一种机器人系统及其控制方法与流程

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种机器人系统及其控制方法。

背景技术：

随着人工智能、计算机软硬件技术的发展，机器人技术的发展经历了一个从低级到高级的发展过程。第一代机器人装有记忆存储器，由人将作业的各种要求示范给机器人，使其记住操作的程序和要领，当它接收到再现的命令时，则自主地模仿示范动作作业。第二代机器人是装有小型计算机和传感器的离散编程的工业机器人，它能感知外界信号并进行“思维”，它比第一代机器人更灵活、更能适应环境变化的需求。第三代机器人是智能机器人，它不但有第二代机器人的感觉功能和简单的自适应能力，而且能充分识别工作对象和工作环境，并能根据人给的指令和它自身的判断结果自动确定与之相适应的工作，是人工智能发展的高级产物，也是当今机器人发展的热点。

现有机器人系统更多应用在工业场景下，工业机器人的控制存在程式化、编程难度高、操作界面不友好等问题，在工业场景下机器人的形态也被限定在机械臂等机器设备属性更强的应用，难以与人们更好地交互。同时，现有机器人系统及控制技术存在难以普及，开发成本高等问题。另外，现有机器人系统及控制技术难以应用在家居场景，无法友好地在家居场景内与家庭成员友好交互，更难以为家庭成员提供高品质、便捷的服务。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本申请提供了一种机器人系统，包括：

麦克风阵列，接收用户发出的语音信号；

双目深度摄像头，同步采集两通道图像信号；

处理模块，分别与所述麦克风阵列和所述双目深度摄像头相连，以接收并处理所述语音信号和所述图像信号生成语音识别信号和转动角度信号；

电机转动模块，与所述处理模块相连，接收并根据所述转动角度信号进行平滑转动。

较佳的，所述处理模块包括：

DSP加速协处理器，分别与所述麦克风阵列和所述双目深度摄像头连接，用以接收所述语音信号和所述图像信号，对所述语音信号进行语音增强处理，对所述图像信号进行处理获取测距信号；

机器人主控制器，与所述DSP加速协处理器通过USB接口连接，接收经语音增强处理 的所述语音信号和所述测距信号，并根据所述测距信号对所述语音信号进行自动增益处理，以获取所述语音识别信号；以及

根据对所述语音信号进行定位，以获取所述转动角度信号。

较佳的，所述机器人主控制器为多核ARM处理器。

较佳的，所述机器人系统还包括：

云端语音识别引擎，接收所述语音识别信号与所述机器人主控制器进行交互，向用户反馈自动语音识别与自然语义处理的结果。

较佳的，所述机器人系统还包括：

DLP内投显示模块，位于机器人系统头部的内部，将所述机器人的交互界面投影在所述机器人的脸部。

较佳的，所述机器人主控制器通过I2C串行控制协议及HDIM接口与所述DLP内投显示模式连接。

较佳的，所述麦克风阵列为多通道麦克风阵列。

本发明还提供了一种机器人控制方法，适用于所述的机器人系统，其特征在于，包括步骤：

S1：接收所述语音信号和所述图像信号，并传递至所述DSP加速协处理器；

S2：所述DSP加速协处理器对所述语音信号和所述图像信号进行处理后传递至所述机器人主控制器，获取语音识别信号以及转动角度信号；

S3：所述云端语音识别引擎接收所述语音识别信号，向户反馈自动语音识别与自然语义处理的结果；

S4：所述转动控制模块接收所述转动角度信号，并根据所述转动角度信号进行平滑转动。

较佳的，所述步骤S1包括步骤：

S11：所述多通道麦克风阵列同步采集不同方向的所述语音信号，传递至所述DSP加速协处理器；

S12：所述双目深度摄像头同步采集两通道的所述图像信号，传递至所述DSP加速协处理器。

较佳的，所述步骤S2包括步骤：

S21：所述DSP加速协处理器将所述语音信号进行波束形成处理，并对所述语音信号中混杂的噪声及回声信号进行语音增强处理；

S22：所述DSP加速协处理器对双目深度视觉算法进行硬件并行加速，对所述图像信号进行处理，获取所述测距信号；

S23：所述机器人主控制器根据所述测距信号对所述语音信号进行自动增益处理；

S24：所述机器人主控制器接收所述语音信号获取所述语音识别信号，并对所述语音信号进行定位获取所述转动角度信号。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利申请记载了一种机器人系统及其控制方法，其有益效果有：所述机器人系统，通过语音这种人类最自然的人机交互方式，在家居环境内，解放人们的双手，让机器人系统成为一种高品质的伴侣；所述双目深度摄像头对家庭用户进行自动识别与测距，并根据所述测距信号实现语音信号自动增益控制的智能化，便于用户在家居场景中不同距离内，采用自然说话音量都能够使得所述机器人系统获取高准确率的语音识别效果；并对所述语音信号进行定位以及电机转动模块实现平滑转动，使得所述多通道麦克风阵列和所述双目深度摄像头自动对准目标，实现了屏蔽噪声、提升语音拾取信噪比；且所述DLP内投显示模块解决了交互界面不友好的问题，为用户提供更加便捷也更具未来科技的显示体验。

附图说明

图1是本发明一种机器人系统的结构示意图；

图2是本发明一种机器人控制方法的流程图一；

图3是本发明一种机器人控制方法的流程图二；

图4是本发明一种机器人控制方法的流程图三。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种机器人系统，所述机器人系统包括：

麦克风阵列，对多路麦克风语音信号进行同步采集，并将采集到的所述语音信号通过I2S音频接口实时传递至DSP加速协处理器3；

双目深度摄像头2，同步采集两通道图像信号，并将采集到的所述图像信号通过USB接口实时传输至DSP加速协处理器3；

DSP加速协处理器3，接收所述语音信号和所述图像信号，对语音增强算法及双目深度视觉算法加速，将所述语音信号和所述图像信号分别进行语音增强处理以及数目视觉处理获取测距信号，并将处理结果传递至机器人主控制器4；

机器人主控制器4，与所述DSP加速协处理器3通过USB接口相连，接收处理后的所述语音信号和所述测距信号，根据所述测距信号对所述语音信号进行自动增益控制，并根据 对所述语音信号进行定位获取转动角度信号，实现调度和控制所述机器人系统；

云端语音识别引擎5，与所述机器人主控制器4进行交互，反馈给用户准确及个性化的自动语音识别与自然语义处理的结果，实现远场自动语音识别的Hands-free的产品体验。

电机转动模块6，与所述机器人系统中转动结构无缝连接，根据所述机器人主控制器4发送的转动角度信号进行平滑转动；

DLP内投显示模块7，位于所述机器人头部的内部，将所述机器人的交互界面高清投影在所述机器人的脸部，为用户带来未来交互方式的科技感。

其中，所述麦克风阵列为多通道麦克风阵列1，能够同步采集不同方向的语音信号。所述DSP加速协处理器3采用T1德州仪器高性能浮点运算数字信号处理器平台，所述机器人主控制器4采用多核ARM处理器。所述DSP加速协处理器3接收所述图像信号，并对所述图像信号中的目标用户进行识别，获取目标用于与所述机器人的距离，即所述测距信号。

所述机器人主控制器4接收所述DSP加速协处理器3增强后的高信噪比的所述语音信号，实现语音激活、语音寻向、本地自动语音识别，获取语音识别信号，并与所述云端语音识别引擎5进行交互，反馈给用户准确及个性化的自动语音识别与自然语义处理结果。从而实现远场自动语音上识别的Hands-free的产品体验。另外，所述机器人主控制器4接收并实时更新所述DSP加速协处理器3经双目视觉深度算法处理后提取的测距信号，并根据所述测距信号对所述语音信号进行自动增益控制，从而实现用户在家居场景的远距离条件下，不同距离都可以用自然的说话音量快速激活所述机器人，并进行自动语音识别交互。

所述机器人主控制器4通过I2C串行控制协议及HDMI接口与所述DLP内投显示模块7连接，实现机器人表情，并对从所述DSP加速协处理器3中采集到的所述测距信号处理后获取转动角度信号，所述电机转动模块6根据所述转动角度信号进行转动，将所述多通道麦克风阵列1对准说话用户，通过波束形成的方式来抑制远场环境中的噪声与回声，提高语音信号的信噪比，从而提升语音识别的准确率。同时，语音寻向转动可以将所述机器人界面最准用户，从而进一步提高所述机器人系统与用户交互的趣味性。

所述机器人系统，通过语音这种人类最自然的人机交互方式，在家居环境内，解放人们的双手，让机器人系统成为一种高品质的伴侣。所述双目深度摄像头2对家庭用户进行自动识别与测距，并根据所述测距信号实现语音信号自动增益控制的智能化，便于用户在家居场景中不同距离内，采用自然说话音量都能够使得所述机器人系统获取高准确率的语音识别效果。并对所述语音信号进行定位以及电机转动模块6实现平滑转动，使得所述多通道麦克风阵列1和所述双目深度摄像头2自动对准目标，实现了屏蔽噪声、提升语音拾取信噪比。且所述DLP内投显示模块7解决了交互界面不友好的问题，为用户提供更加便捷也更具未来科技的显示体验。

实施例二

根据实施例一提出的一种机器人系统，本实施例基于该系统提出了一种机器人控制方 法，如图2所示，具体包括步骤：

S1：采取语音信号和图像信号，并将这两种信号传输给所述DSP加速协处理器3；

S2：所述DSP加速协处理器3对所述语音信号和所述图像信号进行处理后传递至所述机器人主控制器4，获取语音识别信号以及转动角度信号；

S3：所述云端语音识别引擎5接收所述语音识别信号，向用户反馈自动语音识别与自然语义处理的结果；

S4：所述电机转动模块6接收所述转动角度信号，并根据所述转动角度信号进行平滑转动。

其中，如图3所示步骤S1包括：

S11：所述多通道麦克风阵列1同步采集不同方向的语音信号，传递至所述DSP加速协处理器3；

S12：所述双目深度摄像头2同步采集两通道的所述图像信号，传递至所述DSP加速协处理器3。

如图4所示，所述步骤S2包括：

S21：所述DSP加速协处理器3将所述语音信号进行波束形成处理，并对语音信号中混杂的噪声及回声信号进行语音增强处理；

S22：所述DSP加速协处理器3对双目深度视觉算法进行硬件并行加速，对所述图像信号进行处理，获取测距信号；

S23：所述机器人主控制器4根据所述测距信号对所述语音信号进行自动增益处理；

S24：所述机器人主控制器4接收所述语音信号获取所述语音识别信号，并对所述语音信号进行定位获取所述转动角度信号。

所述机器人控制方法，通过所述多通道麦克风阵列1和所述双目深度摄像头2获取所述语音信号和所述图像信号，对所述图像信号进行处理后获取识别和测距信号，所述语音信号根据所述识别和测距信号进行相应的自动增益处理，便于用户在家居场景中不同距离内，采用自然说话音量都能够使得所述机器人系统获取高准确率的语音识别效果。对所述语音信号进行定位，所述电机转动模块6根据定位结果进行平滑转动，使得所述多通道麦克风阵列1和所述双目深度摄像头2对准目标，实现了屏蔽噪声、提升语音拾取信噪比的效果。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。