智能機(jī)器人和用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能機(jī)器人和用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法。該智能機(jī)器人包括主體部(1)；頭部(2)，所述頭部(2)配置為在所述主體部(1)上旋轉(zhuǎn)；麥克風(fēng)陣列，所述麥克風(fēng)陣列設(shè)置在所述頭部(2)上，麥克風(fēng)陣列包括第一單指向麥克風(fēng)(31)、第二單指向麥克風(fēng)(32)和全指向麥克風(fēng)(33)，所述第一單指向麥克風(fēng)(31)與第二單指向麥克風(fēng)(32)的收聲方向沿所述頭部(2)的旋轉(zhuǎn)方向相差預(yù)定角度θy；用于根據(jù)所述麥克風(fēng)陣列拾取的聲音信號(hào)判斷聲源方向的處理模塊，所述第一單指向麥克風(fēng)(31)、第二單指向麥克風(fēng)(23)以及全指向麥克風(fēng)(33)與所述處理模塊電連接。
【專利說明】
智能機(jī)器人和用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電子產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種智能機(jī)器人和用于智能機(jī)器人 的聲源方向辨別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能電子產(chǎn)品的逐漸發(fā)展，本領(lǐng)域技術(shù)人員開發(fā)了可以與用戶語音互動(dòng)的智 能機(jī)器人，這種智能機(jī)器人可以通過識(shí)別用戶的聲音命令，為用戶提供撥通電話、語音播報(bào) 信息等服務(wù)。通常，這種智能機(jī)器人可以放置在辦公桌、箱柜等家具上使用，智能機(jī)器人上 設(shè)置有用于接收用戶聲音命令的全指向麥克風(fēng)。
[0003] 但是，由于全指向麥克風(fēng)能夠接收各個(gè)方向的聲音，所以也會(huì)接收到周圍環(huán)境中 的噪音。噪音與聲音命令混雜的聲音信號(hào)會(huì)造成智能機(jī)器人無法準(zhǔn)確識(shí)別聲音命令的情 況。進(jìn)一步地，本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)計(jì)了采用單指向麥克風(fēng)接收聲音命令的智能機(jī)器人，從而 避免接收來自其它方向的噪音，單指向麥克風(fēng)拾取的聲音信號(hào)中的噪音信號(hào)大幅減少。
[0004] 但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于單指向麥克風(fēng)只對(duì)固定方向上的聲音具有良好 的接收靈敏度，所以如果用戶從其它方向發(fā)出聲音命令，智能機(jī)器人拾取的聲音信號(hào)的強(qiáng) 度較低，有可能造成無法識(shí)別的情況。所以，有必要對(duì)命令拾取的方法或智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于智能機(jī)器人辨別聲源方向的新技術(shù)方案。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種智能機(jī)器人，其中包括：
[0007] 主體部；
[0008] 頭部，所述頭部配置為在所述主體部上旋轉(zhuǎn)；
[0009] 麥克風(fēng)陣列，所述麥克風(fēng)陣列設(shè)置在所述頭部上，麥克風(fēng)陣列包括第一單指向麥 克風(fēng)、第二單指向麥克風(fēng)和全指向麥克風(fēng)，所述第一單指向麥克風(fēng)與第二單指向麥克風(fēng)的 收聲方向沿所述頭部的旋轉(zhuǎn)方向相差預(yù)定角度9 y;
[0010] 用于根據(jù)所述麥克風(fēng)陣列拾取的聲音信號(hào)判斷聲源方向的處理模塊，所述第一單 指向麥克風(fēng)、第二單指向麥克風(fēng)以及全指向麥克風(fēng)與所述處理模塊電連接。
[0011] 可選地，所述智能機(jī)器人包括用于驅(qū)動(dòng)所述頭部旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置 與所述處理模塊電連接。
[0012]優(yōu)選地，所述預(yù)定角度0y為90°。
[0013]優(yōu)選地，所述智能機(jī)器人包括第三單指向麥克風(fēng)，所述第三單指向麥克風(fēng)的收聲 方向與所述第一單指向麥克風(fēng)的收聲方向相同。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法，包括：
[0015] 提供麥克風(fēng)陣列，所述麥克風(fēng)陣列包括全指向麥克風(fēng)、第一單指向麥克風(fēng)和第二 單指向麥克風(fēng)，所述第一單指向麥克風(fēng)和第二單指向麥克風(fēng)的收聲方向沿預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向相 差預(yù)定角度Qy;
[0016] 所述麥克風(fēng)陣列接收聲音，其中全指向麥克風(fēng)對(duì)聲音的接收強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度DO， 第一單指向麥克風(fēng)對(duì)聲音的接收強(qiáng)度為第一強(qiáng)度D1，第二單指向麥克風(fēng)對(duì)聲音的接收強(qiáng)度 為第二強(qiáng)度D2;
[0017] 根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0和第一強(qiáng)度D1以及第一單指向麥克風(fēng)在預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向所在 平面中的收聲強(qiáng)度模型計(jì)算得到備選方向0#P0 2;
[0018] 根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0、第二強(qiáng)度D2以及預(yù)定角度0y，判斷備選方向是否符合第二 單指向麥克風(fēng)在預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向所在平面中的收聲強(qiáng)度模型；
[0019] 若備選方向01符合第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型，貝備選方向01為聲源方向 9〇,否則備選方向％為聲源方向0〇。
[0020] 優(yōu)選地，所述第一單指向麥克風(fēng)和第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型為在預(yù)定旋 轉(zhuǎn)方向所在平面上設(shè)立的收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型。
[0021] 優(yōu)選地，在預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向所在平面中以第一單指向麥克風(fēng)的收聲方向?yàn)榛鶞?zhǔn)方 向。
[0022] 優(yōu)選地，若備選方向0:在第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型中的計(jì)算誤差小于誤 差上限k，則判斷該備選方向符合第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型。
[0023] 優(yōu)選地，提供用于驅(qū)動(dòng)所述麥克風(fēng)陣列在預(yù)定旋轉(zhuǎn)面中旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，若聲源 方向大于0°且小于180°，則所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)麥克風(fēng)陣列沿角度逐漸增大的方向旋轉(zhuǎn)至 聲源方向0〇，若聲源方向0〇大于180°且小于360°，則所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)麥克風(fēng)陣列沿角度逐 漸減小的方向旋轉(zhuǎn)至聲源方向9〇。
[0024]優(yōu)選地，所述預(yù)定角度0\為9〇°。
[0025] 本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的智能機(jī)器人在使用時(shí)，如果用戶發(fā)出聲音命令的位 置不在單指向麥克風(fēng)的收聲方向上，智能機(jī)器人可能無法對(duì)聲音命令做出正確識(shí)別。在這 種情況下，智能機(jī)器人可能不做任何響應(yīng)或只做出提示用戶移動(dòng)到收聲方向的響應(yīng)。用戶 往往會(huì)選擇移動(dòng)到收聲方向上再發(fā)出聲音命令。而且，考慮到這種智能機(jī)器人的使用方式 和場(chǎng)合，本領(lǐng)域技術(shù)人員普遍認(rèn)為無需為智能機(jī)器人設(shè)置判斷聲源方向的功能。因此，本發(fā) 明所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有 預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。
[0026] 通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其 優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。
【附圖說明】
[0027] 被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連 同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0028] 圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的智能機(jī)器人的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法步驟流程 圖；
[0030] 圖3是全指向麥克風(fēng)在極坐標(biāo)中對(duì)聲音的接收強(qiáng)度的示意圖；
[0031 ]圖4是單指向麥克風(fēng)在極坐標(biāo)中對(duì)聲音的接收強(qiáng)度的示意圖；
[0032] 圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到：除非另外具 體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本 發(fā)明的范圍。
[0034] 以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明 及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0035] 對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適 當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。
[0036] 在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不 是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可以具有不同的值。
[0037] 應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一 個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0038] 本發(fā)明提供了一種智能機(jī)器人，如圖1所示，其中包括主體部1、頭部2以及麥克風(fēng) 陣列和處理模塊。該智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)裝置能夠用于判斷用戶發(fā)出的聲音命令的方向。所 述頭部2設(shè)置在所述主體部1上，頭部2被配置為能夠在主體部1上旋轉(zhuǎn)。可選地，考慮到用戶 通常在與智能機(jī)器人高度基本相當(dāng)而四周方向不確定的位置發(fā)出聲音命令，所述頭部2可 以配置為在主體部1上左右旋轉(zhuǎn)。所述麥克風(fēng)陣列設(shè)置在所述頭部2上，麥克風(fēng)陣列中包括 第一單指向麥克風(fēng)31、第二單指向麥克風(fēng)32以及全指向麥克風(fēng)33。其中，第一單指向麥克風(fēng) 31與第二單指向麥克風(fēng)32的收聲方向不同，兩麥克風(fēng)的收聲方向沿著頭部2旋轉(zhuǎn)的方向相 差預(yù)定角度這樣，當(dāng)用戶從一個(gè)方向發(fā)出聲音命令時(shí)，第一單指向麥克風(fēng)31與第二單指 向麥克風(fēng)32接收到的聲音強(qiáng)度是不同的，其產(chǎn)生的聲音信號(hào)強(qiáng)度也是不同的。全指向麥克 風(fēng)33接收到的聲音強(qiáng)度則通常是標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，生成的聲音信號(hào)強(qiáng)度也是標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。根據(jù)上述 三種聲音信號(hào)，可以計(jì)算用戶相對(duì)于智能機(jī)器人的位置和方向。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù) 產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合、性能要求等情況對(duì)所述預(yù)定角度進(jìn)行選擇，本發(fā)明并不對(duì)此進(jìn)行限 制。
[0039] 所述智能機(jī)器人中的處理模塊用于計(jì)算、判斷用戶所在的方向，即聲源方向。智能 機(jī)器人中的第一單指向麥克風(fēng)31、第二單指向麥克風(fēng)32以及全指向麥克風(fēng)33均與處理模塊 電連接，以便傳輸拾取到的聲音信號(hào)。本發(fā)明提供的智能機(jī)器人能夠用于辨別用戶的聲源 方向，為提高聲音命令的識(shí)別準(zhǔn)確性提供條件。進(jìn)一步地，可以發(fā)出語音提示，提醒用戶移 動(dòng)到第一單指向麥克風(fēng)31或第二單指向麥克風(fēng)32的收聲方向上;或者，可以旋轉(zhuǎn)頭部2,使 第一單指向麥克風(fēng)31或第二單指向麥克風(fēng)32的收聲方向朝向聲源方向，從而使單指向麥克 風(fēng)準(zhǔn)確的拾取到聲音命令的聲音信號(hào)。
[0040] 優(yōu)選地，如圖1所示，所述智能機(jī)器人中還可以包括驅(qū)動(dòng)裝置4,所述驅(qū)動(dòng)裝置4用 于驅(qū)動(dòng)頭部2在主體部1上旋轉(zhuǎn)。所述驅(qū)動(dòng)裝置4與處理模塊電連接，處理模塊計(jì)算得出聲源 方向后，可以向驅(qū)動(dòng)裝置4發(fā)送旋轉(zhuǎn)指令，驅(qū)使頭部2旋轉(zhuǎn)，將單指向麥克風(fēng)的收聲方向?qū)?zhǔn) 聲源方向。
[0041] 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，為了有效增大第一單指向麥克風(fēng)31和第二單指向麥 克風(fēng)32在不同方向的收聲強(qiáng)度的差異，優(yōu)選地，所述預(yù)定角度0\為9〇°，如圖1所示。例如，所 述頭部2可以在主體部1上左右旋轉(zhuǎn)，第一單指向麥克風(fēng)31設(shè)置在所述頭部2的正面，所述第 二單指向麥克風(fēng)32則設(shè)置在所述頭部2的側(cè)面。這樣，在用戶處在大多數(shù)位置發(fā)出聲音命令 時(shí)，第一單指向麥克風(fēng)31和第二單指向麥克風(fēng)32對(duì)聲音命令的接受強(qiáng)度都會(huì)是不同的，便 于計(jì)算聲源方向。只有在45°、225°等少數(shù)情況，兩個(gè)單指向麥克風(fēng)才會(huì)出現(xiàn)接收強(qiáng)度相同 的情況。
[0042]進(jìn)一步地，為了接收到更清晰、準(zhǔn)確的聲音信號(hào)，所述麥克風(fēng)陣列還可以包括第三 單指向麥克風(fēng)34。所述第三單指向麥克風(fēng)34的收聲方向可以與所述第一單指向麥克風(fēng)31的 收聲方向一致，這兩個(gè)單指向麥克風(fēng)組成單指向陣列，所述單指向陣列用于實(shí)際接收聲音 命令。例如，用戶在某處發(fā)出聲音命令，通過第一單指向麥克風(fēng)31、第二單指向麥克風(fēng)32以 及全指向麥克風(fēng)33生成的聲音信號(hào)的強(qiáng)度判斷聲源方向后，所述頭部2將第一、第三單指 向麥克風(fēng)34的收聲方向，即單指向陣列的收聲方向轉(zhuǎn)向聲源方向，以單指向陣列實(shí)際接收 聲音命令，供處理模塊識(shí)別、判斷。單指向陣列對(duì)從其收聲方向傳來的語音指令能夠生成更 清晰的聲音信號(hào)，而由于第二單指向麥克風(fēng)32的收聲方向通常不朝向聲源方向，所以其生 成的聲音信號(hào)僅用于判別聲源方向，而不參與對(duì)語音指令的實(shí)際判斷。當(dāng)然，在本發(fā)明的其 它實(shí)施例中，也可以將第二單指向麥克風(fēng)的收聲方向轉(zhuǎn)向聲源方向，用于實(shí)際接收聲音命 令，本發(fā)明并不對(duì)此進(jìn)行限制。
[0043] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法，這種辨別方法可 以在上述智能機(jī)器人或其它智能電子設(shè)備中使用。如圖2所示，該方法具體如下：
[0044] 首先，提供一組麥克風(fēng)陣列，所述麥克風(fēng)陣列包括第一單指向麥克風(fēng)、第二單指向 麥克風(fēng)以及全指向麥克風(fēng)。預(yù)先確定預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向，所述麥克風(fēng)陣列可以沿著預(yù)定旋轉(zhuǎn)方 向旋轉(zhuǎn)。其中，第一單指向麥克風(fēng)和第二單指向麥克風(fēng)的收聲方向沿預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向相差預(yù) 定角度即兩個(gè)單指向麥克風(fēng)的收聲方向在預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向所在的平面中朝向不同方向。 所述預(yù)定角度可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。需要說明的，本發(fā)明所述的單指向麥克風(fēng)的收 聲方向是指單指向麥克風(fēng)的正前方，即單指向麥克風(fēng)的朝向，在這個(gè)方向上，單指向麥克風(fēng) 的收聲強(qiáng)度最高。以本發(fā)明圖1所示的實(shí)施方式為例，設(shè)置在主體部上的頭部能夠左右旋 轉(zhuǎn)，則左右旋轉(zhuǎn)的方向即為預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向。其中，第一、第二單指向麥克風(fēng)處在同一高度，兩 個(gè)單指向麥克風(fēng)的收聲方向向外的延伸線所在的平面，即為預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向所在的平面。
[0045] 第二，用上述麥克風(fēng)陣列接收聲音命令，并產(chǎn)生相應(yīng)的聲音信號(hào)。其中，由于全指 向麥克風(fēng)在各個(gè)方向?qū)β曇舻慕邮諒?qiáng)度相同，如圖3所示，所以全指向麥克風(fēng)對(duì)聲音的接收 強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0。單指向麥克風(fēng)在各個(gè)方向?qū)β曇舻慕邮軓?qiáng)度不同，具有方向性，如圖4 所示，第一單指向麥克風(fēng)對(duì)聲音的接收強(qiáng)度為第一強(qiáng)度D1，第二單指向麥克風(fēng)產(chǎn)生對(duì)聲音 的接收強(qiáng)度為第二強(qiáng)度D2。
[0046]第三，根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0、第一強(qiáng)度D1以及第一單指向麥克風(fēng)在預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向 所在的平面中的收聲強(qiáng)度模型計(jì)算備選方向0#P02。由于單指向麥克風(fēng)在一個(gè)平面內(nèi)的收 聲強(qiáng)度模型通常呈心形，如圖1所示，所以同一強(qiáng)度的聲音信號(hào)往往會(huì)得到兩個(gè)對(duì)應(yīng)的備選 方向01和02。
[0047]第四，根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0、第二強(qiáng)度D2以及預(yù)定角度0y，判斷所述備選方向01是 否符合第二單指向麥克風(fēng)在預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向所在的平面中的收聲強(qiáng)度模型。
[0048] 第五，如果備選方向0i符合第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型，則驗(yàn)證了第二強(qiáng) 度D2是聲音命令從備選方向0:傳來時(shí)，第二單指向麥克風(fēng)對(duì)聲音的接受強(qiáng)度，所以備選方 向9為聲源方向9〇。通常情況下，由于存在預(yù)定角度所以兩個(gè)備選方向1和9 2至少有一個(gè) 能夠符合第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型，所以如果備選方向以不符合第二單指向麥克 風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型，則備選方向02即為聲源方向0〇。在本方法中，如果備選方向01不符合，則 可以直接認(rèn)定備選方向h為聲源方向0Q;也可以進(jìn)一步判斷備選方向02是否符合第二單指 向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型，提高精確度。
[0049] 本發(fā)明提供的上述方法能夠清楚的判斷聲源與智能機(jī)器人之間的相對(duì)方向位置， 便于智能機(jī)器人后續(xù)作出提高聲音信號(hào)清晰度和準(zhǔn)確性的動(dòng)作。例如，智能機(jī)器人可以發(fā) 出提示音，提醒用戶移動(dòng)到第一單指向麥克風(fēng)的收聲方向處或者直接將第一單指向麥克風(fēng) 的收聲方向轉(zhuǎn)向聲源方向。
[0050] 圖3為全指向麥克風(fēng)在一平面內(nèi)的收聲強(qiáng)度極坐標(biāo)圖形，圖中可見全指向麥克風(fēng) 在環(huán)繞的各個(gè)方向收聲強(qiáng)度基本一致;而圖4為單指向麥克風(fēng)在一平面內(nèi)的收聲強(qiáng)度極坐 標(biāo)圖形，可見單指向麥克風(fēng)在正前方，即〇°位置的收聲強(qiáng)度最強(qiáng)，與全指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng) 度基本相當(dāng)，在正后方，g卩180°位置的收聲強(qiáng)度最弱。
[0051] 特別地，為了便于計(jì)算，簡(jiǎn)化辨別聲源方向0〇的算法，本發(fā)明提供了一組在預(yù)定旋 轉(zhuǎn)方向所在平面中的麥克風(fēng)收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型。圖5示出了該函數(shù)模型的圖形，以圖 1所示的實(shí)施方式為例，該函數(shù)模型相當(dāng)于從頭部上方向下俯視建立的極坐標(biāo)，所述預(yù)定角 度9 y為90°。其中，全指向麥克風(fēng)收聲強(qiáng)度差值ro為標(biāo)準(zhǔn)差值a，所述標(biāo)準(zhǔn)差值a為單指向麥克 風(fēng)在0°和180°的收聲強(qiáng)度強(qiáng)弱差值。第一單指向麥克風(fēng)收聲強(qiáng)度差值^以及第二單指向 麥克風(fēng)收聲強(qiáng)度差值r2分別由以下方程表不：
[0054] 其中0代表極坐標(biāo)中相對(duì)于零度位置的角度，特別地，選擇第一單指向麥克風(fēng)的收 聲方向作為極坐標(biāo)中的零度位置。在該實(shí)施方式中，方程(a)代表第一單指向麥克風(fēng)的收聲 強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型，方程(b)代表第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型。
[0055] 該收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型的優(yōu)點(diǎn)在于，三個(gè)麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度都減去了單指向 麥克風(fēng)在其自身180°時(shí)的收聲強(qiáng)度，使得單指向麥克風(fēng)在其自身180°位置處的收聲強(qiáng)度差 值為0,即位于極坐標(biāo)的原點(diǎn)。這樣，用于表達(dá)收聲強(qiáng)度差值的函數(shù)無需考慮單指向麥克風(fēng) 在其自身180°位置的值，降低了模型復(fù)雜度。而預(yù)定角度0 yS9O°能夠進(jìn)一步降低模型的復(fù) 雜度，避免在模型中做其它的角度補(bǔ)償處理。
[0056]以圖1、3_5所示的實(shí)施方式為例，對(duì)具體的計(jì)算方法進(jìn)行說明。當(dāng)全指向麥克風(fēng)33 和第一、第二單麥克風(fēng)31、32在同時(shí)接收到聲音或聲音命令時(shí)，全指向麥克風(fēng)33產(chǎn)生對(duì)聲音 的接收強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0與單指向麥克風(fēng)在收聲方向?qū)β曇舻慕邮諒?qiáng)度基本 相當(dāng)。對(duì)于單指向麥克風(fēng)，標(biāo)準(zhǔn)差值a是已知固定的，需要說明的，第一單指向麥克風(fēng)31和第 二單指向麥克風(fēng)32通常使用性能一致的單指向麥克風(fēng)。第一單指向麥克風(fēng)31的接收強(qiáng)度為 第一強(qiáng)度D1，第二單指向麥克風(fēng)32的接收強(qiáng)度為第二強(qiáng)度D2。
[0057]將麥克風(fēng)陣列中的各個(gè)麥克風(fēng)的接收強(qiáng)度與上述收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型結(jié)合， 可以得到以下方程：
[0060]其中方程（1)等于第一單指向麥克風(fēng)31的收聲強(qiáng)度差值^，方程(2)等于第二單 指向壽克風(fēng)32的收聲強(qiáng)度差倌^。通過方稈（1)可以計(jì)算得到兩個(gè)備選方向0jP02:
[0063] 進(jìn)一步地，將0 i帶入到方程(2)中驗(yàn)證，若0 :符合方程(2 )，則備選方向0 :為聲源方 向0〇,否則％為聲源方向9〇。也可以進(jìn)一步將92帶入到方程⑵中進(jìn)行驗(yàn)證。
[0064] 以上為本發(fā)明提供的聲源方向辨別方法在一種【具體實(shí)施方式】中的實(shí)現(xiàn)方法。該方 法是利用了單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度具有明顯指向性的特點(diǎn)，采用兩個(gè)單指向麥克風(fēng)的信 號(hào)強(qiáng)度與全指向麥克風(fēng)進(jìn)行比較，從而判斷聲源方向。在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，也可以 利用上述特點(diǎn)構(gòu)建不同的收聲強(qiáng)度模型，上述實(shí)施方式是本發(fā)明優(yōu)選的一種。例如，還可以 直接使用實(shí)際的信號(hào)強(qiáng)度構(gòu)建收聲強(qiáng)度模型，本發(fā)明不對(duì)此進(jìn)行限制。
[0065] 更優(yōu)地，在本發(fā)明上述實(shí)施方式中，如圖5所示，為了便于建立收聲強(qiáng)度差值極坐 標(biāo)模型，預(yù)先設(shè)定了基準(zhǔn)方向，即〇°位置與第一單指向麥克風(fēng)的收聲方向一致。在這種情況 下，收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型中無需對(duì)三角函數(shù)進(jìn)行角度補(bǔ)償。但本發(fā)明并不對(duì)此進(jìn)行限 制，在其它實(shí)施方式中，所述基準(zhǔn)方向也可以與不與第一、第二單指向麥克風(fēng)的收聲方向一 致。
[0066] 特別地，在實(shí)際操作中，麥克風(fēng)陣列中各個(gè)麥克風(fēng)的安裝位置、角度以及性能都可 能存在誤差，例如，當(dāng)選定所述預(yù)定角度~為90°時(shí)，實(shí)際第一單指向麥克風(fēng)與第二單指向 麥克風(fēng)的收聲方向相差的角度不等于90°;或者，兩個(gè)相同的單指向麥克風(fēng)的性能存在細(xì)微 差異。所以，會(huì)出現(xiàn)備選方向1和9 2均無法完全符合第二單指向麥克風(fēng)收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo) 模型的情況。為解決上述問題，更優(yōu)地，本發(fā)明提供了判斷備選方向是否符合第二收聲強(qiáng)度 差值極坐標(biāo)模型的條件。在一種實(shí)施方式中，將兩個(gè)備選方向Qi和％分別引入第二收聲強(qiáng)度 差值極坐標(biāo)模型，如果某個(gè)備選方向在方程(2)中的計(jì)算結(jié)果使方程(2)等號(hào)兩邊的差距 小于誤差上限k，則判斷該備選方向?yàn)槁曉捶较?〇。理想狀態(tài)下，誤差上限k應(yīng)等于OdB。在一 種【具體實(shí)施方式】中，可以選擇k = 2dB，即當(dāng)備選方向在第二收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型中的 計(jì)算誤差小于2dB時(shí)，判斷該備選方向?yàn)槁曉捶较?〇。
[0068]方程（3)是方程（2)的變形，代表上述判斷條件，備選方向0:若符合方程（3)的條 件，則判斷其符合第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型。這種判斷條件的計(jì)算過 程簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了判斷算法。在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，也可以采用其它判斷方法，例如，單 獨(dú)將標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0、第二強(qiáng)度D2帶入方程(2)中可以計(jì)算出兩個(gè)驗(yàn)證方向。將兩個(gè)備選方向與 由方程(2)計(jì)算出的兩個(gè)驗(yàn)證方向進(jìn)行比較，其中若某一備選方向與任一驗(yàn)證方向的差值 小于10°，則判斷該備選方向符合第二收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型，為聲源方向。以上是本發(fā) 明提供的兩種判斷備選方向是否符合第二收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型的條件，這兩種判斷條 件計(jì)算簡(jiǎn)單，且準(zhǔn)確度較高。本發(fā)明并不限制必須采用上述判斷條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可 以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)判斷條件的數(shù)值等進(jìn)行調(diào)整。
[0069] 進(jìn)一步地，在辨別了聲源方向0〇后，可以進(jìn)一步使麥克風(fēng)陣列轉(zhuǎn)向聲源方向，使第 一單指向麥克風(fēng)或第二單指向麥克風(fēng)的收聲方向朝向聲源方向，提高接收的聲音或聲音命 令的接收強(qiáng)度。優(yōu)選地，可以預(yù)先判斷聲源方向的大小，進(jìn)而選擇麥克風(fēng)陣列的轉(zhuǎn)動(dòng)方 向。以圖1和5所示的實(shí)施方式為例，提供用于驅(qū)動(dòng)麥克風(fēng)陣列轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置4,如果聲源 方向大于0°且小于180°，則驅(qū)動(dòng)裝置4可以驅(qū)動(dòng)麥克風(fēng)陣列沿角度之間增大的方向旋轉(zhuǎn) 到聲源方向即在圖5中沿著逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng);如果聲源方向0〇大于180°且小于360°，則轉(zhuǎn) 動(dòng)方向相反。
[0070] 特別地，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)麥克風(fēng)陣列以提高聲音或聲音命令的接收強(qiáng)度時(shí)，可以用第一單 指向麥克風(fēng)或第二單指向麥克風(fēng)的收聲方向?qū)?zhǔn)聲源方向，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以任選其 一，本發(fā)明不對(duì)此進(jìn)行限制。更優(yōu)地，所述麥克風(fēng)陣列中還可以提供有第三單指向麥克風(fēng)。 所述第三單指向麥克風(fēng)的收聲方向與第一單指向麥克風(fēng)的收聲方向一致。第三單指向麥克 風(fēng)不參與聲源方向的辨別，其與第一單指向麥克風(fēng)組成單指向陣列。當(dāng)需要接受聲音命令 時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置將單指向陣列轉(zhuǎn)向聲源方向，單指向陣列在收聲方向上具有比一個(gè)單指向麥 克風(fēng)更好的接收強(qiáng)度。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置其它單指向麥克風(fēng)，與第一 或第二單指向麥克風(fēng)組成單指向陣列，強(qiáng)化對(duì)聲音的接收強(qiáng)度，本發(fā)明不對(duì)此進(jìn)行限制。
[0071] 雖然已經(jīng)通過例子對(duì)本發(fā)明的一些特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本領(lǐng)域的技 術(shù)人員應(yīng)該理解，以上例子僅是為了進(jìn)行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技 術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對(duì)以上實(shí)施例進(jìn)行修改。本發(fā) 明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種智能機(jī)器人，其特征在于，包括： 主體部（1); 頭部(2 )，所述頭部(2)配置為在所述主體部（1)上旋轉(zhuǎn)； 麥克風(fēng)陣列，所述麥克風(fēng)陣列設(shè)置在所述頭部(2)上，麥克風(fēng)陣列包括第一單指向麥克 風(fēng)(31)、第二單指向麥克風(fēng)(32)和全指向麥克風(fēng)(33)，所述第一單指向麥克風(fēng)(31)與第二 單指向麥克風(fēng)(32)的收聲方向沿所述頭部(2)的旋轉(zhuǎn)方向相差預(yù)定角度θ γ; 用于根據(jù)所述麥克風(fēng)陣列拾取的聲音信號(hào)判斷聲源方向的處理模塊，所述第一單指向 麥克風(fēng)(31)、第二單指向麥克風(fēng)(23)以及全指向麥克風(fēng)(33)與所述處理模塊電連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能機(jī)器人，其特征在于，所述智能機(jī)器人包括用于驅(qū)動(dòng)所述 頭部旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置(4)，所述驅(qū)動(dòng)裝置(4)與所述處理模塊電連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能機(jī)器人，其特征在于，所述預(yù)定角度θγ*90°。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能機(jī)器人，其特征在于，所述智能機(jī)器人包括第三單指向麥 克風(fēng)(34)，所述第三單指向麥克風(fēng)(34)的收聲方向與所述第一單指向麥克風(fēng)(31)的收聲方 向相同。5. -種用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法，其特征在于，包括： 提供麥克風(fēng)陣列，所述麥克風(fēng)陣列包括全指向麥克風(fēng)、第一單指向麥克風(fēng)和第二單指 向麥克風(fēng)，所述第一單指向麥克風(fēng)和第二單指向麥克風(fēng)的收聲方向沿預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向相差預(yù) 定角度9y; 所述麥克風(fēng)陣列接收聲音，其中全指向麥克風(fēng)對(duì)聲音的接收強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0,第一 單指向麥克風(fēng)對(duì)聲音的接收強(qiáng)度為第一強(qiáng)度Dl，第二單指向麥克風(fēng)對(duì)聲音的接收強(qiáng)度為第 二強(qiáng)度D2; 根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度DO和第一強(qiáng)度Dl以及第一單指向麥克風(fēng)在預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向所在平面 中的收聲強(qiáng)度模型計(jì)算得到備選方向Θ#ΡΘ2; 根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度D0、第二強(qiáng)度D2以及預(yù)定角度θγ，判斷備選方向0:是否符合第二單指 向麥克風(fēng)在預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向所在平面中的收聲強(qiáng)度模型； 若備選方向θι符合第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型，則備選方向Q1為聲源方向θ〇,否 則備選方向θ2為聲源方向θ〇。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法，其特征在于，所述第一 單指向麥克風(fēng)和第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型為在預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向所在平面上設(shè)立的 收聲強(qiáng)度差值極坐標(biāo)模型。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法，其特征在于，在預(yù)定旋 轉(zhuǎn)方向所在平面中以第一單指向麥克風(fēng)的收聲方向?yàn)榛鶞?zhǔn)方向。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于智能機(jī)器人的聲源方向判別方法，其特征在于，若備選方 向0:在第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型中的計(jì)算誤差小于誤差上限k，則判斷該備選方 向符合第二單指向麥克風(fēng)的收聲強(qiáng)度模型。9. 根據(jù)權(quán)利要求5-8任意之一所述的用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法，其特征在 于，提供用于驅(qū)動(dòng)所述麥克風(fēng)陣列在預(yù)定旋轉(zhuǎn)面中旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，若聲源方向θ〇大于0° 且小于180°，則所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)麥克風(fēng)陣列沿角度逐漸增大的方向旋轉(zhuǎn)至聲源方向θ〇， 若聲源方向θ〇大于180°且小于360°，則所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)麥克風(fēng)陣列沿角度逐漸減小的方 向旋轉(zhuǎn)至聲源方向θ〇。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于智能機(jī)器人的聲源方向辨別方法，其特征在于，所述預(yù) 定角度Gy為90°。
【文檔編號(hào)】H04R1/24GK105959872SQ201610255511
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】張向東, 趙志剛, 陳茁
【申請(qǐng)人】歌爾股份有限公司