工业机器人语音控制系统研究

工业机器人语音控制系统研究工业机器人语音控制系统研究 2019/09/25 摘要：文章设计了一款基于STM32平台的语音控制系统，该系统除具备一些基本的IO控制功能外，还可以方便集成语音交互控制等各类智能化功能，将该系统应用于工业机器人自动化生产系统中，可以提高工业机器人的智能化，满足一些特殊的应用场景。关键词：STM32；语音控制；工业机器人1概述随着德国工业4.0与中国制造2025计划的提出，传统制造业的产业改造升级需求变得日益迫切。工业机器人作为智能制造的重要部分，目前已经深入应用于很多传统的制造业1。工业机器人作为自动化生产系统中的一部分，经常将其控制器与可编程控制器（PLC）配合，构成一个完整的自动化生产线的控制系统。本论文尝试将电子领域常用的嵌入式系统技术替代传统的工业用PLC，使用STM32平台开发控制系统。该平台采用模块化的设计方式，除具备一些基本I/O功能、触摸屏功能外，还可以方便的增加各种智能化功能，如语音交互等。从而实现通过语音交互控制工业机器人，提高工业机器人的智能化，满足一些特殊的应用场景。2系统硬件设计2.1系统整体硬件设计系统硬件设计的整体框图如图1所示，STM32控制系统的核心处理器采用STM32平台M3系列芯片，通过连接相应的外围模块，包括各类开关、传感器，触摸屏，继电器模块，语音识别和语音合成模块构成整个控制系统。STM32控制系统与工业机器人之间通过RS485总线进行数据传输，以此来控制工业机器人做相应的动作。2.2系统重要模块硬件设计本系统的核心控制器采用STM32F103xC2处理器，该处理器使用高性能的ARMCortexTM-M332位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器（高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM），丰富的增强I/O端口。包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C接口、3个SPI接口、2个I2S接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。系统中的语音交互模块使用的芯片为LD33203语音芯片，LD3320基于非特定人语音识别技术，不需要用户进行录音训练，同时芯片集成了高精度的A/D和D/A接口，不再需要外接辅助的Flash和RAM，使用起来非常方便。该语音交互模块与STM32控制器之间的通信方式可以采用并行口通信或者SPI通信的方式，本系统中采用了并行通信的方式控制该语音交互模块，该模块与STM32控制器的接口电路原理图如图2所示。3系统软件设计本系统软件设计分为STM32控制系统程序和工业机器人程序两部分，STM32控制系统程序采用C语言以及KEIL开发软件进行开发，工业机器人程序使用工业机器人专用编程语言进行开发，STM32控制系统与工业机器人之间的通信通过串口通信的方式实现。3.1STM32控制系统软件设计STM32控制系统上电首先进行初始化工作，将系统控制的各个模块进行初始化，包括语音交互模块、触摸屏模块以及串口通信的软件初始化。初始化结束后必须按下启动按钮系统才可正常进行工作，正常工作情况下，如有语音信号输入，语音交互模块进行关键词识别，系统便会根据不同的关键词对应控制工业机器人实现不同的动作，LD3320语音芯片最大支持50种关键词识别，可以定义50项不同工作，本文只实验性的测试了两种不同的动作控制，后期可以根据实际项目需要继续添加。系统主程序流程图如图3所示。3.2工业机器人软件设计本文采用的工业机器人为ABB六轴工业机器人，型号为IRB120，ABB工业机器人使用RAPID语言进行编程，系统启动后首先进行初始化，主要为串口通信的软件初始化，初始化结束后，机器人等待STM32发送的串口数据，若收到动作1数据，则机器人相应执行动作1，不用的数据可以控制机器人执行相应不同的动作。具体程序流程图如图4所示。4结束语本文设计应用于工业机器人自动化生产线的STM32控制系统，从功能上可以替代传统的自动化系统中的可编程控制器（PLC），同时加入语音交互控制的功能，满足一些特殊的工业机器人应用场景，由于嵌入式系统的可扩展性非常强，后期还可以增加更多智能化的功能，如自动化流水线数据上传云端、电脑端、手机端远程控制4等，满足各类智能化制造场景的需要。参考文献：1王田苗，陶永.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略J.机械工程学报，2014，5（9）：1-13.2STM32F103Xc数据手册EB/OL.4李涛，马殷元.基于STM32的GPRS远程监测终端设计J.电子世界，2012，6：126-127.