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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

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TT马达四驱麦克纳姆轮小车使用的特色底板、TT电机与扩展板

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主打：人工智能模块

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语音识别合成相关说明

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辅助：屏幕显示相关积木

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接脚 IO 扩展模块

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LED控制模块

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知识点：麦克纳姆轮（麦轮）

一、基础结构与核心原理

  1. 硬件结构
    麦克纳姆轮由轮毂 + 45° 斜向自由辊子两部分组成：
    轮毂：电机驱动主轮体；
    辊子：环绕轮毂倾斜 45° 安装，可独立自由滚动，与地面接触产生斜向摩擦力CSDN博…。
    四轮底盘必须搭配2 个左旋麦轮 + 2 个右旋麦轮，矩形四角对称安装（标准 X 型布局），缺一无法实现全向移动。
  2. 力学原理
    单个轮子转动时，地面摩擦力会分解为纵向分力（车身前后）、横向分力（车身左右）；
    通过独立控制四个电机的转向、转速，让四个轮子的分力相互抵消 / 叠加，合成任意平面运动：前后直行、左右横移、原地 360° 旋转、斜向行走抖音。
  3. 和普通两轮差速小车核心区别

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二、四轮布局与电机编号定义

使用Microbit_Motor四路驱动，编号定义：
M1：左前轮
M2：右前轮
M3：右后轮
M4：左后轮
转向标识：CW=顺时针正转，CCW=逆时针反转

三、6 种基础运动电机转向对照表

  1. 前进 qian jin
motorbit.motorRun(M1, CW, 200);
motorbit.motorRun(M3, CCW, 200);

逻辑：左前 CW、右后 CCW；四轮纵向分力同向叠加，横向力抵消，车身直线向前。
2. 后退 hou tui

motorbit.motorRun(M1, CCW, 200);
motorbit.motorRun(M3, CW, 200);

逻辑：与前进转向全部反向，车身直线向后倒退。
3. 右横移 you heng（车身整体向右平移）

motorbit.motorRun(M2, CCW, 200);
motorbit.motorRun(M4, CW, 200);

逻辑：右前 CCW、左后 CW；纵向分力抵消，横向合力向右，车身横着走。
4. 左横移 zuo heng（车身整体向左平移）

motorbit.motorRun(M2, CW, 200);
motorbit.motorRun(M4, CCW, 200);

逻辑：右前 CW、左后 CCW，横向合力向左。
5. 原地顺时针转圈 zhuan quan

motorbit.motorRun(M1, CW, 200);
motorbit.motorRun(M2, CW, 200);
motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
motorbit.motorRun(M4, CW, 200);

逻辑：四轮全部同向 CW 旋转；前后左右分力形成旋转力偶，无平移分量，原地持续旋转。
6. 停车 ting che

motorbit.motorStop(ALL);

四路电机全部断电刹车，所有轮子无驱动力，小车立刻静止锁死。

四、适配代码的语音控制整体架构
1、硬件组合
行空板 K10 + ASR 离线语音识别模块 + Microbit 四路电机驱动板 + 麦克纳姆四轮底盘
语音模块：识别唤醒词「你好小新」+6 条拼音口令；
Microbit 电机库：封装四路电机motorRun/motorStop，直接控制每轮转向与 PWM 速度；
LCD 屏幕：24 号大字实时显示当前运动状态。
2、程序控制流程
上电初始化主板、语音模块、四路电机引脚；
预注册语音指令：前进 / 停车 / 后退 / 右横 / 左横 / 转圈；
麦克风持续监听唤醒词，唤醒后解锁电机控制权限；
识别到语音口令，自动输出对应电机转向组合，屏幕同步提示；
循环清空屏幕文字，持续等待下一条语音指令。

五、麦克纳姆轮优缺点
1·、优点
全向移动：可前后、左右横移、原地自转，狭小室内、仓储机器人首选；
运动灵活，无需预留转弯空间，侧向避障、侧方停靠极强；
运动解耦：平移和旋转互不干扰，可一边横移一边转向；
模块化控制：每路电机独立调速，代码只需要调整转向组合即可切换运动模式。
2、缺点
成本更高，需要 4 套独立电机驱动；
辊子耐磨差，长期重载、粗糙地面容易磨损；
传动效率低于普通橡胶轮，相同电机功率下速度略慢；
安装要求严格，轮子左右不能装反，否则运动错乱、跑偏。

六、典型应用场景
1、教育创客：行空板 / Arduino 语音遥控全向小车；
2、仓储 AGV 物流小车，狭窄货架之间侧向穿梭；
3、工业重载转运平台、机器人比赛底盘；
4、室内巡检机器人、云台全向移动底座。

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【花雕动手做】行空板 K10 系列实验之方盒麦克纳姆轮内置式四驱语音识别小车

实验开源代码

// 引入离线语音识别库asr.h：提供语音唤醒、拼音指令识别、持续收音监听全套功能
#include "asr.h"
// 行空板K10主板底层驱动库：封装LCD屏幕、画布绘制、主板硬件初始化、系统总线管理API
#include "unihiker_k10.h"
// Microbit四路电机驱动库，专门适配四轮麦克纳姆轮底盘，独立控制M1/M2/M3/M4四路直流减速电机
#include <Microbit_Motor.h>

// ===================== 全局硬件对象实例化 =====================
UNIHIKER_K10   k10;        // 行空板主控实例，统一管理屏幕、板载IO、底层通信总线
ASR            asr;         // 离线语音识别模块实例，负责麦克风收音、人声解析、唤醒判断
uint8_t        screen_dir=2; // 屏幕旋转配置参数：数值2 = 屏幕倒置显示，适配小车安装视角
Microbit_Motor motorbit;    // 四路电机驱动实例
/* 麦克纳姆四轮底盘电机编号标准定义
M1 = 左前轮
M2 = 右前轮
M3 = 右后轮
M4 = 左后轮
CW = Clockwise 电机顺时针旋转
CCW = CounterClockwise 电机逆时针旋转
速度参数取值范围 0~255，数值越大PWM占空比越高，电机转速越快 */

//=====================================================================
// setup() 上电初始化函数，设备开机/重启仅执行1次
// 功能：初始化主板硬件、语音识别模块、LCD画布，注册7条麦轮小车语音拼音指令
//=====================================================================
void setup() {
	// 初始化行空板全部底层硬件资源：I2C、串口、屏幕、板载外设、IO总线
	k10.begin();

	// 离线语音识别模块初始化，传入3个核心配置参数
	// 1.CONTINUOUS：持续收音模式，麦克风不间断循环监听环境人声
	// 2.CN_MODE：中文识别模式，仅支持预先注册的中文拼音口令识别
	// 3.10000：收音抗噪灵敏度阈值，数值越高过滤环境杂音、防止误唤醒能力越强
	asr.asrInit(CONTINUOUS, CN_MODE, 10000);

	// 阻塞循环等待语音识别模型加载完成
	// _asrState == 0 代表语音模块未就绪，每100ms检测一次状态，避免未初始化调用导致程序报错
	while(asr._asrState == 0){delay(100);}

	// 根据screen_dir=2参数初始化倒置LCD显示屏
	k10.initScreen(screen_dir);
	// 创建屏幕绘图画布缓存区，所有文字先写入缓存，再统一刷新到屏幕，减少高频刷屏闪烁
	k10.creatCanvas();

	// 批量注册7条离线语音控制指令，离线ASR仅能识别提前录入的拼音
	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, "zhuan quan"); // ID=6 语音口令：原地转圈
	asr.addASRCommand(6+1, "xie zou");    // ID=7 语音口令：斜着走（斜向直行）
}

//=====================================================================
// loop() 主循环函数，硬件初始化完成后无限循环持续运行
// 功能：实时检测语音唤醒状态、匹配语音指令、输出四路电机控制信号，屏幕同步刷新小车运行状态文字
//=====================================================================
void loop() {
	// 检测麦克风是否识别到固定唤醒关键词【你好小新】
	if (asr.isWakeUp()) {
		// 唤醒成功：在画布第6行绘制红色提示文字 RGB=0xFF0000
		k10.canvas->canvasText("已唤醒行空板小车.......", 6, 0xFF0000);
		// 将画布缓存内所有文字一次性刷新输出到实体LCD屏幕
		k10.canvas->updateCanvas();
	}
	else {
		// 未唤醒待机状态：画布第4行绘制蓝色提示文字 RGB=0x0000FF，提示用户唤醒口令
		k10.canvas->canvasText("唤醒词为“你好小新”", 4, 0x0000FF);
		k10.canvas->updateCanvas();
	}

	// ==========语音指令ID1：qian jin 小车直线前进（CCW四轮同步逆时针，低速102）==========
	if (asr.isDetectCmdID(0+1)) {
		// ALL参数代表同时控制M1/M2/M3/M4全部四路电机，统一逆时针旋转，速度102（中低速，行驶更稳）
		// 四轮同向转动后，麦克纳姆轮横向分力两两抵消，仅保留向前的纵向合力，车身笔直前进
		motorbit.motorRun(ALL, CCW, 102);
		// 屏幕绘制状态大字：参数依次为 X坐标,Y坐标,文字黑色RGB,中英文字体,字号50,自动换行开启
		k10.canvas->canvasText("K10 小车前进", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
		k10.canvas->updateCanvas();
	}

	// ==========语音指令ID2：ting che 小车全部电机刹车停机==========
	if (asr.isDetectCmdID(1+1)) {
		// motorStop(ALL)：同时切断四路电机驱动输出，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ID3：hou tui 小车直线后退（CW四轮同步顺时针，低速102）==========
	if (asr.isDetectCmdID(2+1)) {
		// 四轮全部顺时针反转，与前进转向完全反向，纵向合力向后，车身直线倒退
		motorbit.motorRun(ALL, CW, 102);
		k10.canvas->canvasText("K10 小车后退", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
		k10.canvas->updateCanvas();
	}

	// ==========语音指令ID4：you heng 车身整体向右横向平移，速度100==========
	if (asr.isDetectCmdID(3+1)) {
		// 麦克纳姆轮标准右横移差速组合：前后纵向推力完全抵消，仅保留向右横向合力
		motorbit.motorRun(M1, CW, 100);  // 左前轮顺时针
		motorbit.motorRun(M2, CCW, 100); // 右前轮逆时针
		motorbit.motorRun(M3, CCW, 100); // 右后轮逆时针
		motorbit.motorRun(M4, CW, 100);  // 左后轮顺时针
		k10.canvas->canvasText("K10 小车右横", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
		k10.canvas->updateCanvas();
	}

	// ==========语音指令ID5：zuo heng 车身整体向左横向平移，速度100==========
	if (asr.isDetectCmdID(4+1)) {
		// 所有电机转向与右横移完全反向，纵向分力抵消，横向合力向左，整车平行左滑
		motorbit.motorRun(M1, CCW, 100); // 左前轮逆时针
		motorbit.motorRun(M2, CW, 100);  // 右前轮顺时针
		motorbit.motorRun(M3, CW, 100);  // 右后轮顺时针
		motorbit.motorRun(M4, CCW, 100); // 左后轮逆时针
		k10.canvas->canvasText("K10小车左横", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
		k10.canvas->updateCanvas();
	}

	// ==========语音指令ID6：zhuan quan 原地顺时针转圈，转速150（比平移更快）==========
	if (asr.isDetectCmdID(5+1)) {
		// 对角电机同方向、两组对角反向转动，只产生纯旋转力矩，无前后左右平移分量，零半径原地自转
		motorbit.motorRun(M1, CCW, 150); // 左前轮逆时针
		motorbit.motorRun(M2, CCW, 150); // 右前轮逆时针
		motorbit.motorRun(M3, CW, 150);  // 右后轮顺时针
		motorbit.motorRun(M4, CW, 150);  // 左后轮顺时针
		k10.canvas->canvasText("K10小车原地转圈", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
		k10.canvas->updateCanvas();
	}

	// ==========语音指令ID7：xie zou 小车斜向行走（左前方斜走，高速200）==========
	if (asr.isDetectCmdID(6+1)) {
		// 仅左前M1、右后M3电机高速顺时针运转，M2右前、M4左后轮停机，推力合成左前方斜向合力
		motorbit.motorRun(M1, CW, 200);
		motorbit.motorRun(M3, CW, 200);
		k10.canvas->canvasText("K10小车斜着走", 0, 180, 0x000000, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
		k10.canvas->updateCanvas();
	}

	// 清空画布第6行及下方全部文字，清除上一轮唤醒提示残留文字，防止新旧文字重叠出现残影
	k10.canvas->canvasClear(6);
}

代码解读

一、项目整体概况

硬件组合

行空板 K10 主控 + 离线 ASR 语音识别模块 + Microbit 四路直流电机驱动板 + 四轮麦克纳姆轮底盘

核心功能

  1. 离线语音唤醒：唤醒固定关键词「你好小新」，唤醒后才可操控小车；
  2. 7 条拼音语音指令：前进、停车、后退、右横移、左横移、原地转圈、斜向直行；
  3. 麦克纳姆全向移动：依靠 45° 斜辊分力抵消原理，实现直行、横移、零半径自转、斜走；
  4. 分级差异化调速：直行 / 横移低速稳行、转圈中速、斜向行走全速；
  5. LCD 屏幕实时文字反馈，分层展示唤醒提示、小车运动状态。

二、头文件与全局对象解析

#include "asr.h"
#include "unihiker_k10.h"
#include <Microbit_Motor.h>
  1. asr.h：离线语音识别库，提供持续收音、人声唤醒、拼音指令匹配功能；
  2. unihiker_k10.h：行空板底层驱动，封装屏幕画布、硬件初始化、IO 操作 API；
  3. Microbit_Motor.h：四路电机专用驱动库，独立控制 M1 左前 / M2 右前 / M3 右后 / M4 左后四个麦轮电机。
UNIHIKER_K10   k10;
ASR            asr;
uint8_t        screen_dir=2;
Microbit_Motor motorbit;
  • k10：行空板主控实例，统一管理屏幕、主板通信总线；
  • asr：语音识别实例，处理麦克风收音与人声解析；
  • screen_dir=2：屏幕倒置显示，适配小车安装视角；
  • motorbit：四路电机驱动实例
    • CW：电机顺时针旋转
    • CCW：电机逆时针旋转
    • 速度参数范围 0~255，数值越大转速越快。

三、setup () 上电初始化（开机仅执行 1 次）

  1. k10.begin();
    初始化行空板全部底层硬件：I2C、串口、LCD 屏幕、板载外设总线。
  2. 语音模块初始化
asr.asrInit(CONTINUOUS, CN_MODE, 10000);
while(asr._asrState == 0){delay(100);}
  • CONTINUOUS：不间断持续收音；
  • CN_MODE：中文拼音识别模式，仅识别预存口令；
  • 10000：高抗噪灵敏度，过滤环境杂音，减少误唤醒；
  • 循环阻塞等待语音识别模型加载完成，避免未就绪调用报错。
  1. 屏幕初始化
k10.initScreen(screen_dir);
k10.creatCanvas();

按倒置参数点亮屏幕，创建画布缓存，文字先存入缓存再统一刷新，降低屏幕闪烁。
4. 注册 7 条语音指令

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, "zhuan quan");  // ID6 原地转圈
asr.addASRCommand(6+1, "xie zou");     // ID7 斜着走

离线语音模块仅能识别提前录入的拼音口令，无法识别未注册词语。

四、loop () 无限主循环，实时监听语音并控制小车

1. 唤醒状态屏幕提示逻辑

asr.isWakeUp() 判断是否识别唤醒词「你好小新」

  • 唤醒成功：画布第 6 行红色文字 已唤醒行空板小车.......；
  • 未唤醒待机：画布第 4 行蓝色文字 唤醒词为“你好小新”；
    updateCanvas() 将画布缓存一次性刷新到实体屏幕。

2. Microbit 电机库核心 API

  1. motorRun(通道, 转向, 速度)
    • 通道：ALL同时控制四路电机 / M1/M2/M3/M4 单独单路；
    • 转向：CW顺时针、CCW逆时针；
  2. motorStop(ALL)：切断四路电机全部动力，小车立即锁死静止。

3. 每条语音指令电机控制逻辑

（1）qian jin 前进，速度 102
motorbit.motorRun(ALL, CCW, 102);

四轮全部同步逆时针低速运转，麦克纳姆轮横向分力两两抵消，仅保留向前合力，行驶平稳不窜动。

（2）ting che 停车
motorbit.motorStop(ALL);

四路电机同步断电刹车，小车立刻静止。

（3）hou tui 后退，速度 102
motorbit.motorRun(ALL, CW, 102);

四轮全部同步顺时针低速反转，合力向后，直线平稳倒退。

（4）you heng 右横移，速度 100
motorbit.motorRun(M1, CW, 100);
motorbit.motorRun(M2, CCW, 100);
motorbit.motorRun(M3, CCW, 100);
motorbit.motorRun(M4, CW, 100);

四轮差速配合，前后纵向推力完全抵消，只保留向右横向分力，整车平行右滑。

（5）zuo heng 左横移，速度 100
motorbit.motorRun(M1, CCW, 100);
motorbit.motorRun(M2, CW, 100);
motorbit.motorRun(M3, CW, 100);
motorbit.motorRun(M4, CCW, 100);

电机转向与右横移全部反向，纵向分力抵消，合力向左，整车平行左滑。

（6）zhuan quan 原地转圈，速度 150
motorbit.motorRun(M1, CCW, 150);
motorbit.motorRun(M2, CCW, 150);
motorbit.motorRun(M3, CW, 150);
motorbit.motorRun(M4, CW, 150);

左前、右前轮一组同向，右后、左后轮另一组反向，仅产生旋转力矩，无平移分量，原地顺时针自转，转速高于直行。

（7）xie zou 斜着走，速度 200
motorbit.motorRun(M1, CW, 200);
motorbit.motorRun(M3, CW, 200);

仅左前 M1、右后 M3 电机全速运转，M2、M4 停机，推力合成左前方斜向直行。

4. 屏幕清理

k10.canvas->canvasClear(6);

清空画布第 6 行及下方所有文字，清除唤醒提示残留内容，避免新旧文字重叠出现残影。

五、运动模式电机参数对照表

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六、完整设备运行流程

  1. 设备上电，初始化行空板硬件、语音识别模块，循环等待语音模型加载完成；
  2. 初始化倒置 LCD 屏幕、创建绘图画布，批量注册 7 条拼音语音指令；
  3. 麦克风不间断持续监听唤醒词「你好小新」；
  4. 识别唤醒词后屏幕红色文字提示，未唤醒则蓝色文字提示唤醒口令；
  5. 说出对应语音口令，四路电机按照麦克纳姆轮矢量差速逻辑运转，屏幕同步打印车辆运行状态；
  6. 循环末尾自动清空屏幕下方文字，持续循环等待下一条语音指令。

Mind+图形编程

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实验场景图与视频记录

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【[花雕动手做] 行空板 K10 系列实验之方盒麦克纳姆轮内置式四驱语音识别小车 #人工智能技术 #语音识别 #行空板K10 #DIY动手做 #科技改变生活】

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