[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

摘要

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。

主权项

1.一种分布式声源探测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤；步骤一，系统布局：将M(≥3)个声音探测机器人分散布置于需要监测的区域，监控计算机置于无线通信范围以内；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；监控计算机对各个机器人的环境噪声大小依次排序，指定环境噪声小的机器人为队长机器人，编队序号为1，其余机器人为从属机器人，编队序号依次为2…M；所述的环境噪声测量方法如下：在机器人初始化阶段，所有声音探测机器人采集T秒的环境声音信号，计算上述信号的平均功率，得到当前环境噪声级；步骤三，信息感知与信号检测：所有声音探测机器人实时感知自身姿态信息和位置信息；采集声音信号，将接收到的声音信号的时域短时能量，短时过零率和频域子带能量与初始设定的时域短时能量，短时过零率和频域子带能量门限值进行比较，当均大于等于各自门限值时，即认为检测到有效信号，并得到各自有效信号起始点，则继续执行第四步，否则循环执行第三步；步骤四，声源定向与信息交互：各个声音探测机器人分别从各自检测到的有效声音信号的起始点起，在信号序列中选取相同点数的数据，采用广义互相关时延估计声音定向算法进行计算，得到声源目标相对自身的麦克风阵列的方位角；其中从属机器人将声源探测结果和自身位置信息，姿态信息上传到队长机器人处；步骤五，数据融合实现声源定位：队长机器人在获得来自各个从属机器人的声源探测结果和它们各自的位置信息、航向信息后结合自身探测到的数据，融合系统当前所有机器人的位置信息，航向信息和声源目标定向结果，得到所有机器人相对地面坐标系下的声源定向方位角度，采用分布式声源定位算法得到声源目标方位，同时将目标探测结果上传监控计算机；步骤六，编队协同实现定位优化：针对连续声源目标，队长机器人根据初始探测结果，分析连续声源的位置与当前系统声音探测机器人空间几何连线拓扑结构的相对关系，依次向各个机器人发送包含优化点位置坐标的控制指令，编队中各个从属机器人采用惯性导航算法和PID控制算法自主移动到优化点位置，优化分布式声源探测系统的布局结构，提高系统对声源的定位和轨迹跟踪的精度。