一種多功能交互機器人設計

華南理工大學廣州學院機器人工程學院 胡尚源 徐 婧 廖育濤 董文杰 徐 坤

隨著社會的發展和技術的創新，越來越多的交互技術運用到了日常生活里。本文將多一款機器人的功能做闡述。首先介紹其語音交互的原理，并介紹其實現在線語音交互的代碼模塊，以及仿真效果。其次介紹其界面交互的原理及流程，然后介紹這款機器人的外觀設計，最后對機器人的總體功能進行總結并作未來交互技術發展的展望。

隨著社會的發展和技術的創新，越來越多的交互技術運用到了日常生活里。大到國家軍事，小到養老及孩童教育，交互技術通過各種各樣的方式得到了運用。在我們生活中運用最為廣泛的就是交互機器人。交互機器人是指通過一些人機交互技術與人類指令端進行交互的終端機器人，其交互形式多種多樣：通過輸入語音來獲得人們想要的答案的語音交互；通過網頁查找或者文字對話的界面交互；以及類似手機點擊觸控的觸控交互。此外還有基于傳統的硬件設備的交互、基于動作識別的交互和基于眼動追蹤的交互。

我們通過網上查閱相關文獻，參考市面上成熟的語音交互系統來做此主題。此多功能交互系統研究門檻低，成本低，如果批量生產的話利潤較高，我們對本產品的定位為以語音交互和界面交互為核心，為通過不同外形的制作，可作為學校迎新機器人，兒童語音交互玩具，資料查閱器等。

其中語音交互和界面交互技術的應用更為普遍，本文介紹的這款機器人將這兩種技術結合在一起，并運用到校園迎新的特定場景中去。

1 語音交互

1.1 語音交互的原理

語音交互（VUI）指的是人類與設備通過自然語音進行信息的傳遞。一次完整的語音交互需要經歷ASR→NLP→Skill→TTS的流程（如圖1所示）。

用戶輸入語音由設備的麥克風接收，然后用ASR對語音進行分析，得到對應的文字或拼音信息。將其以文本的形式做NLP處理，即自然語言處理。將用戶的語言轉換成為機器能夠理解的語言，并提取關鍵詞（即用戶意圖）接著通過編寫的代碼調用出與關鍵詞最為匹配的回答，這些回答在之前就已經編寫好，即語音庫。最后將調取出來的回答文本合成為語音并輸出。

1.2 語音交互程序模塊

在在線語音交互的程序編寫中，需要調用到網上現有的語音庫，現今網絡上都有許許多多公司都提供免費的在線語音庫，如科大訊飛、百度、圖靈機器人等。在這些語音庫的免費開放程度以及代碼實現的難易度上，這款機器人就選擇了圖靈機器人的在線語音庫，以下就介紹基于python語言來調用在線圖靈語音庫。

首先是用input_recofd中的record()函數，錄入用戶說的一句話，并且保存成.wav文件；其次用recognition_speech中的voice2text()函數，它可以將.wav的音頻文件識別成文字，也就是語音識別，這樣就可以把用戶想要問的問題轉換成文字；然后用request庫的post()函數和json模塊來獲取圖靈機器人網址以及參數，以及用戶的問題；之后就是獲取圖靈機器人的回復，把得到的答案返回給jsrobot1，再把中文的答案，用compound_speech中的text2voice（）函數合成語音；最后再調用output_redio中的speak（）函數將合成的語音給播放出來，一個流程下來就完成了在線語音交互。

圖1 語音處理流程圖

圖2 語音交互在指令窗口端運行

圖3 網頁界面

1.3 仿真效果

在在線語音交互這一塊，目前的功能可以實現一些問題的解答，它的回答方式是以語音的形式回答，除此之外還可以實現跳轉到網頁、可以打開某個文件。

語音交互是通過人與電腦的交流互動，可以更快捷的幫助我們解決一些事，比如有什么問題，可能傳統的方法是查尋百度來搜索答案，而語音交互可以實現人類把問題以語音的方法告訴接收設備，通過一系列的語言處理得到答案，此機器人的仿結果如圖2所示。

2 界面交互

界面交互原理及實現效果：

界面交互在我們生活中可以說是最常用的交互技術，網頁、手機APP、工業操作面板，以及各式各樣的投影搭載界面的互動游戲都可以歸屬于界面式的交互。本機器人作為一款迎新機器人，擁有界面交互功能可事半功倍。新生可點擊機器人頭上的平板來選擇自己想了解的信息，如了解學校內各學院的情況，某些社團的簡介即招新信息等。以下將對此款機器人的交互技術及實現效果進行介紹。

出于對代碼簡潔性以及實現的簡易性的考慮，界面的交互采用了網頁的形式，首先使用ps進行界面設計，在界面的頂端加入了水墨的元素，搭配著我校的徽標。之后用HTML5與CSS進行編程設計網頁鏈接的布局。效果展現如圖3所示。

3 總結及展望

在未來，多功能交互技術將會越來越頻繁地出現在各種數字產品中，此機器人可塑性很強，用戶可以根據自身的需求通過交互界面選擇自己想要了解的內容。多功能交互應用于許多場景之中，如幼兒早教、迎賓介紹、場景向導等等。在本交互機器人制作的流程及情況，方便日后做參考性研究。