基于机器人操作系统ROS的人机交互方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机器人操作系统ROS的人机交互方法，解决了现有人机交互方法适用面不广，通用性不强和不能满足机器人功能拓展需求的问题。本发明专利技术的步骤包括：(1)安装系统；(2)创建人机交互库；(3)初始化分类器；(4)获取文字信息；(5)对文字信息进行语义分析；(6)机器人服务功能节点响应请求。本发明专利技术通过创建常问问答FAQ库、实时性问题库、机器人控制指令库，提高了人机交互方法的适用面，通过采用语义分析，使得人机交互方法具有更强的通用性，更加适应人们日常的语言表达习惯，通过使用机器人操作系统ROS，满足机器人功能的拓展性。

【技术实现步骤摘要】
基于机器人操作系统ROS的人机交互方法
本专利技术属于物理
，特别涉及人机智能交互
中的一种基于机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)的人机交互方法。本专利技术可用于人与机器人之间的语音问答交互，以及通过语音控制机器人。
技术介绍
在智能人机交互
，语音作为一种直接、方便的途径，在人与机器人交互时扮演着十分重要的角色。通过语音实现人机交互，可以使得机器人能理解人们的意愿，并尽可能准确地满足人们的需求。江西洪都航空工业集团有限责任公司在其申请的专利文献“一种智能服务机器人语音交互方法”(公开号：CN104392720A，申请号：CN201410704830，申请日：2014年12月01日)中公开了一种智能服务机器人根据本地语音问答语句表来回答人们的提问，以及反馈天气、新闻等实时性信息的方法。该方法采用存储于机器人的本地语音问答语句表来实现人与机器人之间的包括食物、笑话、历史以及音乐等多个不同领域的问答交流，而对于人们提出的实时性信息问题，比如天气查询、新闻查阅等，则是采用网上爬取的方式获得对应的回答内容。为了适应同一种问题的不同提问方式，该专利技术为同一种问题提供了多种不同提问方式的模板。该方法存在的不足之处是，首先，所提出的方法通过匹配人们的提问与本地语音问答语句表中的问题模板来获取对应的回答内容，对于不属于语音问答语句表中的提问，机器人则只能回答通用内容，这使得该方法通用性不强。其次，所提出的方法只适用于人与智能服务机器人之间的语音问答交互，而不能实现人们通过语音控制机器人的能力，方法功能单一，可拓展性差。王文，赵群飞，朱特浩在其发表的“人-服务机器人交互中自然语言理解研究”(MicrocomputerApplicationsVol.31,No.3,2015)论文中提出了一种通过语音的方式命令服务机器人控制家用电器、播放音乐、打电话或发送电子邮件的方法。该方法根据机器人所支持的功能，设计了一套控制指令体系，通过把语音识别模块的识别结果与控制指令体系匹配来命令机器人应该做什么。该方法存在的不足之处是，只适用于通过语音控制机器人，未涉及到人与服务机器人之间的日常聊天交流功能，人机交互能力不强。此外用户语音输入必须遵循设定的控制指令模式，方法的适用面窄，不能适应人们日常的说话习惯。综上所述，虽然现有方法都可以实现通过语音与机器人交互，但方法的适用面往往较窄，并且不能很好的适应机器人功能的拓展需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述已有技术的不足，提出了基于机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)的人机交互方法，以扩展人机交互方法的适用面，满足机器人功能的拓展需求。本专利技术通过建立常问问答FAQ(FrequentlyAskedQuestion)库、实时性问题库、机器人控制指令库，方便库内容的修改、增添和删减管理；利用常问问答FAQ(FrequentlyAskedQuestion)库、实时性问题库、机器人控制指令库训练贝叶斯分类器，采用贝叶斯分布器将从语音识别功能获取的文字信息划分为上述三种库中的某一类，然后再进行语义分析，提高了语义分析时的运算速度；采用机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)，实现机器人各个功能之间的信息传输，满足机器人功能的拓展需求。为实现本专利技术的目的，需要在微型主机中安装机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)，并定义机器人各个功能之间传输的信息格式；在微型主机中建立人机交互时所需的常问问答FAQ(FrequentlyAskedQuestion)库、实时性问题库、机器人控制指令库，并利用常问问答FAQ(FrequentlyAskedQuestion)库、实时性问题库、机器人控制指令库训练贝叶斯分类；采用贝叶斯分类器将从语音识别功能获取的文字信息划分为常问问答FAQ(FrequentlyAskedQuestion)库、实时性问题库、机器人控制指令库中的某一类。实现本专利技术目的的具体步骤如下：(1)安装系统：在微型主机中安装机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)；(2)创建人机交互库：在微型主机中创建人机交互所需的常问问答FAQ(FrequentlyAskedQuestion)库、实时性问题库、机器人控制指令库；(3)初始化分类器：利用常问问答FAQ(FrequentlyAskedQuestion)库中的所有问题、实时性问题库中的所有问题、机器人控制指令库中的所有指令训练贝叶斯分类器，完成分类器初始化；(4)获取文字信息：将机器人外置麦克风采集的语音信息识别为文字信息，将识别的文字信息发送到贝叶斯分类器；(5)对文字信息进行语义分析：(5a)利用中文分词方法，对贝叶斯分类器接收到的文字信息进行分词、停用词去除处理，收集处理后的文字信息包含的词语，得到文字信息词语集；(5b)依照贝叶斯分类词表中词语的顺序，将文字信息词语集中每个词语在贝叶斯分类词表中出现的次数组成一维向量；利用贝叶斯分类器计算一维向量属于常问问答FAQ(FrequentlyAskedQuestion)库、实时性问题库、机器人控制指令库的概率值，选取最大概率值对应的类别库，作为文字信息所属类别库；(5c)利用相似度计算方法，分别计算文字信息与其所属类别库中每个问题、指令信息的语义相似度值，从中选取语义相似度值最大的问题、指令信息；(5d)采用机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)提供的服务Service通信方式，将文字信息和选取的问题、指令信息以请求的形式发送至机器人服务功能节点；(6)机器人服务功能节点响应请求：机器人服务功能节点采用机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)提供的服务Service通信方式，响应客户Client的请求，为客户Client提供服务。本专利技术与现有技术相比较具有如下的优点：第一，本专利技术通过使用创建的常问问答库、实时性问题库、机器人控制指令库，进行人机交互库的分开增添、删减和修改管理，克服了现有技术方法的适用面窄，只适用于人与智能服务机器人之间的语音问答交互，而不能实现通过语音控制机器人的不足，使得本专利技术在人机交互时具有更广的适用面，提高了人机交互方法的适用范围。第二，本专利技术通过采用语义分析，对从用户语音中识别出的文字信息进行处理，理解用户使用机器人时的意愿需求，克服了现有技术方法对于不属于语音问答语句表中的提问，机器人只能回答通用内容，用户语音输入必须遵循设定的模式的不足，使得本专利技术提高了机器人接收信息的内容范围，更加适应人们日常的语言表达习惯，人机交互时具有更强的通用性。第三，本专利技术采用机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)，由于机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)是一种分布式的进程框架，使得执行程序可以独立设计、松散地、实时地组织起来，使用机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)可以独立开发、调试和优化人机交互时各个部分，并且具有后期功能拓展能力强的特点，克服了现有技术方法功能拓展性差的不足，使得本专利技术能更好的满足机器人功能拓展的需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机器人操作系统ROS的人机交互方法，包括如下步骤：(1)安装系统：在微型主机中安装机器人操作系统ROS；(2)创建人机交互库：在微型主机中创建人机交互所需的常问问答FAQ库、实时性问题库、机器人控制指令库；(3)初始化分类器：利用常问问答FAQ库中的所有问题、实时性问题库中的所有问题、机器人控制指令库中的所有指令训练贝叶斯分类器，完成分类器初始化；(4)获取文字信息：将机器人外置麦克风采集的语音信息识别为文字信息，将识别的文字信息发送到贝叶斯分类器；(5)对文字信息进行语义分析：(5a)利用中文分词方法，对贝叶斯分类器接收到的文字信息进行分词、停用词去除处理，收集处理后的文字信息包含的词语，得到文字信息词语集；(5b)依照贝叶斯分类词表中词语的顺序，将文字信息词语集中每个词语在贝叶斯分类词表中出现的次数组成一维向量；利用贝叶斯分类器计算一维向量属于常问问答FAQ库、实时性问题库、机器人控制指令库的概率值，选取最大概率值对应的类别库，作为文字信息所属类别库；(5c)利用相似度计算方法，分别计算文字信息与其所属类别库中每个问题、指令信息的语义相似度值，从中选取语义相似度值最大的问题、指令信息；(5d)采用机器人操作系统ROS提供的服务Service通信方式，将文字信息和选取的问题、指令信息以请求的形式发送至机器人服务功能节点；(6)机器人服务功能节点响应请求：机器人服务功能节点采用机器人操作系统ROS提供的服务Service通信方式，响应客户Client的请求，为客户Client提供服务。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器人操作系统ROS的人机交互方法，包括如下步骤：(1)安装系统：在微型主机中安装机器人操作系统ROS；(2)创建人机交互库：在微型主机中创建人机交互所需的常问问答FAQ库、实时性问题库、机器人控制指令库；(3)初始化分类器：利用常问问答FAQ库中的所有问题、实时性问题库中的所有问题、机器人控制指令库中的所有指令训练贝叶斯分类器，完成分类器初始化；(4)获取文字信息：将机器人外置麦克风采集的语音信息识别为文字信息，将识别的文字信息发送到贝叶斯分类器；(5)对文字信息进行语义分析：(5a)利用中文分词方法，对贝叶斯分类器接收到的文字信息进行分词、停用词去除处理，收集处理后的文字信息包含的词语，得到文字信息词语集；(5b)依照贝叶斯分类词表中词语的顺序，将文字信息词语集中每个词语在贝叶斯分类词表中出现的次数组成一维向量；利用贝叶斯分类器计算一维向量属于常问问答FAQ库、实时性问题库、机器人控制指令库的概率值，选取最大概率值对应的类别库，作为文字信息所属类别库；(5c)利用相似度计算方法，分别计算文字信息与其所属类别库中每个问题、指令信息的语义相似度值，从中选取语义相似度值最大的问题、指令信息；(5d)采用机器人操作系统ROS提供的服务Service通信方式，将文字信息和选取的问题、指令信息以请求的形式发送至机器人服务功能节点；(6)机器人服务功能节点响应请求：机器人服务功能节点采用机器人操作系统ROS提供的服务Service通信方式，响应客户Client的请求，为客户Client提供服务。2.根据权利要求1所述的基于机器人操作系统ROS的人机交互方法，其特征在于，步骤(2)中所述的常问问答FAQ库是指，通过采用上下罗列“常问问题+常问问题答案”内容的形式编写的人机交互时有固定回答内容的日常交流问题。3.根据权利要求1所述的基于机器人操作系统ROS的人机交互方...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙岳，张文艺，李颖，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61