移动机器人寻声导航系统的研究

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1、河北工业大学硕士学位论文移动机器人寻声导航系统的研究摘要机器人听觉系统是智能机器人的重要标志之一，是实现人机交互、机器人与环境交互的重要手段。在机器人多信息采集系统中，由于声音具有可以绕过障碍物的性质，使得听觉可以与机器人视觉、嗅觉等感官相配合，弥补其它传感器视场有限且不能穿过非透光障碍物的局限。而声源定位技术正是通过对人耳听觉机制的模拟，利用声学传感装置接收声波，再利用电子装置将声信号进行转化处理，以此实现对声源位置进行探测、识别并对目标进行定位及跟踪。本课题通过对麦克风阵列的设计，建立了一种基于仿生学方法

2、的移动机器人听觉系统模型；然后采用基于声音到达时间差的方法实现对特定声源方向的测定。本文主要研究内容如下：1.建立基于仿生学的机器人听觉定位模型通过模拟人耳的听觉系统建立如下声源定位模型：1)从各种不同频率的声音中解析识别特定的声音；2)听觉系统根据声音到达两耳的时间差，判断出声源的方向和位置。所以，本课题提出了由传声器单元、预处理单元和定位单元三部分组成的机器人听觉定位模型。其中，传声器阵列由三个麦克风阵元构成，用于接收声音；预处理单元根据背景声音强度设定阈值，通过放大、比较和整形三个步骤，将传声器单元接收

3、到的大于阈值声强的声音信息送到定位单元；定位单元通过计数器，检测到声音到达各个麦克风的初始时刻，再根据麦克风阵列的拓扑结构，采用声音到达时间差（TDOA，TimeDelayofArrival）的原理进行定位计算，从而实现声音信息的完整获取和全向定位。2.硬件实现机器人听觉定位系统设计了两个声源定位系统平台——基于SPCE061A单片机的声源定位平台和基于TD-PIT+实验系统声源定位平台。前者采用查询法通过1个计数器进行声音时间差检测，定位精度有限；后者在声音预处理中，增加了对声波的整形环节，并采用3个计数器

4、进行声音时间差检测。实验证明，该系统在4米内可以准确定位声音强度较高的声源。关键词：仿生学，机器人听觉，声源定位，声达时间差，导航i移动机器人寻声导航系统的研究THERESERCHFORAUDITIONNAVIGATIONOFMOBILEROBOTABSTRACTRobotauditorysystemisoneofimportantsymboloftheintelligentrobot,andisanimportantmeansoftherealizationofhuman-computerinteracti

5、onandrobot-environmentinteraction.Asthesoundcanbypasstheobstruction,inthemulti-informationcollectedsystemsofrobot,hearingcanbemadewiththerobotvision,senseofsmellandsoontomakeupforthelimitedfieldofviewandthelimitationcannotpassthroughthebarrierofnon-transpar

6、encyforothersensors.Throughthesimulationofthehumanauditorymechanism,thesoundlocationtechnologymakesuseofacousticsensingdevicestoreceivesoundwaves,andthenmakeuseofelectronicdevicestodealwithsoundsignal,inordertoachievethesounddetection,identificationandtarge

7、tspositioningandtracking.Thisissueestablishesanauditorysystemmodelofmobilerobotbasedonbionicsmethodthroughthedesignofamicrophonearray,andthenachievesthedirectiondeterminationofthespecificsoundbytheTimeDelayofArrivalmethod.Themaincontentareshownasfollows:1.E

8、stablishanauditorysystemmodelofmobilerobotbasedonbionicsmethodEstablishasoundlocationmodelbysimulatingthehumanear'sauditorysystem:1)identifythespecificvoicefromavarietyofdifferentfrequenciesofsound;2)a