模块设计划分策略优化方案

我们所设计的情感机器人应能同人进行生动顺畅的语言交流；能够识别不同的交互对象及人类的表情；拥有丰富的面部表情、语调和身体姿态；能够自主移动；具备简单的情感和心理活动；能判断测量周围物体的距离；能够与数字家庭网络中的其他设备（家用电器，家庭网关等）进行信息交互与控制。

根据上述特点，可将情感机器人的具体功能抽象成相应的程序和算法来实现，见表7-1。

表7-1 机器人功能软件实现

在软件交互平台的设计中采用了模块化的设计思想。根据表7-1的抽象关系，将每一个功能的程序代码封装成一个独立的模块，再将这些相对独立的功能模块集成进软件平台中，不仅使程序的结构清晰、接口简单，还有利于以后加入新的功能模块，从而提高了系统的可扩展性。具体功能模块设计如图7-10所示。

图7-10 软件功能模块设计图

软件交互平台集成了语音识别、语音合成、人脸识别、表情识别、串口通信、网络控制、网络数据传输、超声波感应、数据库等功能。这些模块的具体功能介绍如下：

语音识别功能模块：实现中文语音的识别，可以通过基于内容的语音情感识别来获取情感信息。(www.xing528.com)

语音合成功能模块：实现中文语音的合成，可以切换男生或女生发音，通过语音内容来表达机器人的情感状态。

人脸识别功能模块：通过人脸检测得到人脸区域，通过模板匹配等算法对此区域的图像进行特征提取和识别，确定人脸信息。

表情识别功能模块：识别人脸的表情，确定人脸的检测区域，对此区域运用光流法等算法识别表情，可作为表情交互的重要通道。

串口通信模块：实现上下位机通信，向下位机发送控制命令，控制机器人动作并获取下位机的传感器反馈信息，对机器人的动作进行在线纠错。

多传感器融合模块：本模块中配置四种传感器，热释电红外传感器，声源点位传感器，超声波传感器和触摸传感器。热释电红外传感器主要检测是否有人到来；声源点位传感器主要用于检测人在哪个方位与机器人进行交谈，以便于机器人能够正面面向人；超声波传感器主要用于检测人与机器人的距离以满足机器人三原则；触摸传感器主要用来实现机器人与人的一个交互手段。此模块通过多传感器的信息采集实现机器人对外部世界的感知。

网络控制及传输模块：通过无线网络，机器人能够与数字家庭中的其他在线设备进行交互；传输获取其他设备信息；遥操作其他网络设备；在网络环境中实现自主行为（主动与人打招呼，家庭安防等）。

数据库及行为库模块：通过模块中具体的行为规则和情感建模与数据库进行参照和匹配，从而决策交互机器人的行为。