2-Rad Sprachgesteuerter Roboter mit Arduino & BitVoicer Server bauen

Komponenten und Zubehör

Arduino UNO	1
Pololu Dual MC33926 Motortreiber-Shield	1
SparkFun XBee Shield	1
Microchip RN171VX WiFi-Modul	1
SparkFun Elektret-Mikrofon Breakout (verstärkt)	1
2WD Roboter-Chassis	1
LM1117 (TO-220) 3,3V Spannungsregler	1
Kondensator 10 µF	1
LED (diverse)	4
Widerstand 330 Ω	4
AA-Batterien (1,5 V)	4
9V-Blockbatterie	1
9V auf Hohlstecker Adapter	1
Steckbrücken / Draht	17 / 1
Schrauben & flexible Kunststoffklemme	1

Benötigte Werkzeuge

Lötkolben
Zange
Schraubendreher

Apps und Online-Dienste

BitVoicer Server 1.0 (Lizenz erforderlich, ca. 8,90 $)

Über dieses Projekt

Dieses Tutorial zeigt den Bau eines 2WD sprachgesteuerten Roboters. Der Ansatz lässt sich auf Schritt- und Servomotoren übertragen – Referenz für jedes sprachgesteuerte Roboterprojekt mit mechanischer Bewegung.

2-Rad Sprachgesteuerter Roboter mit Arduino & BitVoicer Server bauen

Komponentenübersicht (ca. 150 $ gesamt): Arduino UNO (~25 $), Pololu Shield (~30 $), XBee Shield (~15 $), RN171VX WiFi (~35 $), Mikrofon (~8 $), BitVoicer Server (~9 $), Chassis (~16 $), Regler/Kondensator/LEDs/Widerstände/Batterien/Kabel (~10 $).

Signalfluss: Sprache → Bewegung

Schallwellen → SparkFun Elektret-Breakout (Verstärkung)
Verstärktes Signal → Arduino ADC (Digitalisierung, Pufferung)
Audiosamples → RN171VX WiFi → BitVoicer Server (Streaming)
BitVoicer Server: Spracherkennung
Erkannter Text → vordefinierte Befehle → Arduino (TCP/IP)
Arduino: Befehl dekodieren → Motoren, Dauer, Geschwindigkeit festlegen
Pololu Shield → Motoren mit Spannung/Strom versorgen

Schritt 1: Komponenten kennenlernen

Arduino UNO R3 – Herzstück. Andere Boards möglich (z. B. DUE für Sprachantworten).

Pololu Dual MC33926 Shield – Steuert 5–28 V DC-Motoren, bis 3 A kontinuierlich. Hervorragende Dokumentation & Arduino-Library: setSpeeds(links, rechts) mit Vorzeichen für Richtung. Belegte Pins: D4,7,8,9,10,12; A0,A1; GND; 5V. Wichtig: Nur D9,D10 als PWM, Timer 2 (UNO) nicht von BVSMic (BitSophia) genutzt.

Microchip RN171VX WiFi – Serielle Steuerung, XBee-Formfaktor → passt auf SparkFun XBee Shield.

Problem & Lösung: Während WiFi sendet, tritt starkes Rauschen im Audio-ADC auf (Peak-Strom bis 240 mA stört Referenzspannung oder Antenne strahlt auf freiliegende Pins). Lösung: 3,3 V-Regler (LM1117) + 10 µF Elko auf XBee-Shield gelötet → saubere Referenz für ADC & Mikrofon. Vorher: Stille-Pegel 35/100 im Server-Monitor.

Status-LEDs auf XBee-Shield (v.l.n.r.):

BitVoicer Server läuft / Verbindung aktiv
Datendurchleitung aktiv
Spracherkennungs-Engine zugewiesen
Aktivierungswort erkannt (leuchtet nur während Aktivierungszeitraum)

Mikrofon: Analog, passende Versorgungsspannung, ≥100× Verstärkung (typisch Elektret).

2WD-Chassis: Günstiges eBay-Set: Acryl-Plattform, 2 Räder, 360°-Lenkrad, 2 Getriebemotoren (1:48), 4×AA-Halter, Encoderscheiben, Schrauben.

Schritt 2: Montage

Alle Komponenten gemäß Bildern auf Chassis montieren. Mikrofon auf Drahtbügel, Filzstreifen am Lenkrad & Schwamm an Mikrofonkabel gegen Fahrgeräusche – verbessert Spracherkennung.

Alternative: LEDs & Regler auf kleinem Steckbrett statt Auflöten.

Schritt 3: WiFi-Modul einrichten

RN171VX vollständig per Serial steuerbar: $$$ → Command Mode, Befehle senden, exit → Data Mode.

Code „WiFi Module Setup“ (unten) konfiguriert Modul für Heimnetz. Drei Stellen mit „XXXXXX“ anpassen:

set wlan ssid XXXXXX → Netzwerkname (SSID)
set wlan phrase XXXXXX → Passwort
set ip address XXXXXX → Gewünschte statische IP

Bei anderer Authentifizierung als WPA2-PSK: set wlan auth anpassen (Doku beachten).

Wichtig: SparkFun Shield Schalter

DLINE: Code-Upload per USB
UART: Serielle Kommunikation mit WiFi-Modul

Beide nutzen gleichen Serial-Port am ATmega. Falsche Stellung → Upload-Fehler.

Upload-Prozedur:

Schalter auf DLINE
Code in Arduino IDE hochladen
Sofort nach Upload (5 s Delay im Code) Schalter auf UART stellen
Modul-LEDs blinken während Konfiguration (~25 s) anders
Modul per ping [IP] testen

Schritt 4: Roboterbewegungen planen

Zwei DC-Motoren ermöglichen komplexe Bewegungen. Tutorial beschränkt sich auf ~30 Basisbewegungen + Kombinationen. Keine Drehgeber/Ultraschall → keine Hochpräzision, aber ausreichend für Navigation.

Geschwindigkeit kalibrieren: Maßband parallel, beide Motoren 1–2 s laufen, Strecke messen. Bei mir: 13,7 cm/s bei 62,5 % Maxspeed (250/400, Pololu-Lib). 1 m → 7299 ms. Andere Strecken: Dreisatz. Kurven: ein Rad schneller / gegenläufig. Trigonometrie für Radwege nötig. Quellen: CirclePath, Two-wheeled robot motion.

Geometrische Figuren (Quadrat, Dreieck, Kreis) im Video am Ende: Kombinationen von Basisbewegungen, definiert in BitVoicer Voice Schema (nicht im Arduino-Code).

Schritt 5: Arduino-Code hochladen

Sketch „Robot Source Code“ (BVS_Demo3.ino) hochladen. Schalter auf DLINE! Vorher Libraries installieren: BitVoicer Server & Pololu Motor Driver (ZIP-Import).

Code-Highlights:

Konstanten: Motorspeeds (STOP=0, SLOW=100, NORMAL=250, FAST=400), Richtungen (FRONT=-1, BACK=1), 40 Befehls-Codes (Byte).
Steuerungsvariablen: motorSpeed (aktuell), cmdDuration (ms), cmdStartTime, cmdRunning, lastFwdCmd (für „Come Back“).
WiFi-Verbindung: Connect()/Disconnect() versetzen Modul in Command Mode, öffnen/schließen TCP-Verbindung zu Server (IP 192.168.0.11:4194). Im Loop: Reconnect bei Timeout.
RunCommand(byte cmd): Switch-Case setzt Motorgeschwindigkeiten & Dauer per ms.setSpeeds(). Zeiten in ms aus Schritt 4. cmdRunning=true, cmdStartTime=millis().

Schritt 6: BitVoicer Server einrichten

Gerät anlegen: „Mixed Device“ namens ArduinoUnoWiFi. Communication: TCP/IP, IP des WiFi-Moduls (Schritt 3). Cues: Start/End of Activated Period aktivieren, Int16 SendData (1/0) an Gerät → LED für Aktivierungswort.

Voice Schema bauen: Sätze → Befehle (Byte-Werte aus Konstanten). Viele Satzvarianten pro Befehl möglich (z. B. „move forward one meter“ + „go forward one meter“ → gleicher Befehl). Komplexe Befehle (z. B. „do a square“) senden Befehlssequenzen mit Delays. Unbegrenzt viele Sätze möglich (hier >80).

Tipps: Default-Befehl in Optionen setzen; Befehle per Copy-Paste duplizieren.

Solution Objects zum Import: Device.sof, VoiceSchema.sof

Schritt 7: Fazit

AA-Batterien einlegen, 9V an Arduino → Roboter lebt! Nach Einschalten: WiFi-Modul verbindet, TCP-Verbindung steht (Modul-LED dauerhaft), 3 von 4 Status-LEDs leuchten → Spracherkennung bereit.

Spracherkennung sehr gut (nicht 100 %), Bewegungspräzision verbesserungswürdig. Lösung: Drehgeber an Encoderscheiben (Chassis liegt bei) für streckengesteuerte Bewegung + Ultraschall für Hindernisvermeidung. Vielleicht später – bis dahin: Viel Spaß beim Nachbauen!

Code

WiFi Module Setup (Arduino)

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(13, OUTPUT);
  delay(5000);
  Serial.print("$$$"); delay(1000);
  Serial.println("set wlan auth 4"); delay(1000);
  Serial.println("set wlan phrase XXXXXX"); delay(1000);
  Serial.println("set wlan ssid XXXXXX"); delay(1000);
  Serial.println("set wlan channel 0"); delay(1000);
  Serial.println("set wlan join 1"); delay(1000);
  Serial.println("set wlan tx 0"); delay(1000);
  Serial.println("set ip dhcp 0"); delay(1000);
  Serial.println("set ip address XXXXXX"); delay(1000);
  Serial.println("set comm remote 0"); delay(1000);
  Serial.println("set comm close 0"); delay(1000);
  Serial.println("set comm open 0"); delay(1000);
  Serial.println("set comm size 500"); delay(1000);
  Serial.println("set comm time 50"); delay(1000);
  Serial.println("set uart baud 115200"); delay(1000);
  Serial.println("set uart flow 0"); delay(1000);
  Serial.println("save"); delay(1000);
  Serial.println("exit"); delay(1000);
  digitalWrite(13, LOW);
}
void loop() { }

Robot Source Code (Arduino)

#include <BVSP.h>
#include <BVSMic.h>
#include <DualMC33926MotorShield.h>

#define BVS_RUNNING 2
#define BVS_SRE 5
#define BVS_DATA_FWD 3
#define BVS_ACT_PERIOD 6
#define BVSM_AUDIO_INPUT 3

const unsigned long STATUS_REQUEST_INTERVAL = 2000;
const unsigned long STATUS_REQUEST_TIMEOUT = 1000;
const int MIC_BUFFER_SIZE = 64;

BVSP bvsp = BVSP();
BVSMic bvsm = BVSMic();
DualMC33926MotorShield ms = DualMC33926MotorShield();

byte micBuffer[MIC_BUFFER_SIZE];
boolean connected = false;

const int SPEED_STOP = 0;
const int SPEED_SLOW = 100;
const int SPEED_NORMAL = 250;
const int SPEED_FAST = 400;
const int DIRECTION_FRONT = -1;
const int DIRECTION_BACK = 1;

int motorSpeed = SPEED_NORMAL;
unsigned long cmdDuration = 0;
unsigned long cmdStartTime = 0;
bool cmdRunning = false;
byte lastFwdCmd = 0;

// Befehls-Codes (0-39)...
const byte CMD_STOP = 0;
const byte CMD_MOVE_FORWARD = 1;
// ... (CMD_MOVE_FORWARD_1_CM bis CMD_TURN_RIGHT_45_BACKWARD = 39)

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(BVS_RUNNING, OUTPUT);
  pinMode(BVS_SRE, OUTPUT);
  pinMode(BVS_DATA_FWD, OUTPUT);
  pinMode(BVS_ACT_PERIOD, OUTPUT);
  AllLEDsOff();
  bvsp.begin(Serial, STATUS_REQUEST_TIMEOUT, STATUS_REQUEST_INTERVAL);
  bvsp.frameReceived = BVSP_frameReceived;
  bvsm.begin();
  ms.init();
}

void loop() {
  if (!connected) { Connect(Serial); connected = true; bvsp.reset(); }
  bvsp.keepAlive();
  bvsp.receive();
  digitalWrite(BVS_RUNNING, bvsp.isBVSRunning());
  digitalWrite(BVS_DATA_FWD, bvsp.isDataFwdRunning());
  if (bvsp.isSREAvailable()) {
    digitalWrite(BVS_SRE, HIGH);
    if (!bvsm.isRecording) { bvsm.setAudioInput(BVSM_AUDIO_INPUT, EXTERNAL); bvsm.startRecording(); }
    if (bvsm.available) {
      if (bvsp.inboundMode == FRAMED_MODE) bvsp.setInboundMode(STREAM_MODE);
      int bytesRead = bvsm.read(micBuffer, MIC_BUFFER_SIZE);
      bvsp.sendStream(micBuffer, bytesRead);
    }
  } else {
    digitalWrite(BVS_SRE, LOW);
    digitalWrite(BVS_ACT_PERIOD, LOW);
    if (bvsm.isRecording) bvsm.stopRecording();
  }
  if (bvsp.hasStatusTimedOut()) {
    if (bvsm.isRecording) bvsm.stopRecording();
    Disconnect(Serial); AllLEDsOff(); connected = false;
  }
  if (cmdRunning && millis() - cmdStartTime >= cmdDuration) RunCommand(CMD_STOP);
}

void BVSP_frameReceived(byte dataType, int payloadSize) {
  switch (dataType) {
    case DATA_TYPE_BYTE: RunCommand(bvsp.getReceivedByte()); break;
    case DATA_TYPE_INT16: digitalWrite(BVS_ACT_PERIOD, bvsp.getReceivedInt16()); break;
  }
}

void RunCommand(byte cmd) {
  switch (cmd) {
    case CMD_STOP: ms.setSpeeds(SPEED_STOP, SPEED_STOP); cmdRunning = false; return;
    case CMD_MOVE_FORWARD: lastFwdCmd = cmd; ms.setSpeeds(motorSpeed * DIRECTION_FRONT, motorSpeed * DIRECTION_FRONT); cmdDuration = 60000; break;
    case CMD_MOVE_FORWARD_1_CM: lastFwdCmd = cmd; ms.setSpeeds(motorSpeed * DIRECTION_FRONT, motorSpeed * DIRECTION_FRONT); cmdDuration = 23; break;
    // ... alle 40 Cases mit ms.setSpeeds() & cmdDuration ...
    case CMD_COME_BACK: RunCommand(lastFwdCmd); return;
    case CMD_SET_SPEED_SLOW: motorSpeed = SPEED_SLOW; return;
    case CMD_SET_SPEED_NORMAL: motorSpeed = SPEED_NORMAL; return;
    case CMD_SET_SPEED_FAST: motorSpeed = SPEED_FAST; return;
  }
  cmdStartTime = millis(); cmdRunning = true;
}

void Connect(HardwareSerial &serialPort) {
  serialPort.print("$$$"); delay(500);
  serialPort.println("open 192.168.0.11 4194"); delay(1000);
  serialPort.println("exit"); delay(500);
}

void Disconnect(HardwareSerial &serialPort) {
  serialPort.print("$$$"); delay(500);
  serialPort.println("close"); delay(1000);
  serialPort.println("exit"); delay(500);
}

void AllLEDsOff() {
  digitalWrite(BVS_RUNNING, LOW);
  digitalWrite(BVS_SRE, LOW);
  digitalWrite(BVS_DATA_FWD, LOW);
  digitalWrite(BVS_ACT_PERIOD, LOW);
}

Schaltplan

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