十大最受欢迎机器人DIY设计精华集锦

        电子发烧友网按：电子工程师在平时的电子设计中，往往从事的研发设计案只涉及到电子知识中的一小部分环节，要是能从自身职业中的桎梏脱离出来，在业余完成一件属于自己的电子杰作，自然乐在其中。在动手制作的过程中更是极大的考验着种种知识的扎实程度和实际动手能力，对各种知识死角进行梳理，从而将各种知识有条理地串起来为以后工作所用。无疑，这次的主题《十大最受欢迎机器人DIY设计精华集锦》——机器人的DIY设计将会是一个起点，请记住，这里只有动手创新，这里没有模仿山寨！

一、外国牛人教你一步步快速打造首台机器人（超详细）

　　电子发烧友网讯：这是一个方法最简单，入门最快速的机器人制造教程。

　　这里面说到的东西都非常简单，看过这些教程以后，你可以在几个小时内制造出一个机器人。何乐而不为呢？

　　由于有很多细小的东西需要你们去了解，以下就给你介绍这些东西，而没有其他。如果你对所要求的掌握的东西有两年的应用经验的话，你可以快速跳过这些介绍，然后个小时完成一个机器人的制作。尽管都很容易，但学习还是要花费时间的，为了有一个美好的周末，让我们花一些时间，去了解这全部的资料。

　　此处还有一起关于怎样建造机器人的另外一些资料。这主要是集中在如何使你更快速的建造机器人。你不需要了解任何的知识？你将会将所有基础性的东西做的很好。

　　材料需求

　　以前购买这些材料是非常困难的，因为没有一个专门的网店能提供所有的东西，你需要从不同的店里购买。

　　但幸运的是有一些网店已经根据说明提供了他们的整套装备，如：

　　Jaxx’s shop（美国网店）

　　Solarbotics shop（加拿大网店）

　　Hobby2go （印度网店）

　　如果你从哪些网店购买东西，你还可以成为letsmakerobots.com的会员，因为要成为上面名单的一员，他们要和我们联系，我们之间就会达成了一种交易。

　　如果你不想买LMR套装，你可以通过google从网店购到你所需要的任何配件。只要在网店上有得卖，无论你在任何国家，你都想得到你想要的产品。

　　无论你通过什么途径得到配件，以下这些是必须的：

　　一个PICAXE-28开发板

　　这个28针的开发板就像马里奥兄弟一样有趣，充满着各种附带的和隐蔽的功能，这会使你有兴趣在上面多次玩弄。这是一个非常好的板子，会令你迫不及待的去做机器人，

　　排针

　　很多时候你买的板子上面会有很多洞，这使你很能将那些东西插到上面。你可以通过把锡丝焊到这些洞上去克服它，另一种方法是加上这些针脚，借此你可以插入那些线。就好像下面展示的那些伺服电机和插槽一样。或许有人会问为什么在出厂前把插针插在洞里。其实我也不知道，可能是为了给我们一个建议。它可以安装插槽到这个板上面，或者这就是原因。

　　你可以得到一长条，可以用手指轻易把它们掰成几段。

　　3个跳线帽

　　将这些插在相连的两个阵脚间，可以连接这两根针。

　　五个以上杜邦线

　　没错，这些东西非常棒，我几年前开始这项业务爱好的时候，这些配件是很难得到的。现在这些东西遍地都是，而且质量都非常好。在这些新机器人业余配件上都有针脚，你可以利用这些跳线轻易的连接所有东西，而不需要焊接，这一切都非常棒。

　　一个USB PICAXE可编程下载线

　　你在电脑上编写程序，把这个插进你的机器人里面，转移程序，拔下，机器人就会自动运行程序。

　　一个PICAXE-28X1 芯片

　　这个芯片是一个微控制器，通常会被解析为“在芯片上的计算机”。这可以被放置在上面介绍的开发板上面，之后它可以透过可编程线从你的电脑烧录程序。

　　程序会提醒操作者“聆听输入”、“考虑”，有时还会做一些计算或者查询数据，之后就做出如下面所说的的马达驱动等输出。

　　我们选择它，因为它很结实，同时易编程，从下面的图片你可以看出来

　　一个L293D 马达驱动芯片

　　我会在下面安装的时候介绍它

　　一个330×8双列直插式排阻

　　这个黄色的芯片，不怎么好看，只是一个排阻，你将会用它来配置你的板以适合你的伺服。

　　一个标准的伺服电机

　　伺服电机是大部分自动应用的基础，为了使它更节省空间，其被封装在一个小箱子里面，然后用一根线去连接，同时有一个可以左右摇摆两百度的传动轴。【详情请参阅：外国牛人教你一步步快速打造首台机器人 】
 

二、工程师电子制作故事：无线网络控制激光坦克机器人

　　电子发烧友网讯：你还记得一个叫“坦克大战的”的游戏么？本文的内容就是尝试将这个经典游戏做成真人版本。作为游戏玩家的你，驾着Arduino 动力坦克用激光射中你的目标。

　　这个项目是透过网页利用Arduino 去控制坦克，这借助Wifly来通信的，具体是通过网页上的控制面板去操纵实现。坦克运用Parallax Ping去躲避障碍物，这是一种瞄准炮台和坦克模型平台定位的伺服系统。

　　你问我为什么干这个？因为我和大家一样都想去做一个能发射激光的坦克。
 

　　Step1：制造这个坦克你需要准备以下东西：

　　-双转子变速电动机

　　-坦克履带板

　　-坦克底板（在此放双转子电动机）

　　-电动机保护罩

　　-工具集合板（包括PCB，LED，排插，电阻，螺丝钉等）

　　-激光笔

　　-超声波距离探测传感摄像头模块

　　-迷你伺服器

　　-螺母，螺钉，树脂玻璃等

　　-直流充电器

　　-7.2v电池

　　-无线天线模块

　　-过孔PCB印制电路板

　　做那个被攻击的目标，你要一下配件：

　　-单板控制器（估计单片机亦可代替）

　　-可编程光频率IC

　　-三色LED灯

　　Step2：组装坦克

　　你需要装配以下产品：

　　-齿轮箱

　　-坦克履带板

　　-工具集合板

　　我用螺母和螺栓去为ARDUINO、伺服和PING造了一个平台

　　我照着一般金属板的装置尺寸弄了另一个有机玻璃的平台。

　　这激光笔可以装在伺服器的角上

　　我最得意之处就是弄Arduino Motor Shield时虽然用了很多的插针，但你不能看到它，骤眼望过去就像是在内部用铁线连接的。我觉得这非常有用，因此我赶快把它记录了下来。

　　Step3：电源

　　这坦克马达需要很耗电，我不想AA电池或9V电池损耗得那么快，RC汽车团体已经花时间搞出了一个功耗稍微小点的产品，因此我选用了非常好的7.2V 1750ma电池和一个相当不错的Sport II充电器。

　　然后用一个接插头把电池接到马达外壳的接线柱上面。【详情请参阅：工程师电子制作故事：无线网络控制激光坦克机器人 】

三、工程师电子制作故事：WIFI机器人DIY设计

　　在经历了十多天的疯狂淘宝、组装、调试、拆卸、再组装、再调试的过程后，我的Wifi Robot终于面世！！泪流满面！下面简单写写制作过程，也好给自己留个存档。

　　

　　俺用的方案是igee论坛的wifi小车方案，驱动板与控制程序都是现成滴……不过现在发现吃现成的虽然方便，但是扩展功能却少得可怜。下一步打算买块arduino板自己研究一下重新组装小车，自己写写程序什么的。

　　Wifi Robot，顾名思义就是通过wifi无线网控制的机器人，比起普通的遥控车遥控机器人来，它的好处就是遥控信号覆盖范围可以做到很广，也可以通过互联网远程遥控，这样的话就可以派生出很多新的应用，比如视频监控等等。因为是新手初学，机器人的外形和功能上还比较粗糙，高手看到了不要笑话~

　　1.准备工作

　　罗列一下零件清单：

　　亚克力车架×1：65元

　　igee小车驱动板带5110屏×1：150元

　　超声波传感器×1：40元

　　大亚DB120-B1无线路由×1：45元

　　301芯片摄像头×5：第一次买的一个10块，让我把线扯断了焊不上了，废弃。第二次买的一个10块，又坏了……第三次买了仨，每个5块。至今正常。合计35。

　　广角镜头×1：5.3元

　　辉盛M995舵机×2:70元

　　舵机云台支架×1：32元

　　步进马达套件×4:144元

　　12V4800mAh锂电池：87元

　　杜邦线螺丝螺帽等等配件若干……

　　合计：673.3元

　　由于是第一次进行机器人制作，工具基本没有，光买电烙铁热熔胶枪电钻万用表就花了不少钱。加上乱七八糟的花销，总共1200+。一个多月的生活费没了……

　　大家欣赏一下我的工作环境

　　寝室条件比较简陋……电脑画面为机器人控制界面

　　

　　在买到亚克力车架和电钻之前我的小车一直使用个纸盒做车架的。纸盒虽然加工方便，但是太软，小车经常跑偏。而且由于轮距不合适，加装舵机云台之后由于载重增加导致转弯阻力太大，小车基本转不动了。

　　

　　拆之前忘了照相，只好拆完拼凑一下。依稀还可以看出原来小车的影子。

　　亚克力板很便宜，易于加工，完全可以不买成品板自己加工出来。但是缺点是不如铝板结实和拉风，上螺丝时容易出现裂纹。如果选用铝做车架的话，可以考虑用铝盒或角铝，经过简单加工也是非常好的车架。

　　3.正式开工！

　　首先在底盘上安装马达支架。在合适的地方打孔并安装马达支架。注意孔径不要太小，不然强行上螺丝会导致亚克力开裂。另外打孔时先用锥子之类的定位就不会打偏了。

　　如果是自制车架的话，要考虑好轮距。我做的是四驱小车，左右转弯要靠两侧的车轮反转实现，轮距太宽容易造成转弯阻力太大。

　　

　　正面固定好驱动板。可以考虑用铜柱把板子架高，方便线通过。

　　

　　安装步进马达并焊好控制线。焊之前先给线头沾点松香上锡，焊起来会比较方便。另外这片驱动板的舵机供电部分采用的是一片L7805，工作时发热较大，我用螺丝固定在了铝制马达支架上帮助散热，用金属车身的话效果当然更好了。【详情请参阅：工程师电子制作故事：WIFI机器人DIY设计 】
 

四、工程师电子制作故事：WIFI/3G太阳能机器人DIY设计

　　

　　这个四轮驱动机器人的底盘完全由手工打造，无论是轮子还是底盘，大家可以看看图哦

　　将最近做的一个基于WIFI，3G控制的四轮驱动机器人拿出来与大家分享一下！

　　轮子是由一个铝合金外罩，内部嵌入钢轮，再连接减速电机，轮子的外面很清晰的可以看是有橡胶用502粘起来，效果不错哦。

　　

　　

　　下面介绍一下机器人的功能：

　　这是一个无线远程端控制型四轮驱动机器人，带有水平垂直控制云台，云台上搭载一个豆干摄像头，3.6MM镜头，可以看到较广的视野。3度机械手，可以实现较难度的控制，

　　搭载一个12864控制显示液晶模块。

　　

　　外加一个无线网卡实现无线控制。实现寻迹、前后四方向自动壁障，太阳能充电，16.5V电池管理和编程自动化等功能。

　　

　　虽然自动寻迹，自动壁障，太阳能充电，还没做，不过都是简单的几个功能。
　　下面详细介绍各部分

　　

　　我喜欢而且最费时间的是底盘部分，毕竟基础一定要打好，不然会翻车哦，底盘很重，完全有金属打造，轮子外圈采用中空铝合金，由于里面是中空的，所以得装中心轴，而中心轴采用经过打磨的纯钢圈，再里面是铜轴与减速电机连接，所以较复杂也费时间。底盘面也采用钢板构架。与电机固定的是铁支架，所以整套底盘完完全全由钢铁制作。减速电机的速度为30圈每分钟。速度不是很快，但很精确。【详情请参阅：工程师电子制作故事：WIFI/3G太阳能机器人DIY设计 】

五、工程师电子制作故事：太阳能卫星陀螺机器人DIY设计

　　

　　本项目介绍的是太阳能卫星机器人，同样是采用太阳能脉动充放电控制电路，但是却是另外一种全新的运动方式——以陀螺旋转的方式移动，所以又称为太阳能陀螺机器人。

　　如果了解BEAM机器人的朋友，可能对这样造型的机器人已经很熟悉了——三脚支架中的两脚，加上连接电机的底部转盘，总共三点支撑地面，晒会太阳充会电，电机驱动转盘转动再带动机器人移动。

　　一、基本原理

　　1.1、驱动原理

　　1.2、机械结构

　　1.3、电路原理

　　二、准备工作

　　三、制作过程

　　3.1、电路焊接

　　3.2、三脚支架

　　3.3、电 路 板

　　3.4、电机支架

　　3.5、整机组装

　　3.6、整机调试

　　四、效果展示

　　五、扩展完善

　　5.1、功能扩展

　　5.2、版本升级

　　六、常见问题

　　七、项目总结

　　从以上插图我们可以看到两种不同的造型，不过原理都是基本一样的，只不过结构上有一点区别（有一个带了碰撞环，这个后面会具体说明）。

　　一、基本原理

　　本项目的机器人的外形像一个人造卫星，是以太阳能电池作为电源，电机驱动底部的转盘转动，从而带动整个机器人移动。由于以自身转动的方式进行移动的，就像一个旋转的陀螺，所以本项目机器人又可称为“陀螺机器人”。

　　1、驱动原理

　　本项目的驱动原理也是比较简单的，主要是电机带动底部的转盘转动——机器人有一个三脚支架，同时只有相邻的某两脚支撑地面，再加上底部连接电机的转盘，“两脚＋转盘”——三点支撑地面。电机带动转盘转动，则其中一点转动，另外两点支撑，机器人就可以整体移动。

　　

　　2、机械结构

　　本项目机器人有一个三脚支脚，主要有三种情况的结构，稍微通过调整就可以有不同的运行效果。

　　1、如果是三脚支架离地比较高（相对于转盘），且底部用直径比较小的转盘，则三点平衡比较稳定，每完成一次充电周期后电机转动只能带动转盘转一点距离，一般只能是由一组相邻的双脚交换为下一组相邻的双脚支撑地面，每周期移动的距离比较小。【详情请参阅：工程师电子制作故事：太阳能卫星陀螺机器人DIY设计 】

六、德国首台月球自动驾驶探测机器人曝光（图文）

　　电子发烧友网讯：为了获得搜索引擎巨头Google举办的“太空竞赛”中价值2000万美元的头奖，德国的Google Lunar X-PRIZE团队Part-Time Scientists（PTS）计划在2014年将其Asimov月球车发射到月球表面。

　　如果这个计划成功，那么Asimov将会成为月球上第一部自动驾驶的探测车。Asimov获得了其应用到的GPU的制造商英伟达（Nvidia）的全程赞助。

　　

PTS制造的月球探测器Asimov

　　这个探测车就其本身来说是德国航空中心的机械人学与机械电子学研究所和PTS合作的产物。

　　来自16个国家的26支队伍参加了以上这个挑战，这个竞赛另外还提供1000万给其他竞争者去分配。为了获得这2000万奖金，这些队伍的探测器必须在地球上软着陆，同时能在月球上面漫游至少五百米，也需要把高分辨率的视频和图像传回地球。除此之外，Google Lunar X PRIZE还提供一个“Apollo Heritage Bonus ”奖捕获到“阿波罗”计划中遗留的物品画面的队伍。【详情请参阅：德国首台月球自动驾驶探测机器人曝光 】

七、一种智能小车机器人设计方案

　　实现汽车智能化的技术非常多， 本文利用目前比较热门的技术语音控制技术， 实现小车自动前进、后退、左拐、右拐等， 当然所设计的小车只是智能汽车的微模型， 还处于模拟演示阶段， 要真正实现智能汽车为人服务还有很长一段距离。

　　1 智能车的核心控制器

　　SPCE061A 是一款16位独具语音特色的控制器， 片内采用的nSPTM ( microcontro ller and signal processor) 核心处理器， 具有较高的处理速度， 能够完成16位算术逻辑运算、16 × 16位硬件乘法运算和DSP内积滤波运算， 能够快速处理复杂的数字信号， 不需要额外的专用语音控制芯片， 就能实现语音的编解码等， 既节省了设计成本， 又能满足一定的控制要求。控制器采用模块化架构， 集成了ICE(在线仿真)、锁相环振荡器、时基控制器、7通道10位AD转换器、单通道AD+ AGC(自动增益)转换器、双通道10位DA转换器、通用异步通信接口、串行输入输出接口、电压监控等模块， 其结构如图1所示。

　　

 

　　图1 SPCE061A 控制器的结构图

　　2 智能小车的总体设计

　　智能小车整体主要由语音输入电路、语音输出电路、SPCE061A 控制器、驱动电路等组成。小车的SPCE061控制器通过内置麦克放大器和自动增益功能的A /D 通道、D /A通道实现语音控制， 语音触发小车动作， 小车动作后， 随时可以通过语音指令改变小车的运动状态， 如果行进过程中遇到前方有障碍， 小车会自动停车。

　　3 智能小车的硬件设计

　　1) 语音输入电路。

　　小车的语音输入电路如图2所示。其中， VM IC 提供传声器的电源， VSS是系统的模拟地， VCM 为参考电压， 1脚和2脚分别是传声器X1 的正极、负极的输入引脚。当对着传声器讲话时， 1脚和2 脚将随着传声器输入的声音产生变化的波形， 并在SPCE061A 的两个端口处形成两路反相的波形， 送到SPCE061A 控制器内部的运算放大器进行音频放大， 经过放大的音频信号， 通过ADC转化器转化为数字量， 保存到相应的寄存器中, 然后对这些数字音频信号进行压缩、辨识、播放等处理。

　　

 

　　图2 语音输入电路

　　2) 语音输出电路。

　　小车的语音输入电路如图3所示。其中， VDDH 为参考电压， VSS是系统的模拟地。音频信号由SPCE061A 的DAC引脚输出送到电路的9端， 通过音量电位器R9的调节端送到集成音频功率放大器SPY0030, 经音频放大后， 音频信号从SPY0030输出经J2端口外接扬声器播放声音。【详情请参阅：智能小车机器人设计方案 】


八、74HC240制作寻光机器人

　　本文将给读者介绍我制作的另一部由74HC240作为主控核心的寻光机器人，依然贯彻低技术、低成本的制作理念，与大家共赏。

　　控制核心的深入分析

　　施密特触发器

　　施密特触发器的阀值电压决定了系统的给定值，施密特触发器的特性也就决定了这个系统的特性。因此有必要深入了解一下这个器件的特点。

　　施密特触发器是由美国科学家Otto Herbert Schmitt于1934年发明的，当时他只是一个研究生。事后三年，他在其博士论文中将这一发明描述为“Thermionic Trigger”。这一发明是他对鱿鱼神经中的神经脉冲传播进行研究的直接成果。在电子学中，施密特触发器是包含了正反馈的比较器电路。施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持;对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阀值电压和负向阀值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阀值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阀值电压。正向阀值电压与负向阀值电压之差称为回差电压。对于标准施密特触发器，当输入电压高于正向阀值电压，输出为高;当输入电压低于负向阀值电压，输出为低;当输入在正负向阀值电压之间，输出不改变，也就是说输出由高电平翻转为低电平，或是由低电平翻转为高电平对应的阀值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时，输出才会变化。这种双阀值动作被称为迟滞现象，表明施密特触发器有记忆性，可用于在开环配置中的抗干扰。

　　改进版的控制核心

　　图2为改进版的寻光机器人，核心部分由一对光敏二极管和74HC240集成电路构成。74HC240是一片功能强大的三态缓冲器，芯片内部集成了8路带有施密特触发器输入特性的反向缓冲器。在数字计算机中，这类缓冲器的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据，有了数控缓冲器，就可以使高速工作的CPU部分与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据传送的同步。这个改进版的寻光机器人，因为有了74HC240的加盟，使得机器人的控制系统即可以继承到上文所介绍的施密特触发器的全部好处，又可以借助缓冲器的作用，来协调机器人电子部分与机械结构之间的配合。实际制作完成以后的机器人运行方式，介于模拟控制与数字控制之间，因此它的设计者也给它起了一个形象的名字“Bare Bones Photovore”，我把它翻译为“准系统寻光机器人”。线路图中的U1和U2分别各代表了74HC240芯片内一组并联工作的驱动器。

　　

 

　　图2 74HC240寻光机器人线路图

　　图3是74HC240的框图，可以看到芯片内部由两组带有使能输入端的反向缓冲器组成，输入端和输出端分别为A1, A2, A3,A4, B1, B2, B3, B4(对应管脚2, 4, 6, 8, 11, 13, 15, 17);YA1,YA2, YA3, YA4, YB1, YB2, YB3, YB4(对应管脚 18, 16, 14, 12, 9, 7,5, 3)。使能输入端为Enable A, Enable B (对应管脚1, 19)，电源正(对应管脚20)，电源地(对应管脚10)。

　　

 

　　图3 74HC240内部图

　　缓冲器分为两种，常规缓冲器和三态缓冲器。常规缓冲器总是将值直接输出，用在推进电流到高一级的电路系统。三态缓冲器除了常规缓冲器的功能外，还设置有使能输入端，这里对应的是74HC240的第1脚和第19脚。从图4的真值表中可以看出当使能端电平不同时缓冲器有不同的输出值。当Enable A,Enable B=0时，芯片选通，缓冲器工作;当Enable A, EnableB=1，缓冲器被阻止，无论输入什么值，输出的总是高阻抗状态，用Z表示。高阻抗状态能使电流降到足够低，以致于类似缓冲器的输出没有与任何电路相连。【详情请参阅：74HC240制作寻光机器人 】

九、单片机实现的简易智能机器人

　引言

　　随着微电子技术的不断发展，很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。目前人们已经完全可以设计并制造出具有某些特殊功能的简易智能机器人。

　　1 设计思想与总体方案

　　1.1 简易智能机器人的设计思想

　　本机器人能在任意区域内沿引导线行走，自动绕障，在有光源引导的条件下能沿光源行走。同时，能检测埋在地下的金属片，发出声光指示信息，并能实时存储、显示检测到的断点数目以及各断点至起跑线间的距离，最后能停在指定地点，显示出整个运行过程的时间。

　　1.2 总体设计方案和框图

　　本设计以AT89C5l单片机作为检测和控制核心。采用红外光电传感器检测路面黑线及障碍物，使用金属传感器检测路面下金属铁片，应用光电码盘测距，用光敏电阻检测、判断车库位置，利用PWM(脉宽调制)技术动态控制电动机的转动方向和转速。通过软件编程实现机器人行进、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。通过对电路的优化组合，可以最大限度地利用51单片机的全部资源。

　　P0口用于数码管显示，P1口用于电动机的PWM驱动控制，P2，P3口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的优点是：充分利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的成本。该方案总体方案见图1。

　　

 

　　2 系统的硬件组成及设计原理

　　此系统的硬件部分由单片机单元、传感器单元、电源单元、声光报警单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成，如图2所示。

　　

 

　　2.1 单片机单元

　　本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。其主要任务是扫描键盘输入的信号启动机器人，在机器人行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机，同时将相关数据送显示单元动态显示，产生声光报警信号。其中，P0用于数码管动态显示，P1.0一P1.5控制2个电机，P1.6、P1.7为独立式键盘接口，P2接传感器，P3.2接计里程的光电码盘，P3.7接声光报警单元，P3.4、P3.5、P3.6接用于显示断点数目的发光二极管。【详情请参阅：单片机实现的简易智能机器人 】
 

十、基于DSP和FPGA的机器人声控系统设计

　　1 引言

　　机器人听觉系统主要是对人的声音进行语音识别并做出判断，然后输出相应的动作指令控制头部和手臂的动作，传统的机器人听觉系统一般是以PC机为平台对机器人进行控制，其特点是用一台计算机作为机器人的信息处理核心通过接口电路对机器人进行控制，虽然处理能力比较强大，语音库比较完备，系统更新以及功能拓展比较容易，但是比较笨重，不利于机器人的小型化和复杂条件下进行工作，此外功耗大、成本高。本次设计采用了性价比较高的数字信号处理芯片TMS320VC5509作为语音识别处理器，具有较快的处理速度，使机器人在脱机状态下，独立完成复杂的语音信号处理和动作指令控制，FPGA系统的开发降低了时序控制电路和逻辑电路在pcb板所占的面积，使机器人的“大脑”的语音处理部分微型化、低功耗。一个体积小、低功耗、高速度能完成特定范围语音识别和动作指令的机器人系统的研制具有很大的实际意义。

　　2 系统硬件总体设计

　　系统的硬件功能是实现语音指令的采集和步进电机的驱动控制，为系统软件提供开发和调试平台。如图1所示。

　　

　　系统硬件分为语音信号的采集和播放，基于DSP的语音识别，FPGA动作指令控制、步进电机及其驱动、DSP外接闪存芯片，JTAG口仿真调试和键盘控制几个部分。工作流程是麦克风将人的语音信号转化为模拟信号，在经过音频芯片TLV320AIC23量化转化成数字信号输入DSP．DSP完成识别后，输出动作指令。

　　FPGA根据DSP输入的动作指令产生正确的正反转信号和准确的脉冲给步进电机驱动芯片，驱动芯片提供步进电机的驱动信号，控制步进电机的转动。片外FLASH用于存储系统程序和语音库并完成系统的上电加载。JTAG口用于与PC机进行联机在线仿真，键盘则用于参数调整和功能的切换。

　　3 语音识别系统设计

　　3．1 语音信号的特点

　　语音信号的频率成分主要分布在300～3400Hz之间，根据采样定理选择信号的采样率为8 kHz。语音信号的一个特点在于他的“短时性”，有时在一个短时段呈现随机噪声的特性，而另一段表现周期信号的特性，或二者兼而有之。语音信号的特征是随时间变化的，只有一段时间内，信号才表现稳定一致的特征，一般来说短时段可取5～50 ms，因此语音信号的处理要建立在其“短时性”上，系统将语音信号帧长设为20 ms，帧移设为10 ms，则每帧数据为160×16 b。

　　3．2 语音信号的采集和播放

　　语音采集和播放芯片采用的是TI公司生产的TLV320AIC23B，TLV320AIC23B的模数转换（ADC）和数模转换（DAC）部件高度集成在芯片内部，芯片采用8 k采样率，单声道模拟信号输入，双声道输出。TLV320AIC23具有可编程特性，DSP可通过控制接口来编辑该器件的控制寄存器，而且能够编译SPI，I2C两种规格的接口，TLV320AIC23B与DSP5509的电路连接如图2所示。

　　

　　DSP采用I2C口对TLV320AIC23的寄存器进行设置。当MODE=O时，为I2C规格的接口，DSP采用主发送模式，通过I2C口对地址为0000000～0001111的11个寄存器进行初始化。I2C模式下，数据是分为3个8 b写入的。而TLV320AIC23有7位地址和9位数据，也就是说，需要把数据项上面的最高位补充到第二个8 B中的最后一位。

　　MCBSP串口通过6个引脚CLKX，CLKR，FSX，FSR，DR和CX与TLV320AIC23相连。数据经MCBSP串口与外设的通信通过DR和DX引脚传输，控制同步信号则由CLKX，CLKR，FSX，FSR四个引脚实现。将MCBSP串口设置为DSP Mode模式，然后使串口的接收器和发送器同步，并且由TLV320AIC23的帧同步信号LRCIN，LRCOUT启动串口传输，同时将发送接收的数据字长设定为32 b（左声道16 b，右声道16 b）单帧模式。

　　3．3 语音识别程序模块的设计

　　为了实现机器人对非特定人语音指令的识别，系统采用非特定人的孤立词识别系统。非特定人的语音识别是指语音模型由不同年龄、不同性别、不同口音的人进行训练，在识别时不需要训练就可以识别说话人的语音［2］。系统分为预加重和加窗，短点检测，特征提取，与语音库的模式匹配和训练几个部分。【详情请参阅：基于DSP和FPGA的机器人声控系统设计 】

预知更多机器人DIY相关设计大全，请右戳：http://www.elecfans.com/zhuanti/DIY_Robot.html