基本信息
- 项目名称：
- 具备情感语音交互功能的智能家庭服务机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品将语音情感识别技术和情感语音合成技术应用于智能家庭服务机器人中，使机器人能够自动识别人的语音信号中的情感信息，并合成表情达意的语音。这样，机器人就具备了类似于人类的情感感知及识别能力，必将减少甚至消除人类与计算机之间的隔阂，实现真正意义上的和谐、自然的人机交互。
- 详细介绍：
- 智能家庭服务机器人是现在机器人发展的一个重要方向和专题，同时也是现在国内外研究的热点之一。而且随着智能家居的大力发展，人们对智能设备也有了更多的要求。在日常生活和工作中，人们迫切地希望能够用一种自然的、类似人与人之间交互的方式同机器人进行交流。因此情感语音交互功能对于家庭服务机器人来说具有特别重要的意义。 本作品将语音情感识别技术和情感语音合成技术应用于智能家庭服务机器人中，使机器人能够自动识别人的语音信号中的情感信息，并合成表情达意的语音。这样，机器人就具备了类似于人类的情感感知及识别能力，必将减少甚至消除人类与计算机之间的隔阂，实现真正意义上的和谐、自然的人机交互。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1 研发目的 本作品旨在将语音情感识别技术和情感语音合成技术应用于智能家庭服务机器人中，使机器人能够自动识别人的语音信号中的情感信息，并合成表情达意的语音。这样，机器人就具备了类似于人类的情感感知及识别能力，必将减少甚至消除人类与计算机之间的隔阂，实现真正意义上的和谐、自然的人机交互。 2 基本思路 (1)机器人平台 本项目研发平台采用上海英吉斯公司提供给我院的家庭服务机器人。 (2)情感语音语料库的构建 (3)语音特征的提取 (4)基于条件随机场模型的半监督学习方法的构建 (5)基于PSOLA算法的情感语音合成。 3 技术关键 本发明主要解决在家庭服务机器人平台实现情感语音交互，主要研究技术包括：(1)语音信号的情感自动识别；(2)语音识别与情感语音合成技术。其中语音识别采用成熟的隐马尔可夫模型。本发明的关键技术包括基于条件随机场模型实现语音信号中情感的识别，以及用PSOLA算法合成情感语音。 4 创新点 (1)建立基于条件随机场模型的语音情感识别算法。 (2)将情感语音合成技术应用于机器人系统。 (3)在家庭服务机器人平台实现了人机情感语音的交互。
科学性、先进性
- (1)研发平台先进 上海英集斯自动化技术有限公司是一家专业从事智能机器人、先进制造教育装备设计、研发及生产的高新技术企业。该公司具有很强的研发能力，研发了国内第一款智能服务机器人。基于此，本发明的研发平台选择了该公司提供给我院的智能家庭服务机器人。 (2)所用技术先进 目前，国内外虽有类似的机器人系统出现，但本发明与同类产品相比在所用技术上具有其先进性。 条件随机场模型（Conditional Random Fields, CRFs）是最近提出的一种条件概率模型，很好地解决了HMM和MEMM模型存在的问题，它并不在每一个节点进行归一化，而是所有特征进行全局归一化，因此可以求得全局的最优值。因此在本项目中，基于语音信号的情感分类器，采用CRFs来进行训练。 其次，本发明将情感语音合成技术应用到智能家庭服务机器人平台，使得合成的语音能够表情达意，那么语音合成的质量必将大大提高。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年5月20至22日，在安徽合肥中国科技大学举办的“2011中国首届服务机器人大赛”上，在服务机器人实体比赛四个项目中，获得特定人识别项目一等奖，非限定项目二等奖，自定位与导航项目二等奖和快速跟随项目优秀奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 有偿技术转让
作品可展示的形式
- 图片和视频录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统能够使机器人自动识别人的情感并能与人进行友好的语音交互。它以语音信号作为输入，经系统处理和识别后，转换成相应的动作代码控制机器人，使其执行相应的动作；同时机器人可以生成情感语音进行反馈。 本发明可广泛应用于家教服务、远程教学等。若用于远程教学和婴儿教育，能够及时识别学生的情绪并做出适当的处理，从而提高教学质量。因此，该系统投入市场，将产生良好的经济效益。 预期研究成果可以用于各种机器人平台，将推动情感识别技术的迅速发展，为其提供必要的理论基础，积累相应的关键技术。而且可以提高服务机器人的综合智能水平，从整体上促进智能服务机器人系统的发展。
同类课题研究水平概述
- 我国在服务机器人领域的研发与日本、美国等国家相比起步较晚。1995年清华大学开发了一个七自由度移动式护理机器人，以高位截瘫人员作为护理对象，目标是在无人看护的情况下替患者完成取药、送水、翻书等工作。近年来，在国家863计划的支持下，我国在服务机器人研究和产品研发方面已开展了大量工作，并取得了一定的成绩，如哈尔滨工业大学研制的导游机器人、迎宾机器人、清扫机器人等；华南理工大学研制的机器人护理床；中国科学院自动化研究所研制的智能轮椅等。在教育机器人方面，我国开展了面对大、中小学的机器人竞赛活动，很多企业开发了面向教育的机器人产品。 虽然我国在上世纪90年代中后期就已经开始了服务机器人相关技术的研究，但是我国服务机器人市场从2005年前后才开始初具规模。目前，我国的家用服务机器人主要有吸尘器机器人、教育、娱乐、保安机器人、智能轮椅机器人、智能穿戴机器人、智能玩具机器人，同时还有一批为服务机器人提供核心控制器、传感器和驱动器功能部件的企业。 服务机器人在家庭中的应用是其发展的一个重要方向，势必涉及到智能传感器单元的应用、通信协议接口、无线通信网络等技术，这也是服务机器人技术在广义上的应用，并有可能带动服务机器人在家用领域的产业应用。国内，以海尔和联想牵头成立的网络家电组织都推出了其实施应用的标准和规范，如海尔集团、清华同方、中国网通等发起组建了家庭网络标准产业联盟—e家佳（ITopHome），并由海尔集团推出了“卡萨帝”（Casarte）品牌的U-Home网络家电产品[1]。
