基于扶貧單位特色產品推廣的智能機器人研究

韓 坤，南江萍，李陽光，李喜龍

(西安交通工程學院，陜西 西安 710000)

0 引言

現(xiàn)在，脫貧依然是國家重點支持計劃，也是西安交通工程學院和周至縣合作的一個重要目標。周至縣的廣告投放，更多的是依靠人力。人工不可能24小時進行精確地廣告。

推廣機器人可以很好地解決以上問題，同時也可以將本地的商品宣傳出去，提升本地的品牌，促進當?shù)氐慕洕l(fā)展，促進國家的扶貧。

推廣機器人在初期會有很大的發(fā)展空間，以后會逐步推向國內。本系統(tǒng)將紅外探測與智能顯示有機地融合在一起，首先利用計算機建立仿真模型，建立紅外探測、語音播報等功能，利用專用軟件對線路進行仿真，保證其正常工作，以硬件與本地的特點相融合。

1 研究概況

1.1 特色描述

本推廣應用了大量的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的處理和分析，向使用者提供商品，使其相互交流、娛樂、共享，形成一個開放的智能推廣機器人社群，這是一種新穎的經營方式[1]。

(1)智能識別，智能宣傳。該工作是利用攝影機提取面部影像特征并分析相應的特征，從而實現(xiàn)對人體的精確辨識，并利用宣傳單派發(fā)、視頻播放等方式，將企業(yè)的商品和業(yè)務推廣到周圍的人群中。

(2)人機交互。推廣機器人為商戶發(fā)送一條短信給路人，提醒路人注意屏幕上的二維碼等。在路人接受或拒絕時，它會表現(xiàn)出高興或悲傷的神情。機器人可以和周圍的人進行簡短的溝通，可以用聲音來表示自己的情緒，比如“謝謝”“記得掃碼”等。

(3)社會性。推廣機器人成本低、適用范圍廣、社會效果好、24小時不間斷服務此機器人與傳統(tǒng)的人工服務相比，對產品的宣傳和介紹更為全面。

(4)經濟性。該智能推廣機器人成本較低，商戶只需一次購買即可長期使用，進行24小時無間斷推廣宣傳，節(jié)約了大量的人力、物力，以更低的成本獲得更多的經濟效益，從而帶動當?shù)氐慕洕l(fā)展。

(5)智能顯示器。在機器人的胸口上安裝了一個顯示屏，使用者可以在觸碰后，享受到影音娛樂等多種功能；當使用者走向推廣機器人時，可以播放廣告、視頻等。

1.2 背景分析

目前，智能推廣機器人技術還處在起步和普及程度不高的階段，全球對其開展的智能推廣還處在探索的過程中。在人工智能技術快速發(fā)展和普及的同時，其倫理問題也日益凸顯。近年來，由于電子商務的蓬勃發(fā)展，對傳統(tǒng)的購物中心產生了很大的沖擊。因此，在現(xiàn)有的基礎上，企業(yè)應從根本上改變經營方式，降低經營成本，充分發(fā)揮其特有的經驗優(yōu)勢。從人力資源的觀點出發(fā)，機器人可以節(jié)省大量的人力，并且能夠有效地克服人員短缺的問題。

服務行業(yè)對于勞動者的素質需求相對較弱，而隨著教育水平的提高，新勞動力的受教育水平也越來越高，但大部分高級勞動力卻不愿進入服務行業(yè)。在周至縣，由于個人經營者不愿意在廣告上投入更多的資金，造成了市場營銷上的困境。因此，運用智能機器人技術，可以有效地降低廣告營銷人員的數(shù)量，并能有效地緩解廣告營銷人員的招聘問題。所以，將智能機器人和電子商貿公司相融合，從某種程度上而言，可以緩解公司的工作壓力。因此，在大商場里，功能多樣、備受矚目的“購物服務”也越來越受到重視。推廣機器人能夠提供導購服務和咨詢服務，不僅減少了員工的勞動強度，還給商場、景點帶來新的感受，從而增加了旅游人數(shù)。

1.3 研究內容

本推廣機器人應用了大量的數(shù)據(jù)，通過對其進行數(shù)據(jù)的處理和分析，向使用者提供商品，使其相互交流、娛樂、共享，形成一個開放的智能推廣機器人社群。這是一種新穎的經營方式。本論文以“周至縣”為研究對象，利用“策略管理”的基本原理，對項目內外環(huán)境進行分析。

另外，本項目的推廣機器人包括攝像頭、識別控制面板、視頻播報模塊、紅外傳感器、聲音識別模塊等部分。在偵測到行人時，可進行聲音廣播，進行人機互動，推廣本地商品，提升本地商品的品牌；同時也能減少本地居民的工作負擔，讓更多的人從事其他行業(yè)，進而促進地方的發(fā)展，達到扶貧的目的；機器人可以隨時用聲音來推廣、用圖片來介紹本地特產。

該產品的展示和檢索不會耗費使用者太多的精力，而且能夠根據(jù)使用者的要求自動推薦，達到“千人千面”服務。

2 硬件系統(tǒng)的設計

2.1 設計框圖

該電子控制部分包括MCU控制器、定時電路模塊、無線遙控模塊、LCD顯示模塊、電機驅動模塊、語言提醒模塊、DC電壓穩(wěn)定模塊。電路結構框如圖1所示。

2.2 單片機介紹及應用

單片機其實就是一種單片微控制器，它是利用VLSI技術，將具有數(shù)據(jù)處理功能的器件與芯片結合在一起，形成芯片上的微機。微處理器具有體積小、重量輕、價格低、功耗低等諸多優(yōu)勢。MCU由CPU、內存、輸入/輸出接口、中斷系統(tǒng)等組成。CPU子系統(tǒng)主要由運算器、控制器和寄存器組成。(1)運算器：從運算器的字面意義上看，它承擔著對數(shù)據(jù)進行運算和分析的任務，因此它擁有一個特殊的運算邏輯單元，用于處理信息和數(shù)據(jù)的運算。(2)控制器：它負責管理記憶體中的指令，比如提取指令，指明下一條命令的位置，并解碼和測試這些指令，然后產生一個操作信號來進行操作。(3)主要寄存器：包括累加器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器、指令解碼器、程序計數(shù)器。

MCU的分類。在實際使用中，單片機必須符合環(huán)境和功能要求，使其更好地發(fā)揮出單片機的作用。因此，它的適用范圍和應用場合都是不同的。單片機的種類千差萬別，而且運用于不同的場合，如工業(yè)控制和家用電器。另外，單片機類型的劃分依據(jù)為它是否具有總線和非總線類型。總線類型的總線可以用串口與外部設備相連，使設備的功能得到進一步的拓展。

隨著智能機器人越來越多地采用單片機[2]，其功能不斷擴展和優(yōu)化，使其更具個性化，更好地滿足了人們的需求，提高了體驗。單片機具有很強的集成性和適應性，而且可以利用傳感器精確地分析和整合用戶的信息。它是智能機器人的一個重要組成部分，會極大地滿足機器人的功能，推動機器人的智能化和數(shù)字化[3]。

圖1 電路結構

2.3 語音識別及合成

語音技術是實現(xiàn)智能推廣機器人的核心技術之一，它包含了語音識別和語音合成兩大部分。語音識別是使機器人“聽懂”人類的語言，能夠把人的話語和含義轉化成機器可以閱讀的單詞或字符。語音合成是指使機器人能夠“說”，能夠把一系列的單詞或字母轉化為聲音，并把它們“說”出來[4]。語音處理系統(tǒng)包括話筒等語音輸入裝置、語音識別模塊、語音數(shù)據(jù)庫、聲音綜合模組、話音輸出裝置(例如喇叭)、語音識別模塊、語音數(shù)據(jù)庫模塊、語音合成模塊。

目前，國內主要的語音技術平臺有：科大訊飛、云知聲、思必馳；在世界范圍內，語音技術平臺有谷歌的GoogleNow、微軟的Cortana、蘋果的Siri。在縱向領域，利用這些平臺的資料進行識別，其結果往往不盡如人意。為了適應不同的應用場景，本研究需要在不同的應用場景中進行數(shù)據(jù)定制，而在眾多的應用平臺中，如何選擇一個成熟、穩(wěn)定、適合自己應用的技術平臺就顯得尤為重要。從中文背景的角度出發(fā)，從識別率、識別速度、生僻詞的識別率等方面對國內主流的語音技術進行分析；從連續(xù)輸入、斷句、垂直領域3個方面來看，“科大訊飛”平臺在生僻字識別率、連續(xù)輸入、斷句等方面表現(xiàn)都很好。

2.4 四元麥克風陣列技術

由于智能推廣機器人的使用場景為景區(qū)門口，所以會有大量的人流出入，因此會面臨環(huán)境噪聲、人聲疊加、房間混響等問題。本研究使用了四元話筒，以抑制噪聲、消除混響、定向聲源，提高機器人的聽力，同時也能更好地識別聲音。一個由若干個聲波傳感器(通常為話筒)構成的話筒，用于采集和加工聲波的空間特征。四元麥克風陣列技術通過4個話筒所接收的聲音的相位差來濾除聲音，從而最大程度地濾除周圍的噪聲，僅保留所需的聲音，從含有噪聲的聲音中抽取出純粹的聲音。四元傳聲器陣的布置形式有很多種，本研究使用的是均一的線性陣如圖2所示，M1，M2，M3；M4代表4個話筒感應器，S是一個聲音的來源，r是一個話筒的間距，d是一個聲音的來源。本研究把r設置為5 cm，即使d在3～5 m范圍內也能很好地辨識[5]。

圖2 四元麥克風均勻線陣拓撲結構

四元麥克風陣列系統(tǒng)的硬件部分則主要由4個麥克風傳感器、濾波電路、麥克風專用低噪聲放大電路和信號采集部分組成，如圖3所示。

圖3 四元麥克風陣列硬件組成

2.5 LCD顯示模塊

LCD顯示裝置通常被應用在各種儀器和裝置的顯示屏上，它可以清晰地顯示數(shù)字和漢字，并采用方便的界面技術和簡易的程序設計，組成了一個全中文的人機交互式顯示界面。該顯示模塊采用LCD12864液晶顯示器，具有很大的顯示尺寸和清晰的顯示效果，具有很高的經濟價值，能夠滿足對顯示器的要求。

2.6 電機驅動模塊

步進電動機是一種開環(huán)電動機，它能將電脈沖信號轉換成對應的角度或直線移動，在機械、醫(yī)療、機器人等領域有著廣泛的用途。以DRV8825為核心的步進電動機控制電路為基礎，對轉盤、舉升和導軌絲桿滑臺步進電機的正、倒、停進行控制，利用編程算法，對步進電動機的旋轉方向、旋轉圈數(shù)和角度位移進行自動調節(jié)，并將當前電動機的動作狀況顯示在LCD12864屏幕上[6]。

2.7 直流穩(wěn)壓電源

采用工業(yè)封裝的明緯D-120B型穩(wěn)壓器為微處理器和周邊器件提供電力。本產品具有兩套DC穩(wěn)壓輸出，具有短路保護、過載保護、過載保護、過壓保護等功能，具有較低的脈動和噪聲，具有較好的負荷穩(wěn)定性，能提供高效、穩(wěn)壓、可靠的電能，確保電力控制裝置的使用。

3 結語

該推廣機器人利用攝影機對臉部影像進行特征提取與分析，從而實現(xiàn)對人體與其他對象的精確辨識，并以語音播報、視頻播放等方式，將商家、產品、服務等信息傳遞給周圍的人群。智能機器人具備與周圍環(huán)境的基本對話、語音、觸摸和遙控等多項能力，而且實現(xiàn)了高度的自動化；該推廣機器人操作簡便，利用大數(shù)據(jù)技術進行加工和分析，準確地向使用者提供商品，并能與使用者進行互動。本研究以開放的智能推廣機器人為核心，根據(jù)相關的設計原理，對常規(guī)的機器人進行改造，以達到更好的人性化；通過智能的聲音廣播和精準的推送，更好地推動了經濟發(fā)展。

與同類產品相比，該產品具有很強的預見性和實用性，具備了自動識別、推廣等多種功能；同時，還可以利用大數(shù)據(jù)技術為不同群體的消費者制定相應的購買指導，從而有效地減少了消費者在購買過程中花費的時間和精力。通過現(xiàn)場測試，該智能服務型機器人在當?shù)氐膽眯Ч黠@，更好地推動了扶貧工作的進一步發(fā)展，讓貧困農民感受到智慧技術帶來的好處。