蛇形机器人说明书

1、.叶片轮式蛇形机器人第一章 前言蛇，属爬行纲，蛇亚目，脊椎动物，大部分是陆生，也有半树栖、半水栖和水栖的。蛇的行走千姿百态，或直线行走或弯蜒曲折而前进，这是由蛇的结构所决定的：蛇全身分头、躯干及尾三部分，蛇没有四肢，全身被鳞片遮盖。 蛇的运动方式：一、弯蜒运动：爬行时，蛇体在地面上作水平波状弯曲，使弯曲处的后边施力于粗糙的地面，由地面的反作用力推动蛇体前进；二、履带式运动：蛇没有胸骨，它的肋骨可以前后自由移动，肋骨与腹鳞之间有肋皮肌相连。当肋皮肌收缩时，肋骨便向前移动，带动宽大的腹鳞依次竖立而稍稍翘起，翘起的腹鳞就像踩着地面，但这时只是腹鳞动而蛇身没有动，接着肋皮肌放松，腹鳞的后缘施力于粗糙的

2、地面，靠反作用把蛇体推向前方，这种运动方式产生的效果是使蛇身直线向前爬行，就像坦克；三、伸缩运动：蛇身前部抬起尽力前伸，接触到支持的物体时，蛇身后部即跟着缩向前去，然后再抬起身体前部向前伸得到支持物，后部再缩向前去，这样交替伸缩，蛇就能不断地向前爬行，在受到惊动时，蛇身会很快地连续伸缩，加快爬行的速度，给人以跳跃的感觉。蛇由于自身形状和运动特点使其适于在狭小空间和狭长管道以及各种地面(如硬地、沙地、软土等)上运动，蛇的多种运动形式及生理特点使它适应广泛的地理和自然环境。1.1 研究蛇形机器人的背景和意义2000年以来，仿生机器人学正在机器人领域占有越来越重要的位置。蛇形机器人是一种模仿蛇的运动

3、机理和行为方式研制出的机器人，是近年来兴起的仿生机器人的一个新的分支。蛇形机器人区别于传统的利用轮、腿或履带移动的机器人。它模仿蛇的动作,稳定性好、横截面小、高柔性，这些特点使得蛇形机器人能够进入因地震或火灾等灾害而倒塌的建筑物内部、原子反应堆和石油化工等领域的装置内部以及其他人们不能涉足的危险场所执行搜寻和检测维护任务，不仅使人更安全,也使探测、救援或维护更有效。其模块化结构和高冗余度非常适应于条件非常恶劣而又要求高可靠性的战场、外层空间等环境，可用于战场上的扫雷、爆破，空间站的柔性机械手臂，通过能力很强的行星地表探测器等。1.2国内外研究现状随着人们对蛇形机器人的认识，世界各国都开展了蛇形

4、机器人的研究并研制出多样机。日本的Hirose教授对蛇的运动形式有较深的研究，研制出了第一台蛇形机器人。他领导的Hirose Fukushima Lab 实验室研制开发的水中蛇形机器人，能够在水下以蛇形方式自由地游泳，和真蛇相比，动作惟妙惟肖，见图1-1；他们研制的另一种蛇形机器人长1.2米，由3节组成，用6个履带爬行，可以远程遥控，操作者可根据机器人捕捉到的画面反映的具体情况发出指令，让机器人停止、前进和改变方向，见图1-2。 图1-1 日本水中蛇形机器人 图1-2日本救援蛇形机器人美国宇航局于1999年开始研究多关节的蛇形机器人，计划在其太空计划中用于行星地表探测以及空间站维护工作，其第三

5、代蛇形机器人如图1-3所示，它的主体部分由约30个相同的类似于铰链的模块一起链接而成。这些模块由一个“中心脊骨”连接在一起，共同实现不同的功能。该机器人能完成蠕动前进.游动前进.翻越简单障碍物等功能。它们还可以盘绕和翻转以爬上和翻越障碍物。蛇形机器人的框架由聚碳酸酯材料制成，表面覆盖一层人工皮以防止火星环境的侵害。德国人Gavin.H从约1997年开始从事蛇形机器人的研究工作，到目前为止共设计并制作了S1S7七代蛇形机器人，图1-4为S5，图1-5为S7。S5已经达到相当高的水平，特点是：各个关节形状尺寸不同，高度模拟生物蛇；但为二维结构，无法完成三维空间运动；依靠从动轮而不是摩擦运动，运动速

6、度很高。 图1-3 美国宇航局的SnakeBot 图1-4 德国Gavin.H S5 图1-5 德国Gavin.H S7 挪威SINTEF研究基金会的波尔利尔杰贝克等人日前研制成功了一种形似蟒蛇的消防机器人。这种被称为“安娜康达”的蛇形机器人长度为3米，重量约70公斤，见图1-6。它可以与标准的消防水带相接并牵着它们进入消防队员无法到达的区域进行灭火。“安娜康达”的行动非常灵活，可以非常迅速地穿过倒塌的墙壁，代替消防员进入高温和充满有毒气体的危险火灾现场。该机器人的能量供给方式也非常奇特，它能够直接从消防水带中获取前进的动力。“安娜康达”全身共安装有20个靠水驱动的液压传动装置，由于每一个传动

7、装置的开关都由计算机进行精确控制，使得机器人能够像蛇一样灵活的移动。近年来，国内也开展了对蛇形机器人的研究工作。国防科大的Robosnake是国内最早报道的蛇形机器人，最初为二维结构，依靠从动轮前进，长约1.5米，重约3Kg。目前发展为三维结构，见图1-7。中国科学院沈阳自动化所开发出了一种实现三维空间运动的蛇形机器人，采用正交串联结构，可以完成蠕动前进、游动前进、滚转等运动，见图1-8。 图1-6 挪威“安娜康达” 图1-7 国防科大RoboSnake 图1-8 中科院沈阳自动化所蛇形机器人1.3 设计目的设计一种具有新型运动机构的蛇形机器人，结构简单，能够提供超越目前大多数蛇形机器人的越障

8、能力能越过自身高度3倍以上的障碍物；运动速度快，结构、控制简单；能够进入狭小空间执行任务，攀爬楼梯，在崎岖的路面运行；有较强的负重能力，能够搭载各种传感器，用于搜救、侦察、反恐、进入危险区域探测等。第二章 总体方案设计2.1 方案选择蛇形机器人已出现了多种结构形式，并实现了多种运动模式。蛇形机器人都是由多节组成，一般每个关节由两个舵机驱动，关节能够上下、左右运动。按照结构形式的不同，蛇形机器人可以分为两类：一、由刚性杆组成的链状结构。目前此类蛇形机器人的代表机构有柔性关节单元蛇形机构及二自由度模块组成的蛇形机器人机构，见图2-1。这类蛇形机器人利用关节来产生驱动力，运动时多个关节舵机由处理器控

9、制，协调动作形成仿蛇的曲线运动产生前进的动力，这种结构在平地能够达到较好的运动效果，但是在复杂地面（如乱石堆等）却不能有效的前进，原因在于这种结构的蛇形机器人身体必须不断扭动才能产生驱动力，身体摆动幅度大，当身体周围空间有障碍物限制其扭动时，便不能产生足够的驱动力使自身前进。所以适合在平坦的地面运动，能实现翻滚动作、卷住柱状物蜿蜒而上、穿上外衣能在水中游泳等，缺点是运动适应自然环境的能力不强且控制复杂，不适合在凹凸不平的自然环境中工作。二、带有轮子或者履带的模块串连，运动直接由轮子、履带驱动或蛇体内的行波传播产生。目前此类蛇形机器人的代表机构有主动索状机构和变几何桁架结构，见图2-2。 图2-

10、1 链状蛇形机器人 图2-2 轮状蛇形机器人由于生物蛇鳞片和关节的数目相当庞大，蛇类生物可以近似看作是一种“没有关节、柔性的”运动体。英国Heriot-Watt大学的G.Robinson和J.B.C.Davies基于生物蛇高度灵活性和机动性，进一步提出了连续机器人的设计思想，并通过不同形式和结构的液压驱动“人工筋”研制出不包含刚性联接和扭转关节的机器蛇系统，该系统有较好的环境适应性，但也带来了体态控制困难、结构复杂和难以微型化的问题。在现阶段，要实现完全仿蛇运动的第一类蛇形机器人存在运动不能适应自然环境和控制困难等问题。蛇之所以没有足也能运动，是因为它的皮肤和地面产生了摩擦力，推动自身前进，所

11、以只要能和地面产生推动自身的摩擦力就行，不一定非要模仿蛇的运动方式，要模仿的最主要的是蛇的身体姿态变化能力。综合以上因素考虑，决定选择第二类蛇形机器人进行改进设计。2.2具体的设计方案为了达到设计目的，基本思路是设计一种由轮子演化出来的叶片轮，叶片轮将路面凸起或者小的障碍物卡在两叶片之间，产生很大的摩擦力驱动蛇形机器人前进，越障能力能够大大提高。蛇形机器人设计为5节，共有4个关节，每个关节有两个舵机，通过控制关节处的舵机能够实现蛇形机器人姿态的改变，一个舵机控制关节的上下运动，一个舵机控制关节的左右运动，在关节处还设计了一个旋转轴，每个关节有三个自由度。蛇形机器人的控制采用人为遥控的方式。为了

12、让蛇形机器人能够脱离遥控者视线范围执行任务，在其头部搭载的无线摄像头能够将自身周围环境的图像实时传送到控制一方的显示器上，控制者通过图像控制遥控器，遥控器将控制信号通过无线方式传送给遥控接收器，遥控接收器将控制信号传给主控单片机解码，再控制电机、舵机的动作，实现蛇形机器人运动的遥控控制。流程图如2-3所示。图2-3 蛇形机器人工作流程图第三章 机械部分3.1主要技术指标 综合实际应用情况、零件材料情况和现有蛇形机器人的技术指标，确定初步的主要技术指标，见表3-1。表3-1 主要技术指标项目长/mm宽/mm高/mm净重/kg最大速度m/s续航时间/h平均功耗/w数据500707010.201小时

13、10采用微型直流减速电机驱动叶片轮，每节机身两个直流减速电机，体积为25mm12mm10mm。电压=8V时，负载电流=80mA，负载速度，扭矩1kg/cm，质量5g。关节舵机采用MS533，体积为23mm12mm30mm。电压=5V时，扭矩1.8kg/cm，负载电流=100mA，质量9g。设叶片轮直径R=70m m，则蛇形机器人最大运动速度： （式3.1）共有10个直流减速电机和8个舵机，最大功率为： （式3.2）由于直流减速电机和舵机不可能全部同时工作，所以平均功耗约为10W。3.2叶片轮设计为确保蛇形机器人上下两面都不接触到地面，两面都能行走，设计叶片轮直径为70mm，安装在4mm高的机身

14、上。根据直流减速电机和舵机的体积参数，确定机身的长宽高为90mm55mm15mm。叶片轮三维设计图如图3-1所示，机身三维设计图如图3-2所示。 图3-1 叶片轮三维设计图 图3-2机身三维设计图3.3叶片轮的材料和结构叶片轮的叶片采用厚度为0.28mm、宽为7mm的闹钟发条制作，优点是重量轻，弹性好。将卷曲的钟表发条拉直，并截成3.5cm的小节，将叶片顶部弯成一定的弯度，以防止前进时将杂物卷起卡住叶片轮，制作完成后的叶片如图3-3所示。 图3-3叶片 图3-4 叶片轮连接叶片和直流减速电机的轴套采用6mm厚的铝板线切割而成，用钻头在设计位置钻孔，将叶片插入后用螺栓固定，并套上橡胶管增加摩擦力

15、，制作完成后的叶片轮如图3-4所示。直流减速电机的输出轴呈扁平状，故将铝质轴套中心孔加工成对应的形状以保证直流减速电机与叶片轮的紧密连接，叶片轮的安装如图3-5所示。图3-5 叶片轮安装图3.4机身的结构和安装蛇形机器人的机身采用1mm厚的铝板制作，强度足够且加工容易。结构见图3-6，铝板机身及直流减速电机的安装如图3-7所示。图3-7 铝板机身及直流减速电机安装3.5舵机的选择与改装蛇形机器人关节设计采用舵机控制。从节约成本和综合性能的角度考虑，选择航模上使用的数码舵机MS533，其各项技术指标基本满足要求，但这种舵机只有一个动力输出轴，而机器人舵机需要两根轴才能固定，所以需要改装。改装后的

16、舵机如图3-8所示。 图3-8 改装完成后的舵机3.6 关节处的装配舵机动力输出采用2mm厚度铝片连接，舵机连接片结构如图3-9所示。 图3-9 舵机连接片结构 图3-10 三自由度关节处的装配将舵机连接片安装到舵机动力输出轴上，并用螺栓通过连接片中间的轴承和固定孔将两个连接片固定在一起。安装上复位弹簧，并调整松紧度，使蛇身在运动时能产生扭转，起到减震作用，同时让叶片轮能更好地接触地面，得到更好的运动效果。关节处的装配如图3-10所示。第四章 控制部分4.1 无线遥控系统设计该系统主要包括发射机电路和接收机电路。其中，发射机电路采用多个可变电位器将控制者的控制动作转变为模拟控制信号，发射端的单

17、片机将输入的多路模拟信号经过AD转换后变为数字信号，再进行编码并由串行口送到发射模块发射；接收机电路的任务则是把接收到的信号进行适当放大并从中解调出编码信号，然后通过接收端的单片机将该信号转换成相应的舵机控制信号和电动机驱动控制信号，从而完成对蛇形机器人的姿态和运动的控制。蛇形机器人动作较多，需要由两人协同控制，采用两个游戏手柄改装成无线遥控发射器。每一个游戏手柄有两个摇杆，每一个摇杆控制一个关节，能够控制蛇形机器人关节处主管上下、左右的两个舵机， 4个摇杆控制8个舵机，能实现左转、右转、抬头、低头、弯曲等动作，另外设计了3个通道的按键开关遥控来控制蛇形机器人的前进、后退、开关灯动作。为了能够

18、精确控制每个关节的转动角度，决定采用带AD转换的单片机实现比例控制。游戏手柄上的每个摇杆控制两个可变电位器，可变电位器把5V电压平均分成360度，每一个小的刻度代表一定的电压值，发射单片机一直以一定的时间间隔去查询当前的速度值，当旋钮转动了一定角度时(即输入给发射单片机一定的电压值)，单片机及时将读到的数值根据单片机内部已经设置好的计算公式，计算出模型应该前进的距离或者当前应该的速度，并根据此值设置相应的定时，计数器的初值，最后由系统外部驱动电路将接收单片机收到的电信号转换成相直的机械动作；当定时器溢出产生中断以后，外部相应的驱动电路也几乎同时的发出控制信号控制模型停止任何动作，发射单片机则继

19、续查询外界是否有新的控制指令，如此循环下去。比例输出理论上分析可以达到0 V到+Vcc，然而实际中只能尽量逼近且在一个很小范围内的变动都必须视为0，这是因为普通的线性电位器由于精度和性能的限制导致其旋转角度是270度，表现在表盘上的剩下9O度在实际操作中并没有意义。4.2 无线遥控器单片机选择选择STC12C2052AD作为遥控发射器控制单片机。SSTC12C2052AD引脚图如图4-1所示。图4-1 STC12C2052AD单片机引脚功能图4.3 无线遥控器电路设计根据需要的功能设计遥控控制电路如图4-2所示。图4-2 遥控发射器电路图 Pl口是比例遥控信号的输入端，P1.0至P1.7分别对

20、应蛇形机器人从头到尾的8个舵机；P3.0至P3.3与无线数据发射模块连接，负责传送数据给无线数据发射模块；当P3.4口由高电平变为低电平时，则控制蛇形机器人前进，当P3.5口由高电平变为低电平时，则蛇形机器人后退；当P3.7口由高电平变为低电平时，则LED灯点亮，再次变为高电平时，则LED灯熄灭。端口配置情况如表4-1所示。表4.1 遥控发射器单片机端口配置表端口方向端口连接到有效电平作用P1.0输入第一摇杆上下电位器05V控制第一关节舵机上下运动P1.1输入第一摇杆左右电位器05V控制第一关节舵机左右运动P1.2输入第二摇杆上下电位器05V控制第二关节舵机上下运动P1.3输入第二摇杆左右电位

21、器05V控制第二关节舵机左右运动P1.4输入第三摇杆上下电位器05V控制第三关节舵机上下运动P1.5输入第三摇杆左右电位器05V控制第三关节舵机左右运动P1.6输入第四摇杆上下电位器05V控制第四关节舵机上下运动P1.7输入第四摇杆左右电位器05V控制第四关节舵机左右运动P3.0输出无线模块SDIO高/低无线模块SPI设置P3.1输出无线模块GIO1高/低接收单片机遥控控制信号P3.2输出无线模块SCS高/低无线模块SPI设置P3.3输出无线模块SCK高/低无线模块SPI设置P3.4输入前进按键开关低长按，蛇形机器人前进，松开停止P3.5输入后退按键开关低长按，蛇形机器人后退，松开停止P3.7

22、输入LED灯按键开关低长按，控制LED灯打开，松开熄灭由于使用了带AD转换的单片机，所以整个电路系统具有简洁、灵活自由、易于控制、稳定性较好等优点，大大提高了智能化自动控制的程度，而且系统的性能也很好。由于单片机各个引脚都具有很多个功能，因此在程序设计中要特别注意它们的定义和对片内特殊功能寄存器的初始化设置，以便实现相应的功能。另外，从程序设计的角度来说，软件系统的可靠性高、运行速度快，只要得到需要改变的参数便可以在同一个子程序中实现速度的改变，充分体现了单片机的优势。4.4 无线遥控器无线数据收发模块选择无线数据发射与接收使用2.4G无线数据收发模块，芯片为A7105。其电路如图4-3所示。

23、图4-3 2.4G无线数据收发模块电路图4.5 无线遥控器的制作根据设计电路图制作完成的遥控单片机系统实物如图4-4所示，制作时充分考虑了体积问题，使其刚好能够装入游戏手柄拆去震动电机的位置。图4-4遥控单片机系统实物无线数据发射模块安装在游戏手柄右侧拆去震动电机的位置，如图4-5所示。 图4-5 无线数据收发模块安装位置图 4-6 遥控发射器的内部元件布置整个遥控发射器的内部元件布置如图4-7所示。遥控发射器采用两个3.7V的锂电池串联作为电源，经稳压电路转变为5V后为单片机供电，电池和稳压电路放置在另一个游戏手柄中，并在其正面加装了电源开关，在背面设计了充电接口，由于锂电池充电电压必须控制

24、精确，否则会导致电池损坏，所以采用平衡充电接口进行充电。两个遥控手柄通过导线连接。所有电路安装测试完成后，将手柄装回原样，如图4-7所示。图4-7 改装完成的遥控发射器遥控接收器采用同样的2.4G无线数据接收模块，两者完全一样，只是初始化模块时通过软件设置其负责发射还是接收。接收处理单片机使用AT89C4051，P3.2至P3.5与无线数据接收模块相连，负责接收无线数据。4.6 遥控系统程序设计根据需要的功能和单片机端口设置进行程序编写，具体程序见附件。遥控发射与接收程序流程图如图4-8、图4-9所示。 图4-8 遥控发射器流程图 图4-9 遥控接收单片机处理流程图4.7 姿态控制系统设计采用

25、AT89C4051单片机和16路舵机控制板对关节处的8个舵机实现姿态控制，单片机处理由无线遥控接收器收到的编码数据信号，再将数据信号解码后发送给舵机控制板，舵机控制板收到信号后控制舵机旋转角度，实现蛇形机器人的姿态控制。AT89C4051的引脚功能如图4-10所示。图4-10 AT89C4051引脚功能图4.8 蛇形机器人控制电路设计图4-11 AT89C4051单片机控制电路图蛇形机器人控制电路如图4-11所示。4.9 舵机控制板的选择与改装舵机控制板采用成品捷龙CX54160A 型舵机控制器，为了减小舵机控制板的体积且减轻重量，将舵机控制板上不需要的一些零件拆去，并对部分电路做了改造。改造

26、完成后的舵机控制板如图4-12、图4-13所示。 图4-12 改造后的舵机控制板正面图 4-13 改造后的舵机控制板背面单片机和舵机控制板串口通信程序：delay(unsigned int dt) / 通用延时程序unsigned int i,j;for(i=0;idt;i+)for(j=0;j1000;j+);action(const char *p) / 舵机串口发送函数while(*p!=0)SBUF=*p; p+;while(TI!=1); /等待发送完毕TI=0; /清标志 void ini_mcu(void)TMOD=0x20; /定时器1方式2TH1=0xFD; /11.0592

27、M 9600BITSCON=0x50; /10101,0000 8 位数据位, 无奇偶校验RI=0;TI=0;TR1=1;PSW = 0x00;PCON = 0x00;IP = 0x00; / 设置中断优先级IE = 0x00; / EA-ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 , disable all interrupt4.10 直流减速电机驱动部分电路图中的直流电机驱动部分与单片机采用了光耦进行隔离，防止干扰；8个续流二极管可以防止直流电机产生的关于电动势损坏芯片。本蛇形机器人共5节，每节安装有两个直流减速电机，每侧5个电机并联。电压8V时，负载电流80mA，10个电机总电流800

28、mA。直流电机控制芯片采用L298N，输出电流可达2.5A，由于10个电机使用时电流很小，故芯片不需要加装散热器。为了将直流电机驱动电路板体积做得尽量小，整个驱动板采用了大量贴片元件制作，制作完成的直流电机驱动电路板实物如图4-14、图4-15所示。 图4-14 直流电机驱动电路板正面 图4-15 直流电机驱动电路板背面直流电机芯片驱动部分程序：case 0x0B:SHI_NENG=1;/电机使能有效 YUN_A=0;YUN_B=1; break;case 0x0C:SHI_NENG=1;/电机使能有效 YUN_A=1; YUN_B=0; break;case 0x0D:SHI_NENG=0;

29、/按键离开时电机使能无效 break; default:break;4.11 无线视频系统无线视频系统采用2.4G无线摄像头和配套的接收器，标称有效距离100米。为了让无线摄像头在黑暗环境下也能够拍摄到图像，还安装了一颗高亮LED灯，LED灯可使用PWM脉冲进行调光控制。无线摄像头和LED灯一起安装在蛇形机器人头部。4.12 电源系统电源采用两块3.7V锂聚合物电池串联供电，经稳压电路后转变为5V，为单片机和舵机供电，稳压部分采用LM2596HVT-5.0V芯片，转换效率高。经计算得出此蛇形机器人的评价工作电流约为1.2A（平均功率10W，平均电压8V），若要其能正常工作1小时，则需要选择总容

30、量在1200mAh以上的两块电池。选择两块600mah的电池串联供电。电路图见图4-16。图4-16 5V稳压电路电路图4.13 蛇形机器人实物将所有的控制部分电路整合在一起，并用一块亚克力板封闭，防止碰撞损坏电路板，如图4-16所示。图4-16 控制部分电路总装图整个蛇形机器人机身除头尾有差异外，中间部分完全相同，一节就是一个模块，若要增加蛇形机器人越过障碍物的高度，只需要增加机身模块的个数就可以实现。为节约成本，蛇形机器人制作了5节，实物如图4-17所示。图3-17 蛇形机器人攀爬阶梯第五章 结论5.1 组成叶片轮式蛇形机器人由移动系统、姿态控制系统、遥控控制系统、无线视频系统、电源系统五

31、个部分组成。一、姿态控制系统本叶片轮式蛇形机器人设计为5节，约半米长，共有4个关节，每个关节有三个自由度，两个可控制自由度，一个自平衡旋转自由度，通过控制关节处的舵机实现蛇形机器人姿态的改变。二、移动系统通过1个直流减速电机驱动10个叶片轮前进，比轮式驱动更容易越过障碍物。每个叶片轮由三片弹簧片相隔1200固定于轮轴上，每片都略微向后弯曲，以防止前进时将杂物卷起卡住叶片轮。三、遥控控制系统包括无线遥控发射器和无线遥控接收器。控制者通过无线摄像头传回的图像了解蛇形机器人周围地形情况，使用无线遥控发射器将控制信号传送给无线遥控接收器，单片机对信号进行处理后驱动直流减速电机和舵机，实现动作控制。四、

32、无线视频系统通过无线摄像头将蛇形机器人周围图像传送到控制者的显示设备上，实现超视距控制。五、电源系统采用两块3.7V的锂聚合物电池串联供电。5.2 功能一、可攀爬阶梯在遥控控制下，蛇形机器人轻易就爬上了十几厘米高的阶梯，见图5-1； 图5-1 蛇形机器人攀爬阶梯 图5-2 蛇形机器人草地运行二、可在草坪爬行蛇形机器人在草坪爬行，如履平地，见图5-2；三、翻越乱石堆蛇形机器人能够轻易翻越乱石堆，见图5-3； 图5-3 蛇形机器人乱石堆运行 图5-4 蛇形机器人翻越深沟四、翻越沟壑 蛇形机器人能够轻易翻越30cm宽，20cm深的沟壑，见图5-4。5.3特点一、越障性能强能越过自身高度3倍以上的障碍

33、物；可攀爬楼梯，在崎岖的路面运行；二、控制简单；三、结构简单；四、尺寸小，重量轻。五、运动速度快；六、有较强的负重能力，能够搭载各种传感器以满足不同需要。5.4 应用一、能够进入因地震或火灾等灾害而倒塌的建筑物内部执行搜寻任务；二、能够进入原子反应堆和石油化工等领域的装置内部执行检测任务；三、能够进入人们不能涉足的生化等危险场所执行搜寻和检测维护任务；四、条件非常恶劣而又要求高可靠性的战场、外层空间等环境，可用于战场上的扫雷、爆破，空间站的柔性机械手臂，通过能力很强的行星地表探测器等。参考文献1崔显世，颜国正一个微小型仿蛇机器人样机的研究J机器人，1999，21(2)：1561602刘华。颜国

34、正，丁国清仿蛇变体机器人运动机理研究J机器人，2002，24(2)：1541583熊翔等基于蛇类生物的仿生变体机器人研究J机电与控制学报，2001，(12)4汪洋等蛇形机器人控制系统的设计与实现J机器人，2003，(11)5刘莹，张恺应用单片机实现多通道无线比例控制电气传动自动化，2003年第25卷第1期6赵敏基于单片机的多通道比例遥控器电子世界，2004年第12期7冯建华，赵亮.单片机应用系统设计与产品开发，2004. 118赵建领.51系列单片机开发宝典，2007.49傅晓林.模拟电子技术，2002.1010程开明，唐治德.数字电子技术，1992.511GM.Robot-Snake wit

35、h Flexible Real-Time Control， http:/ais.gmd.de/BAR/index.htm12/13Dr. Gavin Miller./biorobotics/projects/modsnake/index.html14Nilsson MartinSnake robot free climbingJIEEE Control Systems，19982：21 2615A behavior-based arm contoller.Jonathan H Connell, MIT A

36、I Memo 1025,June198816The Mobile Robotics Lab at the University of Michigan (UM) .The OmniTread serpentine robot ，/research/mrl/00MoRob_6.html17How Snakes Walk.http:/chabin.laurent.free.fr/snake.htm附录附录附录接收控制程序如下，发射程序与之类似，省略之。/*;filename:rf.c;RF:A7105;rf crystal :16MHZ;RF ra

37、te:250k;mcu :STC12C2052AD;writeby : ;describe:A7105 控制;notice:Fdev 固定为 80k;*/#include .headerrf.hU8 const code Rf_Rate_Tab7 = 19,9,7,4,3,1,0;/25k,50k,62.5k,100k,125k,250k,500k / A7105 寄存器默认配置U8 const code A7105_Default_Par51 = /0x00 register 0x00, / RESET register : not use on config /0x01 register/

38、#if(TEST_MODE)/0xc2, / direct mode /#else 0x42, / MODE register: FIFO mode /#endif /0x02 register 0x00, / CALIBRATION register /0x03 register RF_FIFO_LEN - 1, / FIFO1 register : packet length /0x04 register 0xc0, / FIFO2 register : FIFO pointer margin threshold 16/48bytes(TX/RX) /0x05 register 0x00,

39、 / fifo register,not use on config /0x06 register 0x00, / ID data register,not use on config /0x07 register 0x00, / RCOSC1 register 0x00, / RCOSC2 register 0x00, / RCOSC3 register /0x0a register/ 0x02, / CKO register,clk out enable,bit clock 0x00, / CKO disable /0x0b register 0x01, / GPIO1 register

40、:WTR output,enable GPIO1 output 0x09, / GPIO2 register :CD carrier detect,enable GPIO2 output / GPIO1，2按上面设置时，GPIO1保持为高电平， / 发送方发送一帧数据时，GPIO1会由高变低，接收方GPIO2也由高变低 /0x0d register 0x05, / CLOCK register: Crystal oscillator enable bit /0x0e register 0x01, / data rate select 250K / data rate = system cloc

41、k / 32*(SDR7:0 + 1/ 0x04, / data rate = 100k /0x0f register 0x03, / PLL register1, LO channel number select / channel = 0x14 RF frequency = 2400MHZ + 500K * 20 = 2.410GHZ /0x10 register 0x9e, / PLL register2, / DBL = 1, crystal frequency double select / RRC1:0 = 00, Fpfd = Fcrystal(16MHZ) * (1 + DBL

42、) /(RRC1:0 + 1) = 32MHZ / CHR3:0 = 0x0F, channel frequency step setting / channel setp frequency = 0.25 * Fpfd / (CHR3:0 + 1) = 500KHZ /0x11 register 0x4b, / PLL register3 BIP7:0 = 75 0x00, / PLL register4 BFP15:8 = 0 0x00, / PLL register5 BFP7:0 = 0 /0x14 register /0x06,/ TX register1/ frequency de

43、viation power setting = 110/ TX modulation disable0x16,/ enable tx modulation /0x15 register/ 0x2b, / Fdev = 187k / TX register2 / Fpfd = 32MHZ,PDV1:0 = 01,SDR7:0 = 0000 0001 / Tx rate = Fpfd / (32 * (PDV1:0+1) * (SDR7:0+1) = 250kbps / TX frequency deviation = Fpfd * 127 * 2FDP2:0 * (FD4:0+1) /224 =

44、 187.5KHZ/ 0x20, / Fdev = 15K FD2:0 = 110/ 0x21, / Fdev = 31k FD2:0 = 110/ 0x22, / Fdev = 46k FD2:0 = 1100x23, / Fdev = 62k FD2:0 = 110 /0x24, / Fdev = 80k FD2:0 = 110/ 0x25, / Fdev = 93k FD2:0 = 110/ 0x26, / Fdev = 108k FD2:0 = 110/ 0x27, / Fdev = 124k FD2:0 = 110/ 0x28, / Fdev = 139k FD2:0 = 110/0

45、x29, / Fdev = 155k FD2:0 = 110/0x2a, / Fdev = 170k FD2:0 = 110/0x2b, / Fdev = 186k FD2:0 = 110/ 0x2c, / Fdev = 200k FD2:0 = 110/ 0x2d, / Fdev = 217k FD2:0 = 110/0x2e, / Fdev = 232k FD2:0 = 110/0x2f, / Fdev = 248k FD2:0 = 110/0x30, / Fdev = 263k FD2:0 = 110/0x32, / Fdev = 294k FD2:0 = 110/ 0x39, / Fd

46、ev = 400k FD2:0 = 110 /0x16 register 0x12, / Delay register1 / DPR2:0 = 0, TDL1:0 = 2, PDL2:0 = 2 / TX setting delay = 20*(TDL1:0+1)*(DPR2:0+1) = 20*3 = 60us / PLL setting delay = 20*(PDL2:0+1)*(DPR2:0+1) = 20*3 = 60us /0x17 register 0xf8, / Delay register2 / Crystal turn on delay 2.5ms / AGC delay 40us / RSSI measurement delay 10us /0x18 register 0x26, / RX register / Demodulator filter bandwidth = 1M / Demodu