【花雕动手做】行空板 K10 方盒内置式麦轮语音识别小车

【[花雕动手做] 行空板 K10 系列实验之方盒麦克纳姆轮内置式四驱语音识别小车 #人工智能技术 #语音识别 #行空板K10 #DIY动手做 #科技改变生活】
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实验场景图与视频记录

Mind+图形编程

代码解读
一、项目整体概况
### 硬件组合
行空板 K10 主控 + 离线 ASR 语音识别模块 + Microbit 四路直流电机驱动板 + 四轮麦克纳姆轮底盘
### 核心功能
1. 离线语音唤醒：唤醒固定关键词「你好小新」，唤醒后才可操控小车；
2. 7 条拼音语音指令：前进、停车、后退、右横移、左横移、原地转圈、斜向直行；
3. 麦克纳姆全向移动：依靠 45° 斜辊分力抵消原理，实现直行、横移、零半径自转、斜走；
4. 分级差异化调速：直行 / 横移低速稳行、转圈中速、斜向行走全速；
5. LCD 屏幕实时文字反馈，分层展示唤醒提示、小车运动状态。
二、头文件与全局对象解析
[code]#include "asr.h"
#include "unihiker_k10.h"
#include [/code]
1. `asr.h`：离线语音识别库，提供持续收音、人声唤醒、拼音指令匹配功能；
2. `unihiker_k10.h`：行空板底层驱动，封装屏幕画布、硬件初始化、IO 操作 API；
3. `Microbit_Motor.h`：四路电机专用驱动库，独立控制 M1 左前 / M2 右前 / M3 右后 / M4 左后四个麦轮电机。
[code]UNIHIKER_K10 k10;
ASR asr;
uint8_t screen_dir=2;
Microbit_Motor motorbit;[/code]
- `k10`：行空板主控实例，统一管理屏幕、主板通信总线；
- `asr`：语音识别实例，处理麦克风收音与人声解析；
- `screen_dir=2`：屏幕倒置显示，适配小车安装视角；
- `motorbit`：四路电机驱动实例
- `CW`：电机顺时针旋转
- `CCW`：电机逆时针旋转
- 速度参数范围 0~255，数值越大转速越快。
三、setup () 上电初始化（开机仅执行 1 次）
1. `k10.begin();`
初始化行空板全部底层硬件：I2C、串口、LCD 屏幕、板载外设总线。
2. 语音模块初始化
[code]asr.asrInit(CONTINUOUS, CN_MODE, 10000);
while(asr._asrState == 0){delay(100);}[/code]
- `CONTINUOUS`：不间断持续收音；
- `CN_MODE`：中文拼音识别模式，仅识别预存口令；
- `10000`：高抗噪灵敏度，过滤环境杂音，减少误唤醒；
- 循环阻塞等待语音识别模型加载完成，避免未就绪调用报错。
3. 屏幕初始化
[code]k10.initScreen(screen_dir);
k10.creatCanvas();[/code]
按倒置参数点亮屏幕，创建画布缓存，文字先存入缓存再统一刷新，降低屏幕闪烁。
4. 注册 7 条语音指令
[code]asr.addASRCommand(0+1, "qian jin"); // ID1 前进
asr.addASRCommand(1+1, "ting che"); // ID2 停车
asr.addASRCommand(2+1, "hou tui"); // ID3 后退
asr.addASRCommand(3+1, "you heng"); // ID4 右横移
asr.addASRCommand(4+1, "zuo heng"); // ID5 左横移
asr.addASRCommand(5+1, "zhuan quan"); // ID6 原地转圈
asr.addASRCommand(6+1, "xie zou"); // ID7 斜着走[/code]
离线语音模块仅能识别提前录入的拼音口令，无法识别未注册词语。
四、loop () 无限主循环，实时监听语音并控制小车
### 1. 唤醒状态屏幕提示逻辑
`asr.isWakeUp()` 判断是否识别唤醒词「你好小新」
- 唤醒成功：画布第 6 行红色文字 `已唤醒行空板小车.......`；
- 未唤醒待机：画布第 4 行蓝色文字 `唤醒词为“你好小新”`；
`updateCanvas()` 将画布缓存一次性刷新到实体屏幕。
### 2. Microbit 电机库核心 API
1. `motorRun(通道, 转向, 速度)`
- 通道：`ALL`同时控制四路电机 / M1/M2/M3/M4 单独单路；
- 转向：`CW`顺时针、`CCW`逆时针；
2. `motorStop(ALL)`：切断四路电机全部动力，小车立即锁死静止。
### 3. 每条语音指令电机控制逻辑
#### （1）qian jin 前进，速度 102
[code]motorbit.motorRun(ALL, CCW, 102);[/code]
四轮全部同步逆时针低速运转，麦克纳姆轮横向分力两两抵消，仅保留向前合力，行驶平稳不窜动。
#### （2）ting che 停车
[code]motorbit.motorStop(ALL);[/code]
四路电机同步断电刹车，小车立刻静止。
#### （3）hou tui 后退，速度 102
[code]motorbit.motorRun(ALL, CW, 102);[/code]
四轮全部同步顺时针低速反转，合力向后，直线平稳倒退。
#### （4）you heng 右横移，速度 100
[code]motorbit.motorRun(M1, CW, 100);
motorbit.motorRun(M2, CCW, 100);
motorbit.motorRun(M3, CCW, 100);
motorbit.motorRun(M4, CW, 100);[/code]
四轮差速配合，前后纵向推力完全抵消，只保留向右横向分力，整车平行右滑。
#### （5）zuo heng 左横移，速度 100
[code]motorbit.motorRun(M1, CCW, 100);
motorbit.motorRun(M2, CW, 100);
motorbit.motorRun(M3, CW, 100);
motorbit.motorRun(M4, CCW, 100);[/code]
电机转向与右横移全部反向，纵向分力抵消，合力向左，整车平行左滑。
#### （6）zhuan quan 原地转圈，速度 150
[code]motorbit.motorRun(M1, CCW, 150);
motorbit.motorRun(M2, CCW, 150);
motorbit.motorRun(M3, CW, 150);
motorbit.motorRun(M4, CW, 150);[/code]
左前、右前轮一组同向，右后、左后轮另一组反向，仅产生旋转力矩，无平移分量，原地顺时针自转，转速高于直行。
#### （7）xie zou 斜着走，速度 200
[code]motorbit.motorRun(M1, CW, 200);
motorbit.motorRun(M3, CW, 200);[/code]
仅左前 M1、右后 M3 电机全速运转，M2、M4 停机，推力合成左前方斜向直行。
### 4. 屏幕清理
[code]k10.canvas->canvasClear(6);[/code]
清空画布第 6 行及下方所有文字，清除唤醒提示残留内容，避免新旧文字重叠出现残影。
五、运动模式电机参数对照表

六、完整设备运行流程
1. 设备上电，初始化行空板硬件、语音识别模块，循环等待语音模型加载完成；
2. 初始化倒置 LCD 屏幕、创建绘图画布，批量注册 7 条拼音语音指令；
3. 麦克风不间断持续监听唤醒词「你好小新」；
4. 识别唤醒词后屏幕红色文字提示，未唤醒则蓝色文字提示唤醒口令；
5. 说出对应语音口令，四路电机按照麦克纳姆轮矢量差速逻辑运转，屏幕同步打印车辆运行状态；
6. 循环末尾自动清空屏幕下方文字，持续循环等待下一条语音指令。

【花雕动手做】行空板 K10 系列实验之方盒麦克纳姆轮内置式四驱语音识别小车
实验开源代码
[code]// 引入离线语音识别库asr.h：提供语音唤醒、拼音指令识别、持续收音监听全套功能
#include "asr.h"
// 行空板K10主板底层驱动库：封装LCD屏幕、画布绘制、主板硬件初始化、系统总线管理API
#include "unihiker_k10.h"
// Microbit四路电机驱动库，专门适配四轮麦克纳姆轮底盘，独立控制M1/M2/M3/M4四路直流减速电机
#include
// ===================== 全局硬件对象实例化 =====================
UNIHIKER_K10 k10; // 行空板主控实例，统一管理屏幕、板载IO、底层通信总线
ASR asr; // 离线语音识别模块实例，负责麦克风收音、人声解析、唤醒判断
uint8_t screen_dir=2; // 屏幕旋转配置参数：数值2 = 屏幕倒置显示，适配小车安装视角
Microbit_Motor motorbit; // 四路电机驱动实例
/* 麦克纳姆四轮底盘电机编号标准定义
M1 = 左前轮
M2 = 右前轮
M3 = 右后轮
M4 = 左后轮
CW = Clockwise 电机顺时针旋转
CCW = CounterClockwise 电机逆时针旋转
速度参数取值范围 0~255，数值越大PWM占空比越高，电机转速越快 */
//=====================================================================
// setup() 上电初始化函数，设备开机/重启仅执行1次
// 功能：初始化主板硬件、语音识别模块、LCD画布，注册7条麦轮小车语音拼音指令
//=====================================================================
void setup() {
// 初始化行空板全部底层硬件资源：I2C、串口、屏幕、板载外设、IO总线
k10.begin();
// 离线语音识别模块初始化，传入3个核心配置参数
// 1.CONTINUOUS：持续收音模式，麦克风不间断循环监听环境人声
// 2.CN_MODE：中文识别模式，仅支持预先注册的中文拼音口令识别
// 3.10000：收音抗噪灵敏度阈值，数值越高过滤环境杂音、防止误唤醒能力越强
asr.asrInit(CONTINUOUS, CN_MODE, 10000);
// 阻塞循环等待语音识别模型加载完成
// _asrState == 0 代表语音模块未就绪，每100ms检测一次状态，避免未初始化调用导致程序报错
while(asr._asrState == 0){delay(100);}
// 根据screen_dir=2参数初始化倒置LCD显示屏
k10.initScreen(screen_dir);
// 创建屏幕绘图画布缓存区，所有文字先写入缓存，再统一刷新到屏幕，减少高频刷屏闪烁
k10.creatCanvas();
// 批量注册7条离线语音控制指令，离线ASR仅能识别提前录入的拼音
asr.addASRCommand(0+1, "qian jin"); // ID=1 语音口令：前进
asr.addASRCommand(1+1, "ting che"); // ID=2 语音口令：停车
asr.addASRCommand(2+1, "hou tui"); // ID=3 语音口令：后退
asr.addASRCommand(3+1, "you heng"); // ID=4 语音口令：右横移
asr.addASRCommand(4+1, "zuo heng"); // ID=5 语音口令：左横移
asr.addASRCommand(5+1, "zhuan quan"); // ID=6 语音口令：原地转圈
asr.addASRCommand(6+1, "xie zou"); // ID=7 语音口令：斜着走（斜向直行）
}
//=====================================================================
// loop() 主循环函数，硬件初始化完成后无限循环持续运行
// 功能：实时检测语音唤醒状态、匹配语音指令、输出四路电机控制信号，屏幕同步刷新小车运行状态文字
//=====================================================================
void loop() {
// 检测麦克风是否识别到固定唤醒关键词【你好小新】
if (asr.isWakeUp()) {
// 唤醒成功：在画布第6行绘制红色提示文字 RGB=0xFF0000
k10.canvas->canvasText("已唤醒行空板小车.......", 6, 0xFF0000);
// 将画布缓存内所有文字一次性刷新输出到实体LCD屏幕
k10.canvas->updateCanvas();
}
else {
// 未唤醒待机状态：画布第4行绘制蓝色提示文字 RGB=0x0000FF，提示用户唤醒口令
k10.canvas->canvasText("唤醒词为“你好小新”", 4, 0x0000FF);
k10.canvas->updateCanvas();
}
// ==========语音指令ID1：qian jin 小车直线前进（CCW四轮同步逆时针，低速102）==========
if (asr.isDetectCmdID(0+1)) {
// ALL参数代表同时控制M1/M2/M3/M4全部四路电机，统一逆时针旋转，速度102（中低速，行驶更稳）
// 四轮同向转动后，麦克纳姆轮横向分力两两抵消，仅保留向前的纵向合力，车身笔直前进
motorbit.motorRun(ALL, CCW, 102);
// 屏幕绘制状态大字：参数依次为 X坐标,Y坐标,文字黑色RGB,中英文字体,字号50,自动换行开启
k10.canvas->canvasText("K10 小车前进", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
k10.canvas->updateCanvas();
}
// ==========语音指令ID2：ting che 小车全部电机刹车停机==========
if (asr.isDetectCmdID(1+1)) {
// motorStop(ALL)：同时切断四路电机驱动输出，电机断电锁死，小车立刻静止
motorbit.motorStop(ALL);
k10.canvas->canvasText("K10 小车停止", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
k10.canvas->updateCanvas();
}
// ==========语音指令ID3：hou tui 小车直线后退（CW四轮同步顺时针，低速102）==========
if (asr.isDetectCmdID(2+1)) {
// 四轮全部顺时针反转，与前进转向完全反向，纵向合力向后，车身直线倒退
motorbit.motorRun(ALL, CW, 102);
k10.canvas->canvasText("K10 小车后退", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
k10.canvas->updateCanvas();
}
// ==========语音指令ID4：you heng 车身整体向右横向平移，速度100==========
if (asr.isDetectCmdID(3+1)) {
// 麦克纳姆轮标准右横移差速组合：前后纵向推力完全抵消，仅保留向右横向合力
motorbit.motorRun(M1, CW, 100); // 左前轮顺时针
motorbit.motorRun(M2, CCW, 100); // 右前轮逆时针
motorbit.motorRun(M3, CCW, 100); // 右后轮逆时针
motorbit.motorRun(M4, CW, 100); // 左后轮顺时针
k10.canvas->canvasText("K10 小车右横", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
k10.canvas->updateCanvas();
}
// ==========语音指令ID5：zuo heng 车身整体向左横向平移，速度100==========
if (asr.isDetectCmdID(4+1)) {
// 所有电机转向与右横移完全反向，纵向分力抵消，横向合力向左，整车平行左滑
motorbit.motorRun(M1, CCW, 100); // 左前轮逆时针
motorbit.motorRun(M2, CW, 100); // 右前轮顺时针
motorbit.motorRun(M3, CW, 100); // 右后轮顺时针
motorbit.motorRun(M4, CCW, 100); // 左后轮逆时针
k10.canvas->canvasText("K10小车左横", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
k10.canvas->updateCanvas();
}
// ==========语音指令ID6：zhuan quan 原地顺时针转圈，转速150（比平移更快）==========
if (asr.isDetectCmdID(5+1)) {
// 对角电机同方向、两组对角反向转动，只产生纯旋转力矩，无前后左右平移分量，零半径原地自转
motorbit.motorRun(M1, CCW, 150); // 左前轮逆时针
motorbit.motorRun(M2, CCW, 150); // 右前轮逆时针
motorbit.motorRun(M3, CW, 150); // 右后轮顺时针
motorbit.motorRun(M4, CW, 150); // 左后轮顺时针
k10.canvas->canvasText("K10小车原地转圈", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
k10.canvas->updateCanvas();
}
// ==========语音指令ID7：xie zou 小车斜向行走（左前方斜走，高速200）==========
if (asr.isDetectCmdID(6+1)) {
// 仅左前M1、右后M3电机高速顺时针运转，M2右前、M4左后轮停机，推力合成左前方斜向合力
motorbit.motorRun(M1, CW, 200);
motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
k10.canvas->canvasText("K10小车斜着走", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
k10.canvas->updateCanvas();
}
// 清空画布第6行及下方全部文字，清除上一轮唤醒提示残留文字，防止新旧文字重叠出现残影
k10.canvas->canvasClear(6);
}
[/code]

知识点：麦克纳姆轮
一、基础结构与核心原理
### 1. 物理构造
麦克纳姆轮（Mecanum Wheel）由两部分组成：
1. **主轮毂**：连接电机输出轴，是轮子主体支撑结构；
2. **斜置被动辊子**：一圈圆柱形小滚轮，以**45° 夹角**倾斜环绕在轮毂外圈，辊子可自由无阻力自转。
区别于普通橡胶轮、福来轮：
- 普通轮：只能沿主轴前后移动，转向必须差速转弯，无法横移；
- 福来轮：辊子与主轴垂直，最少 3 轮 120° 布局才能全向；
- 麦克纳姆轮：辊子 45° 斜角，**四轮矩形布局**即可实现平面全向移动。
### 2. 力学核心原理
单个麦克纳姆轮转动时，驱动力会分解成两个垂直分力：
- 沿轮毂切线的主推力；
- 沿 45° 被动辊子的侧向分力。
通过调整**四个轮子的转向、转速**，四组分力相互叠加、抵消，最终车身可以合成：向前、向后、左横、右横、原地自转、任意角度斜走 6 类运动，无需转动转向舵机，零转弯半径。
二、标准底盘布局（最通用四轮方案）
主流小车、AGV 统一采用**矩形对称四轮排布**，对角轮子辊子倾斜方向一致：
1. M1 左前轮：辊子右下倾斜
2. M2 右前轮：辊子左下倾斜
3. M3 右后轮：辊子右下倾斜
4. M4 左后轮：辊子左下倾斜
对角轮结构完全相同，保证矢量分力对称抵消，行驶不跑偏。
> 补充：三轮无法做标准麦克纳姆底盘，最少四轮；六轮多用于重载大型 AGV。
三、六种基础运动矢量逻辑
### 1. 直线前进
四轮全部同方向同速旋转；横向分力两两抵消，只保留向前合力，车身笔直直行。
### 2. 直线后退
四轮全部反向同速旋转，合力向后，直线倒退。
### 3. 车身整体右横移
左前、右后轮一组转向，右前、左后轮反向；前后纵向分力完全抵消，仅保留向右横向推力，车身平行右滑。
### 4. 车身整体左横移
电机转向与右横移全部反向，整车向左平行滑动。
### 5. 原地零半径自转（顺时针 / 逆时针）
对角电机同向、两组对角反向旋转，只产生旋转力矩，无前后左右平移，原地转圈。
### 6. 斜向任意角度行走
调整左右、前后两组轮子转速比例，纵向 + 横向分力同时存在，实现 45°/30°/60° 等任意斜向直行。
四、硬件驱动分类
### 1. 直流减速有刷电机（创客小车主流）
搭配 L298N、TB6612、Microbit 电机驱动板，PWM 调速，成本低，适合行空板、掌控板创客教学小车。
### 2. 6 线无刷直流麦轮电机（大功率载重款）
内置驱动板，引出启动 EN、转向 DIR、PWM 调速、限速反馈线，支持宽电压、大扭矩，载重更强，可解除限速全速运行。
### 3. 伺服一体化麦克纳姆轮（工业 AGV）
集成编码器、闭环驱动，自带 PID 调速，载重百公斤级，用于工厂物料搬运机器人。
五、优势特点
1. **全向移动，零转弯半径**
狭小空间灵活运动，仓储、室内巡检、桌面小车、竞赛机器人优势极大，普通两轮差速小车无法横移。
2. **运动顺滑，受力均衡**
四轮对称受力，相比三轮福来轮重心更稳，重载不易抖动、侧翻。
3. **控制逻辑标准化**
固定矢量分配规则，代码模块化，可快速实现前进、横移、自转等全部动作。
4. **场景适配广**
从小型桌面创客小车，到工厂吨级重载 AGV、赛场格斗机器人、医院物资转运车都在使用。
六、缺点与使用局限
1. **地面要求高**
辊子为硬质塑料 / 橡胶，地面凹凸、缝隙、地毯会卡住小辊子，出现卡顿、跑偏；最佳地面：平整瓷砖、环氧地坪、光滑木板。
2. **磨损更快**
横向移动时被动辊子持续摩擦地面，长期横移会损耗外圈小滚轮，需要定期更换耗材。
3. 同等功率下速度略慢
力被分解为两个分力，纯直行有效推力只有电机输出的 70% 左右，想要和普通轮同速需要更大扭矩电机。
4. 成本更高
一套四个麦克纳姆轮价格远高于普通橡胶驱动轮，配套四路独立电机驱动，硬件成本翻倍。
七、主流应用场景
### 1. 创客教育场景
行空板、ESP32、掌控板语音遥控小车，竞赛机器人、智能桌面搬运小车，适合学习矢量运动、物联网远程控制。
### 2. 工业 AGV 物流机器人
工厂车间物料转运、仓储货架取货机器人，狭小过道无需转弯，直接横移进出工位。
### 3. 商用服务机器人
酒店送餐机器人、医院药品转运机器人、展厅巡检安防机器人。
### 4. 竞赛与特种设备
格斗机器人、水下推进载体、舞台灯光移动载具、精密仪器平移平台。

辅助：屏幕显示相关积木

接脚 IO 扩展模块

主打：人工智能模块

语音识别合成相关说明

TT马达四驱麦克纳姆轮小车使用的特色底板、TT电机与扩展板