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机器人利用AI与声源定位绘制房间地图
2019年07月04日 由 深深深海 发表
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没有视觉的机器人能够很好地探索一个房间，避免无休止地撞到墙壁上吗？悉尼科技大学发表了一项相关的研究，他们声称其方法采用了一个扬声器和一个运动机器人，其任务是遵循路径规划策略，从一个随机的起始位置驱动机器人，以确保房间的几何形状被准确描绘出来。房间几何形状，包括房间的形状和墙壁位置或尺寸，在许多应用中起着非常关键的作用。例如，房间的几何特征可以改善诸如室内声源定位，声场再现以及在自主机器人系统中映射3D声源等应用的结果的准确性。
因此，团队在这项工作中提出了一种解决机器人路径规划问题的方法，该机器人携带一个能够发射和记录声音信号的声波包，从而恢复房间的形状。
研究人员指出，房间的形状可以通过相应的房间脉冲响应（RIR）进行声学确定，RIR可以从录制的声音信号中提取。利用这一事实，他们考虑了到达时间（TOA），即声音从声源传播到麦克风所需的时间。他们假定，如果TOA已知，可以反向计算从麦克风到目标位置的距离。
但是知道TOA还不够，因为距离没有标记，声学传感器以任意顺序记录反射和回波。为了解决这个问题，该团队轻拍了一个四麦克风阵列（第四个麦克风用于验证距离）并使用了一个反射点，在这种情况下是指从一个目标之间的交叉线位置在房间里一个麦克风和一个潜在的墙。如果反射点和真实声源位于重构或墙线的不同侧面，则该系统将目标点作为噪声处理，并丢弃数据。
每当机器人在房间里运行时，它至少会有三个停靠点来建立新的墙线。在每个站点，它报告目标点的位置，并且通过第三站，它能够验证从前两个站点获得的已建立的墙线。如果由于某种原因，墙线不匹配，它会随机移动到新位置并从头开始搜索。那么它的准确性如何？在具有RIR发生器的合成模拟环境中进行的一系列测试中，机器人每次都能够找到正确的矩形房间形状。此外，研究人员表示，算法成功地定位了房间内的墙壁线条，从而获得了高度精确的房间尺寸。
团队表示，“系统能够有效地找到房间形状，定位墙线，并计算尺寸，误差小于1厘米，在过去95％的案例中，机器人需要运行100步才能安全地塑造房间。”
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