DE4315210C2 - Verfahren zur Steuerung der Verstelleinrichtung eines Möbels durch Spracheingabe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steue­ rung der Verstelleinrichtung eines Möbels, die mit mindestens einem Stellmotor ausgerüstet ist, der mittels einer elektri­ schen Schaltung ansteuerbar ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verstärkt werden heuzutage nicht nur Möbel in Krankenhäusern und Pflegeheimen mit elektromotorischen Verstelleinrichtungen ausgerüstet, sondern auch im häuslichen Bereich. Derartige Antriebe werden vorzugsweise bei Polstermöbeln beispielsweise in Form von Fernsehsesseln, Ruhesesseln, oder dergleichen und auch bei den Lattenrosten für Betten und Liegen verwendet.

Bei bisher bekannten Verstelleinrichtungen erfolgt die Steue­ rung des Stellmotors oder der Stellmotore durch ein entspre­ chend ausgelegtes Bedienungselement, beispielsweise in Form eines mechanischen Hand- oder Fußschalters. Dazu ist es not­ wendig, daß die Verbindung zu der elektrischen Steuerung durch ein Kabel hergestellt wird. Es hat sich dabei herausge­ stellt, daß besonders ältere oder behinderte Personen die Be­ dienung der verschiedenen Funktionen nicht mehr allein durch­ führen können.

Eine andere Form der Steuerung von Funktionen technischer Sy­ steme bietet die sogenannte Sprachsteuerung, wie sie in eini­ gen Bereichen der Technik, beispielsweise der Fahrzeugtech­ nik, der Steuerung von Robotern, sowie der Steuerung von Haushaltsgroßgeräten, aus der Forschungsphase in die prakti­ sche Anwendung eindringt. Merkmal derartiger Steuerungen ist es, daß einzelne Schalt- und Einstellfunktionen eines techni­ schen Systems durch die Eingabe gesprochener Worte in ein Spracherkennungssystem ausgewählt und beein­ flußt werden sollen. Hierzu ist neben der berührungslos ar­ beitenden Aufnahme eines Befehlswortes, üblicherweise über ein Mikrofon, ein Erkennungssystem zu implementieren, das in der Lage ist, für eine Vielzahl von Sprechern sowie eine Vielzahl von Steuerworten eine Auswahlentscheidung hinsicht­ lich eines erkannten Sprachmusters zu treffen und diese an die eigentliche Steuerung als auszulösende Sollfunktion wei­ terzugeben.

Das Hauptproblem derartiger Spracherkennungssysteme, die hierarchisch der eigentlichen Steuerung des technischen Sy­ stems überlagert sind, besteht im Vergleich eines durch das Mikrofon aufgenommenen Sprachmusters mit einem im Spracherken­ nungssystem abgespeicherten Vergleichsmuster. Dieser Ver­ gleich besteht dabei nicht aus einem Identitätsvergleich, sondern vielmehr der Erkennung einer ausreichend hohen Ähn­ lichkeit zwischen gesprochenem Sprachmuster und abgespeicher­ tem Vergleichsmuster. Hierzu sind Standardalgorithmen ent­ wickelt worden, die unter Standardbedingungen eine hinreichend genaue Zuordnung erlauben. Das Problem der Anwendung eines Spracherkennungssystems für eine technische Aufgabenstellung besteht deshalb vorwiegend darin, zum einen von einer Stan­ dardumgebung abweichende Sprechersituationen zu berücksichti­ gen (z. B. hoher Umgebungsgeräuschpegel, unterschiedliche Sprecher sowie wechselnde Aussprachen); zum anderen ist es erforderlich, die Steuerungsaufgabe des technischen Systems so zu strukturieren, daß eine Zuordnung erkannter Steuerworte eindeutige Reaktionen des technischen Systems hervorrufen.

Bei bekannten Systemen zur Sprachsteuerung technischer Ein­ richtungen (DE 39 13 638 A1, DE 37 09 670 A1, US 4896357, DE 32 38 855 C2, US 4501012, US 4637045, US 4506378, US 4528687) handelt es sich um komplexe technische Systeme aus dem Be­ reich der Automobiltechnik, der Robotersteuerung sowie der Steuerung von Elektrogroßgeräten für Haushaltsanwendungen. Kennzeichnend für derartige Spracherkennungssysteme ist, daß der Sprecher eine aus einer Vielzahl gleichzeitig zur Verfü­ gung stehender Steuerungsfunktionen auswählt. Dabei wird häu­ fig verlangt, daß zusätzlich zur hohen Anzahl gleichzeitig verfügbarer Funktionen die Spracherkennung sprecherunabhängig erfolgt, bzw. darüber hinaus auch selbst optimierend bzw. selbstlernend verbessert wird. Darüber hinaus werden nicht nur reine Schaltfunktionen des technischen Systems gesteuert, sondern auch Einstellfunktionen, beispielsweise die Einstel­ lung von Außenspiegeln eines Automobils. Derartige Steue­ rungsstrukturen erfordern aufgrund ihrer Komplexität einen ebenfalls sehr hohen Aufwand zur Realisierung einer Spracher­ kennung und Auswahlentscheidung, so daß derartige Systeme sich nur für Einzelanwendungen, zumeist ausschließlich in hochpreisigen Marktsegmenten, etablieren können.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren zur Steuerung der Verstelleinrichtung eines Möbels aufzuzeigen, bei dem die Spracherkennung stark vereinfacht ausführbar wird, wobei neben dem Aspekt der gerä­ tetechnisch preiswerten Realisierung im Hinblick auf den vor­ liegenden Einsatzbereich in Verstellantrieben für Möbel vor allem die Eigensicherheit des Systems zu gewährleisten ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Spracherkennungssystem mit der Steuerung der Ver­ stelleinrichtung so zusammenarbeitet, daß aufgrund von Spracheingaben, die mit in dem Spracherkennungssystem gespei­ cherten Vergleichsmustern verglichen werden, Betriebsarten eines Betriebssystemes der Verstelleinrichtung derart ausge­ wählt werden, daß in jeder Betriebsart nur eine Auswahlent­ scheidung zwischen höchstens zwei zulässigen Vergleichsmu­ stern erforderlich ist. Weiterhin sind die Betriebsarten des Betriebssystems so strukturiert, daß eine bestimmte Aktion der Verstelleinrichtung erst dann ausgelöst wird, wenn der Durchlauf durch mindestens zwei Betriebsarten oder zwei Ebenen in­ nerhalb einer Betriebsart mit hier einander logisch ergänzen­ den Auswahlentscheidung zu einem korrekten Ergebnis geführt hat. Im Falle des Nichterkennens eines Vergleichsmusters oder dem Vorliegen einander nicht logisch ergänzender Vergleich­ sergebnisse in logisch aufeinanderfolgenden Betriebsarten wird das Betriebssystem und damit die Verstelleinrichtung in eine eigensichere Grundstellung gebracht.

Hierdurch kann eine Aktion des Stellantriebes nicht durch einzelne, versehentlich benutzte, den in dem Spracherkennungssystem abgespeicherten Vergleichsmustern ähnliche Spracheingaben des Sprechers oder aus der Umgebung stammende Geräusche ausgelöst werden. Viel­ mehr muß eine logisch und zeitlich zusammenhängende Abfolge von vordefinierbaren Spracheingaben erfolgen. Durch entspre­ chende Gestaltung der Betriebsarten des Betriebssystems der Verstelleinrichtung kann in Form einer Baumstruktur die kom­ plexe Aufgabenstellung "Schalten einer Verstelleinrichtung in bestimmter Art und Weise" auf eine festgelegte Abfolge binärer Entscheidungen zurückgeführt werden, wodurch zum einen der gerätetechnische Aufwand zur Spracherkennung deut­ lich reduziert werden kann und damit der Einsatz einer Spracherkennung für die preislich relativ niedrig angesiedel­ ten Verstellantriebe für Möbel realisierbar wird. Zum anderen kann auch der ungeübte Benutzer einer solchen Sprachsteuerung an Möbeln relativ unproblematisch mit dieser Spracherkennung umgehen, da durch die hohe Eigensicherheit aufgrund der fest­ gelegten Reihenfolge der Spracheingaben eine unbeabsichtigte Fehlbedienung weitgehend ausschließbar ist.

Die komplexe Al­ gorithmik, der hohe rechentechnische Aufwand sowie die große Fehleranfälligkeit marktüblicher Spracherkennungssysteme für andere Einsatzgebiete wird damit für die vorliegende Aufga­ benstellung weitgehend umgangen, wobei die Funktionalität der bei der erfindungsgemäßen Lösung auf die Bedürfnisse einer Möbelverstelleinrichtung angepaßt ist.

Die Wahl der Betriebsarten, die durch das Spracherkennungssy­ stem gesteuert werden sollen, ergibt sich aus der Funktiona­ lität der vorliegenden Verstelleinrichtung. Als Grundlage dient eine Bereitschaftsstellung, in die das System durch Vorsprechen eines bestimmten Steuerwortes versetzt werden kann, und in der eine genaue Spezifikation der gewünschten Bewegung des Möbelantriebes vorgenommen wird. Nachgeschaltet wird in mindestens einer Ebene eine Befehlswahl durchgeführt, die zur Spezifikation des benötigten Antriebs sowie der Art der Veränderung der Verstelleinrichtung besteht. Üblicher­ weise werden hier entweder funktionelle Begriffe, wie z. B. "Rückenlehne", "Fußteil" etc. oder konstruktive Begriffe wie z. B. "Motor 1", "Motor 2" etc. gewählt. In der zweiten oder weiteren nachgelagerten Ebenen der Befehlswahl wird dann festgelegt, wie der ausgesuchte Antrieb oder die ausgesuchte Funktionsbaugruppe verändert werden soll, beispielsweise (Rückenlehne) "vorwärts" oder (Motor 1) "hoch". Dabei ist die Angabe der auszuwählenden Verstelleinrichtung sowie der Art der Verstellung hintereinandergeschaltet, wodurch zum einen kom­ plexe, mehrwortige Spracheingaben vom Bediener in einzelne Schritte zerlegt werden, und zum anderen erst bei vollständi­ ger und richtiger Erkennung des ersten Teiles einer Spracheingabe in den nachgelagerten Teil gesprungen wird. Ist eine komplette Spracheingabe der angeführten hierachischen Struktur erkannt worden, so wird der Verstellantrieb akti­ viert und das Betriebssystem des Verstellantriebes in einen sogenannten Haltbetrieb versetzt, in dem durch bestimmte Be­ dingungen der Antrieb schlagartig stillgesetzt werden kann. Hierzu können sowohl in den Endstellungen jedes Verstellan­ triebes angebrachte Endschalter als auch eine Überstromsiche­ rung des Stellmotors genutzt werden. Weiterhin ist es mög­ lich, ein dem Spracherkennungssystem vorgegebenes akustisches Signal zu nutzen, welches deutlich über der normalen Laut­ stärke liegt. Man geht dann davon aus, daß in einem Notfall durch einen Aufschrei die normale Lautstärke überschritten wird und dieses Signal dann wie der ebenfalls über das Spracherkennungssystem eingebbare Befehl für Halt gewertet wird. Diese hohe Anzahl von Sicherheitsfunktionen wirkt in der Summe wie ein mechanischer Notausschalter. Ebenfalls zur Er­ höhung der Eigensicherheit trägt bei, daß im Rahmen der Spracherkennung in jeder Betriebsart nach einer vorgebbaren Zeit ein selbsttätiges Rückschalten in die Bereitschaftsstel­ lung erfolgt, wenn eine Spracheingabe ausbleibt oder die Spracheingabe nicht erkannt wird. Der Sprecher muß in diesem Fall mit der Befehlseingabe von vorne beginnen. Nach einem derartigen Nichterkennen einer Spracheingabe, aber auch nach jeder fehlerfrei ausgeführten Aktion des Spracherkennungssy­ stems wird für den Sprecher eine Rückmeldung des Vergleich­ sergebnisses in Form eines akustischen Signals erfolgen.

Zur weiteren Vereinfachung der eigentlichen Spracherkennung sollten die verwendeten Steuerworte so gewählt werden, daß für jede Betriebsart eindeutig abgegrenzte Steuerworte be­ nutzt werden und die jeweils zusammengehörigen Alternativ-Steuerworte einer Betriebsart sich möglichst deutlich vonein­ ander unterscheiden. Hierzu können entweder die Steuerworte werksseitig so definiert werden, daß sie als weitgehend spre­ cherunabhängige Vergleichsmuster dem Benutzer der Verstell­ einrichtung vorgegeben werden. Ebenfalls ist es möglich, zu­ sätzlich oder alternativ das Spracherkennungssystem so zu ge­ stalten, daß sprecherabhängig die gewünschten Spracheingaben und Steuerworte vom Benutzer durch eine eigene Sprecheradap­ tion vordefiniert werden können. Hierzu kann in einer Inbe­ triebnahmephase nach dem erstmaligen Anschalten der Spracher­ kennung diese Sprecheradaption durch Vorsprechen und Abspei­ chern der gewünschten Begriffe ohne Tastenbetätigung vorge­ nommen werden. Sind diese Begriffe richtig erkannt und abge­ speichert worden, so werden sie bis zu einer gegebenenfalls notwendigen Änderung gültig. Eine derartige Änderung kann beispielsweise durch Betätigung eines Rückstellknopfes ausge­ löst werden, wodurch das Spracherkennungssystem in den erst­ maligen Inbetriebnahmezustand zurückversetzt werden kann.

Zusätzlich kann sowohl bei dem sprecherunabhängigen als auch bei dem sprecherabhängigen Spracherkennungssystem dieses mit einer Lernfähigkeit ausgerüstet werden, durch die anhand der im Betrieb jeweils erkannten Sprachmuster das ursprünglich abgespeicherte Vergleichsmuster nachkorrigiert wird und damit eventuell abgespeicherte Sprachfehler oder Sprachungenauig­ keiten sich durch die zunehmende Benutzung des Systems selbst korrigieren.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt die Zeichnung.

Es zeigen

Fig. 1 einen bevorzugten Systemaufbau der Verstelleinrich­ tung und

Fig. 2 ein Flußdiagramm bei der Abarbeitung der Auswahlent­ scheidungen zur Ermittlung einer gewünschten Ver­ stellbewegung.

In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines bevorzugten Auf­ baus eines Steuerungssystems mit sprecherabhängiger Spracher­ kennung für eine Verstelleinrichtung an Möbeln dargestellt, aus der das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten des Sy­ stems hervorgeht.

Zu Beginn der Inbetriebnahme der Verstelleinrichtung muß das System eine Phase der Sprecheradaption durchlaufen, in dem die Bedienungsperson in einer festgelegten Abfolge von einzelnen Spracheingaben das Spracherkennungssystem mit ihren persön­ lichen Sprachmustern bestückt. Dies erfolgt prinzipiell frei von der Bedienung mechanischer oder elektrischer Schalter, doch kann bei Fehlfunktionen und zur Neueingabe veränderter Steuerungsbegriffe mittels eines Rückstelltasters die Spre­ cheradaption auch in der späteren Betriebsphase jederzeit wieder angewählt werden.

Die Steuerung der Verstelleinrichtung erfolgt durch das Zu­ sammenwirken der Komponenten Spracherkennung und Betriebsar­ tenwahl, wobei die Spracherkennung die vorzugsweise per z. B. in einem Möbelteil fest installiertem Mikrophon aufgenommenen Sprachmuster mit den vorher abgespeicherten Sprachmustern aus der Phase der Sprecheradaption vergleicht. Ist diese Erken­ nung korrekt abgelaufen, so schaltet die Steuerung in der Be­ triebsartenwahl in eine weitere Betriebsart oder eine weitere Ebene innerhalb einer Betriebsart und die Spracherkennung wird erneut für eine Eingabe in dieser neuen Betriebsart ak­ tiviert. Ist der Durchlauf durch alle benötigten Betriebsar­ ten korrekt abgeschlossen worden, so wird die Verstellbewe­ gung ausgeführt und währenddessen die Spracherkennung im Hal­ tebetrieb im Hinblick auf das Erkennen des Haltebegriffes oder eines über der normalen Lautstärke liegenden Ausrufes erneut aktiviert.

Der genaue Ablauf der Betriebsartenwahl läßt sich aus der Fig. 2 erkennen, in der ein Flußdiagramm für die Betriebsar­ tenwahl für eine mehrachsige Verstelleinrichtung mit je einer Bewegungsrichtung in jeder Verstellachse dargestellt ist.

Aus einem Stand-by-Betrieb wird die Steuerung durch ein in der nicht dargestellten Spracherkennung erkanntes Aktivie­ rungswort in eine Bereitschaftsstellung versetzt. Erfolgt keine Erkennung des Aktivierungswortes, so verbleibt die Steuerung im Stand-by-Betrieb, in dem nur die Spracherkennung aktiviert ist. Wurde das Aktivierungswort erkannt, so muß in­ nerhalb einer festlegbaren Zeit eine Erkennung eines Steuer­ wortes für die Zuordnung der Bewegungsachse oder des Funkti­ onsteils der Verstelleinrichtung erfolgen, das verstellt wer­ den soll. Erfolgt diese Erkennung korrekt, so wird in eine zweite Ebene zur Auswahl der Verstellrichtung geschaltet. Er­ folgt innerhalb einer wiederum festen Zeitspanne die Erken­ nung nicht, z. B. durch Verwendung falscher Begriffe, schlech­ ter Aussprache des richtigen Begriffes oder Ausbleiben einer Eingabe, so wird wieder in die Bereitschaftsstellung und von da nach einer weiteren Zeit ggf. wieder in den Stand-by-Be­ trieb zurückgeschaltet. Sind sowohl Verstellglied als auch Verstellrichtung korrekt erkannt und ausgewählt worden, so geht die Steuerung in den Haltbetrieb über, in dem zum einen die Spracherkennung das festlegbare Stop-Wort oder einen über der normalen Lautstärke liegenden Ausruf erkennen soll, zum anderen weitere Sicherheitsabfragen über beispielsweise End­ schalter, Überstromüberwachung oder Ausbleiben von Rückmel­ dungen des Antriebes überwacht und zur Abschaltung des An­ triebes ausgewertet werden. Nach korrekter Ausführung der Verstellbewegung geht die Steuerung dann wieder in die Be­ reitschaftsstellung zurück.

Claims (17)

1. Verfahren zur Steuerung der Verstelleinrichtung eines Möbels durch Spracheingabe, wobei die Verstelleinrich­ tung enthält

• - mindestens einen Verstellantrieb mit je einem Stellmotor,
• - eine elektrische Steuerung des Stellmotors,
• - ein mit der Steuerung des Stellmotors verknüpfbares Spracherkennungssystem, das einen Vergleich in ein Eingabegerät gesprochener Spracheingaben mit abge­ speicherten Vergleichsmustern vornimmt,

dadurch gekennzeichnet, daß
das Spracherkennungssystem die Spracheingaben abhängig von Betriebsarten eines Betriebssystems derart mit den Vergleichsmustern vergleicht, daß

• - je Betriebsart nur eine Auswahlentscheidung zwi­ schen höchstens zwei zulässigen Vergleichsmustern erforderlich ist,
• - für die Auslösung einer Funktion des Stellmotors der Durchlauf durch mindestens zwei Betriebsarten oder zwei Ebenen innerhalb einer Betriebsart mit je ei­ ner einander logisch ergänzenden Auswahlentschei­ dung erforderlich ist,
• - ein Nichterkennen eines Vergleichsmusters oder Vor­ liegen einander nicht logisch ergänzender Ver­ gleichsergebnisse in logisch aufeinanderfolgenden Betriebsarten oder ein mittels Sprachsteuerung und/oder externer Signale eingegebener Haltbefehl ein Schalten des Betriebssystems in eine Grundstel­ lung auslöst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebssystem die Betriebsarten "Bereitschaftsstel­ lung", "Befehlswahl" und "Haltbetrieb" aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in jeder Betriebsart möglichst ver­ schiedene Vergleichsmuster als zu erkennende Steuerworte vorgegeben werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Ausbleiben einer Spracheingabe in jeder Betriebsart nach einer vorgebbaren Zeit ein selbsttätiges Rückschalten in die Bereitschaftsstellung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Nichterkennen einer Spracheingabe in jeder Betriebsart nach einer vorgebbaren Zeit ein selbsttätiges Rückschalten in die Bereitschaftsstellung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vom Spracherkennungssystem in jeder Betriebsart eine Rückmeldung des Vergleichsergebnisses an den Sprecher in Form eines akustischen Signals erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Spracherkennungssystem sprecher­ unabhängig die Spracheingaben mit werksseitig vordefi­ nierten Vergleichsmustern vergleicht.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Spracherkennungssystem sprecherab­ hängig die Spracheingaben mit vom Benutzer in einer Sprecheradaption vordefinierten Vergleichsmustern ver­ gleicht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprecheradaption bei einer spre­ cherabhängigen Spracherkennung direkt nach dem erstmali­ gen Einschalten des Spracherkennungssystems ohne Zuhilfe­ nahme mechanischer Schalteinrichtungen durchgeführt wer­ den kann.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine nach erfolgter erstmaliger Inbetriebnahme erneut erforderliche Sprecheradaption durch Betätigung eines Rückstellknopfes angewählt werden kann.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spracherkennungssystem mit einer Lernfähigkeit ausrüstbar ist, durch die sowohl bei sprecherabhängiger als auch sprecherunabhängiger Spracherkennung die Vergleichsmuster anhand der im Be­ trieb erkannten Sprachmuster laufend nachkorrigiert wer­ den.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Betriebsart "Haltbetrieb" in den Endstellungen jedes Verstellantriebes der Stellmotor durch Endschalter zwangsläufig abgeschaltet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Betriebsart "Haltbetrieb" in den Endstellungen jedes Verstellantriebes der Stellmotor durch Messung des Überstromes zwangsläufig abgeschaltet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Betriebsart "Haltbetrieb" die Beendigung der Verstellbewegung durch ein einziges Be­ fehlswort erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Betriebsart "Haltbetrieb" für die Beendigung der Verstellbewegung ein akustisches Si­ gnal nutzbar ist, das über der normalen Lautstärke liegt.

16. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Motor der Verstelleinrichtung seinen jeweiligen Betätigungszustand an die Steuerung zurückmeldet.