机器人操作系统（ROS）课件9.1在ROS中构建一个人机交互机器人

机器人操作系统（ROS）机器人操作系统（ROS）在ROS中构建一个人机交互机器人9.1机器人操作系统（ROS）9.1.1AIML简介AIML（人工智能标记语言）是一种基于XML的语言，用于存储XML标签内部的知识。AIML文件使用结构化的方式存储知识，以便在需要时可以轻松访问。换句话说，AIML是一种为了匹配模式和确定响应而进行规则定义的XML格式。它的雏形是一个名为"A.L.I.C.E."("ArtificialLinguisticInternetComputerEntity")的高度扩展的Eliza机器人，由Alicebot自由软件社区和RichardS.Wallace博士在1995-2000期间开发。目前AIML已经有了Java，Ruby，Python，C，C#，Pascal等语言的版本。人机交互机器人机器人操作系统（ROS）9.1.1AIML简介AIML标签要学习AIML，首先需要学习基本的AIML标签，如下表所示：编号标签描述1<aiml>定义AIML文档的开头和结尾2<category>定义Alicebot知识库中的知识单元3<pattern>定义模式以匹配用户可以输入到Alicebot的模式4<template>定义Alicebot对用户输入的响应5<star>用于匹配<pattern>标签中的通配符*字符6<srai>多用途标签，用于调用/匹配其他类别7<random>获取随机响应8<li>用于表示多个响应9<set>用于在AIML变量中设置值10<get>用于获取存储在AIML变量中的值11<that>用于根据上下文进行响应12<topic>用于存储上下文，以便可以基于上下文完成对话13<think>在AIML中用于存储变量而不通知用户14<condition>用于ALICE响应匹配输入机器人操作系统（ROS）下面通过一个简单的例子，对上述AIML标签进行更加形象的描述：代码以<aiml>标签开始，以</aiml>标签结束，基本上它包含AIML的版本和文件的字符编号。在标签<category>中，保存用户的输入和机器人回复的输出。其中来自用户的可能输入保存在<pattern>标签下，机器人回复的输出保存在<template>标签下。<star>标签有助于从用户的可能输入中提取单词，<starindex=”1”/>表示从用户可能输入中提取提一个片段。显然若有多个可提取的片段，只需修改可提取片段出现的序号。9.1.1AIML简介AIML标签<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>机器人操作系统（ROS）9.1.1AIML简介安装PyAIML解释器可以使用如下面命令安装软件包：$sudoapt-getinstallpython-aiml为了验证是否成功安装，进入python解释器，并尝试使用下面的命令导入AIML模块：$python>>>importaiml如果模块正确加载没有出现错误，指针就会进入下一行，那么恭喜你，至此就完成了PyAIML解释器的安装。机器人操作系统（ROS）9.1.2在ROS中创建AIML机器人基于ROS的交互式机器人结构框图整个系统的工作原理如下：使用ROS中的语音识别系统将用户的语音转换成文本，然后输入到AIML引擎或作为机器人命令发送，其中，机器人命令是用于机器人控制的特定命令，如果文本不是机器人命令，它将发送到AIML引擎，从数据库中给出智能回复。最后，使用文本到语音模块将AIML解释器的输出转换为语音输出。机器人操作系统（ROS）AIMLROS功能包sound_play是audio-common的一个组件，audio_common是一个第三方音频开发包，它实现了音频驱动以及相关的ROS消息机制。通过下面源码地址进行下载，/ros-drivers/audio_common，或者将本书对应章节的功能包（audio_commom-master）复制到工作空间下，安装完相关依赖库后，在工作空间内进行编译。9.1.2在ROS中创建AIML机器人1.安装soundplay功能包$sudoapt-getinstalllibasound2$sudoapt-getinstallgstreamer0.10-*$sudoapt-getinstalllibgstreamer1.0-dev$sudoapt-getinstalllibgstreamer1.0-0-dbg$sudoapt-getinstalllibgstreamer-plugins-base1.0-dev首先安装soundplay相关依赖库：机器人操作系统（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中创建AIML机器人1.安装soundplay功能包接着将本书提供的功能包（audio_commom-master）拷贝到工作空间src文件夹下后，进入工作空间进行编译：$cd~/catkin_ws/$catkin_make运行如下命令启动sound_play主节点，运行结果如下图所示：$roscore$rosrunsound_playsoundplay_node.py运行sound_play节点机器人操作系统（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中创建AIML机器人1.安装soundplay功能包sound_play测试界面运行如下命令，可以在“”中输入需要转化成语音的文本信息：$rosrunsound_playsay.py"helloworld"能听到朗读“helloworld”并且有如下图所示的打印界面。机器人操作系统（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中创建AIML机器人音量控制配置有时可能出现没有声音的情况，运行如下命令，安装pavucontrol：$sudoaptinstallpavucontrol运行如下命令，打开该软件：$pavucontrol切换到“配置”选项卡，根据实际情况禁用不需要的声卡。这里插入耳机到电脑，禁止第一项，第二项选择模拟立体声双工（analogystereoduplex）或者模拟立体声输出（analogystereooutput）。切换到输出设备，选择线缆输出（unplugged），同时点击右上角的绿色对勾。

输出设备机器人操作系统（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中创建AIML机器人切换到输入设备，选择话筒（unplugged），同样点击右上角的绿色对勾。输入设备配置完成后，运行如下命令重新进行测试：$rosrunsound_playsay.py"helloworld"aiml_server的功能是加载和保存AIML。它订阅/chatter主题，是AIML解释器的输入，并发布/response主题。#!/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()机器人操作系统（ROS）AIMLROS功能包9.1.2在ROS中创建AIML机器人机器人操作系统（ROS）客户端代码功能是等待用户输入并将用户输入发布到/chatter主题。#!/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中创建AIML机器人机器人操作系统（ROS）TTS客户端订阅/response主题，并使用sound_playAPI将相应转化为语音。#!/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中创建AIML机器人机器人操作系统（ROS）语音识别节点订阅/recognizer/output，并发布主题/chatter，其中主题/recognizer/output由ROS语音识别软件包发布，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中创建AIML机器人机器人操作系统（ROS）该启动文件启动aiml_server和aiml_client节点。运行此启动文件之前，必须将数据文件夹路径设置为ROS参数，可以将其设置为AIML数据文件夹路径。<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中创建AIML机器人机器人操作系统（ROS）该启动文件启动aiml_server、aiml_client和aiml_tts节点，与上一启动文件的区别在于将AIML服务器的响应转化为语音。<<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="$(findsound_play)/soundplay_node.launch"></include> <nodename="aiml_tts"pkg="ros_aiml"type="aiml_tts_client.py"output="screen"> </node> <nodename="aiml_client"pkg="ros_aiml"type="aiml_client.py"output="screen"> </node></launch>AIMLROS功能包9.1.2在ROS中创建AIML机器人机器人操作系统（ROS）该启动文件将启动AIML服务器、AIMLTTS节点和语音识别节点：<launch> <paramname="aiml_path"value="/home/robot/ros_robotics_projects_ws/src/ros_aiml/data"/> <nodename="aiml_server"pkg="ros_aiml"type="aiml_server.py"output="screen"> </node> <includefile="$(findsound_play)/soundplay_node.launch"></include> <nodename="aiml_tts"pkg="ros_aiml"type="aim