CN205584472U - 用于机器人的定向传声装置 - Google Patents

Abstract

用于机器人的定向传声装置，包括声电换能单元，所述声电换能单元包括电容的外侧电极和内侧电极，导电油墨涂覆在柔性电绝缘材料上形成外侧电极，导电油墨涂覆在弹性电绝缘材料上形成内侧电极，柔性电绝缘材料的弹性大于弹性电绝缘材料的弹性。可以实现在平行的两层不同弹性的绝缘材料上形成微小的声电换能单元，利用两层不同柔性的材料，一层用于与机器人体表进行曲度贴合，另一层用于反馈声压变化。密集的声电换能单元可以精确地反应声源在机器人体表不同位置的差异，进而经过后续的数据处理获得定位和语音的分析结果。

Description

用于机器人的定向传声装置

技术领域

本实用新型涉及一种声音采集装置，特别是涉及一种分方位的声音采集装置。

背景技术

按能量转换的机理来分，主要有下列5种。①电动换能器:利用在恒磁场中运动导体的电磁感应原理而制成的换能器。②电磁换能器:主要由固定于磁路中的导线圈和可振动的部分(如膜片、衔铁)所组成。交变电流通过线圈时产生交变磁通量，使磁路可振动部分受力发生变化而振动。反之，磁路可动部分振动时,使磁路的磁阻发生变化,于是通过线圈的磁通也相应变化而在线圈内感生电动势。单向极化磁通量使换能器工作有与信号成正比的线性部分。③静电换能器:这种换能器的结构基本上是个电容器，固定的金属极板与可振动的导电膜片组成电容器的两个极板，并在两极板间加恒定的极化电压使电容器带电。当膜片振动时电容量发生变化，两极板间的电压也随之改变。反之，当两极板间的电压发生变化时,极板间的静电力发生变化,从而使膜片振动。④压电换能器:利用具有压电效应的材料制成。压电效应较强的天然晶体有石英、酒石酸钾钠等。压电换能器广泛使用钛酸钡和锆钛酸铅等压电陶瓷材料。从发展趋势看，高分子压电材料(如聚偏氟乙烯)是制作压电换能器的一种新型材料。⑤磁致伸缩换能器:利用具有磁致伸缩特性的铁磁材料制成。在磁场中，这类材料由于振动产生形变而使磁通量改变，从而使绕在其上面的线圈产生电动势。它的逆过程是磁通量发生变化使铁磁材料形变而产生应力的变化。这种换能器常用作共振换能器，以提高效率。常用的磁致伸缩材料有镍及其合金或镍铁氧体。

以上所述电机械换能器的能量转换是可逆的。还有一类换能器是不可逆的，其中应用最多的是变阻换能器，如电话中的碳粒送话器。在半导体PN结附近施加局部压力的变化，会引起流过PN结电流的变化。利用这种原理做成的换能器称为压电结型换能器。通常是使压力通过细针加在PN结上。这样，可以获得很灵敏的换能作用。但它因结构上的困难还只用于应变计。

激光换能器和光导纤维换能器是新出现的两种换能器。它们是应用光干涉仪的原理或光强度调制的方法制成的。有一种光调制的方法是利用声光作用，使光束通过声光作用元件，光束在声场的作用下经受调制；另有一种方法是让光束通过光导纤维射到振动靶上，使反射光束受到调制，其强度与振动靶的位移成正比，受调制的光束再转换成电输出。

需要指出的，现阶段机器人技术中，往往是使用指向性较强的麦克风作为声音信号转化为电信号的换能装置，在收音角度内可以获得高信噪比的声音信号。但现有技术中也缺乏低成本的小型化高指向性麦克风。同时拟人机器人的头部曲度变化剧烈，也不适合无限制地增加高指向性麦克风数量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于机器人的定向传声装置，解决无法在拟人机器人头部合理布设高指向性麦克风的技术问题。

本实用新型的用于机器人的定向传声装置，包括声电换能单元，所述声电换能单元包括电容的外侧电极和内侧电极，导电油墨涂覆在柔性电绝缘材料上形成外侧电极，导电油墨涂覆在弹性电绝缘材料上形成内侧电极，柔性电绝缘材料的弹性大于弹性电绝缘材料的弹性。

在平行设置的柔性电绝缘材料和弹性电绝缘材料的相邻表面，外侧电极间隔排列在柔性电绝缘材料上，相应的内侧电极以相同间隔排列方式排列在弹性电绝缘材料上，相应的内侧电极和外侧电极间由片状或纤维状电绝缘材料支撑连接。

透过弹性电绝缘材料，每个内侧电极通过一根低阻抗信号线16连接至数模转换装置，透过柔性电绝缘材料，外侧电极分别通过低阻抗信号线连接至接地点。

所述内侧电极连接的低阻抗信号线，以及外侧电极连接的低阻抗信号线采用印刷电路，在内侧电极间和在外侧电极间形成无交叉布线。

还包括信号放大器和DSP芯片，其中：

模数转换装置，用于将各持续变化量信号实时进行模数转换形成连续的声音数据流；

信号放大器，用于将输入的声音数据流的电平放大并输出；

DSP芯片，用于将输入的声音数据流进行时域频域转换，形成供后续处理器处理的声压压强分布数据。

还包括静电发生器，用于向声电换能单元发送瞬时高电平信号。

本实用新型的用于机器人的定向传声装置，可以实现在平行的两层不同弹性的绝缘材料上形成微小的声电换能单元，利用两层不同柔性的材料，一层用于与机器人体表进行曲度贴合，另一层用于反馈声压变化。密集的声电换能单元可以精确地反应声源在机器人体表不同位置的差异，进而经过后续的数据处理获得定位和语音的分析结果。

附图说明

图1为本实用新型用于机器人的定向传声装置的电路结构示意图；

图2为本实用新型用于机器人的定向传声装置的麦克风结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本实施例的用于机器人的定向传声装置包括若干声电换能单元01、模数转换装置02、信号放大器03和DSP芯片04，其中：

声电换能单元01，用于将声源产生的声压转换为电容的持续变化信号；

模数转换装置02，用于将各持续变化量信号实时进行模数转换形成连续的声音数据流；

信号放大器03，用于将输入的声音数据流的电平放大并输出；

DSP芯片04，用于将输入的声音数据流进行时域频域转换，形成供后续处理器处理的声压压强分布数据。

本实施例可以将同一声源对预置排列的众多声电换能单元01产生的细微信号差别进行相关性处理，形成具有声源定位信息的特征数据，后续处理器据此可以完成同一声源声音的定位和信号增强，使得后续处理器可以进一步实现语音识别和所处空间的全方位收音和空间定位。

为了改善在持续变化信号的采集过程中，声电换能单元01的预置位置受机器人拟人表情及交互动作的影响发生的可滤除的趋势性变化带来的电位漂移，本实施例还包括静电发生器05，用于向全部声电换能单元01发送瞬时高电平信号，改善声电换能单元01中的初始电荷保有规模。

如图2所示，声电换能单元01包括电容的外侧电极11和内侧电极12，外侧电极11与内侧电极12之间通过电绝缘材料15支撑。

导电油墨涂层(涂覆)在柔性电绝缘材料13上制成电容两极中的外侧电极11，导电油墨涂层(涂覆)在弹性电绝缘材料14上制成电容两极中的内侧电极12，柔性电绝缘材料的弹性大于弹性电绝缘材料的弹性。

平行设置柔性电绝缘材料(薄膜)和弹性电绝缘材料(薄膜)，在柔性电绝缘材料薄膜和弹性电绝缘材料薄膜的相邻表面，外侧电极11间隔排列在柔性电绝缘材料薄膜上，相应的内侧电极12以相同间隔排列方式排列在弹性电绝缘材料薄膜上。相应的内侧电极12和外侧电极11间由片状或纤维状电绝缘材料支撑连接。

透过弹性电绝缘材料薄膜，每个内侧电极12通过一根低阻抗信号线16连接至数模转换装置02，透过柔性电绝缘材料薄膜，外侧电极11分别通过低阻抗信号线连接至接地点。

本实施例排列结构可以实现在平行的两层不同弹性的绝缘材料上形成微小的声电换能单元01，利用两层不同柔性的材料，一层用于与机器人体表进行曲度贴合，另一层用于反馈声压变化。密集的声电换能单元01可以精确地反应声源在机器人体表不同位置的差异，进而经过后续的数据处理获得定位和语音的分析结果。电绝缘材料15可以有效地保证在出现抻拉后回弹，保持两层材料不会分离，造成破坏电气特性。

进一步的，内侧电极12连接的低阻抗信号线，以及外侧电极11连接的低阻抗信号线采用印刷电路，在内侧电极12间或在外侧电极11间形成无交叉布线。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.用于机器人的定向传声装置，包括声电换能单元(01)，其特征在于：所述声电换能单元(01)包括电容的外侧电极(11)和内侧电极(12)，导电油墨涂覆在柔性电绝缘材料(13)上形成外侧电极(11)，导电油墨涂覆在弹性电绝缘材料(14)上形成内侧电极(12)，柔性电绝缘材料的弹性大于弹性电绝缘材料的弹性。

2.如权利要求1所述的用于机器人的定向传声装置，其特征在于：在平行设置的柔性电绝缘材料和弹性电绝缘材料的相邻表面，外侧电极(11)间隔排列在柔性电绝缘材料上，相应的内侧电极(12)以相同间隔排列方式排列在弹性电绝缘材料上，相应的内侧电极(12)和外侧电极(11)间由片状或纤维状电绝缘材料支撑连接。

3.如权利要求1所述的用于机器人的定向传声装置，其特征在于：透过弹性电绝缘材料，每个内侧电极(12)通过一根低阻抗信号线16连接至数模转换装置(02)，透过柔性电绝缘材料，外侧电极(11)分别通过低阻抗信号线连接至接地点。

4.如权利要求3所述的用于机器人的定向传声装置，其特征在于：所述内侧电极(12)连接的低阻抗信号线，以及外侧电极(11)连接的低阻抗信号线采用印刷电路，在内侧电极(12)间和在外侧电极(11)间形成无交叉布线。

5.如权利要求1至4任一所述的用于机器人的定向传声装置，其特征在于：还包括信号放大器(03)和DSP芯片(04)，其中：

模数转换装置(02)，用于将各持续变化量信号实时进行模数转换形成连续的声音数据流；

信号放大器(03)，用于将输入的声音数据流的电平放大并输出；

DSP芯片(04)，用于将输入的声音数据流进行时域频域转换，形成供后续处理器处理的声压压强分布数据。

6.如权利要求5所述的用于机器人的定向传声装置，其特征在于：还包括静电发生器(05)，用于向声电换能单元(01)发送瞬时高电平信号。