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作品難點(diǎn)在于：1、輪足可變形的機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2、機(jī)器人六足爬行形態(tài)的精確控制。

作品的創(chuàng)新點(diǎn)在于：1、采用ZMOD4410氣體傳感器，具有較高的氣體環(huán)境感知檢測(cè)精度和較強(qiáng)的穩(wěn)定性，同時(shí)根據(jù)傳感器ODOR模式的特性實(shí)現(xiàn)了氣體濃度突變的自動(dòng)報(bào)警功能，能夠第一時(shí)間通知探測(cè)人員撤離危險(xiǎn)區(qū)域；2、機(jī)器人能夠變形，擁有輪式滾動(dòng)和多足爬行兩種運(yùn)動(dòng)形態(tài)，在滿足移動(dòng)速度的同時(shí)能夠適應(yīng)多種復(fù)雜地形，具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。

最后，衷心感謝IDT技術(shù)支持在本次ZMOD4410氣體傳感器使用中給予的幫助。

機(jī)器人硬件系統(tǒng)由機(jī)器人控制器、ZMOD4410 HiCom模塊、無(wú)線圖傳模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊四個(gè)部分組成。其中，機(jī)器人控制器用于控制機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)；ZMOD4410傳感器用于測(cè)量氣體環(huán)境參數(shù)，包括TVOC、IAQ、eCO2以及氣體濃度是否發(fā)生突變等參數(shù)；無(wú)線圖傳模塊用于遠(yuǎn)程傳輸機(jī)器人當(dāng)前所處環(huán)境的圖像信息，方便操作人員查看機(jī)器人當(dāng)前所處的地形；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人輪式形態(tài)啟動(dòng)的直流有刷電機(jī)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，進(jìn)而控制機(jī)器人輪式滾動(dòng)形態(tài)的前行速度和方向。

本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人控制器由PMW模塊、OLED模塊、LED模塊、蜂鳴器模塊、藍(lán)牙模塊、SD模塊、MCU模塊共七個(gè)模塊組成。其中，PWM模塊用于控制多足爬行形態(tài)下啟動(dòng)的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角；OLED模塊用于顯示系統(tǒng)參數(shù)信息，方便系統(tǒng)的調(diào)試；LED模塊、蜂鳴器模塊用于提示系統(tǒng)當(dāng)前所處的狀態(tài)信息，方便操作人人員的操作；藍(lán)牙通信模塊配合安卓APP可完成機(jī)器人的短程無(wú)線遙控操作，同時(shí)能夠以數(shù)據(jù)圖表的方式統(tǒng)計(jì)氣體傳感器數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)；SD卡模塊用于存儲(chǔ)MCU的運(yùn)行日志問(wèn)題，方便系統(tǒng)故障排查與解決；無(wú)線通信模塊用于機(jī)器人的遠(yuǎn)程遙控操作。

      MCU模塊用于整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制，通過(guò)IIC通信的方式讀取ZMOD4410傳感器的數(shù)據(jù)，配合IDT官方提供的算法庫(kù)，能夠準(zhǔn)確讀取TVOC、IAQ、eCO₂氣體濃度參數(shù)；MCU以PWM脈沖的方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，輸出與電壓線性相關(guān)的電壓，從而控制直流有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向；遠(yuǎn)程無(wú)線遙控器通過(guò)2.4GHz頻段發(fā)送操作人員的控制指令，機(jī)器人本地接收器將接收的控制信號(hào)以UART通信的方式傳遞至MCU，最終完成機(jī)器人控制指令的執(zhí)行。系統(tǒng)電源模塊用于整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的供電。

圖一  本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人硬件原理框圖

圖二  本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人控制器實(shí)物圖片

圖三  本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人硬件系統(tǒng)連接實(shí)物圖片

      本次設(shè)計(jì)的輪足兩用機(jī)器人系統(tǒng)軟件代碼均已上傳至GitHub，具體網(wǎng)址下載鏈接為：https://github.com/liren197968/SweepRobot/tree/master/Stm32F4/KeilMdk5Project/SweepRobot。

系統(tǒng)上電后，MCU首先完成外設(shè)的初始化，其次開(kāi)始初始化各個(gè)硬件模塊，具體LED模塊、藍(lán)牙模塊、氣體傳感器模塊、蜂鳴器模塊、PWM模塊、直流電機(jī)初始化、運(yùn)動(dòng)形態(tài)的初始化。之后進(jìn)入系統(tǒng)的循環(huán)主流程。

機(jī)器人系統(tǒng)首將先檢測(cè)電池當(dāng)前的電量，若電池電量較低，系統(tǒng)將停止運(yùn)行，并通過(guò)蜂鳴器播放充電提示音；若電池電量充足，系統(tǒng)開(kāi)始接收遙控器的控制信號(hào)。若系統(tǒng)收到氣體測(cè)量控制指令，系統(tǒng)將開(kāi)啟ZMOD4410的氣體檢測(cè)功能，否則將停止氣體檢測(cè)功能。若系統(tǒng)收到形態(tài)切換指令，機(jī)器人將進(jìn)行形態(tài)切換（系統(tǒng)默認(rèn)的機(jī)器人形態(tài)為輪式滾動(dòng)形態(tài)），否則系統(tǒng)將保持當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。系統(tǒng)軟件流程圖如下圖所示。

圖四  系統(tǒng)軟件流程圖

本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人實(shí)物圖片如圖 5.1所示，機(jī)器人可變形，具有輪式滾動(dòng)、多足爬行兩種運(yùn)動(dòng)形態(tài)，可通過(guò)無(wú)線遠(yuǎn)程遙控器、手機(jī)APP進(jìn)行遙控。機(jī)器人的輪式滾動(dòng)形態(tài)為四輪滾動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)后驅(qū)前轉(zhuǎn)向的方式實(shí)現(xiàn)，具有前滾、后滾、轉(zhuǎn)向等滾動(dòng)功能；機(jī)器人多足爬行形態(tài)為六足爬行結(jié)構(gòu)，能夠完成前進(jìn)、后退、逆時(shí)針轉(zhuǎn)圈、順時(shí)針轉(zhuǎn)圈等功能；此外，機(jī)器人還具有無(wú)線圖像傳輸功能。

本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人通過(guò)IDT的ZMOD4410傳感器測(cè)量氣體濃度數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果如下圖所示。當(dāng)環(huán)境的氣體濃度超標(biāo)或氣體濃度在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生濃度突變時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而在第一時(shí)間內(nèi)通知探測(cè)人員測(cè)量危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

    作品詳細(xì)演示功能：

圖五  ZMOD4410傳感器測(cè)量結(jié)果

圖六  機(jī)器人總體裝配圖

圖七  機(jī)器人實(shí)物圖片

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