基于語音控制的家庭服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)

李景 徐卓林 楊雕 李夢(mèng)奇 鄒勇 王彩霞 王濤

【摘 要】目前，基于語音識(shí)別的人機(jī)對(duì)話接口技術(shù)正在發(fā)展之中，相比于鍵盤、手寫版、觸屏等而言，該項(xiàng)技術(shù)還不夠普及，但是隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)也將會(huì)逐漸進(jìn)入人們的生活之中，較好地為人們服務(wù)。在未來，語音識(shí)別技術(shù)不僅僅應(yīng)用于家庭，也將會(huì)在商業(yè)、軍事、學(xué)校等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】語音識(shí)別技術(shù) 步進(jìn)減速電機(jī) 舵機(jī)

1 概述

本系統(tǒng)主要以單片機(jī)為控制核心，通過語音識(shí)別技術(shù)對(duì)機(jī)器人小車的步進(jìn)減速電機(jī)、螺旋升降器、機(jī)械臂舵機(jī)MG945進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的智能服務(wù)。目前，隨著我國(guó)人均生活水平的提高，老齡化問題加重，與此同時(shí)也有很多行動(dòng)不便的老人、殘疾人等，因此家庭服務(wù)機(jī)器人有非常大的市場(chǎng)需求。

2 步進(jìn)電機(jī)的控制

本設(shè)計(jì)采用57步進(jìn)減速電機(jī)，其工作原理：步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制機(jī)件，通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的要求；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，達(dá)到調(diào)速目的。

控制過程：由57步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，主要采用THB7128芯片，THB7128步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一款專業(yè)的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。通過3位撥碼開關(guān)（S4、S5、S6）選擇8檔細(xì)分控制（1、2、4、8、16、32、64、128 ），通過3位撥碼開關(guān)（S1、S2、S3）選擇6檔電流控制（0.5A，1A，1.5A，2.0A，2.5A，3.0A）。驅(qū)動(dòng)器有噪音小，震動(dòng)小，運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用共陽接法，如下圖：

CLK+：脈沖信號(hào)輸入正。CLK-：脈沖信號(hào)輸入負(fù)。CW+：電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制正。CW-：電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制負(fù)。EN+：電機(jī)脫機(jī)控制正。EN-：電機(jī)脫機(jī)控制負(fù)。通過相應(yīng)引腳的控制，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及調(diào)速運(yùn)動(dòng)。

3 舵機(jī)的控制

MG945是通過PWM信號(hào)，利用占空比的變化來改變舵機(jī)位置的執(zhí)行元件；工作原理是：控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。其內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。如下圖：

控制過程：在整個(gè)舵機(jī)控制過程中，根據(jù)其舵機(jī)控制原理圖進(jìn)行調(diào)試就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其正反轉(zhuǎn)控制。在這個(gè)過程中，首先要完成兩個(gè)任務(wù)：一是PWM周期信號(hào)的產(chǎn)生（周期信號(hào)20ms）。二是對(duì)脈寬的調(diào)整，即占空比的調(diào)整。該設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，主要采用定時(shí)器/中斷系統(tǒng)進(jìn)行控制，這樣使其整個(gè)控制系統(tǒng)精確、穩(wěn)定。

4 語音控制系統(tǒng)

語音模塊由LD3320 ASR非特定語音識(shí)別芯片組成的語音識(shí)別系統(tǒng)，通過對(duì)非特定用戶語音的識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)輕松的語音控制?？刂七^程：通過事先對(duì)LD3320 ASR非特定語音識(shí)別芯片設(shè)置，當(dāng)用戶講“準(zhǔn)備”，并開始模式識(shí)別、匹配，芯片識(shí)別到后，串口將會(huì)返回一個(gè)數(shù)值（設(shè)定值）。主控IAP15F2K61S2芯片利用串口接收到“設(shè)定值”后，將設(shè)定值作進(jìn)一步處理，從而控制步進(jìn)減速電機(jī)和舵機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作（前進(jìn)、后退等）。

5 綜合調(diào)試

在檢驗(yàn)各個(gè)模塊都工作正常后，將各個(gè)模塊進(jìn)行整體融合，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。當(dāng)用戶說出語音指令時(shí)，系統(tǒng)能較好地進(jìn)行識(shí)別。如果是正確的語音指令，系統(tǒng)將執(zhí)行該條語音指令，完成對(duì)應(yīng)的任務(wù)。如：當(dāng)用戶說“前進(jìn)”時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)驅(qū)動(dòng)家庭服務(wù)機(jī)器人的步進(jìn)電機(jī)，保持“前進(jìn)”動(dòng)作，等待用戶下一條語音指令。

6 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)中各個(gè)模塊之間的相互融合。通過各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)工作，完成指定動(dòng)作和簡(jiǎn)單的家庭服務(wù)功能。通過對(duì)非特定用戶語音的識(shí)別，來實(shí)現(xiàn)智能控制。在實(shí)際的生活中，能夠成為老人、殘疾人的得力助手，也可以在其他各個(gè)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用，從而提高人們的生活服務(wù)水平。

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作者簡(jiǎn)介：李景（1992.6.2-）男，重慶人，本科在讀，研究方向：無線通訊技術(shù)。

指導(dǎo)老師：王彩霞、王濤。

基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)2014年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。項(xiàng)目編號(hào)：201410742016