随着智能机器人技术的持续发展,能够实现面部表情等功能的仿人头部机器人逐渐成为研究的热点。目前仿人头部机器人驱动点较多,能够实现的自由度有限,且多采用电机驱动,虽有较大力矩、运动准确的优点,但也存在占用空间大、较为笨重的缺点。综上所述,针对目前仿人头部机器人存在的问题,论文主要完成了以下研究内容:在详细查阅仿人头部机器人国内外研究现状基础上,基于面部肌肉分析及面部动作编码系统理论（Facial Action Coding System,FACS）,对面部器官的控制运动肌肉群进行分析,针对六种基本面部表情,分析其面部形态特征及动作描述,设定7个控制点,并采用不同的运动转换方法实现面部表情之间的动态转换。设计了仿人头部机器人的机械结构系统和运动控制系统,其中机械结构包括颈部机构、眼部机构、下颌机构等;眼部机构中两个仿人眼球的左右运动可单独进行控制,增加了眼部运动的灵活性。本文根据仿人头部机器人的实际情况,采用舵机、形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）、离子交换聚合金属复合物（Ionic Polymer Metal Composite,IPMC）多种驱动方式混合驱动,设计模块化结构。其中颈部结构采用舵机驱动,眉毛采用IPMC进行驱动,眼部机构、下颌机构及面部皮肤采用SMA驱动器进行驱动。除此之外,设计了仿人头部机器人的总体控制方案,采用Arduino作为控制器,Matlab/Simulink以及Arduino IDE作为上位机,对各个机构进行控制。利用有限元分析方法（Finite Element Analysis,FEA）对面部表情进行仿真。首先在Solidworks中利用曲面建模功能建立面部皮肤的三维模型,然后导入到Hypermesh对面部皮肤模型进行几何前处理,并将处理后的模型导入到Workbench中,对不同位移量、驱动点的设置、约束位置等三种情况进行研究。根据对仿真结果分析,最终得到驱动面部皮肤的最佳位移量,实现六种面部表情的仿真。采用石膏制作模具,食品级硅胶材料作为原材料,制作完成仿人面部皮肤。依据舵机、SMA等材料的驱动原理,搭建控制平台,完成颈部、眼部、下颌以及眉毛等部位的单独运动控制;对机器人样机进行试验,针对面部皮肤的驱动,采用多SMA驱动器协同驱动,并以此为基础对机器人的六种面部表情进行实验研究,最后完成不同表情之间的转换试验以及语音控制表情实验。