表情机器人就是能模拟人类面部表情和情绪动作的智能机器人，2009年4月，中国成功研制了第一台表情机器人“百智星”。

头部设计要求

头部结构设计

系统概述(中国 英国 日本)

头部设计要求

表情机器人

1、外观从相当程度上符合人类的审美观点，能给人以亲切感和可信任感；

2、其整体乃至局部的尺寸，以及每个器官所能运动的幅度都要与人类的头部相接近，也就是说，在接近人脑这个有限的空间内，要放置眼、耳、鼻、口、眉等器官以及相应的驱动部件和传动机构；

3、整体机构的动作要协调，要符合人类头、面部的运动规律，要求运动传递要准确，不能失真，这样才能准确的控制每一个运动单元达到要求的位置，实现总体的协调；

4、因为考虑实际制造时要为机器人加上摄像头、微型麦克甚至力觉等传感器，所以设计时必须留出必要的空间。整个设计具有空间狭窄，运动范围小，运动准确，负载小的特点，这也是整个设计所要着重解决的问题；

5、可以实现眼球转动，眼睑开合，头部转动。

从机器人整体结构出发，在考虑机构的运动学、动力学和控制系统、驱动系统要求的前提下进行机器人头部机构设计。

人头部运动包括颈部自由转动和摆动、以及面部眼球、眼睑、下颚的运动。

头部结构设计

KOBIAN

眼睛部分共有四个自由度，包括眼球的绕Z 轴和绕Y 轴旋转。对于人类的眼球，正常的情况下，任何表情时，两个眼球的绕Y 轴旋转运动都是完全同步的，因此，可以使这两个眼球的绕Y 轴旋转共用一个伺服电机驱动，既节省了空间，又简化了机构。

眼睑有一个绕Y轴转动的自由度，两个眼睑的两个自由度是分开的，所以共有两个自由度 ，因为在装完眼球后剩下的空间比较小，还不能和眼球发生干涉，所以要在有限的空间内加入眼睑的结构，不能太过于复杂，选择了一级传动。

每条眉毛应该具有五个自由度，分别是左端两个，右端两个和中间一个。但是，左右两端在Y轴方向的自由度，运动范围很小，几乎对表情起不到明显可见的作用。而且，对于一条眉毛来说，五个自由度的机构过于复杂。因此，本设计中将其简化成一个自由度，即眉毛左、中、右三点的Z方向自由度。

嘴这个部分总共有六个自由度的运动，包括左右嘴角各有一个X向和Y 向的直线运动，上、下唇各有一个Z 向直线运动。这部分的机构部分基本都安置在嘴与眼之间的空间里。另外，两个嘴角处的Y 向运动轨迹并不是在Y 一Z平面上，而是与该平面成大约150 度角。同是直线运动，这里采用了与眉毛相类似的机构。

下颚部分只有一个绕Y 轴旋转的自由度，从结构上看比较简单，由伺服电机直接驱动，但是因为整个下颚组件质量以及相对转轴的力臂较大，造成该机构所需驱动力矩较大。另外，该机构还需要能够自锁，即在停止工作和任何时候电机停转时，下颚必须保持在原位不动，所以下颚机构在面部来说是负载最大的一部分。

机构分析为了使机器人的表情更加灵活生动，增加了颈部的运动。机器人颈部共有两个自由度，分别是绕Y , Z 轴旋转。本设计采用，在颈部接近头部的位置安装伺服电机，分别驱动绕 Y 轴的旋转，在最下部的位置，即基座内安装颈部第二个伺服电机，驱动整个机器人头、颈部绕Z 轴旋转的运动。

系统概述

表情机器人

类人机器人需要具备的特点有：与人类似的传感系统、语音接收、图像接收、感觉系统等等。有类似人的外形，有类似人的思维和行为。

整个系统分为三大部分：

1、摄像头和无线话筒，属于媒体设备。视觉和听觉，是人和人之间交流的非常重要的部分。

2、PC机。接收图像和语音信息，并进行图像处理和语音识别，根据协议转换成控制指令。

3、嵌入式系统部分。嵌入式系统有两个功能：首先是对机器人的实时控制和接收来自PC机的数据和控制指令，其次采集机器人目前的状态，主要的传感器有摄像头、麦克和语音输出。

中国

这台名为“百智星”的幼教机器人身高约35公分，采用了卡通的造型，长着独特的胖鼻子，智慧的皱纹，大大的耳朵，金黄色的头发，憨态可掬。它能够像人一样，根据自己讲述的内容，配合做出相关的面部表情和口型，四肢、头、颈等也能相应动作。

哈尔滨工业大学(深圳)机器人工程技术中心研制的这款机器人，是专门针对0～8岁儿童智力启蒙、性格塑造的关键阶段开发的，并使用一个专门的百智星幼教网站作为后台支持。

英国

这个机器人名叫“朱利斯(Jules)”只有头部，可以自动复制人类的动作，该动作图像被视频摄像机抓取后映射到位于其皮肤内的微型电子发动机上。它可以露齿而笑和做各种鬼脸，皱起眉头，当它的软件通过视频摄像机“眼睛”将真正的人类表情翻译为它可以理解的信息后，甚至可以根据表情说话。

日本

这是由日本早稻田大学以及日本机器人制造商tmsuk 共同开放的表情机器人。他的名字叫KOBIAN 仿人类表情机器人。