CN108182940A - 一种基于自然语言智能理解对话的机器人及语音交互方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于自然语言智能理解对话的机器人及语音交互方法。智能机器人包括机器人中央处理系统、云数据中心平台以及外部装置；机器人中央处理系统包括声音处理模块、语音识别模块、运算分析控制中心模块、动作控制模块和语音合成输出模块；云数据中心平台包括语音知识库加工模块、语音知识库数据模块、语音文字检索分析模块和应答知识文字输出模块；外部装置包括麦克风、传动装置和扬声装置；本发明相对于现有技术而言，完成的工作和生活中的动作更多，可以进行的互动交流更加全面，不但方便了人们的生活，也使得人们在工作中效率更高，也增加了用户的娱乐体验。

Description

一种基于自然语言智能理解对话的机器人及语音交互方法
技术领域
本发明专利涉及一种基于自然语言智能理解对话的机器人以及基于该智能机器人的语音交互方法。
背景技术
随着互联网和智能化的快速发展，智能机器人已经越来越多地走进了人们的生活和工作中，生活和工作中的机器人应用领域越来越广，智能机器人时代即将到来，并且大量在社会中广泛使用。例如，常见的送餐机器人、聊天机器人、购物机器人等。这些用途的智能机器人，都需要随时与用户进行交互，不但可以完成所需要的工作，也可以作为用户的娱乐手段。
生产、交通、娱乐、医疗、服务等各种智能机器人的出现，使得机器人将不断改变我们的生活和工作。随着人口的老龄化，人力资源可能将日趋紧张，人力成本越来越高。无论是工业农业的生产还是生活中各个方面都需要很多智能机器人的帮助。
现有技术中的智能机器人虽然大多数具有交互功能，但是可以完成的工作或者动作较少，无法满足人们工作和生活中多种需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于自然语言智能理解对话的机器人以及基于该智能机器人的语音交互方法，具体结构为：
机器人中央处理系统、云数据中心平台以及外部装置；
机器人中央处理系统包括声音处理模块、语音识别模块、运算分析控制中心模块、动作控制模块和语音合成输出模块；
云数据中心平台包括语音知识库加工模块、语音知识库数据模块、语音文字检索分析模块和应答知识文字输出模块；
外部装置包括麦克风、传动装置和扬声装置；
外部装置与机器人中央处理系统连接，进行数据的双向传输，机器人中央处理系统同时与云数据中心平台连接进行数据的双向传输；
运算分析控制中心模块首先分别与机器人中央处理系统中的声音处理模块、语音识别模块、动作控制模块和语音合成输出模块连接，进行模块之间的数据传输，同时也根据接收指令和操作信息对于上述各个模块进行控制；
运算分析控制中心模块对于指令信息进行分析处理，根据分析结果分别控制动作控制模块或语音合成输出模块；
动作控制模块连接传动装置，用来根据运算分析控制中心模块发送来的指令信息控制对应的传动装置进行动作响应；
语音合成与输出模块连接扬声装置，用来根据运算分析控制中心模块发送来的指令信息控制对应的扬声装置进行声音响应。
本发明还提供一种利用权利要求1所述的智能机器人系统进行的人性化交互方法，具体步骤为：
步骤1，预先设置机器人工作领域中各个工作对应的词汇，以及各个词汇对应的控制指令。
步骤2，利用麦克风采集用户或者其它设备发出的声音，将采集的声音发送到声音处理模块，将声音中的噪音进行除去，并且把除躁后的声音转换为音频信号，来方便后续的语音识别和处理。
步骤3，利用语音识别模块将接收到的音频信号进行特征提取，并利用对应的特征分析方法对于提取的各个特征进行分析，通过特征分析结果得到对应的语音指令信息，并将上述语音指令信息发送到运算分析控制中心模块。
步骤4，当运算分析控制中心模块接收到语音指令信息后，发送该信息到云数据中心平台中的语音文字检索分析模块，并通知该模块针对该语音指令信息对应的文字进行检索和分析。
步骤5，语音文字检索分析模块分析返回的信息，并提取其中对应的指令信息，并将该信息通过应答知识文字输出模块发送到机器人中央处理系统中的运算分析控制中心模块。
步骤6，通过运算分析控制中心模块对于接收到的指令信息进行分析，得到具体的控制信息以及对应的控制类型。
步骤7，通过传动装置根据接收到的控制信息进行具体机器人动作的驱动，该动作为机器人在完成具体领域工作时对应的具体部件移动。
步骤8，通过扬声装置根据接收到的控制信息进行具体机器人声音的输出，该声音为机器人发出的具体动作的名称和内容。
本发明的有益技术效果在于：本发明相对于现有技术而言，完成的工作和生活中的动作更多，可以进行的互动交流更加全面，不但方便了人们的生活，也使得人们在工作中效率更高，也增加了用户的娱乐体验。
附图说明
附图1为智能机器人语音交互系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1提供一种基于智能机器人的结构系统，其中系统具体包括：
机器人中央处理系统、云数据中心平台以及外部装置。外部装置与机器人中央处理系统连接，进行数据的双向传输，机器人中央处理系统同时与云数据中心平台连接进行数据的双向传输。外部装置用来采集用户或者其他设备的输入，并且发送到机器人中央处理系统，机器人中央处理系统接收外部装置采集的音视频数据后进行处理和识别，并控制对应的模块进行控制信号和音视频信号的输出，外部装置接收到控制信号后进行对应的输出和操作。同时，云数据中心平台实时与机器人中央处理系统进行数据交互，存储和读取机器人中央处理系统处理后的控制数据和音视频数据。
机器人中央处理系统包括声音处理模块、语音识别模块、运算分析控制中心模块、动作控制模块和语音合成输出模块。
云数据中心平台包括语音知识库加工模块、语音知识库数据模块、语音文字检索分析模块和应答知识文字输出模块。
外部装置包括麦克风、传动装置和扬声装置。
机器人中央处理系统中的声音处理模块连接麦克风，用来接收麦克风采集的声音并转换成音频信号，同时进行降噪优化处理，再将处理后的音频信号发送到语音识别模块。语音识别模块连接声音处理模块，用来将接收到的处理后的音频信号进行分析识别，提取音频信号中的语音指令信号，并且把提取的语音指令信号发送到运算分析控制中心模块。
运算分析控制中心模块首先分别与机器人中央处理系统中的声音处理模块、语音识别模块、动作控制模块和语音合成输出模块连接，进行模块之间的数据传输，同时也根据接收指令和操作信息对于上述各个模块进行控制。
另外，运算分析控制中心模块也与云数据中心平台连接，进行数据的交互控制。运算分析控制中心模块与云数据中心平台中的语音文字检索分析模块连接，将提取的语音指令信号发送到语音文字检索分析模块中，语音文字检索分析模块与语音知识库数据模块连接，并控制语音知识库数据库模块中的语音信号检索。语音知识库数据库模块将检索结果返回到语音文字检索分析模块中。语音文字检索分析模块另连接应答知识文字输出模块，将检索结果进行分析和提取，并将得到的指令信息发送到应答知识文字输出模块。应答知识文字输出模块连接机器人中央处理系统中的运算分析控制中心模块，把接收到的指令信息发送到运算分析控制中心模块。
运算分析控制中心模块对于指令信息进行分析处理，根据分析结果分别控制动作控制模块或语音合成输出模块。
动作控制模块连接传动装置，用来根据运算分析控制中心模块发送来的指令信息控制对应的传动装置进行动作响应。
语音合成与输出模块连接扬声装置，用来根据运算分析控制中心模块发送来的指令信息控制对应的扬声装置进行声音响应。
云数据中心平台还包括语音知识库加工模块，其连接语音知识库数据模块，用来在系统工作前，进行语音知识库数据加工，然后把加工好的数据库保存在语音知识库数据模块中。
利用图1所示的智能机器人的结构系统进行人性化语音交互控制时，具体步骤如下：
步骤1，预先设置机器人工作领域中各个工作对应的词汇，以及各个词汇对应的控制指令。通过语音知识库加工模块对于上述词汇中的文字进行加工，对于每一个词汇中的文字内容进行分类，针对每一类文字内容进行标准化设置，也就是对于同一种表述内容的不同文字内容进行统一文字记载，方便后续指令的检索和匹配。随后，把处理后的统一化文字指令信息发送到语音知识库数据模块进行存储和随时调用。
步骤2，利用麦克风采集用户或者其它设备发出的声音，将采集的声音发送到声音处理模块，将声音中的噪音进行除去，并且把除躁后的声音转换为音频信号，来方便后续的语音识别和处理。
步骤3，利用语音识别模块将接收到的音频信号进行特征提取，并利用对应的特征分析方法对于提取的各个特征进行分析，通过特征分析结果得到对应的语音指令信息，并将上述语音指令信息发送到运算分析控制中心模块。
步骤4，当运算分析控制中心模块接收到语音指令信息后，发送该信息到云数据中心平台中的语音文字检索分析模块，并通知该模块针对该语音指令信息对应的文字进行检索和分析。在检索中，语音文字检索分析模块根据语音指令信息中的文字，在语音知识库数据模块中进行对应统一化文字信息的检索，如果检索到统一化文字信息分类中包括的文字信息与语音文字检索分析模块中的文字信息一致，则将检索到的统一化文字信息以及对应的指令信息返回到语音文字检索分析模块。
步骤5，语音文字检索分析模块分析返回的信息，并提取其中对应的指令信息，并将该信息通过应答知识文字输出模块发送到机器人中央处理系统中的运算分析控制中心模块。
步骤6，通过运算分析控制中心模块对于接收到的指令信息进行分析，得到具体的控制信息以及对应的控制类型，如该信息是控制具体驱动动作的还是控制语音输出的。如果该信息是控制具体动作的，则把控制信息发送到转动装置，如果该信息是控制语音输出的，则把控制信息发送到扬声装置。
步骤7，通过传动装置根据接收到的控制信息进行具体机器人动作的驱动，该动作为机器人在完成具体领域工作时对应的具体部件移动。
步骤8，通过扬声装置根据接收到的控制信息进行具体机器人声音的输出，该声音为机器人发出的具体动作的名称和内容。
下面利用具体实例来说明上述机器人交互系统的工作流程：
例如，在餐厅环境中，如果需要机器人完成将做好的餐食运送到顾客的餐桌上。首先，服务员在麦克风中说出“送餐”指令，该语音指令信息在滤波除躁后，进行语音的识别，得到“送餐”这个词汇对应的文字。针对上述文字，在数据库中检索关于送餐的相关内容，并检索到“送餐”的表述包括在运送这一统一化分类中，该分类包括“送餐”、“送货”、“传送”等相关文字表述。
随后，将“运送”这一文字表述内容和其表示的运送指令信息从数据库中读取，并返回到控制中心模块。对于指令信息进行分析和特征提取后，得到具体各个控制信息，该信息包括两组内容，分别为动作控制指令和语音控制指令。如动作控制指令包括控制机器人传送带部件进行移动的信息、控制机器人手臂伸出和放下动作的信息以及控制机器人转向部件的信息等。而语音控制信息可以包括移动中提示安全的声音、开始进行运送的声音以及运送成功的声音等。
这样，运算分析控制中心模块分别将动作控制信息和语音控制信息发送到对应的机器人传动装置和机器人扬声装置中来控制机器人的移动和送餐动作，并且在完成送餐过程中，进行声音的提示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于自然语言智能理解对话的机器人及语音交互方法，其特征在于，包括：机器人中央处理系统、云数据中心平台以及外部装置；
机器人中央处理系统包括声音处理模块、语音识别模块、运算分析控制中心模块、动作控制模块和语音合成输出模块；
云数据中心平台包括语音知识库加工模块、语音知识库数据模块、语音文字检索分析模块和应答知识文字输出模块；
外部装置包括麦克风、传动装置和扬声装置；
外部装置与机器人中央处理系统连接，进行数据的双向传输，机器人中央处理系统同时与云数据中心平台连接进行数据的双向传输；
运算分析控制中心模块首先分别与机器人中央处理系统中的声音处理模块、语音识别模块、动作控制模块和语音合成输出模块连接，进行模块之间的数据传输，同时也根据接收指令和操作信息对于上述各个模块进行控制；
运算分析控制中心模块对于指令信息进行分析处理，根据分析结果分别控制动作控制模块或语音合成输出模块；
动作控制模块连接传动装置，用来根据运算分析控制中心模块发送来的指令信息控制对应的传动装置进行动作响应；
语音合成与输出模块连接扬声装置，用来根据运算分析控制中心模块发送来的指令信息控制对应的扬声装置进行声音响应。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，外部装置用来采集用户或者其他设备的输入，并且发送到机器人中央处理系统，机器人中央处理系统接收外部装置采集的音视频数据后进行处理和识别，并控制对应的模块进行控制信号和音视频信号的输出，外部装置接收到控制信号后进行对应的输出和操作。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，云数据中心平台实时与机器人中央处理系统进行数据交互，存储和读取机器人中央处理系统处理后的控制数据和音视频数据。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，运算分析控制中心模块与云数据中心平台中的语音文字检索分析模块连接，将提取的语音指令信号发送到语音文字检索分析模块中，语音文字检索分析模块与语音知识库数据模块连接，并控制语音知识库数据库模块中的语音信号检索；语音知识库数据库模块将检索结果返回到语音文字检索分析模块中；语音文字检索分析模块另连接应答知识文字输出模块，将检索结果进行分析和提取，并将得到的指令信息发送到应答知识文字输出模块。
5.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，云数据中心平台还包括语音知识库加工模块，其连接语音知识库数据模块，用来在系统工作前，进行语音知识库数据加工，然后把加工好的数据库保存在语音知识库数据模块中。
6.利用权利要求1所述的机器人系统进行的语音交互方法，其特征在于，
步骤1，预先设置机器人工作领域中各个工作对应的词汇，以及各个词汇对应的控制指令；
步骤2，利用麦克风采集用户或者其它设备发出的声音，将采集的声音发送到声音处理模块，将声音中的噪音进行除去，并且把除躁后的声音转换为音频信号，来方便后续的语音识别和处理；
步骤3，利用语音识别模块将接收到的音频信号进行特征提取，并利用对应的特征分析方法对于提取的各个特征进行分析，通过特征分析结果得到对应的语音指令信息，并将上述语音指令信息发送到运算分析控制中心模块；
步骤4，当运算分析控制中心模块接收到语音指令信息后，发送该信息到云数据中心平台中的语音文字检索分析模块，并通知该模块针对该语音指令信息对应的文字进行检索和分析；
步骤5，语音文字检索分析模块分析返回的信息，并提取其中对应的指令信息，并将该信息通过应答知识文字输出模块发送到机器人中央处理系统中的运算分析控制中心模块；
步骤6，通过运算分析控制中心模块对于接收到的指令信息进行分析，得到具体的控制信息以及对应的控制类型；
步骤7，通过传动装置根据接收到的控制信息进行具体机器人动作的驱动，该动作为机器人在完成具体领域工作时对应的具体部件移动；
步骤8，通过扬声装置根据接收到的控制信息进行具体机器人声音的输出，该声音为机器人发出的具体动作的名称和内容。
7.根据权利要求6所述的交互方法，其特征在于，通过语音知识库加工模块对于上述词汇中的文字进行加工，对于每一个词汇中的文字内容进行分类，针对每一类文字内容进行标准化设置。
8.根据权利要求6所述的交互方法，其特征在于，在检索中，语音文字检索分析模块根据语音指令信息中的文字，在语音知识库数据模块中进行对应统一化文字信息的检索。
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