基于STM32的多地形勘測蜈蚣機器人設計

劉智中 張里 陳斯 譚金燾 熊豐

摘要：為實現地形勘測與救援以STM32為主控模塊，設計的一款可以進行復雜地形勘察、救援、偵查等任務的智能勘測蜈蚣機器人。該項目利用無線數據傳輸技術、圖像采集技術、PWM舵機控制技術等技術融合，通過上位機與下位機進行信息傳輸，調整自身運動，適應各種地形，并與Pc機交互構建。蜈蚣機器人利用其靈活性可進行復雜地質勘查、人員搜救等。在未來地質調研，地震搜查，艱難地形的偵查方面有很大的應用前景。

關鍵詞：STM32;智能蜈蚣機器人;無線控制;復雜地形作業

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0142-01

0前言

2000年以來，仿生機器人學正在機器人領域占有越來越重要的位置。仿生蜈蚣形機器人區別于傳統的利用腿或履帶移動的機器人。它模仿蛇的動作，穩定性好、橫截面小、高柔性，這些特點使得仿生蜈蚣形機器人能夠進入因地震或火災等災害而倒塌的建筑物內部進行人們不能涉足的危險場所執行搜尋和檢測維護任務。阱

1系統整體設計及原理

該機器人主要由上位機與下位機構成。上位機包含了藍牙模塊，語音模塊，與視頻模塊，其中藍牙模塊用于上位機與PC機和手機之間的信息交互，語音模塊則是通過對語音的識別與分析而執行不同的指令，視頻模塊對圖像進行處理與傳輸;下位機主要是與上位機進行信息交互和采集信息，進行動作協調使其適應地形。

1.1硬件模塊技術設計

無線控制模塊：發射電路;采用多個可變電位器將控制者的控制動作轉變為模擬控制信號，發射端的單片機將輸入的多路模擬信號經過A/D轉換后變為數字信號，再進行編碼并由串行口送到發射模塊發射。

語音模塊：對輸入語音預處理和特征提取。該模塊支持語音搜索，語音執行命令，直接通過語音操作仿生機器人，能連續識別語音指令串。

多路舵機驅動系統：控制電路板接受來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機轉動的方向和速度，從而達到目標停止。

1.2系統機構設計

該機器人包括控制器以及由若干行走單元1首尾鉸接而形成的條形主體，部分或全部行走單元1的兩側中至少一側設有與控制器的信號輸入端連接的傳感器，從而形成條形主體的觸手;包括濕度傳感器、溫度傳感器與PH值傳感器。行走單元內部設有傳感動力機構，傳感動力機構的信號輸入端用于接收控制器的控制信號;行走單元側壁上設有過孔，傳感動力機構外伸出過孔并與傳感器連接，從而能夠帶動傳感器在豎直平面內上下轉動。傳感動力機構為舵機。

由于傳感器形成了條形主體側面的觸手，使得機器人整體外形與蜈蚣相似。控制器與傳感器可通過有線連接也可通過無線連接，有線連接在行走單元上增加走線過孔。

本具體實施方式中，行走單元底面設有一對行走輪，分別位于左右兩側，行走輪為邁克娜姆輪;每個行走輪均由各自的行走電機提供動力;行走輪劃分為左前組、左右組、左后組與右后組共四組，同組組行走輪對應的同組行走電機接收并執行控制器下發的相同控制信號。

1.3系統軟件設計

當上位機發送數據，下位機接收器采集到遙控信號后輸入給單片機，單片機對信號經過分析、編碼最后正確識別然后進行到串口中斷子程序，當執行完串口中斷子程序后程序又跳回主程序，最后單片機輸出與遙控信號相對應的信號控制舵機使蜈蚣機器人動作發生變化，不同指令單片機輸出不同信號。

無線遙控發送信號后下位機接收信號進入中斷，再執行相應指令;下位機接收到上位機的信息執行相應的指令，并輸出信號將數據信息返回給PC機。

2系統測試情況及優化方向

在對于機器人的初步測試中關于ph值，溫濕度，空氣質量等的測量，我們將蜈蚣機器人放置在不同的環境中并使用一些可以精確測量類似因數的儀器作對比。在進行200次不同環境不同時間的測量中，我們與精確儀器的數據相比較，誤差不超過百分之十。

蜈蚣機器人的穿梭和避障能力：將蜈蚣機器人放置在不同的地形中。并在該地形中放置一個發出聲音的裝置。在近100次的實驗中，仿生蜈蚣機器人86次都正常的規避障礙物并達到了呼救的位置。

在以上的測試評估中測量數據的精度與機構的穩定性仍需要改進與加強。在提高測量精度的同時保證其穩定性良好。

3結語

該機器人利用嵌入式芯片為主控設計了一款地形勘測機器人;相比于其他大型設備更加簡潔方便，在科研工作與人員搜救方面均可應用。利用無線技術更是減少了對作業人員的危害，在今后人力成本上升的時代擁有廣闊的發展前景。