[发明专利]一种智能轮椅语音驱动控制器及识别与控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能轮椅语音驱动控制器及识别与控制方法，属于智能轮椅的语音识别和电机驱动控制领域。

背景技术

随着社会文明的发展进步，保障和提高老年人以及残障人士等弱势群体的生活质量，已经越来越受到社会各界人士的普遍关注。轮椅作为一种辅助代步工具，无论是高龄老人还是先天或后天肢残、障碍者对其的需求将越来越大。电动轮椅适于下肢残疾和行走不便的年老体弱者使用，是一种比较理想的代步工具。而对于残疾程度比较严重、上肢无法活动的人士来说，智能轮椅为他们的生活提供了极大的便利。

语音识别是人机接口设计的一项重要内容，也是语音信号处理中非常重要的应用技术，正逐步成为信息技术中人机交互的关键技术。目前，语音识别技术已经在诸多领域得到应用。智能机器人作为助老/助残服务机器人系列产品中的一个重要研究领域，将语音识别技术应用于普通轮椅，用语音来控制轮椅的运动为使用者带来了极大地方便。因此研究并开发实用的轮椅语音识别控制系统对于智能机器人的广泛应用具有重要的意义。

用户在实际使用语音命令控制轮椅运动时，由于存在环境噪声的干扰，语音识别的识别率大大折扣，迫切需要采用一种识别率较高、抗干扰较强的语音识别方法。支持向量机(Support Vector Machine，SVM)是一种基于统计学习理论的模式分类器。它通过结构风险最小化准则和核函数的方法，较好的解决了模式分类器复杂性和推广性之间的矛盾。

申请号为“200610118866.8”名称为“智能轮椅”所公开的专利中，主要强调了智能轮椅的总体机械结构，在电动轮椅的基础上，车体装配了多个红外和声纳测距传感器，使轮椅具有防碰撞和防跌落功能，体现了其智能性。申请号为“200520002773.X”名称为“一种嵌入式智能轮椅控制装置”所公开的专利中，装置中安装了8个超声传感器作为环境探测器，通过对超声传感器信息的采集，控制器实时控制轮椅的运行。已经公开的专利中，还没有关于语音控制智能轮椅的论述。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有轮椅的控制方式给用户的使用带来诸多不便的问题，提供了一种既可以语音控制又可以手动控制的轮椅控制器，语音模式下，用户只需说出指令即可控制轮椅完成相应的操作，从而极大地方便了用户的使用。

本发明采用的技术方案是：一种智能轮椅语音驱动控制器，所述控制器包括音频电路模块、语音处理电路模块、液晶显示模块、MAX232通信模块、DSP处理器、按键电路模块、操纵杆电路模块、电源电路模块、电机驱动电路模块、故障检测电路模块、电压电流检测电路模块和刹车电路模块；其中音频电路模块与语音处理电路模块双向连接，语音处理电路模块的输出端分和液晶显示模块的输入端连接，语音处理电路模块的输入端分别和按键电路模块和操纵杆电路模块的输出端相连，MAX232通信模块分别和语音处理电路模块、DSP处理器双向相连，DSP处理器的输出端分别连接于电机驱动电路模块和刹车电路模块的输入端，故障检测电路模块、电压电流检测电路模块的输出端分别接DSP处理器的输入端，电源电路模块的电源输出端分别连接于语音处理电路模块、DSP处理器、电机驱动电路模块、刹车电路模块和电机的电源输入端，电机驱动电路模块的输出端连接于故障检测电路模块和电机的输入端，电机的输出端与电压电流检测电路模块的输入端连接，刹车电路模块的输出端与电机的输入端相连。

音频电路模块包括语音采集模块和语音播放模块，语音采集模块为一麦克风，语音播放模块为一喇叭。

语音处理电路模块采用凌阳单片机SPCE061A。

DSP处理器采用数字信号处理器TMS320LF2407A。

电机驱动电路模块包括光耦隔离电路、功率放大电路、H桥式驱动电路。

光耦隔离电路采用光耦隔离器件6N137，功率放大电路采用电机驱动控制芯片IR2130。

电源电路模块为一电平转换电路。

一种智能轮椅语音驱动控制器的语音识别方法如下：

第一步：语音预处理

语音预处理分为采样量化，去噪，预加重和加窗三个部分；

第二步：端点检测

过程如下：

A)、计算每帧平均能量幅度和短时过零率；

B)、先为短时平均能量和短时过零率确定两个门限；在静音段，如果能量或过零率超越了低门限，就开始标记起始点，进入过渡段；

C)、在检测到语音段后，标记开始检测语音终点，如果检测到短时能量或者短时过零率低于闭值，则标记为语音终点；

第三步：特征提取