一种蛇形机器人的设计

【 关键词 】 蛇形机器人 ； 仿生； 舵机
动舵机完成相应 的动作 ，语音模块 以及其他模块也完成指令 。
０ 引言 ２ 硬 件 系统 设计
机器人技 术涉及到机械 、 电子 、人 工智能 、传 感器 、通讯 与 网络等 多个 学科和领 域，是多种 高新 技术发展 成果的综合集 成 ，代表着现 在乃至未 来高新技术 的发 展方 向。同时 ，伴 随着 它在 人类生 活应用领域 中的不断扩大 ， 引起 了各 国对机器人 技 术 的开发热潮 。作为 当代 大学生 ，我们 要主动接触 新事物 ，把 握 当今社会 的科技 发展 方向。 目前 ，对机 器 人 的研 究 日新 月 异 ，研 究 的方 向越来 越广 阔，尤其越来越注重于仿生机器人的研究…。仿生机器人虽然多 种 多样 ，但是 对于蛇形机 器人 的研 究大多注重 能够实现动作灵 敏 的在复杂地形 中爬行 ，将所采集到的信息进行实时反馈【 ２ ｌ 。但 是对其他方面 的研 究较少 。 本设计 是在能够灵 活完成一些蛇 的基本动作 以及实时检测 周 围环境 的温 湿度 的基 础上 ，增加够 识别颜色 的传感器 ，当检 测 到一种颜色 时 ，蛇形 机器人会发 出声音并 同时做 出相应 的动 作 。最终使机 器人 实现一种 更接 近蛇 的生活状 态。
图１总体设计框 图
１ ． ２ 总体 设 计
蛇形机器人的总体设计框图如图１ 所 示 。接 通 电源 后 ， 当启 动模 块接收信 号会将信号送给 微控制器 ，将整个 系统进行初始 化 。当机器人 上的各类传感器 接收到各 自不 同的检测 信号后 也 会反 馈给微控 制器进行处 理，之后微控 制器将处 理过的信号送 给 驱动模块 、语 音模块等 ，驱动模块通 过接收 到的信号指令 驱
基金 项 目：西北 民族 大学２ ０ １ ６ 年 国家级 大学生创新创 业训 练计 划项 目 （ ２ ０ １ ６ １ ０ ７ ４ ２ ０ ９ ０）。
・１ ３ ２・ 电子 世 界
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２ ． １ 微 控 制器 采 用一块 Ｉ ＡＰ １ ５ Ｆ ２ Ｋ６ １ Ｓ ２ 单片机 作为微控 制器 ，能够 响应 Ｃ ＤＳ ５ ５ １ ６ 舵机单元 执行相应动作 ，也可 以接 收到各类传感 器反 馈 的 信 号 进 行 处 理 输 出相 应 的 动 作 指 令 ］ 。 ２ ． ２ 传感模块 本设计中用￣ Ｕ Ｔ ＣＳ ２ ３ ０ 颜色 识别传感 器、Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０ 温度传感 器 、Ｄ Ｔ ＨＩ １ 湿度传感器 、Ｅ ｌ ８ ． Ｄ８ ０ ＮＫ红外传感器 。 Ｔ Ｃ Ｓ ２ ３ ０ 颜色识别传感器用于蛇形机器人 对颜 色的识别 ，其 具有 分辨率高 、可 编程的颜色选 择与输 出定标、单 电源 供 电的 特 点，输 出为数字 量可直接与微控 制器连接 。本设计 中主要识 别红 和绿两种颜色 ，当检测到 这两种颜色 时，机器人 会做 出不 同的动作并发 出声音 。 温湿度传感器 用于检测周 围环 境的温度 和湿度 ，模 仿蛇 的 感触系统 。 Ｅｌ ８ Ｄ８ ０ ＮＫ红外传感器用于 障碍物 的检测 ，具有 探测距离 远 、受 可 见 光 干 扰 小 的特 点 ，在 机 器 人 避 障 中有 很 好 的优 势 。 ２ ． ３ 语音模块 本设计采用Ｌ Ｄ３ ３ ２ ０ 语音模块 ，是一种基 于非特定人语音识 别 芯 片 。用 于 机 器 人 特 定 状 态 下 发 出声 音 。 ２ ． ４ 执 行 终 端 由于蛇形机 器人 的动作 的范围较大 ，需要所连接 的每个舵 机 都能够最大 限度 的转动角度 。所 以采用Ｃ ＤＳ ５ ５ １ ６ 型舵机 ，它 是一款扭矩为 １ ６ Ｋｇ ｆ ｏ ｃ ｍ的数字 舵机 ，采用先进 的伺服控制技术 和 高速微 处理器 ，控 制频 率高达２ ５ ０ Ｈｚ ，使其 响应速度 快、到 位准确 无抖 动 ，伺服 控制模 式 下可转 动 范围０ － ３ ０ ０ ，具 有上 位机程序进 行舵机角度调 整 ，具备位置 、温度 、速 度、 电压 反 馈，可工作于舵机和 电机状态 下。
１ 系统总体设计
１ ． １ 设 计 要 求 （ １ ）蛇 形机 器人能够实现 自主控制。 （ ２ ）蛇形机器人能完成蛇爬行过程中一些基本动作并能够 躲 避障碍物 ，能够在检 测到特定 的东西时 ，做 出相应 的动 作 以 及 发 出相 应 的所示 为蛇 形机器人动作 的软件设计流程 图。主 要是机 器人的动作部分，舵机执行动作的过程。 执行步骤 ： （ １ ）接通 电源 ，启动机 器人，并进行初 始化 。 （ ２ ）红外传感器进行检测，判断是否有障碍物 。同时 ，多 个舵机接收到舵机启动命令，进行初始化。 如无 障碍物 ，则机器人根据程序进行相应 的动作 。 如有 障碍物 ，则机器人会通过对应 的舵机转动进行避 障。 特定动作控制 ，包括２ 部分： （ １ ）温湿度检测 ，通过温湿度传感器模块 ，将检测到的信 号 以数 字信号模 式反馈给单 片机 ，单片机将 信号进 行处理后 ，
Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ ＯＮＩ Ｃ Ｓ Ｗ ＯＲＬ Ｄ・ 技 术 交 漉
一种 蛇 形 讥器人 的设 计
西北民族大学电气工程学院 赵 宇萌 郑冰欣 易礼周 马惠兰
【 摘要 】 设计 了一种以蛇形为基础的仿 生机器人，以Ｉ Ａ Ｐ １ ５ Ｆ ２ Ｋ ６ １ ｓ ２ 芯 片作为系统的控制核心，通过多台舵机 的连接，机 器 人 可以完成类 似蛇形的多个动作。该机器人不仅能够 自主控制 ，还 能进行温湿度检测、红绿 两种颜 色的识别 ，也能通过舵机扭动 身体并发 出声音。