自主导览语音交互机器人的设计及实现

发布时间：2020-11-12 22:03

　　 随着现代社会生活水平的提高和中国人口老龄化进程加快,公共场馆正大量运用智能化、自动化的商用服务机器人。导览机器人是一种高度智能化的商用服务机器人,它可以代替或辅助人类讲解员,提供引导参观、趣味讲解、信息咨询等服务,有效帮助公共场馆降低用工成本,提升智能化水平和服务水平,导览机器人将成为公共场馆提升吸引力和服务能力的必不可少的智能设备。本文根据某航天主题历史展览馆的项目需求,整理得到导览机器人总体设计要求,研制一款自主导览语音交互机器人。根据导览机器人运行场景的特性和要求,针对定位导航、语音交互、场馆设备联动等方面进行研究,选择AGV技术进行定位导航,提升可靠性。选择科大讯飞AIUI语音交互方案,并针对场馆专有资料对语音交互库进行优化完善,以及根据受控设备的特点在多种通信方式中选择合适的控制方式,提升场馆设备联动控制的可靠性和兼容性。根据导览机器人外观和功能设计的要求,完成外观设计和内部结构设计,结合定位导航方式,选用六轮底盘布局和差速驱动方式,最终得到导览机器人总体方案设计。导览机器人采用主-从系统架构,详细阐述了各系统的元器件选型及软硬件开发过程,根据实际控制需求在ModBus-RTU协议基础上编写了导览机器人通信协议,根据项目需求完成了导览机器人控制交互策略和用户界面的设计。通过对导览机器人建立运动学模型,验证了差速驱动方式的可行性,在此基础上,基于Simulink设计了模糊自整定PID运动控制器和PID运动控制器仿真模型,并对这两种运动控制器进行了转速响应仿真对比试验,结果表明导览机器人模糊自整定PID运动控制器相比于PID运动控制器具有更优的控制效果。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TP242
【部分图文】：

全日制工程硕士学位论文3营业厅等公共场所，“旺宝”迎宾机器人主要提供语音交互、打印取号、信息查询等服务。“优友”讲解机器人与“旺宝”迎宾机器人如图1.1与图1.2所示。图1.1“优友”讲解机器人图1.2“旺宝”迎宾机器人目前应用的商用服务机器人对与场馆设备的联动方面未给予较高关注，因此在对公共场馆常见的设备的控制研究方面仍有较大的发展空间。1.2.2课题研究意义本文研究的导览机器人针对在公共场馆应用的通用商用服务机器人存在的一些局限做出改进。由于导览机器人不同于迎宾机器人、讲解机器人等在小范围内移动的服务机器人，导览机器人的应用被寄予希望来替代或者辅助人工讲解员进行按固定路线和顺序进行讲解的任务，因此导览机器人沿指定路径移动时要求具备较强抗干扰能力，本文将通常用于工业的可靠性高的AGV技术应用于导览机器人的循迹导航中，并且应用模糊自整定PID控制算法确保导览机器人行驶过程的平稳。针对通用型服务机器人语音交互库专业性、针对性不强的问题，本文将场馆信息、展品的扩展信息等专有资料导入至导览机器人语音交互库中，提高语音交互过程中的信息契合度。对于通用型服务机器人在与场馆设备互联互通方面存在的局限，本文通过在导览机器人机体搭载融合多种无线通信方式的无线交互控制系统，根据设备特性和使用场景，选择最佳通信方式在导览过程中联动场馆设备。综上所述，本文设计的导览机器人针对特定的公共场馆的需求，对通用型服务机器人存在的局限进行改进，同时结合该公共场馆的特色，在外形设计以及

全日制工程硕士学位论文3营业厅等公共场所，“旺宝”迎宾机器人主要提供语音交互、打印取号、信息查询等服务。“优友”讲解机器人与“旺宝”迎宾机器人如图1.1与图1.2所示。图1.1“优友”讲解机器人图1.2“旺宝”迎宾机器人目前应用的商用服务机器人对与场馆设备的联动方面未给予较高关注，因此在对公共场馆常见的设备的控制研究方面仍有较大的发展空间。1.2.2课题研究意义本文研究的导览机器人针对在公共场馆应用的通用商用服务机器人存在的一些局限做出改进。由于导览机器人不同于迎宾机器人、讲解机器人等在小范围内移动的服务机器人，导览机器人的应用被寄予希望来替代或者辅助人工讲解员进行按固定路线和顺序进行讲解的任务，因此导览机器人沿指定路径移动时要求具备较强抗干扰能力，本文将通常用于工业的可靠性高的AGV技术应用于导览机器人的循迹导航中，并且应用模糊自整定PID控制算法确保导览机器人行驶过程的平稳。针对通用型服务机器人语音交互库专业性、针对性不强的问题，本文将场馆信息、展品的扩展信息等专有资料导入至导览机器人语音交互库中，提高语音交互过程中的信息契合度。对于通用型服务机器人在与场馆设备互联互通方面存在的局限，本文通过在导览机器人机体搭载融合多种无线通信方式的无线交互控制系统，根据设备特性和使用场景，选择最佳通信方式在导览过程中联动场馆设备。综上所述，本文设计的导览机器人针对特定的公共场馆的需求，对通用型服务机器人存在的局限进行改进，同时结合该公共场馆的特色，在外形设计以及

开发平台。1.3国内外研究现状1.3.1国外研究现状国外的服务机器人研究起步较早，第一台可自主移动的机器人Shakey诞生于斯坦福研究院[21]，受限于当时的计算机计算能力，Shakey使用两台计算机控制，仍需大量时间来处理数据，只能实现简单的环境感知与自主运动控制，但其对机器人后来的研究影响深远[22]，机器人技术在过去几十年间迅猛发展。在2000年，日本本田公司开发了第一个可双足直立行走的人形机器人ASIMO，它不仅可以平地行走，并且可以爬楼梯，本田公司此基础上继续进行研发，于2011年发布了ASIMO2011，如图1.3a)所示，它可以实现踢球、手语识别、自动避障等人机交互功能，并在2014年奥巴马访问日本时，在日本科学未来馆与奥巴马切磋球技[23]。美国WillowGarage公司研发的PR2服务机器人，如图1.3b)所示，配备了一台深度摄像头，配合两只机械臂，通过底部的激光雷达和全向移动底盘，可实现自主移动、自主充电、打台球等复杂任务[24][25]。NAO是法国Aldebaran公司研制的仿人教育机器人，广泛应用于教育科研领域[26]，NAO机器人如图1.3c)所示。法国Aldebaran公司与日本软银公司联合开发的Pepper陪伴服务机器人，如图1.3d)所示，它可以检测人的面部表情判断用户情绪，具有强大的安慰陪伴和家庭教育功能[27]。a)asimob)PR2c)NAOd)pepper图1.3国外研发的服务机器人
【参考文献】

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本文编号：2881294