互动教学机器人的运动控制方法与系统技术方案

本发明专利技术提供了互动教学机器人的运动控制方法与系统，其通过采集教学机器人所处环境四周的声音信息，根据声音信息中的声纹特征信息和语义信息，控制教学机器人切换工作状态而实现唤醒，再根据声音信息中的声音强度分布信息，确定用户所处的方位区域以便于拍摄得到环境影像；接着，在环境影像中识别存在的障碍物而确定教学机器人的移动路径，并且指示教学机器人在运动过程中播放相应的语音答复消息，这样能够保证教学机器人在用户的语音控制下能够及时准确地跟随用户，以及快速与用户进行语音互动，从而提高教学机器人与学生互动过程中的运动灵活性以及改善教学机器人与学生的互动智能化和自动化程度。动智能化和自动化程度。动智能化和自动化程度。

【技术实现步骤摘要】
互动教学机器人的运动控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及智能教学机器人控制的
，特别涉及互动教学机器人的运动控制方法与系统。

技术介绍

[0002]教学机器人能够与学生进行语音互动，并且还能够在语音互动过程中进行不同类型知识的教学，这样能够将教学与娱乐互动有机结合在一起。现有的教学机器人通常具有单一的语音互动功能，其无法有效地与学生进行动作上的互动，即教学机器人无法根据学生的语音指令运动至学生所处位置的附近区域，同时教学机器人也无法在运动过程中进行有效准确的障碍物躲避，这不提高教学机器人与学生互动过程中的运动灵活性以及无法改善教学机器人与学生的互动智能化和自动化程度。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供互动教学机器人的运动控制方法与系统，其采集教学机器人所处环境四周的声音信息；分析声音信息后得到声音信息对应的声纹特征信息、语义信息和声音强度分布信息；再根据声纹特征信息和语义信息，控制教学机器人进行工作状态切换；根据声音强度分布信息，确定在教学机器人所处环境中用户与教学机器人的相对方位；再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.互动教学机器人的运动控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤S1，采集教学机器人所处环境四周的声音信息；分析所述声音信息后得到所述声音信息对应的声纹特征信息、语义信息和声音强度分布信息；再根据所述声纹特征信息和所述语义信息，控制教学机器人进行工作状态切换；步骤S2，根据所述声音强度分布信息，确定在教学机器人所处环境中用户与教学机器人的相对方位；再根据所述相对方位，对用户所处的方位区域进行拍摄，从而得到相应的环境影像；步骤S3，分析所述环境影像，确定教学机器人与用户之间的空间区域中障碍物存在状态；根据所述障碍物存在状态，确定教学机器人运动至用户所处位置的移动路径；并在教学机器人沿所述移动路径运动的过程中，指示教学机器人针对所述语义信息，向用户反馈相应的语音答复消息。2.如权利要求1所述的互动教学机器人的运动控制方法，其特征在于：在所述步骤S1中，采集教学机器人所处环境四周的声音信息；分析所述声音信息后得到所述声音信息对应的声纹特征信息、语义信息和声音强度分布信息；再根据所述声纹特征信息和所述语义信息，控制教学机器人进行工作状态切换；具体包括：步骤S101，利用麦克风阵列扫描收集教学机器人自身所处环境四周方向的声音信息；并对所述声音信息进行卡尔曼滤波处理，从而剔除所述声音信息包含的背景噪声；步骤S102，对所述声音信息进行声纹识别，从而提取得到所述声音信息包含的声纹特征信息；对所述声音信息进行语义识别，从而提取得到所述声音信息对应的语义信息；对所述声音信息进行声音强度波形分析，从而提取得到所述声音信息包含的声音强度波峰分布；步骤S103，将所述声纹特征信息与预先存储的所述用户的实际声纹特征进行比对；若两者不相同，则控制教学机器人维持处于休眠状态；若两者相同，则将所述语义信息与预先存储的语义关键词进行比对；若所述语义信息不包含所述语义关键词，则控制教学机器人维持处于休眠状态；若所述语义信息包含所述语义关键词，则控制教学机器人从休眠状态切换至正常工作状态。3.如权利要求2所述的互动教学机器人的运动控制方法，其特征在于：在所述步骤S2中，根据所述声音强度分布信息，确定在教学机器人所处环境中用户与教学机器人的相对方位；再根据所述相对方位，对用户所处的方位区域进行拍摄，从而得到相应的环境影像具体包括：步骤S201，分析所述声音强度分布信息，从而获得对应的声音强度波形分布；从所述声音强度波形分布中提取具有最大幅值的声音强度波峰，并确定具有最大幅值的声音强度波峰出现时、对教学机器人自身所处环境进行声音信息扫描收集对应的空间方位，从而将所述空间方位作为在教学机器人所处环境中用户与教学机器人的相对方位；步骤S202，将所述空间方位进行预设倍数的空间方位角扩展后作为用户所处的方位区域，对所述用户所处的方位区域进行扫描拍摄，从而获得相应的环境影像。4.如权利要求3所述的互动教学机器人的运动控制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，分析所述环境影像，确定教学机器人与用户之间的空间区域中障碍物存在状态；根据所述障碍物存在状态，确定教学机器人运动至用户所处位置的移动路径；
并在教学机器人沿所述移动路径运动的过程中，指示教学机器人针对所述语义信息，向用户反馈相应的语音答复消息具体包括：步骤S301，将所述环境影像转换为灰度化环境影像，并从所述灰度化环境影像中提取相应的影像像素轮廓信息；再根据所述影像像素轮廓信息，确定教学机器人与用户之间的空间区域存在的障碍物位置和障碍物尺寸；步骤S302，根据障碍物位置和障碍物尺寸，在教学机器人与用户之间的空间区域确定能够容纳教学机器人运动的连续移动路径，从而使教学机器人能够沿所述连续移动路径运动至用户所处位置；步骤S303，从预设应答语音数据库中选择与所述语义信息向匹配的语音答复消息；并在教学机器人沿所述连续移动路径运动的过程中，以变化的音量重复播放所述语音答复消息，其中所述变化的音量是指当教学机器人在运动过程中越接近用户，对应的音量越小。5.如权利要求4所述的互动教学机器人的运动控制方法，其特征在于：在所述步骤S301中，根据所述影像像素轮廓信息，确定教学机器人与用户之间的空间区域存在的障碍物位置和障碍物尺寸具体包括：步骤S3011，根据所述影像像素轮廓信息，分析教学机器人与用户之间的空间区域内的所有像素点是否为所述影像像素轮廓内部的点，进而确定是否为属于障碍物的像素点，并在所述教学机器人与用户之间的空间区域内对障碍物的所有像素点进行标注，从而确定障碍物位置，具体为，利用下面公式(1)，根据所述影像像素轮廓信息，确定教学机器人与用户之间的空间区域存在障碍物位置，在上述公式(1)中，A
a
表示教学机器人与用户之间的空间区域内的第a个像素点是否属于障碍物的像素点的判定值，当A
a
＝1时，表示第a个像素点属于障碍物的像素点并对第a个像素点进行标注，从而确定障碍物位置，当A
a
＝0时，表示第a个像素点不属于障碍物的像素点并不对第a个像素点进行标注，(X
a
,Y
a
)表示教学机器人与用户之间的空间区域内的第a个像素点的坐标值，(X
i
,Y
i
)表示影像像素轮廓中第i个轮廓点的坐标值，X
imin
表示影像像素轮廓中所有轮廓点的最小横坐标值，X
imax
表示影像像素轮廓中所有轮廓点的最大横坐标值，Y
imin
表示影像像素轮廓中所有轮廓点的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，
申请(专利权)人：上海松鼠课堂人工智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：