基于嵌入式语音模块的移动机器人智能运动控制系统 【技术领域】
本发明涉及通用的移动机器人语音控制系统，特别涉及基于嵌入式语音模块的移动机器人智能运动控制系统。
背景技术
传统的具有语音功能的机器人见图1所示。这种系统直接由语音接收装置把获得的语音信号输入中央处理器，由中央处理器通过语音识别输出回答的内容，完成简单的人机对话功能。这种系统有三个根本的缺点：一是对语音的处理停留在人机语音对话的基础上，没有把语音信号的处理与整个系统的控制结合在一起，因此无法充分利用语音信号这一重要的外界智能信息来源，因此，机器人地语音功能比较单一；二是这种系统把语音信号直接输入到中央处理器进行处理，严重占用了中央处理器的运算资源，降低了中央处理器对语音信号处理的速度，损害了整个系统的实时性。三是这种结构缺乏模块化的思想，使得中央处理器的负担过重，任务过于繁杂，不能集中最主要的资源处理最重要的综合协调、整体调度的事务。总之，传统的具有语音功能的机器人没有独立的处理语音的DSP，并且没有将语音信号和移动机器人控制很好的结合，同时缺乏模块化的体系结构。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种基于嵌入式语音模块的移动机器人智能运动控制系统。
为实现上述目的，一种基于嵌入式语音模块的移动机器人智能运动控制系统，包括：
中央控制器，用于与语音模块的交互通信和运动伺服控制器通讯；
运动伺服控制器，用于运动机构的控制和运动信息的反馈；
语音模块，用于处理与语音有关的事务。
本发明采用了模块化的体系结构，语音模块独立处理几乎跟语音相关的所有事务，为中央处理器节省了大量的硬件资源并分担了繁重的任务，增强了移动机器人系统对外界语音信号响应的实时性。
【附图说明】
图1是传统的具有语音功能的机器人的部分结构框图；
图2是本发明基于嵌入式语音驱动的移动机器人的部分结构框图。
【具体实施方式】
如图2所示，本发明与纯粹基于中央处理器的语音处理系统的不同之处主要在于两点：
首先，增加了语音控制子系统，用于把语音信号和移动机器人的运动控制结合起来。此语音控制子系统不仅识别语音指令并将其处理后信息传递给中央处理器，而且可以从中央处理器接收控制信号，控制语音模块的行为，具有双向特性。
其次，增加了语音处理DSP系统，包括快速的DSP处理单元和大容量的内存单元。此DSP系统独立处理与语音相关的事务，使得整个移动机器人系统在语音处理的词汇量、识别率、识别速度和响应速度等方面都有很大程度的提高。因此也增强了整个系统的运行速度和效率。
如图2所示，基于嵌入式语音驱动的移动机器人的智能运动控制系统主要有三个部分组成：语音模块，中央处理器和运动伺服控制器。其中，语音模块负责处理与语音相关的几乎所有事务，包括语音信号与控制信息的转换、较大词汇量的语音识别、语音录入和语音输出、人机对话、与中央处理器通讯等任务；中央处理器除负责总体调度以及与其它模块进行通讯控制以外，还负责与语音模块的交互通讯和与运动伺服控制器的通讯；运动伺服控制器负责运动机构的控制和运动信息的反馈。语音模块包括了两个子系统，即语音控制子系统和人机对话子系统。语音控制子系统一方面负责将由人机对话子系统传递来的语音信号进行语音识别，并把识别得到的信息发给人机对话子系统，同时把此信息转换成控制的信号传递给中央控制处理器；另一方面，语音控制子系统负责接收中央控制处理器传来的信号，并将此信号传递给人机对话子系统。人机对话子系统也负责两项事务：一方面负责接收外界传来的语音信号，把它传递给语音控制子系统，并把语音控制子系统传来的识别后的信息进行相应的处理，做出对外界的语音回答；另一方面把中央控制处理器经过语音控制子系统传递过来的控制信息翻译成语音信息，把此信息处理后用语音的方式告之外界。总之，语音控制子系统负责语音识别和与内部通讯，而人机对话子系统负责与外界进行通讯。
本发明拓展了移动机器人智能运动控制的功能范围。系统将语音识别技术融入到了移动机器人运动控制中，使得机器人不仅可以进行人机语音交互，而且更重要的是可以结合外界的语音信号感知环境和规划自己的动作，完成避障和路径规划的任务及其他服务功能。其次，加快了系统的处理速度和拓宽了机器人的语音应用场合。本发明把数字信号处理(DSP)技术应用到了移动机器人的语音模块当中，独立的完成与语音相关的事务，如语音识别、语音交互和语音信息的传递等，同时还担负了把语音信息和控制信息进行转换和传递的任务。独立的DSP语音处理系统几乎负责全部语音事务，利用它强大安全的数字信号处理能力和快速的运算速度，以及其完成与语音相关事务的实时处理，进一步提高了整个系统的运行速度和效率。同时，DSP语音处理系统中应用了大容量的Flash内存，使得可处理语音的词汇量大大增加，从而拓宽了移动机器人应用得语音场合。语音处理的融入和DSP处理模块的引入完善了移动机器人的语音智能和控制智能功能，增加了移动机器人的运动控制的方式，拓展了移动机器人应用的领域范围。同时，本发明所采用的模块化结构使得系统结构清晰简单，便于维护和拓展新的功能。用户可以根据自已的需要灵活配置系统，在本系统基础上开发别的模块系统，完成本系统不具有的功能。
实施例
在实施例中，本发明系统采用的核心DSP语音模块是美国德州仪器公司(TI)的TMS320VC54X，本实例使用最大为1M-16bit的FLASH内存。中央控制处理器采用带插入式CAN总线通讯适配卡的ANVANTECHPCM-3680嵌入式工控机PCI04。当移动机器人运动时，人可以通过无线麦克风向其发出语音命令或提出语音问题与其交谈，移动机器人利用无线麦克接收器接收语音命令并传递给语音模块的人机交互子系统，人机交互子系统把语音信号传递给语音控制子系统，语音控制子系统进行语音识别，并把识别结果处理后传递给人机交互子系统和中央控制处理器。人机交互子系统把识别结果再处理后通过语音发送装置发出语音响应，实现人机对话。中央控制处理器则把由语音控制子系统传递来的信息进行处理，融合其他模块传来的信息，进行路径规划和导航、避障等任务。其他模块将自身运动参数反馈给中央控制处理器，中央处理器处理这些反馈信息后，发给语音控制子系统控制信号。语音控制子系统接到此信号后，进行简单的处理并传递给人机交互子系统。人机交互子系统把这些信号翻译成语音信号，并通过语音发送装置发送出去。从而实现了语音交互、语音与运动控制结合，继而实现了基于语音的移动机器人的智能控制、避障、运动规划。