CN106737658A - 用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统和方法。该系统可以包括：传感器组用于获取交流对象的声音；定位单元，与传感器组连接，用于确定所述交流对象的位置(x0,y0)，以及计算使第一传感器对准所述交流对像的旋转角度α；驱动单元，与定位单元连接，基于所述定位单元计算的旋转角度α驱动智能机器人旋转；以及调整单元，与驱动单元和传感器组连接，用于在智能机器人的正面对准交流对象之后，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器组中的至少一个传感器的增益。本发明提高了人机交互的体验性，并通过加强最近传感器的声音增益从而使得智能机器人能够更好地捕获交流对象的声音。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，具体地，涉及一种用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统和方法。
背景技术
随着智能化时代的到来，机器人已经越来越走进人们的生活，生活中的服务机器人应用领域越来越广，我们的社会即将进入智能机器人的时代。例如，常见的服务机器人有送餐机器人、聊天机器人、导购机器人等等。这些机器人都需要与人进行互动交流。在机器人与人进行沟通的过程中，为了提高人机交互的体验性，需要机器人能够识别出交流的对象，并且判断该对象所处的位置，从而进行面对面友好地交流。因此，如何让机器人与交流对象之间充分友好地交流成为机器人领域一个亟待解决的问题。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，在智能机器人与人进行沟通的过程中提高人机交互的体验性，使得智能机器人能够与人进行面对面友好地交流，本发明提供了一种用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统和方法。
根据本发明的一方面，提出了一种用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统。所述系统包括：传感器组，包括第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器，用于获取交流对象的声音，所述中心传感器布置在智能机器人头部中心处，第一至第四传感器均匀布置在头部四周，与所述中心传感器距离均为智能机器人的头部半径R，并且第一传感器布置在智能机器人的头部正面；定位单元，与所述传感器组连接，用于确定所述交流对象的位置(x0,y0)，以及计算使所述第一传感器对准所述交流对像的旋转角度α；驱动单元，与所述定位单元连接，基于所述定位单元计算的旋转角度α驱动智能机器人旋转；以及调整单元，与所述驱动单元和传感器组连接，用于在智能机器人的正面对准交流对象之后，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器组中的至少一个传感器的增益。
优选地，所述定位单元基于所述交流对象的声音到第一、第二、第三、第四传感器相对于到所述中心传感器的时差来计算交流对象的位置(x0,y0)。
优选地，所述定位单元基于交流对象的位置(x0,y0)以及交流对象与第一传感器的位置关系来计算旋转角度α。
优选地，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器的增益包括增强对准交流对象的第一传感器的声音增益并且减弱与所述第一传感器相对的传感器的声音增益。
优选地，所述传感器组中的第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器为麦克风。
根据本发明的另一方面，提出了一种用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的方法。所述方法包括以下步骤：智能机器人通过传感器组获取交流对象的声音；确定所述交流对象的位置(x0,y0)，以及计算使所述第一传感器对准所述交流对像的旋转角度α；基于所述旋转角度α驱动智能机器人旋转，以使第一传感器对准所述交流对象；以及在智能机器人的正面对准所述交流对象后，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器组中的至少一个传感器的增益。其中，所述传感器组包括第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器，在所述传感器组中，所述中心传感器布置在智能机器人头部中心处，第一至第四传感器均匀布置在头部四周，与所述中心传感器距离均为智能机器人的头部半径R，并且第一传感器布置在智能机器人的头部正面上。
优选地，基于所述交流对象的声音到第一、第二、第三、第四传感器相对于到所述中心传感器的时差来计算交流对象的位置(x0,y0)。
优选地，基于交流对象的位置(x0,y0)以及交流对象与第一传感器的位置关系来计算旋转角度α。
优选地，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器的增益包括增强对准交流对象的第一传感器的声音增益并且减弱与所述第一传感器相对的传感器的声音增益。
优选地，所述传感器组中的第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器为麦克风。
本发明的用于智能机器人的寻声定位和矫正站姿系统及方法，利用声音到达不同传感器的时间差计算交流对象的位置，通过转动智能机器人使其正面方向对准交流对象的位置，提高了人机交互的体验性，并通过加强最近传感器的声音增益从而使得智能机器人能够更好地捕获交流对象的声音。通过传感器组能够更精确地计算交流对象，使得智能机器人能够准确地对准交流对象。
本发明的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为根据本发明的一个实施例的用于智能机器人的寻声定位和矫正站姿系统的示意图。
图2为传感器组在智能机器人头部的布置示意图。
图3为利用声音到传感器的时差以及交流对象与传感器的位置关系确定交流对象位置的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于智能机器人的寻声定位和矫正站姿系统的示意图。
该系统可以包括传感器组100、定位单元200、驱动单元300以及调整单元400。
传感器组100可以包括第一传感器101、第二传感器102、第三传感器103、第四传感器104以及中心传感器105，这些传感器可以是麦克风，用于获取交流对象的声音。
图2为传感器组在智能机器人头部的布置示意图。如图2所示，中心传感器105布置在智能机器人头部中心处，一传感器101、第二传感器102、第三传感器103、第四传感器104均匀布置在头部四周，与中心传感器105的距离境外为智能机器人的头部半径R，并且第一传感器101布置在智能机器人的头部正面上。
定位单元200与传感器组100连接，也即分别与传感器组100中的包括第一传感器101、第二传感器102、第三传感器103、第四传感器104以及中心传感器105。定位单元200用于确定所述交流对象的位置(x0,y0)，以及计算使所述第一传感器对准所述交流对像的旋转角度α。
在示例性实施例中，定位单元200可以基于所述交流对象的声音到第一传感器101、第二传感器102、第三传感器103、第四传感器104相对于到所述中心传感器的时差来计算所述交流对象的位置(x0,y0)。
如所公知的，利用三个传感器即可定位声源。在本发明中，基于两个传感器相对于另一个传感器的时差以及交流对象与这三个传感器之间的位置关系联立方程，即可求解交流对象的位置。
在优选实施例中，将布置在头部四周的四个传感器分成包含两个相邻传感器的四组，每组与中心传感器105分别定位交流对象的位置，再取四次计算结果的平均值做为最终交流对象的位置。相较于传感器仅布置在头部四周的定位方法，中心传感器的引入可以提高定位的精度和准确度。
如图3所示，以利用第二传感器102、第三传感器103和中心传感器105确定交流对象位置为例，第二传感器102相对于中心传感器105的时差为Δt2，第三传感器103相对于中心传感器105的时差为Δt3，基于以上时差以及交流对象与该三个传感器之间的位置关系联立方程如下：
其中，R为智能机器人头部半径值，c为声音在空气中的传播速度。通过求解该方程组即可得到交流对象的位置(x0,y0)。
利用其它三组相邻传感器与中心传感器来确定交流对象位置的计算方法与以上计算方式相似。
在示例性实施例中，所述定位单元可以基于交流对象的位置(x0,y0)以及所述位置与第一传感器的位置关系来计算旋转角度α。
以图3中交流对象与第一传感器的位置关系为例，由图3可知，旋转角度α＝arctan(y0/x0)+90°。本领域技术人员可以理解，在交流对象的位置(x0,y0)已知的情况下，可以判断出交流对象与第一传感器的位置关系，即可计算出旋转角度α。
驱动单元300与定位单元200连接，基于定位单元200计算的旋转角度α驱动智能机器人旋转。智能机器人以处于头部中心的中心传感器105为旋转中心，在旋转了旋转角度α后第一传感器正好对准交流对象，也即智能机器人的正面对准了交流对象。
调整单元400与驱动单元300和传感器组100连接，用于在智能机器人的正面对准交流对象之后，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器组中的至少一个传感器的增益。
在驱动单元300驱动智能机器人旋转了旋转角度α之后，也即在智能机器人的正面对准了交流对象之后，发送信号至调整单元400以通知其开始进行各个传感器的声音增益的调整。具体的调整方案是预先设定好的，可以增强距离交流对象最近，也即对准交流对象的第一传感器的声音增益，同时减弱其他所有的的传感器的声音增益。优选地，增强对准交流对象的第一传感器的声音增益，并且减弱与所述第一传感器相对的传感器的声音增益，以使智能机器人能够更好地捕获交流对象的声音。
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于之智能机器人寻声定位和矫正站姿的方法。
该方法可以包括以下步骤：确定所述交流对象的位置(x0,y0)，以及计算使所述第一传感器对准所述交流对像的旋转角度α；基于所述旋转角度α驱动智能机器人旋转，以使第一传感器对准所述交流对象；以及在智能机器人的正面对准所述交流对象后，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器组中的至少一个传感器的增益。其中，所述传感器组包括第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器，在所述传感器组中，所述中心传感器布置在智能机器人头部中心处，第一至第四传感器均匀布置在头部四周，与所述中心传感器距离均为智能机器人的头部半径R，并且第一传感器布置在智能机器人的头部正面上。
在示例性实施例中，可以基于交流对象的声音到第一、第二、第三、第四传感器相对于到所述中心传感器的时差来计算交流对象的位置(x0,y0)。
在示例性实施例中，可以基于交流对象的位置(x0,y0)以及所述位置与对一传感器的位置关系来计算旋转角度α。
在示例性实施例中，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器的增益可以包括增强对准交流对象的第一传感器的声音增益并且减弱与所述第一传感器相对的传感器的声音增益。
在示例性实施例中，所述传感器组中的第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器为麦克风。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统，其特征在于，所述系统包括：
传感器组，包括第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器，用于获取交流对象的声音，所述中心传感器布置在智能机器人头部中心处，第一至第四传感器均匀布置在头部四周，与所述中心传感器距离均为智能机器人的头部半径R，并且第一传感器布置在智能机器人的头部正面；
定位单元，与所述传感器组连接，用于确定所述交流对象的位置(x0,y0)，以及计算使所述第一传感器对准所述交流对像的旋转角度α；
驱动单元，与所述定位单元连接，基于所述定位单元计算的旋转角度α驱动智能机器人旋转；以及
调整单元，与所述驱动单元和传感器组连接，用于在智能机器人的正面对准交流对象之后，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器组中的至少一个传感器的增益。
2.根据权利要求1所述的用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统，其中，所述定位单元基于所述交流对象的声音到第一、第二、第三、第四传感器相对于到所述中心传感器的时差来计算交流对象的位置(x0,y0)。
3.根据权利要求2所述的用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统，其中，所述定位单元基于交流对象的位置(x0,y0)以及交流对象与第一传感器的位置关系来计算旋转角度α。
4.根据权利要求1所述的用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器的增益包括增强对准交流对象的第一传感器的声音增益并且减弱与所述第一传感器相对的传感器的声音增益。
5.根据权利要求1所述的用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的系统，其中，所述传感器组中的第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器为麦克风。
6.一种用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
智能机器人通过传感器组获取交流对象的声音；
确定所述交流对象的位置(x0,y0)，以及计算使所述第一传感器对准所述交流对像的旋转角度α；
基于所述旋转角度α驱动智能机器人旋转，以使第一传感器对准所述交流对象；以及
在智能机器人的正面对准所述交流对象后，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器组中的至少一个传感器的增益，
其中，所述传感器组包括第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器，在所述传感器组中，所述中心传感器布置在智能机器人头部中心处，第一至第四传感器均匀布置在头部四周，与所述中心传感器距离均为智能机器人的头部半径R，并且第一传感器布置在智能机器人的头部正面上。
7.根据权利要求6所述的用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的方法，其中，基于交流对象的声音到第一、第二、第三、第四传感器相对于到所述中心传感器的时差来计算交流对象的位置(x0,y0)。
8.根据权利要求7所述的用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的方法，其中，基于交流对象的位置(x0,y0)以及所述位置与对一传感器的位置关系来计算旋转角度α。
9.根据权利要求6所述的用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的方法，根据各个传感器与所述交流对象的距离调整所述传感器的增益包括增强对准交流对象的第一传感器的声音增益并且减弱与所述第一传感器相对的传感器的声音增益。
10.根据权利要求6所述的用于智能机器人寻声定位和矫正站姿的方法，其中，所述传感器组中的第一、第二、第三、第四传感器和中心传感器为麦克风。
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