摘 要

人机交互一直以来是人们研究的重要课题，人们希望能和机器人更好地互动，以满足人们在生活中的各种需求，从而促进社会更好更快地发展。人机交互中人们最想要的方式当然是能够直接进行语音交互，通过机器人操作系统（ROS）能够让人们更加方便与机器人建立联系，因此本文的研究课题是基于ROS的人机语音交互。

（1）本文首先研究了ROS的基本组成结构和基础知识，在了解各部分功能后确定了本文中要用到的基本功能包。

（2）然后研究了语音识别的基本原理，了解了机器人在进行语音识别时的基本过程。结合ROS中的语音识别功能包，实现简单机器人的语音识别，把语音消息转换成文本的形式，达到分辨出语音内容的目的。

（3）经过对基础知识的研究和学习后，根据ROS中的结构设计出可靠的系统，实现了简单的语音控制机器人和人机语音交互。

本次毕业设计实现的只是简单的人机交互内容，是人机交互的基础部分，更复杂的人机交互是在这个基础上实现的，要做到更深层次的人机交互还需要进一步的学习和探索。

关键词：机器人操作系统；语音识别；语音控制；人机语音交互

Abstract

Human –robot interaction plays an important role in human’s topic fields, we hope we can interact with robots in better way so that robots can meet all kinds of demands that we need and promote a huge progress in human society. The best way of human-computer interaction that we hope must be on the voice directly, though ROS we can establish contact with robots easily, so the research of this article is man-machine interaction though voice based on ROS.

(1) The article makes a simple introduction to the basic structure and knowledge of ROS firstly, after have a knowledge about the function of each part, which part of function package must be used could found.

(2) Then reviewed the basic principle of speech recognition, understand the basic process of robot voice recognition. Combine with speech recognition technology on ROS, robots can identify what we say and transform the contents of the speech into the form text, so that robots can distinguish the meaning of our words.

(3) After the study the basic knowledge, a reliable system can be designed, in this way a simple function can be realized in voice control the robot and man-machine voice interaction.

The content of this research is just a simple human-robot interaction, but it also the foundation of the human-robot interaction part, on which the more complex human-robot interaction can complete, we need further study and explore to complete deeper interaction.

Key words: robot operating system; speech recognition; voice control; man-machine conversation

目 录

摘 要 i

Abstract ii

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 ROS简介 1

1.3 人机交互研究现状综述 2

1.4 研究内容和意义 3

1.4.1 研究内容 3

1.4.2 研究意义 3

第2章 相关技术基础 4

2.1 引言 4

2.2 ROS基础知识 4

2.3 语音识别原理 5

2.4 本文中用到的ROS包 7

第3章 语音控制机器人的实现 11

3.1引言 11

3.2基于ROS的语音控制 11

3.3仿真测试 13

3.4结果分析 15

第4章 机器人语音交互的实现 17

4.1引言 17

4.2基于ROS的语音对话过程 17

4.3仿真测试 18

4.4结果分析 20

第5章 总结和展望 22

5.1 全文工作总结 22

5.2 未来研究展望 22

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 引言

随着科技的发展，人们的生活水平逐渐提高，各方面需求也在不断提高。在这个过程中虽然机器人得到了人们的偏爱，但是传统的机器人只能通过按键或者摇杆之类的硬件才能进行操控，已经渐渐不能满足人们日益增长的需求。人们希望能在没有直接的肢体接触的情况下控制机器人，让机器人去完成一些人们想要的工作，在这种前提下语音控制机器人既可以实现人们的愿望，而且传达意思的准确度也会有一定保证。

随着机器人领域的飞速发展，提出了一种基于ROS的人机交互系统。这种人机交互系统以开源机器人操作系统ROS为基础，通过对语音语义的识别，实现操作人员和机器人之间进行语言交流和操作人员通过语音对机器人进行远程控制。这种人机交互系统可以更好地让机器人服务人类，极大扩广了人机交互的方式，让机器人能和人类进行语音交流，对提高人类的生活水平具有重大意义。同时这种人机交互系统使人类能通过语音对机器人进行远程控制，解放了人类的双手，使人工智能更好地服务于人类^[1]。

本次毕业设计是在ROS的基础上进行简单的人机交互。对linux操作系统进行系统的学习，在此基础上学习ROS，了解ROS的基本功能和用法，然后学习ROS上机器人的运作原理，运用学过编程的基本知识，把ROS上的多个处理模块连接起来，让消息在每个模块之间传递，实现本次毕业设计需要实现的功能。

1.2 ROS简介

随着机器人增长的规模和范围不断增长，为机器人编写软件变得越来越困难。不同型号的机器人的硬件也截然不同，人类视角里看来微不足道的差别在机器人视角里可能因为环境和任务的差异而变成很大的问题，这就会导致代码复用和机器人功能模块化变得困难。另外操控机器人需要庞大规模的代码，因为它必须包含一个从驱动层程序和持续感知层到一直往上的深堆栈。这里需要的专业知识的广大远远超过了任何一个开发者的能力范围。为了迎接这些挑战，许多机器人开发者都建立了各种框架来解决其中的复杂度和灵活性，其中2010年Willow Garage公司发布了开源机器人操作系统ROS（robot operating system），这个机器人操作系统强调大规模整合机器人研究，在这个在机器人系统变得越来越复杂时在各种情况下的用处会变得越来越强大。正是由于这些特点ROS给予了从事机器人领域的开发者极大的便利，因此在机器人领域很快掀起了学习和研究ROS的热潮^[2]。