【導(dǎo)讀】年后的今天，他預(yù)言，機(jī)器人即將重復(fù)個(gè)人電腦崛起的道路。點(diǎn)燃機(jī)器人普及的“導(dǎo)火。索”，這場(chǎng)革命必將與個(gè)人電腦一樣，徹底改變這個(gè)時(shí)代的生活方式。近幾年機(jī)器人已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有代表性的戰(zhàn)略目標(biāo)。機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和。發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性變化，而且將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。從自動(dòng)化生產(chǎn)線到海洋資。源的探索，乃至太空作業(yè)等領(lǐng)域，機(jī)器人可謂是無(wú)處不在。目前機(jī)器已經(jīng)走進(jìn)人們的生。們已經(jīng)越來(lái)越離不開(kāi)機(jī)器人幫助。目前對(duì)機(jī)器人的研究已經(jīng)呈現(xiàn)出專業(yè)。目前機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展與30年前的電腦行業(yè)極為相似。極受青少年的喜愛(ài)。其機(jī)器人的產(chǎn)量和安。裝的臺(tái)數(shù)在國(guó)際上躍居首位。取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。的年收益額為47億元，我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求量和品種將逐年大幅度增加。對(duì)小機(jī)器人進(jìn)行語(yǔ)音控制，通過(guò)發(fā)出語(yǔ)音命令，控制機(jī)器人的。機(jī)器人包括底座、頭部、

　　

【正文】 編排好了，那么舞蹈動(dòng)作部分也就制作好了。這時(shí)可以把動(dòng)作數(shù)據(jù)表下載到單片機(jī)中，由單片機(jī)來(lái)控制各個(gè)關(guān)節(jié)，順序執(zhí)行動(dòng)作表中的各個(gè)動(dòng)作。同時(shí) 控制 音樂(lè)播放器 播放舞蹈音樂(lè)，那么我們就可以直觀觀看一到舞蹈機(jī)器人在音樂(lè)聲中翩翩起舞了。要設(shè)計(jì)出一套完整的舞蹈動(dòng)作，使機(jī)器人能夠像舞蹈演員那樣在舞臺(tái)上表演是相當(dāng)繁瑣的過(guò)程，需要反復(fù)調(diào)試 ，還要通過(guò)對(duì)人類動(dòng)作行為作出的細(xì)致入微的觀察，并能根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)，把人類動(dòng)作轉(zhuǎn)變成對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的控制，才能獲得完美的控制效果。 主程序設(shè)計(jì) 圖 主程序流程圖 根據(jù)前述的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)上的控制程序主要包括一個(gè)主程序和相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。 本設(shè)計(jì) 采用 C語(yǔ)言按模塊化的編程思想編寫(xiě)。所有機(jī)器人的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)部分均在子函數(shù)中完成主函數(shù)中只負(fù)責(zé)對(duì)子函數(shù)的調(diào)用如此便保證了良好的維護(hù)性和清晰的代 碼結(jié)構(gòu)。主程序中，首先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，接著調(diào)用脈寬調(diào)速函數(shù)，使相應(yīng)電機(jī)獲得應(yīng)有的速度。然后進(jìn)入程序中的主循環(huán)，判斷當(dāng)前系統(tǒng)的工作模式是自動(dòng)狀態(tài)還是手動(dòng)狀態(tài) (設(shè)置變量用于標(biāo)識(shí)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，在機(jī)器人剛通電時(shí)默認(rèn)進(jìn)入主程序 單片機(jī)初始化 等待語(yǔ)音信號(hào) 是否為 開(kāi)始 YY 執(zhí)行對(duì)話 N 執(zhí)行舞蹈 開(kāi)始舞蹈 結(jié)束 N Y 手動(dòng)控制狀態(tài) )。 主程序主要負(fù)責(zé)設(shè)置堆棧指針和中斷向量 .對(duì)所 用到的特殊寄存器進(jìn)行初始化和舞蹈動(dòng)作初始化 .主程序軟件框圖如下： 子程序 設(shè)計(jì) 最主要的是考慮到電機(jī)控制信號(hào)的產(chǎn)生，采用定時(shí)器每隔一定的時(shí)間 中斷以產(chǎn)生控制信號(hào)和加載舞蹈動(dòng)作。利用定時(shí)器中斷程序可以很容易 的產(chǎn)生直流電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)。 通 過(guò)外部中斷，對(duì)機(jī)器人前后左右四個(gè)方向上的碰撞做出處理，以使機(jī)器 人不會(huì)因?yàn)榕鲎灿绊懸院髣?dòng)作的執(zhí)行。對(duì)碰撞的處理，實(shí)際上就是改變保存舞蹈動(dòng)作的寄存器，由于一定時(shí)間 讀取一次動(dòng)作數(shù)據(jù)，可以理解，對(duì)碰撞的處理僅 在碰撞后的這個(gè)規(guī)定時(shí)間內(nèi)。只要對(duì)直流電機(jī)的控制數(shù)據(jù)設(shè)置恰當(dāng)，就完全可以滿足要 求，使其不影響以后動(dòng)作的執(zhí)行。以下為 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的 子 程序 和 74HC595 的應(yīng)用子程序 ： /********************************************************/ /*將顯示數(shù)據(jù)送入 74HC595 內(nèi) 部移位寄存器 */ /********************************************************/ void WR_595(void) { uchar j 。 temp_595=temp。 for (j=0 。j16 。j++) { temp_595=temp_5951 。 SDATA_595=CY 。 SCLK_595=1 。 //上升沿發(fā)生移位 SCLK_595=0 。 } } void OUT_595(void) { RCK_595=0 。 _nop_() 。 RCK_595=1 。 //上升沿將數(shù)據(jù)送到輸出鎖存器 RCK_595=0 。 } void start_595(void) { WR_595()。 OUT_595()。 _nop_() 。 } /********************************************************/ /* 0關(guān)電機(jī) //關(guān)某位用 1 或，其他位為 0 */ /* 1正轉(zhuǎn) //開(kāi)某位用 0 與，其他位為 1 */ /* 2反轉(zhuǎn) */ /********************************************************/ void moto0(unsigned char s0) { switch(s0) { case 0: {temp_0=temp。 temp_0|=0x0003。 temp=temp_0。} break 。 //關(guān)電機(jī) case 1: {temp_0=temp。 temp_0amp。=0xfffe。 temp=temp_0。} break 。 //正轉(zhuǎn) case 2: {temp_0=temp。 temp_0amp。=0xfffd。 temp=temp_0。} break 。 //反轉(zhuǎn) } } /********************************************************/ //反饋信號(hào)讀入 void scan(void) { state0_B=state0_A。 state0_A=in0。 if(state0_A!=state0_B) //判斷是否有電平跳變 { count_0++。 if(count_0num_0) { moto0(0)。 start_595()。 count_0=0。 num。 num_0=0xffff。 } } } 語(yǔ)音輸入 特征提取 語(yǔ)音特征模型 訓(xùn)練階段 語(yǔ)音輸入 特征提取 識(shí)別階段 匹配校驗(yàn) 識(shí)別結(jié)果 編程準(zhǔn)備 由于控制機(jī)器人動(dòng)作的電機(jī)共有 7 個(gè)，將占用單片機(jī)的 14 個(gè) IO 口，控制 ISD2590的 IO 口為三個(gè)，用于重新訓(xùn)練的按鍵也占用 1 個(gè) IO 口，所以一共要用單片機(jī)的 18 個(gè)IO 口，另外還應(yīng)考慮機(jī)器人可擴(kuò)展的傳感器模塊等其它功能模塊接口，所以首先對(duì)單片機(jī) IO 口進(jìn)行分配，在分配過(guò)程中要注意以下問(wèn)題： (1) 光耦電路輸入引腳為每六個(gè)腳一組，對(duì)應(yīng)三個(gè)電機(jī)，因?yàn)榕c單片機(jī) IO 口引腳為排線相連，所以應(yīng)考慮連線位置 (2) 檢測(cè)重新訓(xùn)練鍵是否按下用到單 片機(jī)的 IOA 口的 3 腳，所以 IOA 口 07 腳只作輸入的 IO 口用 (3) 控制 ISD2590 的三個(gè) IO 口也應(yīng)考慮聯(lián)線過(guò)程中不與上面兩者沖 突 所以單片機(jī) IO 口具體分配見(jiàn)表 ： 表 ： IO 口分配表 IOA 15 ISD2590 啟動(dòng) IOA 14 ISD2590 停止 IOA 7 ISD2590 的 EOM 輸入信號(hào) IOA 2 重新訓(xùn)練按鍵 子程序的編寫(xiě) 語(yǔ)音識(shí)別程序 語(yǔ)音識(shí)別可分為特定語(yǔ)音識(shí)別和非特定語(yǔ)音識(shí)別兩種，特定語(yǔ)音識(shí)別需要使用者先進(jìn)行訓(xùn)練，非特定語(yǔ)音識(shí)別可識(shí)別任何人的聲音， 鑒于開(kāi)發(fā)時(shí)間和難度，本次設(shè)計(jì)采用特定語(yǔ)音識(shí)別的方式。 語(yǔ)音識(shí)別的原理如圖 。 初始化 RAM N 開(kāi)始 執(zhí)行訓(xùn)練 ,獲得訓(xùn)練結(jié)果 返回 Y 定時(shí) 采集語(yǔ)音 開(kāi)始 返回 初始化識(shí)別器 N 開(kāi)始 獲得識(shí)別結(jié)果 返回 Y 執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作 訓(xùn)練成功 識(shí)別成功 語(yǔ)音特征模型 圖 語(yǔ)音識(shí)別原理 61 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別的過(guò)程包括 訓(xùn)練部分與識(shí)別部分，以及在訓(xùn)練、識(shí)別過(guò)程中的 中斷的情況 ，可見(jiàn)圖 。 圖 61 單片機(jī)識(shí)別流程 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音功能程序的 編寫(xiě)主要依靠凌陽(yáng)公司提供的 API，使用該 API 需要在程序中鏈接語(yǔ)音庫(kù)文件：“ ” 和包 含頭件：“ ” 。 在語(yǔ)音訓(xùn)練的程序中 主要用到兩個(gè) API函數(shù)， 分別為 : (1) BSR_Train()。 (2) BSR_ExportSDWord()。 BSR_Train函數(shù) 在 訓(xùn)練語(yǔ)音 時(shí)使用 ，帶有兩個(gè)參數(shù)：所訓(xùn)練的該條語(yǔ)音的序號(hào)和需訓(xùn)練的次數(shù)。 BSR_ExportSDWord函數(shù)在 每五 條語(yǔ)音 命令（為一組）訓(xùn)練成功后調(diào)用，用于將這一組 語(yǔ)音 命令 的特征模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出到一個(gè) 臨時(shí) 自動(dòng)創(chuàng)建 為 100個(gè)字節(jié)的數(shù)組BSR_SDModel[]中，從而可通過(guò)這個(gè)數(shù)組將 語(yǔ)音特征模型 數(shù)據(jù)寫(xiě)入 Flash單元進(jìn)行存儲(chǔ)。 語(yǔ)音識(shí)別的程序主要用四個(gè) API 函數(shù)，分別為： (1) BSR_InitRecognizer()。 (2) BSR_GetResult()。 (3) BSR_DeleteSDGroup(int SDGroupNo)。 (4) BSR_ImportSDWord()。 其中， BSR_InitRecognizer 函數(shù)用于初始化辨識(shí)器，該函數(shù)在主程序中被調(diào)用時(shí)，辨識(shí)器便打開(kāi) 8K 采樣率的 FIQ_TMA 中斷并開(kāi)始將采樣的語(yǔ)音數(shù)據(jù)填入辨識(shí)器的數(shù)據(jù)隊(duì)列中。 BSR_DeleteSDGroup 用于將 RAM 空間中所有的特征模型數(shù)據(jù)刪除，即清除內(nèi) 存。 BSR_ImportSDWord 的作用同 BSR_ExportSDWord 相類似， 是將已訓(xùn)練過(guò)的一組語(yǔ)音特征模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)組 BSR_SDModel[]中，采樣結(jié)果在這里與原特征模型數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配校驗(yàn)。 在 BSR_SDModel[]中所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為 100 字節(jié)，所以 61 單片機(jī)在語(yǔ)音識(shí)別時(shí)一次最多只能同時(shí)識(shí)別五條語(yǔ)音命令，但 61 單片機(jī)的 flash 閃存為 32K，可儲(chǔ)存較多的語(yǔ)音模型數(shù)據(jù)，所以在本次設(shè)計(jì)中希望可以使機(jī)器人能識(shí)別更多條的語(yǔ)音命令，這里采用了一個(gè)比較巧妙的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先將命令分為 5 條一組（共多組）存入 flash 閃存中，第一組命令作為觸發(fā)命令組，在第一次識(shí)別時(shí)根據(jù)識(shí)別的命令載入相應(yīng)的組的特征模型數(shù)據(jù)，在隨后的第二次識(shí)別中在所載入的這一組數(shù)據(jù)中進(jìn)行識(shí)別比較， 流程如圖 所示。 圖 多條語(yǔ)音識(shí)別流程 這種通過(guò)不同的觸發(fā)命令載入相應(yīng)的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別的方法在理論上可以達(dá)到識(shí)別任意條語(yǔ)音命令，本次設(shè)計(jì)中做了 15 條語(yǔ)音命令的識(shí)別。 15 條語(yǔ)音命令分為三組存放，第一組的第一條命令是機(jī)器人的待命狀態(tài)指令，第二條命令即為導(dǎo)入第二組數(shù)據(jù)，第三條命令為導(dǎo)入第三組數(shù)據(jù)。 8 系統(tǒng)功能測(cè)試 硬件檢測(cè) 做好機(jī)器人的硬件部分和軟件部分之后，要讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)軟硬結(jié)合，就必須經(jīng)過(guò)調(diào)試，才能夠達(dá)到課題的要求。在進(jìn)行總體調(diào)試之前，我進(jìn)行了硬件的檢測(cè)： (1)首先是采用萬(wàn)用表進(jìn)行硬件的檢查，由于本硬件需要焊接的器件較多，在焊接的過(guò)程中可能沒(méi)有連接上，元器件的好壞，是否正常工作等。 載入第一組命令 命令一 命令二 載入第二 組命令 載入第三 組命令 命令 a 命令 b ?? 命令 c 命令 c 命令三 載入第四 組命令 ?? ?? ?? （ 2） 由于單片機(jī)的工作電壓是 5V，所以先接入 5V 的電壓看硬件電路板中的發(fā)光二極管是否亮來(lái)判斷電路是否接好。 該部分主要是判斷單片機(jī)能否驅(qū)動(dòng) 直流 電機(jī)。為了提高效率，我先編簡(jiǎn)單的程序只控制 直流 電機(jī)前進(jìn)跟后退。先判斷光電耦合器是否工作。調(diào)試時(shí)先不接 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分 ，而是把光耦的輸出接到 LED 發(fā)光二極管，看 LED 是否會(huì)閃動(dòng)。這部分調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有一個(gè)亮著的 LED 不會(huì)閃動(dòng)，檢查了整個(gè)電路沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn) 題，于是我把幾個(gè)光耦對(duì)換了位置，發(fā)現(xiàn)原來(lái)不閃動(dòng)的 LED 會(huì)閃了，但是對(duì)換光耦位置的另一個(gè) LED 出現(xiàn)了同樣的問(wèn)題。于是我判斷是光耦的問(wèn)題，換了一個(gè)新的，通電后十二個(gè)LED 都會(huì)閃動(dòng)，說(shuō)明電路正常了，接上 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分 ，把 直流電機(jī) 的接線接好，通電后直流 電機(jī)成功實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)。 而電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓是 12V，因此在使用之前也要用 12V 的電源接上電機(jī)，判斷電機(jī)是否可用。 軟件調(diào)試 完成以上的檢測(cè)之后就進(jìn)行軟件的調(diào)試。 調(diào)試 伴舞機(jī)器人 是一個(gè)相當(dāng)繁瑣的過(guò)程，需要反復(fù)調(diào)試 對(duì) 機(jī)器人 多個(gè) 關(guān)節(jié) 直流電機(jī)的控制，而編排舞蹈則是把調(diào)試好的舞 蹈動(dòng)作按一定順序組合起來(lái)。因此在調(diào)試過(guò)程中把編好的每個(gè)子程序分別進(jìn)行調(diào)試。 本設(shè)計(jì)我選擇的是單一的電源供電，但是在調(diào)試初期我先雙電源開(kāi)始調(diào)試，發(fā)現(xiàn)所有的開(kāi)關(guān)器件很難穩(wěn)定地給單片機(jī)送正確值，只有當(dāng)更換新電池或機(jī)器人剛剛啟動(dòng)時(shí)才會(huì)很準(zhǔn)確，經(jīng)過(guò)思考，這都是開(kāi)關(guān)元件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會(huì)萎靡不振，于是我們將所有開(kāi)關(guān)器件劃成一個(gè)部分，由一塊電池專門(mén)供電。 在所有電源開(kāi)啟后，系統(tǒng)即進(jìn)入給定時(shí)間倒計(jì)時(shí)狀態(tài)，而倒計(jì)時(shí)完畢之后，有時(shí)電機(jī)不能正常啟動(dòng)。經(jīng)分析，這是屬于正常情況，因?yàn)槠鋯?dòng)需要克服很大的慣 性，而其電源又不能在瞬間提供很大的電流，所以就沒(méi)有動(dòng)靜。此時(shí)