基于机器人听觉的声源定位策略VIP免费

第23卷第4期2010年4月传感技术学报CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSV01．23No．4Apr．2010SoundSourceLocalizationStrategyBasedonRobotHearing‘￡移Xiaoling，ZHANGMinglu+(SchoolofMechanicalEngineering。ltebeiUniversayofTechnology。Tianjin300130，China)Abstract：Afivemicrophonearrayservingasrobotearsisproposedforrobotauditorylocalization．Soundsourcepositioninspaceiscalculatedbytheplanararrayoffourmicrophones，anothermicrophoneisusedasanauxiliaryunittojudgethesourceinfrontorrearoftherobot，andlocalizationisrealizedbasedonimprovedtime·delayalgo—rithm．Thesystemwastestedinroomenvironment，andexperimentresultsshowthattherobotiscapableoflocali—zingsoundsourceinreverberantspace．Themethodisefficientandpracticalenoughforreal—timeoperation．Keywords：robothearing；soundsourcelocalization；microphonearray；time—delayEEACC：7220基于机器人听觉的声源定位策略枣吕晓玲，张明路+(河北工业大学机械工程学院，天津300130)摘要：针对机器人听觉定位，提出了五个传声器组成的阵列作为机器人的耳朵，其中四个传声器组成的平面阵确定声源空间位置，另外一个传声器辅助完成声源位于机器人前后方的判断，并在改进的时延算法上实现声源的空间定位。系统在室内环境下测试，实验结果证明在混响环境下机器人可以实现空间声源定位，该方法具有实时实现的有效性和应用性。关键词：机器人听觉；声源定位；传声器阵列；时延中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)04-0518-04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⋯。如何实现移动机器人对可疑声源的准确判断，在特殊环境中获取目标声源方向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。听觉是人类和机器人识别周围环境的很重要的感知能力，尽管听觉定位精度比视觉定位精度低很多，但是听觉有很多其他感官无可比拟的特性。听觉定位是全向性的，传声器阵列可以接受空间中的任何方向的声音。机器人依靠听觉可以工作在黑暗环境中或者光线很暗的环境中定位声源，这些依靠视觉是不能实现的。目前，此类研究大部分限于理论研究或是针对声源定位过程中的部分子问题开展相关的科学研究。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，YukiT等人提出一种用128个传声器组成的阵列进行声源定位的方法旧J，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；又如，K．Nakadai等人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旧J，只有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。针对上述问题，本文提出了融合五元传声器阵列组成的机器人耳朵和改进时延算法的声源定位略策。1机器人系统本文研究对象是多感官履带式移动机器人，多感官履带式移动机器人由履带式移动机器人本体和四自由度拟人机器人头部系统组合而成。机器人具有立体视觉、听觉及嗅觉感官功能，且都集中于头部系统中。机器人听觉由5个传声器组成的阵列构成，其中四个传声器(M，～M4)布装在机器人拟人头部前面正方形项目来源：国家高技术研究发展计划(863计划)资助；“面向极限环境的拟人多感官头部系统”(2006AA042221)收稿日期：2009—10—24修改日期：2009—11—26万方数据第4期吕晓玲，张明路：基于机器人听觉的声源定位策略519四个顶点位置上，M，布装在机器人头部的后侧和M4相对于机器人头部水平旋转中心轴对称，如图I所示。图l多感官履带式移动机器人2基于机器人听觉的声源定位策略2．1麦克风阵列的选择研究表明，由N个传声器组成的阵列可以得到N—1个时延HJ，确定目标空间位置需要用3个时延确定3个位置参量，因此确定空间中的目标位置至少需要4个传声器。所以本文选定由5个传声器组成的阵列作为声源的定位阵列，其中4个传声器组成的平面阵用来确定目标在空间中的位置，...