基于語音識別技術的機器人手臂控制智能化嘗試

介紹：

在電影《鋼鐵俠》中，我們看到托尼·斯塔克在建造設備時與人工智能賈維斯交流。托尼向賈維斯描述了他需要的零件，賈維斯控制機械臂協(xié)助托尼完成任務。隨著當今技術的發(fā)展，這種實現(xiàn)只是時間問題。因此，我決定嘗試自己實現(xiàn)這個功能，用語音控制來操作機械臂，實現(xiàn)人工智能的簡單應用。

我全權負責連接和控制機械臂和語音開發(fā)板，通過特定命令觸發(fā)機械臂的運動。這是一個具有挑戰(zhàn)性的項目，因為語音控制技術涉及多個方面，如語音識別、信號處理和機器人控制，需要我學習和理解相關知識。通過這篇文章，我希望分享我的項目實施過程、成就和經(jīng)驗教訓，以激勵和幫助在機器人和語音控制領域工作的同學。

為了實施這個項目，我首先需要解決兩個主要問題：如何處理語音信號以及如何控制機械臂。

處理語音信號：

處理語音信號的步驟：

● 硬件選擇：選擇合適的開發(fā)板（Arduino、樹莓派等）。

● 麥克風信號處理：選擇合適的麥克風進行采集，通過模數(shù)轉換器將采集到的語音信號轉換為數(shù)字信號。

● 信號處理：采集到的信號通過降噪、濾波等方式進行處理。提取有用的特征，并使用語音識別算法處理特征信號，以將數(shù)字信號輸出到計算機。

控制機械臂：

● 使用簡單易操作的機械臂。

以上是解決兩個主要問題的方法。然而，經(jīng)過研究，開發(fā)可以處理語音信號的開發(fā)板需要大量的工作！幸運的是，現(xiàn)在市場上有集成語音開發(fā)板，我們可以直接購買一個來使用。

HLK-V20 語音開發(fā)板

HLK-V20 開發(fā)板是一個具有兩個 IO 接口的復雜板 - 一個用于語音輸出，另一個用于語音輸入。它可以通過串行端口連接到計算機。

MyCobot 280 M5Stack 2023 機械臂

對于機械臂，我選擇了流行的桌面機械臂，myCobot 280 M5Stack 2023，由大象機器人公司開發(fā)。該機械臂最近進行了重大的軟件更新，實現(xiàn)了20ms的串行通信速度，并提供與Python和C++等流行編程語言兼容的豐富接口。我選擇這個機械臂有幾個原因，包括它緊湊的尺寸、豐富的 Python API 接口（我擅長編程）以及易于安裝和使用。

編程語言： Python 3.7+

平臺： windows11

使用的Python庫：serial，pymycobot，time。

項目的發(fā)展

在項目的開發(fā)中，涉及四個主要步驟：

● 語音輸入

● 開發(fā)板檢索語音信息并傳輸?shù)絇C

● PC處理接收到的信息

● 向機械臂發(fā)送運動控制命令以進行運動

為了觀察開發(fā)板如何傳輸數(shù)據(jù)以及返回的數(shù)據(jù)類型，使用Python中的串行庫來操作串行端口。該庫具有從串行端口打開、關閉、讀取和寫入數(shù)據(jù)的方法。

'''
For instance, the serial.Serial() method is used to open the serial port and connect it to the PC, while the serial.read() method reads the data transmitted from the serial port.
'''
import serial
s = serial.Serial("COM9",115200)
r = s.read()
while True:
print(r)

復制

這是從 read（） 獲取的數(shù)據(jù)。

通過分析從開發(fā)板傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，開發(fā)板的喚醒詞被識別為“wakeup_uni”，而關鍵字“uArTcp”表示下一個命令的開始。

發(fā)現(xiàn)接收到的數(shù)據(jù)連接在一起，每次輸入命令時，都會與前一個命令連接在一起。

發(fā)現(xiàn)接收到的數(shù)據(jù)連接在一起，每次輸入命令時，都會與前一個命令連接在一起。為了檢查開發(fā)板是否已收到語音輸入，使用了 if a in b： 語句，并預先準備了輸入命令及其相應的關鍵字。例如，喚醒詞設置為“wakeup_uni”，并設置了 4 個提示詞以進行測試。

#set prompt word
hi_mycobot = b'openled'
dancing = b'zengjialiangdu'
nod_head = b'jianxiaoliangdu'
go_back = b'closeled'
# run frame
while True:
r += s.read()
if wake_up in r:
print("wake")
wake = True
r = b''
if wake and hi_mycobot in r:
print("Hi myCobot")
r = b''
if wake and dancing in r:
print("dancing")
r = b''
if wake and nod_head in r:
print('nod your head')
r = b''
if wake and go_back in r:
print('Go back')
r = b''
if wake and _exit in r:
print("exit")
r = b''
# print(r)s

復制

這是測試結果

pymycobot庫是由Elephant Robotics開發(fā)的機械臂API調用接口庫。具體的使用方法在Gitbook（由Elephant Robotics提供）上。

# import library
from pymycobot import Mycobot
import time
# Create an instance object for later use
mc = Mycobot('COM9',115200)
#Control the mechanical arm to move at a speed of 70 according to the angle in the list，send_angles([angles],speed)
mc.send_angles([0.87,(-50.44),47.28,0.35,(-0.43),(-0.26)],70)
# Execute the next command after a delay of x seconds (the movement of the robotic arm takes time)
time.sleep(x)

復制

接下來，將代碼的兩個部分組合在一起。

import serial
from pymycobot import MyCobot
import time
s = serial.Serial("COM6",115200)
mc = MyCobot('COM3',115200)
r = b''
wake_up = b'wakeup_uni'
_exit = b'exitUni'
hi_mycobot = b'openled'
dancing = b'zengjialiangdu'
nod_head = b'jianxiaoliangdu'
go_back = b'closeled'
wake = False
while True:
r += s.read()
if wake_up in r:
print("wake")
wake = True
r = b''
if wake and hi_mycobot in r:
print("Hi myCobot")
# say hi shake with you
mc.send_angles([0.87,(-50.44),47.28,0.35,(-0.43),(-0.26)],70)
time.sleep(1)
for count in range(3):
mc.send_angle(1,30,80)
time.sleep(1)
mc.send_angle(1,(-30),80)
time.sleep(1)
mc.send_angles([0,0,0,0,0,0],70)
r = b''
if wake and dancing in r:
print("dancing")
mc.send_angles([0,0,0,0,0,0],80)
time.sleep(1)
for count in range(2):
mc.send_angles([(-0.17),(-94.3),118.91,(-39.9),59.32,(-0.52)],80)
time.sleep(1.2)
mc.send_angles([67.85,(-3.42),(-116.98),106.52,23.11,(-0.52)],80)
time.sleep(1.7)
mc.send_angles([(-38.14),(-115.04),116.63,69.69,3.25,(-11.6)],80)
time.sleep(1.7)
mc.send_angles([2.72,(-26.19),140.27,(-110.74),(-6.15),(-11.25)],80)
time.sleep(1)
mc.send_angles([0,0,0,0,0,0],80)
r = b''
if wake and nod_head in r:
print('nod your head')
mc.send_angles([0,0,0,0,0,0],70)
time.sleep(1)
mc.send_angles([3.07,(-86.3),75.32,11.86,2.72,(-0.35)],70)
time.sleep(0.5)
for count in range(4):
mc.send_angle(4,13,70)
time.sleep(0.5)
mc.send_angle(4,(-60),70)
time.sleep(1)
mc.send_angle(4,13,70)
time.sleep(0.5)
mc.send_angles([0,0,0,0,0,0],70)
r = b''
if wake and go_back in r:
print('Go back')
mc.send_angles([12.83,(-138.95),156.09,(-12.3),(-12.91),35.41],70)
r = b''
if wake and _exit in r:
print("exit")
r = b''

三. 經(jīng)驗和教訓

在完成這個項目的過程中，我收獲了很多寶貴的經(jīng)驗和見解。首先，我意識到一個項目的完成不僅取決于對技術的掌握，還需要事先的研究和理解。當我在研究語音識別開發(fā)板的制作時，我發(fā)現(xiàn)工作量非常大，實現(xiàn)起來會非常困難。但是，市場上已經(jīng)有許多成熟的技術和工具。我們只需要選擇合理的組合和整合。其次，項目的圓滿完成需要明確的框架和充分的準備。在這個項目中，我需要了解語音識別算法、機械臂設計和控制技術，掌握硬件設備和軟件開發(fā)工具的使用方法和性能特點。

在這個項目中，我成功地將語音識別技術與機械臂控制技術相結合，實現(xiàn)了機械臂的語音控制。雖然這個項目的規(guī)模相對較小，但它代表了人工智能技術在現(xiàn)實生活中的應用和發(fā)展趨勢。雖然這只是一個人工智能項目的原型，但它的完成對我來說是一次寶貴的經(jīng)驗。在以后的研究中，我將繼續(xù)探索更多相關信息，以進一步完善這個項目。如果您有任何好的想法，請在下面發(fā)表評論。

審核編輯 黃宇