基于Arduino開發(fā)板的微型仿生昆蟲機器人

王藝翔+張浩然+羅敬濤

摘 要：微型仿生機器人體積小，質(zhì)量輕，使用高集成度小型Arduino Leonardo開發(fā)版為主控裝置，下方高扭矩舵機為行進裝置，并由舵機帶動腿部和足部進行移動，鋰電池供電。通過頭部的紅外對管傳感器，舵機兩旁火焰?zhèn)鞲衅髂K對周邊環(huán)境情況進行檢測，若接近發(fā)生火災(zāi)空間，可以通過攜帶的蜂鳴報警器進行報警，即可以實現(xiàn)通過仿生機器人進入狹小空間，讓空間外部的人們了解空間內(nèi)部的火勢情況。

關(guān)鍵詞：Arduino，高扭矩舵機，火焰?zhèn)鞲衅鳎?shù)轉(zhuǎn)換

Project 20161824 supported by Double E project， School of electrical engineering， Northwest University For Nationalities.

1、前言

近年來，有不少操作機器人開始廣泛應(yīng)用于工廠的各個生產(chǎn)過程，足移動方式的機器人可以相對較易地跨過比較大的障礙（如溝、坎等），并且機器人的足所具有的大量的自由度可以使機器人的運動更加靈活，對凹凸不平的地形的適應(yīng)能力更強[1]。本文提出通過Arduino Leonardo高集成小型開發(fā)板為主板，集合高扭矩舵機，紅外傳感器，火焰探測模塊及蜂鳴報警器為主要部件，使該微型仿生機器人能夠進入密閉狹小空間進行小范圍環(huán)境探測，能夠在消防救援領(lǐng)域給救援人員帶來方便。

2、Arduino主控與各項傳感器模塊的硬件設(shè)計

這一部分講解各傳感器跟主板之間的連接。所有部分由3.7V/ 180mAh鋰電池供電，將頭部的紅外傳感器接到Arduino主控板的數(shù)字量IO口，紅外模塊發(fā)射管發(fā)出紅外線，接收管接收，使機器人能夠避開前方的障礙物；將舵機兩旁的火焰?zhèn)鞲衅鹘拥街骺匕宓哪M量IO口實時將傳感器獲取的模擬量數(shù)據(jù)接收回來，利用Arduino開發(fā)板的A/D轉(zhuǎn)換功能將收回的模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量數(shù)據(jù)與所設(shè)閾值范圍進行比較，從而判斷機器人周圍環(huán)境情況；如果轉(zhuǎn)化成的數(shù)字量超出了所設(shè)閾值范圍，則啟動與數(shù)字量IO口相連的蜂鳴報警器報警，若在此閾值范圍內(nèi)，則不會報警，繼續(xù)監(jiān)測。

3、機器人行走的設(shè)計

舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，由者單片機發(fā)出信號，其內(nèi)部有一基準電路，產(chǎn)生周期為 20ms，寬度為1.5ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，從而獲得電壓差輸出。由電路板上的 IC 判斷轉(zhuǎn)動的方向，再驅(qū)動無核心馬達開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回信號，判斷是否已經(jīng)到達定位，其旋轉(zhuǎn)角度一般為0～180°?？刂破鬓D(zhuǎn)動是通過調(diào)節(jié)PWM信號占空比實現(xiàn)的。標準PWM信號固定周期為20ms（50Hz），理論上脈寬分布在1ms到2ms之間，脈寬和舵機的轉(zhuǎn)角0～180°相對應(yīng)[2]。

借助Ardublock1.6.5編譯環(huán)境對主控板燒寫程序。按下開關(guān)，當(dāng)機器人前方?jīng)]有障礙物的時候，默認為舵機1正轉(zhuǎn)，舵機2反轉(zhuǎn)使機器人往前行進。若遇到前方出現(xiàn)障礙物，則兩舵機轉(zhuǎn)速提高讓機器人原地轉(zhuǎn)彎，直到紅外模塊沒有檢測到障礙物為止。當(dāng)然檢測的距離可根據(jù)環(huán)境大小自行調(diào)整，避免機器人長時間原地打轉(zhuǎn)的情況出現(xiàn)。

4、結(jié)語

本項目利用了Arduino小型開發(fā)板方便于人們及時了解環(huán)境空間內(nèi)部情況，但硬件、軟件方面還需進一步改進，讓機器人探測范圍變廣，讓人們獲取到的數(shù)據(jù)更加準確。

參考文獻：

[1]宋一然.微型六足仿生機器人的研究.莆田學(xué)院.2005

[2]藍宙電子Arduino入門套件使用說明[M].蕪湖：藍宙電子.2016

作者簡介：

王藝翔，男（漢族），山東日照人，西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院本科在讀生，研究方向：通信工程。此項目由西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院雙e

項目資助。

其他作者：張浩然，羅敬濤。