械模型的机器人表情模仿方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于平滑约束逆向机械模型的机器人表情模仿方法，所述方法包括：A：提取机器人面部特征向量：B：构建基于面部特征序列到电机控制序列的平滑约束逆向机械模型：C：以表演者实时面部特征为目标，基于平滑约束逆向机械模型生成最优电机控制序列驱动机器人面部电机使所述机器人呈现出与所述表演者的脸部对应的表情。本发明还公开了一种基于平滑约束逆向机械模型的机器人表情模仿装置。本发明的优点在于：应用本发明实施例，可以提高机器人表情模仿的时空相似度和电机连续运动的平滑度，缩短表情迁移的时间。

技术领域

本发明涉及一种机器人表情模仿方法，更具体涉及一种基于平滑约束逆向机械模型的机器人表情模仿方法及装置。

背景技术

随着控制科学、传感器技术、人工智能、材料科学等发展，使具备人类外形和行动能力的类人机器人成为可能。虽然类人机器人在模仿人类行为方面拥有了较高程度的“脑智”(智商)，但以键盘、鼠标、屏幕、图案等传统交互方式难以实现自然、和谐的情感交互能力，其水平还远不能满足人们对机器人智能化水平的要求。“人机交互障碍”和情感交互能力逐渐成为机器人实用化的瓶颈。因此，如何提高机器人的“心智”(情商)水平成为机器人研究领域亟待解决的关键问题。针对当前自然人机交互过程中“高脑智低心智”的问题，探索符合心理需求的、自然的、富于情感的人机交互方式，是解决机器人“情感缺失”问题的迫切要求。而面部表情是自然人机交互和机器人情感表达最主要的载体，因此如何让类人机器人呈现出与人类相同的表情成为亟待解决的技术问题。

目前，模仿人类表情是实现机器人多电机协同控制和呈现逼真表情最有效的途径。当前机器人表情模仿方法主要包括表情类别模仿和表情细节模仿两类。表情类别模仿方法则是基于面部动作编码系统建立面部动作单元与头部控制电机的内在关系，再通过驱动电机实现高兴、惊讶等常见表情类别。由于生成表情单一且模式固定，表情类别模仿方法仅适用于头部自由度较少的机器人面部情感表达。与表情类别模仿不同，表情细节模仿方法则是基于表演驱动技术的细节和强度迁移。这些方法均采用前向机械模型与运动平滑模型独立建模，这种方式虽能兼顾电机运动的机械约束，但在实时表情模仿阶段需要通过优化算法逆向求解最优控制值，制约了表情迁移的实时速度，因此现有技术存在表情迁移的实时性不佳的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种基于平滑约束逆向机械模型的机器人表情模仿方法及装置，以解决现有技术中存在的表情模仿时空相似度与平滑度较低以及表情迁移的实时性不佳的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明实施例提供了一种基于平滑约束逆向机械模型的机器人表情模仿方法，所述方法包括：

A：提取机器人面部特征向量：

B：构建基于面部特征序列到电机控制序列的平滑约束逆向机械模型：

C：以表演者实时面部特征为目标，基于平滑约束逆向机械模型生成最优电机控制序列，然后利用所述最优电机控制序列驱动机器人面部电机使所述机器人呈现出与所述表演者的脸部对应的表情。

本发明实施例还提供了一种基于平滑约束逆向机械模型的机器人表情模仿装置，所述装置包括：提取模块，用于提取机器人面部特征向量：构建模块，用于构建基于面部特征序列到电机控制序列的平滑约束逆向机械模型：生成模块，用于以表演者实时面部特征为目标，基于平滑约束逆向机械模型生成最优电机控制序列，然后利用所述最优电机控制序列驱动机器人面部电机使所述机器人呈现出与所述表演者的脸部对应的表情。

本发明相比现有技术具有以下优点：