ArduinoとBitVoicer Serverで作る2輪音声制御ロボット

概要

Arduino UNO、Pololuデュアルモータードライバーシールド、Microchip RN171VX WiFiモジュール、プリアンプ付きエレクトレットマイク、BitVoicer Serverを組み合わせ、音声コマンドで前進・後退・旋回・幾何学図形描画等を行う2輪ロボットを製作しました。音声認識の重処理をPC側のBitVoicer Serverにオフロードし、Arduinoは音声取得・ストリーミング・モーター制御に専念するアーキテクチャです。

システム構成と信号フロー

1. マイクで音声を拾い、ブレイクアウト基板で増幅
2. Arduino ADCでデジタル化・バッファリング
3. RN171VX経由でWiFi経由でBitVoicer Serverへストリーミング
4. Serverで音声認識し、定義済みコマンド（バイト値）をArduinoへ返信
5. Arduinoでコマンドをデコードし、モータードライバーへ速度・方向・時間を指示

主要ハードウェア

部品	概算費用	備考
Arduino UNO R3	$25	DUEなら音声応答も可能
Pololu Dual MC33926 Motor Shield	$29.95	5-28V, 3A継続。PWMピン9,10使用（Timer2不使用でBVSMicと非競合）
SparkFun XBee Shield	$14.95	RN171VX搭載用
Microchip RN171VX WiFiモジュール	$34.95	シリアルコマンドで設定可、XBeeフォームファクター
SparkFun Electret Mic Breakout	$7.95	アナログ出力、100倍増幅推奨
BitVoicer Server 1.0ライセンス	$8.90	PCインストール必須
2WDシャーシキット	$15.95	ギア比1:48モーター、エンコーダーディスク付属
LM1117 3.3Vレギュレーター、10μFコンデンサー	~$2.3	WiFi送信時のピーク電流対策でADC基準電圧を分離
LED×4、330Ω抵抗×4、単3電池×4、9V電池、ジャンパー線等	-	ステータス表示、電源、配線

製作のポイント

WiFiモジュールのセットアップ

RN171VXはシリアルコマンドで全設定可能。Arduinoスケッチ（WiFi Module Setup）でSSID、パスフレーズ、固定IP、通信パラメータを送信。XBeeシールドのスイッチをDLINE↔UARTで切替えて書込み・動作を切替え。

ノイズ対策

WiFi送信時のADCノイズ（無音時にレベル35まで上昇）を、シールド上に3.3Vレギュレーターと10μFコンデンサーを実装し、マイクとADCの電源を分離することで解決。マイクスタンドにフェルト・スポンジで防振対策も施行。

動作精度向上のための工夫

エンコーダーディスクはキットに付属だが未使用。回転センサーや超音波センサーを追加すれば距離・角度制御の精度が大幅向上。現状はモーター駆動時間（ミリ秒）で距離を近似（例：13.7cm/s @ 62.5%速度 → 1m = 7299ms）。三角関数で弧・旋回時間を計算。

ソフトウェア構成

Arduinoスケッチ（BVS_Demo3.ino）

• BVSP・BVSMicクラスでBitVoicerプロトコル・音声ストリーミング処理
• 40種類の基本コマンド（バイト値0-39）をRunCommand()のswitch文で処理。速度設定（遅/標準/速）、前進距離（1cm〜3m）、後退、旋回（10°〜360°）、円運動、戻る、複合動作等
• cmdDuration/cmdStartTime/cmdRunningで非ブロッキング実行管理
• TCP接続管理：Connect()/Disconnect()でコマンドモード⇔データモード切替、ステータスタイムアウトで再接続
• LEDステータス：Server稼働、データ転送、SRE割当、アクティベーション期間の4項目

BitVoicer Server側（Voice Schema）

• デバイス「ArduinoUnoWiFi」をTCP/IP（固定IP）で登録
• アクティベーションワード認識時のStart/EndキューでLED制御用Int16送信
• 同一動作へ複数文をマッピング（例：「move forward one meter」と「go forward one meter」）
• 複合コマンド（正方形・三角形・円描画）は基本コマンドを遅延指定でシーケンス実行
• ソリューションオブジェクトファイル（Device.sof, VoiceSchema.sof）で一括インポート可能

動作確認と課題

音声認識率は高いが100%ではない。移動精度はオープンループ制御のため誤差が蓄積。エンコーダーや超音波センサー追加で改善見込み。BitVoicer Serverのライセンス費用（$8.9）以外は一般的なパーツで構成可能。