CN108682428A - 机器人语音控制系统和机器人对语音信号的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人语音控制系统和机器人对语音信号的处理方法，通过将麦克风同时设置在机器人主体的外部和内部，可以同时采集外部的声音和机器人内部产生的噪声，然后再将外部的声音中与内部噪声相同的成分滤除，从而能够避免机器人内部产生的噪声干扰，更准确地解析出外部声音中包含的语音信号，实现对机器人的准确语音控制。

Description

机器人语音控制系统和机器人对语音信号的处理方法
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种机器人语音控制系统和机器人对语音信号的处理方法。
背景技术
语音控制由于其便利性，在智能家居里面发挥了越来越大的作用，极大的释放了人的双手，提升了用户体验。但是在机器人领域，特别是清洁类机器人，由于内部各种电机的噪声，会使语音淹没在噪声中，并且，这种噪声不像音箱，输入的声音是可以预知的，导致了噪声的处理变得非常困难。
发明内容
本发明提供了一种机器人语音控制系统和机器人对语音信号的处理方法，使机器人在接收外部语音信号时，能够避免机器人内部产生的噪声干扰，从而提高机器人解析语音信号的准确性。本发明所述的具体技术方案如下：
一种机器人语音控制系统，包括：外部麦克风，设置在所述机器人主体的外部，用于采集机器人外部环境的声音和从机器人内部传导出外部的声音；内部麦克风，设置在所述机器人主体的内部，用于采集机器人内部产生的声音；处理器，分别与所述外部麦克风和所述内部麦克风连接，用于接收所述外部麦克风产生的第一音频信号和所述内部麦克风产生的第二音频信号，并将所述第一音频信号中与所述第二音频信号相同的成分滤除，然后解析出外部语音信号。
进一步地，所述外部麦克风为多个，且设置在所述机器人的壳体的外周；所述内部麦克风与所述外部麦克风的数量相同，设置在所述机器人壳体的内侧，且与所述外部麦克风一一对应。
进一步地，所述外部麦克风为四个，以均匀的间隔环绕设置在所述机器人的壳体顶部的麦克风安装座中；所述内部麦克风为一个，设置在所述麦克风安装座的下方，并朝向机器人的壳体内部。
进一步地，所述外部麦克风安装在安装座中时，其信号接收端向上与水平面呈45°设置。
一种机器人对语音信号的处理方法，包括如下步骤：接收外部麦克风根据采集到的机器人外部环境的声音和从机器人内部传导出外部的声音转换而成的第一音频信号；接收内部麦克风根据采集到的机器人内部产生的声音转换而成的第二音频信号；将所述第一音频信号中与所述第二音频信号相同的成分滤除，然后解析出外部语音信号。
进一步地，所述将所述第一音频信号中与所述第二音频信号相同的成分滤除的步骤，具体包括如下步骤：将所述第一音频信号输入减法电路的第一输入端；将所述第二音频信号输入所述减法电路的第二输入端；所述减法电路的输出端输出所述第一音频信号与所述第二音频信号相减后的信号。
所述机器人语音控制系统和机器人对语音信号的处理方法，通过将麦克风同时设置在机器人主体的外部和内部，可以同时采集外部的声音和机器人内部产生的噪声，然后再将外部的声音中与内部噪声相同的成分滤除，从而能够更准确地解析出外部声音中包含的语音信号，实现对机器人的准确语音控制。
附图说明
图1为本发明所述机器人语音控制系统的结构示意框图。
图2为本发明所述机器人对语音信号的处理方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。应当理解，下面所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。在下面的描述中，给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，电路可以在框图中显示，避免在不必要的细节中使实施例模糊。在其他情况下，为了不混淆实施例，可以不详细显示公知的电路、结构和技术。
如图1所示，一种机器人语音控制系统，包括外部麦克风20、内部麦克风102和处理器101。所述机器人可以是扫地机器人或者拖地机器人等清洁类机器人，也可以是陪伴机器人或者安防机器人等服务类机器人。所述机器人具有语音控制性能，用户通过说话就可以实现对机器人的控制。所述处理器101可以采用CPU或者MCU等中央处理芯片，也可以采用专用的集成控制芯片，这些芯片能够解析内部或者外部的控制指令，并输出相应的控制信号，以控制机器人的执行部件进行相应的动作。其中，所述外部麦克风20设置在所述机器人主体10的外部，用于采集机器人外部环境的声音和从机器人内部传导出外部的声音。所述外部环境的声音包括用户的语音信号和一些其它的环境噪声。所述从机器人内部传导出外部的声音是指机器人内部的执行部件（比如电机）运行时所产生的噪声和机器人在运动过程中由于内部机械摩擦或者振动所产生的噪声传导出机器人主体外部的声音。所述内部麦克风102设置在所述机器人主体10的内部，用于采集机器人内部产生的声音，即机器人内部的执行部件（比如电机）运行时所产生的噪声和机器人在运动过程中由于内部机械摩擦或者振动所产生的噪声。所述处理器101分别与所述外部麦克风20和所述内部麦克风102连接，用于接收所述外部麦克风20产生的第一音频信号和所述内部麦克风102产生的第二音频信号，并将所述第一音频信号中与所述第二音频信号相同的成分滤除。所述第一音频信号就是外部麦克风20采集到相关声音信号后，所转换成的机器人内部电路可以处理的音频信号。所述第二音频信号就是内部麦克风102采集到相关声音信号后，所转换成的机器人内部电路可以处理的音频信号。信号滤除的方式可以采用减法电路进行信号相减，也可以采用反相器和加法电路结合进行信号相减，这些电路可以与处理器一起集成为专用处理芯片，具体可以根据设计需求进行相应配置。在滤除了内部噪声干扰后，处理器再对滤除后的信号进行解析，解析出外部语音信号，以实现对机器人的控制。所述系统通过将麦克风同时设置在机器人主体的外部和内部，可以同时采集外部的声音和机器人内部产生的噪声，然后再将外部的声音中与内部噪声相同的成分滤除，从而能够更准确地解析出外部声音中包含的语音信号，实现对机器人的准确语音控制，提高了机器人的智能化程度和用户对机器人的语音控制效果。
作为其中一种实施方式，所述外部麦克风为多个，且设置在所述机器人的壳体的外周。具体的，所述外部麦克风可以采用四个或者八个，均匀间隔地环设在机器人的壳体外侧壁上，如此可以保证机器人360°全方位采集语音信号。所述内部麦克风与所述外部麦克风的数量相同，设置在所述机器人壳体的内侧，且与所述外部麦克风一一对应。即机器人壳体的外侧壁上设有一个外部麦克风，则对应位置的内侧壁上设有一个内部麦克风，如此可以保证每个方位的内部麦克风与对应外部麦克风同时接收到的内部噪声更接近，使得后续进行的信号滤除处理更精确，进一步提高了机器人的智能化程度和用户对机器人的语音控制效果。
作为其中一种实施方式，所述外部麦克风为四个，以均匀的间隔环绕设置在所述机器人的壳体顶部的麦克风安装座中。所述麦克风安装座为圆柱形结构，其外侧壁沿周向均匀设置有供所述外部麦克风安装的安装槽，如此可以保证麦克风安装的牢固性，且能够进行360°全方位信号采集。所述外部麦克风安装在安装槽中时，其信号接收端向上与水平面呈一定的夹角（优选的，夹角可以设置为45°），如此，可以准确有效地接收用户从机器人上方发出的语音信号。所述内部麦克风为一个，设置在所述麦克风安装座中的下方，并朝向机器人的壳体内部。由于外部麦克风比较集中，所以，这些外部传感器所接收到的内部传出来的噪声比较接近，所以，只需在它们的下端设置一个内部麦克风，就可以实现对内部噪声的精准滤除。
如图2所示，一种机器人对语音信号的处理方法，包括如下步骤：首先，机器人的处理器接收外部麦克风根据采集到的机器人外部环境的声音和从机器人内部传导出外部的声音转换而成的第一音频信号。接着，机器人的处理器接收内部麦克风根据采集到的机器人内部产生的声音转换而成的第二音频信号。当然，接收信号是可以同步进行的，可以没有先后之分。然后，机器人的处理器将所述第一音频信号中与所述第二音频信号相同的成分滤除，然后解析出外部语音信号。本实施例中的一些术语及解释与上述实施例相同，此处不再赘述。所述机器人对语音信号的处理方法，基于上述机器人系统，可以同时采集外部的声音和机器人内部产生的噪声，然后再将外部的声音中与内部噪声相同的成分滤除，从而能够更准确地解析出外部声音中包含的语音信号，实现对机器人的准确语音控制。
优选的，所述将所述第一音频信号中与所述第二音频信号相同的成分滤除的步骤，具体包括如下步骤：将所述第一音频信号输入减法电路的第一输入端；将所述第二音频信号输入所述减法电路的第二输入端；所述减法电路的输出端输出所述第一音频信号与所述第二音频信号相减后的信号。所述减法电路可以采用差分电路实现，也可以利用反相信号求和以实现减法运算。所述方法通过减法电路进行信号的滤除，可以提高数据处理的效率，进而提高机器人的语音识别速率。
至于机器人如何解析出外部语音信号，属于现有已经能够实现的技术，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。这些程序可以存储于计算机可读取存储介质（比如ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质）中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种机器人语音控制系统，其特征在于，包括：
外部麦克风，设置在所述机器人主体的外部，用于采集机器人外部环境的声音和从机器人内部传导出外部的声音；
内部麦克风，设置在所述机器人主体的内部，用于采集机器人内部产生的声音；
处理器，分别与所述外部麦克风和所述内部麦克风连接，用于接收所述外部麦克风产生的第一音频信号和所述内部麦克风产生的第二音频信号，并将所述第一音频信号中与所述第二音频信号相同的成分滤除，然后解析出外部语音信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述外部麦克风为多个，且设置在所述机器人的壳体的外周；
所述内部麦克风与所述外部麦克风的数量相同，设置在所述机器人壳体的内侧，且与所述外部麦克风一一对应。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述外部麦克风为四个，以均匀的间隔环绕设置在所述机器人的壳体顶部的麦克风安装座中；
所述内部麦克风为一个，设置在所述麦克风安装座的下方，并朝向机器人的壳体内部。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：
所述外部麦克风安装在安装座中时，其信号接收端向上与水平面呈45°设置。
5.一种机器人对语音信号的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
接收外部麦克风根据采集到的机器人外部环境的声音和从机器人内部传导出外部的声音转换而成的第一音频信号；
接收内部麦克风根据采集到的机器人内部产生的声音转换而成的第二音频信号；
将所述第一音频信号中与所述第二音频信号相同的成分滤除，然后解析出外部语音信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述第一音频信号中与所述第二音频信号相同的成分滤除的步骤，具体包括如下步骤：
将所述第一音频信号输入减法电路的第一输入端；
将所述第二音频信号输入所述减法电路的第二输入端；
所述减法电路的输出端输出所述第一音频信号与所述第二音频信号相减后的信号。
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