[發明專利]基于語義識別和語音定位的兒童安全座椅旋轉控制方法

在審

• 申請號: 202210282068.8
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114743552A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 李海洋;任曉澤;趙劍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G10L15/22
• 分類號: G10L15/22;G10L15/18;G10L15/26;G10L15/16;G10L15/06;G10L25/51;G05D3/12;B60N2/28
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 隋秀文

1.一種基于語義識別和語音定位的兒童安全座椅旋轉控制方法，其特征在于，所述的控制方法基于語音采集傳感器、語音解析模塊、通訊控制模塊以及傳動執行模塊實現；首先，將語音采集傳感器陣列部署于底座四周，用于收集聲音信號，至少含有兩個語音采集傳感器；其次，通過內置深度學習模型的語音解析模塊對采集到的語音信號進行處理，得到語義識別、語音定位的指令，并將指令輸出至通訊控制模塊；所述的通訊控制模塊內置由特定喚醒詞和指令組成的語義詞庫，語義識別被限制在該詞庫中；語音解析模塊先執行語義識別，識別喚醒詞之后進一步解析語音指令，再接著執行語音定位；如沒有識別到喚醒詞則保持低功耗待機；最后，傳動執行模塊通過接收通訊控制模塊命令，帶動兒童安全座椅朝著上一過程中語音定位算出的方位旋轉；所述的傳動執行模塊包括供電裝置、提供動力的驅動裝置、將運動傳遞到座椅的傳動裝置以及用于確認旋轉位置以便于提供反饋的定位裝置；具體步驟如下：

(1)通訊控制模塊起著控制傳動執行模塊和擔當通訊中樞的作用；通訊控制模塊內存有特定的語義詞庫，其內容包括多個喚醒詞和語音指令；通過通訊控制模塊對語音解析模塊送來的指令信息進行解讀，判斷應該旋轉的角度并控制傳動執行模塊執行；只有語音解析模塊識別到傳感器采集的喚醒詞并與語義詞庫比對確認之后，才進行語音指令解析，再接著對發聲的用戶進行定位；

(2)語音解析模塊內置深度學習模型，用于實現更精準的語義識別和語音定位；所述語義識別基于自動語音識別和自然語言理解實現，語音識別是將用戶指令轉化成文本，自然語言理解是對文本進行語義解析，從而理解用戶意圖；利用深度學習模型進行語義識別具體為：

①在安靜環境下讓用戶朗讀語義詞庫中的若干內容，利用語音采集傳感器采集后將其儲存到通訊控制模塊中，作為用戶聲音的特征信息1；所述特征信息1具體為特定的語音片段，包含時間、頻率、強度或其他原始信息；

②利用深度學習模型對用戶聲音的特征信息1進行處理，得到個性特征信息2；所述個性特征信息2包括方言特征、說話習慣、聲音強弱變化、聲紋或其他個性化信息；

③實際使用環境下采集到的用戶語音含有噪聲，在利用深度學習模型進行處理后，可以與已有的個性特征信息庫進行比對，從而判斷是哪個用戶在使用；之后利用個性特征信息2記錄的用戶語言習慣作為輔助信息，可以幫助實現快速判斷用戶意圖的目的；

(3)組裝兒童安全座椅，包括座椅艙、底座、語音采集傳感器系列、語音解析模塊、通訊控制模塊以及傳動執行模塊系列；座椅艙底部通過連接法蘭與傳動執行模塊連接，旋轉運動由此被傳遞到座椅艙；語音解析模塊、通訊控制模塊以及傳動執行模塊系列被容納在底座內部；底座側面還設有電源與通訊接口、ISOFIX連接裝置；通過電源與通訊接口可以實現對兒童安全座椅的充電、供電以及外部通訊；通過ISOFIX連接裝置可以將兒童安全座椅的底座固定在汽車后座上；語音采集傳感器系列陣列部署于底座內部某一平面，用于采集用戶的聲音信號；

(4)定義座椅艙口朝向前座的狀態為初始狀態，可以理解為座椅艙旋轉參考系的零點；用戶在某一位置發起語音指令時，語音解析模塊對語音采集傳感器采集到的語音進行解析；解析過程中，先執行語義識別過程，識別到特定喚醒詞之后再進行指令識別和語音定位；即語義識別優先度高于語音定位，若沒有偵測到喚醒詞則系統始終處于低功耗待機狀態；

(5)語音解析模型將解析得到的語義識別和語音定位指令傳輸至通訊控制模塊，后者控制傳動執行模塊旋轉相應角度，進而實現座椅艙從初始狀態旋轉到朝向用戶的目的；具體地：

①通訊控制模塊接收到語音指令，結合語音定位的結果計算電機需要旋轉的角度，并控制驅動電機執行相應旋轉；

②電機的旋轉經傳動系統傳遞至與傳動系統機械連接的座椅艙上，座椅艙旋轉朝向用戶方位；

定義此時的座椅艙口朝向用戶方位為工作狀態1；從初始狀態到工作狀態1旋轉過多少角度可以通過定位裝置反饋給通訊控制模塊；

(6)下一時刻用戶從另一位置發起語音指令時，語音解析模塊按照上述過程重新對采集到的聲音數據進行語義識別和語音定位；具體地：

①語音定位得到的用戶方位是相對于語音采集傳感器位置的，而語音采集傳感器被固定部署在底座2上，故座椅艙1現行的朝向與語音定位得到的方位沒有相對關系；

②假定座椅艙仍處于初始狀態，通訊控制模塊可以得到一個從初始狀態旋轉到現在用戶方位所需要的角度；即以初始狀態這個定義好的座椅艙旋轉系零點為參考；

③提取回傳到通訊控制模塊的座椅艙從初始狀態到工作狀態1的旋轉角度信息，與步驟②得到的角度做差，即可得到從工作狀態1所在的角度旋轉到現在用戶方位所需要的角度；定義座椅艙朝向現在用戶方位的狀態為工作狀態2；

下列情況下用戶無法使座椅自動旋轉：

①行車途中且車速超過一定數值時，兒童安全座椅旋轉將被鎖定，座椅艙只能處在正面朝向前座或背面朝向前座的兩種角度下，定義此時為保護狀態；

②用戶沒有使用喚醒詞而是直接說出指令時，語義識別系統偵測不到喚醒詞不會啟動后續控制。