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与人类间的情感交流过程类似，情感机器人的运作过程包括情感信息的获取、识别分析和情感的表达。
首先，机器人需通过视觉系统、听觉系统和各类传感器等来获取外界信息。与一般智能机器人不同的是，情感机器人会更有目的地获取与情感相关的有效信息，如人脸的表情和动作，语音的高低、强弱等。情感信息的识别与分析是这个过程的重头戏。
生活中，脸部表情是人们常用的较自然的情感表达方式，比如，眉头紧皱可能表示愤怒等。科学家提出了脸部情感的表达方法，即脸部运动编码系统FACS，通过不同编码和运动单元的组合，可以让机器人自动识别与合成复杂的表情变化，如幸福、愤怒、悲伤等表情。类似的还有动作分析模型和声学模型。
除了情感分析模型外，还需要建立知识库，让机器人“掌握”人们熟知的常识和惯用表达，比如“买买买”这类潮流用语。这样，机器人跟人类的交互体验将更加流畅有趣。通过情感识别与分析，即给定一种情感状态，再通过语音合成、面部表情合成和动作合成后，一个相对完美的情感机器人就呈现在你的面前。
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