移動(dòng)機(jī)器人以及音源位置推定系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種使用安裝于在空間內(nèi)移動(dòng)的機(jī)器人上的麥克風(fēng)高精度地推定存 在于空間內(nèi)的音源的位置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，正在廣泛地開(kāi)發(fā)存在于與人相同的空間中，一邊移動(dòng)一邊提供各種服務(wù) 的服務(wù)機(jī)器人。在運(yùn)樣的機(jī)器人中，作為與人的交流手段而安裝有麥克風(fēng)，也有時(shí)能夠使用 聲音識(shí)別技術(shù)等進(jìn)行對(duì)話。另外，還正在推進(jìn)在建筑物內(nèi)巡視，如果檢測(cè)出異常，則通過(guò)所 安裝的攝像頭、麥克風(fēng)立即進(jìn)行報(bào)告的警備用途的機(jī)器人等。并且，還考慮了W下類型的機(jī) 器人：在一臺(tái)機(jī)器人中具備服務(wù)功能和警備功能，通過(guò)在白天進(jìn)行服務(wù)并在夜間進(jìn)行警備， 能夠進(jìn)行多目的并且高效的靈活應(yīng)用。
[0003] 具有警備功能的機(jī)器人應(yīng)該檢測(cè)的異常的種類要求與人的警備員同等W上的種 類。因此，當(dāng)然也希望在警備中檢測(cè)所產(chǎn)生的異常音。為了檢測(cè)聲音的異常，判斷所觀測(cè)的 聲音是否為異常的功能和傳遞聲音的種類、產(chǎn)生聲音的時(shí)刻W及聲音的位置的功能是2種 是不可欠缺的功能。
[0004] 作為傳遞聲音的位置的技術(shù)，正在開(kāi)發(fā)根據(jù)由具備麥克風(fēng)的移動(dòng)機(jī)器人觀測(cè)到的 聲音波形來(lái)確定音源的位置的技術(shù)。
[0005] 在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了使用Ξ角測(cè)量的原理來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量音源的位置的方法。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[000引專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2011-149782
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的課題
[0010] 然而，為了使用Ξ角測(cè)量的原理準(zhǔn)確地測(cè)量音源的位置，需要準(zhǔn)確地測(cè)量機(jī)器人 自身的位置和從機(jī)器人看到的音源到來(lái)方向。推定機(jī)器人自身的位置的方法可W考慮組合 測(cè)程法（odometry)和掃描匹配而得的方法等。但是，存在由于高速地移動(dòng)而受到車輪滑動(dòng) 的誤差等干擾的影響而無(wú)法準(zhǔn)確地得到測(cè)程信息的情況或缺乏周邊的環(huán)境信息而與地圖 的匹配不成功的情況等無(wú)法準(zhǔn)確地推定機(jī)器人的位置的情況。
[0011] 如果想要運(yùn)樣通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人準(zhǔn)確地測(cè)量音源的位置，則即使準(zhǔn)確地得到了音源 到來(lái)方向，也存在如果無(wú)法準(zhǔn)確地推定機(jī)器人的自己位置則音源位置不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
[0012] 另外，在沒(méi)有充分取得機(jī)器人的自己位置的觀測(cè)和音源到來(lái)方向的觀測(cè)的同步的 情況下，也無(wú)法準(zhǔn)確地推定音源位置。
[001引解決問(wèn)題的方案
[0014] 為了解決上述問(wèn)題，移動(dòng)機(jī)器人的特征在于，具備：自己位置推定部，其推定機(jī)器 人的自己位置；音源信息取得部，其取得所觀測(cè)到的音源的方向信息；W及音源位置推定 部，其根據(jù)上述推定出的自己位置和上述音源的方向信息推定音源的位置。
[001引發(fā)明效果
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，能夠通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人準(zhǔn)確地測(cè)量音源的位置。并且，能夠提高機(jī)器人 的自己位置的推定精度。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是實(shí)施例1的音源位置推定機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[001引圖2是表示實(shí)施例1的存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置130中的自己位置推定程序131的運(yùn)行的 流程圖。
[0019] 圖3是表示實(shí)施例1的存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置130中的音源信息取得程序132的運(yùn)行的 流程圖。
[0020] 圖4是表示實(shí)施例1的存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置130中的音源位置推定程序133的運(yùn)行的 流程圖。
[0021] 圖5是實(shí)施例2的音源位置推定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖6是實(shí)施例2的音源位置推定機(jī)器人11的結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖7是表示實(shí)施例2的存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置130中的音源信息取得程序132的運(yùn)行的 流程圖。
[0024]圖8是表示實(shí)施例2的存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置130中的傳感器數(shù)據(jù)接收程序135的運(yùn)行 的流程圖。
[00巧]圖9是實(shí)施例2的傳感器21的結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖10是實(shí)施例2的平板終端31的結(jié)構(gòu)圖。
[0027] 圖11是實(shí)施例2的平板終端31的觸摸屏321的顯示例子。
[0028] 圖12是說(shuō)明實(shí)施例1的音源位置推定程序的算法的圖。
[0029]圖13是說(shuō)明實(shí)施例1的音源位置推定程序的算法的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]W下，使用【附圖說(shuō)明】實(shí)施例。
[00引]實(shí)施例1
[0032] 在本實(shí)施例中，說(shuō)明音源位置推定機(jī)器人11的例子。
[0033] 圖1是本實(shí)施例的音源位置推定機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0034] 音源位置推定機(jī)器人1由總線110XPU120、麥克風(fēng)12ULIDAR122、移動(dòng)裝置123、 存儲(chǔ)裝置130構(gòu)成。
[0035] 總線110將CPU120、麥克風(fēng)12ULIDAR122、移動(dòng)裝置123、存儲(chǔ)裝置130相互連接 并中繼數(shù)據(jù)信號(hào)，可W使用在通用的PC中所使用的規(guī)格（PCI等）。
[0036]CPU120依照程序向麥克風(fēng)121、LIDAR122、移動(dòng)裝置123、存儲(chǔ)裝置130發(fā)送控制 指令，可W使用通用的CPU(例如甜-4處理器）或忍片控制器。
[0037] 麥克風(fēng)121收錄機(jī)器人周邊的聲音，例如可W使用市場(chǎng)銷售的電容麥克風(fēng)和A/D 變換器。
[0038] LIDAR122是發(fā)射可視光線等電磁波并測(cè)量其反射波，由此測(cè)定觀測(cè)平面上的到各 方向的障礙物的距離的裝置。在本實(shí)施例中，觀測(cè)平面與地面平行，方向分辨率為1度，但 本發(fā)明并不限于該規(guī)格。
[0039] 存儲(chǔ)裝置130存儲(chǔ)程序或數(shù)據(jù)，例如可W使用市場(chǎng)銷售的DRAM或皿D。存儲(chǔ)裝置 130存儲(chǔ)自己位置推定程序131、音源信息取得程序132、音源位置推定程序133、移動(dòng)控制 程序134、自己位置緩沖區(qū)141、音源信息緩沖區(qū)142、地圖數(shù)據(jù)143、音源位置緩沖區(qū)144W 及路徑數(shù)據(jù)146。
[0040] 圖2是表示存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置130中的自己位置推定程序131的運(yùn)行的流程圖。
[0041] 在利用本系統(tǒng)時(shí)始終使自己位置推定程序131運(yùn)行（S101)。
[004引首先，自己位置推定程序131從LIDAR122取得表示觀測(cè)平面上的到各方向的障 礙物的距離的數(shù)據(jù)L----t(0)(SlO2)。接著，從移動(dòng)裝置130取得測(cè)程數(shù)據(jù)0t= (0xt，Oyt， Oet) (S103)。接著，使用所取得的距離數(shù)據(jù)、里程數(shù)據(jù)、記錄在自己位置緩沖區(qū)141中的過(guò) 去的自己位置數(shù)據(jù)Pt1、地圖數(shù)據(jù)143M(x，y)，推定當(dāng)前的自己位置（S104)。
[0043] 作為使用了測(cè)程信息的基于掃描匹配的自己位置推定方式，推定方法可W使用已 知的方法。在假定了自己位置P時(shí)，使用表示距離數(shù)據(jù)L所示的觀測(cè)地形與地圖數(shù)據(jù)Μ的 自己位置Ρ處的地形的一致度的函數(shù)F(P|Μ，L)，WPti+〇t為中屯、按照一定的X，y，Θ的寬 度捜索P來(lái)決定推定自己位置Pt=argmaxpF(PIM，Lt(Θ))。
[0044] 將運(yùn)樣推定出的推定自己位置Pt存儲(chǔ)在自己位置緩沖區(qū)141中。
[0045] 圖3是表示存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置130中的音源信息取得程序132的運(yùn)行的流程圖。
[0046] 在利用本系統(tǒng)時(shí)始終使音源信息取得程序132運(yùn)行（S201)。首先，音源信息取得 程序132從麥克風(fēng)121取得聲音數(shù)據(jù)Wt(C) (S202)。接著，分析所取得的聲音數(shù)據(jù)Wt(C)，取 得音源方向At(S203)。聲音數(shù)據(jù)Wt(c)是在時(shí)刻t從麥克風(fēng)通道C接收到的波形的樣品集 合。At是認(rèn)為音源存在的方向的集合。為了根據(jù)聲音數(shù)據(jù)Wt(c)求出認(rèn)為音源存在的方向 的集合At，可W使用根據(jù)麥克風(fēng)陣列推定音源方向的已知的音源方向推定方法。例如，使用 波束成形，由下述所示的公式1求出。
[0047] [公式 1]
[004引 At=(ΘIΣkt(c)相（目）|2>Τ}
[0049] 其中，a(0)是表示來(lái)自預(yù)先測(cè)定的方向Θ的聲音的傳遞函數(shù)的向量，*是卷積運(yùn) 算符號(hào)，T是判定為音源存在的功率闊值。將運(yùn)樣推定出的音源方向At存儲(chǔ)在音源信息緩 沖區(qū) 142 中（S204)。
[0050] 圖4是表示存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置130中的音源位置推定程序133的運(yùn)行的流程圖。
[0051] 在利用本系統(tǒng)時(shí)始終使音源位置推定程序133運(yùn)行（S301)。首先，音源位置推定 程序133決定進(jìn)行音源位置推定的區(qū)間[ti，t2]，從自己位置緩沖區(qū)、音源信息緩沖區(qū)分別 取得區(qū)間扣，t2]的自己位置數(shù)據(jù)Pti、......、Pt2和音源方向Ati、......、A。做02)。例如， 在使用從當(dāng)前時(shí)刻t到10帖前的信息的情況下，[ti，t2] = [t-10,t]。
[0052] 接著，音源位置推定程序133恰當(dāng)?shù)貨Q定預(yù)先決定的機(jī)器人的移動(dòng)模型的參數(shù) Θ，執(zhí)行W下的處理（S303)。首先，根據(jù)自己位置數(shù)據(jù)Pti、……、Pt2和音源方向Ati、……、 At2求出參數(shù)Θ的音