[发明专利]一种交互效果良好的机器人

权利要求书

1.一种交互效果良好的机器人，其特征在于，包括感知子系统、语音交互子系统、情感交互子系统、控制执行子系统，所述感知子系统用于获取外部环境信息，所述感知子系统包括麦克风、高清摄像头和激光雷达，所述麦克风用于获取用户的语音信息，所述高清摄摄像头用于获取用户的人脸信息，所述激光雷达用于获取障碍物信息，所述语音交互子系统用于根据语音信息同用户进行语音交互，所述情感交互子系统用于根据人脸信息同用户进行情感交互，所述控制执行子系统用于根据障碍物信息控制机器人移动，对障碍物进行躲避。

2.根据权利要求1所述的交互效果良好的机器人，其特征在于，所述语音交互子系统包括语音识别模块、语音合成模块和扬声器，所述语音识别模块用于提取用户的语音信息，并将其转化为可识别的二进制机器语言，所述语音合成模块用于将字符信息转化为语音信息，所述扬声器用于播放转化的语音信息。

3.根据权利要求2所述的交互效果良好的机器人，其特征在于，所述情感交互子系统包括第一建模模块、第二建模模块、机器视觉模块和情感交互模块，所述第一建模模块用于建立情感空间模型，所述第二建模模块根据情感空间模型确定情感能量，所述机器视觉模块用于根据人脸信息获取用户情感，所述情感交互模块用于机器人根据用户情感做出相应的情感变化。

4.根据权利要求3所述的交互效果良好的机器人，其特征在于，所述第一建模模块用于建立情感空间模型，具体为：

建立二维情感空间模型，二维情感空间的维度分别为快乐度和激活度，所述快乐度用于表示情感的快乐程度，所述激活度用于表示情感的激活程度；

将机器人的情感状态集合表示为：S＝{s₁，s₂，…，s_n}，式中，s_i表示机器人的第i种情感状态，i＝1，2，…，n，n表示机器人的情感状态的数量，将机器人情感状态在二维情感空间中以点的形式进行描述：(a_i，b_i)，其中，a_i表示机器人第i种情感状态的快乐度，b_i表示机器人第i种情感状态的激活度；

将用户的情感状态集合表示为：R＝{r₁，r₂，…，r_m}，式中，r_j表示用户的第i种情感状态，j＝1，2，…，m，m表示用户的情感状态的数量，将用户情感状态在二维情感空间中以点的形式进行描述：(a_j，b_j)，其中，a_j表示用户第j种情感状态的快乐度，b_i表示用户第j种情感状态的激活度。

5.根据权利要求4所述的交互效果良好的机器人，其特征在于，所述第二建模模块根据情感空间模型确定情感能量，具体为：

将各种心理活动源动力定义为心理能量，用E表示：

E＝E₁+E₂

式中，E₁表示在适当的条件下自发产生的自由心理能量，E₁＝δ₁E，E₂表示在外界刺激作用下产生的受约束的心理能量，E₂＝δ₂E，其中，δ₁表示心理唤醒度，δ₂表示心理抑制度，δ₁、δ₂∈[0，1]，δ₁+δ₂＝1；

根据情感空间模型确定情感的心理能量：

E＝log₂(y+1)×D(a+b)

式中，D表示情感强度，y表示情感系数，a、b分别表示情感状态的快乐度、激活度；

采用下式确定情感能量：

E_q＝E₁+μE₂＝(1-δ₂+μδ₂)×log₂(y+1)×D(a+b)

式中，E_q表示情感能量，μ表示心理的情感激发参数，μ∈[0，1]。

6.根据权利要求5所述的交互效果良好的机器人，其特征在于，所述情感交互模块用于机器人根据用户情感做出相应的情感变化，具体为：

当机器人的当前情感状态与用户情感状态相同，则机器人的情感状态不发生变化，但机器人的情感能量会翻倍；

当机器人的当前情感状态与用户情感状态不同，则机器人下一情感状态将会改变，下一情感状态不仅与当前机器人的情感状态有关，还与用户情感状态息息相关，设机器人当前情感状态为s_i(a_i，b_i)，i＝{1，2，…，n}，用户情感状态为r_j(a_j，b_j)，j＝{1，2，…，m}，机器人下一时刻任一可能情感状态为s_k(a_k，b_k)，k＝{1，2，…，n}，i≠j≠k；

计算从当前情感状态向用户情感状态转移的特征向量为X₁：X₁＝(a_j-a_i，b_j-b_i)，从当前情感状态向任一可能情感状态转移的特征向量为X₂：X₂＝(a_k-a_i，b_k-b_i)，从用户情感状态向任一可能情感状态转移的特征向量为X₂：X₂＝(a_k-a_j，b_k-b_j)，采用下式确定情感转移函数Z：

最小化情感转移函数，得到情感转移函数取最小值时的情感状态s_z(a_z，b_z)，z∈k，将该情感状态作为机器人下一时刻状态。