一種基于人工智能的智能機(jī)器人控制系統(tǒng)

［陸小慧 劉勇］

1 研究背景

本文研究涉及人工智能范疇下的認(rèn)知智能里的一個(gè)子領(lǐng)域：智能問(wèn)答(Intelligent question and answer，IQA)技術(shù)領(lǐng)域。

智能問(wèn)答（IQA）系統(tǒng)基于語(yǔ)料來(lái)對(duì)用戶指令進(jìn)行分析處理。傳統(tǒng)機(jī)器人只能處理預(yù)先設(shè)定好的用戶指令，本研究引入智能問(wèn)答控制系統(tǒng)，與用戶進(jìn)行語(yǔ)音交互，分析用戶語(yǔ)音，反饋并完成對(duì)應(yīng)的用戶指令，高效、科學(xué)地解決了現(xiàn)有機(jī)器人無(wú)法根據(jù)用戶指令進(jìn)行工作這一問(wèn)題。進(jìn)一步的，我們將該智能問(wèn)答控制系統(tǒng)模塊化，可以集成進(jìn)各類電氣設(shè)備中，賦予它們具有智能交互的能力。

智能問(wèn)答（IQA）是人工智能認(rèn)知智能范疇的一個(gè)子領(lǐng)域。具有人工智能的智能問(wèn)答系統(tǒng)以一問(wèn)一答形式，精確的定位用戶所需要的提問(wèn)知識(shí)，通過(guò)與用戶進(jìn)行交互，為用戶提供個(gè)性化的信息服務(wù)。

比如，現(xiàn)有家用掃地機(jī)器人，沒(méi)有配置智能問(wèn)答系統(tǒng)，只能根據(jù)全屋掃描后形成的繪制地圖工作。當(dāng)我們將具有本研究的人工智能智能問(wèn)答系統(tǒng)集成到掃地機(jī)器人后，掃地機(jī)器人可以對(duì)主人的語(yǔ)音指令進(jìn)行識(shí)別、反饋、執(zhí)行。如，主人要求：請(qǐng)將客廳打掃一下，那么掃地機(jī)器人識(shí)別后將會(huì)并且只會(huì)將客廳進(jìn)行打掃，而不會(huì)打掃其它房間。

比如，現(xiàn)有家政擦窗機(jī)器人，沒(méi)有配置智能問(wèn)答系統(tǒng)，只能按照預(yù)定程序進(jìn)行工作。當(dāng)我們將具有本研究的人工智能智能問(wèn)答系統(tǒng)集成到擦窗機(jī)器人后，擦窗機(jī)器人可以對(duì)主人的語(yǔ)音指令進(jìn)行識(shí)別、反饋、執(zhí)行。如，主人要求：請(qǐng)將客廳窗戶擦3 遍，那么擦窗機(jī)器人識(shí)別后將會(huì)并且只會(huì)將客廳的窗戶擦掃3 遍，而不會(huì)處理其它任務(wù)。

比如，現(xiàn)有液晶顯示器，沒(méi)有配置智能問(wèn)答系統(tǒng)，不能進(jìn)行任何智能操作。當(dāng)我們將具有本研究的人工智能智能問(wèn)答系統(tǒng)集成到液晶顯示器后，液晶顯示器可以對(duì)主人的語(yǔ)音指令進(jìn)行識(shí)別、反饋、執(zhí)行。如，主人要求：請(qǐng)你將亮度調(diào)高10 尼特，那么液晶顯示器識(shí)別后將會(huì)將亮度調(diào)高10 尼特。

比如，現(xiàn)有家用電冰箱，沒(méi)有配置智能問(wèn)答系統(tǒng)，不能進(jìn)行任何智能操作。當(dāng)我們將具有本研究的人工智能智能問(wèn)答系統(tǒng)集成到電冰箱后，電冰箱可以對(duì)主人的語(yǔ)音指令進(jìn)行識(shí)別、反饋、執(zhí)行。如，主人要求：請(qǐng)你將速凍箱調(diào)低2 攝氏度，那么電冰箱識(shí)別后將會(huì)將速凍箱的溫度調(diào)低2 攝氏度。

2 系統(tǒng)定義與關(guān)鍵技術(shù)

問(wèn)答語(yǔ)句（Frequently Asked Questions，F(xiàn)AQ），即常用問(wèn)答對(duì)，一個(gè)問(wèn)答語(yǔ)句由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)句和一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)答句組成。

本文主要解決的技術(shù)問(wèn)題是：在傳統(tǒng)機(jī)器人或電氣設(shè)備中，引入或集成具有人工智能的智能問(wèn)答系統(tǒng)模塊；該系統(tǒng)模塊訓(xùn)練生成用戶問(wèn)答語(yǔ)句的指令和答案，并通過(guò)不斷的迭代訓(xùn)練以更匹配用戶的使用習(xí)慣。它能使得機(jī)器人或電氣設(shè)備能與用戶進(jìn)行語(yǔ)音交互的同時(shí)，完成用戶指令的動(dòng)作。增強(qiáng)機(jī)器人或電氣設(shè)備處理用戶語(yǔ)音指令的能力，同時(shí)讓機(jī)器人或電氣設(shè)備顯得更加的人性化，提高用戶體驗(yàn)。

當(dāng)前，沒(méi)有其他方案支持靈活、方便地?cái)U(kuò)展機(jī)器人或電氣設(shè)備回答用戶指令與完成動(dòng)作的能力。

3 具體實(shí)施方式及技術(shù)方案

本文研究所述的方法包括一些元素，例如：智能問(wèn)答系統(tǒng)、語(yǔ)音控制、機(jī)器人或電器設(shè)備。

具有人工智能的智能問(wèn)答控制系統(tǒng)具體實(shí)施如圖1所示。

圖1 人工智能的智能問(wèn)答控制系統(tǒng)

語(yǔ)音采集和播放模塊：用于采集拾取用戶的語(yǔ)音，播放反饋結(jié)果語(yǔ)音。

智能問(wèn)答系統(tǒng)：能夠?qū)⒂脩糨斎氲恼Z(yǔ)音與文字進(jìn)行識(shí)別和生成，基于文字語(yǔ)料來(lái)對(duì)用戶指令進(jìn)行分析、處理、反饋結(jié)果的系統(tǒng)。

接口：調(diào)用外部第三方系統(tǒng)的接口，以獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)。

語(yǔ)音控制、智能問(wèn)答系統(tǒng)、機(jī)器人關(guān)系圖，如圖2 所示。

圖2 人工智能的智能問(wèn)答控制業(yè)務(wù)系統(tǒng)流程圖

智能問(wèn)答系統(tǒng)上下文關(guān)系如附圖3 所示。

圖3 智能問(wèn)答上下文關(guān)系圖

這當(dāng)中，數(shù)據(jù)層的語(yǔ)料庫(kù)是非常重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，語(yǔ)料的來(lái)源有多種，如垂直爬蟲(chóng)爬取、人工維護(hù)錄入、數(shù)據(jù)廠家獲取、第三方開(kāi)放平臺(tái)接口等等。而具體到語(yǔ)料中的問(wèn)答語(yǔ)句，一個(gè)行業(yè)的問(wèn)答語(yǔ)句的數(shù)量并不算多，一般在200～500 條之間。這些問(wèn)答語(yǔ)句都有相對(duì)固定的答案，可以解答基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)問(wèn)題。同時(shí)，在智能問(wèn)答系統(tǒng)中內(nèi)置應(yīng)用程序，調(diào)用外部第三方的接口，解答差別化的業(yè)務(wù)問(wèn)題。

本文研究的關(guān)鍵點(diǎn)在于利用智能問(wèn)答系統(tǒng)擴(kuò)展機(jī)器人接收動(dòng)作指令的能力。同時(shí)利用智能問(wèn)答系統(tǒng)，讓機(jī)器人既可以與用戶語(yǔ)音交互，又能完成指令動(dòng)作。

本文研究是利用智能問(wèn)答系統(tǒng)來(lái)擴(kuò)展傳統(tǒng)機(jī)器人或電氣設(shè)備完成動(dòng)作的能力。

操作步驟如下：

（1）智能問(wèn)答系統(tǒng)對(duì)用戶指令轉(zhuǎn)成文字，進(jìn)行語(yǔ)義理解；

（2）智能問(wèn)答系統(tǒng)根據(jù)語(yǔ)義生成對(duì)應(yīng)的答案，并轉(zhuǎn)化成語(yǔ)音，機(jī)器人與用戶完成語(yǔ)音交互；

（3）通過(guò)答案匹配到對(duì)應(yīng)的執(zhí)行指令，發(fā)送給機(jī)器人或電氣設(shè)備，機(jī)器人或電氣設(shè)備完成動(dòng)作。

（4）對(duì)于不在語(yǔ)料庫(kù)里但合理的用戶請(qǐng)求，智能問(wèn)答系統(tǒng)會(huì)對(duì)用戶請(qǐng)求按照關(guān)鍵字進(jìn)行歸一化處理，以適配機(jī)器人或電氣設(shè)備已有能力。如果指令不在機(jī)器人或電氣設(shè)備工作能力范圍，則反饋無(wú)法執(zhí)行用戶指令并請(qǐng)用戶重新下達(dá)請(qǐng)求。

（5）當(dāng)智能問(wèn)答系統(tǒng)對(duì)用戶指令轉(zhuǎn)成文字失敗，會(huì)提請(qǐng)用戶再說(shuō)一次，或者請(qǐng)用戶換個(gè)方式說(shuō)出指令，或者提醒用戶怎么說(shuō)出（智能問(wèn)答系統(tǒng)可以預(yù)設(shè)一些提問(wèn)給用戶作為參考）。

（6）機(jī)器人或電氣設(shè)備和用戶可以進(jìn)行頻繁交互，完成用戶的指令，提高用戶體驗(yàn)。

顯而易見(jiàn)的，對(duì)照現(xiàn)有技術(shù)，本文研究可以使得傳統(tǒng)機(jī)器人或電氣設(shè)備能夠有較大幅度提升用戶體驗(yàn)。同時(shí)讓機(jī)器人或電氣設(shè)備顯得更加的人性化。業(yè)內(nèi)沒(méi)有類似的解決方案。

實(shí)例：家用掃地機(jī)器人場(chǎng)景，帶定位功能

步驟1，對(duì)掃地機(jī)器人進(jìn)行命名，如：小興，綁定其唯一設(shè)備ID；

步驟2，增加問(wèn)答語(yǔ)句，如：全屋打掃，綁定預(yù)設(shè)全屋打掃指令001；

步驟3，增加問(wèn)答語(yǔ)句，如：廚房——好的，綁定機(jī)器人區(qū)域打掃指令002；

步驟4，增加問(wèn)答語(yǔ)句，如：客廳——好的，綁定機(jī)器人區(qū)域打掃指令003；

步驟5，用戶說(shuō)：小興，把家里打掃一下。智能系統(tǒng)完成用戶語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字，并找到問(wèn)答語(yǔ)句，完成文字轉(zhuǎn)語(yǔ)音，機(jī)器人回答：全部打掃嗎？用戶說(shuō)：是的。智能系統(tǒng)完成用戶語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字，并找到問(wèn)答語(yǔ)句，完成文字轉(zhuǎn)語(yǔ)音，機(jī)器人回答：好的，并完成指令001，全屋打掃。

步驟6，用戶說(shuō)：小興，把家里打掃一下。智能系統(tǒng)完成用戶語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字，并找到問(wèn)答語(yǔ)句，完成文字轉(zhuǎn)語(yǔ)音，機(jī)器人回答：全部打掃嗎？用戶說(shuō)：打掃客廳。智能系統(tǒng)完成用戶語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字，并找到問(wèn)答語(yǔ)句，完成文字轉(zhuǎn)語(yǔ)音，機(jī)器人回答：好的，并完成指令003，打掃客廳。

說(shuō)明：可持續(xù)維護(hù)問(wèn)答語(yǔ)句，并綁定指令，注意：指令必須是機(jī)器人能識(shí)別的指令。

4 總結(jié)

傳統(tǒng)機(jī)器人或電氣設(shè)備，只能處理預(yù)先設(shè)定好的用戶指令。

本文研究了一種系統(tǒng)，在傳統(tǒng)機(jī)器人或電氣設(shè)備中引入或集成具有人工智能的智能問(wèn)答系統(tǒng)模塊；該系統(tǒng)模塊訓(xùn)練生成用戶問(wèn)答語(yǔ)句的指令和答案，并通過(guò)不斷的迭代訓(xùn)練以更匹配用戶的使用習(xí)慣。它能使得機(jī)器人或電氣設(shè)備能與用戶進(jìn)行語(yǔ)音交互的同時(shí)，完成用戶指令的動(dòng)作。這樣，增強(qiáng)了機(jī)器人或電氣設(shè)備處理用戶語(yǔ)音指令的能力，同時(shí)讓機(jī)器人或電氣設(shè)備顯得更加的人性化，提高用戶體驗(yàn)。