CN112959336A - 一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，包括二轮机器人、声源定位机构和精准追踪机构，通过二轮机器人旋转公式进而控制二轮机器人转动，声源对应的第一麦克风组设置为A，而每次的二轮机器人对应的第一麦克风组都为1，当(A‑1)*30不大于180°时，二轮机器人快速正转{(A‑1)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，当(A‑1)*30大于180°时，二轮机器人快速反转{(13‑A)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，这样声源定位路径跟踪范围广，移动速度快，热成像仪可对人或动物或有温度的物体进行热成像识别，并进行指导数据对比，与人脸识别仪、第一麦克风组和第二麦克风组相配合，进而实现准确无误的精准声源定位路径跟踪。

Description

一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人

技术领域

本发明涉及二轮机器人技术领域，具体为一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人。

背景技术

机器人是自动控制机器的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗，机器猫等)。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。

声音定位是指动物利用环境中的声音刺激确定声源方向和距离的行为。用于觅食，寻找幼仔、父母，躲避捕食者等。取决于到达两耳的声音的物理特性变化，包括频率、强度和持续时间上的差别。猫头鹰有很大的、位置不对称的耳壳和硕长的耳蜗，能精确测定发出声响的猎物的具体位置。哺乳动物两耳间隔较大，感知声音的时间差别成为重要依据。猫能辨别方向上只有5度夹角的两个声源，人在相同情境下大约只能辨别3度夹角的声源，但人有较大的头部，可弥补某些不足。物理的、电生理的和行为反应的精确记录都可用来研究动物的听觉定位，机器人与声音定位进行结合能在救援，追踪探险等方面起到非常重要的作用。

然而现如今的基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人存在声源接收角度小，初步声源定位效果差，进而使得定位追踪速度慢，并且声源定位路径跟踪功能单一，定位路径跟踪不够精确，使用效果差的问题。

因此，我们推出了一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，通过第一麦克风组设置在连接盘上端，可360°的接收声源，当个第一麦克风组的都接收到声源后，中央处理器处理各个声源，判断是否为指导声源，为指导声源后，通过二轮机器人旋转公式进而控制二轮机器人转动，第一麦克风组设置为-的标号，声源对应的第一麦克风组设置为A，而每次的二轮机器人对应的第一麦克风组都为，当(A-1)*30不大于180°时，二轮机器人快速正转{(A-1)30*}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，当(A-1)*30大于180°时，二轮机器人快速反转{(13-A)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，追踪过程中，追踪的声源不断的向连接壳发向声波，在第一聚音槽、第二聚音槽和第三聚音槽的反射增大效果下，第一麦克风、第二麦克风和第三麦克风会接收到不同大小的声波，进而更精准的判断声源方向，此时根据第一麦克风、第二麦克风和第三麦克风的具体点，连接盘上端伺服电机执行30°左转或30°右转或暂停，通过伺服电机带动主动齿轮转动，主动齿轮的轮齿为从动齿轮的三分之一，起到减速作用，主动齿轮又带动从动齿轮转动，从动齿轮带动安装管转动，使得精准追踪机构缓慢的向指定声源角度转动，最终带动精准追踪机构转动30°左转或30°右转或不动，进而使得人脸识别仪可对人脸进行精准识别，热成像仪可对人或动物或有温度的物体进行热成像识别，并进行指导数据对比，与人脸识别仪、第一麦克风组和第二麦克风组相配合，进而实现准确无误的精准声源定位路径跟踪，从而解决了上述背景中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，包括二轮机器人、声源定位机构和精准追踪机构，声源定位机构设置在二轮机器人的上端中部，精准追踪机构设置在声源定位机构的上端中部，声源定位机构包括连接盘、第一麦克风组和超声波检测器，第一麦克风组内嵌在连接盘的上端，超声波检测器内嵌在连接盘两侧；

连接盘包括伺服电机、连接轴、主动齿轮、从动齿轮、支撑柱、下轴承、上轴承和安装管，连接轴的下端与伺服电机的驱动端固定连接，连接轴的上端与主动齿轮固定连接，主动齿轮与从动齿轮啮合连接，从动齿轮外套于支撑柱的外侧，下轴承的外环与连接壳的下侧固定连接，下轴承的内环与支撑柱下端固定连接，上轴承的外环与连接壳的上侧固定连接，下轴承的内环与支撑柱上端下侧固定连接，安装管的下端与支撑柱的上端固定连接，安装管的上端与精准追踪器固定连接；

精准追踪机构包括连接壳、第二麦克风组、连接柱和精准追踪器，第二麦克风组内嵌在连接壳的一端上侧，连接柱的下端与连接壳活动连接，精准追踪器设置在连接柱的上端。

进一步地，连接壳的一端环绕开设有第一聚音槽、第二聚音槽和第三聚音槽，第一聚音槽、第二聚音槽和第三聚音槽的弧度角为30°。

进一步地，第二麦克风组包括第一麦克风、第二麦克风和第三麦克风，第一麦克风设置在第一聚音槽内侧下端，第二麦克风设置在第二聚音槽内侧下端，第三麦克风设置在第三聚音槽内侧下端。

进一步地，精准追踪器包括人脸识别仪、热成像仪和中央处理器，人脸识别仪和热成像仪平行设置在精准追踪器的一侧，中央处理器设置在精准追踪器的内部，人脸识别仪和热成像仪与中央处理器电性连接。

进一步地，第一麦克风组均匀设置有十二个，相邻的两个麦克风角度为30°。

进一步地，二轮机器人的正旋转角度计算公式为(A-1)*30，二轮机器人的反旋转角度计算公式为(13-A)*30，A为声源对应的第一麦克风组。

进一步地，中央处理器分别与第一麦克风组、超声波检测器、伺服电机和第二麦克风组电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明提出的一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，第一麦克风组设置在连接盘上端，可360°的接收声源，当个第一麦克风组的都接收到声源后，中央处理器处理各个声源，判断是否为指导声源，为指导声源后，通过二轮机器人旋转公式进而控制二轮机器人转动，第一麦克风组设置为-的标号，声源对应的第一麦克风组设置为A，而每次的二轮机器人对应的第一麦克风组都为，当(A-1)*30不大于180°时，二轮机器人快速正转{(A-1)30*}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，当(A-1)*30大于180°时，二轮机器人快速反转{(13-A)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，这样声源定位路径跟踪范围广，移动速度快。

2.本发明提出的一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，当第一步开始追踪时，追踪的声源不断的向连接壳发向声波，在第一聚音槽、第二聚音槽和第三聚音槽的反射增大效果下，第一麦克风、第二麦克风和第三麦克风会接收到不同大小的声波，进而更精准的判断声源方向，此时根据第一麦克风、第二麦克风和第三麦克风的具体点，连接盘上端伺服电机执行30°左转或30°右转或暂停，通过伺服电机带动主动齿轮转动，主动齿轮的轮齿为从动齿轮的三分之一，起到减速作用，主动齿轮又带动从动齿轮转动，从动齿轮带动安装管转动，使得精准追踪机构缓慢的向指定声源角度转动，最终带动精准追踪机构转动30°左转或30°右转或不动，进而使得人脸识别仪可对人脸进行精准识别，热成像仪可对人或动物或有温度的物体进行热成像识别，并进行指导数据对比，与人脸识别仪、第一麦克风组和第二麦克风组相配合，进而实现准确无误的精准声源定位路径跟踪。

附图说明

图1为本发明基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人的整体结构示意图；

图2为本发明基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人的初级追踪电路控制模块示意图；

图3为本发明基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人的声源锁定逻辑控制示意图；

图4为本发明基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人的二轮机器人旋转逻辑示意图；

图5为本发明基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人的连接盘上端立体结构示意图；

图6为本发明基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人的精准追踪机构立体结构示意图；

图7为本发明基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人的精准追踪机构控制示意图；

图8为本发明基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人的二级追踪电路控制模块结构示意图。

图中：1、二轮机器人；2、声源定位机构；21、连接盘；211、伺服电机；212、连接轴；213、主动齿轮；214、从动齿轮；215、支撑柱；216、下轴承；217、上轴承；218、安装管；22、第一麦克风组；23、超声波检测器；3、精准追踪机构；31、连接壳；311、第一聚音槽；312、第二聚音槽；313、第三聚音槽；32、第二麦克风组；321、第一麦克风；322、第二麦克风；323、第三麦克风；33、连接柱；34、精准追踪器；341、人脸识别仪；342、热成像仪；343、中央处理器。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1-4，一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，包括二轮机器人1、声源定位机构2和精准追踪机构3，声源定位机构2设置在二轮机器人1的上端中部，精准追踪机构3设置在声源定位机构2的上端中部，声源定位机构2包括连接盘21、第一麦克风组22和超声波检测器23，第一麦克风组22内嵌在连接盘21的上端，超声波检测器23内嵌在连接盘21两侧。

第一麦克风组22均匀设置有十二个，相邻的两个麦克风角度为30°，二轮机器人1的正旋转角度计算公式为(A-1)*30，二轮机器人1的反旋转角度计算公式为(13-A)*30，A为声源对应的第一麦克风组22，中央处理器343分别与第一麦克风组22、超声波检测器23、伺服电机211和第二麦克风组32电性连接。

此实施例一的声源定位路径跟踪原理：第一麦克风组22设置在连接盘21上端，可360°的接收声源，当12个第一麦克风组2的都接收到声源后，中央处理器343处理各个声源，判断是否为指导声源，为指导声源后，通过二轮机器人1旋转公式进而控制二轮机器人1转动，第一麦克风组22设置为1-12的标号，声源对应的第一麦克风组22设置为A，而每次的二轮机器人1对应的第一麦克风组22都为1，当(A-1)*30不大于180°时，二轮机器人1快速正转{(A-1)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，当(A-1)*30大于180°时，二轮机器人1快速反转{(13-A)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，这样声源定位路径跟踪范围广，移动速度快。

实施例二：

请参阅图1-4，一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，包括二轮机器人1、声源定位机构2和精准追踪机构3，声源定位机构2设置在二轮机器人1的上端中部，精准追踪机构3设置在声源定位机构2的上端中部，声源定位机构2包括连接盘21、第一麦克风组22和超声波检测器23，第一麦克风组22内嵌在连接盘21的上端，超声波检测器23内嵌在连接盘21两侧。

第一麦克风组22均匀设置有十二个，相邻的两个麦克风角度为30°，二轮机器人1的正旋转角度计算公式为(A-1)*30，二轮机器人1的反旋转角度计算公式为(13-A)*30，A为声源对应的第一麦克风组22，中央处理器343分别与第一麦克风组22、超声波检测器23、伺服电机211和第二麦克风组32电性连接。

此实施例一的声源定位路径跟踪原理：第一麦克风组22设置在连接盘21上端，可360°的接收声源，当12个第一麦克风组2的都接收到声源后，中央处理器343处理各个声源，判断是否为指导声源，为指导声源后，通过二轮机器人1旋转公式进而控制二轮机器人1转动，第一麦克风组22设置为1-12的标号，声源对应的第一麦克风组22设置为A，而每次的二轮机器人1对应的第一麦克风组22都为1，当(A-1)*30不大于180°时，二轮机器人1快速正转{(A-1)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，当(A-1)*30大于180°时，二轮机器人1快速反转{(13-A)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，这样声源定位路径跟踪范围广，移动速度快。

请参阅图5-8，一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，连接盘21包括伺服电机211、连接轴212、主动齿轮213、从动齿轮214、支撑柱215、下轴承216、上轴承217和安装管218，连接轴212的下端与伺服电机211的驱动端固定连接，连接轴212的上端与主动齿轮213固定连接，主动齿轮213与从动齿轮214啮合连接，从动齿轮214外套于支撑柱215的外侧，下轴承216的外环与连接壳31的下侧固定连接，下轴承216的内环与支撑柱215下端固定连接，上轴承217的外环与连接壳31的上侧固定连接，下轴承216的内环与支撑柱215上端下侧固定连接，安装管218的下端与支撑柱215的上端固定连接，安装管218的上端与精准追踪器34固定连接。

精准追踪机构3包括连接壳31、第二麦克风组32、连接柱33和精准追踪器34，第二麦克风组32内嵌在连接壳31的一端上侧，连接柱33的下端与连接壳31活动连接，精准追踪器34设置在连接柱33的上端，精准追踪器34包括人脸识别仪341、热成像仪342和中央处理器343，人脸识别仪341和热成像仪342平行设置在精准追踪器34的一侧，中央处理器343设置在精准追踪器34的内部，人脸识别仪341和热成像仪342与中央处理器343电性连接。

连接壳31的一端环绕开设有第一聚音槽311、第二聚音槽312和第三聚音槽313，第一聚音槽311、第二聚音槽312和第三聚音槽313的弧度角为30°，第二麦克风组32包括第一麦克风321、第二麦克风322和第三麦克风323，第一麦克风321设置在第一聚音槽311内侧下端，第二麦克风322设置在第二聚音槽312内侧下端，第三麦克风323设置在第三聚音槽313内侧下端。

此实施例二的精准声源定位路径跟踪原理：当实施例一开始追踪时，追踪的声源不断的向连接壳31发向声波，在第一聚音槽311、第二聚音槽312和第三聚音槽313的反射增大效果下，第一麦克风321、第二麦克风322和第三麦克风323会接收到不同大小的声波，进而更精准的判断声源方向，此时根据第一麦克风321、第二麦克风322和第三麦克风323的具体点，连接盘21上端伺服电机211执行30°左转或30°右转或暂停，通过伺服电机211带动主动齿轮213转动，主动齿轮213的轮齿为从动齿轮214的三分之一，起到减速作用，主动齿轮21又带动从动齿轮214转动，从动齿轮214带动安装管21转动，使得精准追踪机构3缓慢的向指定声源角度转动，最终带动精准追踪机构3转动30°左转或30°右转或不动，进而使得人脸识别仪341可对人脸进行精准识别，热成像仪342可对人或动物或有温度的物体进行热成像识别，并进行指导数据对比，与人脸识别仪341、第一麦克风组2和第二麦克风组32相配合，进而实现准确无误的精准声源定位路径跟踪。

综上所述：本发明提出的一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，包括二轮机器人1、声源定位机构2和精准追踪机构3，第一麦克风组22设置在连接盘21上端，可360°的接收声源，当12个第一麦克风组2的都接收到声源后，中央处理器343处理各个声源，判断是否为指导声源，为指导声源后，通过二轮机器人1旋转公式进而控制二轮机器人1转动，第一麦克风组22设置为1-12的标号，声源对应的第一麦克风组22设置为A，而每次的二轮机器人1对应的第一麦克风组22都为1，当(A-1)*30不大于180°时，二轮机器人1快速正转{(A-1)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，当(A-1)*30大于180°时，二轮机器人1快速反转{(13-A)*30}度到A的对应点，并向前进行跟踪定位，这样声源定位路径跟踪范围广，移动速度快，当第一步开始追踪时，追踪的声源不断的向连接壳31发向声波，在第一聚音槽311、第二聚音槽312和第三聚音槽313的反射增大效果下，第一麦克风321、第二麦克风322和第三麦克风323会接收到不同大小的声波，进而更精准的判断声源方向，此时根据第一麦克风321、第二麦克风322和第三麦克风323的具体点，连接盘21上端伺服电机211执行30°左转或30°右转或暂停，通过伺服电机211带动主动齿轮213转动，主动齿轮213的轮齿为从动齿轮214的三分之一，起到减速作用，主动齿轮21又带动从动齿轮214转动，从动齿轮214带动安装管21转动，使得精准追踪机构3缓慢的向指定声源角度转动，最终带动精准追踪机构3转动30°左转或30°右转或不动，进而使得人脸识别仪341可对人脸进行精准识别，热成像仪342可对人或动物或有温度的物体进行热成像识别，并进行指导数据对比，与人脸识别仪341、第一麦克风组2和第二麦克风组32相配合，进而实现准确无误的精准声源定位路径跟踪。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，包括二轮机器人(1)、声源定位机构(2)和精准追踪机构(3)，声源定位机构(2)设置在二轮机器人(1)的上端中部，精准追踪机构(3)设置在声源定位机构(2)的上端中部，其特征在于：声源定位机构(2)包括连接盘(21)、第一麦克风组(22)和超声波检测器(23)，第一麦克风组(22)内嵌在连接盘(21)的上端，超声波检测器(23)内嵌在连接盘(21)两侧；

连接盘(21)包括伺服电机(211)、连接轴(212)、主动齿轮(213)、从动齿轮(214)、支撑柱(215)、下轴承(216)、上轴承(217)和安装管(218)，连接轴(212)的下端与伺服电机(211)的驱动端固定连接，连接轴(212)的上端与主动齿轮(213)固定连接，主动齿轮(213)与从动齿轮(214)啮合连接，从动齿轮(214)外套于支撑柱(215)的外侧，下轴承(216)的外环与连接壳(31)的下侧固定连接，下轴承(216)的内环与支撑柱(215)下端固定连接，上轴承(217)的外环与连接壳(31)的上侧固定连接，下轴承(216)的内环与支撑柱(215)上端下侧固定连接，安装管(218)的下端与支撑柱(215)的上端固定连接，安装管(218)的上端与精准追踪器(34)固定连接；

精准追踪机构(3)包括连接壳(31)、第二麦克风组(32)、连接柱(33)和精准追踪器(34)，第二麦克风组(32)内嵌在连接壳(31)的一端上侧，连接柱(33)的下端与连接壳(31)活动连接，精准追踪器(34)设置在连接柱(33)的上端。

2.如权利要求1所述的一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，其特征在于：连接壳(31)的一端环绕开设有第一聚音槽(311)、第二聚音槽(312)和第三聚音槽(313)，第一聚音槽(311)、第二聚音槽(312)和第三聚音槽(313)的弧度角为30°。

3.如权利要求1所述的一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，其特征在于：第二麦克风组(32)包括第一麦克风(321)、第二麦克风(322)和第三麦克风(323)，第一麦克风(321)设置在第一聚音槽(311)内侧下端，第二麦克风(322)设置在第二聚音槽(312)内侧下端，第三麦克风(323)设置在第三聚音槽(313)内侧下端。

4.如权利要求1所述的一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，其特征在于：精准追踪器(34)包括人脸识别仪(341)、热成像仪(342)和中央处理器(343)，人脸识别仪(341)和热成像仪(342)平行设置在精准追踪器(34)的一侧，中央处理器(343)设置在精准追踪器(34)的内部，人脸识别仪(341)和热成像仪(342)与中央处理器(343)电性连接。

5.如权利要求1所述的一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，其特征在于：第一麦克风组(22)均匀设置有十二个，相邻的两个麦克风角度为30°。

6.如权利要求1所述的一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，其特征在于：二轮机器人(1)的正旋转角度计算公式为(A-1)*30，二轮机器人(1)的反旋转角度计算公式为(13-A)*30，A为声源对应的第一麦克风组(22)。

7.如权利要求4所述的一种基于声源定位路径跟踪功能的二轮机器人，其特征在于：中央处理器(343)分别与第一麦克风组(22)、超声波检测器(23)、伺服电机(211)和第二麦克风组(32)电性连接。

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