服务机器人功能模块详解

开发的物理型服务机器人包括：表情机器人以及仿人机器人。如图11-19所示。下面介绍一下各个模块的主要功能。

图11-19 物理型服务机器人

1.语音交互模块

语音交互技术包括语音识别和语音合成两方面，语音识别是通过软件提取用户的语音信息，并将之转化为软件可识别的二进制机器语言。目前设计中使用的是Pattek ASR提供的识别引擎和科大讯飞的XF-S4240。语音合成使软件向用户反馈的字符信息通过TTS（Text To Speech）转化为用户可以听懂的语音信息。语音识别和语音合成都在语音交互模块中实现。

2.机器视觉模块

对由视觉传感器得来的数字图像按一定的算法进行处理，使计算机能理解图像的意义。对于服务机器人而言来说，就是需要使其能把人和其他景物区分开来，能识别人脸和表情。人脸自动识别系统包括两个主要技术环节，具体的实现过程包括以下两个主要部分：1）人脸检测与定位；2）特征提取与人脸识别。

3.人工情感模块(www.xing528.com)

在情绪心理学理论的基础之上，定义描述情感的数学空间，在此空间里，采用数学理论方法，构造适于机器实现的情感计算理论方法，使之能够模拟人类的情感产生、变化、转移，并使之符合人类情感变化的规律，满足家庭环境里人类情感的需求。目前采用的是Markov Chain＆HMM情感引擎。

4.传感器模块

通过普通摄像头、三维摄像头、红外传感器、超声传感器、传声器等多个模块感知外部环境信息。普通摄像头采集到用户图像，通过上位机处理后具有人脸识别的功能。三维摄像头采集用户人眼信息，为获得用户注意力做准备。传声器将语音传递给上位机，上位机对语音信号进行语音的情感特征提取和语义分析，得到输入语音的情感和语义。红外和超声传感器具有感应机器人周围是否有障碍或者是否有人员靠近的功能，将探测到的信号传输给下位机系统，下位机系统经过处理后通过RS232传递给上位机系统。上位机系统将图像信息、语音信息和下位机信息进行综合处理，得到与机器人交互的人的信息或者机器人的外部环境信息，然后通过机器人的情感输出模块向下位机系统和语音合成模块发送指令。下位机系统通过PWM控制电动机运动产生身体语音和面部表情。上位机经过语音合成后通过音响向人类表达机器人的语言。情感机器人的语音，身体语言和表情三者共同构成了情感机器人的情感表达。人类可以通过上位机系统的调试界面对机器人的各个功能模块进行调试。

5.控制与执行机构模块

拟选择体积小、重量轻、非常经济实用的舵机作为物理型服务机器人平台使用的主要电机元件。准备选用了两种型号的舵机，HG14-M和GWS MICRO 2BBMG。整个电控系统采用了上、下位机结构，上位机采用PC，主要优点是速度快，各种外部接口设备多，存储空间大。上位机主要负责运算量大、计算复杂的图像处理、语音识别和语音合成工作。下位机采用性价比高的PIC16F877单片机，上位机和下位机通过RS-232串口或者无线模块进行连接通信。下位机主要负责传感器信息接收、信息初级处理、电机驱动和运动控制等工作。

6.网络功能模块

该模块负责初始化物理性服务机器人的网络连接和智能家居网络中的其他设备通信。