畢業(yè)設計選題時，不少同學陷入兩難：技術深的項目工程量大、難以按期完成；易實現(xiàn)的題目又同質化嚴重、缺創(chuàng)新。尤其是機械電子融合的機器人領域，機械設計、運動控制、多傳感器融合、AI視覺/語音等難題讓本科生望而卻步，但恰恰是這類挑戰(zhàn)，最能體現(xiàn)工科生綜合能力，讓畢設從 “電子鐘”“數(shù)據(jù)采集器” 中脫穎而出。

華清遠見小智AI桌寵機器狗，恰好就是這樣一個項目，完美契合了畢業(yè)設計對綜合性、創(chuàng)新性和實踐性的要求。它沒有追求工業(yè)級機器人的復雜度，而是以恰到好處的技術深度與趣味性，構建了一個完整的軟硬件協(xié)同系統(tǒng)：STM32F103 精準控制五個舵機，實現(xiàn)站立、進退等動作；ESP32-S3賦予其理解 “小元，握個手” 等自然語言指令的能力，并語音反饋狀態(tài)。這一雙核架構設計，既體現(xiàn)了現(xiàn)代機器人系統(tǒng)的典型分層思想，又巧妙避開了單芯片難以兼顧實時控制與AI計算的難題。

更難得的是，項目融入情感化設計 —— 機械狗能聽懂指令、回應，甚至用搖尾巴表達 “開心”，不再是冰冷模型，這種技術與情感的融合，是機器人發(fā)展前沿，也是企業(yè)看重的系統(tǒng)思維。有限畢設周期內，“小元” 既能展示你的嵌入式開發(fā)、多傳感器融合、機械設計、AI 集成等專業(yè)能力，又能體現(xiàn)對用戶體驗的理解 —— 這正是從學生到工程師轉變所需的綜合素養(yǎng)。接下來，咱們一起來看看這個 “會思考的機器人伙伴” 如何實現(xiàn)的。

01 項目簡介

本項目旨在開發(fā)一款集智能交互與靈動運動于一體的小智AI桌寵機器狗。它深度整合了仿生步態(tài)、趣味動作、姿態(tài)感知、語音交互與AI視覺識別等核心功能，通過高度協(xié)同的“感知-決策-執(zhí)行”閉環(huán)系統(tǒng)，展現(xiàn)出一個智能體的完整行為邏輯。

小智AI桌寵機器狗不僅能完成前進、轉向、蹲下等基礎仿生步態(tài)，更可實現(xiàn)握手、抖腿、伸懶腰、自我介紹等一系列擬人化趣味動作，實現(xiàn)靈活而富有表現(xiàn)力的運動控制。其姿態(tài)感知系統(tǒng)通過融合六軸與地磁傳感器數(shù)據(jù)，精準解析機身狀態(tài)，確保了動作執(zhí)行的精準與穩(wěn)定。同時，它借助ESP32-S3核心連接的“小智AI服務器”以及USB攝像頭、電腦、視覺云平臺等，構建了AI視覺識別與語音交互系統(tǒng)，不僅能夠通過語音交互，還能夠通過攝像頭感知環(huán)境，實時識別目標并進行智能語音反饋，實現(xiàn)“看得懂、聽得見、說得出”的生動交互體驗。

這一切高效的功能整合，得益于其獨特的STM32F103 + ESP32-S3 雙核心主控架構。STM32F103作為實時控制核心，專精于5路舵機的精準驅動與多傳感器數(shù)據(jù)的即時采集；ESP32-S3作為智能決策核心，則負責處理語音識別、視覺數(shù)據(jù)通信、圖形界面、云端AI交互等復雜任務。兩者通過高速串口緊密協(xié)同，實現(xiàn)了實時控制與高端智能的完美解耦與無縫銜接，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性、擴展性與實時響應能力提供了堅實的硬件基礎。

小智AI桌寵機器狗不僅是一個功能豐富的智能硬件產品，更是一個前沿的具身智能機器人系統(tǒng)實踐平臺。它集成了電源管理、運動控制、環(huán)境感知與人性化交互等模塊，為機器人學、嵌入式開發(fā)、物聯(lián)網、人工智能等領域的教學、科研、競賽、畢業(yè)設計及項目實踐提供了高度集成且支持二次開發(fā)的開放創(chuàng)新的理想載體，極具學習價值與開發(fā)潛力。本產品也將持續(xù)進化，更多精彩功能正在路上，例如通過手機APP進行靈活控制等，敬請期待！

可在視頻號“小元實驗室”查看完整視頻

機器狗主控板-F103&ESP32-S3雙核開發(fā)板介紹：

這是一款能讓你的STM32項目瞬間擁有聯(lián)網和AI能力的雙核開發(fā)板，集成了STM32F103和ESP32-S3。兩個核心都可以獨立運行，也可以協(xié)同工作。對于初學者來說，你可以把它當成兩塊板子來分別學習（STM32F103開發(fā)板+ESP32-S3開發(fā)板）。對于項目實戰(zhàn)來說，可以讓它們分工合作——ESP32作為“AI大腦”，STM32作為“控制雙手”，低成本實現(xiàn)更復雜、更穩(wěn)定的高級應用。

02 設計目標

1. 實現(xiàn)雙核協(xié)同控制架構：

ESP32-S3：作為“大腦”，實現(xiàn)與“AI 小元”的穩(wěn)定連接、語音指令的識別與解析、以及向STM32發(fā)送命令。

STM32F103：作為“小腦”，實現(xiàn)對所有舵機的精確 PWM 控制、實時讀取傳感器數(shù)據(jù)，并確保運動的快速響應與穩(wěn)定性。

2. 實現(xiàn)基礎運動與仿生動作：

實現(xiàn)四足機器人的基礎步態(tài)，能夠穩(wěn)定地前進、后退。

能夠通過差速轉向或身體扭動實現(xiàn)左轉、右轉。

完成富有表現(xiàn)力的仿生動作，如蹲下、握手、抖腿、伸懶腰、打招呼等。

3. 集成關鍵狀態(tài)感知與檢測功能：

電源檢測：實時監(jiān)測電池電壓。

姿態(tài)檢測：通過六軸傳感器實時獲取機械狗身體的姿態(tài)角（俯仰、橫滾）。

方向辨別：利用地磁傳感器數(shù)據(jù)，辨別機械狗的方向。

AI 視覺識別：基于 ESP32-S3 的 USB 攝像頭接口，可外接獨立攝像頭，實現(xiàn)圖像采集與基礎 AI 視覺識別功能，攝像頭為獨立配置，未與機械狗主體集成，按需外接使用。

03 系統(tǒng)架構總覽

本項目采用主從式雙核架構，以ESP32-S3 作為上層決策與通信大腦，以STM32F103 作為底層實時控制核心。兩者通過異步串口（UART） 進行指令與數(shù)據(jù)的交互，實現(xiàn)了高層智能決策與底層精準控制的解耦，保證了系統(tǒng)的實時性、穩(wěn)定性和可擴展性。

04 項目實現(xiàn)關鍵點

雙核架構協(xié)同設計：

ESP32-S3 負責智能決策與語音交互，STM32F103 負責實時舵機控制與傳感器采集，通過 UART 串口解耦協(xié)作。

軟硬件模塊化集成：

硬件按控制器、執(zhí)行機構、傳感器等模塊化設計，軟件采用分層架構，支持功能擴展。

仿生步態(tài)設計：

基于MG90S舵機特性與對角步態(tài)算法，通過PWM平滑控制技術，實現(xiàn)前進、后退、轉向等基礎步態(tài)的穩(wěn)定執(zhí)行，步態(tài)自然且符合四足運動規(guī)律。

趣味動作實現(xiàn)：

集成握手、伸懶腰、跳躍、抖腿、前后搖晃、左右搖晃等多樣化擬人化動作，通過精準的舵機角度控制與動作時序規(guī)劃，提升交互趣味性。

姿態(tài)檢測技術實現(xiàn)：

基于QMI8658A 六軸慣性測量單元，實時獲取機械狗俯仰、橫滾角度，精準識別站立、側倒、倒立等姿態(tài)狀態(tài)，為運動控制提供數(shù)據(jù)支撐。

語音交互閉環(huán)實現(xiàn)：

集成 “AI 小元” 助手，實現(xiàn)語音喚醒、指令識別、動作執(zhí)行與語音反饋的完整流程。

AI 視覺識別支持：

依托 ESP32-S3 的USB 攝像頭接口，可外接獨立攝像頭，實現(xiàn)圖像采集與基礎AI視覺識別功能，具備視覺拓展?jié)摿Α?/p>

多指令執(zhí)行機制：

通過指令隊列管理與 FreeRTOS 并發(fā)任務，支持連續(xù)接收多條指令，按 “先進先出” 原則依次執(zhí)行，同時實現(xiàn)指令互斥與隊列滿預警，避免動作沖突與指令丟失。

可靠通信協(xié)議設計：

自定義 9 字節(jié)固定幀結構與校驗機制，支持 16 類核心指令的下發(fā)與響應。

狀態(tài)感知與安全機制：

實時采集電池電壓、姿態(tài)角、方向數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設備安全與運行穩(wěn)定控制。

05 涉及學習技術點

• 雙核控制器（ESP32-S3/STM32F103）協(xié)同開發(fā)及應用
• 舵機與步態(tài)控制技術
• 姿態(tài)檢測技術
• 多指令執(zhí)行
• 多傳感器數(shù)據(jù)處理
• 串口通信與自定義協(xié)議設計
• 開發(fā)框架實操
• 語音交互技術實現(xiàn)
• AI視覺識別
• 鋰電池電源管理
• 3D 打印機械結構設計、裝配與調試
• 外設接口開發(fā)（攝像頭、顯示屏、音頻模塊、存儲模塊）

06 項目實現(xiàn)步驟

完整的實驗步驟目錄如下圖。

07 項目創(chuàng)新拓展

小智AI桌寵機器狗：你的全能畢設創(chuàng)新平臺

小智AI桌寵機器狗，支持成品發(fā)貨，也支持學生在成品基礎上進行二次開發(fā)，而且我們還會提供舵機驅動板的文件及機器狗外殼的3D打印文件，滿足學生充分的DIY創(chuàng)新需求，廣泛適用于不同專業(yè)層次的學生。

關注畢設的小伙伴們，也可以用我們的平臺進行充分的入門學習及超多項目案例練手，然后可以從交互方式、應用場景等不同維度進行創(chuàng)新。而且我們機器狗的主控板配套眾多項目庫，涵蓋智能家居、健康關懷、環(huán)境感知等領域，可以作為你的靈感來源。這些項目案例與機器狗項目可以進行融合創(chuàng)新拓展，打造出你獨一無二的畢設課題。

比如將“桌面陪伴”升級為某一個具體場景下的應用：

1. 結合我們的AI廚房安全衛(wèi)士項目+機器狗，開發(fā)一款會“巡邏”的安防狗。當機器狗移動到廚房區(qū)域，其搭載的傳感器可自動檢測燃氣泄漏或異常煙霧，并移動至主人身邊進行聲光報警。

2. 結合我們的AI智能藥盒提醒器+機器狗，開發(fā)具有“督促”性格的機器狗。它不僅能語音提醒服藥，還能在你完成任務后，用一套特定的跳舞動作作為獎勵。

3. 結合我們的AI人體感應智能燈+ 機器狗，夜間起床時，機器狗通過感應主動靠近，化身移動光源陪伴前往衛(wèi)生間，并聯(lián)動點亮沿途燈光，既安全又有陪伴感。

等等......

08 硬件平臺詳細介紹

《小智AI桌寵機器狗》項目硬件平臺包括開發(fā)板、DAP/STLINK-V2仿真器、2.8寸屏、USB攝像頭、舵機5個、舵機驅動板、鋰電池、3D打印外殼，STM32F103&ESP32-S3 AIoT開發(fā)板是小智AI桌寵機器狗的主控板。

開發(fā)板簡介

F103&ESP32-S3 AI 開發(fā)板是華清遠見針對嵌入式與 AI 開發(fā)市場需求，打造的高性能、低成本AIoT實戰(zhàn)平臺。該開發(fā)板采用雙核心設計，整合了STM32F103與ESP32-S3兩款芯片：以ESP32-S3作為AI中樞，承擔視覺識別、語音交互及 WiFi/BLE 無線通信任務；以STM32F103作為控制核心，實現(xiàn)實時運動控制與多傳感器數(shù)據(jù)融合，二者通過 UART 總線無縫協(xié)同，形成 “AI 決策 + 實時執(zhí)行” 的高效工作模式。

相較于僅使用STM32F103的方案，這一架構提升了系統(tǒng)整體性能，同時擴展了板載資源與外設接口，為更多AI及物聯(lián)網應用的拓展提供了便利。為了方便實戰(zhàn)練手，我們?yōu)樵撈脚_配套了多種硬件模塊及20個實戰(zhàn)項目，涵蓋13個AI基礎應用項目、2個小智AI項目、3個LVGL物聯(lián)網應用，以及AI桌寵機器狗和AI智能車各1個。所有項目均基于STM32F103與ESP32-S3協(xié)同開發(fā)，“學完就能用”，助你快速打造硬核作品，輕松開發(fā)智能AIoT應用。相關資料持續(xù)更新中，后臺私信領取。

STM32 與 ESP32 是單片機入門經典 MCU，技術普及度、生態(tài)完整性和商業(yè)應用優(yōu)勢顯著。STM32 擅長精準控制，是工業(yè)與教育首選；ESP32 及升級版 S3 主打物聯(lián)網，集成聯(lián)網與 AI 能力，廣泛應用于 AIoT 終端。二者高度互補，所以我們提倡“雙核學習路徑”，從入門到綜合項目實戰(zhàn) ，建議先通過 STM32 夯實通用 MCU 開發(fā)基礎，再用 ESP32 拓展物聯(lián)網等開發(fā)能力，掌握后可提升技術廣度與就業(yè)競爭力，實現(xiàn) 1+1>2，這也是雙核心開發(fā)板的教學設計初衷。

對于STM32/ESP32開發(fā)感興趣的朋友，歡迎關注~！本開發(fā)板也非常適用于高校嵌入式與AI教學、學生畢業(yè)設計、競賽項目、個人學習及項目開發(fā)。

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