CN113075614A - 一种用于巡航器的声源测向装置、巡航器及智能垃圾桶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于巡航器的声源测向装置、巡航器及智能垃圾桶，本发明通过安装于旋转底座上的多个音频采集装置采集声源信息，并转动旋转底座使得音频采集装置同时接收到声源发出的声音信息，以定位声源方向；解决了现有技术中定位声源方向需要复杂的计算与较高的算力的技术问题，达到了降低算力需求，提高计算速度的技术效果。

Description

一种用于巡航器的声源测向装置、巡航器及智能垃圾桶

技术领域

本发明涉及声源测向技术领域，特别涉及一种用于巡航器的声源测向装置、巡航器及智能垃圾桶。

背景技术

声源测向技术是通过电子和声学装置采集声源信号来探测声源方向的一种技术，它在很多领域都有着广阔的应用前景。根据不同的探测方式，声测技术可以分成主动声测技术和被动声测技术。主动声测技术由发射和接收装置组成，比如根据主动声纳的发射信号的回波来判断目标源的位置。而被动测向技术只有接收装置。麦克风阵列是指将若干个麦克风按照一定的几何结构组成阵列形式，相较于与单个麦克风有很多的优势。它具有较强的空间选择性，不需要移动麦克风就可以以电子扫描的方式实现目标声源的自动定位跟踪。基于麦克风阵列的声源测向相较于传统的测向系统具有隐蔽性强、可视距远、不受电磁波干扰等优势。

现有的巡航器大都通过图像采集并对图像中的人体进行识别来实现确定人物方向，然而由于图像采集装置易受到遮挡，因此部分巡航器采用声源测向技术获取人物的方向，而现有的声源测向技术基于麦克风阵列采集到音频的时间间隔，通过复杂的计算得到人物的方向，其对算力和环境有一定的要求，且存在一定的计算延迟，不利于巡航器的使用。

发明内容

本发明提供一种用于巡航器的声源测向装置及垃圾桶，通过安装于旋转底座上的多个音频采集装置采集声源信息，并转动旋转底座使得音频采集装置同时接收到声源发出的声音信息，以定位声源方向；解决了现有技术中定位声源方向需要复杂的计算与较高的算力的技术问题，达到了降低算力需求，提高计算速度的技术效果。

本发明提出的用于巡航器的声源测向装置，包括旋转底座、第一音频采集装置、第二音频采集装置、第三音频采集装置及控制器；所述第一音频采集装置、所述第二音频采集装置及所述第三音频采集装置安装于所述旋转底座表面，所述控制器与所述第一音频采集装置、所述第二音频采集装置、所述第三音频采集装置及所述旋转底座电连接；

所述控制器用于：

驱动所述旋转底座旋转，并获取所述第一音频采集装置、所述第二音频采集装置及所述第三音频采集装置采集到的音频信号；

当所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角为0时，计算所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置连接线的中线；

根据三个音频采集装置的位置关系、三个音频采集装置采集到音频信号的先后顺序及所述中线，得到声源第一方向。

优选地，所述控制器还用于：

对采集到的所述音频信号进行语音识别，当语音识别结果符合预设语句时，驱动所述旋转底座按照预设时钟方向旋转，并再次比较所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角。

优选地，所述控制器还用于：

对音频信号进行语音识别，当语音识别结果符合预设语句时，计算所述第一音频采集装置及所述第二音频采集装置采集到音频信号的先后顺序；

根据计算结果驱动所述旋转底座由后接收到音频信号的音频采集装置向先接收到音频信号的音频采集装置的方向旋转，直至所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角为0。

本发明还公开一种巡航器，其特征在于，所述巡航器包括电机组和如上所述的用于巡航器的声源测向装置，所述电机组与所述旋转底座连接，所述电机组还与所述控制器电连接；所述电机组，用于根据所述控制器发送的电信号驱动所述旋转底座旋转；还用于驱动所述巡航器移动及转向。

优选地，所述控制器还用于：

驱动所述电机组内的电机转动，使得巡航器沿与所述声源第一方向垂直的方向前进预设距离后，再次定位声源方向得到声源第二方向；

计算所述声源第二方向与前进方向的夹角；

根据所述声源第二方向与所述前进方向的夹角、所述预设距离及所述声源第一方向计算出声源的距离。

优选地，还包括与所述旋转底座同轴转动的光栅盘及安装于所述光栅盘外侧的红外反射式开关传感器；所述红外反射式开关传感器与所述控制器连接；所述控制器具体用于：

驱动所述中线与所述前进方向平行，并记录此时的光栅盘信息；

比较所述中线与所述声源第二方向平行时光栅盘的信息与记录的光栅盘信息得到声源第二方向与所述前进方向的夹角。

优选地，所述控制器具体用于：

当所述声源第二方向与所述前进方向的夹角为锐角时，声源的距离计算公式为：d＝s/cosα，其中，d为巡航器与声源的距离，s为预设距离，α为所述声源第二方向与所述前进方向的夹角；

当所述声源第二方向与所述前进方向的夹角为钝角时，声源的距离计算公式为：d＝s/cos(180°-α)。

优选地，所述巡航器还包括距离传感器，所述距离传感器与所述控制器连接，所述控制器还用于：

根据所述声源第二方向及所述声源的距离，规划行进路线并驱动所述巡航器按照所述行进路线向声源方向移动；

当所述距离传感器检测到所述巡航器预设范围内的所述行进路线上存在障碍物时，检测所述行进路线左右两侧的障碍物阻拦角度，脱离所述行进路线并向障碍物阻拦角度较小的方向转向，而后向前行驶；

当脱离所述行进路线后，检测返回至所述行进路线的方向的预设范围内是否存在障碍物，当不存在障碍物时，向返回所述行进路线方向行驶，并在返回至所述行进路线后，按照所述行进路线继续行驶。

本申请还公开一种智能垃圾桶，其特征在于，所述智能垃圾桶包括如上所述的用于巡航器的声源测向装置，或者所述智能垃圾桶包括如上所述的巡航器。

本发明通过比较三个安装在旋转底座上的旋转中的音频采集装置采集的音频信号，并根据两个音频采集装置同时采集到声源信号时，两个音频采集装置的中线作为声源所在的直线，而后通过第三个音频采集装置与前两个音频采集装置接收到音频信号的顺序得到声源的方向，解决了现有技术中声源测向需要较高的算力且存在一定的计算延迟的技术问题，达到了降低计算延迟，减少算力需求的技术效果。

附图说明

图1是本发明用于巡航器的声源测向装置及巡航器实施例方案涉及的硬件结构示意图；

图2为本发明用于巡航器的声源测向装置实施例的流程示意图；

图3为本发明用于巡航器实施例的流程示意图；

图4为本发明用于巡航器另一实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对本方案的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

本发明提出用于巡航器的声源测向装置的实施例。

参照图1及图2，所述用于巡航器的声源测向装置，包括旋转底座、第一音频采集装置、第二音频采集装置、第三音频采集装置及控制器；所述第一音频采集装置、所述第二音频采集装置及所述第三音频采集装置安装于所述旋转底座表面，所述控制器与所述第一音频采集装置、所述第二音频采集装置、所述第三音频采集装置及所述旋转底座电连接；

所述控制器用于：

S10、驱动所述旋转底座旋转，并获取所述第一音频采集装置、所述第二音频采集装置及所述第三音频采集装置采集到的音频信号；

S20、当所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角为0时，计算所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置连接线的中线；

S30、根据三个音频采集装置的位置关系、三个音频采集装置采集到音频信号的先后顺序及所述中线，得到声源第一方向。

易于理解的是，音频采集装置采集到的音频信号会发送至控制器，控制器按照接收的时间对三个音频信号进行比对，由于电信号在铜缆中的传输速度大约为23万公里每秒，而音速只有340米每秒中的，因此对于连接长度不足3米的铜线连接而言，音频采集装置至控制器所花的时间可以忽略掉。

需要说明的是，第一音频采集装置、第二音频采集装置及第三音频采集装置是为了便于描述本申请技术方案，当任意两个音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角为0，则可认为这两个音频采集装置同时采集到了声源发出的音频信号，即这两个音频采集装置与声源距离相同，以声源与这两个音频采集装置作为三角形的三点构建三角形，则该三角形为等腰三角形，两个音频采集装置的连线为底边，则声源在底边的中线上。

值得强调的是，仅确定声源在某条直线上时，对于巡航器而言，将巡航器视为该直线上的一点，声源对于巡航器可能存在的相对方向有前后两个，此时比较第三音频采集装置与第一音频采集装置或第二音频采集装置采集到音频的时间，则可得出声源对于巡航器的准确方向，例如当第一音频采集装置与第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角为0时，第三音频采集装置位于第一音频采集装置后方，此时通过比对第一音频采集装置与第三音频采集装置接收到音频信号的时间，由于先接收到的距离声源更近，则可确定声源的方向，当第一音频采集装置先接收到时，声源方向为上述直线上背向第三音频采集装置的方向，当第三音频采集装置先接收到时，声源方向为上述直线中，朝向第三音频采集装置的方向，本实施例中，音频采集装置为麦克风，三个麦克风共同组成麦克风阵列。

本实施例通过旋转麦克风阵列的方式，使得两个麦克风同时接收到音频信号，再通过比较第三个麦克风与同时接收到音频信号的两个麦克风接收到音频信号的时间，得到声源的方向，解决了现有技术中声源测向需要较高的算力且存在一定的计算延迟的问题，达到了减小计算难度，减少算力消耗，降低计算延迟的效果。

具体地，所述控制器还用于：

对采集到的所述音频信号进行语音识别，当语音识别结果符合预设语句时，驱动所述旋转底座按照预设时钟方向旋转，并再次比较所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角。

易于理解的是，为了降低噪声对声源位置的干扰，本实施例通过仅对符合预设结果的音频信号进行识别，一定程度上提高了识别的准确程度，同时减少了音频采集装置采集到一点音频信号就产生动作的现象。

需要说明的是，由于现有硬件的限制对音频信号进行识别与计算在低功耗的设备中计算耗时较长，因此直接预设顺时钟或逆时钟方向旋转，再将采集到的音频信号进行比对的方式能够更快的得到声源第一方向。

具体地，所述控制器还用于：

对音频信号进行语音识别，当语音识别结果符合预设语句时，计算所述第一音频采集装置及所述第二音频采集装置采集到音频信号的先后顺序；

根据计算结果驱动所述旋转底座由后接收到音频信号的音频采集装置向先接收到音频信号的音频采集装置的方向旋转，直至所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角为0。

需要说明的是，为降低音频信号处理的计算量，本实施例在降低响应时间的前提下，可以根据接收到音频信号的先后顺序选择旋转底座的转动方向，由后接收到音频信号的音频采集装置向先接收到音频信号的音频采集装置转动，直至两个音频采集装置同时接收到音频信号；使用该方案可以在无需第三个音频采集装置的情况下获取声源方向。

本实施例通过两种不同的旋转底座的转动方法，在不同场景下提高巡航器的响应速度或巡航器的降低制造成本，使得技术方案更加灵活，扩大了适用范围。

本申请还提出一种巡航器，所述巡航器包括电机组及如上所述的用于巡航器的声源测向装置，所述电机组与所述旋转底座连接，所述电机组还与所述控制器电连接；所述电机组，用于根据所述控制器发送的电信号驱动所述旋转底座旋转；还用于驱动所述巡航器移动及转向。

由于本巡航器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

参照图3，具体地，所述控制器还用于：

S40、驱动巡航器沿与所述声源第一方向垂直的方向前进预设距离后，再次定位声源方向得到声源第二方向；

S50、计算所述声源第二方向与前进方向的夹角；

S60、根据所述声源第二方向与所述前进方向的夹角、所述预设距离及所述声源第一方向计算出声源的距离。

易于理解的是，由于巡航器内部的空间较小，而音频采集装置安装于巡航器内部，且不同音频采集装置之间获取到音频信号的时间间隔的计算有一定的误差，在不移动巡航器的情况下，仅能实现对声源方向的计算，而想要实现对声源位置的计算，则需要移动巡航器，提高两次采集声源信号的采集点之间的距离。

需要说明的是，两次采集声源信号的采集点之间的距离在不超过任意一次采集点与声源之间的距离的情况下，一定限度提高两次采集声源信号的采集点之间的距离有利于提高声源位置计算的准确程度，两次采集声源信号的采集点之间的距离即为预设距离，该预设距离可以根据使用场所仅需调整，以在达到较高的声源位置计算准确程度的前提下，尽可能的降低预设距离。

需要强调的是，本实施例使用的声源位置计算方法为常见的三角定位法，通过移动巡航器达到两台探测器的效果且通过沿与所述声源第一方向垂直的方向前进降低计算难度，减少计算量。

参照图1，具体地，还包括与所述旋转底座同轴转动的光栅盘及安装于所述光栅盘外侧的红外反射式开关传感器；所述红外反射式开关传感器与所述控制器连接；所述控制器具体用于：

驱动所述中线与所述前进方向平行，并记录此时的光栅盘信息；

比较所述中线与所述声源第二方向平行时光栅盘的信息与记录的光栅盘信息得到声源第二方向与所述前进方向的夹角。

易于理解的是，“驱动所述中线与所述前进方向平行，并记录此时的光栅盘信息”的步骤在巡航器移动时已经完成，本实施例上述步骤用于获取声源第二方向与任意已知方向的夹角，记录的光栅盘信息也可为计算声源第一方向时光栅盘的信息；需要说明的是，当记录的光栅盘信息调整为声源第一方向时光栅盘的信息后，声源位置的计算公式也应对应调整。

具体地，所述控制器具体用于：

当所述声源第二方向与所述前进方向的夹角为锐角时，声源的距离计算公式为：d＝s/cosα，其中，d为巡航器与声源的距离，s为预设距离，α为所述声源第二方向与所述前进方向的夹角；

当所述声源第二方向与所述前进方向的夹角为钝角时，声源的距离计算公式为：d＝s/cos(180°-α)。

值得强调的是，由于中线与所述前进方向平行时，旋转底座的相对位置有两种，则这两种旋转底座的位置对应的光栅盘的信息也有两种，则声源第二方向与所述前进方向的夹角会存在两个值，其中一个值大于90°，而另一个值小于90°，若该值等于90°，则说明两次测量过程中至少有一次的测量有误，需要重新测量，然而在已知三角形的一个角为90°的情况下，声源第二方向与所述前进方向的夹角应当小于90°，因此，当声源第二方向与所述前进方向的夹角为钝角时，声源的距离计算公式为：d＝s/cos(180°-α)。

参照图4，具体地，所述的巡航器还包括距离传感器，所述距离传感器与所述控制器连接，所述控制器还用于：

S70、根据所述声源第二方向及所述声源的距离，规划行进路线并驱动所述巡航器按照所述行进路线向声源方向移动；

S80、当所述距离传感器检测到所述巡航器预设范围内的所述行进路线上存在障碍物时，检测所述行进路线左右两侧的障碍物阻拦角度，脱离所述行进路线并向障碍物阻拦角度较小的方向转向，而后向前行驶；

S90、当脱离所述行进路线后，检测返回至所述行进路线的方向的预设范围内是否存在障碍物，当不存在障碍物时，向返回所述行进路线方向行驶，并在返回至所述行进路线后，按照所述行进路线继续行驶。

易于理解的是，在得到声源方向后，巡航器还可通过距离传感器，实现简单的避障功能，并在避障完成后按照原路线向声源方向前进，当声源方向由持续的音频信号发出时，在本实施例中，巡航器也可在避障过程中重新获取声源方向并重新规划路线，以此减少行驶路程。

本实施例通过光栅盘和红外反射式开关传感器实现了方向的记录与角度的计算，使得巡航器可以通过移动后再次进行测向工作来实现多点测量，进一步完善了技术方案，使得本实施例技术方案能够获取声源距离等更具体的信息，还通过增加距离传感器，进一步完善了技术方案，使得本实施例技术方案能够通过距离传感器实现避障功能，提高了本实施例技术方案的适用场景，扩大了使用范围，提高了用户体验。

本申请还提出一种智能垃圾桶，所述智能垃圾桶包括如上所述的用于巡航器的声源测向装置，或者所述智能垃圾桶包括如上所述的巡航器。

由于本智能垃圾桶采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于巡航器的声源测向装置，其特征在于，包括旋转底座、第一音频采集装置、第二音频采集装置、第三音频采集装置及控制器；所述第一音频采集装置、所述第二音频采集装置及所述第三音频采集装置安装于所述旋转底座表面，所述控制器与所述第一音频采集装置、所述第二音频采集装置、所述第三音频采集装置及所述旋转底座电连接；

所述控制器用于：

驱动所述旋转底座旋转，并获取所述第一音频采集装置、所述第二音频采集装置及所述第三音频采集装置采集到的音频信号；

当所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角为0时，计算所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置连接线的中线；

根据三个音频采集装置的位置关系、三个音频采集装置采集到音频信号的先后顺序及所述中线，得到声源第一方向。

2.根据权利要求1所述的用于巡航器的声源测向装置，其特征在于，所述控制器还用于：

对采集到的所述音频信号进行语音识别，当语音识别结果符合预设语句时，驱动所述旋转底座按照预设时钟方向旋转，并再次比较所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角。

3.根据权利要求1所述的用于巡航器的声源测向装置，其特征在于，所述控制器还用于：

对音频信号进行语音识别，当语音识别结果符合预设语句时，计算所述第一音频采集装置及所述第二音频采集装置采集到音频信号的先后顺序；

根据计算结果驱动所述旋转底座由后接收到音频信号的音频采集装置向先接收到音频信号的音频采集装置的方向旋转，直至所述第一音频采集装置与所述第二音频采集装置采集到的音频信号波形采样数据相位角为0。

4.一种巡航器，其特征在于，所述巡航器包括电机组和权利要求1至3任一项所述的用于巡航器的声源测向装置，所述电机组与所述旋转底座连接，所述电机组还与所述控制器电连接；

所述电机组，用于根据所述控制器发送的电信号驱动所述旋转底座旋转；还用于驱动所述巡航器移动及转向。

5.根据权利要求4所述的巡航器，其特征在于，所述控制器还用于：

驱动所述电机组内的电机转动，使得巡航器沿与所述声源第一方向垂直的方向前进预设距离后，再次定位声源方向得到声源第二方向；

计算所述声源第二方向与前进方向的夹角；

根据所述声源第二方向与所述前进方向的夹角、所述预设距离及所述声源第一方向计算出声源的距离。

6.根据权利要求5所述的巡航器，其特征在于，还包括与所述旋转底座同轴转动的光栅盘及安装于所述光栅盘外侧的红外反射式开关传感器；所述红外反射式开关传感器与所述控制器连接；所述控制器具体用于：

驱动所述中线与所述前进方向平行，并记录此时的光栅盘信息；

比较所述中线与所述声源第二方向平行时光栅盘的信息与记录的光栅盘信息得到声源第二方向与所述前进方向的夹角。

7.根据权利要求5所述的巡航器，其特征在于，所述控制器具体用于：

当所述声源第二方向与所述前进方向的夹角为锐角时，声源的距离计算公式为：d＝s/cosα，其中，d为巡航器与声源的距离，s为预设距离，α为所述声源第二方向与所述前进方向的夹角；

当所述声源第二方向与所述前进方向的夹角为钝角时，声源的距离计算公式为：d＝s/cos(180°-α)。

8.根据权利要求5所述的巡航器，其特征在于，所述巡航器还包括距离传感器，所述距离传感器与所述控制器连接，所述控制器还用于：

根据所述声源第二方向及所述声源的距离，规划行进路线并驱动所述巡航器按照所述行进路线向声源方向移动；

当所述距离传感器检测到所述巡航器预设范围内的所述行进路线上存在障碍物时，检测所述行进路线左右两侧的障碍物阻拦角度，脱离所述行进路线并向障碍物阻拦角度较小的方向转向，而后向前行驶；

当脱离所述行进路线后，检测返回至所述行进路线的方向的预设范围内是否存在障碍物，当不存在障碍物时，向返回所述行进路线方向行驶，并在返回至所述行进路线后，按照所述行进路线继续行驶。

9.一种智能垃圾桶，其特征在于，所述智能垃圾桶包括权利要求1至3任一项所述的用于巡航器的声源测向装置，或者所述智能垃圾桶包括权利要4至8任一项所述的巡航器。

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