[发明专利]一种基于智能声源定位与语音控制的机器人系统及方法

权利要求书

1.一种基于智能声源定位与语音控制的机器人系统，其特征是：包括服务器、客户端和设置于机器人本体上的控制单元，其中：

所述服务器，被配置为存储有账户信息、权限设置和语音与视频信息，基于云共享机制，实现机器人的群体学习与进化；

所述客户端，显示机器人经由服务器传送的语音和视频信息，并可进行权限修改、资源管理和远程控制操作；

所述控制单元，包括相互通信的上层处理系统和下层控制系统，所述上层处理系统被配置为具有多个采集模块，分别采集语音和视频信息，并根据语音的声源进行定位，进而控制机器人本体运动，识别语音内容；

所述上层处理系统设置有语音识别与交互模块，所述语音识别与交互模块与服务器通信，在Ubuntu平台上实现语音识别，通过MongoDB数据库构建聊天知识库；

利用改进的基于到达时延的广义互相关法定位算法进行声源定位，通过对各个麦克风拾取的语音信号采取快速傅氏变换，得到互功率谱，利用PHAT加权函数削弱语音信号中的噪声部分，结合互相关函数峰值偏移量以及信号采样频率，利用抛物线插值算法，基于抛物线的峰值点对时延进行估测，准确估算出各个麦克风的时延，进而求得声源的方位信息；

所述下层控制系统被配置为接受并解析下达的运动指令，利用电机驱动单元驱动电机按照设定的速度运动，并将机器人的运行情况反馈至上层处理系统，实现语音的实时控制；

所述机器人本体根据识别的语音内容执行相应的语音操作，并识别语音信息中的情绪，控制本体上设置的表情模块展示不同的表情。

2.如权利要求1所述的一种基于智能声源定位与语音控制的机器人系统，其特征是：所述下层控制系统包括主控核心单元及作为冗余配置的监控核心单元，主控核心单元与上层处理系统进行通信，同时通过RS232与客户端进行通信，解析出速度设定值，同时捕获码盘的脉冲数，得到电机的实际速度，构成速度闭环控制，根据速度设定值和实际速度值，每隔设定的时间进行一次PID运算，通过PWM调制方式控制电机的转速。

3.如权利要求2所述的一种基于智能声源定位与语音控制的机器人系统，其特征是：所述监控核心单元包括冗余处理器，冗余处理器捕获码盘脉冲数，解析电机的实际速度，并与主控核心单元解析的速度值进行比较，当两者不一致时，根据故障处理机制及时处理异常，主控核心单元和冗余处理器之间定期进行数据传输，当冗余处理器接收不到主控核心单元发送的数据或者接收到错误数据时，冗余处理器及时复位主控核心单元。

4.如权利要求1所述的一种基于智能声源定位与语音控制的机器人系统，其特征是：所述机器人本体上设置有五麦克风阵列拓扑结构采集语音信息，具体包括位于圆心的一个麦克风以及围绕该麦克风为圆心围绕其均匀分布的四个麦克风。

5.如权利要求1所述的一种基于智能声源定位与语音控制的机器人系统，其特征是：所述机器人本体上设置有表情模块，为LED点阵屏，根据识别的用户情绪展现多种表情，且机器人本体的头部设置有高清摄像头，根据识别的声源位置通过头部俯仰电机自动调整位置并响应语音指令。

6.如权利要求1所述的一种基于智能声源定位与语音控制的机器人系统，其特征是：语音识别有离线识别和在线识别两种模式，当处于离线模式时，上层处理系统建立语法文件，其中定义语音识别语句，当从采集到的语音中识别到有效语句时，翻译成对应文字，进行中文分词，加载情感词典、程度副词词典、否定词词表和关联词词表，识别句子中的每一个情感词，并以情感词为中心滑动检测周边副词及否定词情况，最后对所有情感词及其修饰词的情感值累加，得到当前句子的情感值，判断出用户当前的情绪状态，发送给表情模块；当处于在线模式时，直接将识别的语句上传至服务器，由服务器分析感知用户情绪，进而从网络抓取相关内容并回传至机器人系统。