工業(yè)機器人語音控制系統(tǒng)研究

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1、工業(yè)機器人語音控制系統(tǒng)研究 工業(yè)機器人語音控制系統(tǒng)研究 2019/09/25 摘要：文章設(shè)計了一款基于STM32平臺的語音控制系統(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)機器人自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中，可以提高工業(yè)機器人的智能化，滿足一些特殊的應(yīng)用場景。 關(guān)鍵詞：STM32；語音控制；工業(yè)機器人 1概述 隨著德國工業(yè)4.0與中國制造2025計劃的提出，傳統(tǒng)制造業(yè)的產(chǎn)

2、業(yè)改造升級需求變得日益迫切。工業(yè)機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)機器人作為自動化生產(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)成一個完整的自動化生產(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平臺開發(fā)控制系統(tǒng)。該平臺采用模塊化的設(shè)計方式，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。從而實現(xiàn)通過語音交互控制工業(yè)機器人，提高工業(yè)機器人的智能化，滿足一些特殊的應(yīng)用場景。 2系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.1系統(tǒng)整體硬件設(shè)計

3、 系統(tǒng)硬件設(shè)計的整體框圖如圖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，語音識別和語音合成模塊構(gòu)成整個控制系統(tǒng)。STM32控制系統(tǒng)與工業(yè)機器人之間通過RS485總線進行數(shù)據(jù)傳輸，以此來控制工業(yè)機器人做相應(yīng)的動作。 2.2系統(tǒng)重要模塊硬件設(shè)計 本系統(tǒng)的核心控制器采用STM32F103xC[2]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)置高速存儲器（高達(dá)512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM），豐富的增強I

4、/O端口。包含3個12位的ADC、4個通用16位定時器和2個PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進的通信接口：多達(dá)2個I2C接口、3個SPI接口、2個I2S接口、1個SDIO接口、5個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。系統(tǒng)中的語音交互模塊使用的芯片為LD3320[3]語音芯片，LD3320基于非特定人語音識別技術(shù)，不需要用戶進行錄音訓(xùn)練，同時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

5、器的接口電路原理圖如圖2所示。 3系統(tǒng)軟件設(shè)計 本系統(tǒng)軟件設(shè)計分為STM32控制系統(tǒng)程序和工業(yè)機器人程序兩部分，STM32控制系統(tǒng)程序采用C語言以及KEIL開發(fā)軟件進行開發(fā)，工業(yè)機器人程序使用工業(yè)機器人專用編程語言進行開發(fā)，STM32控制系統(tǒng)與工業(yè)機器人之間的通信通過串口通信的方式實現(xiàn)。 3.1STM32控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 STM32控制系統(tǒng)上電首先進行初始化工作，將系統(tǒng)控制的各個模塊進行初始化，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)束后必須按下啟動按鈕系統(tǒng)才可正常進行工作，正常工作情況下，如有語音信號輸入，

6、語音交互模塊進行關(guān)鍵詞識別，系統(tǒng)便會根據(jù)不同的關(guān)鍵詞對應(yīng)控制工業(yè)機器人實現(xiàn)不同的動作，LD3320語音芯片最大支持50種關(guān)鍵詞識別，可以定義50項不同工作，本文只實驗性的測試了兩種不同的動作控制，后期可以根據(jù)實際項目需要繼續(xù)添加。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。 3.2工業(yè)機器人軟件設(shè)計 本文采用的工業(yè)機器人為ABB六軸工業(yè)機器人，型號為IRB120，ABB工業(yè)機器人使用RAPID語言進行編程，系統(tǒng)啟動后首先進行初始化，主要為串口通信的軟件初始化，初始化結(jié)束后，機器人等待STM32發(fā)送的串口數(shù)據(jù)，若收到動作1數(shù)據(jù)，則機器人相應(yīng)執(zhí)行動作1，不用的數(shù)據(jù)可以控制機器人執(zhí)行

7、相應(yīng)不同的動作。具體程序流程圖如圖4所示。 4結(jié)束語 本文設(shè)計應(yīng)用于工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線的STM32控制系統(tǒng)，從功能上可以替代傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)中的可編程控制器（PLC），同時加入語音交互控制的功能，滿足一些特殊的工業(yè)機器人應(yīng)用場景，由于嵌入式系統(tǒng)的可擴展性非常強，后期還可以增加更多智能化的功能，如自動化流水線數(shù)據(jù)上傳云端、電腦端、手機端遠(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)機器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機械工程學(xué)報，2014，5（9）：1-13. [2]STM32F103Xc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[J].電子世界，2012，6：126-127.