基于听觉的室外小型移动机器人相对定位

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1、国家自然科学基金项目(资助号：60875053,60802051,61271321)基于听觉的室外小型移动机器人相对定位HearingBasedRelativeLocalizationforSmallMobileRobotsinOutdoorEnvironments学科专业：检测技术与自动化装置研究生：郭敬指导教师：孟庆浩教授天津大学电气与自动化工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用

2、过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着电子技术的不断发展以及受到自然界生物的启发，研究人员开始把模拟生物听觉感官的电子设备应用到智能机器

3、人上以实现环境感知。机器人听觉感知能力是机器人智能化的重要表现。声源定位技术是机器人听觉的重要研究方向之一，具有良好的应用前景。移动机器人可以通过声源定位判断目标或其他机器人的位置，从而为实现人机交互和机器人之间交互提供了基础。本文提出了一种基于听觉的小型移动机器人在室外环境中的相对定位方法。多个机器人之间通过声音信号的发送和接收来计算彼此之间的相对位置。本文围绕小型移动机器人基于听觉的相对定位问题，具体开展了如下几个方面的工作：1.总结了当前机器人定位的研究现状，分析了常用的相对定位方法的优缺点，找到了解决多机器人定位问题的切入点。2.依据模块化设计思想，采用ARM7微处理器设计和

4、开发了小型移动机器人MICE软硬件平台。3.设计了由蜂鸣器和麦克风阵列组成的听觉定位装置，并针对蜂鸣器和麦克风阵列的特点设计了快速声源定位算法。4.提出了一种多机器人协调定位算法。基于该算法，在定位周期内只需要两个机器人作为声源发声就可以完成区域内所有节点的相对定位。5.在室外环境中进行了相对定位的实验，对定位精度进行了分析。并通过一个简单的多机器人编队实验证明了所提相对定位方法的有效性。关键词：移动机器人室外环境相对定位声源定位麦克风阵列ABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofelectronictechnologyandinspiredbyna

5、turecreatures,researchersbegantoapplyauditoryelectronicdevicesinintelligentrobotsforenvironmentalperception.Thehearingsystemisanimportantsymbolofintelligentrobots.Soundsourcelocalization(SSL)isoneofthekeyresearchdirectionsofrobotauditionandhasagoodprospect.Mobilerobotscouldjudgeobjectsandthepos

6、itionsofotherrobotsbySSLmethod,whichprovidesthebasisfortherealizationofhuman-computerinteractionandrobotic-roboticinteraction.Inthisthesis,arelativelocalizationmethodbasedonSSLformobilerobotsinoutdoorenvironmentsispresented.Amobilerobotestimatestherelativepositionofnearbyrobotsbymakingsoundandr

7、eceivingthesoundsignals.Thisthesisfocusesonhearingbasedrelativelocalizationforsmallmobilerobotinoutdoorenvironments,andtherelativelydetailedworkcanbeconcludedasfollows.1.Thestate-of-the-artofmobilerobotlocalizationissummarized.The