[发明专利]一种基于语音识别的智能焊接系统

权利要求书

1.一种基于语音识别的智能焊接系统，其特征在于，包括焊接执行模块、焊接电源模块、焊接控制计算机、智能焊接应用程序模块、语音识别模块和语音输入接口；其中：

焊接执行模块：用于控制焊枪、焊丝或者工件运动的机械装置，由焊接控制计算机控制，配合智能焊接应用程序模块完成自动化焊接；

焊接电源模块：由焊接应用程序模块控制，用于提供可程序控制的焊接电流；

焊接控制计算机：用于运行智能焊接应用程序模块，接收语音指令，存储焊接参数和数据，给焊接执行模块和焊接电源模块发送控制指令和数据及接收反馈数据；

语音识别模块：用于对语音指令的特征值提取、信号识别，并将识别结果发送给焊接控制计算机；

智能焊接应用程序模块：与焊接控制计算机连接，提供人机交互接口，用于智能焊接应用程序的编程和运行、焊接参数的调整和语音识别后指令的执行；

语音输入接口：用于通过麦克风采集语音指令并传输给语音识别模块；

所述系统包括数据库模块，与焊接控制计算机连接，用于存储智能焊接应用程序、焊接参数、语音识别指令对照表、焊接过程中各参数的采集数据以及语音样本特征值，所述语音样本特征值是由智能焊接系统学习阶段时通过录入的语音指令提取的，用于作为语音比对的基准；

所述语音识别模块包括依次连接的增强单元、检测单元、特征提取单元和识别单元；其中：

增强单元：用于对语音指令进行增强处理，获取增强后的语音指令；

检测单元：用于对增强后的语音指令进行检测，获取语音指令信息部分；

特征提取单元：用于获取语音指令信息部分的语音特征参数；

识别单元：用于根据语音特征参数和所述语音样本特征值进行比对，并将获取的识别结果发送给焊接控制计算机；

其中所述增强单元，用于对语音指令进行增强处理，获取增强后的语音指令，包括：

(1)对语音指令进行分帧、加窗处理；

(2)分别对每一帧语音指令进行快速傅里叶变换，获取每一帧语音指令的频谱R_i(f)，其中f表示频谱内相应的不同频率，i表示第i帧语音指令；

(3)对语音指令进行噪声估计，采用的自定义函数为：

式中，表示前i帧获得的噪声功率谱统计估计，i＝1,2,…15，f表示功率谱中相应的频率，其中的初始值|R_i(f)|²表示第i帧语音指令的功率谱；

由此可得噪声幅度谱的初始平滑估计为即纯净语音指令幅度谱的初始平滑估计为

(4)依次获取每一帧语音指令的纯净语音指令幅度谱估计，采用的自定义函数为：

式中，表示第i帧的纯净语音指令幅度谱估计，i＝1,2,…I，I表示语音指令分帧的总数，f表示幅度谱或功率谱中相应的频率，|R_i(f)|表示第i帧的语音指令幅度谱，表示第i-1帧的噪声幅度谱的平滑估计，其中σ表示噪声变化速度因子，表示第i-1帧的纯净语音指令幅度谱的平滑估计，其中ε表示增强因子；

(5)对每一帧增强后的纯净语音指令幅度谱估计进行逆傅里叶变换，获取增强后的语音指令。

2.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的智能焊接系统，其特征在于，所述检测单元，用于对增强后的语音指令进行检测，获取语音指令信息部分，包括：

(1)对增强后的语音指令进行分帧、加窗处理；

(2)对每一帧增强后的语音指令进行快速傅里叶变换，获取每一帧增强后的语音指令的频谱U_z(μ)，μ＝1,2,…,M，其中μ表示μ维频谱分量，M表示频谱分量的总维数，z表示第z帧语音指令；

(3)对每一帧增强后的语音指令进行判决值提取，采用的自定义判决值函数为：

式中，D_z表示第z帧为语音信息帧的判决值，z＝1,2,…,Z，Z表示语音指令分帧的总数，|U_z(μ)|表示第z帧增强后的语音指令第μ维频谱分量，表示第z帧噪声幅度谱的平滑估计的第μ维频谱分量，|X_z(μ)|表示第z帧语音指令第μ维频谱分量，M表示频谱分量的总维数；

(4)若获取的判决值D_z大于判决阈值e_z，则标记该帧为语音信息帧，其中，判决阈值e_z获取函数为：

式中，e_z表示第z帧的判决阈值，Z表示语音指令分帧的总数，β_e表示阈值更新系数，表示第i帧的纯净语音指令幅度谱估计，表示第i帧的噪声幅度谱的平滑估计；

(5)根据标记的语音信息帧组成增强后的语音指令中的语音指令信息部分，其余部分记为无声部分。