Vocal control of an industrial robot manipulators

Abstract

ÖZET ENDÜSTRİYEL ROBOT MANİPÜLATÖRLERİNİN SESLE KONTROLÜ DO?AN H. Sair Yüksek Lisans Tezi, Makina Müh. Bölümü Tez Yöneticisi: Doç.Dr. Sedat BAYSEÇ Ocak 1995, 80 sayfa insanların kollarının sakat olduğu veya kollan ile yapacak çok fazla işleri olduğunda, araçları konuşarak kumanda etmek çok yararlı bir imkan sağlar. Otomatik makinaları insan sesi ile kumanda etmek uçakların, ofis makinalarının ve robotların kontrolunda uygulama alanı bulmuştur. Teknik, istenen kelimelerin söylendiğinde ortaya çıkan ses basınç profillerinin kaydedilmesi ve bilinmeyen kelimelerin profillerinin bu şablonlarla karşılaştırılmasından oluşmaktadır. Ancak ses basınç profilleri kelimenin temel anlamından başka, kelimenin hızlı veya yavaş, çığlık veya fısıltı şeklinde, vurgulu veya aksanlı olup olmadığı ile konuşan kişinin sesine özgü karekteristikler hakkında da bilgi içerir. Ses basınç profilleri bu derece fazla bilgi içerdiklerinden çok karmaşıktırlar ve karşılaştırma yaparak tanımlanmaları çok güçtür. Bu sebeple anlamı dışındaki bilgileri filtre ederek daha basit bir profil ortaya çıkarmak gerekmiştir. Güç spektrumu bunlardan birisidir. Bu çalışmada bir endüstriyel robot manipülatörünün ses ile kontrol meselesine giriş yapmak üzere gerekli bilgi, araç gereç ve bilgisayar programları bir araya getirilmiştir. Önce orta seviyede kapasiteye sahip bir ses kaydetme sistemi tanıtılmış ve ses kayıtlarından örnekler verilmiştir. Sonra, bir periyodik fonksiyonun, her biri asal frekansın tam sayı katlarında titreşen harmonikleri ifade eden terimlerden oluşan Fourier serisi halinde gösterilmesi ve her harmoniğin enerjisinin hesaplanması konusunda temel prensipler sunulmuştur. Hızlı Fourier Transform ve Lineer Tahmin ile Analiz yöntemleri anlatılarak bunlardan daha belirgin sonuçlar üreten ikincisi ile robot konum kontrolü için gereken 20 ayrı Türkçe kelimenin güç spektrum profilşablonları hazırlanmıştır. Daha sonra, bunlar içerisinden, herhangi bir kelimenin anlamını belirlemek üzere güç spektrumunun mevcut şablonlar ile karşılaştırılarak hangisine daha çok benzediğini belirleyen bir yöntem sunulmuştur. Test sonuçlan öne sürülen tekniğin az sayıda kelimeden oluşan bir kelime hazinesi için uygun olduğunu ortaya koymuştur. Bu tez, halen Gaziantep Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü tarafından geliştirilmekte olan `ARTISAN` araştırma projesinin bir parçasıdır. Proje, robotlarla ilgili olan çeşitli araştırmaları içermektedir ve 91 K 120830 proje numarasıyla Devlet Planlama Teşkilatı (DPT) tarafından kısmen desteklenmiştir. Anahtar Kelimeler: Sesle kontrol, güç spektrumu, endüstriyel robotlar, robot kontrolü. vı

ABSTRACT VOCAL CONTROL OF AN INDUSTRIAL ROBOT MANIPULATOR DO?AN H. Sair M.S. in Mechanical Engineering Supervisor: Assoc.Prof.Dr.Sedai BAYSEÇ January 1995, 80 pages In cases such as a person is disabled or has too many manipulations to do, the ability of controlling the devices by talking to them becomes very valuable. Vocal control of automatic machines have found extensive applications in the control of airplanes, office automation and robotics. The technique is based on recording the sound level pressure of the words comprising the required vocabulary and store them as word templates. To identify a spoken word, ite sound level pressure profile is recorded and then compared with the templates. The sound level pressure not only contains the basic word profile, but many other knowledge as whether the word is spoken fast or slow, at a high pitch or as a whisper, weighted or accented and all the characteristics unique to the speaker. Therefore the task of word identification is a highly sophisticated problem. Thus some other measurable or calculable functions are defined which filters many such intricate data out and yield a simpler profile, but still definitive of the word. Power spectrum is one of them. In this study, an initiation to the vocal control of an industrial robot manipulator is principally aimed. A medium capacity digital sound recording system is introduced with sample recordings. Then, a brief theory is given on how a periodic function can be represented in the form of a Fourier series each term of which defining one harmonic, at a frequency, integer multiple of the fundamental, and on the calculation of the energy each harmonic contains. Two techniques are presented, namely, the Fast Fourier Transform and linear Predictive Analysis. The latter provided a power spectra which is easier to distinguish. With this method, templates iiiof vocabulary of 20 different words in Turkish, to control the position of a robot manipulator are prepared and stored for comparison. A simple cross-checking scheme is also presented to compare the power spectra of an unknown word with the templates of the vocabulary. Test results presented indicate that the method is quite suitable at least for small vocabularies. This thesis is a part of the research project `ARTISAN` still under development of the Mechanical Engineering Department of University of Gaziantep. Project involves different fields of robotics and partly subsidised by the State Planning Organization of Turkey with project number 91 K 120830. Keywords: Vocal control, power spectrum, industrial robots, robot control IV