【花雕动手做】行空板 K10 之 TT 马达三驱全向轮语音小车

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

三驱全向福来轮小车使用的特色底板、TT马达、锂电池、全向福来轮与扩展板

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TT 马达三驱动全向福来轮语音识别控制小车

实验开源代码

// 引入离线语音识别库asr.h，实现语音唤醒、拼音口令识别、持续收音监听
#include "asr.h"
// 行空板K10底层驱动库，负责LCD屏幕初始化、画布文字绘制、主板硬件初始化
#include "unihiker_k10.h"
// Microbit三路电机驱动库，适配三轮福来全向轮底盘，独立控制M1/M2/M3三路电机调速换向
#include <Microbit_Motor.h>

// =====================硬件对象实例化=====================
UNIHIKER_K10   k10;        // 行空板主控对象，统一管理屏幕、系统通信总线
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;    // 三路电机驱动实例，对应三轮福来轮底盘：M1、M2、M3三个独立电机

//=====================================================================
// 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，批量注册7条三轮福来轮小车语音控制口令
//=====================================================================
void setup() {
        // 初始化行空板全部底层硬件：串口、I2C总线、LCD屏幕、外设IO资源
        k10.begin();

        // 初始化离线语音识别模块三大核心参数
        // CONTINUOUS：持续收音模式，麦克风不间断监听环境人声
        // CN_MODE：中文识别模式，仅识别中文拼音口令
        // 12000：收音灵敏度阈值，数值越大抗环境噪音、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模型完成
        // _asrState == 0 代表语音模块未就绪，每100ms循环检测一次状态，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LCD显示屏
        k10.initScreen(screen_dir);
        // 创建屏幕绘图画布缓冲区，所有文字先写入画布缓存，统一刷新到实体屏幕
        k10.creatCanvas();

        // 批量注册7条离线语音小车控制指令（拼音匹配识别）
        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, "shun zhuan"); // ID=6 语音口令：顺时针原地转圈
        asr.addASRCommand(6+1, "ni zhuan");   // ID=7 语音口令：逆时针原地转圈
}

//=====================================================================
// loop() 主循环函数，初始化完成后无限循环运行
// 功能：实时检测语音唤醒、识别语音口令，调用三路电机库控制三轮福来全向小车，同步屏幕状态大字
//=====================================================================
void loop() {
        // 语音唤醒判断：检测麦克风是否识别到固定唤醒词【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);
                // 将画布缓存内容刷新输出到LCD实体屏幕
                k10.canvas->updateCanvas();
        }
        else {
                // 未唤醒待机状态：第4行输出蓝色文字，提示用户唤醒关键词
                k10.canvas->canvasText("唤醒词为“你好小新”", 4, 0x0000FF);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // ==========语音指令1：qian jin 小车直线前进（三轮福来轮）==========
        if (asr.isDetectCmdID(0+1)) {
                // motorRun(电机通道, 转向, 速度)
                // M2电机顺时针CW、M3电机逆时针CCW，M1不启动；三轮推力矢量合成纯向前合力
                motorbit.motorRun(M2, CW, 200);
                motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);
                // 全屏居中24号黑色大字显示小车运行状态
                // 参数：X坐标、Y坐标、文字颜色、中英文字体、字号、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2：ting che 小车全部刹车停止==========
        if (asr.isDetectCmdID(1+1)) {
                // motorStop(ALL)：一次性切断M1/M2/M3三路电机输出，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3：hou tui 小车直线后退==========
        if (asr.isDetectCmdID(2+1)) {
                // M2逆时针CCW、M3顺时针CW，与前进转向完全反向，矢量合成纯向后推力
                motorbit.motorRun(M2, CCW, 200);
                motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
                k10.canvas->canvasText("K10 小车后退", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // ==========语音指令4：you heng 小车整体向右横向平移==========
        if (asr.isDetectCmdID(3+1)) {
                // M1逆时针、M2顺时针、M3逆时针，三轮推力抵消纵向分力，合成向右横向合力
                motorbit.motorRun(M1, CCW, 200);
                motorbit.motorRun(M2, CW, 200);
                motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);
                k10.canvas->canvasText("K10 小车右横", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // ==========语音指令5：zuo heng 小车整体向左横向平移==========
        if (asr.isDetectCmdID(4+1)) {
                // M1顺时针、M2逆时针、M3顺时针，三轮推力抵消纵向分力，合成向左横向合力
                motorbit.motorRun(M1, CW, 200);
                motorbit.motorRun(M2, CCW, 200);
                motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
                k10.canvas->canvasText("K10小车左横", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // ==========语音指令6：shun zhuan 小车原地顺时针转圈==========
        if (asr.isDetectCmdID(5+1)) {
                // M1/M2/M3全部逆时针CCW同步转动，三轮推力形成环绕底盘中心的旋转力偶，无平移分量
                motorbit.motorRun(M1, CCW, 200);
                motorbit.motorRun(M2, CCW, 200);
                motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);
                k10.canvas->canvasText("K10小车顺时针转圈", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // ==========语音指令7：ni zhuan 小车原地逆时针转圈==========
        if (asr.isDetectCmdID(6+1)) {
                // M1/M2/M3全部顺时针CW同步转动，反向旋转力偶，车身原地逆时针自转
                motorbit.motorRun(M1, CW, 200);
                motorbit.motorRun(M2, CW, 200);
                motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
                k10.canvas->canvasText("K10小车逆时针转圈", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
                k10.canvas->updateCanvas();
        }

        // 清空画布第6行及下方所有文字，清除上一轮运动状态文字，防止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
本程序硬件搭配：行空板 K10 + 离线 ASR 语音识别模块 + Microbit 三路电机驱动 + 三轮福来全向轮底盘，实现语音全向小车控制。
固定唤醒口令：你好小新；
共 7 组语音动作指令：前进、停车、后退、右横移、左横移、顺时针原地转圈、逆时针原地转圈；
依靠福来轮 90° 被动辊子矢量推力叠加，实现直行、左右横移、双向零半径自转；
LCD 屏幕使用 24 号大号字体实时显示车辆当前运动状态，三路电机统一速度 200（调速范围 0~255）。

二、头文件与硬件对象解析

#include "asr.h"

#include "unihiker_k10.h"

#include <Microbit_Motor.h>
复制代码

asr.h：离线语音识别库，提供持续收音、唤醒检测、自定义拼音指令识别；
unihiker_k10.h：行空板底层驱动，管理 LCD 屏幕、画布文字、主板硬件初始化；
Microbit_Motor.h：三路电机专用驱动库，独立控制 M1/M2/M3 电机，适配三轮福来轮底盘。

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，负责屏幕显示、系统总线初始化；
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；
motorbit：三路电机驱动对象，对应三轮福来轮三个独立驱动电机 M1、M2、M3。

三、setup () 上电初始化（仅开机运行 1 次）

k10.begin();
复制代码

初始化行空板全部底层硬件、I2C / 串口总线、屏幕外设资源。

asr.asrInit(CONTINUOUS, CN_MODE, 12000);

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

语音模块初始化配置：
CONTINUOUS：持续收音模式，麦克风实时监听环境人声；
CN_MODE：中文识别模式，仅识别中文拼音口令；
12000：收音灵敏度，数值越大抗噪音、防误唤醒能力越强；
循环阻塞等待语音模块加载语音模型，硬件就绪后才执行后续代码。

k10.initScreen(screen_dir);

k10.creatCanvas();
复制代码

按照倒置参数点亮 LCD 屏幕，创建绘图缓存画布，所有文字先存入缓存，再统一刷新到屏幕，避免频繁刷屏闪烁。

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, "shun zhuan"); // ID6 顺时针转圈

asr.addASRCommand(6+1, "ni zhuan");   // ID7 逆时针转圈
复制代码

批量注册 7 条离线语音拼音口令，离线语音模块仅能识别提前录入的指令，无法识别未注册词语。

四、loop () 无限主循环，实时监听语音指令
1. 唤醒状态检测
asr.isWakeUp() 函数判断是否识别唤醒词「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输出到实体屏幕。
2. Microbit 电机库核心函数说明
motorRun(通道, 转向, 速度)
通道：M1/M2/M3 单路电机，ALL 代表同时控制全部三路；
转向：CW顺时针，CCW逆时针；
速度区间：0~255，本程序统一使用 200 中高速；
motorStop(ALL)：切断三路电机全部输出，电机断电刹车，小车立刻锁死静止。
3. 每条语音指令运动逻辑（三轮福来轮矢量推力原理）
① qian jin 前进

motorbit.motorRun(M2, CW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);
复制代码

M1 前轮停机，M2、M3 后轮反向转动，两轮推力矢量叠加，横向分力抵消，合力纯向前，车身直线直行。
② ting che 停车

motorbit.motorStop(ALL);
复制代码

M1/M2/M3 三路电机全部停止输出，三轮无驱动力，小车立刻静止锁死。
③ hou tui 后退

motorbit.motorRun(M2, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
复制代码

M2、M3 转向与前进完全反向，矢量合成纯向后推力，车身直线倒退。
④ you heng 右横移

motorbit.motorRun(M1, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M2, CW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);
复制代码

三轮配合转动，前后纵向推力相互抵消，仅保留向右横向合力，车身整体向右平移。
⑤ zuo heng 左横移

motorbit.motorRun(M1, CW, 200);

motorbit.motorRun(M2, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
复制代码

三轮推力抵消纵向分力，横向合力向左，车身整体向左平移。
⑥ shun zhuan 顺时针原地转圈

motorbit.motorRun(M1, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M2, CCW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);
复制代码

三轮全部同步逆时针转动，推力形成环绕底盘中心的旋转力偶，无平移分量，原地持续顺时针自转。
⑦ ni zhuan 逆时针原地转圈

motorbit.motorRun(M1, CW, 200);

motorbit.motorRun(M2, CW, 200);

motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
复制代码

三轮全部同步顺时针转动，反向旋转力偶，车身原地逆时针持续自转。
4. 屏幕清理语句

k10.canvas->canvasClear(6);
复制代码

清空画布第 6 行及下方所有文字，清除上一轮运动状态文字，防止新旧文字重叠产生残影。

五、7 种运动模式电机配置对照表



六、完整设备运行流程
设备上电，初始化行空板硬件、语音模块，循环等待语音芯片加载语音模型；
初始化倒置 LCD 屏幕、创建绘图画布，录入 7 条小车语音控制拼音指令；
麦克风不间断持续监听唤醒词「你好小新」；
说出唤醒词解锁语音控制权限，屏幕红色文字提示已唤醒；
说出对应语音口令，三路电机按照三轮福来轮矢量差速逻辑运转，屏幕同步大字显示当前运动状态；
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