基于LabVIEW的机器人声源定位系统的设计.pdf

湖南大学硕士学位论文基于LabVIEW的机器人声源定位系统的设计姓名：田晓华申请学位级别：硕士专业：控制科学与工程指导教师：彭楚武20100430要摘目标定位技术是智能机器人领域研究的热点之一。近年来机器人声测定位技术引起国内外很大的关注而我国相对起步比较晚国内从事这一领域研究的大学和研究机构相对较少且将其应用于机器人的研究很少。本文在借鉴已有成果和相关资料的基础上研究并设计了一种基于虚拟仪器技术在机器人声源定位系统中的应用技术。本文首先讨论了平面四元十字方阵定位模型及其目标定位方程；对互相关、自适应和功率谱三种时延算法进行了讨论比较了三种时延算法根据系统对抗干扰性、算法的精度、稳定性、实时性的综合要求选择应用广义互相关法求各声传感器接收到的目标信号时间差从而获得声源的位置信息。其次分析了声卡作为数据采集器的可行性将其作为机器人声源定位系统数据采集硬件硬件具开放性可以通过升级硬件来提高性能且成本低廉性能可靠有很高的性价比。再者应用美国国家仪器公司的虚拟仪器软件H砑7⑵教ǎ行声信号的数据采集数字滤波时、频域分析实现互相关求时延根据定位方程实现对声源目标定位；采用模块化设计思想和面向对象的设计方法使该系统具有良好的移植性。最后本文在室内和室外对本系统进行了验证实验。通过大量实验证明广义相关求用于时间延迟估计在理论上和实践上完全可行的。同时也证实了本声源定位系统的有效性处理结果证实定位精度较高。能满足机器人声源定位的要求。关键字：机器人声源定位毖庸兰疲ㄎ凰惴基十幕魅松炊ㄎ幌低车纳杓簉瑀猚琤．甋琣琣琹瑃猺籱猳琒琲．．．．硕学ぢ畚甀甀瑀．；．琩第滦髀国内外研究概况背景随着数字信号处理技术和声电技术的不断发展和完善以及仿人机器人人工智能水平的进步听觉系统作为人类感官的重要组成部分已经成为机器人研究领域的重要研究对象【俊Ｋ孀胖悄芑魅思际醯姆⒄蛊溆τ帽尘敖嚼丛礁丛樱需要采集各种各样的信息这就需要其具有相应的信息处理系统及信息获取方式来面对各种应用环境这样才能根据环境的变化做出正确的决策。因此有必要开发机器人的“耳朵迪秩嘶换ァ⒒魅擞牖肪辰换ィ蛊渚哂懈淼挠用范围和更高的性能指标这也是机器人向智能化发展的重要标志之一。机器人视觉技术极大地拓宽了机器人的应用范围提高了机器人的工作效率。但视觉感知像的视觉场被限制在小于姆段凇Ｊ苁酉吆湍芗鹊南拗疲光线条件较差或者障碍物阻挡的情况下视觉感知就会失效。听觉是人类和机器人识别周围环境很重要的感知能力尽管听觉定位的精度比视觉定位精度差但是听觉有很多其他感官无可比拟的特性听觉能带来的“听觉场景”Ｋ能定位不在视觉场景内的声音目标即定位由物体遮挡造成的模糊目标或在拐角处的声音目标。机器人依靠听觉可以工作在恶劣的环境中或者光线很暗的环境中定位声源这些依靠视觉是不能实现的】。在这种情况下听觉系统作为人类感官的重要组成部分为机器人感知技术的研究提供了新的思路。同时对人类听觉系统的研究和模拟也表明了人类对自身听觉生理能力的认知程度是人类对自身的求索和发展。声源定位技术正是通过对人耳听觉机制的模拟利用声学传感装置接收声波再通过电子装置将声信号进行处理从而实现对声源位置进行探测、识别并对目标进行定位及跟踪。由于其在军事和民用上有广阔的应用范围及其深远的发展前途【兰甏岳矗炊ㄎ患际跻云湟涡郧俊⑹视眯愿摺⒌统杀等独特优点逐渐受到各国的重视在军事和民用上都有十分广阔的应用【俊＠如在水下探测、战场侦查等危险环境作业中的应用。由于声源定位技术在移动机器人和通信等领域应用前景广泛近年越来越多的研究者的开始关注这一技术。年韩国理工学院【智能机器人研究中心开发了一种声视联合的机器人定位跟踪系统该系统包括一个声音活动探测的概率声音定位子系统和使用视觉摄硕一貉宦畚象机的人脸跟踪子系统。它能联合这些子系统弥补