國網(wǎng)浙江省電力有限公司培訓(xùn)中心 王佳培 葉 碧 李康寧

智能機器人能勝任大部分簡單、重復(fù)的工作，本文設(shè)計了一種適用于電網(wǎng)培訓(xùn)的智能機器人，使其擁有智能語聊、控制器、人臉識別、自主導(dǎo)航、后臺數(shù)據(jù)管理、觸摸屏交互、迎賓向?qū)?、培?xùn)助手等功能，為實現(xiàn)“數(shù)字化”、“智能化”校園提供有力支持，提高學(xué)員日常學(xué)習(xí)積極性，增加來賓來訪參觀的體驗感。

1 培訓(xùn)服務(wù)機器人功能需求分析

為了使智能機器人滿足電網(wǎng)培訓(xùn)的使用需求，基于移動終端、云數(shù)據(jù)庫、人工智能等技術(shù)，制定如下功能。

智能語聊。智能機器人在培訓(xùn)中為學(xué)員提供考勤、應(yīng)急呼叫、知識競答等服務(wù)，為來賓提供迎賓向?qū)?，智能語聊是最主要的方式。因此機器人應(yīng)具有語音識別功能，并能使用漢語、英語等語言與人進行交流。機器人應(yīng)可以根據(jù)人的指令做出相應(yīng)動作，如握手、敬禮、舞蹈等。智能機器人可根據(jù)來賓給出的指令，對培訓(xùn)環(huán)境進行引導(dǎo)參觀和講解。

控制器。開發(fā)適用于手機和平板電腦等移動設(shè)備的軟件，實現(xiàn)對機器人的遠程操作，例如綁定機器人、選擇登錄賬號、控制機器人音視頻內(nèi)容獲取、語聊功能網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容加載、搜索與發(fā)送功能、語音轉(zhuǎn)文本輸入功能、控制機器人播報等。

人臉識別。人臉識別是智能機器人應(yīng)具備的基本功能，學(xué)員考勤、身份認(rèn)證等都需要通過人臉識別來完成。攝像頭對學(xué)員或來訪者進行面部識別，收集信息和特征提取，與人臉識別庫中信息進行比對，判斷人員身份，進行相應(yīng)操作。

自主導(dǎo)航。要求機器人對參培學(xué)員和來賓進行引導(dǎo)講解，自主導(dǎo)航是必不可少的功能。機器人可按照設(shè)定的路線進行移動，也可自主位移，有物體或人在行駛路線時可識別并重新規(guī)劃路線進行避讓。機器人通過傳感器對培訓(xùn)環(huán)境地圖進行建模，獲取環(huán)境地圖，畫出移動路徑。移動過程中機器人應(yīng)以穩(wěn)定速度前行，避讓靈活。

后臺數(shù)據(jù)管理。機器人需要與參培學(xué)員或來賓進行交流，解決問題，介紹培訓(xùn)信息等，因此應(yīng)具備一定的信息存儲功能，通過建立后臺數(shù)據(jù)庫，存儲人員信息、培訓(xùn)資料、競答知識題庫等。后臺管理系統(tǒng)可對智能機器人的各種數(shù)據(jù)進行添加、編輯、刪除、保存、更新等操作，可根據(jù)權(quán)限開放賬號，實現(xiàn)有效統(tǒng)一管理。

觸摸屏交互。為提高機器人使用者的操作體驗，裝配高分辨率、尺寸合適、響應(yīng)速度快的觸摸屏，使用者按照屏幕顯示的內(nèi)容進行操作，機器人大部分功能都可以通過觸摸屏指令來完成。

迎賓向?qū)?。迎賓向?qū)桥嘤?xùn)機器人很重要的一個功能。培訓(xùn)機器人可就培訓(xùn)繳費、培訓(xùn)環(huán)境、周邊特色進行介紹，結(jié)合智能語音識別技術(shù)開展迎賓接待工作，為學(xué)員報到、外來人參觀等提供向?qū)?。開發(fā)展館向?qū)K，迎接并引導(dǎo)來訪者按流程或針對性進行參觀、講解。

培訓(xùn)助手。針對電網(wǎng)培訓(xùn)開發(fā)培訓(xùn)助手功能：基于人臉識別功能開發(fā)考勤模塊，為學(xué)員提供課堂考勤服務(wù)，減少考勤代簽、代刷現(xiàn)象的同時減少班主任工作量；開發(fā)聯(lián)絡(luò)員模塊，為學(xué)員提供應(yīng)急呼叫服務(wù)，出現(xiàn)緊急情況可快速聯(lián)系培訓(xùn)班負(fù)責(zé)人、當(dāng)堂任課老師、醫(yī)務(wù)室、保衛(wèi)處等校園相關(guān)部門；開發(fā)知識競答模塊，實現(xiàn)題庫導(dǎo)入、集訓(xùn)學(xué)員信息錄入、建立個人學(xué)習(xí)檔案、隨機抽取題目（單遍題庫不重復(fù)）考核學(xué)員、答案評判、錯題集記錄（可重復(fù)練習(xí)）、學(xué)員學(xué)習(xí)效果排名（答題數(shù)量、準(zhǔn)確率等指標(biāo)加權(quán)），課余時間幫助學(xué)員更好地學(xué)習(xí)記憶知識點，增強學(xué)習(xí)趣味性。

2 培訓(xùn)服務(wù)機器人功能解決方案

2.1 智能語聊模塊

智能機器人的智能語聊模塊包括智能問答、語音控制、自主講解等（圖1）。移動端攔截用戶語音轉(zhuǎn)換為文字，通過網(wǎng)絡(luò)請求將語音文字發(fā)送給后臺，后臺經(jīng)過匹配等處理后將回答返回給移動端，移動端接收后把問題回答播放出來。如果后臺無相應(yīng)的問題匹配，即返回回答的數(shù)據(jù)為空，移動端可將問題交給科大訊飛來處理或自行編輯幾句，等待后臺記錄完善補充該問題之后，通過網(wǎng)絡(luò)請求繼續(xù)從后臺獲取數(shù)據(jù)。

圖1 智能問答流程

語音實時問答采用關(guān)鍵詞匹配進行用戶問答處理，提高用戶采用不同說話方式時的識別率，實現(xiàn)更好的用戶體驗。如用戶要去廁所可以說廁所在哪里、廁所怎么走、衛(wèi)生間在哪里、洗手間怎么走等，關(guān)鍵詞匹配只需抓取關(guān)鍵詞廁所、洗手間、衛(wèi)生間等就可進行模糊匹配，識別快速高效。

針對電網(wǎng)培訓(xùn)定制的移動端APP，采用多問一答的方式進行處理以提高識別率和用戶體驗：移動端對用戶輸入的語音進行攔截，將數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺，后臺關(guān)鍵詞匹配后返回給移動端數(shù)據(jù)后，移動端將匹配的回答播放出來。

2.2 控制器模塊

隨著人們對簡單、便攜需求的出現(xiàn)，借助于手機、平板電腦等移動終端開發(fā)的APP完美解決了這一需求，出色的便攜性為智能機器人操控提供了更大的空間和更多的可能性。操作者可通過移動終端APP對機器人發(fā)出指令、設(shè)置參數(shù)。

基于移動終端等開發(fā)的APP幫助使用者遠端操控管理機器人，機器人端與移動端控制器登錄同一個賬號，掃描二維碼確認(rèn)綁定，設(shè)備綁定后相應(yīng)賬號下的資源（業(yè)務(wù)問答、娛樂問答、輪播圖片）和公共資源歌舞、舞蹈文件開始加載。數(shù)據(jù)加載完成后就可遠程控制機器人說話，播放設(shè)定的歌曲或舞蹈，做設(shè)定的動作，展示設(shè)定的圖片。登錄賬號下的私有資源，通過PC端的通用語聊庫管理后臺進行添加、修改或刪除，公共資源如歌曲的舞蹈動作文件保存在機器人本地。也可在移動終端設(shè)置機器人的問答類型，使其更符合使用場景。

2.3 人臉識別模塊

人臉識別已成為日常生活中最為常見的身份識別方式之一，廣泛應(yīng)用于人臉考勤、人臉支付、人臉解鎖等領(lǐng)域，人臉識別的基本流程為：圖像輸入-預(yù)處理-特征提取-數(shù)據(jù)庫比對-人臉識別。用戶來到機器人攝像頭前，攝像頭對人臉進行拍照圖像采集，采集之前先進行檢測以防止光線過暗、位置較偏等導(dǎo)致人臉采集失敗。然后對人臉進行特征提取，將人臉圖像編碼成128維的向量，再與人臉庫中存儲的128維向量特征進行對比，識別用戶身份，得出結(jié)果后控制機器人做出相應(yīng)指令。為保障人臉識別的準(zhǔn)確性需要獲取高質(zhì)量的人臉圖像，對攝像頭的要求就較為嚴(yán)格，選取800萬像素的專用于人臉識別的攝像頭進行圖像采集。

2.4 自主導(dǎo)航模塊

自主導(dǎo)航是智能機器人“智能”的最基本要求，是機器人定點巡邏、迎賓引導(dǎo)的保障。為了使智能機器人在電網(wǎng)培訓(xùn)中心按照指定路線移動或是自由移動，需對所處環(huán)境進行地圖構(gòu)建。現(xiàn)在的智能機器人導(dǎo)航主要導(dǎo)航方式有激光定位導(dǎo)航、磁條定位導(dǎo)航、GPS定位導(dǎo)航、紅外線定位導(dǎo)航、視覺定位定位、超聲波定位導(dǎo)航等。

激光定位導(dǎo)航是通過智能機器人上安裝的激光傳感器發(fā)出激光信號，通過接收器收到激光從物體反射回的時間差判斷方位和距離。激光定位的優(yōu)點在于不易于受到光線等干擾，準(zhǔn)確度高，但成本較高。智能機器人最常見的定位導(dǎo)航方式就是激光導(dǎo)航，因為它的高度聚焦性和良好的指向性，可很好的用于地圖路徑構(gòu)建；磁條定位導(dǎo)航依靠在智能機器人行走路線地面鋪設(shè)磁條與RDID標(biāo)簽來獲得其行走路徑。這種導(dǎo)航方式優(yōu)點眾多，外界很難對其造成干擾，使用壽命很長，獲取路徑精準(zhǔn)，但是造價昂貴、成本過高，而且并不是所有場景都適合鋪設(shè)磁條；GPS定位導(dǎo)航就是全球定位系統(tǒng)，是通過衛(wèi)星與衛(wèi)星信號接收器的距離來判斷方位，通常用于車輛導(dǎo)航，而應(yīng)用于室內(nèi)智能導(dǎo)航機器人則不太合適，極易受到磁場和電場的干擾，地形影響大，定位不準(zhǔn)。

紅外線定位導(dǎo)航可測量范圍廣闊，響應(yīng)時間快，但對于一些特殊物體無法進行檢測，受環(huán)境干擾大，最小檢測距離很大，成本較高；視覺定位導(dǎo)航應(yīng)用到的領(lǐng)域十分廣泛，在機器人上安裝傳感器和控制設(shè)備等，對經(jīng)過的環(huán)境進行光學(xué)處理。但是視覺導(dǎo)航對光線的要求很高，實時性不好，而且要處理大量的圖像，對計算機的要求也十分嚴(yán)格；超聲波定位導(dǎo)航能識別一些其他傳感器識別不到的物體，而且成本較低，但是精度與速度都不夠好，受到環(huán)境及物體表面粗糙度影響很大。

綜上，電網(wǎng)培訓(xùn)智能機器人選擇激光雷達自主導(dǎo)航來完成環(huán)境識別、地形構(gòu)建，再配合陀螺儀、超聲波傳感器及攝像頭，保障機器人在培訓(xùn)中心內(nèi)部實現(xiàn)自主導(dǎo)航的準(zhǔn)確度，更好地為學(xué)員及來賓提供服務(wù)。

2.5 后臺數(shù)據(jù)管理模塊

為了更好地對智能機器人的數(shù)據(jù)信息進行管理需開發(fā)管理后臺功能。智能語聊管理后臺包括賬號管理、問答管理、雙語問答、統(tǒng)計分析，其中賬號管理包含組織賬號的添加、刪除、編輯和重置密碼功能，問答管理包括業(yè)務(wù)問答、分類業(yè)務(wù)問答、娛樂問答、實時問答、分類實時問答，針對使用場景和提問者的問題選擇問答方式，統(tǒng)計分析中可看到問答轉(zhuǎn)化量的柱狀折線圖、業(yè)務(wù)娛樂問答占比分析餅圖及實時問答統(tǒng)計表格。控制器后臺分別控制手機端和機器人端，機器人端加載音視頻內(nèi)容及智能語聊的問答播報。人臉識別后臺可配置活動、人員信息，記錄簽到信息及使用記錄等。

2.6 觸摸屏模塊

為提高用戶操作智能機器人時的操作體驗，需要配備一個尺寸適中、分辨率高、響應(yīng)速度快的觸摸屏，選用10.1寸的電容觸摸屏。通過點擊屏幕使用機器人的基礎(chǔ)功能，改變基礎(chǔ)設(shè)置，查詢培訓(xùn)中心信息，知識競答等功能，也可以在觸摸屏上播放存儲的圖片、音頻、視頻文件，使機器人做出指定動作，自由移動或定點移動等。

2.7 迎賓向?qū)K

校園模塊將校園信息錄入機器人中，用戶可通過語音交互或觸摸屏幕與機器人進行交互，機器人播放圖片、語音、視頻向使用者介紹。在智能語聊后臺添加繳費問題問答等，可直接與機器人進行問答交互。向?qū)K對校園內(nèi)部進行地圖建模，使機器人定點巡邏或根據(jù)指令前往指定地點，引導(dǎo)來訪者參觀，同時進行內(nèi)容講解和解答問題。

2.8 培訓(xùn)助手模塊

考勤模塊基于人臉識別建立學(xué)員人臉庫，學(xué)員通過人臉簽到，減少了代簽現(xiàn)象，也便于管理，減輕教師工作量。在語聊庫中選擇競答模式，選擇題庫，通過人臉識別驗證身份，驗證成功則錯題可計入個人錯題集，驗證失敗錯題計入公共錯題集。競答設(shè)計倒計時，倒計時結(jié)束自動進入下一題，倒計時結(jié)束前可以答題，系統(tǒng)評判并提示答題結(jié)果。學(xué)員可隨時選擇退出答題，退出答題時可掃描二維碼下載錯題，方便手機查看。