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7/26/2019 Sistema de control inalámbrico por medio de voz empleando un dispositivo móvilArt Gus Com Rob 2014

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Sistema de control inalámbrico por medio de voz empleando undispositivo móvil

Gustavo González GarcíaDepartamento de Posgrado

Escuela Superior de Cómputo IPNMéxico, D.F., 07738

Email: [email protected]

Rodolfo Romero Herrera

Departamento de PosgradoEscuela Superior de Cómputo IPN

México, D.F., 07738

Email: [email protected]

Alfonso Fernández Vázquez

Departamento de PosgradoEscuela Superior de Cómputo IPN

México, D.F., 07738Email: [email protected]

ABSTRACTEste artículo presenta un sistema de control

inalámbrico, implementado en un dispositivo móvil, con procesamiento de comandos de voz; por otra parte, la

tecnología bluetooth permite controlar sensores de unmecanismo móvil, y el sensado de la temperatura ambiente, dela proximidad y la posición, etc. Las lecturas tomadas por elmecanismo son procesadas en un micro-controlador por susimplicidad para el tratamiento de señales y éste mismo esquien realiza el envió de información a través de un módulo

bluetooth en un alcance de hasta 100m, la información sobretemperatura y proximidad se proporcionan al usuario alejecutar el comando correspondiente en el dispositivo móvil,

por otra parte este también permite conocer la ubicación delsistema y mostrarlo al usuario. Las facilidades que brinda el

procesamiento de voz permite el uso de una interfaz sencilla por su naturaleza, que puede brindar a discapacitados posibilidades de control de mecanismos mediante el empleo deun celular.

INTRODUCTIONEn esta era tecnológica, tenemos a nuestro

alcance muchos dispositivos que nos permiten realizartareas fácilmente, y de igual forma nos permitedesarrollar tecnología. En particular, el presente

proyecto está basado en las características de losteléfonos celulares [1].

El propósito de desarrollar un sistema de

control remoto inalámbrico es generar aplicacionesque se le pueden dar al Bluetooth de un celular y al

procesamiento de voz del dispositivo móvil. Se utilizacomo base el sistema operativo Android, por serestable y contar con pocos problemas decompatibilidad con los dispositivos móviles, ademásde la cantidad de usuarios que cuentan con estesistema operativo. Las aplicaciones del sistema

propuesto son variadas, por ejemplo, para el desarrollode un mecanismo móvil se puede utilizar para elmonitoreo de algún servicio siguiendo instruccionesmediante el uso de los comandos de voz; también

puede ser implementado como sistema de vigilancia.

En el mercado existen diversas aplicacionesrelacionadas con el procesamiento de voz y él envióde información mediante redes inalámbricas, tenemosel caso de JustSpeak, TalkMe, TalkBack entre otras,que nos ofrecen el servicios de control de usando undispositivo móvil mediante comandos de voz. La

Memorias del XVI Congreso Mexicano de Robótica 20

Universidad Autónoma de Sinaloa, Universidad Politécnica de SinaloaUniversidad de Occiden

XVI COMRob 2014; ISBN en trám6-8 de noviembre 2014; Mazatlán, Méxi

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principal ventaja de proveer este servicio a losusuarios, es que aquellas personas con capacidadesespeciales de movilidad pueden utilizar este tipo deaplicaciones con mayor facilidad [2].

SISTEMA DE CONTROL INALAMBICO

En este artículo se realiza el control de un vehículomediante el uso de reconocimiento de voz. El sistema en sutotalidad emplea un desarrollo electrónico, el cual escontrolado por una aplicación que se ejecuta en un dispositivoAndroid, con versión 2.3 o superior.

Software utilizadoAlgunas aplicaciones que nos permitieron el desarrollo

del proyecto fueron: Java, Eclipse, Isis Proteus; de estosEclipse fue empleado para la programación del dispositivomóvil, ya que esté nos permite realizar la programaciónorientada a objetos con el lenguaje Java, el software de Isis

Proteus nos admite realizar la simulación de los dispositivoselectrónicos en conjunto con un micro controlado para observarel funcionamiento de algunos sensores y realizar un diseñoPCB funcional para el control de un mecanismo.

Hardware utilizadoLos dispositivos electrónicos para realizar pruebas de

comunicación y transmisión y recepción de datos fueron: unArduino UNO como micro-controlador, un módulo bluetoothRn-2, un sensor Lm335 y un sensor ultrasónico HRS-04 [3].

Programación del dispositivo móvilPara la programación del dispositivo se usó el ambiente

programación Eclipse disponible en la página developer deAndroid, después de haberse realizado las instalacionesnecesarias, se comenzó con la programación siguiendo el

paradigma orientado a objetos. Se realizó la creación de clases,métodos y objetos indispensables para la aplicación [4], deigual forma se importaron paquetes forzosos para el uso de

multimedia y poder utilizar servicios que permitieran realizarel reconocimiento de voz, de igual forma para implementar lacomunicación inalámbrica [5] fue necesario comprender el usoy funcionamiento del dispositivo Bluetooth.

Programación del Micro-controladorDespués de concluir con la programación del

dispositivo móvil nos dimos a la tarea de programar el microcontrolador, en este caso, primeramente, se creó el algoritmo

para la captura de datos pertenecientes a los sensores y para lacomunicación inalámbrica con el dispositivo móvil [6],después, se creó el programa en C para ejecutar el algoritmo

que se muestra en la figura 1.

PROCESAMIENTO DE VOZ EN GOOGLE.El procesamiento en los sistemas de Google se lleva a

cabo con MM (Modelos de Morkov) donde a través de estadosse emite un determinado símbolo del conjunto de salidas

posibles. Es decir que la función de salida simplemente asigna

FIGURA 1. ALGORITMO DE CONTROL.

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uno de los símbolos dependiendo del estado en que seencuentre el modelo. Es por esto que un MM es tambiénconocido bajo la denominación de modelo observable deMarkov: a partir de la salida se puede “observar” en qué estado

se encuentra el modelo. El hecho de que en cada estado se pueda observar un único símbolo es una limitación importanteque reduce las posibilidades de aplicación de los MM.

En estas condiciones nunca se podrá saber con certeza

en qué estado está el modelo, observando solamente su salida.El funcionamiento interno del modelo queda “oculto” y es por

eso que se le denomina modelo oculto de Markov. Los MOMmás utilizados en RAH (Reconocimiento automático del habla)

poseen una estructura muy simple denominada de izquierda aderecha.

Comandos de vozEl sistema realiza reconocimiento de la voz del usuario

y estas palabras se guardan en un Sting que nos permite saberde qué comando se trata y con esto enviar una petición almecanismo. El sistema hace uso de los servicios de GOOGLE

para obtener dicha información, entonces para esto debemostomar en cuenta que siempre debe existir una conexión ainternet; Sin embargo, si no se cuenta con la conexión a internettenemos un modo llamado “manual” el cual nos permitirá

controlar el mecanismo con ausencia de comandos de voz.Google utiliza algoritmos de inteligencia artificial para

reconocer las oraciones habladas, almacena los datos de voz deforma anónima para fines de análisis, y compara la vozcapturada con consultas previas en el servidor. La figura 2muestra la estructura del servicio Google Speech Recognition:

En la figura 3 se muestra un diagrama a bloques delreconocimiento de voz utilizando servicios de google, primeronos encargamos de recoger las muestras tomadas por elmicrófono, después se realiza la transferencia de muestras deaudio a los servidores de google y este realiza el trabajo dereconocimiento de voz, para esto el dispositivo debe

encontrarse conectado a una red con acceso a internet, elservidor nos retorna un String con las palabras reconocidas,finalmente el sistema realiza la comprensión de los datos y sedecide si este es un comando a ejecutar o se omite elreconocimiento y se le notifica al usuario cualquier errorocurrido. Ver figura 3.

Text-to-SpeechOtro servicio que también se provee es el de text-to-

speech con el cual nos dirigimos al usuario para darle a conocer

si se ha reconocido el comando o bien no se le ha entendido, para esto no es necesario el acceso al servidor de google ya quees posible implementarlo sin la necesidad de una conexión a lared. La ventaja de proveer un servicio como el mencionado, nos

permite contar con una interfaz simple de control y denotificaciones.

IMPLEMENTACION.Durante el desarrollo del proyecto fueron realizándose

distintos tipos de pruebas, primeramente, se realizaronsimulaciones y finalmente, pruebas físicas. Realizar distintostipos de pruebas permite encontrar las distintas fallas.

Aplicación APKSe ha implementado una aplicación en un dispositivo

móvil xperia Z; en la figura 4 se muestra la aplicaciónejecutándose en el dispositivo, en esta se muestra el botón“comando” con el cual el sistema solicitara mediante la voz, las

instrucciones para el usuario, por otra parte tiene un menú deayuda el cual sirve de apoyo al consumidor, para darle a

FIGURA 2. ESTRUCTURA DEL SERVICIO GOOGLESPEECH. DIAGRAMA TOMADO DE [7]

FIGURA 3. BLOQUES DE RECONOCIMIENTO DE VOZ.

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conocer las instrucciones y comandos compatibles con elsistema, estos comandos se muestran en la tabla 1; finalmentesi el usuario tiene algún problema con el control del vehículomediante voz, tiene la oportunidad de acceder al modo manualel cual se muestra en la figura 5, dando un clic en el botón“modo manual”.

En la tabla 1 mostramos los posibles comandos que pueden ser utilizados para el control del mecanismo.

TABLA 1. COMANDOS DE VOZ.

Comando AcciónAdelante El vehículo avanza.

Atrás El vehículo retrocede.

Izquierda El vehículo se mueve a la

izquierda.

Derecha El vehículo se mueve a la

derecha.

Derecha El vehículo se mueve a laderecha.

Encender luces El vehículo enciende las

luces.

Apagar luces Las luces se apagan.

Conectar El sistema se conecta con

el vehículo.

Desconectar El sistema termina

conexión.

Mapa Se muestra la posición del

sistema en google maps.

Temperatura Se obtiene la temperatura

del ambiente, mediante el

sensado del dispositivo

LM335.

Distancia Se muestra la distancia

entre el mecanismo y el

objeto más cercano.

Modo manual El sistema cambia alcontrol del mecanismo de

forma tradicional, como se

muestra en la figura 3.

Detener El vehículo se detiene.

Sistema ElectrónicoEn la figura 6 se muestra el diseño electrónico

simplificado del sistema. En este se observa al micro-controlador el Arduino UNO, también se muestran los motores

necesarios para el movimiento del mecanismo y el driver l293dque nos permite aumentar la corriente en estos motores,finalmente también se ve el sensor de temperatura lm335.

FIGURA 4. APLICACI N EJECUTANDOSE.

FIGURA 5. APLICACI N EN MODO MANUAL.

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Sistema Mecánico

En la figura 7 se muestra el mecanismo utilizado pararealizar pruebas del sistema, se observa sus vistas laterales, estemecanismo nos permite albergar el sistema electrónico y lacolocación de manera sencilla de los motores, en la parte deenfrente se encuentra el sensor de proximidad con lo cualgarantizamos que el mecanismo no choque contra algún objetoy también nos proveerá la distancia hacia el objeto máscercano.

El mecanismo cuenta con dos motores para producir losmovimientos necesarios. El motor dedicado a la traccióntrasera cuenta con una velocidad de tracción de 4100 rpm y conun consumo de corriente sin carga de 35mA. El giro delmecanismo podrá ser producido con un arreglo mecánico decremallera-piñón, con un motor que impulsa el giro del piñón,

este motor cuenta con una tracción de 780 rpm. El motor cuentacon un torque de 3.4 N*cm.

El cuerpo del vehículo y cada parte mecánica interna hasido construido con piezas Lego. El material es ligero lo que

permite que los motores no tengan un sobreesfuerzo.

RESULTADOSSe realizaron pruebas de distinto tipo con el fin de

encontrar errores comunes, entre estos la conexión fallida y elcomando desconocido; estos errores se deben principalmente alemparejamiento de los dispositivos inalámbricos; el comandodesconocido ocurre cuando el sistema no encuentra forma de“comprender” lo que el usuario a mencionado, esto puede ser

por su velocidad de pronunciación, acento o bien el sistema no

cuenta con una conexión a internet. Por otra parte el sistema hasido probado con 8 personas ejecutando cada uno de loscomandos que se han mostrado en la tabla 1, teniendo como

porcentaje de éxito el 90%, contando los errores mencionadosanteriormente.

El sistema fue probado utilizando los comandossoportados, el sistema fue utilizado por 10 personas entrehombres y mujeres entre 18 y 23 años. Cada persona utilizo 4veces cada uno de los comandos teniendo como resultado un

porcentaje éxito el cual se muestra en la tabla 2 la cualcorresponde al porcentaje de éxito del sistema ante el todo devoz de las mujeres y en la tabla 3 se muestra el porcentaje deéxito con los hombres que probaron el sistema. Por el volumen

de voz el sistema ha reconocido con mayor eficiencia loscomandos solicitados por los hombres.

TABLA 2. PORCENTAJE DE ÉXITO EN MUJERES.

Comando Acción

Adelante 65%

Atrás 72%

Izquierda 80%

Derecha 80%

Encender luces 65%

Apagar luces 70%

Conectar 70%

Desconectar 75%

Mapa 55%

Temperatura 45%

Distancia 80%

Modo manual 90%

Detener 95%

Adelante 80%

TABLA 3. PORCENTAJE DE ÉXITO EN HOMBRES.

Comando Acción

Adelante 80%

Atrás 90%

Izquierda 60%

Derecha 90%

Encender luces 85%

FIGURA 6. SISTEMA ELECTR NICO

FIGURA 7. SISTEMA MECANICO.

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Apagar luces 90%

Conectar 90%

Desconectar 95%

Mapa 76%

Temperatura 65%

Distancia 88%

Modo manual 70%

Detener 95%

Adelante 80%

El vehículo puede avanzar en línea recta a una velocidadconstante de 7.2 km/hr. En este sentido cuando el vehículorecibe la interrupción de un comando de giro, sea izquierda oderecha, este produce un cambio de dirección en curva deaproximadamente 32 grados.

CONCLUSIONES En este artículo se ha presentado un sistema capaz de

realizar la conexión inalámbrica con un mecanismo y tomar elcontrol de este, mediante comandos de voz empleando síntesis,con una distancia máxima de control de 100m utilizandotecnología bluetooth. El sistema se ha probado en undispositivo móvil xperia Z, el cual cuenta con Android 4.3; elsistema instalado en el dispositivo ha tenido una fuerteestabilidad ya que ha podido recuperarse ante fallosinesperados.

Con este sistema podemos contribuir a sustituir algunascomunicaciones inalámbricas, no tan solo para controlaragentes móviles, si no también podrían ser aplicables a distintossistemas digitales, robótica, o en otras áreas de estudio; todoesto con el reconocimiento y síntesis de voz.

RECONOCIMIENTOSLos autores reconocen el apoyo recibido para la

realización del presente proyecto, por parte del InstitutoPolitécnico Nacional en la Escuela Superior de Computo.

REFERENCES[1] D. E. Knudsen.1966 World Bnus Almanac.

Permafrost Press, Novosibirsk.

[1] Martín Inzaurralde, Jorge Isi, Javier Garderes,Telefonia celular , Facultad de Ingeniería – Universidad de la Republica de Montevideo,Uruguay, Vol 25.

[2] De Ipiña, D.L., Rodríguez, A., & Vázquez, I. Accesibilidad para Discapacitados a través de

Teléfonos y Servicios Móviles Adaptables; 2004.

[3] Böhmer, M. (2012). Beginning Android ADK with

Arduino, Detección de la temperatura, Apress, New York.

[4] Holzner, S. (2000). JAVA 2, AWT: Cuadros de

texto, botones, casillas de activación y plantillas,Anaya Multimedia, Madrid.

[5] McRoberts, M. (2010). Beginning Arduino,Ultrasonic Rangefinders, Apress, New York.

[6] Meier, R. (2010). Professional Android 2 Application Development , Bluetooth, Networks,and Wi-Fi, Wiley Publishing, Indiana.

[7] Monk, S. (2012). ARDUINO+ANDROID FOR

THE EVIL GENIUS , Bluetooth Robot, McGraw-Hill, USA.

[8] Jeong, H.-D.J., Sang-Kug Ye, Jiyoung Lim, IlsunYou, Wooseok Hyun, Hee-Kyoung Song.: A

Remote Computer Control System Using Speech

Recognition Technologies of Mobile Devices, In:Innovative Mobile and Internet Services inUbiquitous Computing (IMIS), 2013 SeventhInternational Conference on , vol., no., pp.595,600,3-5 (2013).

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