D0I:10.13374.issn1001-053x.2012.01.013 第34卷第1期 北京科技大学学报 Vol.34 No.1 2012年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2012 基于语音识别的救援机器人听觉导航方法 孙 昊1》刘作军1,2 杨鹏2四董爱龙2 1)河北工业大学控制科学与工程学院，天津3001302)河北省控制工程技术研究中心，天津300130 ☒通信作者，E-mail:yphebut@yahoo..com.cn 摘要在发生火灾或地震的建筑物内，由于烟雾或墙体倒塌等原因，救援机器人往往无法通过视觉、超声和红外等传感器 直接发现建筑物内不可见区域或者其他房间中呼救的目标.利用声音信号波长较长可以衍射绕过障碍物传播的特性，结合 现有的语音识别技术，开发出基于听觉的救援机器人导航系统.该系统使机器人可以在全局运动控制中跟踪幸存者的呼救 声并向幸存者移动.通过相关实验验证了基于听觉的救援机器人导航方法的可行性. 关键词救援机器人：听觉：语音识别：导航 分类号TP242 Audio navigation of rescue robots based on speech recognition SUN Hao,LIU Zuo-jun,YANG Peng,DONG Ai-ong 1)School of Control Science and Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China 2)Hebei Research Center of Control Engineering,Tianjin 300130,China Corresponding author,E-mail:yphebut@yahoo.com.cn ABSTRACT A rescue robot often can not directly find the target shouting for help which is in other rooms or invisible places in the building by using visual,ultrasonic or infrared ray sensors because of smoke or collapsed walls.The sound can diffract over obstacles due to the long wavelength of audio signals.Combined with the speech recognition technology,an audio navigation system was devel- oped for the rescue robot.This navigation system makes it feasible to guide the rescue robot run to the target shouting for help in global motion control.Experimental results verified the feasibility of the navigation system. KEY WORDS rescue robots:audio;speech recognition:navigation 地震和火灾发生之后最紧急的任务就是搜救困 合和人机交互导航控制方法4 在废墟中的幸存者.然而，复杂危险的灾害现场给 在多数救灾任务中，由于灾害的破坏，现场往 救援人员及幸存者带来了巨大的困难和威胁，阻碍 往杂乱分布，有多种不规则的障碍物，而且通常因 了救援工作的快速有效进行，使用救援机器人进行 停电、烟雾等原因造成很差的视环境，使得救援机 辅助搜救是解决这一难题的有效手段. 器人导航和路径规划的难度大大增加.目前的救援 在辅助灾害救援任务中，救援机器人可以在救 机器人导航控制，主要以视觉为主，辅以超声测距 援人员无法进入的危险狭窄环境中连续执行搜索救 仪等多传感器信息融合或者人机交互/远程遥控的 援任务，所涉及的未知环境中机器人导航问题，是 方式来解决此类问题.但是，由于光和超声波的波 近年来的研究重点习，也是当前机器人学中热点 长都比较小，其在传输中的衍射能力相对很弱，因 的同时定位与建图(simultaneous localization and 而无法对灾害废墟中的幸存者有效跟踪搜索.声波 mapping,SLAM)问题的一个重要应用.目前救援机 的波长较大，具有较强的衍射能力，可以绕过障碍 器人多采用以基于视觉导航为主的多传感器信息融 物传播，利用声音的这种绕射及其反射传播等特 收稿日期：201104一15 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(2007AA04Z229):河北省自然科学基金资助项目(F2010000137)第 34 卷 第 1 期 2012 年 1 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 1 Jan． 2012 基于语音识别的救援机器人听觉导航方法 孙 昊1，2) 刘作军1，2) 杨 鹏1，2) 董爱龙1，2) 1) 河北工业大学控制科学与工程学院，天津 300130 2) 河北省控制工程技术研究中心，天津 300130 通信作者，E-mail: yphebut@ yahoo． com． cn 摘 要 在发生火灾或地震的建筑物内，由于烟雾或墙体倒塌等原因，救援机器人往往无法通过视觉、超声和红外等传感器 直接发现建筑物内不可见区域或者其他房间中呼救的目标． 利用声音信号波长较长可以衍射绕过障碍物传播的特性，结合 现有的语音识别技术，开发出基于听觉的救援机器人导航系统． 该系统使机器人可以在全局运动控制中跟踪幸存者的呼救 声并向幸存者移动． 通过相关实验验证了基于听觉的救援机器人导航方法的可行性． 关键词 救援机器人; 听觉; 语音识别; 导航 分类号 TP242 Audio navigation of rescue robots based on speech recognition SUN Hao 1，2) ，LIU Zuo-jun1，2) ，YANG Peng1，2) ，DONG Ai-long1，2) 1) School of Control Science and Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China 2) Hebei Research Center of Control Engineering，Tianjin 300130，China Corresponding author，E-mail: yphebut@ yahoo． com． cn ABSTRACT A rescue robot often can not directly find the target shouting for help which is in other rooms or invisible places in the building by using visual，ultrasonic or infrared ray sensors because of smoke or collapsed walls． The sound can diffract over obstacles due to the long wavelength of audio signals． Combined with the speech recognition technology，an audio navigation system was devel￾oped for the rescue robot． This navigation system makes it feasible to guide the rescue robot run to the target shouting for help in global motion control． Experimental results verified the feasibility of the navigation system． KEY WORDS rescue robots; audio; speech recognition; navigation 收稿日期: 2011--04--15 基金项目: 国家高技术研究发展计划资助项目( 2007AA04Z229) ; 河北省自然科学基金资助项目( F2010000137) 地震和火灾发生之后最紧急的任务就是搜救困 在废墟中的幸存者． 然而，复杂危险的灾害现场给 救援人员及幸存者带来了巨大的困难和威胁，阻碍 了救援工作的快速有效进行，使用救援机器人进行 辅助搜救是解决这一难题的有效手段． 在辅助灾害救援任务中，救援机器人可以在救 援人员无法进入的危险狭窄环境中连续执行搜索救 援任务，所涉及的未知环境中机器人导航问题，是 近年来的研究重点［1--3］，也是当前机器人学中热点 的同时定位与建图 ( simultaneous localization and mapping，SLAM) 问题的一个重要应用． 目前救援机 器人多采用以基于视觉导航为主的多传感器信息融 合和人机交互导航控制方法［1，4--5］． 在多数救灾任务中，由于灾害的破坏，现场往 往杂乱分布，有多种不规则的障碍物，而且通常因 停电、烟雾等原因造成很差的视环境，使得救援机 器人导航和路径规划的难度大大增加． 目前的救援 机器人导航控制，主要以视觉为主，辅以超声测距 仪等多传感器信息融合或者人机交互/远程遥控的 方式来解决此类问题． 但是，由于光和超声波的波 长都比较小，其在传输中的衍射能力相对很弱，因 而无法对灾害废墟中的幸存者有效跟踪搜索． 声波 的波长较大，具有较强的衍射能力，可以绕过障碍 物传播，利用声音的这种绕射及其反射传播等特 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.01.013