本发明涉及清洁机器人，尤其涉及一种清洁机器人语音控制系统及方法。
背景技术：
1、近年来，随着科技的发展和人们生活水平的提高，清洁机器人逐渐成为现代家庭和办公场所中不可或缺的一部分，清洁机器人通过自动化技术实现了对地面的高效清洁，解放了人们的双手，现有的清洁机器人在实际使用中仍面临许多挑战，尤其是在复杂环境中的导航和控制方面。
2、语音控制技术作为一种自然且便捷的交互方式，已经广泛应用于智能家居设备中，用户可以通过语音指令直接控制设备，避免了传统按键或遥控器操作的繁琐步骤，在实际应用环境中，清洁机器人常常需要在嘈杂环境中工作，如家庭中存在电视、音乐或人声等背景噪声，这对语音控制系统提出了更高的要求，传统的语音识别系统在噪声环境中性能显著下降，无法准确识别用户指令，且在复杂语义理解和上下文记忆方面存在不足，这严重影响了用户体验和设备的实用性。
技术实现思路
1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
2、鉴于上述现有一种清洁机器人语音控制系统及方法存在的问题，提出了本发明。
3、因此，本发明目的是提供一种清洁机器人语音控制系统及方法，其适用于解决传统的语音识别系统在噪声环境中性能显著下降，无法准确识别用户指令，且在复杂语义理解和上下文记忆方面存在不足的问题。
4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种清洁机器人语音控制系统，包括：
5、清洁机器人主体，配备运动控制模块、清洁模块和电源管理模块；
6、麦克风阵列，用于多方向拾取语音控制信号；
7、嵌入式处理器，用于处理语音信号和执行控制命令；
8、信号处理模块，其包括噪声过滤算法、语音识别引擎和语义理解引擎；
9、控制模块，包括路径规划算法和任务管理模块；
10、通信模块，用于机器人与用户之间的语音交互。
11、作为本发明所述一种清洁机器人语音控制系统的一种优选方案，其中：所述麦克风阵列配置为多方向麦克风，形成阵列结构，用于多角度拾音。
12、作为本发明所述一种清洁机器人语音控制系统的一种优选方案，其中：所述信号处理模块包括用于初步滤波和降噪的预处理模块，采集多通道音频信号。
13、作为本发明所述一种清洁机器人语音控制系统的一种优选方案，其中：所述噪声过滤算法公式如下：
14、
15、其中，y(t)表示在时刻t经过噪声过滤后的增强语音信号，xi(t)表示第i个麦克风在时刻t的输入信号，表示来自不同方向的语音和噪音信号，ωi(t)表示第i个麦克风信号的自适应权重，表示信号处理算法分配给每个麦克风的权重，m表示麦克风的数量，表示系统中麦克风阵列的总数。
16、作为本发明所述一种清洁机器人语音控制系统的一种优选方案，其中：在噪声过滤过程中，关键在于确定信号增强和噪声抑制的阈值；
17、信号能量阈值公式如下：
18、
19、波束形成公式如下：
20、z(t)＝hty(t)
21、其中，h为表述形成的方向向量；
22、综上，若es>θs，则认为信号增强有效，否则，需要调整自适应滤波器或波束形成参数；
23、噪声能量阈值公式如下：
24、
25、若en<θn，则认为噪声抑制有效，否则需要进一步优化噪声过滤算法。
26、作为本发明所述一种清洁机器人语音控制系统的一种优选方案，其中：信噪比阈值计算公式如下：
27、若sng>θsng，则认为信号质量达到预期标准，否则，重新调整系统参数。
28、作为本发明所述一种清洁机器人语音控制系统的一种优选方案，其中：所述实时路径规划算法公式如下：
29、
30、其中，p(t)表示在时刻t机器人的期望路径位置向量，r(t0)表示初始时间t0机器人的位置向量，v(t)表示机器人在时间t的速度向量，表示机器人移动的速度和方向，oi(t)表示第i个障碍物在时间t位置向量，ωi表示第i条路径的权重系数，α调节参数，用于控制障碍物对路径规划的影响范围，n表示障碍物的数量。
31、作为本发明所述一种清洁机器人语音控制系统的一种优选方案，其中：在路径规划过程中，关键在于确定机器人在接近目标位置和避开障碍物时的行为阈值，以下是阈值设定和相应的判断条件：
32、假设机器人在二维平面上运动，其当前位置为：p(t)＝[x(t),y(t)]，目标位置为：g＝[xg,yg]，障碍物位置为：
33、则，距离目标位置阈值为：dg＝||p(t)-g||；
34、若，dg<θg，则认为机器人已经接近目标位置，反之，继续调整路径；
35、避开障碍物阈值为：
36、若，则认为机器人成功避开障碍物，反之，则需要重新规划路径；
37、速度阈值为：||v(t)||≤vmax；
38、若，||v(t)||>vmax，则需要限制速度，保证安全。
39、9.根据权利要求1所述的一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于：综合阈值判断公式如下：
40、
41、其中，j(t)为综合判断指标，xi(t)为第i个麦克风在时间t的输入信号，wi(t)表示第i个麦克风信号的自适应权重，||r(t)-oi(t)||表示机器人当前位置r(t)与第i个障碍物位置oi(t)之间的距离，设置一个综合阈值tt,用于判断系统再当前时间t的运行状态；
42、若j(t)≥tt，则系统判断运行正常；
43、若j(t)＜tt，则系统判断需要调整，进一步优化信号处理或路径规划算法。
44、一种清洁机器人语音控制方法，所述语音控制方法适用于以上任意一种语音控制系统，且语音控制方法包括以下步骤：
45、s1：语音指令输入：用户通过麦克风阵列发出语音指令，系统采集多通道音频信号；
46、s2：信号处理：通过噪声过滤和信号增强技术，提取清晰的语音信号；
47、s3：语音识别与理解：系统将语音信号转换为文本，并通过语义引擎理解用户指令；
48、s4：指令执行：控制模块根据语音指令规划路径和分配清洁任务，机器人执行相应操作；
49、s5：实时反馈与调整：系统根据环境变化和用户新指令，实时调整机器人动作并提供语音反馈。
50、本发明的有益效果：通过麦克风阵列和信号处理技术，有效过滤背景噪声，增强目标语音信号的清晰度，即使在嘈杂环境下，语音命令依然能够被准确识别，这显著提升了用户与清洁机器人之间的交互效率和准确性；
51、本发明的语音控制系统采用了深度学习和自然语言处理(nlp)技术，能够理解复杂语义和上下文信息，使用户可以用更自然的语言与清洁机器人互动，通过语义上下文记忆功能，系统还可以记住并参考用户的历史指令，进一步优化当前指令的处理；
52、本发明集成了实时路径规划算法和动态避障技术，使清洁机器人能够根据环境变化实时调整移动路径，即使在复杂和动态的环境中，机器人也能灵活避开障碍物，确保清洁任务的高效执行。
1.一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于：所述麦克风阵列配置为多方向麦克风，形成阵列结构，用于多角度拾音。
3.根据权利要求1所述的一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于：所述信号处理模块包括用于初步滤波和降噪的预处理模块，采集多通道音频信号。
4.根据权利要求1所述的一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于：所述噪声过滤算法公式如下：
5.根据权利要求4所述的一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于：在噪声过滤过程中，关键在于确定信号增强和噪声抑制的阈值；
6.根据权利要求5所述的一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于：信噪比阈值计算公式如下：
7.根据权利要求1所述的一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于：所述实时路径规划算法公式如下：
8.根据权利要求1所述的一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于：在路径规划过程中，关键在于确定机器人在接近目标位置和避开障碍物时的行为阈值，以下是阈值设定和相应的判断条件：
9.根据权利要求1所述的一种清洁机器人语音控制系统，其特征在于：综合阈值判断公式如下：
10.一种清洁机器人语音控制方法，其特征在于，所述语音控制方法适用于以上权利要求1-9中任意一种语音控制系统，且语音控制方法包括以下步骤：
