[发明专利]一种基于群机器人的室内静止声源定位方法

说明书

本发明公开一种基于群机器人的室内静止声源定位方法，该定位方法采用多个机器人进行室内声源定位，每个机器人搭载单个麦克风，结构简单，提高了定位过程中的容错率。定位过程中进行多次声源位置计算，通过向声源不断靠近获取更高的定位精度。在每次声源位置计算中，根据机器人的数量进行分组定位，最后再根据每组的定位结果与所有组定位结果的平均值的差值分配权重，将每组结果乘以权重累计相加后得到最终的某一时刻声源位置判断。通过对多组不同时刻的声源位置估计值赋以权重，得到最佳声源位置。参考麦克风的设置简化了群机器人在定位过程中的计算量，通过多个机器人协作和多次移动提高定位精度。

技术领域

本发明属于声源位置定位技术领域，具体是一种基于群机器人的室内静止声源定位方法。

背景技术

随着机器人领域的发展，机器人的应用场景越来越广泛，室内扫地机器人、服务机器人等出现在人们的生活当中，机器人室内声源定位借助于声音传感器，使机器人具备听觉系统，弥补了暗光和黑暗条件下视觉传感器失效的缺点，使机器人的可工作环境更加广泛。机器人声源定位技术需要借助麦克风等声音传感器，并且往往需要多个麦克风才能较好的定位出声源的位置。目前的研究大多是将集成多个麦克风的麦克风阵列搭载在单个机器人上，来实现室内条件下声源目标的位置判断，受到机器人自身故障和噪声等环境因素的影响，容错性较差。群机器人是由多个相同的结构简单的机器人组成的，具有较高的容错性和鲁棒性，并且能够通过机器人相互间的配合来实现更精准的定位。

CN109001682A提出了一种机器人声源定位方法，利用互相关算法计算声源信号到各个麦克风对之间的时延差，降低计算的复杂度。CN108254721A提出了一种二维麦克风阵列的声源定位方法，根据第一麦克风和第二麦克风获取到声音能量值以及第一麦克风和第二麦克风的位置关系来确定目标声源相对于机器人的方位区间。以上专利所提及的声源定位方法都是多个机器人搭载多个麦克风组成的麦克风阵列来进行声源定位，麦克风的相对位置固定，无法通过改变麦克风之间的相对位置来获取最优的声源位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：利用搭载单个麦克风的多个机器人相互协作，通过不同机器人接收声音的时间差和机器人之间的相对位置关系对声源目标的方向和距离进行计算来实现声源目标的定位。克服了单个机器人进行声源定位时因为自身故障而导致的无法定位，多个机器人在定位过程中离散分布在各个位置，相比于单个机器人，可以更精确的计算出声源目标的位置。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：设计一种基于群机器人的室内静止声源定位方法，其特征在于，该定位方法的步骤如下：

第一步，确定初始状态下机器人的坐标关系：

定义全局坐标系，将搭载单个麦克风的四个机器人R1、R2、R3、R4放置于已知的初始位置，定义机器人R1、R2、R3、R4的初始t0时刻坐标分别为设定每个机器人为圆形，每个机器人初始时的相对位置固定，每个麦克风位于机器人中心处，即麦克风的坐标与机器人坐标相同；

第二步，群机器人声音到达时间的采集：

假定t0时刻搭载单个麦克风的四个机器人R1、R2、R3、R4采集到的声音的到达时间分别为T₁、T₂、T₃、T₄，然后控制四个机器人分别随机以不同速度朝着声源方向进行，隔一个固定时间后到t1时刻，再次采集声音到达时间，记录四个机器人R1、R2、R3、R4在t1时刻采集到的声音的到达时间T₁、T₂、T₃、T₄；每隔固定时间采集声音到达时间，记录每一个采集时刻得到的声音的到达时间，经过N个固定时间后得到N+1个声音的到达时间的数据集；

第三步，声源坐标的计算：