機器人操作系統(tǒng)（ROS）課件9.1在ROS中構建一個人機交互機器人

機器人操作系統(tǒng)（ROS）機器人操作系統(tǒng)（ROS）在ROS中構建一個人機交互機器人9.1機器人操作系統(tǒng)（ROS）9.1.1AIML簡介AIML（人工智能標記語言）是一種基于XML的語言，用于存儲XML標簽內(nèi)部的知識。AIML文件使用結構化的方式存儲知識，以便在需要時可以輕松訪問。換句話說，AIML是一種為了匹配模式和確定響應而進行規(guī)則定義的XML格式。它的雛形是一個名為"A.L.I.C.E."("ArtificialLinguisticInternetComputerEntity")的高度擴展的Eliza機器人，由Alicebot自由軟件社區(qū)和RichardS.Wallace博士在1995-2000期間開發(fā)。目前AIML已經(jīng)有了Java，Ruby，Python，C，C#，Pascal等語言的版本。人機交互機器人機器人操作系統(tǒng)（ROS）9.1.1AIML簡介AIML標簽要學習AIML，首先需要學習基本的AIML標簽，如下表所示：編號標簽描述1<aiml>定義AIML文檔的開頭和結尾2<category>定義Alicebot知識庫中的知識單元3<pattern>定義模式以匹配用戶可以輸入到Alicebot的模式4<template>定義Alicebot對用戶輸入的響應5<star>用于匹配<pattern>標簽中的通配符*字符6<srai>多用途標簽，用于調(diào)用/匹配其他類別7<random>獲取隨機響應8<li>用于表示多個響應9<set>用于在AIML變量中設置值10<get>用于獲取存儲在AIML變量中的值11<that>用于根據(jù)上下文進行響應12<topic>用于存儲上下文，以便可以基于上下文完成對話13<think>在AIML中用于存儲變量而不通知用戶14<condition>用于ALICE響應匹配輸入機器人操作系統(tǒng)（ROS）下面通過一個簡單的例子，對上述AIML標簽進行更加形象的描述：代碼以<aiml>標簽開始，以</aiml>標簽結束，基本上它包含AIML的版本和文件的字符編號。在標簽<category>中，保存用戶的輸入和機器人回復的輸出。其中來自用戶的可能輸入保存在<pattern>標簽下，機器人回復的輸出保存在<template>標簽下。<star>標簽有助于從用戶的可能輸入中提取單詞，<starindex=”1”/>表示從用戶可能輸入中提取提一個片段。顯然若有多個可提取的片段，只需修改可提取片段出現(xiàn)的序號。9.1.1AIML簡介AIML標簽<aimlversion="1.0.1"encoding="UTF-8"><category><pattern>MYNAMEIS*</pattern><template>NICETOSEEYOU<star/></template></category><category><pattern>MEETOURROBOTS*AND*</pattern><template>NICETOSEE<starindex="1"/>AND<starindex="2"/></template></category></aiml>機器人操作系統(tǒng)（ROS）9.1.1AIML簡介安裝PyAIML解釋器可以使用如下面命令安裝軟件包：$sudoapt-getinstallpython-aiml為了驗證是否成功安裝，進入python解釋器，并嘗試使用下面的命令導入AIML模塊：$python>>>importaiml如果模塊正確加載沒有出現(xiàn)錯誤，指針就會進入下一行，那么恭喜你，至此就完成了PyAIML解釋器的安裝。機器人操作系統(tǒng)（ROS）9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人基于ROS的交互式機器人結構框圖整個系統(tǒng)的工作原理如下：使用ROS中的語音識別系統(tǒng)將用戶的語音轉(zhuǎn)換成文本，然后輸入到AIML引擎或作為機器人命令發(fā)送，其中，機器人命令是用于機器人控制的特定命令，如果文本不是機器人命令，它將發(fā)送到AIML引擎，從數(shù)據(jù)庫中給出智能回復。最后，使用文本到語音模塊將AIML解釋器的輸出轉(zhuǎn)換為語音輸出。機器人操作系統(tǒng)（ROS）AIMLROS功能包sound_play是audio-common的一個組件，audio_common是一個第三方音頻開發(fā)包，它實現(xiàn)了音頻驅(qū)動以及相關的ROS消息機制。通過下面源碼地址進行下載，/ros-drivers/audio_common，或者將本書對應章節(jié)的功能包（audio_commom-master）復制到工作空間下，安裝完相關依賴庫后，在工作空間內(nèi)進行編譯。9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人1.安裝soundplay功能包$sudoapt-getinstalllibasound2$sudoapt-getinstallgstreamer0.10-*$sudoapt-getinstalllibgstreamer1.0-dev$sudoapt-getinstalllibgstreamer1.0-0-dbg$sudoapt-getinstalllibgstreamer-plugins-base1.0-dev首先安裝soundplay相關依賴庫：機器人操作系統(tǒng)（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人1.安裝soundplay功能包接著將本書提供的功能包（audio_commom-master）拷貝到工作空間src文件夾下后，進入工作空間進行編譯：$cd~/catkin_ws/$catkin_make運行如下命令啟動sound_play主節(jié)點，運行結果如下圖所示：$roscore$rosrunsound_playsoundplay_node.py運行sound_play節(jié)點機器人操作系統(tǒng)（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人1.安裝soundplay功能包sound_play測試界面運行如下命令，可以在“”中輸入需要轉(zhuǎn)化成語音的文本信息：$rosrunsound_playsay.py"helloworld"能聽到朗讀“helloworld”并且有如下圖所示的打印界面。機器人操作系統(tǒng)（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人音量控制配置有時可能出現(xiàn)沒有聲音的情況，運行如下命令，安裝pavucontrol：$sudoaptinstallpavucontrol運行如下命令，打開該軟件：$pavucontrol切換到“配置”選項卡，根據(jù)實際情況禁用不需要的聲卡。這里插入耳機到電腦，禁止第一項，第二項選擇模擬立體聲雙工（analogystereoduplex）或者模擬立體聲輸出（analogystereooutput）。切換到輸出設備，選擇線纜輸出（unplugged），同時點擊右上角的綠色對勾。

輸出設備機器人操作系統(tǒng)（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人切換到輸入設備，選擇話筒（unplugged），同樣點擊右上角的綠色對勾。輸入設備配置完成后，運行如下命令重新進行測試：$rosrunsound_playsay.py"helloworld"aiml_server的功能是加載和保存AIML。它訂閱/chatter主題，是AIML解釋器的輸入，并發(fā)布/response主題。#!/usr/bin/envpythonimportrospyimportaimlimportosimportsysfromstd_msgs.msgimportStringrospy.init_node('aiml_server')mybot=aiml.Kernel()response_publisher=rospy.Publisher('response',String,queue_size=10)defload_aiml(xml_file): data_path=rospy.get_param("aiml_path") printdata_path os.chdir(data_path) ifos.path.isfile("standard.brn"): mybot.bootstrap(brainFile="standard.brn") else: mybot.bootstrap(learnFiles=xml_file,commands="loadaimlb") mybot.saveBrain("standard.brn")defcallback(data): input=data.data response=mybot.respond(input) rospy.loginfo("Iheard::%s",data.data) rospy.loginfo("Ispoke::%s",response) response_publisher.publish(response)

deflistener(): rospy.loginfo("StartingROSAIMLServer") rospy.Subscriber("chatter",String,callback) #spin()simplykeepspythonfromexitinguntilthisnodeisstopped rospy.spin()if__name__=='__main__': load_aiml('startup.xml') listener()機器人操作系統(tǒng)（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人機器人操作系統(tǒng)（ROS）客戶端代碼功能是等待用戶輸入并將用戶輸入發(fā)布到/chatter主題。#!/usr/bin/envpythonimportrospyfromstd_msgs.msgimportStringrospy.init_node('aiml_server')mybot=aiml.Kernel()response_publisher=rospy.Publisher('response',String,queue_size=10)AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人機器人操作系統(tǒng)（ROS）TTS客戶端訂閱/response主題，并使用sound_playAPI將相應轉(zhuǎn)化為語音。#!/usr/bin/envpythonimportrospy,os,sysfromsound_play.msgimportSoundRequestfromsound_play.libsoundplayimportSoundClientfromstd_msgs.msgimportStringrospy.init_node('aiml_soundplay_client',anonymous=True)soundhandle=SoundClient()rospy.sleep(1)soundhandle.stopAll()print'StartingTTS'defget_response(data): response=data.data rospy.loginfo("Response::%s",response) soundhandle.say(response)deflistener(): rospy.loginfo("Startinglisteningtoresponse") rospy.Subscriber("response",String,get_response,queue_size=10) rospy.spin()if__name__=='__main__': listener()AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人機器人操作系統(tǒng)（ROS）語音識別節(jié)點訂閱/recognizer/output，并發(fā)布主題/chatter，其中主題/recognizer/output由ROS語音識別軟件包發(fā)布，如PocketSphinx。。#!/usr/bin/envpythonimportrospyfromstd_msgs.msgimportStringrospy.init_node('aiml_speech_recog_client')pub=rospy.Publisher('chatter',String,queue_size=10)r=rospy.Rate(1)#10hzdefget_speech(data): speech_text=data.data rospy.loginfo("Isaid::%s",speech_text) pub.publish(speech_text) deflistener(): rospy.loginfo("StartingSpeechRecognition") rospy.Subscriber("/recognizer/output",String,get_speech) rospy.spin()whilenotrospy.is_shutdown(): listener()AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人機器人操作系統(tǒng)（ROS）該啟動文件啟動aiml_server和aiml_client節(jié)點。運行此啟動文件之前，必須將數(shù)據(jù)文件夾路徑設置為ROS參數(shù)，可以將其設置為AIML數(shù)據(jù)文件夾路徑。<launch> <paramname="aiml_path"value="/home/robot/ros_robotics_projects_ws/src/ros_aiml/data"/> <nodename="aiml_server"pkg="ros_aiml"type="aiml_server.py"output="screen"> </node> <nodename="aiml_client"pkg="ros_aiml"type="aiml_client.py"output="screen"> </node></launch>AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人機器人操作系統(tǒng)（ROS）該啟動文件啟動aiml_server、aiml_client和aiml_tts節(jié)點，與上一啟動文件的區(qū)別在于將AIML服務器的響應轉(zhuǎn)化為語音。<<launch> <paramname="aiml_path"value="/home/robot/ros_robotics_projects_ws/src/ros_aiml/data"/> <nodename="aiml_server"pkg="ros_aiml"type="aiml_server.py"output="screen"> </node> <includefile="$(findsound_play)/soundplay_node.launch"></include> <nodename="aiml_tts"pkg="ros_aiml"type="aiml_tts_client.py"output="screen"> </node> <nodename="aiml_client"pkg="ros_aiml"type="aiml_client.py"output="screen"> </node></launch>AIMLROS功能包9.1.2在ROS中創(chuàng)建AIML機器人機器人操作系統(tǒng)（ROS）該啟動文件將啟動AIML服務器、AIMLTTS節(jié)點和語音識別節(jié)點：<launch> <paramname="aiml_path"value="/home/robot/ros_robotics_projects_ws/src/ros_aiml/data"/> <nodename="aiml_server"pkg="ros_aiml"type="aiml_server.py"output="screen"> </node> <includefile="$(findsound_play)/soundplay_node.launch"></include> <nodename="aiml_tts"pkg="ros_aiml"type="aim