基于“香蕉派”的语音交互式机器人

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1、基于“香蕉派”的语音交互式机器人　　摘要本文介绍了一款基于“香蕉派”全语音交互式的智能机器人，它能根据人的语言自动识别“行走”命令或“聊天”内容，并自主行走或与人智能交流。它以BananaPI开源硬件平台作为控制服务器，通过讯飞平台的语音识别和GPIO接口控制外置驱动器，实现语音交互式行走等基本功能。实验证明该机器人能够准确接收指令并做出反应，可靠性较高。并且无任何外设，使用方便。　　【关键词】香蕉派行走机器人语音交互BananaPi　　“香蕉派”（BananaPi，简写为BPI），与“树莓派”类似，但是硬件配置更高、性能更强，对安卓（Android）系统的支持更好。其中，“树莓派”（R

2、aspberryPi，简写为RPi/RasPi/RPI）是一款基于ARM的微型电脑主板，只有信用卡大小，其系统基于Linux。它以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有多个USB接口和以太网接口，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，具备所有PC的基本功能。　　1机器人系统简介　　本款机器人的特点：　　（1）零设置、零辅助，不需要遥控器、手机等任何辅助设备，完全根据语音命令智能响应；　　（2）智能化的人机聊天，随着技术的发展即时提升智能化水平。　　硬件可基于“树莓派”微型电脑主板，采用3代B型，安装Linux系统，使用C语言进行相

3、应软件开发。也可以基于“香蕉派”微型电脑主板，采用BPI-M3型号，安装Android系统，相应软件开发使用与Java相似度很高的Android开发集成环境。以“香蕉派”为例，描述本机器人的设计开发过程。　　2硬件实现　　整个系统分两步进行开发调试环境的搭建，首先是搭建“香蕉派”核心处理系统。其是一个袖珍的主板卡，但是“麻雀虽小，五脏俱全”，除去“香蕉派”主板外，还需准备一套标准通用的USB键盘和鼠标，一个显示器用于开发调试（开发完成后可以拆除）。两块电池用于整个系统供电，最后还需要准备预装了安卓系统的SD卡（对于SD卡要求读写最好在4MB/S以上、容量大于2GB）。　　在完成核心处理系

4、统的搭建后，再进行机器人外围系统的搭建，首先利用讯飞平台完成对机器人的“行走控制”或“聊天命令”的语音识别，然后利用“香蕉派”的GPIO接口，控制外置驱动器实现电机的使能、正反转控制。整个系统的硬件框图如图1所示。　　2.1“香蕉派”系统板　　“香蕉派”BPI-M3是一款8核高性能单板计算机，兼容“树莓派”，还可以运行Android5.1、Debianlinux、Ubuntulinux、RaspberryPi系统。硬件配置为：1GHzARM78核处理器，2GBLPDDR3内存，千兆以太网口，2个USB接口，支持2K高清视频输出。GPIO兼容RaspberryPiB+，并能运行其ROMIm

5、age。开发板的正反面如图2所示。　　2.2电机驱动板　　本模块使用L298N作为主驱动芯片，具有驱动能力强，发热量低，抗干扰能力强的特点。其实物如图3所示，其中：　　2.2.1+12V接入口　　电压范围：+5V～+35V，使用航模电池供电。　　2.2.2电机接口　　OUT1、OUT2为电机A输出；OUT3、OUT4为电机B输出。　　2.2.3IO接口　　ENA和ENB分别为A、B电机的使能端，一开始ENA和ENB各自的上下两个针脚是用跳线帽连接起来的，拔掉就可以接线了。IN1～IN4为IO控制输入，与树莓派的GPIO接口相连接。　　2.3系统板与电机驱动板连接　　通过“香蕉派”的GPI

6、O接口，控制电机驱动方向及速度，实现小车的前进、后退、变向。把电机接到L298N驱动板上面，然后把电池的正极接到12v接口，负极接到接地接口，5V输入从香蕉派的GPIO2接入。IN1、IN2、IN3、IN4分别接“香蕉派”GPIO的11、12、13、15号接口。如图4所示。　　2.4移动平台　　本机器人使用奥松AS-2WD铝合金移动平台，它是2轮驱动，可安装多款直流电机与伺服舵机，并且可以搭载多款控制器、驱动器、传感器和无线射频模块等。其外形如图5所示。　　2.5电池与其它附件　　电池供电使用两种：一是10000mAH的充电宝，为“香蕉派”核心处理板供电；二是“格氏ACE3S11.1V2

7、200mAh30C”无人机航模电池，为电机驱动板供电。“香蕉派”内置麦克，不需要外接，但是无内置喇叭，所以，通过音频输出口外接一个绿色球形音箱。　　3软件实现　　本机器人系统的软件设计主要分为两类，分别为实现流程框图如图6所示。　　3.1语音听写　　3.2语音识别　　语音识别即语法识别，主要指基于命令词的识别，识别指定关键词组合的词汇，或者固定说法的短句。语法识别分云端识别和本地识别，云端和本地分别采用ABNF和BNF语法格式。本机