【花雕动手做】行空板 K10 之三驱动无刷福来轮语音小车

行空板K10是一款专为快速体验物联网和学习人工智能而设计的开发学习板，100%采用国产芯片，知识产权自主可控，符合信息科技课程中编程学习、物联网及人工智能等教学需求。该板集成2.8寸LCD彩屏、WiFi蓝牙、摄像头、麦克风、扬声器、RGB指示灯、多种传感器及丰富的扩展接口。凭借高度集成的板载资源，教学过程中无需额外连接其他设备，便可轻松实现传感器控制、物联网应用以及人脸识别、语音识别、语音合成等AI人工智能项目。

主要特点
集成摄像头&内置算法，可进行离线图像检测
集成麦克风&内置算法，可进行离线语音识别
集成扬声器&内置算法，可进行离线语音合成
2.8寸彩色屏幕，数据展示更清晰
集成度高，利于教学
接口丰富，兼容软件多，扩展性好

3640无刷电机三驱全向福来轮小车使用的特色底板、马达、7.4V锂电池、全向福来轮与扩展板

后来选中的IO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：三驱福来轮（三轮全向轮）控制原理

一、福来轮（全向 Omni 轮）基础结构与力学特性
福来轮vs麦克纳姆轮对比
1. 轮子结构
福来轮由主驱动轮毂 + 一圈垂直于主轴的被动小滚轮组成：
电机驱动主轮毂旋转，沿轮毂切线方向输出主动推力；
外圈小滚轮与主轴 90° 垂直，可无阻力被动横向滑动；
单个轮子只能输出单方向主动力，垂直主轴方向完全自由滑动。
2. 和麦克纳姆轮核心区别
麦克纳姆轮：斜 45° 辊子，单轮可同时分解横向 + 纵向分力，最少 4 轮底盘；
福来全向轮：辊子垂直主轴，单轮只有单向主动推力，必须 3 轮呈 120° 三角布局，依靠矢量叠加实现全向移动。

二、三轮标准布局（核心硬件前提）
三个福来轮在圆形底盘上均匀正三角分布，两两夹角严格 120°，每个轮子主轴指向底盘几何中心：



三轮120°布局坐标系
1 号轮（前轮）：安装角 90°，主轴沿车身 Y 轴正方向；
2 号轮（左后）：安装角 210°；
3 号轮（右后）：安装角 330°；
每个轮子独立配 1 个直流减速电机 + 驱动芯片，三路 PWM 独立调速、正反转控制。
关键：三个轮子缺一不可，两轮福来轮无法实现全向平移 / 原地自转。

三、底层力学运动原理（矢量叠加核心）
单个福来轮仅能沿自身主轴方向产生推力，垂直主轴方向可自由滑动，无阻力；
三个轮子的推力矢量在 XY 平面叠加，合成车身X 横向、Y 纵向平移速度 + 绕中心旋转角速度；
通过修改三个电机的转速大小、旋转方向（正负速度），改变三个推力矢量，就能合成平面内任意运动：直行、横移、斜走、原地零半径旋转。
运动学速度换算公式（主控代码核心计算）
设车身目标运动：
Vx：车身左右横向速度（右为正）
Vy：车身前后纵向速度（前为正）
ω：车身原地旋转角速度（顺时针为正）
R：底盘中心到任意轮子的距离
三个轮子目标线速度：
plaintext
V1 = Vy + R·ω
V2 = -0.5·Vy - 0.866·Vx + R·ω
V3 = -0.5·Vy + 0.866·Vx + R·ω
计算结果正负号 = 电机转向；数值绝对值 = PWM 调速占空比；
主控收到前进 / 横移 / 转圈指令后，先算出 Vx、Vy、ω，再代入公式算出三路电机转速输出。

四、6 种标准运动电机控制逻辑（对应语音遥控场景）
1. 直线向前（Vy>0，Vx=0，ω=0）
目标：仅纵向向前，无横向偏移、不旋转
计算结果：
V1 = 正转，V2 = 反转，V3 = 反转，三轮速度绝对值相等
1 号轮向前推，2、3 号轮向后抵消横向分力，合力纯向前。
2. 直线向后（Vy<0，Vx=0，ω=0）
全部转向与前进反向：V1 反转，V2、V3 正转，速度大小一致。
3. 车身整体向右横移（Vx>0，Vy=0，ω=0）
V1=0（前轮停机），V2 正转，V3 反转，速度相同；
2、3 轮推力合成纯向右合力，前轮横向自由滑动无阻力。
4. 车身整体向左横移（Vx<0，Vy=0，ω=0）
V1 停机，V2 反转，V3 正转，左右合力向左。
5. 原地顺时针转圈（Vx=0，Vy=0，ω>0）
V1、V2、V3 全部同向正转，速度大小完全相等；
三轮推力形成环绕中心的旋转力偶，无平移分量，原地自转。
6. 斜向行走（Vx、Vy 同时不为 0，ω=0）
三轮按公式分配不同转速，同时产生纵向 + 横向合力，车身斜向直行。
7. 停车
V1=V2=V3=0，三路电机全部断电刹车。

五、电子控制完整流程（行空板 / ESP32 语音小车适配）
1. 硬件链路
主控（行空板 K10）→ 三路 PWM 引脚 → L298N/L9110S 电机驱动 → 三路 N20 减速电机 → 福来轮
PWM 占空比：0~255 对应速度大小；
IO 高低电平控制电机 CW 正转 / CCW 反转；
可选：电机 AB 相编码器，采集脉冲做 PID 速度闭环，修正打滑误差。
2. 软件控制流程（语音小车逻辑）
语音识别模块接收口令（前进 / 右横 / 转圈），解析出目标 Vx、Vy、ω；
主控代入三轮运动学公式，计算 V1/V2/V3 三路电机目标速度；
将速度正负转为电机转向，数值转为 PWM 输出；
循环实时刷新三路电机转速，屏幕同步显示运动状态；
喊 “停车” 时三路电机全部置 0 停机。

六、三轮福来轮 vs 四轮麦克纳姆轮优缺点对比



七、典型应用场景
创客教育语音遥控小车（你当前行空板语音项目）；
小型桌面巡检机器人、绘图机器人；
狭小空间转运轻型物料 AGV；
云台小型全向移动底座。

八、三轮驱动与四轮驱动全向福来轮配置图

【花雕动手做】行空板 K10 系列实验之3640无刷电机三驱动全向福来轮语音控制智能小车

实验开源代码

// 引入离线语音识别核心库asr.h，提供语音唤醒、拼音口令识别、持续收音监听功能
#include "asr.h"
// 行空板K10主板底层驱动库，封装屏幕画布、引脚配置pinMode、IO电平输出等硬件操作API
#include "unihiker_k10.h"

// ====================== 全局硬件对象实例化 ======================
UNIHIKER_K10 k10;        // 行空板主控对象，统一管理LCD屏幕、板载GPIO、系统底层总线
ASR          asr;         // 离线语音识别模块实例，负责麦克风收音、人声解析、指令判断
uint8_t      screen_dir=2; // 屏幕旋转配置参数：数值2代表屏幕倒置显示

// ==================================================================
// setup() 上电初始化函数，设备开机/重启仅执行1次
// 功能：配置板载引脚输出模式、初始化主板/语音模块/屏幕、设置上电安全刹车电平、注册5条语音控制口令
// ==================================================================
void setup() {
        // 将板载物理引脚P0配置为数字输出模式，用于电机驱动逻辑控制
        pinMode(P0, OUTPUT);
        // 将板载物理引脚P1配置为数字输出模式，另一路电机逻辑控制引脚
        pinMode(P1, OUTPUT);

        // 初始化行空板全部底层硬件资源：串口、I2C通信总线、LCD屏幕、板载IO外设
        k10.begin();

        // 初始化离线语音识别模块三大核心配置参数
        // CONTINUOUS：持续收音模式，麦克风不间断循环监听环境人声
        // CN_MODE：中文识别模式，仅能识别预先注册的中文拼音口令
        // 12000：收音抗噪灵敏度阈值，数值越大过滤环境杂音、防止误唤醒能力越强
        asr.asrInit(CONTINUOUS, CN_MODE, 12000);

        // 阻塞循环等待语音模块加载语音识别模型完成
        // _asrState == 0 代表模块未就绪，每100ms循环检测一次状态，避免未初始化调用报错
        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();

        // 上电初始化全部控制引脚为高电平，小车默认刹车静止，防止开机瞬间误冲，保障硬件安全
        digitalWrite(P0, HIGH);    // 板载引脚P0上电拉高
        digitalWrite(P1, HIGH);    // 板载引脚P1上电拉高
        digital_write(eP2, HIGH);  // 扩展IO引脚eP2上电拉高

        // 批量注册5条离线语音拼音控制指令，离线识别模块仅能识别提前录入的口令
        asr.addASRCommand(0+1, "qi dong");   // ID=1 语音口令：启动
        asr.addASRCommand(1+1, "ting che");  // ID=2 语音口令：停车
        asr.addASRCommand(2+1, "qian jin");  // ID=3 语音口令：前进
        asr.addASRCommand(3+1, "hou tui");   // ID=4 语音口令：后退
        asr.addASRCommand(4+1, "zhuan quan");// ID=5 语音口令：原地转圈
}

// ==================================================================
// 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、识别语音口令、输出多路IO高低电平控制小车驱动、屏幕同步打印运行状态文字
// ==================================================================
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：在画布第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：qi dong 小车整机启动解锁 ----------------
        if (asr.isDetectCmdID(0+1)) {
                // P0、P1、扩展eP2全部拉低，解除电机锁定，进入可运动状态
                digitalWrite(P0, LOW);
                digitalWrite(P1, LOW);
                digital_write(eP2, LOW);
                // 屏幕居中显示24号黑色大字运行状态
                // 参数说明：X坐标,Y坐标,文字RGB颜色,中英文字体,字号大小,自动换行开关
                k10.canvas->canvasText("K10 小车启动", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // ---------------- 语音指令ID2：ting che 小车刹车停机锁定 ----------------
        if (asr.isDetectCmdID(1+1)) {
                // P0、P1、eP2全部拉高，电机驱动锁定，切断动力输出，小车立即静止
                digitalWrite(P0, HIGH);
                digitalWrite(P1, HIGH);
                digital_write(eP2, HIGH);
                k10.canvas->canvasText("K10 小车停车", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // ---------------- 语音指令ID3：qian jin 小车直线向前行驶 ----------------
        if (asr.isDetectCmdID(2+1)) {
                // P0、P1拉低保持解锁；eP2拉高、eP4拉高，输出直行差速电平组合
                digitalWrite(P0, LOW);
                digitalWrite(P1, LOW);
                digital_write(eP2, HIGH);
                digital_write(eP4, HIGH);
                k10.canvas->canvasText("K10 小车前进", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // ---------------- 语音指令ID4：hou tui 小车直线向后倒退 ----------------
        if (asr.isDetectCmdID(3+1)) {
                // P0、P1拉低解锁；仅eP2拉高，输出后退差速电平组合
                digitalWrite(P0, LOW);
                digitalWrite(P1, LOW);
                digital_write(eP2, HIGH);
                k10.canvas->canvasText("K10 小车后退", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // ---------------- 语音指令ID5：zhuan quan 小车原地持续转圈 ----------------
        if (asr.isDetectCmdID(4+1)) {
                // P0、P1、eP2拉低解锁；eP3/eP4/eP6拉高，输出原地自转差速电平组合
                digitalWrite(P0, LOW);
                digitalWrite(P1, LOW);
                digital_write(eP2, LOW);
                digital_write(eP3, HIGH);
                digital_write(eP4, HIGH);
                digital_write(eP6, HIGH);
                k10.canvas->canvasText("K10小车原地转圈", 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、项目整体功能

硬件组合：行空板 K10 + 离线 ASR 语音识别 + IO 电平控制式电机驱动底盘（两轮差速小车）

1. 固定唤醒口令：**你好小新**，唤醒后才能操控小车；
2. 5 条语音拼音指令：启动、停车、前进、后退、原地转圈；
3. 依靠板载 IO (P0/P1)+ 扩展 IO (eP2/eP3/eP4/eP6) 输出高低电平组合，切换电机锁定 / 直行 / 后退 / 自转模式；
4. LCD 屏幕使用 24 号大号字体，实时展示小车当前运行状态。

## 二、头文件与全局对象解析

#include "asr.h"

#include "unihiker_k10.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`：行空板底层驱动库，管理屏幕画布、引脚模式配置、IO 电平输出函数。

UNIHIKER_K10 k10;

ASR          asr;

uint8_t      screen_dir=2;
复制代码

- `k10`：行空板主控实例，统一管理屏幕、板载 GPIO、底层硬件初始化；
- `asr`：语音识别实例，处理麦克风收音与人声解析；
- `screen_dir=2`：设置屏幕倒置显示。

## 三、setup () 上电初始化（开机仅执行一次）

1. `pinMode(P0, OUTPUT); pinMode(P1, OUTPUT);`
将板载 P0、P1 配置为数字输出引脚，作为整机解锁总控信号。
2. `k10.begin();`
初始化行空板全部硬件、I2C / 串口总线、屏幕外设资源。
3. 语音模块初始化

asr.asrInit(CONTINUOUS, CN_MODE, 12000);

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

- `CONTINUOUS`：不间断持续收音；
- `CN_MODE`：中文识别，仅识别预存拼音口令；
- `12000`：抗噪灵敏度，数值越大越不容易误唤醒；
循环阻塞等待语音模型加载完毕，模块就绪才向下执行。

4. 屏幕初始化

k10.initScreen(screen_dir);

k10.creatCanvas();
复制代码

按照倒置参数点亮屏幕，创建画布缓存，文字先存入缓存再统一刷新，减少屏幕闪烁。
5. 上电安全默认电平

digitalWrite(P0, HIGH);

digitalWrite(P1, HIGH);

digital_write(eP2, HIGH);
复制代码

整机控制引脚上电默认高电平，小车初始锁定刹车，避免开机窜动。
6. 注册语音指令

asr.addASRCommand(0+1, "qi dong");   // ID1 启动

asr.addASRCommand(1+1, "ting che");  // ID2 停车

asr.addASRCommand(2+1, "qian jin");  // ID3 前进

asr.addASRCommand(3+1, "hou tui");   // ID4 后退

asr.addASRCommand(4+1, "zhuan quan");// ID5 原地转圈
复制代码

提前录入 5 条拼音口令，语音模块仅能识别预存指令。


## 四、loop () 无限主循环，实时监听语音

### 1. 唤醒状态判断

`asr.isWakeUp()` 检测是否识别唤醒词「你好小新」：

- 唤醒成功：屏幕第 6 行红色文字提示 “已唤醒行空板小车”；
- 未唤醒待机：屏幕第 4 行蓝色文字提示唤醒口令；
`updateCanvas()` 将画布缓存文字一次性刷新到实体屏幕。

### 2. 各语音指令硬件电平逻辑

#### 1）qi dong 启动（整机解锁）

digitalWrite(P0, LOW);

digitalWrite(P1, LOW);

digital_write(eP2, LOW);
复制代码

P0、P1 拉低解除整机锁定，小车进入可运动状态。

#### 2）ting che 停车（整机锁定刹车）

digitalWrite(P0, HIGH);

digitalWrite(P1, HIGH);

digital_write(eP2, HIGH);
复制代码

总控引脚全部拉高，电机切断动力，小车立刻锁死静止。

#### 3）qian jin 前进（直线直行）

digitalWrite(P0, LOW);

digitalWrite(P1, LOW);

digital_write(eP2, HIGH);

digital_write(eP4, HIGH);
复制代码

保持解锁状态，eP2、eP4 拉高，输出直行差速电平，两轮同向正转向前。

#### 4）hou tui 后退（直线倒退）

digitalWrite(P0, LOW);

digitalWrite(P1, LOW);

digital_write(eP2, HIGH);
复制代码

保持解锁，仅 eP2 拉高，电机反向输出，直线向后倒退。

#### 5）zhuan quan 原地转圈

digitalWrite(P0, LOW);

digitalWrite(P1, LOW);

digital_write(eP2, LOW);

digital_write(eP3, HIGH);

digital_write(eP4, HIGH);

digital_write(eP6, HIGH);
复制代码

解锁 + 转圈模式，eP3/eP4/eP6 拉高，左右电机反向差速，原地持续自转。

### 3. 屏幕清理

k10.canvas->canvasClear(6);
复制代码

清空画布第 6 行及下方所有文字，清除上一轮状态，防止新旧文字重叠残影。

## 五、引脚功能总表



## 六、运动动作对照表

表格



## 七、完整运行流程

1. 上电配置 P0/P1 为输出引脚，初始化行空板全部硬件；
2. 启动离线语音识别，循环等待语音模型加载完成；
3. 初始化倒置 LCD 屏幕、创建绘图画布；
4. 所有控制引脚默认拉高，上电小车保持锁定刹车；
5. 注册 5 条语音拼音控制指令；
6. 麦克风不间断监听唤醒词 “你好小新”；
7. 唤醒后说出对应口令，多路 IO 输出对应电平驱动电机，屏幕同步显示车辆状态；
8. 循环末尾自动清空屏幕文字，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3640无刷电机三驱动全向福来轮语音控制智能小车 #厉害了我的车 #行空板K10 #人工智能技术 #DIY动手做】

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