[发明专利]分布式声源探测方法及基于该方法的声音探测机器人

说明书

本发明涉及一种分布式声源探测方法及基于该方法的声音探测机器人，相比传统单机器人声源探测系统，基于分布式声源定位技术的多机器人协同声源探测系统具有探测范围较大，探测精度较高，环境适应性和容错性强等优势，作为群体机器人环境感知的新手段，大大提高机器人环境感知能力，为智能机器人编队协作奠定了良好基础。

技术领域

本发明涉及一种分布式声源探测方法及基于该方法的声音探测机器人系统的设计与实现。

背景技术

近年来，智能移动机器人技术得到了蓬勃发展，图像和声音作为机器人感知环境最主要的两种方式，都存在一些不足。具体而言，基于图像的环境感知技术存在数据量大，易受光线影响，探测视角、距离有限等问题，而现有基于声音的环境感知技术存在探测范围有限，抗干扰能力差，可靠性弱等问题。因此，研究稳健、精确的机器人声音感知技术对提高机器人的性能具有重要的意义。

机器人声音感知技术的主要任务是让机器人实时，准确的对环境中的声音信息做出判断，得到目标相对自身的空间位置，即声源定位。现有的机器人声源定位系统绝大多数是基于单一机器人平台与麦克风阵列声源定位技术的系统。这类系统一定程度上实现了对声源目标的定向，但受限于单个机器人平台的结构和尺寸，麦克风的尺寸不能过大，导致机器人声源定位系统的探测范围小，精度低，可靠性不高，在远场情况下只能得到声源的方向，而无法实现精确的声源定位。

分布式声源定位技术是利用无线传感器网络，融合空间上多个分离麦克风阵列的数据，协同定位的声源定位新方法，相比单一阵列的声源定位系统有效提高了探测范围，定位精度，单个阵列损坏不会导致整个系统功能瘫痪，可靠性强，总体而言克服了单个麦克风阵列存在的不足。

多机器人编队协同是机器人领域目前的研究热点，在体系结构和硬件资源方面与分布式声源定位技术有很多共同点。通过查阅现有资料和论文发现，目前基于分布式声源定位方法的多机器人协同声源探测技术尚未有相关研究和应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，以及智能机器人在声音感知方面的需求，提出结合分布式声源定位技术和机器人编队协同技术在通信体系，硬件资源上的共同点，提出了基于多机器人系统的分布式声源探测新方法，该方法优化和增强现有机器人对声源目标的探测能力，使多个机器人可以完成更加复杂的协作功能，该技术可以应用于军事，工业生产和家庭机器人等诸多方面，具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案是：一种分布式声源探测新方法，其特征在于：

该方法基于由1台监控计算机和若干个声音探测机器人组成的多机器人编队协同声源探测系统，该方法包括以下步骤。

步骤一，系统布局：将M(≥3)个声音探测机器人按最优布局方法分散摆放至需要监测的区域，监控计算机置于区域内或区域外d米以内(d≤500)。所述的机器人最优布局方法定义如下：

根据需要监测区域的特点和编队中机器人的数量，系统最优布局指的是在二维平面内布局时，使相邻机器人之间连线组成的几何图形趋于正多边形，例如当系统包含 3个机器人时，则采用等边三角形阵列布局，在现场条件允许且满足系统信噪比要求的情况下，尽量分散。

步骤二，角色分配：M(≥3)个声音探测机器人按照角色划分规则划分为1个队长机器人和M-1个从属机器人，组成机器人编队。其中队长机器人作为编队的通信和数据处理中心，队长机器人通过无线通信与各个从属机器人交互。所述的角色划分规则定义如下：

各个机器人在上电之后，进行系统初始化，在系统初始化阶段通过传感器系统感知自身位置，航向信息，采集自身所处区域的环境噪声大小；各个机器人在初始化结束后分别将上述信息上传到监控计算机；