基于扶贫单位特色产品推广的智能机器人研究

韩 坤，南江萍，李阳光，李喜龙

(西安交通工程学院，陕西 西安 710000)

0 引言

现在，脱贫依然是国家重点支持计划，也是西安交通工程学院和周至县合作的一个重要目标。周至县的广告投放，更多的是依靠人力。人工不可能24小时进行精确地广告。

推广机器人可以很好地解决以上问题，同时也可以将本地的商品宣传出去，提升本地的品牌，促进当地的经济发展，促进国家的扶贫。

推广机器人在初期会有很大的发展空间，以后会逐步推向国内。本系统将红外探测与智能显示有机地融合在一起，首先利用计算机建立仿真模型，建立红外探测、语音播报等功能，利用专用软件对线路进行仿真，保证其正常工作，以硬件与本地的特点相融合。

1 研究概况

1.1 特色描述

本推广应用了大量的数据，通过对数据的处理和分析，向使用者提供商品，使其相互交流、娱乐、共享，形成一个开放的智能推广机器人社群，这是一种新颖的经营方式[1]。

(1)智能识别，智能宣传。该工作是利用摄影机提取面部影像特征并分析相应的特征，从而实现对人体的精确辨识，并利用宣传单派发、视频播放等方式，将企业的商品和业务推广到周围的人群中。

(2)人机交互。推广机器人为商户发送一条短信给路人，提醒路人注意屏幕上的二维码等。在路人接受或拒绝时，它会表现出高兴或悲伤的神情。机器人可以和周围的人进行简短的沟通，可以用声音来表示自己的情绪，比如“谢谢”“记得扫码”等。

(3)社会性。推广机器人成本低、适用范围广、社会效果好、24小时不间断服务此机器人与传统的人工服务相比，对产品的宣传和介绍更为全面。

(4)经济性。该智能推广机器人成本较低，商户只需一次购买即可长期使用，进行24小时无间断推广宣传，节约了大量的人力、物力，以更低的成本获得更多的经济效益，从而带动当地的经济发展。

(5)智能显示器。在机器人的胸口上安装了一个显示屏，使用者可以在触碰后，享受到影音娱乐等多种功能；当使用者走向推广机器人时，可以播放广告、视频等。

1.2 背景分析

目前，智能推广机器人技术还处在起步和普及程度不高的阶段，全球对其开展的智能推广还处在探索的过程中。在人工智能技术快速发展和普及的同时，其伦理问题也日益凸显。近年来，由于电子商务的蓬勃发展，对传统的购物中心产生了很大的冲击。因此，在现有的基础上，企业应从根本上改变经营方式，降低经营成本，充分发挥其特有的经验优势。从人力资源的观点出发，机器人可以节省大量的人力，并且能够有效地克服人员短缺的问题。

服务行业对于劳动者的素质需求相对较弱，而随着教育水平的提高，新劳动力的受教育水平也越来越高，但大部分高级劳动力却不愿进入服务行业。在周至县，由于个人经营者不愿意在广告上投入更多的资金，造成了市场营销上的困境。因此，运用智能机器人技术，可以有效地降低广告营销人员的数量，并能有效地缓解广告营销人员的招聘问题。所以，将智能机器人和电子商贸公司相融合，从某种程度上而言，可以缓解公司的工作压力。因此，在大商场里，功能多样、备受瞩目的“购物服务”也越来越受到重视。推广机器人能够提供导购服务和咨询服务，不仅减少了员工的劳动强度，还给商场、景点带来新的感受，从而增加了旅游人数。

1.3 研究内容

本推广机器人应用了大量的数据，通过对其进行数据的处理和分析，向使用者提供商品，使其相互交流、娱乐、共享，形成一个开放的智能推广机器人社群。这是一种新颖的经营方式。本论文以“周至县”为研究对象，利用“策略管理”的基本原理，对项目内外环境进行分析。

另外，本项目的推广机器人包括摄像头、识别控制面板、视频播报模块、红外传感器、声音识别模块等部分。在侦测到行人时，可进行声音广播，进行人机互动，推广本地商品，提升本地商品的品牌；同时也能减少本地居民的工作负担，让更多的人从事其他行业，进而促进地方的发展，达到扶贫的目的；机器人可以随时用声音来推广、用图片来介绍本地特产。

该产品的展示和检索不会耗费使用者太多的精力，而且能够根据使用者的要求自动推荐，达到“千人千面”服务。

2 硬件系统的设计

2.1 设计框图

该电子控制部分包括MCU控制器、定时电路模块、无线遥控模块、LCD显示模块、电机驱动模块、语言提醒模块、DC电压稳定模块。电路结构框如图1所示。

2.2 单片机介绍及应用

单片机其实就是一种单片微控制器，它是利用VLSI技术，将具有数据处理功能的器件与芯片结合在一起，形成芯片上的微机。微处理器具有体积小、重量轻、价格低、功耗低等诸多优势。MCU由CPU、内存、输入/输出接口、中断系统等组成。CPU子系统主要由运算器、控制器和寄存器组成。(1)运算器：从运算器的字面意义上看，它承担着对数据进行运算和分析的任务，因此它拥有一个特殊的运算逻辑单元，用于处理信息和数据的运算。(2)控制器：它负责管理记忆体中的指令，比如提取指令，指明下一条命令的位置，并解码和测试这些指令，然后产生一个操作信号来进行操作。(3)主要寄存器：包括累加器、数据寄存器、指令寄存器、指令解码器、程序计数器。

MCU的分类。在实际使用中，单片机必须符合环境和功能要求，使其更好地发挥出单片机的作用。因此，它的适用范围和应用场合都是不同的。单片机的种类千差万别，而且运用于不同的场合，如工业控制和家用电器。另外，单片机类型的划分依据为它是否具有总线和非总线类型。总线类型的总线可以用串口与外部设备相连，使设备的功能得到进一步的拓展。

随着智能机器人越来越多地采用单片机[2]，其功能不断扩展和优化，使其更具个性化，更好地满足了人们的需求，提高了体验。单片机具有很强的集成性和适应性，而且可以利用传感器精确地分析和整合用户的信息。它是智能机器人的一个重要组成部分，会极大地满足机器人的功能，推动机器人的智能化和数字化[3]。

图1 电路结构

2.3 语音识别及合成

语音技术是实现智能推广机器人的核心技术之一，它包含了语音识别和语音合成两大部分。语音识别是使机器人“听懂”人类的语言，能够把人的话语和含义转化成机器可以阅读的单词或字符。语音合成是指使机器人能够“说”，能够把一系列的单词或字母转化为声音，并把它们“说”出来[4]。语音处理系统包括话筒等语音输入装置、语音识别模块、语音数据库、声音综合模组、话音输出装置(例如喇叭)、语音识别模块、语音数据库模块、语音合成模块。

目前，国内主要的语音技术平台有：科大讯飞、云知声、思必驰；在世界范围内，语音技术平台有谷歌的GoogleNow、微软的Cortana、苹果的Siri。在纵向领域，利用这些平台的资料进行识别，其结果往往不尽如人意。为了适应不同的应用场景，本研究需要在不同的应用场景中进行数据定制，而在众多的应用平台中，如何选择一个成熟、稳定、适合自己应用的技术平台就显得尤为重要。从中文背景的角度出发，从识别率、识别速度、生僻词的识别率等方面对国内主流的语音技术进行分析；从连续输入、断句、垂直领域3个方面来看，“科大讯飞”平台在生僻字识别率、连续输入、断句等方面表现都很好。

2.4 四元麦克风阵列技术

由于智能推广机器人的使用场景为景区门口，所以会有大量的人流出入，因此会面临环境噪声、人声叠加、房间混响等问题。本研究使用了四元话筒，以抑制噪声、消除混响、定向声源，提高机器人的听力，同时也能更好地识别声音。一个由若干个声波传感器(通常为话筒)构成的话筒，用于采集和加工声波的空间特征。四元麦克风阵列技术通过4个话筒所接收的声音的相位差来滤除声音，从而最大程度地滤除周围的噪声，仅保留所需的声音，从含有噪声的声音中抽取出纯粹的声音。四元传声器阵的布置形式有很多种，本研究使用的是均一的线性阵如图2所示，M1，M2，M3；M4代表4个话筒感应器，S是一个声音的来源，r是一个话筒的间距，d是一个声音的来源。本研究把r设置为5 cm，即使d在3～5 m范围内也能很好地辨识[5]。

图2 四元麦克风均匀线阵拓扑结构

四元麦克风阵列系统的硬件部分则主要由4个麦克风传感器、滤波电路、麦克风专用低噪声放大电路和信号采集部分组成，如图3所示。

图3 四元麦克风阵列硬件组成

2.5 LCD显示模块

LCD显示装置通常被应用在各种仪器和装置的显示屏上，它可以清晰地显示数字和汉字，并采用方便的界面技术和简易的程序设计，组成了一个全中文的人机交互式显示界面。该显示模块采用LCD12864液晶显示器，具有很大的显示尺寸和清晰的显示效果，具有很高的经济价值，能够满足对显示器的要求。

2.6 电机驱动模块

步进电动机是一种开环电动机，它能将电脉冲信号转换成对应的角度或直线移动，在机械、医疗、机器人等领域有着广泛的用途。以DRV8825为核心的步进电动机控制电路为基础，对转盘、举升和导轨丝杆滑台步进电机的正、倒、停进行控制，利用编程算法，对步进电动机的旋转方向、旋转圈数和角度位移进行自动调节，并将当前电动机的动作状况显示在LCD12864屏幕上[6]。

2.7 直流稳压电源

采用工业封装的明纬D-120B型稳压器为微处理器和周边器件提供电力。本产品具有两套DC稳压输出，具有短路保护、过载保护、过载保护、过压保护等功能，具有较低的脉动和噪声，具有较好的负荷稳定性，能提供高效、稳压、可靠的电能，确保电力控制装置的使用。

3 结语

该推广机器人利用摄影机对脸部影像进行特征提取与分析，从而实现对人体与其他对象的精确辨识，并以语音播报、视频播放等方式，将商家、产品、服务等信息传递给周围的人群。智能机器人具备与周围环境的基本对话、语音、触摸和遥控等多项能力，而且实现了高度的自动化；该推广机器人操作简便，利用大数据技术进行加工和分析，准确地向使用者提供商品，并能与使用者进行互动。本研究以开放的智能推广机器人为核心，根据相关的设计原理，对常规的机器人进行改造，以达到更好的人性化；通过智能的声音广播和精准的推送，更好地推动了经济发展。

与同类产品相比，该产品具有很强的预见性和实用性，具备了自动识别、推广等多种功能；同时，还可以利用大数据技术为不同群体的消费者制定相应的购买指导，从而有效地减少了消费者在购买过程中花费的时间和精力。通过现场测试，该智能服务型机器人在当地的应用效果明显，更好地推动了扶贫工作的进一步发展，让贫困农民感受到智慧技术带来的好处。