[实用新型]一种自主搜寻声源的机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种自动检测及机器人技术，具体为一种可应用于实际室内环境下具有立体双耳声觉传感器阵列的自主搜寻声源的机器人，国际专利分类号拟为Int.Cl.G01D 21/02(2006.01)。

背景技术

随着各国对国家安全、社会治安等公共事业的高度重视，以防暴、反恐、消防灭火、排险救援等为特征的危险作业移动机器人的需求日益凸现。在工业上，各种危险化学反应釜、危险品储罐及其管道的检测与维修机器人的需求日益高涨，尤其是在石化行业，随着我国石化工业的发展，各类化学反应容器和输送管道的泄漏检测与修补已成为石化工业避免事故的关键技术，但目前存在的突出问题是如何实现移动机器人对可疑物品的准确判断。在特殊环境中搜寻并跟踪特定目标、获取与所跟踪目标的准确距离、判断声源方向同时进行声音的识别以及为打击武器进行自动瞄准等工作就显得很重要，对于保障人民生命财产安全，促进经济社会的和谐发展具有重大现实意义。

声源跟踪、定位与移动机器人技术相结合，通过使用移动机器人来发现、跟踪确定声源位置并识别声音，这种主动或自主搜寻可以有效地弥补传统方法(如固定传感器网络法、专业人员或经过训练的动物到泄漏源现场查找等)存在的缺点。一方面，由于移动机器人的运动性，它相当于组成一个移动传感器网络，相比固定传感器可以覆盖更大的范围且运动灵活；另一方面，机器人可被快速开发，维护费用低，且可长时间工作，也不存在人身危险和注意力时间有限、易疲劳等问题。移动传感器网络在声源探测的过程中起着举足轻重的作用。

声觉传感器(以下简称传声器)能以各种不同的方式组合为阵列。传声器阵列可以加强不同方向的信号。由于传声器的各种加权求和相当于以不同的方式处理相同的数据，多个方向上的信号源就可以同时被提取，因此传声器阵列可以克服单一传声器在接收和处理空间信号方面的局限性，具有良好的性能。传声器阵列形式主要有线阵、面阵、立体阵。每一种传声器阵列都有其独到的一面。现有传声器阵列存在的问题是：线阵由于其轴对称性，在定位时可能会造成空间模糊；面阵可以在整个平面对目标进行定位，也可以对阵列所在平面为界的半个空间进行定位；立体阵可以对整个空间进行定位，但它们的阵列数量多，算法要复杂的多，运算量较大；另外，现有的传声器阵列与机器人结合的较少，并且具有很大的局限性，例如，Yuki TAMAI等人(Yuki TAMAI等，基于128个传声器组成阵列的实时2维声源定位，IEEEInternational Workshop on Robot and Human Interactive Communication会议论文集，2004年，65-70；Yuki TAMAI，Satoshi KAGAMI，Hiroshi MIZOGUCH1，Yutaka AMEMIYA，Koichi anathema，Tachyon TAKANO，Real-Time 2Dimensional Sound Source Localization by 128-Channel Huge MicrophoneArray，Proceedings of the 2004 IEEE International Workshop on Robot andHuman Interactive Communication，2004：65-70)提出一种用128个传声器组成的阵列进行声源定位的方法，其传声器数量太多，结构复杂，用在机器人的头部既不实际，也没必要；又例如，K.Nakadai等人(K.Nakadai等，基于机器人听觉的声源定位和区别，IEEE International Conference on SpokenLanguage Processing会议论文集，2002年，193-196；K.Nakadai，H.G.Okuno，and H.Kitano，sound source localization and separation for robot audition，Proceedings IEEE International Conference on Spoken Language Processing，2002：193-196)和Takehiko等人(Takehiko Katayama，基于双耳模型的三维声源定位系统的发展，Toyohashi University of Technology master′s thesis，2005；Takehiko Katayama，Development of 3-D Sound Localization System by BinauralModel，Toyohashi University of Technology master′s thesis，2005)分别提出的一种用两个传声器作为机器人的左右耳的声源定位的方法，其传声器的数量又太少，并且两个传声器组成的线阵不能进行声源的空间定位，不能满足实际需要。