作品名称：基于离线Phi-3与Jetson Orin的情感交互机器人设计与实现

学生姓名：吴佳璇

指导教师：高思雨

作品简介：

该研究设计并实现了基于离线Phi-3与Jetson Orin的情感交互机器人，目的是解决儿童教育陪伴场景下，现有机器人过度依赖云端大模型导致的响应延迟高、隐私泄露风险大、网络受限易失效等痛点，破解传统陪伴机器人情感交互浅、缺乏情感化回应的难题。系统以Rosmaster X3 Plus为硬件载体，整合语音情绪识别、离线智能对话与ROS硬件协同控制，为儿童提供安全、即时、有情感温度的陪伴服务，系统主要由情绪检测、语音交互、情绪安抚、娱乐活动和前端可视化几部分构成。

架构设计与算法实现环节采用三层架构设计，基于Jetson Orin Nano边缘计算平台与ROS机器人操作系统实现硬件层、算法层与应用层的高效解耦，保障系统实时性与可扩展性。语音情绪识别融合MFCC、Chroma及Mel频谱特征构建180维特征向量，通过多层感知机实现六种情绪精准判别；离线对话依托Ollama框架部署Phi-3轻量级大模型，结合Prompt工程注入情绪上下文，实现4GB显存约束下低延迟离线对话；集成百度语音API完成ASR/TTS转换，通过ROS节点协同控制底盘运动与机械臂，实现多模态情感交互。

成果展示：

创新点：

1. 采用离线Phi-3轻量级大模型与Jetson Orin边缘计算平台，摆脱云端依赖，端到端语音交互延迟控制在2秒内，从根本上避免儿童语音数据上传带来的隐私泄露风险，适配家庭与教育机构弱网络场景。

2. 融合MFCC、Chroma与Mel频谱多特征构建180维向量，通过多层感知机实现六种儿童情绪精准识别，置信度0.6条件下准确率超90%，结合情绪上下文Prompt工程实现情感化回应，提升陪伴交互深度。

3. 基于ROS机器人操作系统实现多模块协同控制，整合语音交互、情绪识别、故事生成、舞蹈表演与Tkinter可视化界面，构建完整的儿童情感陪伴闭环，支持软中断与异常回退，保障儿童使用安全。