人声控制的遥控多旋翼飞行器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于捕获音频和/或视频信号的多旋翼遥控飞行器以及一种通过语音命令遥控所述飞行器的方法。特别地，本发明专利技术涉及减轻由电动机和螺旋桨产生的音频噪声对语音命令的接收和检测的影响。设置音频采集装置以接收语音命令，同时设置噪声采集装置专用于捕获环境噪声。噪声影响的减轻是通过滤波装置和消除技术来实现的。利用消除技术，使噪声采集装置捕获的信号中包含的噪声部分与携带语音命令的音频信号中包含的噪声部分均衡，然后从所述音频信号中减去所述噪声部分。

Voice controlled remotely controlled multi rotor aircraft

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】人声控制的遥控多旋翼飞行器
本专利技术涉及一种用于捕获音频和/或视频信号的多旋翼遥控飞行器以及一种用于遥控所述飞行器的方法。
技术介绍
多旋翼飞行器(如双旋翼机、三旋翼机、四旋翼机、六旋翼机、八旋翼机等)固有地是不稳定的，因此它需要恒定的引擎速度调节，以维持由飞行员和/或飞行控制系统设置的方位。速度调节通常由分别作用于飞行器的三个旋转(俯仰、滚转和偏航)轴上的专门的调节器(例如，比例、积分和微分调节器，简称PID)来执行，以便使沿这些轴的角转速尽可能接近飞行员通过诸如遥控器、无线电控制器等之类的遥控装置和/或飞行控制系统选择的值。对这种遥控装置的不熟练的操作，典型地是缺乏经验的飞行员对这种遥控装置的不熟练的操作，不可避免地会引起飞行器的安全问题和/或振荡，这使得难以控制飞行器并且难以拍照，这是因为在一定的曝光条件下，当传感器配备了卷帘快门时，由视频捕获媒体捕获的照片和视频会受到振动的影响(也称为“果冻”效应)。因此，对于这种飞行器，需要具有一种遥控器，其适于使用并且允许缺乏经验的用户避免飞机的突然运动。事实上，常规的无线电控制装置使用起来很复杂并且需要一些培训。此外，它们必须与飞行器一起携带，并且给用户带来负担。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过提供一种语音控制方法来解决这些问题和其他问题，从而用户能够使用诸如“向前”、“向后”、“向右”、“向左”、“停止”或“向左转”、“向右旋转”、“向左滑行”、“向右滑行”等常用语词通过语音命令来控制飞行器。相应地，飞行器包括：音频采集装置，其适于接收携带用户语音的音频信号；和语音转换装置，其用于将语音命令转换为飞行控制信号。该音频采集装置能够优选地设置为识别不同语言的语音，由飞行器的用户来选择其中的一种。然而，飞行器电动机及其螺旋桨产生音频噪声，该音频噪声可能影响整个语音频带。事实上，螺旋桨/电动机轴速和叶片通过频率的谐波具有非常高的振幅，高达轴速的五次谐波(参见在法国里昂举办的第22届AIAA/CEAS航空声学会议(AIAA/CEASAeroacousticsConference)上由W.NathanAlexander等人于5月30日至6月1日的航空声学会议期间发表的“ExperimentalStudyofQuadcopterAcousticsandPerformanceatStaticThrustConditions”)。因此，18,000RPM(300Hz)轴速的五次谐波具有1,500Hz的频率，该频率处于例如用于电话语音服务通信(参见https://en.wikipedia.org/wiki/Voicefrequency)的300Hz至3400Hz频带的中心。为了减少影响语音信号的不想要的噪声分量的能量，本专利技术提出两种互补技术：通过阻带滤波器从语音信号中滤除噪声分量，以及通过消除技术消除噪声分量。优选地，滤波技术用于衰减不在语音频带中心中的不想要的分量，而消除技术也能够用于语音频带内的频率。这两种技术都利用了环境噪声中与飞行器电动机的轴速相关的音调的存在。它们允许识别要去除的噪声分量的频率，并评估噪声的一般特征。飞行器电动机的轴速可以从电动机控制信号或音频信号的频谱分析得出。为了更好和更容易地识别环境噪声分量，可以使用专用采集装置来收集具有用户语音信号的最小分量的噪声信号。在消除技术的情况下，可以使用窄通带滤波器从噪声信号和音频信号中提取相应的信号分量，该窄通带滤波器的通带以不需要的分量的频率(轴速、轴速的谐波等)附近为中心。然后将从噪声信号中提取的每个信号分量与从音频信号中提取的相应分量进行比较，并计算相对振幅、相位和延迟的数据。利用这些数据，定义用于滤波器的传递函数，该滤波器将噪声信号中包含的噪声部分与音频信号中包含的噪声部分进行均衡和对准。然后，从音频信号中减去由所述传递函数处理的噪声信号。以这种方式，在飞行器上，可以采集携带语音命令的音频信号，并将语音命令转换为用于飞行控制装置的控制信号。本专利技术的另外的有利特征在所附权利要求中阐述。附图说明通过仅以非限制性示例的方式提供的附图中所示的本专利技术的实施例的描述，本专利技术的这些特征和另外的优点将变得更加明显。-图1示出了配备有声音采集装置的多旋翼飞行器的立体图；-图2示出了包括在根据本专利技术的声控飞行器中的降噪装置的框图；-图3示出了具有窄阻带的通带滤波器的振幅特征的说明性形状；-图4示出了具有相等间隔的通带和恒定相对带宽的多通带滤波器的振幅特征的说明性形状。具体实施方式在本说明书中，对“实施例”的任何引用指示关于本专利技术的实施方式所描述的特定配置、结构或特征包含在至少一个实施例中。因此，在本说明书的不同部分中可能存在的词语“在实施例中”和其他类似短语不一定都与同一实施例相关。此外，任何特定配置、结构或特征可以以任何被认为适当的方式组合在一个或更多个实施例中。因此，以下引用仅出于简单起见，并不限制各种实施例的保护范围或扩展。图1示出了配备有两种声音捕获装置的多旋翼飞行器100的立体图：音频采集装置101，其适于接收携带用于飞行器100的控制命令的音频信号；和噪声采集装置102，其用于接收来自飞行器100周围环境的噪声信号。音频采集装置101可以是被设计用于捕获飞行器用户的语音的麦克风或一组麦克风。它们可以具有方向属性，用于主要从一个方向、特别是从飞行器用户所在的方向收集声音。优选地，音频采集装置101可以由传感元件的阵列结合波束成形算法来实现，其指向方向能够由控制信号控制。此外，飞行器100可以配备有语音源定位装置，该语音源定位装置被配置成计算携带用户语音的音频信号来自的方向。语音源定位装置可以通过处理由音频采集装置101的传感元件捕获的信号来操作。然而，语音源定位装置还可以利用其他传感元件，可选地与音频采集装置101的传感元件结合使用。使用计算出的用户语音来自的方向，语音源定位装置发出控制信号，以使采集装置(101)使其波束指向所述计算出的方向。MEMS(微机电系统)传感元件可以用于实现具有高动态范围的小型、高性能麦克风。然而，在不脱离本专利技术的范围的情况下，本领域技术人员可以建议用于实现音频采集装置101和语音定位装置的其他技术和其他结构。噪声采集装置102可以是麦克风或一组麦克风和/或振动传感器，并且被配置成捕获环境噪声。音频采集装置101和噪声采集装置102二者捕获飞行器用户的声音和环境噪声，但具有不同的相对电平和特征。分析这些不同，可以将语音分量与噪声分量区分开，并且从音频信号中减去噪声分量，从而获得足够干净的音频信号以可靠地检测简单的语音命令。现在同时参照图1和图2描述用于执行这些功能的组件200，考虑多旋翼飞行器100优选地配备有：-至少一个第一电动机(优选四个)，所述至少一个第一电动机能够由电动机控制信号控制并且耦合到第一螺旋桨，该第一螺旋桨能够产生使飞行器100飞行的推力，-飞行控制装置213，例如由3D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于捕获音频和/或视频信号的多旋翼遥控飞行器(100)，包括：/n-至少一个第一电动机，其能够由电动机控制信号控制并且耦合到第一螺旋桨，该第一螺旋桨能够产生用于使所述飞行器(100)飞行的推力，/n-飞行控制装置(213)，其适于接收限定所述飞行器(100)的姿态和/或运动和/或方位的命令信号，并且基于所述命令信号输出用于控制所述至少一个电动机的至少一个控制信号，/n其特征在于，所述飞行器包括：/n-音频采集装置(101)，其适于接收携带至少一个噪声分量和用于所述飞行器(100)的语音命令的音频信号，/n-降噪装置(200)，其用于减少所述至少一个噪声分量，所述降噪装置包括：/nо噪声分量选择器(211)，其被配置成基于从所述飞行控制装置213接收到的所述至少一个电动机控制信号来选择所述噪声信号的所述至少一个噪声分量的至少一个滤波频率，其中所述至少一个滤波频率表示所述第一电动机的转速，/nо滤波器设置装置(207)，其适于设置定义至少一个阻带的滤波数据，其中所述至少一个阻带包括所述至少一个滤波频率或其谐波，/nо输入滤波器(203)，其被配置成，基于所述滤波数据来对所述音频信号进行滤波，以产生滤波后的音频信号，/n-语音转换装置(206)，其适于将携带语音命令的所述滤波后的音频信号转换为用于所述飞行控制装置(213)的命令信号。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于捕获音频和/或视频信号的多旋翼遥控飞行器(100)，包括：
-至少一个第一电动机，其能够由电动机控制信号控制并且耦合到第一螺旋桨，该第一螺旋桨能够产生用于使所述飞行器(100)飞行的推力，
-飞行控制装置(213)，其适于接收限定所述飞行器(100)的姿态和/或运动和/或方位的命令信号，并且基于所述命令信号输出用于控制所述至少一个电动机的至少一个控制信号，
其特征在于，所述飞行器包括：
-音频采集装置(101)，其适于接收携带至少一个噪声分量和用于所述飞行器(100)的语音命令的音频信号，
-降噪装置(200)，其用于减少所述至少一个噪声分量，所述降噪装置包括：
о噪声分量选择器(211)，其被配置成基于从所述飞行控制装置213接收到的所述至少一个电动机控制信号来选择所述噪声信号的所述至少一个噪声分量的至少一个滤波频率，其中所述至少一个滤波频率表示所述第一电动机的转速，
о滤波器设置装置(207)，其适于设置定义至少一个阻带的滤波数据，其中所述至少一个阻带包括所述至少一个滤波频率或其谐波，
о输入滤波器(203)，其被配置成，基于所述滤波数据来对所述音频信号进行滤波，以产生滤波后的音频信号，
-语音转换装置(206)，其适于将携带语音命令的所述滤波后的音频信号转换为用于所述飞行控制装置(213)的命令信号。


2.根据权利要求1所述的多旋翼遥控飞行器(100)，所述飞行器还包括噪声采集装置(102)，其适于接收来自所述飞行器(100)周围的环境的噪声信号，并且其中所述噪声分量选择器(211)还被配置成还基于所述噪声分量选择器(211)在所述噪声信号中检测到的所述噪声信号的至少一个特征来设置滤波频率。


3.根据前述权利要求中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述滤波器设置装置(207)适于基于所述滤波频率来设置第二滤波数据，其中，所述滤波频率定义至少一个通带，所述至少一个通带包括所述至少一个所选择的噪声分量的频率，并且所述降噪装置(200)还包括：
о噪声分量滤波器(209)和音频分量滤波器(208)，所述噪声分量滤波器和音频分量滤波器被配置成基于所述第二滤波数据分别对所述噪声信号和所述滤波后的音频进行滤波，以便分别从所述噪声信号中提取至少一个分量和从所述滤波后的音频信号中提取相应的分量，
о噪声均衡处理器(210)，其被配置成基于由所述噪声分量滤波器(209)和/或所述音频分量滤波器(208)提取的信号分量来设置定义滤波器的延迟和噪声均衡传递函数的均衡数据，该噪声均衡传递函数将从所述噪声信号中提取的所述至少一个分量中包含的噪声部分均衡为从由所述输入滤波器(203)滤波后的所述音频信号中提取的所述相应分量中包含的噪声部分，
о延迟滤波器(204)，其被配置成基于所述均衡数据将延迟添加到滤波后的音频信号，
о均衡滤波器(212)，其被配置成基于所述均衡数据来均衡由噪声分量滤波器(209)从所述噪声信号中提取的所述至少一个分量，
о消除装置(205)，其被配置成至少基于所述噪声均衡滤波器(212)的输出，在由所述延迟滤波器(203)延迟的滤波后的音频信号中减少所述至少一个噪声分量的能量。


4.根据权利要求3所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述至少一个阻带和/或所述至少一个通带定义多个带，其中，多阻带滤波器的阻带以第一固定间距规则地间隔开，和/或多通带滤波器的通带以第二固定间距规则地间隔开。


5.根据权利要求4所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述阻带的相对带宽是第一固定量，和/或通带的相对带宽是第二固定量。


6.根据权利要求3至5中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述噪声均衡处理器(210)还基于所述噪声信号和/或由所述输入滤波器(203)滤波的所述音频信号来设置所述均衡数据。


7.根据前述权利要求中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述语音转换装置(206)的输入处的滤波后的音频信号表示由所述飞行器(100)的用户给出的语音命令，并且所述语音转换装置(206)被配置成基于在其输入处接收的所述音频信号通过执行以下步骤来生成控制信号：
-执行实现语音识别算法的一组指令，以将所述滤波后的音频信号转换为位串，以及
-基于所述位串生成控制信号。


8.根据前述权利要求中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，所述飞行器还包括源定位装置，其被配置成：
-基于从所述音频采集装置(101)和/或其他音频接收装置接收到的信号，识别产生生成所述音频信号的压力波的源在空间中的位置，以及
-基于所述位置生成指向控制信号，
其中，所述音频采集装置(101)包括波束成形网络，所述波束成形网络被配置成基于所述指向控制信号在所述空间中选择语音命令。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，所述飞行器包括：
-第二电动机，其能够耦合到第二螺旋桨，该第二螺旋桨能够产生用于使所述飞行器(100)飞行的推力，
-第一速度控制器，其适于控制所述第一电动机的旋转速度，
-第二速度控制器，其适于控制所述第二电动机的旋转速度，以及
-处理装置，其与...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·詹姆斯，
申请(专利权)人：萨罗尼科斯贸易与服务一人有限公司，
类型：发明
国别省市：葡萄牙;PT