一种基于智能语音控制的协作机器人系统

一种基于智能语音控制的协作机器人系
统
摘要：协作机器人作为一种新兴的机器人解决了人和机器人不能在同一空间同时作业的问题, 在智能制造领域得到了迅猛发展。

原有的依靠人难以完成的复杂操作, 现在能够由人和机器人协作中完成, 大大减少了人工成本及劳动强度。

在传统的工业机器人控制系统中常用按钮、指示灯、触摸屏等进行交互，对于人与机器人协作的工作方式带来不便。

基于语音识别的人机交互方式是人类进行信息交换的一种最便捷、最普遍、最自然的方式。

本文提出一种基于离线智能语音控制的协作机器人系统，可以有效的解放操作人员的双手和双眼，并且能够大幅度提高控制的范围和便利性。

关键词：协作机器人；智能语音；离线；无线；
中图分类号：文献标识码：A 文章编号：
引言
就目前来看, 协作机器人是当前工业机器人研究重点课题, 协作机器人的智能化、互动性功能也将会成为提升工业生产建设管理水平的关键所在。

据相关研究人员分析协作机器人市场将会呈现出迅猛发展趋势。

同时, 协作机器人将依据不同工作需求及运行环境特征, 进入更具协同性的工作状态。

人机协作实现了机器人技术的协作性，强调了机器人工作的主动性及智能化。

人与机器人为完成某项工作共同合作，确保机器人在工作时处于协调状态，降低错误率。

人机协作机器人更能适应现代化的工作环境，保证各项机器人工作的顺利进行，机器人在人机协作的作用下更加注重其适应性，实现了工作环境与机器人的相互统一。

1、协作机器人的工作优势
协作机器人与传统工业机器人相比有着明显不同，传统工业机器人是固定安
装的，而协作机器人是手动可调整或可移动安装的，传统工业机器人具备围栏隔
离设计，协作机器人需与人类共处，此类不同说明了人机协作机器人有着一定的
工作优势，主要包括：1）感知力优势，人机协作机器人能主动感应周围的环境，以环境为主做出动作反馈，在服务的过程中预防危险发生，控制运行动作的启停，具有较强的保护作用；2）友好性优势，人机协作机器人工作时与人接触时间长，再加上其不具备围护，在友好性设计中就要做到表层光滑、平整，连接位置不能
有缝隙，不能造成夹伤、撞伤的问题。

3）人机互动，人机协作机器人与人之间
有着更紧密的交流和联系，他们之间可以根据不同的信息传递方式进行交流。

2、协作机器人的应用
协作机器人在应用中首先要注意机器人参与人工操作的交互性。

协作机器人
可以按照指令完成各项操作，使人机协作机器人能够适应不同的任务，提高机器
人的工作效率，协作机器人工作的过程里，机器人现场完成示教的动作，强调动
态服务与操作的优势，简化了协作的应用；然后是协作机器人设计在传感设计方
面的应用，机器人实际的运行工作时，视觉传感、力觉传感都是重要的条件，现
代科学技术作用下的人机协作机器人合理运用传感设计；最后协作机器人在应用
时会定期组织内置软件的更新操作，协作机器人与智能手机相似，也需要升级软件，实现了程序的更新、升级，以免内部程序落后。

3、智能语音识别技术
语音识别技术指系统能根据人类说话的语句或命令做出相应的反应。

当声音
通过一个转换装置输入计算机内部并以数字方式存储后，语音识别程序便开始以
所输入的声音样本与事先储存好的声音样本进行对比。

对比完成后计算机会算出
多个最匹配、最接近的声音样本序号，这样就可以知道所输入的声音是什么意思，进而执行相应命令。

目前智能语音识别技术比较成熟，并逐步在商用和民用领域
实现应用，在工业作业场景中也在进行积极的应用探索。

4、协作机器人的应用
一般自动化控制方式需要操控人员通过按钮、指示灯、蜂鸣器、触摸屏等进行人机信息交互和操作，这需要操作人员时刻关注人机交互界面。

但在人机协作工作模式中明显区别于上述控制方式，人机协作工作中人同时具备两种属性，一是作为工作者，需要通过双手或手持工具实现作业，二是作为操控者，需要根据工作过程需要对机器下达执行动作的命令。

人机协作机器人作为一种能够实现复杂的与人配合工作的机器人系统，需要能够识别更复杂的控制命令和实现更便捷的控制方式。

通过对上述人机协作机器人的控制需求和模式分析，提出一种通过智能语音控制的协作机器人系统，通过将智能语音控制技术与人机协作机器人应用系统进行有效的集成，开发一种能够解放操作者双手，解放控制位置限制，使人机协作过程更紧密，整体工作效率更高的智能人机协作系统。

5、系统总体设计
智能语音控制的人机协作机器人系统设计充分考虑解放操作者双手，以语音作为信息交互形式，并考虑工作现场噪音与控制距离等因素采用无线麦克风作为控制接口，提高语音控制系统的抗噪能力与语音识别能力，并减少系统接线，提高系统整体灵活性。

图1 智能语音控制协作机器人控制系统框架
6、系统详细设计
采用大族Elfin六轴协作机器人系统，以XNT-8738-16RELAY作为语音控制核心器件，并配备具有高抗噪、高传输速的无线麦克风。

形成高集成度的语音控制系统。

大族Elfin六轴协作机器人系统外设支持16路数字输入，16路数字输出；2路模拟输入；2路模拟输出；8路安全I/O；通讯支持TCP/IP、Modbus。

XNT-8738-16RELAY是使用了XNT-8738设计的一款集成16路继电器模块，在离线状态下实现了动态声源定位、波束形成等算法，语音控制距离10米，抗噪能力70db。

耳挂式UHF无线麦克风接收端通过集成优化可以与XNT-8738-16RELAY板接口兼容，方便的实现了无线语音传输功能。

图2 智能语音控制协作机器人控制系统结构图
7、软件设计
具有语音识别、语音播放的智能语音控制系统，其写数据过程由上位机专用编程软件进行程序编辑，通过串口连接线将语音控制程序和配置信息下载到XNT-8738-16RELAY中；其语音识别与处理输出过程由无线麦克风采集到的语音信息传送接收器K1中加以识别处理，接收器处理过的音频信号传送到XNT-8738主控器中，主控器根据输入的音频信号匹配出最佳词组或语句，并以此为索引主控制器操作相应引脚电平，配合控制模块电路实现对协作机器人的控制，达到语音控制与语音反馈的目的。

9结论
基于智能语音控制的人机协调机器人辅助装配系统，有效的解放了工作人员的双手，通过语音交互的控制协调过程更符合人类合作习惯，使人、机协作实现有机的结合。

不仅提高了人机协同工作的效率，而且使人机协作模式更加智能化、人性化。

本文进行对智能语音技术在人机协调机器人上的应用只是进行了初步探索，智能语音控制的人机协调机器人系统的应用还有很大的拓展空间，集成度的进一步优化和提高会带来更广阔的应用场景，创造更大的应用效益。

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