扫地机器人的制作方法

1.本申请涉及智能家电领域，具体而言涉及一种扫地机器人。


背景技术：

2.扫地机器人能够自动清洁地面，为家庭清洁带来了诸多便利。随着自然语言处理技术的发展，具备语音控制功能的扫地机器人逐渐兴起。带有语音控制功能的扫地机器人能够自动识别用户讲出的语音指令，然后响应于语音指令的识别结果，执行相应的操作。
3.但是，扫地机器人运行时会产生明显的噪声。用户语音被湮没于机器的工作噪声和外界的环境噪声中，而导致语音的信噪比极低，严重影响语音识别的准确度，甚至时常出现无法识别语音指令的情况。现有的扫地机器人执行语音指令时，交互体验差且可交互指令极其有限，因此工作效率不佳。


技术实现要素：

4.本申请针对现有技术的不足，提供一种扫地机器人，本申请通过降噪技术削弱语音信号采集过程中被同步采集的噪声信号，从而恢复出用户语音信号以提高后续语音识别的准确度。本申请具体采用如下技术方案。
5.首先，为实现上述目的，提出一种扫地机器人，其包括：拾音麦克风，其设置在所述扫地机器人的壳体上；噪声处理单元，用于确定所述拾音麦克风的位置处的所述扫地机器人的工作噪声信号，并根据所述工作噪声信号对所述拾音麦克风的采集信号进行降噪处理以提取用户语音信号；无线通讯单元，其连接所述噪声处理单元，用于将所述用户语音信号上传至服务器，并接收所述服务器返回的与所述用户语音信号相匹配的第一控制指令，以使所述扫地机器人执行所述第一控制指令。
6.可选的，如上任一所述的扫地机器人，其中，所述拾音麦克风设置在所述壳体的上表面或侧面；所述拾音麦克风为全向型麦克风或指向型麦克风，其中，所述指向型麦克风的拾音方向朝向所述壳体的上方或侧方。
7.可选的，如上任一所述的扫地机器人，其中，所述噪声处理单元包括：工况信号接口，用于获取所述扫地机器人的工况信号；噪声分析模块，用于根据所述工况信号确定所述工作噪声信号；降噪模块，用于根据所述工作噪声信号对所述拾音麦克风的采集信号进行噪声抵消处理，提取出所述用户语音信号。
8.可选的，如上任一所述的扫地机器人，其中，所述工况信号包括以下任意一种或其组合：所述扫地机器人内部电机的转速信号、所述扫地机器人的档位信号、所述扫地机器人的功率信号、所述扫地机器人的电流信号。
9.可选的，如上任一所述的扫地机器人，其中，所述噪声处理单元包括：拾噪麦克风，其设置在所述壳体内部的预设拾噪区域内；噪声分析模块，用于根据所述拾噪麦克风的采集信号确定所述工作噪声信号；降噪模块，用于根据所述工作噪声信号对所述拾音麦克风的采集信号进行噪声抵消处理，提取出所述用户语音信号。
10.可选的，如上任一所述的扫地机器人，其中，所述预设拾噪区域包括以下任意一个或其组合：所述扫地机器人底盘上的中心区域、所述扫地机器人内部电机的周边区域、所述扫地机器人的风道结构。
11.可选的，如上任一所述的扫地机器人，其中，所述风道结构包括主动降噪系统，所述拾噪麦克风为所述主动降噪系统中的参考麦克风；所述噪声分析模块用于根据所述拾噪麦克风的采集信号和预先确定的声场传递函数，确定所述工作噪声信号；其中，所述声场传递函数为所述参考麦克风的位置至所述拾音麦克风的位置之间声场传输路径所对应的传递函数。
12.可选的，如上任一所述的扫地机器人，其中，所述参考麦克风设置在所述风道结构的吸入腔体中；所述主动降噪系统还包括：信号处理单元，用于根据所述拾噪麦克风的采集信号确定降噪信号；扬声器，其设置在所述风道结构的流出腔体中，用于响应于所述降噪信号而输出降噪声波。
13.可选的，如上任一所述的扫地机器人，其中，还包括：语音识别单元，其连接所述噪声处理单元，用于基于所述用户语音信号确定与之相匹配的第二控制指令，以使所述扫地机器人执行所述第二控制指令；以及将所述用户语音信号与所述第一控制指令的映射存储在本地。
14.可选的，如上任一所述的扫地机器人，其中，所述语音识别单元包括：语言模块，用于基于所述用户语音信号确定先验文字序列信息；声学模块，用于基于所述先验文字序列信息所对应的先验语音信号和所述用户语音信号，确定所述第二控制指令或所述第一控制指令。
15.有益效果本申请在扫地机器人的壳体上设置拾音麦克风，在扫地机器人中设置相应的噪声处理单元，由此通过噪声处理单元根据扫地机器人当前的工作噪声信号对拾音麦克风所采集的信号进行降噪处理，提取出清晰的用户语音信号。由此，本申请的扫地机器人能够通过无线通讯单元连接至服务器，从而利用服务器更为灵活、准确地识别用户语音，并以此驱动扫地机器人准确执行相应指令操作。本申请能够克服现有扫地机器人语音指令识别困难、准确度差，交互操作灵活性差，影响工作效率的问题。
16.本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。
附图说明
17.附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：图1是本申请的扫地机器人工作状态下的侧视图示意图；图2是本申请扫地机器人的仰视图；图3是本申请中扫地机器人底部结构的立体图；图4是图2虚线框中风道结构的示意图；图5是本申请的扫地机器人所采用的另一种风道结构的示意图；图6是本申请一实施例提供的扫地机器人的装置框图。
18.图中，11表示壳体；12表示风道结构；121表示吸尘口；122表示出风口；20表示拾音麦克风。
具体实施方式
19.为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
20.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
21.本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
22.本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于扫地机器人本身而言，由其壳体表面指向内部风道结构的方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。
23.本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
24.本申请中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对扫地机器人前进方向时，由其吸尘口指向壳体顶部的方向即为上，反之即为下，而非对本申请的装置机构的特定限定。
25.图1为根据本申请的一种扫地机器人，其通过内部的电机带动风机高速旋转，在图2或图3中的风道结构12内产生气流，将风道结构12的吸尘口121附近的灰尘和杂物吸入风道，利用滤网过滤，再通过尘盒将固体颗粒收集起来，从而将干净的空气从风道结构12的出风口122排出。
26.扫地机器人运行时，旋转机构的高速运转、气流引发的宽带风噪以及机身结构受气流作用而产生的震颤等，使得扫地机器人整体工作噪声较高。因此，设置在扫地机器人上作为语音识别系统前端的拾音麦克风在采集用户语音信号的同时，会不可避免采集到强烈的工作噪声。当噪声成分较多时，拾音麦克风采集信号的信噪比过低，将影响对用户语音的准确识别。
27.如图6所示，本申请进一步的在扫地机器人控制系统内设置相互连接的噪声处理单元和无线通讯单元，无线通讯单元可通过家庭网络与服务器通讯连接。由此，本申请的扫地机器人可以通过噪声处理单元确定对应于拾音麦克风所处位置的工作噪声信号，根据工作噪声信号对拾音麦克风的采集信号进行降噪处理以提取出用户语音信号，从而利用无线通讯单元将用户语音信号上传至服务器，待服务器端完成对用户语音信号的识别后，扫地机器人接收服务器返回的与用户语音信号相匹配的第一控制指令进而相应执行该第一控制指令。
28.第一阶段，本申请扫地机器人中的语音降噪过程：具体参考图1所示，拾音麦克风20可设置在壳体11的上表面或侧面，例如可以为最远拾音距离达数米或十数米的全向型麦克风。在另一些实施例中，为尽可能减少对壳体内
部扫地机器人工作噪声的采集，壳体11上表面或侧面的拾音麦克风20也可优选为指向型麦克风，并设置指向型麦克风的拾音方向朝向壳体11的上方或壳体11的外侧方向。相比于全向型麦克风同灵敏度地采集全部方向上的声信号，上述指向型麦克风可通过拾音方向的设置而显著抑制对来自壳体11内部的工作噪声信号的接收，直接提高拾音麦克风20采集信号的信噪比。其中，指向型麦克风的拾音范围可选择为心形、半心形等，从硬件层面先行提高拾取语音的信噪比。
29.沿图1中a方向仰视，扫地机器人底盘内部机械结构如下图2及图3所示。扫地机器人内部包括：图4所示的曲线风道结构12，或图5所示的直线风道结构12，上述任一风道结构12均包括有吸尘口121和出风口122，通过电机带动风机高速旋转产生气流从而吸取吸尘口121附近地面上的污物，通过相应的滤网和尘盒进行处理。图4或图5所示的两种风道结构12之间的区别在于其流出腔一段分别设置为弯管式或直管式。风道结构12内部形成供扫地机器人内部气流流通的风道，其中可进一步设置有主动降噪系统，从而构成带有主动降噪功能的扫地机器人。其中，置于风道结构12末端（出风口122一端）流出腔体中的扬声器用于输出降噪声波，以通过主动降噪方式降低扫地机器人经开放的风道结构12向室内辐射的噪声水平，使室内空间安静、人们听感舒适。即使拾音麦克风选用指向型麦克风，由于其拾音旁瓣无法做到理想的零陷，采集信号中实际也存在一定的工作噪声信号。因此本申请还从拾音麦克风的采集信号中消除混合的工作噪声信号，从软件层面进一步提高拾取语音的信噪比。
30.由于扫地机器人产生的并向环境辐射的工作噪声与其稳定运行工况高度相关，因此对用户语音进行降噪所基于的扫地机器人的工作噪声，在一些实现方式下，可具体通过扫地机器人的工况信号而确定。由此，噪声处理单元通过工况信号确定对应于扫地机器人当前工作状态的工作噪声信号之后，可相应对拾音麦克风的采集信号进行噪声抵消处理，提取出用户语音信号。
31.为实现上述语音降噪过程，对混合了扫地机器人工作噪声的用户语音进行降噪，恢复出较为纯净的用户语音信号以改善语音信号信噪比，从而提高扫地机器人语音识别的准确度，提升扫地机器人工作效率，本申请可具体将噪声处理单元设置为包括：工况信号接口，用于获取扫地机器人的工况信号，例如，扫地机器人内部电机的转速信号、扫地机器人的档位信号、扫地机器人的功率信号、扫地机器人的电流信号；在本实施例中，例如可以通过工况信号接口实时获取来自扫地机器人控制总线中的工况信号；噪声分析模块，用于根据工况信号确定拾音麦克风位置相匹配的工作噪声信号；不同工况下，拾音麦克风位置所对应的工作噪声信号均可以在产品设计阶段预先标定。对于工况数有限、例如具有有限个风力档位的扫地机器人，可以于出厂前预先确定出各工况下拾音麦克风位置处对应的工作噪声信号，并与扫地机器人的工况信号相关联，在扫地机器人运行某工况时直接确定相匹配的工作噪声信号；降噪模块，用于根据工作噪声信号对拾音麦克风的采集信号进行噪声抵消处理，提取出用户语音信号。
32.其他实现方式下，上述对用户语音进行降噪所基于的拾音麦克风处的工作噪声，还可通过设置在扫地机器人中的拾噪麦克风而确定。此实现方式下，噪声处理单元可具体设置为包括：
拾噪麦克风，其设置在壳体11内部的预设拾噪区域内，例如可以设置在扫地机器人底盘上的中心区域、扫地机器人内部电机的周边区域、扫地机器人的风道结构12内；噪声分析模块，用于根据拾噪麦克风的采集信号确定与之相匹配的对应于拾音麦克风位置的工作噪声信号；降噪模块，用于根据工作噪声信号对拾音麦克风的采集信号进行噪声抵消处理，提取出用户语音信号。
33.为节约器件硬件成本，对于上述带有主动降噪功能的扫地机器人，语音降噪所需的拾噪麦克风还可通过共用扫地机器人中所自带的主动降噪系统中的参考麦克风而实现。
34.主动降噪系统中的参考麦克风同时作为语音降噪系统中的拾噪麦克风，可设置在风道结构12的吸入腔体（吸尘口121一端）中，用于采集接近原始的扫地机器人的工作噪声信号（即噪声源信号）；主动降噪系统中的信号处理单元根据该信号确定相应的降噪信号，并驱动风道结构12的流出腔体中的扬声器输出降噪声波。此时，前述预设拾噪区域即对应吸入腔体，与主动降噪系统的最佳拾噪区域重叠，均临近工作噪声源。由此，噪声分析模块可根据扫地机器人主动降噪系统中参考麦克风所采集的信号和预先确定的声场传递函数，确定拾音麦克风20处的工作噪声信号。
35.其中，声场传递函数为产品设计阶段预先测得的由参考麦克风的位置至拾音麦克风20的位置之间声场传输路径所对应的传递函数。由此，噪声分析模块可根据扫地机器人主动降噪系统中参考麦克风所采集的信号，通过麦克风之间的声场传递函数推导出对应于拾音麦克风所处位置的工作噪声信号，从而进一步利用降噪模块从拾音麦克风所采集的信号中去除该工作噪声信号，提取出更为纯净的用户语音信号以提高语音识别的效果。
36.第二阶段，本申请扫地机器人中的语音识别过程：在一些实施例中，前端语音降噪后所获取的较为纯净的用户语音信号经无线通讯单元上传至服务器，并由服务器端执行语音识别操作，扫地机器人再通过无线通讯单元接收服务器识别得到的第一控制指令。此时，服务器端作为扫地机器人语音识别系统的后端。
37.在另一些实施例中，用户语音信号还可以通过本申请扫地机器人本地的语音识别单元实现对扫地机器人的控制。此时，本申请的扫地机器人搭载了语音识别系统完整的前、后端。其中，该语音识别单元包括：语言模块，其连接噪声处理单元，用于基于降噪后的用户语音信号确定先验文字序列信息；声学模块，其连接语音模块，以通过特征比对子模块和指令确定子模块，基于先验文字序列信息所对应的先验语音信号和降噪后的用户语音信号，确定与用户语音信号相匹配的第二控制指令，以使扫地机器人执行第二控制指令。
38.其中，特征比对子模块，用于比对先验文字序列信息所对应的先验语音信号和降噪后的用户语音信号的特征，以得到比对结果；指令确定子模块，用于基于比对结果和先验文字序列信息确定第二控制指令。
39.本地后端进行语音识别的过程具体包括：将降噪后的用户语音信号输入语音识别单元，通过语言模块搜索若干先验文字序列并按其自身构成语句的概率排序；同时通过声学模块在给定文字序列的
前提下，确定其与输入语音信号的特征x相对应的概率，搜索得到使与二者乘积最大的文字序列作为语音识别结果，即对扫地机器人的第二控制指令。
40.本申请扫地机器人中的语音识别单元还可用于将用户语音信号与服务器返回的第一控制指令之间的映射存储在本地，也即通过服务器的识别结果更新本地语音识别单元的指令词库，扩展语音识别单元可自行识别的第二控制指令。
41.本申请的扫地机器人，其语音识别过程可在云端服务器执行，因此不受扫地机器人产品本身部署语音识别单元的复杂度、学习成本和存储容量的限制。部署于服务器端的语音识别单元，其词库可做得任意“大”，覆盖海量词汇并支持实时的学习更新。
42.在扫地机器人本地部署语音识别单元受限于学习成本和存储容量等因素，难以实现对指令词库外陌生词汇（第一控制指令）的识别。但是，考虑到控制扫地机器人的指令词通常是有限且固定的，因此在一些实施例中，还可在通过无线通讯单元由云端服务器进行语音识别的基础上进一步在扫地机器人本地部署语音识别单元，以对有限多个常用的预设指令词（第二控制指令），例如“左转”、“45
°”
、“前进”、“加大功率”、“暂停”等进行实时识别，避免无线通讯延迟以提高扫地机器人的响应效率。
43.由此，当扫地机器人本地的语音识别单元判定能够处理预设指令词的识别时，无线通讯单元无需向服务器端发送请求和语音信号，可直接在本地进行语音识别；而当语音识别单元判定无法处理并非预设指令词的识别时，可通过无线通讯单元向服务器端发送请求和语音信号，在服务器端进行语音识别并将结果返回本地，兼顾了语音识别的实时性、准确度和灵活度。
44.综上，本申请的扫地机器人通过对用户语音进行精准拾音和有效降噪，可恢复得到较为纯净的语音信号，并通过扫地机器人中的无线通讯单元连接服务器，在云端实现对语音信号的识别，从而准确、灵活地解析出用户指令，使得扫地机器人能够准确地执行相应的操作。
45.以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

技术特征：
1.一种扫地机器人，其特征在于，包括：拾音麦克风，其设置在所述扫地机器人的壳体上；噪声处理单元，用于确定所述拾音麦克风的位置处的所述扫地机器人的工作噪声信号，并根据所述工作噪声信号对所述拾音麦克风的采集信号进行降噪处理以提取用户语音信号；无线通讯单元，其连接所述噪声处理单元，用于将所述用户语音信号上传至服务器，并接收所述服务器返回的与所述用户语音信号相匹配的第一控制指令，以使所述扫地机器人执行所述第一控制指令。2.如权利要求1所述的扫地机器人，其特征在于，所述拾音麦克风设置在所述壳体的上表面或侧面；所述拾音麦克风为全向型麦克风或指向型麦克风，其中，所述指向型麦克风的拾音方向朝向所述壳体的上方或侧方。3.如权利要求1所述的扫地机器人，其特征在于，所述噪声处理单元包括：工况信号接口，用于获取所述扫地机器人的工况信号；噪声分析模块，用于根据所述工况信号确定所述工作噪声信号；降噪模块，用于根据所述工作噪声信号对所述拾音麦克风的采集信号进行噪声抵消处理，提取出所述用户语音信号。4.如权利要求3所述的扫地机器人，其特征在于，所述工况信号包括以下任意一种或其组合：所述扫地机器人内部电机的转速信号、所述扫地机器人的档位信号、所述扫地机器人的功率信号、所述扫地机器人的电流信号。5.如权利要求1所述的扫地机器人，其特征在于，所述噪声处理单元包括：拾噪麦克风，其设置在所述壳体内部的预设拾噪区域内；噪声分析模块，用于根据所述拾噪麦克风的采集信号确定所述工作噪声信号；降噪模块，用于根据所述工作噪声信号对所述拾音麦克风的采集信号进行噪声抵消处理，提取出所述用户语音信号。6.如权利要求5所述的扫地机器人，其特征在于，所述预设拾噪区域包括以下任意一个或其组合：所述扫地机器人底盘上的中心区域、所述扫地机器人内部电机的周边区域、所述扫地机器人的风道结构。7.如权利要求6所述的扫地机器人，其特征在于，所述风道结构包括主动降噪系统，所述拾噪麦克风为所述主动降噪系统中的参考麦克风；所述噪声分析模块用于根据所述拾噪麦克风的采集信号和预先确定的声场传递函数，确定所述工作噪声信号；其中，所述声场传递函数为所述参考麦克风的位置至所述拾音麦克风的位置之间声场传输路径所对应的传递函数。8.如权利要求7所述的扫地机器人，其特征在于，所述参考麦克风设置在所述风道结构的吸入腔体中；所述主动降噪系统还包括：信号处理单元，用于根据所述拾噪麦克风的采集信号确定降噪信号；扬声器，其设置在所述风道结构的流出腔体中，用于响应于所述降噪信号而输出降噪
声波。9.如权利要求1所述的扫地机器人，其特征在于，还包括：语音识别单元，其连接所述噪声处理单元，用于基于所述用户语音信号确定与之相匹配的第二控制指令，以使所述扫地机器人执行所述第二控制指令；以及将所述用户语音信号与所述第一控制指令的映射存储在本地。10.如权利要求9所述的扫地机器人，其特征在于，所述语音识别单元包括：语言模块，用于基于所述用户语音信号确定先验文字序列信息；声学模块，用于基于所述先验文字序列信息所对应的先验语音信号和所述用户语音信号，确定所述第二控制指令或所述第一控制指令。
技术总结
本申请提供一种扫地机器人。本申请在扫地机器人的壳体上设置拾音麦克风，在扫地机器人中设置相应的噪声处理单元，由此通过噪声处理单元根据扫地机器人当前的工作噪声信号对拾音麦克风所采集的信号进行降噪处理，提取出清晰的用户语音信号。由此，本申请的扫地机器人能够通过无线通讯单元连接至服务器，从而利用服务器更为灵活、准确地识别用户语音，并以此驱动扫地机器人准确执行相应指令操作。本申请能够克服现有扫地机器人语音指令识别困难、准确度差，交互操作灵活性差，影响工作效率的问题。题。题。


技术研发人员：徐银海 刘益帆
受保护的技术使用者：北京安声科技有限公司
技术研发日：2021.04.06
技术公布日：2021/6/29