畢業設計選題時，不少同學陷入兩難：技術深的項目工程量大、難以按期完成；易實現的題目又同質化嚴重、缺創新。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，最能體現工科生綜合能力，讓畢設從 “電子鐘”“數據采集器” 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，完美契合了畢業設計對綜合性、創新性和實踐性的要求。它沒有追求工業級機器人的復雜度，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同系統：STM32F103 精準控制五個舵機，實現站立、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。這一雙核架構設計，既體現了現代機器人系統的典型分層思想，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，是機器人發展前沿，也是企業看重的系統思維。有限畢設周期內，“小元” 既能展示你的嵌入式開發、多傳感器融合、機械設計、AI 集成等專業能力，又能體現對用戶體驗的理解 —— 這正是從學生到工程師轉變所需的綜合素養。接下來，咱們一起來看看這個 “會思考的機器人伙伴” 如何實現的。

01 項目簡介

本項目旨在開發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、趣味動作、姿態感知、語音交互與AI視覺識別等核心功能，通過高度協同的“感知-決策-執行”閉環系統，展現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，更可實現握手、抖腿、伸懶腰、自我介紹等一系列擬人化趣味動作，實現靈活而富有表現力的運動控制。其姿態感知系統通過融合六軸與地磁傳感器數據，精準解析機身狀態，確保了動作執行的精準與穩定。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，不僅能夠通過語音交互，還能夠通過攝像頭感知環境，實時識別目標并進行智能語音反饋，實現“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據的即時采集；ESP32-S3作為智能決策核心，則負責處理語音識別、視覺數據通信、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同，實現了實時控制與高端智能的完美解耦與無縫銜接，為系統的穩定性、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實踐平臺。它集成了電源管理、運動控制、環境感知與人性化交互等模塊，為機器人學、嵌入式開發、物聯網、人工智能等領域的教學、科研、競賽、畢業設計及項目實踐提供了高度集成且支持二次開發的開放創新的理想載體，極具學習價值與開發潛力。本產品也將持續進化，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雙核開發板介紹：

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

02 設計目標

1. 實現雙核協同控制架構：

ESP32-S3：作為“大腦”，實現與“AI 小元”的穩定連接、語音指令的識別與解析、以及向STM32發送命令。

STM32F103：作為“小腦”，實現對所有舵機的精確 PWM 控制、實時讀取傳感器數據，并確保運動的快速響應與穩定性。

2. 實現基礎運動與仿生動作：

實現四足機器人的基礎步態，能夠穩定地前進、后退。

能夠通過差速轉向或身體扭動實現左轉、右轉。

完成富有表現力的仿生動作，如蹲下、握手、抖腿、伸懶腰、打招呼等。

3. 集成關鍵狀態感知與檢測功能：

電源檢測：實時監測電池電壓。

姿態檢測：通過六軸傳感器實時獲取機械狗身體的姿態角（俯仰、橫滾）。

方向辨別：利用地磁傳感器數據，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） 進行指令與數據的交互，實現了高層智能決策與底層精準控制的解耦，保證了系統的實時性、穩定性和可擴展性。

04 項目實現關鍵點

雙核架構協同設計：

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 串口解耦協作。

軟硬件模塊化集成：

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

仿生步態設計：

基于MG90S舵機特性與對角步態算法，通過PWM平滑控制技術，實現前進、后退、轉向等基礎步態的穩定執行，步態自然且符合四足運動規律。

趣味動作實現：

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劃，提升交互趣味性。

姿態檢測技術實現：

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、倒立等姿態狀態，為運動控制提供數據支撐。

語音交互閉環實現：

集成 “AI 小元” 助手，實現語音喚醒、指令識別、動作執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，實現圖像采集與基礎AI視覺識別功能，具備視覺拓展潛力。

多指令執行機制：

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

可靠通信協議設計：

自定義 9 字節固定幀結構與校驗機制，支持 16 類核心指令的下發與響應。

狀態感知與安全機制：

實時采集電池電壓、姿態角、方向數據，實現設備安全與運行穩定控制。

05 涉及學習技術點

• 雙核控制器（ESP32-S3/STM32F103）協同開發及應用
• 舵機與步態控制技術
• 姿態檢測技術
• 多指令執行
• 多傳感器數據處理
• 串口通信與自定義協議設計
• 開發框架實操
• 語音交互技術實現
• 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（攝像頭、顯示屏、音頻模塊、存儲模塊）

06 項目實現步驟

完整的實驗步驟目錄如下圖。

07 項目創新拓展

小智AI桌寵機器狗：你的全能畢設創新平臺

小智AI桌寵機器狗，支持成品發貨，也支持學生在成品基礎上進行二次開發，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創新需求，廣泛適用于不同專業層次的學生。

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廚房安全衛士項目+機器狗，開發一款會“巡邏”的安防狗。當機器狗移動到廚房區域，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生間，并聯動點亮沿途燈光，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開發板是小智AI桌寵機器狗的主控板。

開發板簡介

F103&ESP32-S3 AI 開發板是華清遠見針對嵌入式與 AI 開發市場需求，打造的高性能、低成本AIoT實戰平臺。該開發板采用雙核心設計，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，實現實時運動控制與多傳感器數據融合，二者通過 UART 總線無縫協同，形成 “AI 決策 + 實時執行” 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及物聯網應用的拓展提供了便利。為了方便實戰練手，我們為該平臺配套了多種硬件模塊及20個實戰項目，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協同開發，“學完就能用”，助你快速打造硬核作品，輕松開發智能AIoT應用。相關資料持續更新中，后臺私信領取。

STM32 與 ESP32 是單片機入門經典 MCU，技術普及度、生態完整性和商業應用優勢顯著。STM32 擅長精準控制，是工業與教育首選；ESP32 及升級版 S3 主打物聯網，集成聯網與 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 ，建議先通過 STM32 夯實通用 MCU 開發基礎，再用 ESP32 拓展物聯網等開發能力，掌握后可提升技術廣度與就業競爭力，實現 1+1>2，這也是雙核心開發板的教學設計初衷。

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

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