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工业机器人语音控制系统研究

2019/09/25 阅读:

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STM32F103xC[2]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LD3320[3]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.

[2]STM32F103Xc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.

作者:王立钢 耿金良 单位:广东职业技术学院

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