基于南孔文化的国学语音机器人

李臻恺 祝海鹏 朱小青 杨宇琛 谷洋洋 黄薇

摘要：近几年社会各界对国学价值的认识越来越深刻，社会上掀起了一波“国学热”。“国学热”的不断发展，让国学教育走入了公众的视野。而对于市面上存在的语音机器人，还存在着许多问题。本项目决定用以南孔文化为核心的国学教育课程和与之匹配的“南孔爷爷”动漫 IP外形的南孔爷爷来研发南孔国学语音机器人。本项目的系统采用的架构是微服务，各核心业务使用 WebApi 提供服务，可选用PC 端或以树莓派对主的硬件端。其中核心程序开发体现在对数据分析和提取，对于机器学习基本库：DLib，体现在对数据进行筛选以及产生回答的过程;MySql 技术是对南孔课程开发的数据构建南孔教育模型。基于南孔国学语音机器人和南孔国学教育系统将实现提供机器助学，线下教育，线上自学的三位一体国学教育服务。

1.前言

对于市面上存在的语音机器人，一方面语音识别准确度不够，AI 技术限于简单场景;另一方面内置课程质量参差不齐，且大多智能硬件商不具备生产运营内容的能力，只能引入第三方内容，同质化问题突出。根据我们对目前市场上的语音机器人产品的调查分析，发现其中内容或功能缺乏新意依旧是最大的问题。绝大部分语音机器人除了在产品外观和语音音色上面有所创新，其余在功能和内容方面都没有自己的特点和突破。

本项目选择以南孔文化为核心的国学经典课程开发作为本团队的垂直领域，定义国学语音机器人，提供更好的交互形式。最终配合公益课程和活动的形式，让求学精神重新贯彻新时代，弘扬国学精神，巩固儿童教育成果，提升家庭幸福指数。

2.硬件设计

我们选择了市面上常见的树莓派作为 Linux 系统的载体。同时结合蜂鸣器和麦克风等辅助硬件，实現对用户语音的录入以及对南孔机器人生成的语音反馈的播放，具体硬件。为了实现硬件之间更好地连接，我们设计了如下的电路原理图1，以满足项目的需要。

3.软件设计

（1）技术模块说明

在语音识别的处理上是基于非特定人语音识别上，实现对特定人语音识别后的机器人模式转换。其功能的实现是基于snowboy 官网提供的 API 链接。通过调用 API 的调用，我们可以通过返回值得知当前使用南孔机器人的用户性别和年龄，因此在家庭生活中，南孔机器人可以辨别出男孩和女孩，爸爸和妈妈以及爷爷和奶奶或者外公和和外婆，同时再利用南孔机器人中多线程的开发，保证了主线程和多条子线程的运行，从而实现对不同人群进行不同功能的展示和说明。

（2）交互系统实现

本项目是面向嵌入式设备开发，其中针对 PC 端，可直接在Linux/M ac 系统下运行，而针对 Windows 系统，则需要相应虚拟机的辅助。本项目的开发过程就是基于 Windows 系统下，利用 Oracle VM VirtualBox 进行的 Linux 系统开发。

1.南孔语音机器人的工作机制

（1）南孔机器人被唤醒后，用户的语音指令先经过 ASR 引擎进行ASR 识别成文本;

（2）南孔机器人会对识别到的文本进行语义理解（NLU），得到解析结果;

（3）轮询每个可用插件，进行技能匹配，交给适合处理该指令的技能插件去处理;

（4）插件处理过程中，还可以根据需要使用 TTS 引擎合成成语音，播放给用户;

5.结论及期望

本项目将南孔文化与语音机器人进行结合，不仅对语音机器人有了新的创新，在国学教育的内容上有了新的突破。南孔机器人在课程的研发上注重原创，在不改变国学经典的内涵与精髓的条件下，加入一定的时代元素，为国学经典注入新鲜活力。在一定程度上传播南孔文化，宣传南孔爷爷的形象，发挥衢州南孔文化的优势，带动当地经济发展，进而将面辐射到周边的省市。

资助项目：衢州学院大学生科技创新项目Q20X025