作品名稱：“一種基于人工智能的導游機器人”——新時代智慧景區先行者
學校名稱：武漢商學院
參賽隊伍：智聚云峰
參賽學生：梅術龍 潘小芳 桂堯天
指導老師：王林
導游機器人具有外觀新穎、運動靈活、巡航能力持久、穩定性高等優點，同時還具有良好的自主避障和巡線規劃功能，可適應用戶個性化的需求，能夠實現自主定位和目標檢測，在旅游景區、展館等服務型領域有著廣泛的應用前景。
作品功能與服務：1.自主巡航設定
人工通過遠程電腦終端對導游機器人進行后臺設定相應的巡航路線點后，通過激光雷達、超聲波、紅外傳感器等輔助引導導游機器人，每隔一段時間便會自主規劃路線的前往到設定的目的地，在目的地駐留固定時間后前往下一設定目的地，達到路線巡航，若此間有人使用超過設定的駐留時間，導游機器人也會做出相應改變，在待游客使用完成后，才前往下一設定點。
在一定的時間內游覽多個景點，完成設定的巡航任務，并自動回到出發點。運動控制模塊是運動任務的重要執行模塊，運動控制模塊接收任務調度模塊發送的運動數據，軌跡規劃器和動作選擇器根據收到的運動數據生成詳細運動規劃，并通過多個插補器將電機的運動數據傳送到下一步。運動執行模塊對導游機器人的底盤運動進行控制，采用比例積分-微分控制控制方式。
2.智能語音交流
導游機器人通過互聯網數據庫，通曉多國語言，場景定制知識庫、閑聊庫，人機互動升級服務體驗，做出精確的多語種對答，能夠有效的幫助各國各地游客解決各種問題。并且還能夠進行人機交互游戲，機器人精通各種網絡流行語，給游客帶來獨特的吸引力。
語音識別模塊LD3320，LD3320芯片是一款專門用于“語音識別”的芯片，由LD3320和單片機組成的語音識別系統。
聲音識別芯片LD3320提供了一種操作方式，它脫離了GUI操作方式，并且通過語音交互界面，用戶可以輕松、快速、方便地操作系統。聲音識別芯片內置語音識別處理器，AD、DA轉換器，麥克風接口，聲音輸出接口等一些電路。
導游機器人進行聲音拾取的過程，第一步通過麥克風采集聲音，麥克風采集到的是模擬信號，系統對模擬信號進行處理，以得到采集聲音的數字信號；下一步，對數字信號進行放大、降噪、回聲一致等操作，清晰度和信噪比將有很大的提高，最后這些聲音數字信號將被傳送到機器人的系統。聲音信號在清晰化操作后繼續傳送給文字識別系統，通過標準語言訓練獲得的聲學模型進行匹配和解碼譯碼，從而得到一個較為精確的文字識別結果。系統就會轉換為導游機器人能理解的指令。將文字導入到語音庫中，然后把答案轉換成語音播放。
3.平臺信息展示
導游機器人裝有一塊電容觸摸液晶屏。觸摸屏可實現各種信息畫面展示與觸摸控制功能，游客可以在上面查看到各種信息，如當前位置信息、熱點新聞、安全知識科普、景區介紹與引導、推薦景區的各種特色活動以及優惠信息、失物招領等。
4.自主避障
導游機器人身上配有各種類型內外傳感器，組成多傳感器系統，通過傳感器系統感知外界事物，主控板獲取到外界信息后，再做出相應的控制，主要由碰撞檢測、紅外、超聲波、激光雷達等多個傳感器組成。在導游機器人進入工作地點后，面對一些可移動且不可知的障礙物，所規劃的路線無法避開那些路障，這種情況下，需要機器人具備一定的應變能力，才能順利完成指定工作任務。導游機器人不僅裝有主要的紅外傳感器，并且配合有超聲波傳感器輔助避障。能夠做到高精度的避障。其由信號發射器與信號接收器部分構成（如圖），能夠有效的監測周圍路況，對路線進行處理，有效避開障礙物，并防止碰撞到游客。
安裝的紅外線傳感器和超聲波傳感器發出檢測障礙物信號，當檢測到障礙物和導游機器人之間的距離在設定距離范圍之內時，單片機對不同傳感器檢測的障礙物距離數據分別進行處理分析，根據設定的控制規則，對第一電機控制器發出執行命令，所述第一電機控制器控制第一電機驅動輪轂調整運作姿態的同時準確避開障礙物。優選的是，當位于同一側的紅外線傳感器和超聲波傳感器中有一個未檢測到障礙物時，所述單片機向第二電機控制器發出指令控制第二電機驅動絲桿轉動使螺母朝向檢測到障礙物的一端運動，直到未檢測到障礙物的傳感器到達檢測到障礙物的傳感器的所在位置，并通過紅外線和超聲波傳感器再次檢測；當兩組傳感器均檢測到障礙物時，單片機控制機器人本體避障；當未檢測到障礙物的傳感器依然未檢測到傳感器，則單片機向移動終端發出未檢測到障礙物傳感器的故障信息。
5.智能路徑規劃與導航
本機機架位置配備360度環狀高精度雷達，可對周圍復雜環境進行掃描定位，將采集到的信息輸入嵌入式開發板，以感知周圍環境并進行自身定位。使用激光雷達在景區進行高精度定位，可為游客查詢周邊情況，如尋找最近的廁所位置、零售店等，并可進行導航帶路。通過激光雷達實時檢測各區人流量，再以導航進行路線規劃，在各個路口位置可為游客提供前往目的地的最佳路徑，有效解決景區的擁堵問題。此處為激光雷達對人群進行實時密度監測的一種方法
通過二值化處理后，根據二值化圖像與人口數之和，得到一種基于二值化技術的激光雷達信號，實時記錄雷達的掃描結果，輸出原始激光點云數據和馬達的原始數據；結合馬達的原始數據，再對原始點云數據進行有效的點云篩選，并生成pts文件；確認背景圖像存在，如果有，則對pts文件進行柵格化處理；如果沒有，則先生成背景圖像，然后再將人口數與pts文件中的柵格化圖像和背景圖，生成一群人DEM圖像，對人群DEM圖像進行二值化處理，生成二值化圖像；根據二值化圖像，計算人口與人口數之和，得到人口數量估計值。該方法受光線、場所等條件變化影響較小，能實時、準確地監測監控范圍。
6.游客身份識別與體溫異常篩選
機器人區分數字、字符、形狀和顏色的能力可以提高機器人的視覺和定位能力。該機器人配有高清人臉識別攝像頭和紅外傳感器，對周圍環境進行深度感知，并對第一時間引導用戶進行拍照，收集公眾信息，不斷豐富公眾的個人畫像，建立更完整的個人信息。基于龐大的用戶數據庫，通過比對驗證人臉和身份證信息，服務準確快速。該機器人配有紅外人體傳感器，發射紅外線，然后處理返回信號并顯示體溫，不斷監測景區游客的體溫，篩查體溫異常。
設計方案創新點 ：1.智慧程度高：在人工智能與機器人發展及其應用的基礎上，設計的導游機器人除了具備常規的智能對話、景區介紹等功能外，還具有路徑規劃導航、智能自主避障等眾多的智慧功能。
2.硬件技術強：（1）.激光雷達SLAM技術，其對于周圍環境特征的掃描重建能力相當強悍，不僅可用于避障，且結合一定的技術，還可達到一定范圍人流密度實時監測的效果。（2）.采用了紅外線技術，具有高靈敏度、高安全度性、高可靠性、超低功耗的特點。為增大感應角度的范圍，應采用圓形透鏡，使探頭四面都能感應到人體的紅外信號。（3）.在綜合考慮到成本等問題后，導游機器人采用三輪全向移動結構，可實現水平面上的全方位移動，并且行駛的平穩性、安全性、效率都有一定的保障。（4）.該主控芯片采用STM32芯片。具有高達72M的頻率、數據、指令各走不同的流水線，保證CPU運行速度的最大化。控制方便，功能齊全。（5）.語音識別模塊芯片LD3320是一款專為“語音識別”而設計的芯片，它可以識別所有普通話中文，該芯片是集成語音信號收集和識別算法。
3.安全性能好：機器人不僅裝有主要的紅外避障傳感器，并且配合有超聲波傳感器輔助避障。能夠做到高精度的避障。其由信號發射器與信號接收器部分構成，能夠有效的監測周圍路況，對路線進行處理，有效避開障礙物，并防止碰撞到游客，充分保障安全。
4.支持二次開發：機器人主體預留有大量端口，支持二次開發，可外加上其他各類設備如攝像頭、傳感器等對機器人實現更多功能拓展，滿足個性化的設定。
作品市場前景： 智能導游機器人是一種集成了人工智能、云計算、物聯網等新技術的個性化裝置，它能主動感知景區資源、景區活動、游客等信息。并及時發布出來，以達到智能感知和方便利用各種旅游信息的效果，其主要研究內容包括：系統結構設計、機械結構設計、智能功能設計以及系統軟件開發。導游機器人落地景區，通過與游客互動，智慧化問答等行為方式，持續輸出售票、景點介紹、位置導航、周邊出游推薦等高效、趣味化服務，提升景區信息咨詢滿意度、科技體驗度、游覽便捷度。
智能導游機器人融合智能機器人技術和導游服務， 它將提高導游行業的工作效率， 大大減輕導游工作負擔， 一定程度上代替人工導游工作， 提高旅游行業的經濟效益。互聯網、大數據、人工智能等新技術在旅游行業的應用，改變了旅游行業的服務品質。加快旅游業與人工智能的深度融合，不僅能大大提升旅游業的核心競爭力，而且有利于旅游業的快速發展以及當地經濟的快速提升。作品市場前景廣闊。
利用人工智能技術進一步挖掘旅游資源的文化內涵，創新開發旅游產品，促進旅游消費，提升旅游價值和旅游空間。要實現經濟結構轉型升級，并有效推進供給側改革，傳統經濟向互聯網+人工智能轉型是必經之路。總之，人工智能技術推動旅游經濟增長，也助推當地向科技化、智慧化邁進。
