基于语音控制的家庭服务机器人实现

李景 徐卓林 杨雕 李梦奇 邹勇 王彩霞 王涛

【摘 要】目前，基于语音识别的人机对话接口技术正在发展之中，相比于键盘、手写版、触屏等而言，该项技术还不够普及，但是随着电子信息技术的发展，该项技术也将会逐渐进入人们的生活之中，较好地为人们服务。在未来，语音识别技术不仅仅应用于家庭，也将会在商业、军事、学校等领域得到广泛的应用。

【关键词】语音识别技术 步进减速电机 舵机

1 概述

本系统主要以单片机为控制核心，通过语音识别技术对机器人小车的步进减速电机、螺旋升降器、机械臂舵机MG945进行控制，从而实现对用户的智能服务。目前，随着我国人均生活水平的提高，老龄化问题加重，与此同时也有很多行动不便的老人、残疾人等，因此家庭服务机器人有非常大的市场需求。

2 步进电机的控制

本设计采用57步进减速电机，其工作原理：步进电机是将脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制机件，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的要求；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，达到调速目的。

控制过程：由57步进驱动器驱动步进电机转动，主要采用THB7128芯片，THB7128步进电机驱动器是一款专业的两相步进电机驱动，可实现正反转控制。通过3位拨码开关（S4、S5、S6）选择8档细分控制（1、2、4、8、16、32、64、128 ），通过3位拨码开关（S1、S2、S3）选择6档电流控制（0.5A，1A，1.5A，2.0A，2.5A，3.0A）。驱动器有噪音小，震动小，运行平稳的特点。本系统采用共阳接法，如下图：

CLK+：脉冲信号输入正。CLK-：脉冲信号输入负。CW+：电机正、反转控制正。CW-：电机正、反转控制负。EN+：电机脱机控制正。EN-：電机脱机控制负。通过相应引脚的控制，实现步进电机的正反转及调速运动。

3 舵机的控制

MG945是通过PWM信号，利用占空比的变化来改变舵机位置的执行元件；工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。其内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。如下图：

控制过程：在整个舵机控制过程中，根据其舵机控制原理图进行调试就可以实现对其正反转控制。在这个过程中，首先要完成两个任务：一是PWM周期信号的产生（周期信号20ms）。二是对脉宽的调整，即占空比的调整。该设计以单片机为控制核心，主要采用定时器/中断系统进行控制，这样使其整个控制系统精确、稳定。

4 语音控制系统

语音模块由LD3320 ASR非特定语音识别芯片组成的语音识别系统，通过对非特定用户语音的识别，从而实现轻松的语音控制。控制过程：通过事先对LD3320 ASR非特定语音识别芯片设置，当用户讲“准备”，并开始模式识别、匹配，芯片识别到后，串口将会返回一个数值（设定值）。主控IAP15F2K61S2芯片利用串口接收到“设定值”后，将设定值作进一步处理，从而控制步进减速电机和舵机实现相应的动作（前进、后退等）。

5 综合调试

在检验各个模块都工作正常后，将各个模块进行整体融合，完成系统设计任务。当用户说出语音指令时，系统能较好地进行识别。如果是正确的语音指令，系统将执行该条语音指令，完成对应的任务。如：当用户说“前进”时，系统将会驱动家庭服务机器人的步进电机，保持“前进”动作，等待用户下一条语音指令。

6 结语

本次设计，完成了系统中各个模块之间的相互融合。通过各个模块的协调工作，完成指定动作和简单的家庭服务功能。通过对非特定用户语音的识别，来实现智能控制。在实际的生活中，能够成为老人、残疾人的得力助手，也可以在其他各个领域广泛地应用，从而提高人们的生活服务水平。

参考文献：

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[2]艾山.智能机器人结构设计及控制研究[D].哈尔滨工程大学.2013：26-32

[3]李瑞峰.移动式作业型智能机器人的研制[J].机器人技术与应用.2003

[4]王志新.罗文广.电机控制技术[M].机械工业出版社.2011：34-116

作者简介：李景（1992.6.2-）男，重庆人，本科在读，研究方向：无线通讯技术。

指导老师：王彩霞、王涛。

基金项目：西北民族大学2014年国家级大学生创新创业训练计划项目。项目编号：201410742016