【花雕动手做】行空板K10羽毛球筒麦轮四驱语音识别小车

  今天早上打完羽毛球，捡到一个胜利牌的空球筒，于是突发奇想，试试看用这个能否做个智能小车？

使用的TT电机、麦克纳姆轮、锂电池与扩展板

主打：人工智能模块



语音识别合成相关说明

辅助：屏幕显示相关积木



接脚 IO 扩展模块

知识点：麦克纳姆轮（麦轮）

一、基础结构与核心原理

1. 硬件结构
麦克纳姆轮由轮毂 + 45° 斜向自由辊子两部分组成：
轮毂：电机驱动主轮体；
辊子：环绕轮毂倾斜 45° 安装，可独立自由滚动，与地面接触产生斜向摩擦力CSDN博...。
四轮底盘必须搭配2 个左旋麦轮 + 2 个右旋麦轮，矩形四角对称安装（标准 X 型布局），缺一无法实现全向移动。
2. 力学原理
单个轮子转动时，地面摩擦力会分解为纵向分力（车身前后）、横向分力（车身左右）；
通过独立控制四个电机的转向、转速，让四个轮子的分力相互抵消 / 叠加，合成任意平面运动：前后直行、左右横移、原地 360° 旋转、斜向行走抖音。
3. 和普通两轮差速小车核心区别



二、四轮布局与电机编号定义

使用Microbit_Motor四路驱动，编号定义：
M1：左前轮
M2：右前轮
M3：右后轮
M4：左后轮
转向标识：CW=顺时针正转，CCW=逆时针反转

三、6 种基础运动电机转向对照表
1. 前进 qian jin

motorbit.motorRun(M1, CW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);
复制代码

逻辑：左前 CW、右后 CCW；四轮纵向分力同向叠加，横向力抵消，车身直线向前。
2. 后退 hou tui

motorbit.motorRun(M1, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
复制代码

逻辑：与前进转向全部反向，车身直线向后倒退。
3. 右横移 you heng（车身整体向右平移）

motorbit.motorRun(M2, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M4, CW, 200);
复制代码

逻辑：右前 CCW、左后 CW；纵向分力抵消，横向合力向右，车身横着走。
4. 左横移 zuo heng（车身整体向左平移）

motorbit.motorRun(M2, CW, 200);

motorbit.motorRun(M4, CCW, 200);
复制代码

逻辑：右前 CW、左后 CCW，横向合力向左。
5. 原地顺时针转圈 zhuan quan

motorbit.motorRun(M1, CW, 200);

motorbit.motorRun(M2, CW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CW, 200);

motorbit.motorRun(M4, CW, 200);
复制代码

逻辑：四轮全部同向 CW 旋转；前后左右分力形成旋转力偶，无平移分量，原地持续旋转。
6. 停车 ting che

motorbit.motorStop(ALL);
复制代码

四路电机全部断电刹车，所有轮子无驱动力，小车立刻静止锁死。

四、适配代码的语音控制整体架构
1、硬件组合
行空板 K10 + ASR 离线语音识别模块 + Microbit 四路电机驱动板 + 麦克纳姆四轮底盘
语音模块：识别唤醒词「你好小新」+6 条拼音口令；
Microbit 电机库：封装四路电机motorRun/motorStop，直接控制每轮转向与 PWM 速度；
LCD 屏幕：24 号大字实时显示当前运动状态。
2、程序控制流程
上电初始化主板、语音模块、四路电机引脚；
预注册语音指令：前进 / 停车 / 后退 / 右横 / 左横 / 转圈；
麦克风持续监听唤醒词，唤醒后解锁电机控制权限；
识别到语音口令，自动输出对应电机转向组合，屏幕同步提示；
循环清空屏幕文字，持续等待下一条语音指令。

五、麦克纳姆轮优缺点
1·、优点
全向移动：可前后、左右横移、原地自转，狭小室内、仓储机器人首选；
运动灵活，无需预留转弯空间，侧向避障、侧方停靠极强；
运动解耦：平移和旋转互不干扰，可一边横移一边转向；
模块化控制：每路电机独立调速，代码只需要调整转向组合即可切换运动模式。
2、缺点
成本更高，需要 4 套独立电机驱动；
辊子耐磨差，长期重载、粗糙地面容易磨损；
传动效率低于普通橡胶轮，相同电机功率下速度略慢；
安装要求严格，轮子左右不能装反，否则运动错乱、跑偏。

六、典型应用场景
1、教育创客：行空板 / Arduino 语音遥控全向小车；
2、仓储 AGV 物流小车，狭窄货架之间侧向穿梭；
3、工业重载转运平台、机器人比赛底盘；
4、室内巡检机器人、云台全向移动底座。

【花雕动手做】行空板 K10 系列实验之胜利牌羽毛球筒麦克纳姆轮四驱语音识别控制小车

实验开源代码

// 1.离线语音识别库：提供语音唤醒、拼音指令识别、持续收音功能
#include "asr.h"
// 2.行空板K10底层驱动库：管理LCD屏幕、画布绘制、主板硬件初始化
#include "unihiker_k10.h"
// 3.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电机
#include <Microbit_Motor.h>

// ===================== 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、系统总线、板载外设
ASR            asr;         // 离线语音识别模块实例，处理麦克风收音与人声解析
uint8_t        screen_dir=2; // 屏幕旋转参数：数值2代表屏幕倒置显示
Microbit_Motor motorbit;    // 四路电机驱动对象
/* 电机编号对应四轮麦克纳姆轮底盘布局
M1 = 左前轮
M2 = 右前轮
M3 = 右后轮
M4 = 左后轮
CW = 电机顺时针正转；CCW = 电机逆时针反转
速度参数范围 0~255，数值越大转速越快，本程序统一使用200中高速 */

//=====================================================================
// 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、语音模块、屏幕画布，批量注册7条麦轮小车语音控制拼音指令
//=====================================================================
void setup() {
        // 初始化行空板全部底层硬件：串口、I2C总线、LCD屏幕、IO外设资源
        k10.begin();

        // 离线语音识别模块初始化三大核心参数
        // CONTINUOUS：持续收音模式，麦克风不间断实时监听环境人声
        // CN_MODE：中文识别模式，仅能识别提前注册的中文拼音口令
        // 10000：收音抗噪灵敏度阈值，数值越大过滤环境杂音、防误唤醒能力越强
        asr.asrInit(CONTINUOUS, CN_MODE, 10000);

        // 阻塞循环等待语音识别模型加载完成
        // _asrState == 0 代表模块未就绪，每100ms循环检测一次，防止未初始化调用报错
        while(asr._asrState == 0){delay(100);}

        // 根据预设screen_dir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，所有文字先存入缓存，再统一刷新到实体屏幕，减少刷屏闪烁
        k10.creatCanvas();

        // 批量注册7条离线语音控制指令，语音模块仅识别预先录入的拼音
        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，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、识别语音指令，驱动四路麦克纳姆电机，屏幕同步显示车辆运行状态
//=====================================================================
void loop() {
        // 判断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：画布第6行输出红色提示文字
                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LCD实体屏幕
                k10.canvas->updateCanvas();
        }
        else {
                // 未唤醒待机状态：画布第4行输出蓝色提示文字，告知用户唤醒口令
                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（麦克纳姆标准直行逻辑）==========
        if (asr.isDetectCmdID(0+1)) {
                // ALL代表同时控制M1/M2/M3/M4四路电机全部顺时针转动
                // 四轮同向正转，纵向推力叠加、横向分力相互抵消，车身笔直向前行驶
                motorbit.motorRun(ALL, CW, 200);
                // 屏幕居中24号黑色中英文字体打印运行状态
                // 参数说明：X坐标,Y坐标,文字RGB颜色,字体类型,字号大小,自动换行开关
                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 小车全部刹车停止==========
        if (asr.isDetectCmdID(1+1)) {
                // motorStop(ALL)：一次性切断四路电机全部输出，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==========
        if (asr.isDetectCmdID(2+1)) {
                // 四轮全部逆时针反转，与前进转向完全反向，车身直线向后倒退
                motorbit.motorRun(ALL, CCW, 200);
                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==========
        if (asr.isDetectCmdID(3+1)) {
                // 麦克纳姆轮横移差速组合：纵向分力完全抵消，仅保留向右横向合力
                motorbit.motorRun(M1, CCW, 200); // 左前轮逆时针
                motorbit.motorRun(M2, CW, 200);  // 右前轮顺时针
                motorbit.motorRun(M3, CW, 200);  // 右后轮顺时针
                motorbit.motorRun(M4, CCW, 200); // 左后轮逆时针
                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==========
        if (asr.isDetectCmdID(4+1)) {
                // 反向差速组合，纵向分力抵消，合力向左，整车横向左移
                motorbit.motorRun(M1, CW, 200);  // 左前轮顺时针
                motorbit.motorRun(M2, CCW, 200); // 右前轮逆时针
                motorbit.motorRun(M3, CCW, 200); // 右后轮逆时针
                motorbit.motorRun(M4, CW, 200);  // 左后轮顺时针
                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 小车原地顺时针转圈==========
        if (asr.isDetectCmdID(5+1)) {
                // 对角电机反向转动，形成纯旋转力偶，无前后/左右平移分量，零半径原地自转
                motorbit.motorRun(M1, CCW, 200);
                motorbit.motorRun(M2, CW, 200);
                motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);
                motorbit.motorRun(M4, CW, 200);
                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 小车斜向直行（左前方斜走）==========
        if (asr.isDetectCmdID(6+1)) {
                // 仅左前M1、左后M4电机顺时针运转，M2/M3停机，推力合成斜向前左方向
                motorbit.motorRun(M1, CW, 200);
                motorbit.motorRun(M4, 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，清除上一轮运动状态残留文字，避免新旧文字重叠产生残影
        k10.canvas->canvasClear(6);
}
复制代码

# 代码解读

## 一、项目整体简介

硬件搭配：行空板 K10 + 离线 ASR 语音识别模块 + Microbit 四路电机驱动板 + **四轮麦克纳姆轮底盘**

1. 唤醒固定口令：**你好小新**，识别唤醒词后才能操控小车；
2. 共 7 组语音拼音指令：前进、停车、后退、右横移、左横移、原地转圈、斜向行走；
3. 依托麦克纳姆轮 45° 斜辊推力矢量叠加原理，实现直行、横移、零半径自转、斜走全向移动；
4. LCD 屏幕使用 24 号大号字体实时展示小车当前动作，电机统一固定速度 200（调速范围 0~255）。


## 二、头文件与全局对象解析

#include "asr.h"

#include "unihiker_k10.h"

#include <Microbit_Motor.h>
复制代码

1. `asr.h`：离线语音识别库，实现持续收音、唤醒检测、自定义拼音指令识别；
2. `unihiker_k10.h`：行空板底层驱动，管理 LCD 屏幕、画布缓存、主板硬件初始化；
3. `Microbit_Motor.h`：四路直流电机专用驱动库，可单独控制 M1/M2/M3/M4 任意一路电机，适配麦轮底盘。

UNIHIKER_K10   k10;

ASR            asr;

uint8_t        screen_dir=2;

Microbit_Motor motorbit;
复制代码

- `k10`：行空板主控实例，统一管理屏幕、系统通信总线；
- `asr`：语音识别实例，负责麦克风收音、人声解析；
- `screen_dir=2`：设置屏幕倒置显示；
- `motorbit`：四路电机驱动对象，电机编号定义：
  - M1 = 左前轮  M2 = 右前轮
  - M3 = 右后轮  M4 = 左后轮
  - CW = 电机顺时针正转，CCW = 电机逆时针反转


## 三、setup () 上电初始化（开机仅执行 1 次）

k10.begin();
复制代码

初始化行空板全部底层硬件：串口、I2C 总线、屏幕、板载 IO 外设。

asr.asrInit(CONTINUOUS, CN_MODE, 10000);

while(asr._asrState == 0){delay(100);}
复制代码

语音模块初始化参数说明：

- `CONTINUOUS`：持续收音模式，麦克风不间断监听人声；
- `CN_MODE`：中文识别模式，仅识别提前注册的拼音口令；
- `10000`：收音抗噪灵敏度，数值越大过滤环境杂音、防误唤醒能力越强；
循环阻塞等待语音模型加载完毕，模块就绪才执行后续代码，防止调用报错。

k10.initScreen(screen_dir);

k10.creatCanvas();
复制代码

按照倒置参数点亮 LCD 屏幕，创建画布缓存，所有文字先存入缓存再统一刷新，减少屏幕闪烁。

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
复制代码

批量录入 7 条离线语音口令，语音模块仅能识别预存指令，无法识别未录入词语。


## 四、loop () 无限主循环，实时监听语音指令

### 1. 唤醒状态判断

`asr.isWakeUp()` 检测麦克风是否识别唤醒词「你好小新」：

- 唤醒成功：画布第 6 行输出红色文字 `已唤醒行空板小车.......`；
- 未唤醒待机：画布第 4 行输出蓝色提示文字 `唤醒词为“你好小新”`；
`updateCanvas()` 将缓存文字一次性刷新到实体屏幕。

### 2. Microbit 电机库核心函数

1. `motorRun(通道, 转向, 速度)`
   - 通道：`ALL` 四路同时控制 / M1/M2/M3/M4 单路独立控制；
   - 转向：`CW` 顺时针、`CCW` 逆时针；
   - 速度区间：0~255，本代码统一 200 中高速；
2. `motorStop(ALL)`：四路电机同时断电锁死，小车立即静止。

### 3. 每条语音指令麦轮运动逻辑

#### ① qian jin 前进

motorbit.motorRun(ALL, CW, 200);
复制代码

四轮全部顺时针同步转动，麦轮纵向摩擦力叠加、横向分力抵消，车身直线向前行驶。

#### ② ting che 停车

motorbit.motorStop(ALL);
复制代码

M1/M2/M3/M4 全部切断动力输出，四轮无驱动力，小车立刻刹车静止。

#### ③ hou tui 后退

motorbit.motorRun(ALL, CCW, 200);
复制代码

四轮全部逆时针反转，与前进转向完全反向，车身直线向后倒退。

#### ④ you heng 右横移

motorbit.motorRun(M1, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M2, CW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CW, 200);

motorbit.motorRun(M4, CCW, 200);
复制代码

四路电机反向差速配合，前后纵向推力相互抵消，仅保留向右的横向合力，整车整体右移。

#### ⑤ zuo heng 左横移

motorbit.motorRun(M1, CW, 200);

motorbit.motorRun(M2, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M4, CW, 200);
复制代码

与右横移转向全部反向，纵向分力抵消，横向合力向左，车身整体左移。

#### ⑥ zhuan quan 原地转圈

motorbit.motorRun(M1, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M2, CW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M4, CW, 200);
复制代码

对角电机反向转动，形成纯旋转力偶，无前后、左右平移分量，零半径原地持续顺时针自转。

#### ⑦ xie zou 斜着走

motorbit.motorRun(M1, CW, 200);

motorbit.motorRun(M4, CW, 200);
复制代码

仅左前 M1、左后 M4 电机顺时针运转，右前 M2、右后 M3 停机，推力合成左前方斜向直行。

### 4. 屏幕清理语句

k10.canvas->canvasClear(6);
复制代码

清空画布第 6 行及下方全部文字，清除上一轮动作文字，避免新旧文字重叠出现残影。


## 五、7 种运动电机配置对照表



## 六、完整运行流程

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，录入 7 条语音控制拼音指令；
3. 麦克风不间断监听唤醒词「你好小新」；
4. 识别唤醒词后屏幕红色文字提示已唤醒，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矢量差速逻辑运转，屏幕同步打印当前运动状态；
6. 循环末尾自动清空屏幕下方文字，持续等待下一条语音指令。

Mind+图形编程

实验场景图与视频记录

【【花雕动手做】行空板 K10 系列实验之胜利牌羽毛球筒麦克纳姆轮四驱语音识别控制小车#手工机械爱好者 #行空板k10 #人工智能技术 #diy造车】

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