智能互动服务机器人的制作方法

本发明涉及智能家居领域，具体而言，尤其是涉及一种智能互动服务机器人。

背景技术：

现代家居中，人们越来越注重家中各种家具布局的智能化，可操作化，合理化，科学化和人性化。提出一种包含语音、通信接口、电机、避障、信号处理等模块的设计框架，可以设计制造出一种智能化、人性化的智能家居服务机器人。提高机器人的互动性和类人特征，并将其应用到儿童教育互动机器人，老年健康监护陪护机器人等应用场景。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，由于声音信号在系统中会转化成数字信号，对数字信号的处理结果直接决定了最终的效果，因此本发明设计了一套基于dsp控制的能够语音识别的智能机器人，实现“随叫随到”的控制功能。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种智能互动服务机器人，包括机械车体和硬件控制电路，其特征在于：所述机械车体底部设置有行走轮，所述机械车体上安装有拾音器，当车体上的拾音器接收到指令信号时，通过硬件控制电路控制机械车体的行走轮自动地移动到用户所在处；所述硬件控制电路，包括电源设计模块、dsp控制器、语音识别模块、声源定位模块、电机驱动模块、超声波避障模块和信号处理模块。

智能互动服务机器人以tms32of28o12作为核心控制器，以拾音器作为声音传感器，采用延时估计法，实现对用户位置的实时检测与自行判断；采用超声波避障模块实现自动躲避行进过程中的障碍，准确到达用户方位；同时，采用语音识别模块实现对用户各种语音指示的识别，从而使得智能家居机器人具有声控避障功能，能“随叫随到”。

上述的智能互动服务机器人，其进一步特征在于：所述电机驱动模块根据dsp控制器的控制信号驱动电机的运行，电机的驱动电路采用h桥驱动电路，所述h桥驱动电路由q1、q2、q3、q4四个三极管组成四个桥臂，q1和q4一组，q2和q3一组，q5控制q2、q3的导通与断开，q6控制q1和q4的导通与断开；由于q5、q6由dsp控制器的gpio口来控制，通过i/0输出的高低电平来控制四个桥臂的导通与关断，从而控制电机的运行状态，进而控制机械车体的移动方向。

所述超声波避障模块，通过回波法实现超声波测距，选择由发射电路发射工作频率为40khz超声波，遇到障碍物反射后再经过放大装置返回到接收电路中，arm通过测量超声脉冲从发出到接收的时间计算出机器人与障碍物之间的距离。所述超声波避障模块采用多超声传感器和多传感器融合技术进行测距，同时采用具有很强容错性和鲁棒性的模糊控制算法，建立障碍物的位置和方向的模糊关系，并规划机器人的正确路径；由于超声波速与温度有关，采用测温器件对外界环境中的温度进行感知，以补偿温度对超声波速的影响、实现测距的精确性和实时性。

所述语音识别模块由语音识别芯片、信号处理电路和控制器组成，输入的语音信号，首先经过预处理，放大、滤波后提取有效的语音信号，对提取的语音信号分析信号特征，生成语音命令模板，并将其进行储存在模板库里面；进行语音识别时，即利用提取的信号特征参数和训练的测试模板库进行比较，并将匹配的命令序号输出给控制单元，最后输出识别结果。所述语音识别芯片采用小词汇、孤立词的vp1002语音识别芯片，具有很好的防误识别能力；所述控制器采用spce061a单片机，该单片机具有一个全双工标准的uart接口，用于完成与其它外部设备间的串行通信；所述信号处理电路包括自动增益控制电路和防混叠带通滤波电路。所述spce061a单片机具有专门用于语音信号输入的mic-in通道，内部有潜质信号放大器和agc自动增益放大电路，内置a/d转换电路，实现对语音信号的预处理过程。

有益效果：本发明的智能互动服务机器人以tms32of28o12作为核心控制器，以拾音器作为声音传感器，采用延时估计法，实现对用户位置的实时检测与自行判断；采用超声波传感器实现自动躲避行进过程中的障碍，准确到达用户方位；同时，采用语音识别技术实现对用户各种语音指示的识别，从而使得此智能家居机器人具有声控避障功能，能“随叫随到”，体现了智能化，充满了人性化。本发明提供一套基于dsp控制的能够语音识别的智能机器人，实现“随叫随到”的控制功能，并且提高机器人的互动性和类人特征，互动效果好。

附图说明

图1，本发明实施例的系统总体结构图。

图2，本发明实施例的h桥驱动电路图。

图3，本发明实施例的避障模块设计方案示意图。

图4，本发明实施例的超声波避障流程图。

图5，本发明实施例的语音识别过程图。

图6，本发明实施例的语音识别控制系统图。

图7，本发明实施例的语音识别原理流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本实施例的智能互动服务机器人以tms32of28o12作为核心控制器，以拾音器作为声音传感器，采用延时估计法，实现对用户位置的实时检测与自行判断；采用超声波传感器实现自动躲避行进过程中的障碍，准确到达用户方位；同时，采用语音识别技术实现对用户各种语音指示的识别，从而使得此智能家居机器人具有声控避障功能，能“随叫随到”，体现了智能化，充满了人性化。

本实施例的智能互动服务机器人，系统硬件包括两大部分：机器人机械结构和硬件控制电路。基于三轮车构造的想法，车体的机械结构为一部三轮小车车体，当车体上的拾音器接收到指令信号(用户的声音指令)时，自动地移动到用户所在处。系统总体结构图如图1所示，包括电源设计模块、语音识别模块、声源定位模块、电机驱动模块、超声波避障模块。

电机驱动模块根据dsp控制器的控制信号驱动电机的运行(前进、转弯、后退等)。电机的驱动电路采用h桥驱动电路，如图2所示(h桥驱动电路图)，q1、q2、q3、q4这4个三极管组成4个桥臂，q1和q4一组，q2和q3一组，q5控制q2、q3的导通与断开，q6控制q1和q4的导通与断开。由于q5、q6由dsp控制器的gpio口来控制，这样就能通过i/0输出的高低电平来控制四个桥臂的导通与关断，从而控制电机的运行状态(正转或反转等)，进而控制机器人的移动方向。在设计中利用了l298n芯片驱动元件，可以有效地避免分立元件带来的电路板过于复杂的问题。

为了完成机器人在自主移动过程中的自主避障功能，移动机器人需要实时、主动探测与障碍物之间的距离，以免碰撞。目前，常用的方法是基于红外传感器和超声波传感器进行测距。由于光电传感器易受光线、介质等环境因素的影响，所以红外模块采用直射式、反射式等收发方式的测距结果都不准确。因此，在设计避障模块时，采用了低成本的超声波避障模块。与共振法和差频法相比，回波法是超声波测距较为常用的简易方法。选择由发射电路发射工作频率为40khz超声波，遇到障碍物反射后再经过放大装置返回到接收电路中，arm通过测量超声脉冲从发出到接收的时间计算出机器人与障碍物之间的距离。

为了解决单一传感器所产生的方向性差等问题，本实施例采用多超声传感器和多传感器融合技术进行测距。同时，为了在复杂、未知的移动环境中预测出障碍物的位置，采用了具有很强容错性和鲁棒性的模糊控制算法，建立障碍物的位置和方向的模糊关系，并规划机器人的正确路径。由于超声波速与温度有关，故本实施例采用简单的ds18b20测温器件对外界环境中的温度进行感知，以补偿温度对超声波速的影响、实现测距的精确性和实时性。超声波传感器的超声波避障模块设计方案如图3所示。

图4是本实施例的超声波避障流程图。

用于智能家居的语音识别技术是非特定人的语音识别技术。它的语音识别过程如图5所示。输入的语音信号，首先经过预处理，例如：放大、滤波等，然后提取有效的语音信号，对提取的语音信号分析信号特征，生成语音命令模板，并将其进行储存在模板库里面。进行语音识别时，即利用提取的信号特征参数和训练的测试模板库进行比较。并将匹配的命令序号输出给控制单元，最后输出识别结果。

图5是本实施例的语音识别过程图。

语音识别控制系统由语音识别模块、信号处理电路和控制器等组成。语音识别控制系统的结构如图6所示。

图中的语音识别模块采用的是vp1002该芯片是小词汇、孤立词的语音识别芯片，具有很好的防误识别能力。单片机采用的是spce061a，该单片机具有一个全双工标准的

uart接口，用于完成与其它外部设备间的串行通信。信号调理电路包括自动增益控制电路和防混叠带通滤波电路。由于语音信号在空气中传播时信号的强度随着传播距离的增加成指数下降，但是如果用一个较大倍数的放大电路，在距离较近时有可能造成信号幅度过大而出现截幅的情况。为了避免这种情况，可以使用自动增益控制电路，把语音信号控制在一个适当的范围内。人的语音信号主要分布在300hz-3.4khz范围内，因此可以引入防混叠带通滤波器去除噪声，以得到更好的识别效果。

语音识别控制系统采用spce061a单片机实现对语音命令的识别，这款芯片具有专门用于语音信号输入的mic-in通道，内部有潜质信号放大器和agc自动增益放大电路，另外还有内置a/d转换电路，很好的实现对语音信号的预处理过程。语音识别原理的基本流程图如图7所示。

语音识别方法就是将语音信号进行预处理和特征提取后建立模板库，根据语音特征件带识别的语音信号与模板库进行匹配，这就是语音识别技术的基本原理。

以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。