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1、工業(yè)機(jī)器人語音控制系統(tǒng)研究工業(yè)機(jī)器人語音控制系統(tǒng)研究 2019/09/25 摘要：文章設(shè)計(jì)了一款基于STM32平臺(tái)的語音控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)除具備一些基本的IO控制功能外，還可以方便集成語音交互控制等各類智能化功能，將該系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中，可以提高工業(yè)機(jī)器人的智能化，滿足一些特殊的應(yīng)用場景。關(guān)鍵詞：STM32；語音控制；工業(yè)機(jī)器人1概述隨著德國工業(yè)4.0與中國制造2025計(jì)劃的提出，傳統(tǒng)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)改造升級(jí)需求變得日益迫切。工業(yè)機(jī)器人作為智能制造的重要部分，目前已經(jīng)深入應(yīng)用于很多傳統(tǒng)的制造業(yè)1。工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中的一部分，經(jīng)常將其控制器與可編程控制器（PLC）配合，構(gòu)

2、成一個(gè)完整的自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。本論文嘗試將電子領(lǐng)域常用的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)替代傳統(tǒng)的工業(yè)用PLC，使用STM32平臺(tái)開發(fā)控制系統(tǒng)。該平臺(tái)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，除具備一些基本I/O功能、觸摸屏功能外，還可以方便的增加各種智能化功能，如語音交互等。從而實(shí)現(xiàn)通過語音交互控制工業(yè)機(jī)器人，提高工業(yè)機(jī)器人的智能化，滿足一些特殊的應(yīng)用場景。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的整體框圖如圖1所示，STM32控制系統(tǒng)的核心處理器采用STM32平臺(tái)M3系列芯片，通過連接相應(yīng)的外圍模塊，包括各類開關(guān)、傳感器，觸摸屏，繼電器模塊，語音識(shí)別和語音合成模塊構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)。STM32控制系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人之

3、間通過RS485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以此來控制工業(yè)機(jī)器人做相應(yīng)的動(dòng)作。2.2系統(tǒng)重要模塊硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的核心控制器采用STM32F103xC2處理器，該處理器使用高性能的ARMCortexTM-M332位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器（高達(dá)512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM），豐富的增強(qiáng)I/O端口。包含3個(gè)12位的ADC、4個(gè)通用16位定時(shí)器和2個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C接口、3個(gè)SPI接口、2個(gè)I2S接口、1個(gè)SDIO接口、5個(gè)USART接口、一個(gè)USB接口和一個(gè)CAN接口。系統(tǒng)中的語音交互模塊使用的芯片為LD33203語音芯片，LD

4、3320基于非特定人語音識(shí)別技術(shù)，不需要用戶進(jìn)行錄音訓(xùn)練，同時(shí)芯片集成了高精度的A/D和D/A接口，不再需要外接輔助的Flash和RAM，使用起來非常方便。該語音交互模塊與STM32控制器之間的通信方式可以采用并行口通信或者SPI通信的方式，本系統(tǒng)中采用了并行通信的方式控制該語音交互模塊，該模塊與STM32控制器的接口電路原理圖如圖2所示。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為STM32控制系統(tǒng)程序和工業(yè)機(jī)器人程序兩部分，STM32控制系統(tǒng)程序采用C語言以及KEIL開發(fā)軟件進(jìn)行開發(fā)，工業(yè)機(jī)器人程序使用工業(yè)機(jī)器人專用編程語言進(jìn)行開發(fā)，STM32控制系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人之間的通信通過串口通信的方式實(shí)現(xiàn)。3.

5、1STM32控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)STM32控制系統(tǒng)上電首先進(jìn)行初始化工作，將系統(tǒng)控制的各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，包括語音交互模塊、觸摸屏模塊以及串口通信的軟件初始化。初始化結(jié)束后必須按下啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)才可正常進(jìn)行工作，正常工作情況下，如有語音信號(hào)輸入，語音交互模塊進(jìn)行關(guān)鍵詞識(shí)別，系統(tǒng)便會(huì)根據(jù)不同的關(guān)鍵詞對(duì)應(yīng)控制工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)不同的動(dòng)作，LD3320語音芯片最大支持50種關(guān)鍵詞識(shí)別，可以定義50項(xiàng)不同工作，本文只實(shí)驗(yàn)性的測試了兩種不同的動(dòng)作控制，后期可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要繼續(xù)添加。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。3.2工業(yè)機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)本文采用的工業(yè)機(jī)器人為ABB六軸工業(yè)機(jī)器人，型號(hào)為IRB120，ABB工業(yè)機(jī)器

6、人使用RAPID語言進(jìn)行編程，系統(tǒng)啟動(dòng)后首先進(jìn)行初始化，主要為串口通信的軟件初始化，初始化結(jié)束后，機(jī)器人等待STM32發(fā)送的串口數(shù)據(jù)，若收到動(dòng)作1數(shù)據(jù)，則機(jī)器人相應(yīng)執(zhí)行動(dòng)作1，不用的數(shù)據(jù)可以控制機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)不同的動(dòng)作。具體程序流程圖如圖4所示。4結(jié)束語本文設(shè)計(jì)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線的STM32控制系統(tǒng)，從功能上可以替代傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)中的可編程控制器（PLC），同時(shí)加入語音交互控制的功能，滿足一些特殊的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場景，由于嵌入式系統(tǒng)的可擴(kuò)展性非常強(qiáng)，后期還可以增加更多智能化的功能，如自動(dòng)化流水線數(shù)據(jù)上傳云端、電腦端、手機(jī)端遠(yuǎn)程控制4等，滿足各類智能化制造場景的需要。參考文獻(xiàn)：1王田苗，陶永.我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略J.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，5（9）：1-13.2STM32F103Xc數(shù)據(jù)手冊EB/OL.4李濤，馬殷元.基于STM32的GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測終端設(shè)計(jì)J.電子世界，2012，6：126-127.