[实用新型]一种基于STM32控制的六足十八自由度的探险机器人

说明书

技术领域：机械制造、自动化装备与五金设备领域。

背景技术：

由于复杂地形或危险作业环境下，对于施工人员和维修人员存在着很大的安全隐患，尤其在火灾现场和核污染源地抢险作业的时，需要更高的技术和更精确度的测量数据。所以复杂地智能机器人的应用必不可少。

发明内容：

一种六足十八自由度的探险机器人，机器人主要应用仿生学，其机体主要有腹板I和腹板II以及六个大腿和六个小腿组成；六足分为三组，构成并排侧链系统，足是整个系统的运动器官。机器人共有3对足，在前胸、中胸和后胸各有一对。大腿和小腿之间用舵机链接，每一个链接处设为一个基节。大腿节和机体腹部转节紧密相连而实现紧凑和灵活的自由度需求。腿节是最长最粗的一节。行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另一侧的中足为一组。这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面分别于舵机基准零度持平表示向后蹬的动作时，另外三条腿相应被驱动基节于30度，即抬起向前准备替换。前足用爪固定物体后拉动机体向前，中足用来支持并举起所属一侧的身体，后足则推动虫体前进，同时使机体转向。这种行走方式使机体可以随时随地停息下来，因为重心总是落在三角支架之内。能够在复杂地形保持稳态而使中心平稳。

六足机器人控制板可以分为电源模块、步进电机驱动电路模块、通讯模块和MP3模块，同时六组机器人还搭载摄像头模块。电源模块分为两部分，分别为步进电机供电电源和控制板供电电源，一点接地，采用两个电源可以有效的减小电机对控制板上芯片的干扰；步进电机驱动电路模块主要由PSOC最小系统板组成；通讯模块包括蓝牙模块和路由器模块。

方案一、供电系统

系统采用两个7.6V的大容量电池供电，通过电源芯片转换为所需的电源。其中，电池为TPS5430供电，TPS5430是DCDC电源芯片，能提供3安培的电流输出，可以满足除步进电机以外其他部分的供电要求，PSOC芯片采用5伏供电，而蓝牙模块使用3.3伏供电，所以使用LM1117将5伏转为3.3伏。而19路步进电机的供电则相对麻烦，舵机在启动瞬间的启动电流可达7A，普通的稳压源无法满足要求，因此采用购买的电源模块，该模块能够提供8安培的持续电流，满足电机的供电要求。

控制电路和舵机的供电也可以由一块锂电池，通过开关可以选择控制电路的供电来源。

方案二、PSOC最小系统板电路

方案三、步进电机驱动电路

步进电机控制电路以PSOC最小板为核心，利用PSOC可编程的优点，在PSOC Creator中调用PWM、Timer模块，对个模块进行配置，由于有19路步进电机，所以使用10个PWM模块，每个模块对应两个步进电机，能够很方便的对步进电机进行控制。

方案四、通信模块

通信模块主要是蓝牙和路由器模块，主要用于和控制板进行通信，接受控制板的控制指令，构建一个局域网，实现将摄像头采集的信息发送到电脑终端，另一方面利用局域网实现android设备对六足机器人的控制，实现控制的多样化。

MP3模块主要用于实现六足机器人的语音应答功能，在语音控制模式下实现六足机器人与控制者的互动，同时具备娱乐，播放音乐等功能。Mp3电路图主要有机部分组成：电源管理，STM32芯片，LD3320语音芯片和SD卡，其中SD卡存放音乐文件，LD3320实现音乐的播放。

方案六、步态分析

六足机器人共有8种步态：前进、后退、左转、右转、左移、右移、站立和休息状态。步态需要18个舵机之间进行相互配合才可以完成，为使容易扩展步态，此处采用了状态点数组的方式，所谓状态点数组的方式是指将每一个步态分割成几个独立的具有先后顺序的状态点，然后记录每个状态点的每个舵机的舵角值，然后存为数组，那么要完成一种步态就只需要按照数组的数据依次将每一舵机转至特定的状态点即可。六足机器人的步态数组由电脑客户端程序调试得到。

站立和修状态只有一种状态，因此数组较为简单，但是”前进“、”后退“等动作由多个状态点组成，因此数组为多维数组。

状态点数组的方式的优点就是容易进行步态的扩展，当需要一种新的步态时则只需要增加新的状态点数组即可，而不需要复杂的数学计算，但是其缺点也很明显，那就是步态的适用性差，当硬件发生变化时，步态数组就不准确，需要重新调整。

本专利的核心内容：