[發明專利]一種基于智能聲源定位與語音控制的機器人系統及方法

有效

• 申請號: 201710458349.3
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107199572B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 周風余;姜志飛;田天;王玉剛;尹磊;陳科;趙陽;萬方
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J13/08;B25J9/16
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張勇

1.一種基于智能聲源定位與語音控制的機器人系統，其特征是：包括服務器、客戶端和設置于機器人本體上的控制單元，其中：

所述服務器，被配置為存儲有賬戶信息、權限設置和語音與視頻信息，基于云共享機制，實現機器人的群體學習與進化；

所述客戶端，顯示機器人經由服務器傳送的語音和視頻信息，并可進行權限修改、資源管理和遠程控制操作；

所述控制單元，包括相互通信的上層處理系統和下層控制系統，所述上層處理系統被配置為具有多個采集模塊，分別采集語音和視頻信息，并根據語音的聲源進行定位，進而控制機器人本體運動，識別語音內容；

所述上層處理系統設置有語音識別與交互模塊，所述語音識別與交互模塊與服務器通信，在Ubuntu平臺上實現語音識別，通過MongoDB數據庫構建聊天知識庫；

利用改進的基于到達時延的廣義互相關法定位算法進行聲源定位，通過對各個麥克風拾取的語音信號采取快速傅氏變換，得到互功率譜，利用PHAT加權函數削弱語音信號中的噪聲部分，結合互相關函數峰值偏移量以及信號采樣頻率，利用拋物線插值算法，基于拋物線的峰值點對時延進行估測，準確估算出各個麥克風的時延，進而求得聲源的方位信息；

所述下層控制系統被配置為接受并解析下達的運動指令，利用電機驅動單元驅動電機按照設定的速度運動，并將機器人的運行情況反饋至上層處理系統，實現語音的實時控制；

所述機器人本體根據識別的語音內容執行相應的語音操作，并識別語音信息中的情緒，控制本體上設置的表情模塊展示不同的表情。

2.如權利要求1所述的一種基于智能聲源定位與語音控制的機器人系統，其特征是：所述下層控制系統包括主控核心單元及作為冗余配置的監控核心單元，主控核心單元與上層處理系統進行通信，同時通過RS232與客戶端進行通信，解析出速度設定值，同時捕獲碼盤的脈沖數，得到電機的實際速度，構成速度閉環控制，根據速度設定值和實際速度值，每隔設定的時間進行一次PID運算，通過PWM調制方式控制電機的轉速。

3.如權利要求2所述的一種基于智能聲源定位與語音控制的機器人系統，其特征是：所述監控核心單元包括冗余處理器，冗余處理器捕獲碼盤脈沖數，解析電機的實際速度，并與主控核心單元解析的速度值進行比較，當兩者不一致時，根據故障處理機制及時處理異常，主控核心單元和冗余處理器之間定期進行數據傳輸，當冗余處理器接收不到主控核心單元發送的數據或者接收到錯誤數據時，冗余處理器及時復位主控核心單元。

4.如權利要求1所述的一種基于智能聲源定位與語音控制的機器人系統，其特征是：所述機器人本體上設置有五麥克風陣列拓撲結構采集語音信息，具體包括位于圓心的一個麥克風以及圍繞該麥克風為圓心圍繞其均勻分布的四個麥克風。

5.如權利要求1所述的一種基于智能聲源定位與語音控制的機器人系統，其特征是：所述機器人本體上設置有表情模塊，為LED點陣屏，根據識別的用戶情緒展現多種表情，且機器人本體的頭部設置有高清攝像頭，根據識別的聲源位置通過頭部俯仰電機自動調整位置并響應語音指令。

6.如權利要求1所述的一種基于智能聲源定位與語音控制的機器人系統，其特征是：語音識別有離線識別和在線識別兩種模式，當處于離線模式時，上層處理系統建立語法文件，其中定義語音識別語句，當從采集到的語音中識別到有效語句時，翻譯成對應文字，進行中文分詞，加載情感詞典、程度副詞詞典、否定詞詞表和關聯詞詞表，識別句子中的每一個情感詞，并以情感詞為中心滑動檢測周邊副詞及否定詞情況，最后對所有情感詞及其修飾詞的情感值累加，得到當前句子的情感值，判斷出用戶當前的情緒狀態，發送給表情模塊；當處于在線模式時，直接將識別的語句上傳至服務器，由服務器分析感知用戶情緒，進而從網絡抓取相關內容并回傳至機器人系統。