[发明专利]动物机器人系统的语音导航系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及动物机器人的控制方法，尤其涉及动物机器人系统的语音导航系统及方法。

背景技术

“动物机器人”也称为“生物机器人”，它是指行为或动作可控的动物。一般从动物的感觉传入和神经支配入手，实现对动物的运动和某些行为的人工可控。在自然环境中，传统的机械的机器人有很多不足的地方，比如稳定性和保持平衡的能力、对环境的应变能力以及需要消耗并不断补充大量的电能。而动物机器人能够很好的克服这些缺点，因此在最近十几年得到了广泛而深入的研究。

1997年，Holzer和Shimoyama等共同研制了世界上第一个基于电刺激的以蟑螂为载体的动物机器人系统。2002年美国纽约州立大学医学中心的Chapin教授等发现通过在大鼠脑部的体感皮层和内侧前脑束植入电极，并给予适当的电刺激，可以控制实验动物按照人所设想的路径行走。2006年山东科技大学苏学成教授团队利用电刺激的方法，实现了大鼠机器人的原型，并随后以家鸽为载体实现了对动物机器人鸟的飞行控制。2007年浙江大学求是高等研究院郑筱祥教授等，利用电刺激的方式，进一步实现了控制大鼠穿越三维障碍物等复杂的动作；随后他们还发现了一种通过在中脑导水管周围灰质植入电极来控制动物机器人停止的方法。

目前动物机器人的控制大都采用电刺激动物脑神经来实现的，例如对大鼠而言，在其脑部的快感区（控制其前行）、两侧的体觉感受皮层（控制其左右转向）及中脑导水管周围灰质（控制其停止）植入刺激电极。这种电刺激的控制方式虽然训练周期比较短，但强化阶段和使用阶段的长时间的电刺激会使动物产生神经疲劳和适应性，这就要求我们在每次实验中提高导航效率。

目前，动物机器人的导航实验主要有两种，一种是人工导航，一种是自动导航。

人工导航是指，导航过程中的指令决策都是通过人的观察和判断来给出的，对实验人员的经验和判断力有一定的要求。人工导航虽然具有比较强的主观性，而且需要试验人员注意力比较集中、反应较快，但一般而言其效率比较高，对于同样复杂的任务，人工导航能够在较短时间内完成。

自动导航过程中，动物机器人控制系统通过摄像头和机器视觉的方法获取动物当前的状态，然后以某种算法或规则产生指令决策，控制动物的运动并完成一个复杂的任务，这整个过程是不需要人工干预的，完全由计算机中的控制程序自动完成。由于每次实验时动物的状态不同，对奖赏刺激的兴奋性反应不同，最佳的刺激参数也不尽相同，因此我们时常需要在实验中不断地调整刺激参数，从而在一定程度上提高每次刺激的精准度和效率，现有的导航系统中均是离线通过手动设置完成，非常不方便，并且无法在导航过程中实现刺激参数的动态调整。另外，对于自动导航而言，通过机器视觉的方法来获取动物状态（目前主要是动物的位置、头部位置、头部的朝向这三个状态）会由于光线亮度的变化以及复杂环境等因素而出现状态识别错误，从而导致后续的机器自动控制达不到预期效果。因此，自动导航需要一个反馈控制和人工纠正的机制，从而提高整个系统的效率并在最大程度上使动物受到的电刺激创伤最小。

发明内容

为了给动物机器人系统提供一种交互更加自然、电刺激参数可调、反馈控制和人工纠正的机制，弥补当前动物机器人系统效率低下，缺乏交互的友好性等缺陷。通过语音控制来纠正从而提高自动导航的效率，并在更短时间内、更少刺激强度内完成同样复杂的导航任务，本发明提供了一种动物机器人的语音导航系统，包括对动物机器人进行电脉冲刺激从而进行导航的微刺激器以及用于向该微刺激器输出控制指令的主控装置，还设有用于接收语音指令的麦克风；

所述主控装置包括：

用于识别语音指令并对识别结果进行决策的语音指令识别模块；

根据决策结果处理并输出刺激参数的刺激指令开关模块。

本发明通过实时的语音指令识别技术，将通过鼠标、键盘与动物机器人进行交互的接口变为更自然的语音交互接口，同时还新引入了调整刺激参数以改变动物运动速度的语音指令，并能够对自动导航过程进行人工纠正。