TWI735168B - 語音控制機器人 - Google Patents

Abstract

一種語音控制機器人包含一掃描模組、一判斷模組、一分析模組與一控制模組。掃描模組具有一掃描範圍，用以掃描出一對應掃描範圍的掃描資訊。判斷模組用以接收並判斷掃描資訊，並在判斷出掃描範圍內存在一面對語音控制機器人的使用者時，產生一分析啟動信號。分析模組用以在接收到分析啟動信號後，接收並分析一音頻信號，並在判斷出音頻信號為使用者所說出一喚醒詞之一喚醒詞信號，產生一語音啟動信號。控制模組用以在接收到語音啟動信號時，控制語音控制機器人開啟一語音模式。

Description

語音控制機器人

本發明係有關於一種機器人，尤其是指一種語音控制機器人。

隨著科技的進步，機器人已經應用於越來越多的行業與領域，像是餐廳、銀行、飯店、工廠、倉儲等。先前技術中的機器人，大部分仍須仰賴由使用者手動輸入指令，部分可以藉由使用者利用語音指令的方式進行控制。

先前技術中的語音控制機器人，需要一直分析所屬環境的音頻信號，藉以判定該些音頻信號中是否存在使用者說出的語音指令。然而，此舉卻可能造成語音控制機器人不斷耗費資源分析可能完全不相關的音頻信號，例如所屬環境的人的聊天聲，進而造成語音控制機器人的蓄電電能無謂的浪費。因此，先前技術中的語音控制機器人具有改善的空間。

有鑒於在先前技術中，語音控制機器人需要一直分析所屬環境的音頻信號，造成占用資源、浪費蓄電電能及其衍伸出的種種問題。本發明之一主要目的係提供一種語音控制機器人，藉以解決先前技術中的至少一個問題。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為提供一種語音控制機器人，包含一掃描模組、一判斷模組、一分析模組與一控制模組。

掃描模組具有一掃描範圍，用以掃描出一對應掃描範圍之掃描資訊。判斷模組電性連接掃描模組，用以接收並判斷掃描資訊，並在判斷出掃描範圍內存在一面對語音控制機器人之使用者時，產生一分析啟動信號。分析模組電性連接判斷模組，用以在接收到分析啟動信號後，接收並分析一音頻信號，並在判斷出音頻信號為使用者所說出一喚醒詞之一喚醒詞信號時，產生一語音啟動信號。控制模組電性連接分析模組，用以在接收到語音啟動信號時，控制語音控制機器人開啟一語音模式。其中，語音控制機器人在語音模式下，係依據使用者說出之一語音指令，執行相對應語音指令之一指令工作。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使語音控制機器人中之判斷模組，係包含一小腿形狀判斷單元，小腿形狀判斷單元係用以在判斷出掃描資訊中存在二彼此相鄰、形狀相同且強度值一致的類半圓弧形時，判斷掃描範圍內存在面對語音控制機器人之使用者。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使語音控制機器人中之判斷模組，更包含一距離估算單元，距離估算單元電性連接小腿形狀判斷單元，用以利用二類半圓弧形計算使用者與語音控制機器人之一目前距離。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使語音控制機器人中之判斷模組，更包含一信號判斷單元，信號判斷單元電性連接距離估算單元，用以接收目前距離，並在判斷出目前距離小於一設定距離時，產生分析啟動信號。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使語音控制機器人中之分析模組包含一錄製單元，錄製單元用以在接收到分析啟動信號時，錄製一預設時間之音頻信號。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使語音控制機器人中之分析模組，更包含一頻率分析單元，頻率分析單元電性連接錄製單元，用以接收並比對音頻信號與喚醒詞信號，並在比對出音頻信號符合喚醒詞信號時，判斷出使用者說出喚醒詞。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使語音控制機器人中之分析模組，更包含一觸發單元，觸發單元電性連接錄製單元與頻率分析單元，並在判斷出音頻信號中之一語音頻率達到喚醒詞信號之一觸發頻率時，藉由頻率分析單元比對音頻信號與喚醒詞信號。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使語音控制機器人中之分析模組，更包含一間隔音頻設置單元，間隔音頻設置單元電性連接錄製單元與頻率分析單元，用以在音頻信號中插入複數個頻率實質為零之間隔音頻，並藉由頻率分析單元比對插入該些間隔音頻後之一修飾音頻信號與喚醒詞信號。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使語音控制機器人中之掃描模組，係包含一雷射掃描單元，且雷射掃描單元用以掃描出對應掃描範圍之掃描資訊。

承上所述，本發明所提供之語音控制機器人，利用判斷模組先判斷是否有面對語音控制機器人的使用者，再利用分析模組進一步分析使用者是否說出喚醒詞，經由上述兩個模組確認後，才由控制模組開啟語音模式，相較於先前技術，本發明可以不用一直分析音頻信號占用運算資源以及耗費蓄電電能。此外，判斷模組更可以進一步判斷使用者是否在設定距離內，且分析模組也可以進一步判斷音頻信號是否有達到觸發頻率，才進行喚醒詞信號與音頻信號的分析，藉以確保使用者確實是面對語音控制機器人且說出喚醒詞後，才開啟語音模式。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參閱第一圖與第二圖，其中，第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之語音控制機器人之方塊圖；以及，第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之語音控制機器人之分析模組之分析流程圖。如圖所示，一種語音控制機器人1包含一掃描模組11、一判斷模組12、一分析模組13與一控制模組14。

掃描模組11具有一掃描範圍，用以掃描出一對應掃描範圍的掃描資訊。在本實施例中，掃描模組11包含一雷射掃描單元111。雷射掃描單元111用以掃描出上述掃描資訊。

判斷模組12電性連接掃描模組11，用以接收並判斷掃描資訊，並在判斷出掃描範圍內存在一面對語音控制機器人1的使用者時，產生一分析啟動信號。

在本實施例中，判斷模組12包含一小腿形狀判斷單元121、一距離估算單元122與一信號判斷單元123。

分析模組13電性連接判斷模組12，用以在接收到分析啟動信號後，接收並分析一音頻信號，並在判斷出音頻信號為使用者所說出一喚醒詞的一喚醒詞信號時，產生一語音啟動信號。

在本實施例中，分析模組13包含一錄製單元131、一頻率分析單元132、一觸發單元133與一間隔音頻設置單元134。

分析模組13在接收到分析啟動信號後到產生語音啟動信號之前，包含以下步驟S101至S104。

步驟S101：錄製單元131錄製音頻信號。

錄製單元131會錄製一段預設時間的音頻信號，預設時間可能為4秒、5秒、10秒不等。一般來說，音頻信號的來源為掃描範圍的人聲，可能為喚醒詞，也可能為與喚醒詞無關的人聲，例如：聊天的聲音。

步驟S102：頻率分析單元132接收並分析音頻信號。

步驟S103：頻率分析單元132比對音頻信號是否符合喚醒詞信號。

頻率分析單元132會比對音頻信號與喚醒詞信號。實務上，頻率分析單元132會利用傅立葉轉換，將時域的分貝轉換成頻域的分貝，並進行頻率的比對。當頻率分析單元132比對出音頻信號的頻率與喚醒詞信號相同時，便判斷出音頻信號為使用者所說出的喚醒詞。

步驟S104：分析模組13產生語音啟動信號

控制模組14電性連接分析模組13，用以在接收到語音啟動信號時，控制語音控制機器人1開啟一語音模式。其中，語音控制機器人1在語音模式下，會依據使用者所輸出的一語音指令，執行相對應的一指令工作。

接著，請一併參閱第一圖至第八圖，其中，第三圖係顯示本發明所提供之語音控制機器人之一掃描示意圖；第四圖係顯示第三圖之掃描資訊示意圖；第五圖係顯示本發明所提供之語音控制機器人之另一掃描示意圖；第六圖係顯示第五圖之掃描資訊示意圖；第七圖係顯示本發明所提供之語音控制機器人之分析模組分析音頻信號之示意圖；第八圖係顯示本發明所提供之語音控制機器人之分析模組分析音頻信號之另一示意圖。

掃描模組11具有掃描範圍AS，並掃瞄出對應掃描範圍AS的掃描資訊IS。判斷模組12則會判斷掃描範圍AS是否存在一個面對語音控制機器人1的使用者。

小腿形狀判斷單元121會判斷掃描資訊IS中是否存在二彼此相鄰、形狀相同且強度值一致的類半圓弧形，藉以判斷掃描範圍AS的使用者是否面對語音控制機器人1。

在第三圖中，一使用者U1在掃描範圍AS並未面對語音控制機器人1，而是側身。因此，掃描模組11掃描出來的掃描資訊IS會如第四圖所示。第四圖的掃描資訊IS中雖然存在兩個類半圓弧形S1、S2，但是類半圓弧形S1、S2不相鄰且形狀也不相同。因此，小腿形狀判斷單元121會判斷出掃描範圍AS的使用者U1並沒有面對語音控制機器人1，故判斷模組12不會進一步產生分析啟動信號。

更詳細的說明，掃描模組11實際設置的高度大致對準人類的小腿，因此，掃描資訊IS的類半圓弧形S1實際是對應使用者U1的一右小腿R1，掃描資訊IS類半圓弧形S2實際是對應使用者U1的一左小腿L1。因為使用者U1向右側身，左小腿L1離語音控制機器人1較近，因此，掃描資訊IS中的類半圓弧形S2相較於類半圓弧形S1也會離語音控制機器人1較近。再者，使用者U1的左腳是用腳尖著地，掃描模組11實際掃描到左小腿L1的位置會比掃描到右小腿R1的位置更下面，也就是比較靠近左腳踝。因此，掃描資訊IS中的類半圓弧形S2的形狀也會比類半圓弧形S1來得小。

此外，因為右小腿R1與掃描模組11之間的距離和左小腿L1與掃描模組11之間的距離並不相同，且掃描到的位置也不相同，故在掃描資訊IS中，類半圓弧形S1與類半圓弧形S2的強度值也不會相同。

在第五圖中，一使用者U2在掃描範圍AS是面對語音控制機器人1。因此，掃描模組11掃描出來的掃描資訊IS會如第六圖所示。第六圖的掃描資訊IS中也存在兩個類半圓弧形S3、S4，其中，類半圓弧形S3對應到對應使用者U2的一右小腿R2，類半圓弧形S4則是對應到對應使用者U2的一左小腿L2。

因為小腿形狀判斷單元121判斷出類半圓弧形S3與類半圓弧形S4彼此相鄰、形狀相同且強度值一致，故判斷出掃描範圍AS的使用者U2是正面對語音控制機器人1。此時，判斷模組12會進一步產生分析啟動信號。因此，本發明可以藉由判斷模組12做第一階段的判斷，可以避免像先前技術一樣需要一直分析所屬環境的音頻信號，進而占用語音控制機器人1的運算資源。

較佳者，距離估算單元122會利用類半圓弧形S3與類半圓弧形S4，計算出使用者U2與語音控制機器人1之間的一目前距離D。舉例來說，距離估算單元122可以利用類半圓弧形S3所存在的一區塊B1以及類半圓弧形S4所存在的一區塊B2，計算出區塊B1與區塊B2之間的一個中心點P，並利用中心點P代表使用者U2的位置，但不以此為限。距離估算單元122也可以利用計算類半圓弧形S3、S4的曲率，進而計算出兩者的圓心，並將兩者的圓心連線中點定義為使用者U2的位置。

信號判斷單元123電性連接距離估算單元122，並在判斷出目前距離D小於一設定距離時，判斷模組12才會產生分析啟動信號。實務上，設定距離可為2米、1米、50公分等，藉以避免因為一個面對語音控制機器人1實際上卻離語音控制機器人1很遠的使用者，觸發判斷模組12產生分析啟動信號。一般來說，人與人之間說話的距離通常是在2米內，同理，想要利用語音去控制機器人，應該是在2米的範圍內說出語音指令。因此，判斷模組12除了可以判斷使用者是否正面對語音控制機器人1，還可以進一步判斷使用者是否確實離語音控制機器人1很近。

分析模組13在接收到分析啟動信號後，才會進一步接收並分析一音頻信號SS，即步驟S101至步驟S104。

較佳者，觸發單元133電性連接錄製單元131與頻率分析單元132，並在音頻信號SS中的一語音頻率達到喚醒詞信號中的一觸發頻率TF時，才會藉由頻率分析單元132比對音頻信號與喚醒詞信號。

較佳者，間隔音頻設置單元134電性連接錄製單元131與頻率分析單元132，用以在音頻信號SS中，插入複數個頻率實質為零的間隔音頻。

舉例來說，音頻信號SS包含複數個音頻區塊SS1、SS2、SS3、SS4，音頻區塊SS1、SS2、SS3、SS4對應到使用者U2所說出的文字。因為每個人說話的速率不同，因此音頻區塊SS1、SS2、SS3、SS4有可能不會如第七圖所示區分的如此明顯。為了避免頻率分析單元132因為使用者U2的話速過快造成分析上的誤判，間隔音頻設置單元134會在每個音頻區塊SS1、SS2、SS3、SS4的前後各設置一個間隔音頻。如第八圖所示，間隔音頻設置單元134在音頻區塊SS2的前後設置一間隔音頻SP1與一間隔音頻SP2，實務上，間隔音頻SP1的時間約為0.2秒。當音頻信號SS設置複數個間隔音頻後，便形成一修飾音頻信號，頻率分析單元132便會去分析修飾音頻信號。

在分析模組13判斷出音頻信號符合喚醒詞信號時，就表示使用者U2說出喚醒詞，便會產生語音啟動信號。控制模組14在接收到語音啟動信號時，便會控制語音控制機器人1開啟語音模式。

請參閱第九圖與第十圖，其中，第九圖係顯示本發明較佳實施例所提供之語音控制機器人執行一指令工作之示意圖；以及，第十圖係顯示本發明較佳實施例所提供之語音控制機器人執行另一指令工作之示意圖。如圖所示，語音控制機器人1進入語音模式。

在第九圖中，使用者U2說出一語音指令O1，其中，語音指令O1為一送餐指令。語音控制機器人1便會分析語音指令O1，確認出語音指令O1為送餐指令時，便會執行相對應的指令工作，也就是移動去送餐。

在第十圖中，使用者U2說出一語音指令O2，其中，語音指令O2為一對話指令。語音控制機器人1便會分析語音指令O2，確認出語音指令O1為對話指令時，便會執行相對應的指令工作，也就是回應使用者U2所說的話。

綜上所述，本發明所提供之語音控制機器人，利用判斷模組先判斷是否有面對語音控制機器人的使用者，再利用分析模組進一步分析使用者是否說出喚醒詞，經由上述兩個模組確認後，才由控制模組開啟語音模式，相較於先前技術，本發明可以不用一直分析音頻信號占用運算資源以及耗費蓄電電能。此外，判斷模組更可以進一步判斷使用者是否在設定距離內，且分析模組也可以進一步判斷音頻信號是否有達到觸發頻率，才進行喚醒詞信號與音頻信號的分析，藉以確保使用者確實是面對語音控制機器人且說出喚醒詞後，才開啟語音模式。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1:語音控制機器人

11:掃描模組

111:雷射掃描單元

12:判斷模組

121:小腿形狀判斷單元

122:距離估算單元

123:信號判斷單元

13:分析模組

131:錄製單元

132:頻率分析單元

133:觸發單元

134:間隔音頻設置單元

14:控制模組

AS:掃描範圍

B1,B2:區塊

D:目前距離

IS:掃描資訊

L1,L2:左小腿

O1,O2:語音指令

P:中心點

R1,R2:右小腿

S1,S2,S3,S4:類半圓弧形

SP1,SP2:間隔音頻

SS:音頻信號

SS1,SS2,SS3,SS4:音頻區塊

TF:觸發頻率

U1,U2:使用者

第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之語音控制機器人之方塊圖； 第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之語音控制機器人之分析模組之分析流程圖； 第三圖係顯示本發明所提供之語音控制機器人之一掃描示意圖； 第四圖係顯示第三圖之掃描資訊示意圖； 第五圖係顯示本發明所提供之語音控制機器人之另一掃描示意圖； 第六圖係顯示第五圖之掃描資訊示意圖； 第七圖係顯示本發明所提供之語音控制機器人之分析模組分析音頻信號之示意圖； 第八圖係顯示本發明所提供之語音控制機器人之分析模組分析音頻信號之另一示意圖； 第九圖係顯示本發明較佳實施例所提供之語音控制機器人執行一指令工作之示意圖；以及 第十圖係顯示本發明較佳實施例所提供之語音控制機器人執行另一指令工作之示意圖。

1:語音控制機器人

11:掃描模組

111:雷射掃描單元

12:判斷模組

121:小腿形狀判斷單元

122:距離估算單元

123:信號判斷單元

13:分析模組

131:錄製單元

132:頻率分析單元

133:觸發單元

134:間隔音頻設置單元

14:控制模組

Claims (8)

1. 一種語音控制機器人，包含：一掃描模組，係具有一掃描範圍，用以掃描出一對應該掃描範圍之掃描資訊；一判斷模組，係電性連接該掃描模組，用以接收並判斷該掃描資訊，包含一小腿形狀判斷單元，該小腿形狀判斷單元係用以在判斷出該掃描資訊中存在二彼此相鄰、形狀相同且強度值一致的類半圓弧形時，判斷該掃描範圍內存在一面對該語音控制機器人之使用者，並在判斷出該掃描範圍內存在該面對該語音控制機器人之使用者時，產生一分析啟動信號；一分析模組，係電性連接該判斷模組，用以在接收到該分析啟動信號後，接收並分析一音頻信號，並在判斷出該音頻信號為該使用者所說出一喚醒詞之一喚醒詞信號時，產生一語音啟動信號；以及一控制模組，係電性連接該分析模組，用以在接收到該語音啟動信號時，控制該語音控制機器人開啟一語音模式；其中，該語音控制機器人在該語音模式下，係依據該使用者說出之一語音指令，執行相對應該語音指令之一指令工作。
2. 如請求項1所述之語音控制機器人，其中，該判斷模組更包含一距離估算單元，該距離估算單元係電性連接該小腿形狀判斷單元，用以利用該二類半 圓弧形計算該使用者與該語音控制機器人之一目前距離。
3. 如請求項2所述之語音控制機器人，其中，該判斷模組更包含一信號判斷單元，該信號判斷單元係電性連接該距離估算單元，用以接收該目前距離，並在判斷出該目前距離小於一設定距離時，產生該分析啟動信號。
4. 如請求項1所述之語音控制機器人，其中，該分析模組包含一錄製單元，該錄製單元係用以在接收到該分析啟動信號時，錄製一預設時間之該音頻信號。
5. 如請求項4所述之語音控制機器人，其中，該分析模組更包含一頻率分析單元，該頻率分析單元係電性連接該錄製單元，用以接收並比對該音頻信號與該喚醒詞信號，並在比對出該音頻信號符合該喚醒詞信號時，判斷出該使用者係說出該喚醒詞。
6. 如請求項5所述之語音控制機器人，其中，該分析模組更包含一觸發單元，該觸發單元係電性連接該錄製單元與該頻率分析單元，並在判斷出該音頻信號中之一語音頻率達到該喚醒詞信號之一觸發頻率時，藉由該頻率分析單元比對該音頻信號與該喚醒詞信 號。
7. 如請求項5所述之語音控制機器人，其中，該分析模組更包含一間隔音頻設置單元，該間隔音頻設置單元係電性連接該錄製單元與該頻率分析單元，用以在該音頻信號中插入複數個頻率實質為零之間隔音頻，並藉由該頻率分析單元比對插入該些間隔音頻後之一修飾音頻信號與該喚醒詞信號。
8. 如請求項1所述之語音控制機器人，其中，該掃描模組包含一雷射掃描單元，且該雷射掃描單元係用以掃描出對應該掃描範圍之該掃描資訊。

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