柔性制造单元语音控制系统的设计与实现.pdf

精密制造与自动化2 0 1 7 年第3 期柔性制造单元语音控制系统的设计与实现高华钰李静张微沈南燕张善煦(上海大学上海市智能制造及机器人重点试验室上海2 0 0 0 7 2)摘要对追求生产效率与控制成本的制造企业来说，如何运用现有网络技术和数控技术实现制造单元的智能语音控制是向现代化工业转型的重要一步。研究M i c r o s o f tS D K 语音控制系统的开发方法和设计框架，并采用微软语音引擎开发了一套可用于实际生产环境的语音控制应用程序。在L a b V I E W 平台上完成基于M i c r o s o RS D K 语音控制系统的软件框架设计，实现实际生产环境中对机床与机器人的语音交互。通过实验，分析多种因素对语音识别准确率的影响，并提出相关建议措施，从而使得本套系统在较为恶劣的识别条件下也能得到可观的识别准确率，实现制造过程中的远距离操控，提高便捷性和加工效率。关键词L a b V I E W 柔性制造单元语音识别智能语音控制近年来各类高效率、高精度、多功能的数控机床、机器人横空出世，并且在世界各国的生产车间中日益普及。数控设备的网络化和信息化，使得远程操控制造单元运作成为可能：网络给了上位机和下位机一个信息共享的平台，将其联系成为了一个整体，实现一个真正的智能加工单元，但是学会如何操作和控制设备需要耗费大量的时间。语言，是人类最重要、最有效、最常用、最方便的信息交流手段，实现机床及机器人的智能语音控制能较好解决这一问题。从技术上讲，智能语音控制系统就是让计算机采集和处理接受到的语音信号，通过一系列算法将经过处理后的数字信号映射到代码指令，再执行相应动作的一个过程。在此之前，人们一直使用键盘鼠标或者是直接用机床的人机交换面板来操控机床与机器人，这种传统方式对操作人员的技术要求较高，容易出现失误，而采用语音识别系统则能大大减少失误幢叫1。另外，更加重要的一点是语音控制模式能在交互方式上不受时间和地点的限制，操作人员可以在安全范围内控制机床，保证加工环境洁净同时减少人身安全。此外，结合构建的工业网络，实现操作人员可以同时在一个点位操控多台设备，极大地提升了加工效率和便捷性。本文将基于微软S p e e c hS D K 语音开发工具，构建基于命令控制模式的语音识别功能模块；面向机床、机器人柔性制造单元，设计基于以太网的远程语音控制系统，选用L a b V I E W 开发平台，同时基于F A N U C 公司的F O C A S 和R o b o tI n t e r f a c e 开发3 0包开发一套智能语音控制软件，实现对柔性制造单元的人机语音交互与远程语音控制。1语音识别技术1 1 语音识别技术原理语音识别的原理如图1 所示，通过麦克风输入的语音信号，先做预处理，如分帧加窗、滤波等，通过放大信号和增益来提高信噪比，滤除无用的杂音信号。；然后进行端点检测，提取有效的语音，对提取的有效语音信号逐帧分析信号特征；识别时，利用提取的信号特征参数和训练的模板库进行相似度比较，并将匹配的命令序号输出给控制单元m。识语音信号输入识别结果输出图1语音识别原理万方数据高华钰等柔性制造单元语音控制系统的设计与实现1 2微软S p e e c hS D K 语音引擎由于语音信号在受到干扰后表现出多样性，因此相比于安静环境下，在生产车间中应更加注重语音识别系统的鲁棒性例。因此研究人员开始对稳健语音识别技术进行研究，开发者通过语音增强、滤波、特征与模型补偿等方法开发了多套适用于工业领域的语音识别系统。各大厂家相继推出了自己的二次开发包供开发者使用，其中包括接下来要详细介绍的微软S p e e c hS D K 语音引擎。S p e e c hS D K5 1 是基于C O M 组件的软件开发包，其原理如图2 所示。sAPI、-还行环境应用接程口序应用接程口序应用程序语立日识别引擎图2S p e e c h S D K 原理图S p e e c hS D K 为使用者提供了最基本的语音引擎，包括语音识别器和语音合成器(T T S，T e x t T o S p e e c h)，前者将人类的语言转化为文本信息，后者相反，通过合成语音将文本内容进行朗读。8 1。当研发者想要为自己的产品增加语音控制系统时，需要用到S A P I 高层接口将程序与语音引擎连接在一起。其底层协议全部由C O M 标准进行编写并独立于应用程序，使用者并不需要学习C O M 编程基础也能进行语音识别方面的二次开发，极大地加快了研发者的研究进度。2柔性制造单元的智能语音控制系统架构设计本文所研究的柔性制造单元主体由一台E M C Ot u r n2 4 2 数控车床、一台H T C 5 0 1 0 0 n m 车铣复合中心、一台F A N I7 CR-1 0