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1、智能机器人语音控制系统的设计摘要语音识别技术是当今世界的研究热点之一，一直受到学术界和企业的普遍关注，语音识别技术的应用对于智能机器人的实用化会取到巨大的作用。同时，通过智能机器人这一平台，也可以更好的研究语音技术的实用化问题，从而使之得到更广泛的运用。本系统的设计的目的就是为了方便人机交互，论文首先介绍了智能机器人语音识别技术的发展历程，并分析了影响机器人语音识别的主要因素。然后详细介绍了语音识别的原理以及在语音信号处理过程中采用的分析方法和技术。接着介绍了芯片SPCE061A单片机的特点，并以此芯片为主控芯片建立起了语音控制系统的硬件结构，并编写了相应的程序。最后，通过对系统进行了调试和仿
2、真得出结论：该机器人采用语音识别对机器人进行控制，可以完成向前走、倒退、左转、右转、停止、发射等功能。关键字：SPCE061A单片机；机器人；语音识别；调试和仿真 THE DESIGN OF SPEECH-CONTROLLEDINTELLIGENT ROBOT SYSTEMABSTRACTSpeech recognition technology is one of the focus of todays world, has been the general concern of academia and business.Speech recognition technology for
3、intelligent robots will be practical to take a great role. Meanwhile, the intelligent robot platform can better study the practical problems speech technology, thus making it more widely used.The purpose of this design is to facilitate human-computer interaction. First the paper introduces the devel
4、opment process of the intelligent robot voice recognition technology, and analyzes the impact of the main factors to the robot speech recognition. Then it introduces the principle of speech recognition and speech signal processing methods and techniques used in analysis. And then it describes the ch
5、aracteristics of the chip microcomputer SPCE061A, and to establish a voice control system hardware structure of this system,compiled the corresponding program. Finally, the system was debugged and simulated.The conclusion is that the robot speech recognition to control the robot can be done forward,
6、 backward, turn left, turn right, stop, firing and other functions.Key word : SPCE061A MCU；robotics；peech recognition；debugging and simulation目录1 绪论11.1 课题研究背景11.2 智能机器人概述及现状21.2.1 智能机器人概述21.2.2 智能机器人发展方向31.3 语音识别技术的概述51.4 语音识别的发展历史51.4.1 国外研究历史及现状51.4.2 国内研究历史及现状71.5 语音识别技术的前景和应用71.6 影响智能机器人语音识别系统设
7、计的主要因素81.7 论文主要研究内容92 语音识别原理和设计采用方案102.1 语音识别的分类102.2 语音识别基本原理102.3 语音信号预处理112.4 特征量的提取122.4.1 线性预测分析132.4.2 倒谱分析152.5 模式匹配及模型训练技术152.6 本设计选用的方案162.6.1 系统采用的芯片162.6.2 系统采用的语音识别算法173 智能机器人语音控制系统硬件电路设计193.1 设计总体方案193.2 SPCE061A单片机的主要特点203.3 电源模块213.4 MIC输入模块223.5 语音输出模块233.6 超声波传感模块233.7 通信模块243.8 机器人
8、动作模块254 智能机器人语音控制系统软件设计274.1 设计总体方案274.2 语音识别模块294.3 语音训练模块304.4 语音播放模块314.5 机器人动作模块325 系统调试及仿真335.1 系统调试335.1.1 硬件调试335.1.2 软件调试335.2系统仿真345.3 结论35参考文献36致谢37附录 设计源程序38附件：附件1 开题报告（文件综述）附件2 译文及原件影印件1 绪论1.1 课题研究背景随着现代科学技术和计算机技术的发展，人们在与计器的信息交流中，需要一种更加方便、自然的方式。语言是人类最重要、最有效、最常用的和最方便的通信形式。这很容易让人想到能否用自然语言代
9、替传统的人机叫交流方式，如键盘、鼠标等，人机自然语音对话就意味着机器应具有听觉，能听懂人类的口头语言，这就是语音识别的功能。语音识别是语音信号处理的重要研究方向之一，控制论创始人维纳在1950年曾指出：“通常，我们把语音仅仅看作人与人之间的通信手段，但是，要使人向机器，机器向人以及机器讲话，那也是完全办得到的”。语音是语言信息的载体，语音识别的基本任务是将输入的语音转化为相应的语言代码。这样，不仅使存储或传输这样的语言代码时的数码率比起存储或传输原来有语音信号来大幅降低，而且还在于它把一种连续的语音信号变成一种有限符号，这样的符号容易被计算机理解其含义，并且便于与人类交流，因而语音识别得到十分
10、广泛的应用。 随着计算机技术、模式识别和信号处理技术及声学技术等的发展，使得能满足各种需要的语音识别系统的实现成为可能。近二三十年来，语音识别在工作、军事、交通、医学、民用诸方面，特别是在计算机、信息处理、通信与电子系统、自动控制等领域中有着广泛的应用。当今，语音识别产品在人机交互应用中己经占到越来越大的比例。近年来，随着消费类电子产品对低成本、高稳健性的语音识别芯片的需求快速增加。使得语音识别系统大量地从PC机转移到嵌入式设备中。通过研究者的不断努力，现在嵌入式非特定人语音识别系统识别精度己经达到85%以上，而对特定人语音识别系线的识别精度就更高了。嵌入式语音识别系统与PC机的语音识别系统相
11、比，虽然其运算速度和存储容量有限，但它具有自己的一些特点。首先，除语音识别功能外。为了有一个友好的人机界面和对识别正确与否的验证，该系统还具备语音提示及语音回放功能其次，嵌入式语音识别系统多为实时系统。即当用户说完待识别的词条后，系统立即完成识别功能洋右乐回应。最后，嵌入式语音识别系统具有体积小。可靠性高、耗电省、投入少、价格低廉并且便携性好。可支持移动作业等优点。这是嵌入式语音识别系统与PC机的语音识别系统相比最大的优势，嵌入式语音识别系统的优点使得其应用的领城十分广泛。从研究现状来看，作为语音识别的标志性技术，无限词汇量、非特定人、连续语音识别系统在比较安静环境下，对于比较正式的书面语言已
12、经达到了相当高的使用程度，在限定环境下还能达到更好的效果，我们仍要进一步提高识别系统对不同环境、不同说话人和不太说话内容的稳健性。语音识别技术主要包含几个方面：语音控制、电子发声、连续语音识别、非连续语音识别和语音学习。目前主要是在支持中英文混合识别问题上，存在一些障碍，同时在识别大量词汇和个别发音方面还很难做到准确。作为语音识别技术新方向的语音学习，它则要求人模仿标准发音，其面临的困难是如何衡量人的好坏。1.2 智能机器人概述及现状1.2.1 智能机器人概述我们从广泛意义上理解所谓的智能机器人，它给人的最深刻的印象是一个独特的进行自我控制的“活物”。其实，这个自控“活物”的主要器官并没有像真
13、正的人那样微妙而复杂。智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。我们称这种机器人为自控机器人，以便使它同前面谈到的机器人区分开来。它是控制论产生的结果，控制论主张这样的事实：生命和非生命有目的的行为在很多方面是一致的。正像一个智能机器人制造者所说的，机器人是一种系统的功能描述，这种系统过去只能从生命细胞生长的结果中得到，现在它们已经成了我们自己能够制造的东西了。 智能机器人能够理解人类语言，用人类语言同操作者对话，在它自身的“意识”中
14、单独形成了一种使它得以“生存”的外界环境实际情况的详尽模式。它能分析出现的情况，能调整自己的动作以达到操作者所提出的全部要求，能拟定所希望的动作，并在信息不充分的情况下和环境迅速变化的条件下完成这些动作。当然，要它和我们人类思维一模一样，这是不可能办到的。不过，仍然有人试图建立计算机能够理解的某种“微观世界”。比如维诺格勒在麻省理工学院人工智能实验室里制作的机器人。这个机器试图完全学会玩积木：积木的排列、移动和几何图案结构，达到一个小孩子的程度。这个机器人能独自行走和拿起一定的物品，能“看到”东西并分析看到的东西，能服从指令并用人类语言回答问题。更重要的是它具有“理解”能力。为此，有人曾经在一
15、次人工智能学术会议上说过，不到十年，我们把电子计算机的智力提高了10倍；如维诺格勒所指出的，计算机具有明显的人工智能成分。机器人现在已被广泛地用于生产和生活的许多领域,按其拥有智能的水平可以分为三个层次。 一是工业机器人,它只能死板地按照人给它规定的程序工作,不管外界条件有何变化,自己都不能对程序也就是对所做的工作作相应的调整。如果要改变机器人所做的工作,必须由人对程序作相应的改变,因此它是毫无智能的。 二是初级智能机器人。它和工业机器人不一样,具有象人那样的感受,识别,推理和判断能力。可以根据外界条件的变化,在一定范围内自行修改程序,也就是它能适应外界条件变化对自己怎样作相应调整。不过,修改程的原则由人预先给以规定。这种初级智
