智能輪椅語音導(dǎo)航控制系統(tǒng)的設(shè)計開題報告(3)剖析

中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告學(xué)生姓名：學(xué)號：09050541X學(xué)院、系：信息與通信工程系專業(yè)：自動化設(shè)計題目：智能輪椅語音導(dǎo)航限制系統(tǒng)的設(shè)計指導(dǎo)老師賈建芳2013年3月18日

開題報告填寫要求1．開題報告作為畢業(yè)設(shè)計答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)老師簽署看法及所在系審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必需用按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)剛好交給指導(dǎo)老師簽署看法；3．學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊）。文中應(yīng)用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號，文后“參考文獻(xiàn)”的書寫，應(yīng)依據(jù)國標(biāo)GB7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；4．學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號（如02011401X02），不能只寫最終2位或1位數(shù)字；5.有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)依據(jù)國標(biāo)GB/T7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時辰表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6.指導(dǎo)老師看法和所在系看法用黑墨水筆工整書寫，不得隨意涂改或潦草書寫。

畢業(yè)設(shè)計開題報告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計狀況，依據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述1.1探討背景及意義隨著社會老齡化程度的不斷加快以及社會文明程度的不斷發(fā)展，老年人以及肢體殘疾者對生活質(zhì)量有了更高要求，他們迫切須要運用現(xiàn)代化工具來改善自己的生活質(zhì)量，提高活動的自由度[1]。另外，無法預(yù)料的天災(zāi)人禍、交通事故以及各種疾病，造成很多人肢體的不健全，他們丟失了一種或多種生活實力。社會各界人士也起先關(guān)注老年人以及肢體殘疾者的生活，為了提高他們的生活質(zhì)量和活動自由度，很多探討機(jī)構(gòu)推出了助老/助殘智能服務(wù)機(jī)器人系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品中的一個重要探討領(lǐng)域就是智能輪椅的探討，現(xiàn)在已經(jīng)有越來越多的科學(xué)工作者起先了這方面的探討。到目前為止，高性能的輪椅限制器的核心技術(shù)仍舊被國外企業(yè)壟斷，其產(chǎn)品昂揚的售價讓國內(nèi)消費者望而興嘆。另外，智能輪椅在提高老年人以及肢體殘疾者的生活質(zhì)量和活動自由度方面發(fā)揮了很大作用，市場潛力巨大。因此，開發(fā)出一套性能好、成本低的國產(chǎn)輪椅限制器，是國內(nèi)科研工作人員的重要課題。探討并開發(fā)一套好用的智能輪椅語音識別與限制系統(tǒng)具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實意義[2]。1.2國內(nèi)外探討現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢國外對智能輪椅的探討可以追溯到20世紀(jì)80年頭，世界第一輛智能輪椅是英國于1986年研制的。繼英國之后，其它國家也投入大量經(jīng)費起先了智能輪椅的探討，研發(fā)機(jī)構(gòu)大部分為高等院校和科研機(jī)構(gòu)。當(dāng)時的研發(fā)機(jī)構(gòu)有：美國麻省理工學(xué)院、不萊梅高校、德國烏爾姆高校、韓國高級科技探討所等[3～11]。由于各個研發(fā)機(jī)構(gòu)的探討內(nèi)容和方法不同，所以研發(fā)的輪椅具備不同的功能。各大研發(fā)機(jī)構(gòu)中研制的功能比較齊全的一款智能輪椅是由美國麻省理工智能試驗室研制的。這款智能輪椅是在電動輪椅的基礎(chǔ)上配備了PC機(jī)和各種傳感器，此輪椅具備人機(jī)界面交互功能。運用者可以運用操縱桿方式、菜單方式或者用戶界面接口方式對輪椅進(jìn)行限制。在操縱桿方式下，用戶通過限制操縱桿來限制輪椅的各種運動并且可以實現(xiàn)避碰；用戶界面模式下，用戶可以運用鷹眼系統(tǒng)來驅(qū)動智能輪椅的運動。該輪椅在畢業(yè)設(shè)計開題報告國際聯(lián)合會的機(jī)器人輪椅展中獲得冠軍，并且是唯一不須要人來指導(dǎo)就可以穿過門口的機(jī)器人。我國對智能輪椅的探討晚于世界其它國家，雖然在機(jī)構(gòu)的困難性和敏捷性上和國外有肯定差距，但某些技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)接近國外先進(jìn)水平。中科院自動化所擔(dān)當(dāng)了“863”智能機(jī)器人智能輪椅項目，研制出我國第一臺多模態(tài)交互式智能輪椅樣機(jī)，該樣機(jī)采納嵌入式限制系統(tǒng)。該機(jī)器人輪椅名為NLPR，具有視覺和口令導(dǎo)航功能并且能夠與人進(jìn)行語音交互，用戶能夠通過語音限制輪椅實現(xiàn)各種運動。在智能機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)，目前有一些人工智能產(chǎn)品可以與人進(jìn)行短暫的對話，比如愛爾蘭媒體試驗室開發(fā)的名為“人類”的新型機(jī)器人；以及中國科學(xué)院自動化探討所最新研制的表情機(jī)器人“童童”等。語音識別技術(shù)在機(jī)器人限制領(lǐng)域的應(yīng)用體現(xiàn)在語音限制機(jī)器人技術(shù)上，因此，語音限制機(jī)器人技術(shù)的探討與發(fā)展取決于語音識別技術(shù)的探討與發(fā)展[14]。語音識別技術(shù)的探討始于20世紀(jì)50年頭，1952年Bell試驗室勝利開發(fā)出世界上第一個語音識別系統(tǒng)-Audry系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以識別10個英文數(shù)字，當(dāng)時主要是探討語音學(xué)的基本概念和原理。60年頭的重要成果是提出了線性預(yù)料分析技術(shù)(LinearPrediction,LP)和動態(tài)規(guī)劃算法(DynamicProgramming,DP)，較好的解決了語音的特征提取和時間不等長匹配問題。70年頭，人們對語音識別技術(shù)的探討起先了飛速發(fā)展，探討重心為孤立詞語音識別，并取得了突破性成果。動態(tài)時間歸整技術(shù)(DynamicTimeWarping，DTW)基本成熟，特殊是提出了矢量量化(VectorQuantization,VQ)和隱馬爾可夫模型(HiddenMarkovModel,HMM)理論。實現(xiàn)了基于線性預(yù)料倒譜和DTW技術(shù)的特定人孤立詞語音識別系統(tǒng)。80年頭，語音識別探討進(jìn)一步走向深化，連接詞和大詞匯量連續(xù)語音識別成為探討熱點，HMM模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)算法在語音識別中勝利應(yīng)用。統(tǒng)計模型取代模板匹配的方法成為主流的語音識別技術(shù)。具有代表性的系統(tǒng)有：1988年美國卡耐基?梅隆高校(CMU)基于VQ/HMM開發(fā)的997個詞匯的非特定人連續(xù)語音識別系統(tǒng)SPHINX。畢業(yè)設(shè)計開題報告90年頭，語音識別技術(shù)漸漸由試驗室走向好用化。很多國外大公司推出了比較勝利的大詞匯量、連續(xù)語音識別系統(tǒng)，比如IBM的ViaVoice系列、Microsoft的WhisPer、CMU的SPHINX-II，這些系統(tǒng)大多都采納了隱馬爾可夫模型。目前具有代表性的語音識別方法主要有特征參數(shù)匹配法、隱馬爾科夫法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[15]。在語音識別領(lǐng)域，IBM公司的技術(shù)已日趨成熟。IBM公司于1998年開發(fā)出可以識別上海話、四川話和廣東話等地方腔調(diào)的語音識別系統(tǒng)ViaVoice’98，其平均識別率可以達(dá)到90%以上，是目前最具有代表性的漢語連續(xù)語音識別系統(tǒng)。我國的語音識別探討工作近年來發(fā)展很快，同時也起先從試驗室逐步走向好用化。1987年起先執(zhí)行863安排，國家863《智能計算機(jī)主題》專家組為語音識別的探討立項。從1991年起先，專家組每一兩年實行一次全國性的具有較高水平的語音識別系統(tǒng)測試，這些都說明漢語語音識別探討已經(jīng)走上了組織化的道路[16]。目前，我國對語音識別技術(shù)的探討在某些領(lǐng)域已達(dá)到國際先進(jìn)水平?？拼笥嶏w作為我國最大的智能語音技術(shù)供應(yīng)商，在智能語音技術(shù)領(lǐng)域有著長期的探討積累，并在中文語音合成、語音識別、口語評測等多項技術(shù)上擁有國際領(lǐng)先的成果?？拼笥嶏w曾在國際英文合成大賽（BlizzardChallenge）上奪得六連冠，在2011年的“2011NIST”語種識別評測大賽上獲得國際亞軍，為中國科技界贏得了榮譽(yù)。從各大公司、各探討機(jī)構(gòu)的語音探討項目來看，語音識別正在向綜合化方向發(fā)展?？傊?，語音識別的探討正在朝深度和廣度不斷發(fā)展。1.3相關(guān)理論智能輪椅是一種服務(wù)于老年人、殘疾人的助老/助殘機(jī)器人，它涉及到計算機(jī)限制技術(shù)、傳感器與檢測技術(shù)、電機(jī)限制技術(shù)、語音識別技術(shù)、圖像處理技術(shù)等多學(xué)科學(xué)問。智能輪椅的關(guān)鍵技術(shù)之一是人機(jī)接口技術(shù)，常見的人機(jī)接口技術(shù)有以下幾種：語音限制。語音作為一種自然、便利的溝通方式，在智能輪椅的設(shè)計中必不行少。運用者可以通過語音限制智能輪椅的各種運動，同時輪椅也可以與運用者進(jìn)行簡潔的對話，極大的便利了運用者對輪椅的限制。德國不萊梅高校開發(fā)的Rolland項目中采納了語音限制。呼吸驅(qū)動。運用者通過在智能輪椅的壓力傳感器上呼氣來限制輪椅的運動。西班牙SIAMO智能輪椅上安裝有差動氣流傳感器，該傳感器檢測呼吸氣流的強(qiáng)度和方畢業(yè)設(shè)計開題報告向，經(jīng)過處理和編碼后將限制指令傳送到導(dǎo)航模塊，進(jìn)而實現(xiàn)輪椅的限制。鷹眼系統(tǒng)。對于全身癱瘓或者丟失語言和肌肉限制實力的人群，波士頓高校探討了將鷹眼系統(tǒng)用于智能輪椅的限制中。鷹眼系統(tǒng)技術(shù)基于測量眼電圖和眼電壓，運用者通過移動頭部和眼睛來移動屏幕的光標(biāo)，從而限制輪椅的運動。今后智能輪椅限制技術(shù)的探討方向?qū)⑾蛑悄芑?、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展[17]。人機(jī)交互更加自然，人機(jī)接口更加多樣化，運用者可以用手勢、語音、頭姿、腕姿甚至肌電信號限制和大腦意念信號限制等方式限制輪椅移動[18-20]。在平安保障方面，新型智能輪椅將能夠?qū)崟r監(jiān)測自身的運動狀態(tài)，對危急進(jìn)行報警和阻擋，盡可能避開危急的發(fā)生。參考文獻(xiàn)：[1]JuangBH,TsuhanChen.Thepast,present,andfutureofspeechprocessing[J].IEEESignalProcessingMagazine,1998,15(3):24～48.[2]張桂榮.人口老齡化與社會養(yǎng)老保險[D].山東:山東高校碩士學(xué)位論文.2008.[3]F.Leishman,O.Horn,G.Bourhis.Smartwheelchaircontrolthroughadeicticapproach[J].RoboticsandAutonomousSystems,2010,58(7):1149～1158.[4]G.Bourhis,Y.Agostini.Manmachinecooperationforthecontrolofanintelligentpoweredwheelchair[J].in:MobileRobotsinHealthCareServices,JournalofIntelligentandRoboticSystems,1998,22:269～287(specialissue).[5]R.Simpson,E.LoPresti,S.Hayashi,I.Nourbakhsh,andD.Miller,TheSmartWheelchaircomponentSystem,JournalofRehabilitationResearch&Development,2004,41(3):429～442.[6]R.S.Rao,K.Conn,S.H.Jung,J.Katupitiya,Humanrobotinteraction:applicationtosmartwheelchairs,in:Proceedingsofthe2002IEEEIntern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畢業(yè)設(shè)計開題報告[10]宋亮,王喜太,王占雷等.一種基于DSP的智能輪椅驅(qū)動限制系統(tǒng)方案[J].微計算機(jī)信息2007,23(9):25～26.[11]王仁杰.智能輪椅驅(qū)動限制與避碰的探討[D].江蘇:江蘇科技高校碩士學(xué)位論文.2009:7～8.[12]顧繩谷.電力及拖動基礎(chǔ)[M].第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社1997:13～55.[13]陳伯時.自動限制系統(tǒng)[M].北京:中心廣播電視高校出版社,1988.[14]張培仁,張志堅,高修峰等.十六位單片機(jī)微處理器原理及應(yīng)用(凌陽SPCE061A)[M].北京:清華高校出版社,2005.[15]林渭勛.現(xiàn)代電力電子電路[M].浙江:浙江高校出版社,2002.[16]李小雄,譚建領(lǐng).直流調(diào)速系統(tǒng)模糊限制的DSP實現(xiàn)[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2003(3):31～33.[17]白靜,張雪英.基于支持向量機(jī)的抗噪語音識別[J].太原理工高校學(xué)報,2009,40(1):11～13.[18]邊肇祺,張學(xué)工.模式識別[M].北京:清華高校出版社,2000.[19]王曉峰.IR2130在PWM直流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].廣東自動化與信息工程,2002.[20]江思敏.TMS320LF240xDSP硬件開發(fā)教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003,25～190.

畢業(yè)設(shè)計開題報告２．本課題要探討或解決的問題和擬采納的探討手段（途徑）：2.1本課題要探討或解決的問題本課題要完成的主要內(nèi)容是設(shè)計一套智能輪椅語音識別與限制系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠識別“前進(jìn)”、“后退”、“左轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”等基本語音指令，并且將語音指令轉(zhuǎn)化成限制指令，限制輪椅電機(jī)的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)智能輪椅的“前進(jìn)”、“后退”“左轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”等基本運動方式。1、在熟識智能輪椅的工作原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化分析基于語音識別技術(shù)的智能輪椅導(dǎo)航限制系統(tǒng)的運行原理；2、分析語音識別的基本方法，進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計；3、在理解凌陽16位單片機(jī)SPCE061A的工作原理后，進(jìn)行智能輪椅語音導(dǎo)航限制系統(tǒng)的硬件選型與電路設(shè)計；4、繪制語音導(dǎo)航限制系統(tǒng)的硬件電路原理圖；5、進(jìn)行智能輪椅語音導(dǎo)航限制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。2.2探討手段一個典型的語音識別過程包括語音信號的預(yù)處理特征提取、訓(xùn)練、識別、后處理五個基本單元。參考模式庫參考模式庫訓(xùn)練特征提取預(yù)處理語音輸入特征提取預(yù)處理后處理模式匹配 后處理模式匹配識別(l)預(yù)處理語音信號的預(yù)處理,包括預(yù)濾波、語音信號的數(shù)字化、預(yù)加重處理、分幀、噪聲抑制和端點檢測等。語音信號的預(yù)處理是語音識別過程的前期預(yù)備工作,為以后各個環(huán)節(jié)的處理奠定了基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計開題報告特征提取預(yù)處理后進(jìn)行特征參數(shù)的提取,合理的選用語音特征是語音識別的一個根本問題,并且對系統(tǒng)的識別性能有著重要的影響。因此,針對系統(tǒng)的實際需求,選用合理的語音特征參數(shù)是特別關(guān)鍵的。模型訓(xùn)練經(jīng)過預(yù)處理及特征提取,進(jìn)行模型訓(xùn)練,訓(xùn)練過程的目的是讓系統(tǒng)從大量的真實語音中學(xué)習(xí)必要的模型參數(shù)形成語音參考模式庫。模式匹配依據(jù)肯定的規(guī)則,利用上述模型參數(shù)對輸入的語音進(jìn)行模式匹配,并給出一個識別結(jié)果。后處理后處理單元可能涉及語句分析、語句理解、語義網(wǎng)絡(luò)以及語言模型等。它往往不是一個孤立的單元,而是與匹配計算單元、參考模式庫融合在一起,構(gòu)成一個邏輯關(guān)系困難的系統(tǒng)整體。目前后處理在小詞匯量好用語音系統(tǒng)中還很難運用。凌陽SPCE061A凌陽SPCE061A電源模塊電壓轉(zhuǎn)換器麥克風(fēng)電源模塊電壓轉(zhuǎn)換器麥克風(fēng)直流電機(jī)電機(jī)驅(qū)動模塊功放與喇叭直流電機(jī)電機(jī)驅(qū)動模塊功放與喇叭輪椅左右輪輪椅左右輪外擴(kuò)存儲器外擴(kuò)存儲器

畢業(yè)設(shè)計開題報告實現(xiàn)原理:先通過話筒對系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練每一個語音吩咐,提取出的特征參數(shù)作為參考樣本,存放在由FLASH存儲器構(gòu)成的模板庫中,識別過程中,把待測的語音信號與參考模板庫中的各個模板進(jìn)行相像度比較,最相像的即識別信號,然后播放識別結(jié)果進(jìn)行相關(guān)的操作。假如待測語音信號與各個樣本模板偏離均較大,可設(shè)置重新輸入。然后并將識別得出的信號遞交至輪椅驅(qū)動模塊,以驅(qū)動輪椅的電機(jī)實現(xiàn)輪椅的運動。

畢業(yè)設(shè)計開題報告指導(dǎo)老師看法：指導(dǎo)老師：年月日所在系審查看法：系主任：年月日

附件：參考文獻(xiàn)格式學(xué)術(shù)期刊作者﹒論文題目﹒期刊名稱，出版年份，卷(期)：頁次假如作者的人數(shù)多于3人，則寫前三位作者的名字后面加“等”，作者之間以