一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法技术

本发明专利技术提供一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法，涉及机器人技术领域。该移动方法包含S1、获取声源信息。S2、判断声源信息是否由目标声源发出。不是则不动。是则执行后续步骤。S3、根据声源信息定位声源位置，并判断定位结果是精确定位还是模糊定位。S4、定位结果为精确定位时，生成移动路径，使机器人移动至声源位置。S5、定位结果为模糊区域时，通过自适应粒子滤波算法，获取中间过渡站点位置。S6、根据中间过渡点位置，生成到中间过渡点位置的移动路径，使机器人移动至中间过渡点位置。S7、当机器人移动至中间过渡点位置时，能够进行人机互动，以再次执行前面的步骤，使得机器人逐步移动靠近声源，最终精确定位并移动至声源。动至声源。动至声源。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法


[0001]本专利技术涉及机器人
，具体而言，涉及一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法。

技术介绍

[0002]在室内，配置有麦克风阵列的机器人能够通过声音识别主人的位置。从而配合场景模型通过路径规划移动到主人身边。例如，扫地机器人响应使用者的呼唤移动至使用者附近进行清扫。
[0003]目前大部分商用机器人配置的麦克风阵列仅能在3到5米范围内通过声音识别主人的位置，以完成3到5米范围内的精确定位和导航。超过5米范围的声源常常由于声波的多次反射，会造成机器人无法识别到精确的声源位置，只能得到一个可疑的声源区域。因此无法做出有效应答。
[0004]部分机器人通过加入相机传感器获取机器人和主人的相对距离和方位角度。从而辅助麦克风阵列传感器确定声源的精确位置。但是，当遇到识别场景中人的数量较多，或者人被其他物体遮挡，相机将无法辅助确定声源位置。甚至可能导致定位到错误的区域中。
[0005]有鉴于此，申请人在研究了现有的技术后特提出本申请。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法，以改善上述技术问题中的至少一个。
[0007]本专利技术实施例提供了一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法，其包含步骤S1至步骤S7。
[0008]S1、通过麦克风阵列获取声源信息。
[0009]S2、通过声纹辨识算法，判断声源信息是否由目标声源发出。如果不是，则原地不动。如果是，则执行后续步骤。
[0010]S3、根据声源信息，基于阵列麦克风声源定位算法定位声源位置，并判断定位结果是精确定位还是模糊定位。其中，模糊定位的定位结果为包含声源位置的模糊区域。
[0011]S4、当定位结果为精确定位时，基于路径规划算法生成机器人到声源位置的点到点移动路径，以使机器人能够沿着移动路径移动至声源位置。
[0012]S5、当定位结果为模糊区域时，根据定位的模糊区域，通过自适应粒子滤波算法，获取中间过渡站点位置。
[0013]S6、根据中间过渡点位置，基于路径规划算法生成机器人到中间过渡点位置的移动路径，以使机器人能够沿着移动路径移动至中间过渡点位置。
[0014]S7、当机器人移动至中间过渡点位置时，能够进行人机互动，以再次执行前面的步骤，使得机器人通过探索，逐步移动靠近声源位置，最终精确定位并移动至声源。
[0015]通过采用上述技术方案，本专利技术可以取得以下技术效果：
[0016]本专利技术实施例的机器人通过基于中间过渡站点选择的探索性的目标定位方案，能够在无法直接精确定位到声源位置的情况下，让机器人通过先移动到中间站点，并且对声源目标进行再次的人机互动，再次识别声源位置，重复相关步骤，逐步靠近声源，实现了探索式的目标定位。避免了在室内针对较远声源目标由于首次无法精确定位出现的无法有效应答的情况，同时给机器人设计了到达模糊声源的移动方案，提高了机器人的智能程度，具有很好的实际意义。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1是移动方法的流程示意图。
[0019]图2是移动方法的逻辑框图。
[0020]图3是语音特征参数MFCC提取流程图。
[0021]图4是BP神经网络的模型结构图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]请参阅图1至图4，本专利技术实施例提供一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法，可由室内工作的扫地机器人等服务类型的机器人来执行(以下简称：机器人)。特别地，由机器人中的一个或多个处理器来执行，以实现步骤S1至步骤S7。
[0024]S1、通过麦克风阵列获取音频。
[0025]具体的，麦克风阵列是一种声学传感器集合。由一定数目的麦克风按照一定的几何空间排列组成。例如一字形，十字形、平面圆形，螺旋形、球形及无规则形阵列。麦克风阵列可对不同空间方向的声音信号进行时空处理，实现噪声抑制、混响去除、人声干扰抑制，声源定位向，声源跟踪，阵列增益等功能。可以充当机器人的“耳朵”收集处理声音信号。
[0026]麦克风阵列的作用主要体现在以下几点：1、跟踪定位声源：麦克风阵列可以检测到声源位置，主要通过信号到达两个麦克风之间的时间差距，可以对声源和阵列之间的方位和距离进行计算，达到对目标声源进行跟踪和增强目标语音的目的。2、抑制混响、噪音和回声：过大的噪音和回声混响干扰会让声音听不清楚，严重的影响到语音识别功能，语音质量会严重下降，运用麦克风阵列可以进行混响和回声的去除。3、信号提取和信号分离：麦克风阵列可以形成一个波束，可以将信号分离开，只对波束里的信号进行采集，既可以提取信号也可以分离信号。
[0027]S2、通过声纹辨识算法，判断声源信息是否由目标声源发出。如果不是，则原地不动。如果是，则执行后续步骤。
[0028]优选的，所述声纹辨识算法为深度神经网络、卷积神经网络、人工神经网络，BP神经网络或RBF神经网络。更为优选的，将注意机制(attention mechanism)、学习排名(Learning to rank)等在声纹辨识算法用于改良训练过程。
[0029]在上述实施例的基础上，本专利技术的一个可选地实施例中，所述声纹辨识算法为基于梅尔倒谱系数和BP神经网络的声纹辨识算法。所述基于梅尔倒谱系数和BP神经网络的声纹辨识算法包括步骤A1和步骤A2。
[0030]A1、根据所述声源信息，进行预加重、分帧、加窗、快速傅里叶变换、梅尔滤波和取对数，然后进行离散余弦变换，获取MFCC特征参数。
[0031]A2、将所述MFCC特征参数输入训练好的BP神经网络识别声纹，获取发声对象的身份信息。
[0032]梅尔倒谱系数的基本原理：梅尔倒谱系数(Mel
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scale Frequency Cepstral Coefficients，MFCC)是根据人耳耳蜗的听觉特性被提出的，在语音识别和说话者识别等方面由广泛的应用。MFCC在低频到高频的频带内按临界带宽的大小设置带通滤波器，对输入信号进行滤波。接着再将每个带通滤波器输出的信号能量作为信号的基本特征，对此特征经过进一步的处理后就可成为语音的输入特征。经过MFCC处理的语音特征信号不依赖信号的性质，对输入信号不做假设及限制，因此比其他的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法，其特征在于，包含：通过麦克风阵列获取声源信息；通过声纹辨识算法，判断所述声源信息是否由目标声源发出；如果不是，则原地不动；如果是，则执行后续步骤；根据所述声源信息，基于阵列麦克风声源定位算法定位声源位置，并判断定位结果是精确定位还是模糊定位；其中，模糊定位的定位结果为包含声源位置的模糊区域；当定位结果为精确定位时，基于路径规划算法生成机器人到声源位置的点到点移动路径，以使机器人能够沿着移动路径移动至声源位置；当定位结果为模糊区域时，根据定位的模糊区域，通过自适应粒子滤波算法，获取中间过渡站点位置；根据所述中间过渡点位置，基于路径规划算法生成机器人到中间过渡点位置的移动路径，以使机器人能够沿着移动路径移动至中间过渡点位置；当机器人移动至中间过渡点位置时，能够进行人机互动，以再次执行前面的步骤，使得机器人通过探索，逐步移动靠近声源位置，最终精确定位并移动至声源。2.根据权利要求1所述的一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法，其特征在于，当定位结果为模糊区域时，根据定位的模糊区域，通过自适应粒子滤波算法，获取中间过渡站点位置，具体包括：当定位结果为模糊区域时，在机器人前期建图的基础上，基于机器人在栅格地图中的第一位置，将所述模糊定位的模糊区域，映射到预先构建的栅格地图，获取映射区域；对所述映射区域内的栅格进行编号；根据所述编号随机获取A个编号，获取第一编号集合，并根据所述第一编号集合中各个编号对应的栅格，获取距离第一位置最近的栅格作为中间过渡站点，或者获取模糊区域中心的栅格作为中间过渡站点。3.根据权利要求2所述的一种机器人的基于室内模糊声源的探索式定位和移动方法，其特征在于，根据所述编号随机获取A个编号，获取第一编号集合，并根据所述第一编号集合中各个编号对应的栅格，获取距离第一位置最近的栅格作为中间过渡站点，具体包...

【专利技术属性】
技术研发人员：马玮城，朱兰，宋力，邵东恒，郑运鸿，宦智杰，陈霞，成楠，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：