TW201434600A - 具有可因應不同聲音信號產生相對應肢體動作之機器人 - Google Patents

Abstract

本案關於一種機器人，至少包含：儲存單元，儲存一肢體動作腳本資料庫；接收單元，接收聲音信號；中央控制單元，根據聲音信號之至少一資訊輸出一動作組合描述檔並根據該動作組合描述檔至肢體動作腳本資料庫中讀取相對應之肢體動作腳本，並根據該肢體動作腳本產生動作組合指令；以及執行單元，具有控制電路以及驅動器，控制電路因應動作組合指令產生控制信號，以控制驅動器帶動至少一運動部件運作，使機器人因應聲音信號而產生相對應之一肢體動作。

Description

具有可因應不同聲音信號產生相對應肢體動作之機器人

本案係關於一種機器人，尤指一種具有可因應不同聲音信號產生相對應肢體動作之機器人。

近年來，隨著生活水準的提高和機器人技術的發展，人們對高科技娛樂設備的興趣越來越濃厚，因此，使得娛樂機器人的技術發展進展的非常快速，且許多娛樂機器人已經走進了我們的生活。

在一般生活的環境中，各種聲音都是獨一無二的，人們常可藉由解讀聽到的聲音中所隱含的各種訊息，去理解這個聲音背後所代表的各種意義。如進一步分析人類所製造的聲音，聲音中所隱含的基本訊息包括了大小聲、節奏、旋律等。大部分的人可以分辨出音樂、演講、說故事等各種類型。進一步的細分，以一首交響樂作為例子，一般人只能聽出這是首好聽的音樂，但是音樂達人卻能夠從聽到一段交響樂，就能馬上道出這首音樂的作曲者，裡面有哪些樂器，甚至可以聽出是哪個交響樂隊在甚麼時候的演奏版本，以及其中藝術性的評價等等。

對於機器人而言，其對於外界環境各種訊息的分析、解讀與回應的能力，代表了這個機器人的聰明程度。目前習知機器人的運作方式係藉由麥克風接收外界環境的聲音，而後續則對所接收的聲音進行解析，至於習知機器人根據解析結果做出的回應具有下列幾種方式：

一、當對接收的聲音進行解析的結果係判定該聲音為一語音指令(Voice Command)，後續則再辨識該語音指令所代表的意義以控制機器人進行指定動作，例如聽到語音命令「前進」後，就往前走，聽到「後退」，就往後退，或是例如判定該聲音之語音命令為「跳舞」後，則跳出特定的舞蹈動作；

二、當對接收的聲音進行解析所獲得的結果係關於該聲音的大小聲，則控制機器人隨聲音大小聲做出動作，例如聽到的聲音越大揮動手的幅度越大，聲音越小則揮動手的幅度越小；

三、當對接收的聲音進行解析所獲得的結果係關於該聲音所對應的節奏，則控制機器人隨著該節奏進行律動。

然而，習知機器人根據所接收的聲音所進行的每一種反應均為已預先設定好專屬的對應動作腳本並儲存於儲存單元內部，且每一種反應所對應的動作腳本係各自獨立儲存，即生產機器人時已根據特定聲音預先設定好其所對應的反應動作，故習知機器人對所接收的聲音進行解析都是屬於單一的分析，也就是說只能分析解讀特定類型的聲音，且機器人根據所接收的聲音所進行的每一種反應均為已預先設定的動作腳本，因此機器人的反應常無法跟隨所接收到的聲音信號即時、精準地且較有意義地產生對應的反應、律動或舞蹈等。再加上生產成本的考量，習知機器人內部可儲存預設的反應動作的數量有限，使得習知機器人容易因能夠進行的反應動作有限而缺乏趣味性，讓使用者對習知機器人產生無趣及玩膩的感覺。

因此，如何發展一種可解決上述習知缺失之具有可因應不同聲音信號產生相對應肢體動作之機器人，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的在於提供一種具有可因應不同聲音信號產生相對應肢體動作之機器人，俾解決習知機器人對所接收的聲音進行解析都是屬於單一的分析，只能分析解讀特定類型的聲音，且機器人的反應常無法跟隨所接收到的聲音信號即時、精準地且較有意義地產生對應的反應、律動或舞蹈等，且習知機器人內部可儲存預設的反應動作的數量有限，使得習知機器人容易因能夠進行的反應動作有限而缺乏趣味性，讓使用者對習知機器人產生無趣及玩膩的感覺之缺點。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種機器人，至少包含：一儲存單元，用以儲存肢體動作腳本資料庫；一接收單元，用以接收一聲音信號；一中央控制單元，與該接收單元及該儲存單元電連接，且具有一信號解析電路以及一指令生成電路，其中該信號解析電路係對該聲音信號進行分析，以取得關於該聲音信號之至少一資訊，並根據該至少一資訊輸出一動作組合描述檔，該指令生成電路根據該動作組合描述檔至該肢體動作腳本資料庫中讀取相對應之肢體動作腳本，並根據該肢體動作腳本產生一動作組合指令；以及一執行單元，具有一控制電路以及一驅動器，該控制電路係與該指令生成電路以及該驅動器電連接，用以因應該動作組合指令產生一控制信號，以控制該驅動器帶動至少一運動部件運作，使該機器人因應該聲音信號而產生相對應之一肢體動作。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

第1圖係為本案較佳實施例之機器人之內部電路結構示意圖，第2圖係為本案較佳實施例之機器人藉由一電子裝置接收聲音信號之示意圖。如第1圖及第2圖所示，本案之機器人1可藉由一麥克風2或是一電子裝置3來接收一聲音信號，機器人1在接收到聲音信號後，可以針對不同的聲音信號做出即時並自主而且有意義的肢體動作或是語言回應，其中該聲音信號可為類比聲音信號或是數位聲音信號。本案之機器人1可包含接收單元11、中央控制單元12、儲存單元13及執行單元14。

本案之儲存單元13內部可包括肢體動作腳本資料庫131、一臉部表情資料庫132、一語音信號資料庫133及一燈光信號資料庫134。其中肢體動作腳本資料庫131包含機器人1的至少一運動部件的肢體動作之腳本。該等運動部件可為例如：頭、手、臂、腰、腿等，而根據該腳本所進行的肢體動作可為例如：拍手、揮手、探戈舞步、高興時的肢體語言。臉部表情資料庫132可為機器人1的嘴或是眼睛等運動部件之動作的資料庫。語音信號資料庫133所包含之語音信號可為例如語音命令、關鍵字或是語句等。而燈光信號資料庫134所包含之燈光信號可為代表高興的燈光或是代表悲傷的燈光，但不以此為限。

本案之接收單元11可包含一類比信號接收電路111以及一數位信號接收電路112。本案之接收單元11係藉由類比信號接收電路111或是數位信號接收電路112其中之一來接收聲音信號。類比信號接收電路111可與一麥克風2電性連接。數位信號接收電路112則可以有線網路或是無線網路與一電子裝置3連接。當機器人1欲接收的聲音信號為類比聲音信號，例如：外界環境聲音時，類比信號接收電路111將經由麥克風2來接收該類比聲音信號。反之，當數位信號接收電路112與電子裝置3信號連接時，則由數位信號接收電路112來接收數位聲音信號。至於，電子裝置3所輸入之數位聲音信號可為一數位檔案，例如：MP3、WAV、WMV ，或是包含聲音的視訊檔案，例如：AVI、MP4，但不以此為限。其中，電子裝置3可為但不限為一記憶卡、一雲端硬碟、一可攜式電子裝置，例如：手機等。

本案之執行單元14係與中央控制單元12電性連接，其係因應中央控制單元12之控制而運作，於本實施例中，執行單元14可包含控制電路141、驅動器142、聲音輸出裝置143、顯示器144及燈具145，控制電路141係與驅動器142、聲音輸出裝置143、顯示器144及燈具145電性連接，且驅動器142、聲音輸出裝置143、顯示器144及燈具145係因應該控制電路141的驅動而運作，其中驅動器142可為但不限為一馬達，且聲音輸出裝置143可為但不限為一揚聲器。

請再參與第1圖，本案之中央控制單元12可包含一信號解析電路121以及一指令生成電路122。信號解析電路121係與類比信號接收電路111、數位信號接收電路112、儲存單元13以及指令生成電路122電性連接。信號解析電路121係對類比信號接收電路111或是數位信號接收電路112所提供之聲音信號進行分析，以取得關於該聲音信號之至少一資訊，並根據解析所得之該至少一資訊輸出一動作組合描述檔。指令生成電路122根據該動作組合描述檔至該肢體動作腳本資料庫131中讀取相對應之肢體動作腳本，並根據該肢體動作腳本產生一動作組合指令。另外，接收單元11所接收之該聲音信號係經由中央控制單元12而傳送至執行單元14之聲音輸出裝置143進行播放。

當信號解析電路121接收類比信號接收電路111所輸入之一類比聲音信號時，信號解析電路121對該類比聲音信號進行解析而取得的資訊可為關於該類比聲音信號之音量大小、節奏、旋律及音調其中之一或是其組合，即分析類比聲音信號之振幅，以解析出大小聲，對類比聲音信號進行節奏、旋律及音調辨識，可根據所解析出的音量大小來控制機器人1的動作大小，以及可根據所解析出的節奏來控制機器人1的動作快慢。另外更可對類比聲音信號進行語音辨識，以解析出該類比聲音信號中是否具有語音命令、關鍵字或語句，以及可進行例如情感辨識，以解析出類比聲音信號中的情緒或情感。

反之，當信號解析電路121係接收數位信號接收電路112所輸入之一數位聲音信號時，且該數位聲音信號係為包含一詮釋資料（metadata）(或元資料,metadata)之一數位檔案時，例如：MP3、WAV、WMV，信號解析電路121對該數位檔案進行解析取得的資訊可為關於該數位檔案之音量大小、節奏以及詮釋資料，至於詮釋資料可為關於該數位檔案之歌曲名稱、專輯名稱、歌手、音樂類型或發行年份，使信號解析電路121可根據音量大小的資訊快速地判斷該機器人1的動作大小、節奏資訊則可判斷機器人1的動作快慢，而根據詮釋資料的資訊則可使信號解析電路121輸出一動作組合描述檔。

請再參閱第1圖，當信號解析電路121輸出關於其所接收之聲音信號之動作組合描述檔後，指令生成電路122將根據該動作組合描述檔至該肢體動作腳本資料庫中讀取相對應之肢體動作腳本，並根據該肢體動作腳本產生一動作組合指令，使得執行單元14之控制電路141因應該動作組合指令產生一控制信號，以控制該驅動器142帶動至少一運動部件運作，例如：頭、手、臂、腰、腿等，使該機器人1因應該聲音信號而產生相對應之一肢體動作。

當然，根據該聲音信號之動作組合描述檔，指令生成電路122更可至臉部表情資料庫132中讀取對應之臉部表情，並根據該臉部表情產生一臉部表情指令，使控制電路141因應該臉部表情指令產生一控制信號，以控制該驅動器142帶動該至少一運動部件，例如：嘴、眼睛等運作。

另外，根據該聲音信號之動作組合描述檔，指令生成電路122更可至該燈光信號資料庫134中讀取對應之燈光信號，並根據該燈光信號產生一燈光信號指令，使控制電路141因應該燈光信號指令產生一控制信號，以控制燈具145顯示該燈光信號，例如機器人1回應代表高興的燈光、代表悲傷的燈光，使得機器人1藉由聲音輸出裝置143播放該聲音信號時，機器人1所呈現之肢體動作、臉部表情以及配合的燈光可與該聲音信號互相對應，例如：當接收單元11所接收之聲音信號係為一首輕快的歌曲，經由信號解析電路121的分析與判斷使得機器人1呈現出來的肢體動作為愉快的且臉部表情為高興的，且顯示的燈光亦代表高興的。

再者，根據該聲音信號之動作組合描述檔，指令生成電路122更可至該語音信號資料庫133中讀取對應之語音信號，並根據該語音信號產生一語音信號指令，使控制電路141因應該語音信號指令產生一控制信號，以控制聲音輸出裝置143播放該語音信號，例如：該聲音信號所屬的類型係代表機器人1與使用者之間係進行互動問答類型時，指令生成電路122將至該語音信號資料庫133中讀取回應之語音信號，使機器人1可透過聲音輸出裝置143回答問題。

另外，信號解析電路121對所接收之聲音信號進行解析而取得的資訊更可包含依據一預設波峰門檻值來取得該聲音信號於各時間區間中超過該預設波峰門檻值之各波峰出現的時間點，使得信號解析電路121可根據該資訊，輸出更符合該聲音信號之動作組合描述檔，且使指令生成電路122根據該動作組合描述檔於肢體動作腳本資料庫131中讀取相對應之肢體動作腳本(例如配合各節中取得的各波峰出現的時間點對應地使機器人產生肢體動作)，以使機器人1反應的肢體動作更可符合該聲音信號之節奏律動。

於一些實施例中，可藉由電子裝置3內部之一應用程式(未顯示)，例如：APP，將一附加訊息，例如：行銷或促銷優惠活動的訊息，隨著一數位聲音信號傳送至數位信號接收電路112中，使機器人1播放該數位聲音信號可一併透過顯示器144來顯示該附加訊息。

於另一些實施例中，更可藉由電子裝置3內部之應用程式，例如：APP，將使用者之一個人化設定訊息，例如：我的最愛、我高興時聽的歌，隨著數位聲音信號傳送至數位信號接收電路112中，使機器人1因應該數位聲音信號及該個人化設定訊息產生相對應的回應動作，例如：當一數位聲音信號所搭配傳送之個人化設定訊息係表示該數位聲音信號係為使用者高興時聽的歌，則機器人1播放該數位聲音信號時除了呈現與該數位聲音信號相對應的肢體動作外，更可控制其臉部呈現高興的表情。

另外，本案之機器人1更具有更新功能，能夠讓使用者更新儲存單元13中預設的資料，可於機器人1內部設置一無線通訊模組（未圖示）並藉由該無線通訊模組與遠端服務平台之一雲端硬碟4進行通訊連線，以自動將雲端硬碟4內部所儲存之資料自動下載至儲存單元13中，讓機器人1能夠根據不同的聲音信號做出更有意義的肢體動作，更具有人性化。

請參閱第3圖並配合第2圖，其中第3圖係為藉由第2圖所示之機器人因應不同聲音信號產生相對應肢體動作之較佳對應動作關係圖，如圖所示，當中央控制單元12接收到接收單元11所輸入之聲音信號時，信號解析電路121可即時解析出三種資訊，分別是音量大小聲、節奏以及關於該聲音信號的詮釋資料（metadata），其中音量大小聲可對應到機器人1產生回應動作的大小，辨識出的節奏則是對應到機器人1產生回應動作的快慢，至於聲音信號中的詮釋資料，則可分為三種階層，其中，第一階層是最大的聲音分類，可用以解析該聲音信號之聲音類型，例如演講、說故事、音樂、唱歌、演奏等；第二階層則為次分類，可用以解析如音樂中的曲風分類，例如民謠、爵士、搖滾、古典；而第三階層則為最細的分類，如某一首特定的歌曲，歌手名稱甚至版本，使得信號解析電路121可根據解析所得之資訊來輸出一對應之動作組合描述檔。

以下將舉例說明信號解析電路121根據所取得之詮釋資料而對應編制之動作組合描述檔之動作關係：

1.第一階層:聲音類型

當解析結果代表該聲音信號之聲音類別為：音樂，信號解析電路121所輸出之動作組合描述檔係關於一音樂律動動作組合描述檔，其內含音樂律動的動作描述；

當解析結果代表該聲音信號之聲音類別為：演講，信號解析電路121所輸出之動作組合描述檔係關於一手勢動作組合描述檔，其內含演講時肢體動作的描述；

2.第二階層: 曲風

當第一階層解析結果為音樂且第二階層解析結果代表該聲音信號之曲風為夏威夷草裙舞舞曲，信號解析電路121所輸出之動作組合描述檔係關於一草裙舞動作組合描述檔，其內含草裙舞特色動作描述；

再者，當上述之解析結果代表該聲音信號之曲風為原住民歌曲，信號解析電路121所輸出之動作組合描述檔係關於一原住民舞蹈動作組合描述檔，其內含原住民舞蹈特色動作描述；

當然，本案信號解析電路121可解析之曲風並不侷限於上述之夏威夷草裙舞舞曲或是原住民歌曲亦可為其它各種特色之舞蹈，以使信號解析電路121所輸出之動作組合描述檔更可關於其他各種特色舞蹈之動作組合描述檔；

3.第三階層: 某些特定歌曲

承上述階層，當第三階層解析結果代表該聲音信號係為天鵝湖芭蕾舞的歌曲，則信號解析電路121所輸出之動作組合描述檔係關於天鵝湖芭蕾舞動作組合描述檔，其內含天鵝湖芭蕾舞的各種特色動作；

再者，當解析結果代表該聲音信號係為Michael Jackson的歌曲，則信號解析電路121所輸出之動作組合描述檔係關於Michael Jackson動作組合描述檔，其內含Michael Jackson的各種特色動作。

當關於該聲音信號的三種資訊即時分析完成後，先根據該動作組合描述檔至儲存單元13中找到適合的預編動作，以產生動作組合指令，使執行單元14因應該動作組合指令進行機器人1的動作控制，然後因其節奏調整機器人1的動作快慢，再依其音量大小調整機器人1動作的大小，如此就可以即時的根據所接收到的聲音信號，使機器人1回應出最適合的對應動作。

本案之機器人1能隨著信號解析電路121對所接收之聲音信號解讀分析出的資訊多寡，來輸出對應之動作組合描述檔，以作出不同層次的回應，例如當機器人1對於聲音信號所解析出來之資訊僅包含聲音的音量大小，則機器人1的回應就只會是動作的大小或聲音的大小，如果進一步機器人1對於聲音信號所解析出來之資訊包含聲音信號的節奏，則機器人1做出的回應就可以是隨著聲音信號的快慢節奏做出不同的律動以及回應的動作快慢，若更進一步機器人1對於聲音信號所解析出來之資訊包含聲音信號的類型、曲風或特定歌曲，例如說故事、探戈、華爾滋等，則機器人1做出的肢體動作也會更細膩且更具意義，例如說故事時搭配的肢體動作，聽到探戈舞曲跳探戈舞步等，甚至如果是能分辨出是某一首特定的歌，更可以做出原唱歌手的招牌動作或舞步，因此本案之機器人1在接收到聲音信號後，可達到針對不同的聲音信號做出即時並自主而且有意義的肢體動作、臉部表情、燈光信號及/或語言回應。

綜上所述，本案之具有可因應不同聲音信號產生相對應肢體動作之機器人係藉由信號解析電路對所接收之聲音信號進行分析，以取得關於該聲音信號之至少一資訊，並根據該至少一資訊輸出一動作組合描述檔，該指令生成電路根據該動作組合描述檔至該肢體動作腳本資料庫中讀取相對應之肢體動作腳本，並根據該肢體動作腳本產生一動作組合指令，以控制該驅動器帶動至少一運動部件運作，可達到針對不同的聲音信號做出即時並自主而且有意義的肢體動作的功效，可讓使用者覺得本案之機器人是有生命的，進而產生新鮮及有趣的感覺。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1．．．機器人

11．．．接收單元

111．．．類比信號接收電路

112．．．數位信號接收電路

12．．．中央控制單元

121．．．信號解析電路

122．．．指令生成電路

13．．．儲存單元

131．．．肢體動作腳本資料庫

132．．．臉部表情資料庫

133．．．語音信號資料庫

134．．．燈光信號資料庫

14．．．執行單元

141．．．控制電路

142．．．驅動器

143．．．聲音輸出裝置

144．．．顯示器

145．．．燈具

2．．．麥克風

3．．．電子裝置

4．．．雲端硬碟

1．．．機器人

11．．．接收單元

111．．．類比信號接收電路

112．．．數位信號接收電路

12．．．中央控制單元

121．．．信號解析電路

122．．．指令生成電路

13．．．儲存單元

131．．．肢體動作腳本資料庫

132．．．臉部表情資料庫

133．．．語音信號資料庫

134．．．燈光信號資料庫

14．．．執行單元

141．．．控制電路

142．．．驅動器

143．．．聲音輸出裝置

144．．．顯示器

145．．．燈具

2．．．麥克風

3．．．電子裝置

Claims (11)

1. 一種機器人，至少包含：
   一儲存單元，用以儲存一肢體動作腳本資料庫；
   一接收單元，用以接收一聲音信號；
   一中央控制單元，與該接收單元及該儲存單元電連接，且具有一信號解析電路以及一指令生成電路，其中該信號解析電路係對該聲音信號進行分析，以取得關於該聲音信號之至少一資訊，並根據該至少一資訊輸出一動作組合描述檔，且該指令生成電路根據該動作組合描述檔至該肢體動作腳本資料庫中讀取相對應之肢體動作腳本，使該指令生成電路根據該肢體動作腳本產生一動作組合指令；以及
   一執行單元，具有一控制電路以及一驅動器，該控制電路係與該指令生成電路以及該驅動器電連接，用以因應該動作組合指令產生一控制信號，以控制該驅動器帶動至少一運動部件運作，使該機器人因應該聲音信號而產生相對應之一肢體動作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機器人，其中聲音信號係為一類比聲音信號，且該接收單元係具有一類比信號接收電路，其係藉由一麥克風接收該類比聲音信號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之機器人，其中關於該類比聲音信號之該至少一資訊係為音量大小、節奏、旋律及音調。
4. 如申請專利範圍第1項所述之機器人，其中該聲音信號係為一數位聲音信號，且該接收單元係具有一數位信號接收電路，其係以有線傳輸或是無線傳輸方式接收一電子裝置所傳送之該數位聲音信號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之機器人，其中該數位聲音信號係為一數位檔案，且關於該數位檔案之該資訊係為關於該數位檔案之詮釋資料，該詮釋資料係為歌曲名稱、專輯名稱、歌手、音樂類型或發行年份。
6. 如申請專利範圍第4項所述之機器人，其中該接收單元係隨著該數位聲音信號接收一附加訊息，使該附加訊息於該執行單元之一顯示器中進行播放。
7. 如申請專利範圍第4項所述之機器人，其中該接收單元係隨著該數位聲音信號接收一個人化設定訊息，使該機器人因應該聲音信號及該個人化設定訊息產生相對應之該肢體動作。
8. 如申請專利範圍第1項所述之機器人，其中該儲存單元內部更儲存一臉部表情資料庫，其中該指令生成電路根據該聲音信號之該動作組合描述檔至該臉部表情資料庫中讀取對應之臉部表情，並根據該臉部表情產生一臉部表情指令，使得該控制電路因應該臉部表情指令產生另一控制信號，以控制該驅動器帶動該至少一運動部件運作。
9. 如申請專利範圍第1項所述之機器人，其中該儲存單元內部更儲存一語音信號資料庫，其中該指令生成電路根據該聲音信號之該動作組合描述檔至該語音信號資料庫中讀取對應之語音信號，並根據該語音信號產生一語音信號指令，使得該控制電路因應該語音信號指令產生另一控制信號，以控制該執行單元之一聲音輸出裝置播放該語音信號。
10. 如申請專利範圍第1項所述之機器人，其中該儲存單元內部更儲存一燈光信號資料庫，其中該指令生成電路根據該聲音信號之該動作組合描述檔至該燈光信號資料庫中讀取對應之燈光信號，並根據該燈光信號產生一燈光信號指令，使得該控制電路因應該燈光信號指令產生另一控制信號，以控制該執行單元之一燈具顯示該燈光信號。
11. 如申請專利範圍第1項所述之機器人，其中該信號解析電路係依據一預設波峰門檻值取得該聲音信號於各時間區間中超過該波峰門檻值之各波峰出現的時間點，以取得關於該聲音信號之該至少一資訊，並根據該至少一資訊輸出該動作組合描述檔，且該指令生成電路根據該動作組合描述檔至該肢體動作腳本資料庫中讀取相對應之該肢體動作腳本，俾使該機器人反應之該肢體動作符合該聲音信號之一節奏律動。