·72 北京科技大学学报 第34卷 性，结合与其他传感器的信息融合，就能从全局和 无线遥控操作的Ratler救援机器人，携带红外摄像 局部、导航和避障等方面实现救援机器人的听觉导 机、无线射频信号收发器、陀螺仪和危险气体传感器 航，根据遇险人的呼救声搜索目标.此外，救援机 等装备，用于灾难后的现场侦查工作.佛罗里达大 器人应排除杂音和噪声的干扰，只追踪特定的声 学研制的Simbot救援机器人小巧灵活，携带数字低 音，如“救命啊、“来人啊”和“Hlp”,才能有效地 照度摄像机、基本气体监视组件，能够通过一个钻 完成救援任务 出的小洞进入坍塌矿井或建筑废墟，使用其携带的 我国历年因地震、矿难和火灾等灾害，造成了 传感器发现被困者，探测氧气、甲烷气体含量，并 重大的人员伤亡，产生了不良的社会影响.救援工 生成地图.由Remotec公司制造的V2型救援机器 作异常困难和危险，往往还在救援工作中造成救护 人采用整体防爆设计，安装有导航和监控摄像机、 人员的伤亡，因此研发能够代替人及时进入灾害现 照明设备、气体传感器和一个机械臂，具有夜视能 场，准确判断受困人员位置以及获取灾害现场环境 力和两路语音通信功能，可在1500m以外的安全 信息的救援机器人系统，具有重要的意义.本文提 位置远程遥控，使用光纤通信传送环境信息，操纵 出的基于语音识别的救援机器人听觉导航方法能够 者能够看到实时视频信息并监测易燃、有毒气体的 根据遇险人的呼救声搜索目标 浓度.日本作为一个多地震国家，在救援机器人研 1 救援机器人的发展现状 究领域一直处于国际领先，先后研发有ACM、GENBU、 SORYU和MOIRA等多种救援机器人样机和产品， 根据废墟搜索与辅助救援的任务要求，救援机 其国际救援系统研究所提出在2010年创造出一支 器人应该能够在瓦砾上行走，并可在废墟的缝隙间 搜索、挖掘和搬运功能齐备机器人救援队伍，蛇型 运动，在远距离非接触的情况下，利用各种生命探 机器人技术、多足机器人将在其中得到重点应用. 测仪获取被困者的心跳、呼吸的超低频电波，人体 中国矿业大学研制的CUT一1型矿井搜救机器人 红外热成像，以及呼救声音信号，实现对被困者的 是我国第一台针对煤矿救援的机器人，该机器人装 探测和定位并引导救援.同时利用所搭载的视觉、 备有低照度摄像机、气体传感器和温度计等设备， 瓦斯氧气浓度、烟尘浓度等传感器和通信装置，完 成与控制中心的检测数据实时传输和遥控操作 能够探测灾害环境，实时传回灾区的瓦斯、一氧化 碳、粉尘浓度和温度，以及现场图像等信息.西安 控制 将机器人应用于灾害救援的研究己经开展了近 科技大学将地理信息系统（geographic information 30年0,1995年发生在日本的阪神大地震及其后 system,GIS)应用于救援机器人导航控制，以实现 发生在美国俄克拉荷马州的联邦大楼爆炸案中救援 机器人在救灾工作中的定位与导航.中国科学院沈 机器人开始了实际应用的新阶段，2001年的911事 阳自动化所还开发了蛇形救援机器人、救援可变形 件同样在救援机器人技术发展史上具有里程碑式的 模块机器人的样机系统.该蛇形机器人由16个单 重要意义，一大批救援机器人参与了救援行动，如 自由度关节模块和蛇头、蛇尾组成，长约1.5m,直 Foster-Miller公司的SOLEM系统、Tolon系统以及 径为0.07m,由电池供电，在监控系统的无线控制 Inuktun公司的VGTV系统和Microtac系统，救援机 下，可以实现蜿蜒前进、后退、侧移和翻滚等多种动 器人在此次行动中取得成功的同时，也暴露了一些 作，并可通过安装在蛇头上的微型摄像头将现场图 问题，如控制方式不可靠、目标搜索效果不够理想、 像传回监控系统·此外，国内和国外的一些研究机 防水性不好以及视野狭窄.2005年6月在日本神户 构还开发了用于灾害勘察的飞行机器人-习 召开的EEE安全、防卫和救援国际研讨会上EEE 目前救援机器人大多采取基于视觉的遥控方式 SSRRO5正式将救援机器人独立为一个机器人学研 进行导航控制，但在很多情况下，幸存者都是处在 究的新领域，国际RoboCup机器人竞赛也相应增加 废墟下面或墙后面的，不在可视范围之内，这使得 了救援比赛的专项RoboCup Rescue,.为救援理论和 不论是自主型救援机器人还是遥控操作员，对障碍 技术提供了仿真研究的实验平台 物后被困幸存者的求救声，都不能作出可靠的定位 近年来世界各国均发表了大量的研究成果，在 判断和导航控制.开发基于语音识别的救援机器人 理论上和实际应用上都取得了很大的进步，研制出 听觉导航系统，配合视觉、红外等其他类型的传感 了各式各样的救援机器人系统，并在实践方面积累 器，充分利用传感器融合技术，将有助于此类问题 了丰富的经验.美国智能系统和机器人中心开发了 的解决北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 性，结合与其他传感器的信息融合，就能从全局和 局部、导航和避障等方面实现救援机器人的听觉导 航，根据遇险人的呼救声搜索目标． 此外，救援机 器人应排除杂音和噪声的干扰，只追踪特定的声 音，如“救命啊”、“来人啊”和“Help”，才能有效地 完成救援任务． 我国历年因地震、矿难和火灾等灾害，造成了 重大的人员伤亡，产生了不良的社会影响． 救援工 作异常困难和危险，往往还在救援工作中造成救护 人员的伤亡，因此研发能够代替人及时进入灾害现 场，准确判断受困人员位置以及获取灾害现场环境 信息的救援机器人系统，具有重要的意义． 本文提 出的基于语音识别的救援机器人听觉导航方法能够 根据遇险人的呼救声搜索目标． 1 救援机器人的发展现状 根据废墟搜索与辅助救援的任务要求，救援机 器人应该能够在瓦砾上行走，并可在废墟的缝隙间 运动，在远距离非接触的情况下，利用各种生命探 测仪获取被困者的心跳、呼吸的超低频电波，人体 红外热成像，以及呼救声音信号，实现对被困者的 探测和定位并引导救援． 同时利用所搭载的视觉、 瓦斯氧气浓度、烟尘浓度等传感器和通信装置，完 成与控制中心的检测数据实时传输和遥控操作 控制． 将机器人应用于灾害救援的研究已经开展了近 30 年［4］，1995 年发生在日本的阪神大地震及其后 发生在美国俄克拉荷马州的联邦大楼爆炸案中救援 机器人开始了实际应用的新阶段，2001 年的 911 事 件同样在救援机器人技术发展史上具有里程碑式的 重要意义，一大批救援机器人参与了救援行动，如 Foster-Miller 公司的 SOLEM 系统、Tolon 系统以及 Inuktun 公司的 VGTV 系统和 Microtac 系统，救援机 器人在此次行动中取得成功的同时，也暴露了一些 问题，如控制方式不可靠、目标搜索效果不够理想、 防水性不好以及视野狭窄． 2005 年 6 月在日本神户 召开的 IEEE 安全、防卫和救援国际研讨会上 IEEE SSRR05 正式将救援机器人独立为一个机器人学研 究的新领域，国际 RoboCup 机器人竞赛也相应增加 了救援比赛的专项 RoboCup Rescue，为救援理论和 技术提供了仿真研究的实验平台． 近年来世界各国均发表了大量的研究成果，在 理论上和实际应用上都取得了很大的进步，研制出 了各式各样的救援机器人系统，并在实践方面积累 了丰富的经验． 美国智能系统和机器人中心开发了 无线遥控操作的 Ratler 救援机器人，携带红外摄像 机、无线射频信号收发器、陀螺仪和危险气体传感器 等装备，用于灾难后的现场侦查工作． 佛罗里达大 学研制的 Simbot 救援机器人小巧灵活，携带数字低 照度摄像机、基本气体监视组件，能够通过一个钻 出的小洞进入坍塌矿井或建筑废墟，使用其携带的 传感器发现被困者，探测氧气、甲烷气体含量，并 生成地图． 由 Remotec 公司制造的 V2 型救援机器 人采用整体防爆设计，安装有导航和监控摄像机、 照明设备、气体传感器和一个机械臂，具有夜视能 力和两路语音通信功能，可在 1500 m 以外的安全 位置远程遥控，使用光纤通信传送环境信息，操纵 者能够看到实时视频信息并监测易燃、有毒气体的 浓度． 日本作为一个多地震国家，在救援机器人研 究领域一直处于国际领先，先后研发有 ACM、GENBU、 SORYU 和 MOIRA 等多种救援机器人样机和产品， 其国际救援系统研究所提出在 2010 年创造出一支 搜索、挖掘和搬运功能齐备机器人救援队伍，蛇型 机器人技术、多足机器人将在其中得到重点应用． 中国矿业大学研制的 CUMT--1 型矿井搜救机器人 是我国第一台针对煤矿救援的机器人，该机器人装 备有低照度摄像机、气体传感器和温度计等设备， 能够探测灾害环境，实时传回灾区的瓦斯、一氧化 碳、粉尘浓度和温度，以及现场图像等信息． 西安 科技大学将地理信息系统( geographic information system，GIS) 应用于救援机器人导航控制，以实现 机器人在救灾工作中的定位与导航． 中国科学院沈 阳自动化所还开发了蛇形救援机器人、救援可变形 模块机器人的样机系统． 该蛇形机器人由 16 个单 自由度关节模块和蛇头、蛇尾组成，长约 1. 5 m，直 径为 0. 07 m，由电池供电，在监控系统的无线控制 下，可以实现蜿蜒前进、后退、侧移和翻滚等多种动 作，并可通过安装在蛇头上的微型摄像头将现场图 像传回监控系统 . 此外，国内和国外的一些研究机 构还开发了用于灾害勘察的飞行机器人［1--5］． 目前救援机器人大多采取基于视觉的遥控方式 进行导航控制，但在很多情况下，幸存者都是处在 废墟下面或墙后面的，不在可视范围之内，这使得 不论是自主型救援机器人还是遥控操作员，对障碍 物后被困幸存者的求救声，都不能作出可靠的定位 判断和导航控制． 开发基于语音识别的救援机器人 听觉导航系统，配合视觉、红外等其他类型的传感 器，充分利用传感器融合技术，将有助于此类问题 的解决． ·72·