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1、基于LPC2131蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：介紹了基于LPC2131的蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作過程及特點(diǎn)。以蛇為模型簡化為多關(guān)節(jié)的蛇形機(jī)器人，并以舵機(jī)作為關(guān)節(jié)連接件，模擬了蛇的蜿蜒運(yùn)動(dòng)及直線運(yùn)動(dòng)，用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊nRF905實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛇形機(jī)器人的無線控制，控制距離能夠達(dá)到100米，而且穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵詞：蛇形機(jī)器人；LPC2131；舵機(jī)；PWM；調(diào)速DesignofthecontrolsystemoftheSnakelikeRobotBasedonLPC2131LIHongyanHouYuanbin(Collegeofelectricalandcontrolengineering,Xi，a
2、nUniversityofScienceandTechnology,Xi，an710054,China)Abstract：Introducedthedesignofasnake-likerobotcontrolsystembasedonLPC2131characteristicsandtheproductionprocess.Basedonsnakemodelsimplificationforarticulatedsnake-likerobotandservoasjointconnectors,impersonatesthesnaketwistingmotionandlinearmotion,
3、bywirelessdatatransmissionmodulenRF905enableswirelesscontrolofsnake-likerobotcontroldistanceupto100meters,andisstableandreliable.Keywords：snakelikerobot；LPC2131；servo；PWM；speedadjustment0引言蛇是一種無肢動(dòng)物，它通過身體的扭動(dòng)和伸縮實(shí)現(xiàn)“無肢運(yùn)動(dòng)”，這種運(yùn)動(dòng)方式具有穩(wěn)定性好、橫截面積小和柔性高等特點(diǎn)。蛇形機(jī)器人是近年來興起的仿生機(jī)器人的一個(gè)新的分支。它和傳統(tǒng)的利用輪、腿或履帶移動(dòng)的機(jī)器人有區(qū)別,可以模仿蛇的動(dòng)作
4、，通過身體的扭動(dòng)和伸縮實(shí)現(xiàn)無肢運(yùn)動(dòng)，根據(jù)蛇的運(yùn)動(dòng)原理制作的蛇形機(jī)器人，能夠在多種環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，并且其機(jī)構(gòu)簡單，用舵機(jī)作為聯(lián)接件，易于模塊化設(shè)計(jì)。蛇形機(jī)器人在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如在有輻射、有粉塵、有毒及戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，執(zhí)行偵察任務(wù)；在地震、塌方及火災(zāi)后的廢墟中找尋傷員；在狹小和危險(xiǎn)條件下探測(cè)和疏通管道等。蛇的爬行大致可分為4種方式：(1)蜿蜒運(yùn)動(dòng)。蛇體擺動(dòng)近似于正弦波的規(guī)律，借助蛇的肌體接觸凸凹不平的地面所產(chǎn)生的反作用力前進(jìn)。(2)伸縮運(yùn)動(dòng)。身體先收縮成樹立的S形，然后后部貼緊地面，前部向前伸出，接著前部再貼緊地面，后部收縮向前，如此循環(huán)完成向前移動(dòng)。(3)側(cè)向運(yùn)動(dòng)。借助腹部和地面的摩擦力移
5、動(dòng)，蛇體從頭部開始，身體部分順次接地、抬起，借助腹部與地面之間的摩擦力完成側(cè)向運(yùn)動(dòng)。（4）直線運(yùn)動(dòng)。蛇體靠腹部和地面的摩擦力移動(dòng)，當(dāng)腹部與地面固定時(shí)提供牽引力，連接肋骨和彈性皮膚的肌肉提供推動(dòng)力，皮膚相對(duì)骨骼移動(dòng)，反復(fù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。本文嘗試模仿蛇的蜿蜒及直線運(yùn)動(dòng)研制了一種能可靠使用的蛇形機(jī)器人模型，可以實(shí)現(xiàn)仿蛇的直線運(yùn)動(dòng)，蜿蜒運(yùn)動(dòng)及攀爬動(dòng)作。1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在自然界中，蛇是脊椎動(dòng)物，它的脊錐大約有200-400塊脊骨，蛇的脊骨形成球套關(guān)節(jié)，并帶有突起，它防止軀體扭動(dòng)，并保護(hù)了脊索。蛇體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的肌肉骨骼力學(xué)很復(fù)雜。為了簡化工藝，降低成本，這里設(shè)計(jì)的蛇形機(jī)器人由9個(gè)模塊、8個(gè)關(guān)節(jié)組成，外形圖如圖1所示
6、。并以舵機(jī)作為關(guān)節(jié)連接件，使其具有XY平面的蜿蜒運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)。蛇形機(jī)器人的8個(gè)關(guān)節(jié)的角度依次按照近似的正弦規(guī)律進(jìn)行變化，其中4個(gè)關(guān)節(jié)可以近似組成一個(gè)正弦波形，相鄰的2個(gè)關(guān)節(jié)角度相差為1/4個(gè)周期。各關(guān)節(jié)依次和地面進(jìn)行接觸，使蛇形機(jī)器人呈波浪狀向前行進(jìn)。運(yùn)動(dòng)形式如圖2所示?？紤]到實(shí)驗(yàn)階段蛇形機(jī)器人的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，蛇身使用亞克力玻璃板在銃床上銃出的橢圓型薄片聯(lián)接而成，而關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)選用輝盛MG995型金屬銅齒金屬齒輪舵機(jī)金屬齒輪舵機(jī)金屬齒輪舵機(jī)金屬齒輪舵機(jī)金屬齒輪舵機(jī)伺服舵機(jī)，舵機(jī)簡單的說就是集成了直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等，并封裝在一個(gè)便于安裝的外殼里的伺服單元。它能夠利用簡單的輸入信號(hào)比較精
7、確的轉(zhuǎn)動(dòng)給定角度的電機(jī)系統(tǒng)。該伺服舵機(jī)工作電壓為3.OV-7.2V,靜態(tài)電流小于3mA（4.8V電源時(shí)），反應(yīng)速度為無負(fù)載速度0.17秒/60度（4.8V）；0.13秒/60度（6.0V）,工作扭矩：13KG/cm,工作死區(qū)：4微秒,體積40.7*19.7*42.9mm,重量0.055kgo其控制電路以專用集成電路CN9068為核心所組成，外圍元件很少。舵機(jī)的信號(hào)范圍寬至1.0MS?2.0MS,對(duì)
