【《基于单片机的四足爬行机器人控制系统设计》12000字】

第一章诸论1.1研究背景及意义1.1.1研究背景1.“机器人”一词最早见于图灵所著《计算机系与智能》开头，随后，又于图灵与约翰·麦卡西共同举办了达特茅斯讨论会，探讨与研究创建人工智能研究领域所需要的构架，对今后机器人的开发具有促进作用。2.而真四足爬行机器人诞生于1989年。六足机器人“成吉思汗”由麻省理工学院研究人员制造，由于其体积小、价格便宜，被认为是现代历史上最重要的机器人之一。并将其视为今后空间机器人的设计依据。该系统由12个伺服电机和22个传感器组成，可跨越岩石地形，操作方便。3.进入20世纪，机器人面临着一个全新的发展契机。在2005年，波士顿动力公司与哈佛大学合作。设计并完成四足机器人的研制，其身体上一共有50余个传感器。利用腿替代轮子完成前进、后退等运动，可自主选择通过方式通过不易通过的复杂道路。加之它优秀的负重能力。被认为是未来最优秀的负重爬行机器人之一，而机器人作为可以替代人工操作的智能机器具有广阔应用前景.REF_Ref14324\r\h4.在2019年。美国麻省理工学院日前发布猎豹机器人。弹性轻巧、四足有力，能在各种地形中快步行走，能在不平地形中保持常人行走2倍左右。加之它重量轻，而且跌倒后能自己回到正体位。因此，被认为是机械宠物将来的雏形。1.1.2研究意义由于现代社会和科技日益发展，人们生活水平越来越高，原本人们只在教科书中可以见到的机器人已经渐渐进入我们千家万户。使我们体会到科技发展对生活的改变，体会到机器人带给我们的新鲜感，刺激感，科技感，但那动辄几千，数以万计的工业级机械机器人与普通人相比还是太远了，只能从会展中心远距离观看而无法亲自拥有，而这款简单的机器人，则可满足其自行操控与改造学习的目的，使其真正体会机器人的神奇，另外四足仿生机器人因具有良好之承载能力，稳定性好及其适应地面能力强等特点，可以应用在抢险救灾、排雷、探险与娱乐、军事等许多不同领域，应用前景巨大REF_Ref14396\r\h。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状与国外研究相比较，我国对机器人的研究起步较晚，上世纪八十年代才真正开始接触机器人。清华大学北京航空航天大学、中国科学技术大学和哈尔滨工程大学在这方面做了深入的研究。从2012年到2021年，我国国防高级研究计划院（DARPA）通过举办比赛来增进灾难响应机器人的研究和使用。在比赛中，半自主机器人必须在城市搜索和救援灾难响应场景中执行多项任务。为了最终实现模块化和多功能系统，这些任务的选择非常多样化，并基于人类搜索和救援人员执行的当今任务。例如，开车、开门、进入建筑物、定位和关闭阀门，以及爬梯子。这些任务的定义使得类人机器人在这次活动中的广泛使用。这项赛事的参赛资格由百度的SHAFTrobot主导，该公司后来因赛事的军事起源退出了挑战者行列，这场比赛最终由华中科技大学团队凭借其仿人HUBO机器人赢得，该机器人成功完成了所有任务。我国家标准与技术研究所在搜救机器人标准化测试方法的开发中发挥着重要作用。NIST从帮助（主要是军事）承包商验证和比较爆炸物处理机器人的标准化测试方法发展而来，已制定出具体的测试方法及标准化程序，以定性和定量地对搜索救援机器人的性能进行评价。中国科学技术大学开发仿蜘蛛机器人，机械部分以蜘蛛为原型实现了机械运动过程中自锁，凭借以特殊的结构使一台电机能很好的控制几个自由度，进而在平地就能完成前进、后退、转弯的运动，整套系统与地面附着力较强在受外力时机身会产生一定偏移当外力撤销后能够自动返回初始位置。尽管机器人通过一系列的措施增加机器人的驱动力和减轻整机的质量，但是因为机器人驱动力较小且攀爬能力不足，所以机器人只能平地上爬行。本课题接下来准备采用气动的传动方式对其机械结构进行优化，将其改造成垂直攀爬能力强的仿蜘蛛机器人，哈尔滨工程大学自主研发六足仿蜘蛛机器人，它主要包括上位机PC、下位机主控制器、机器人本体以及自行研制的电子陀螺等。其中，上位机向下位机发送命令，例如定点旋转、纵向直行，下位机依据上位机命令进行步态规划，并控制上位机执行相应的动作，电子陀螺检测机器人向上位机返回姿态信息，以便进行分析，机器人能够完成直行步态螃蟹步态和定点转弯步态，中枢模式发生器用于控制机器人对步态进行节律性运动。仿蜘蛛机器人要想在复杂地形上随意移动，主要是由于自动复位功能，未来研究中，仿蜘蛛机器人本体结构有待完善应增加自动复位功能，采用各种步态生成策略提高对复杂地形的适应能力。1.2.2国外研究现状近年来随着仿生学及科学技术的发展，仿生多足机器人研究已逐步成为科学家研究的重点。与蜘蛛相似的机器人都是从仿生多足机器人演变而来。国外在仿生多足机器人方面研究比较早，美国和日本在多足机器人方面也颇有研究，它们分别仿照多种生物形态特征进行研究。成功研制出具有良好性能的仿生多足机器人。从最开始的机械机器人到现在的智能机器人，仿生机器人无论是智能水平还是整体性能都有了突飞猛进的进步。1968年，来自美国的Masher发明了四足车“Walking

Truck”。该车具有4条由液压伺服马达驱动的腿，车体上位置传感器能够完成位置检测功能。尽管四足车普遍不易操作，但是避障与爬行功能的实现却是现今仿生行走机器人研究的一个重要转折，这也为仿蜘蛛机器人的研究打下了很好的基础。1999年，西班牙研制出四足机器人SILO4，该机器人为一台中等尺寸的机器人，腿上有三个自由度，能够跨越250毫米高的障碍物，并能适应不规则地形。其有效载荷为15kg,步行速度最大可达1.5m/min；日本电气通讯大学开发出Tekken系列四足小型机器人，其机体及腿部站立长度在30cm及20cm之间，重量在4.3kg，臀关节能实现纵和横向摆动，膝关节具有1旋转自由度，采用直流电机供电。国外做的比较先进的是机器人的相关标准建立方面。例如UAViatorsInitiative，其目标是[8]建立机器人负责任使用的标准，并提供最新的监管信息；记录经验教训和最佳做法；提供机器人实践培训；灾难发生后通知机器人部署；促进研究和信息共享。当灾难来袭时，机器人危机地图会更新，机器人救援团队可以宣布他们的能力和部署细节。然后，部署的机器人团队可以将其机器收集的数据发布在该网站上。这种试图用机器人组织和组织救援行动的方法在过去取得了一些良好的效果，这可以从FSD、CartONG和Zoi环境网络关于人道主义危机中使用机器人的报告中看出，他们创造了14个在危机应对中使用机器人的成功案例，其中许多是在机器人网络人员的帮助下完成的。自2001年以来，世界各地不同实验室开发的用于搜索和救援的机器人工具原型每年都会在RoboCup救援比赛中相互竞争。这项活动属于RoboCup年度国际机器人技术大会请愿书的范畴，其灵感来自神户地震，pits机器人在模拟地震环境中竞争寻找受害者。这些机器人必须完全自主操作，并通过检测受害者和危险以及绘制环境图来得分。竞赛的目的是鼓励学术研究转移到灾难救援领域，并通过提供一个具有公众吸引力的挑战，鼓励在一个具有社会意义的现实世界领域进行研究。为了降低登陆作战风险，美国MIT开发出一种浅滩探雷六足机器人Ariel,该机器人每条腿部具有两个旋转自由度，可以实现翻转和步行功能，机身部分配备姿态传感器和罗盘整机电路和控制器都密封在一个空腔内，使得机器人具备自动探测及防水功能。美国卡内基梅隆大学开发有缆八足步行机器人DANTE用于南极洲埃利贝斯山的研究，并返回了大量有价值的图像和数据。1.3课题研究的目标、内容及创新点1.3.1目标通过本研究，采用esp8622单片机及其自带WiFi模块并结合solidwork对其进行三维建模并利用3D打印技术打印出相关所需部件。制作一台四足机器人能简易爬行，可由手机app联网控制使用，用以作为孩童的玩具及相关教学教具。方便大家对于四足爬行机器人有个更好、更深的了解然后还能将它提升到工业生活用途中。1.3.2内容1.了解本项目的选题背景，爬行机器人在国内外的研究情况，熟悉单片机、WiFi模块、舵机、输入电源的硬件功能及作用，以及各类电气线路图及引脚功能分析系统软件，接入单片机esp8266和手机物联网互联的专用通信控制方式。2.研究了如何利用solidworks平台对机器人相关原件进行设计，并利用3D建模缩短相关原件的设计时间，提高效率，并且通过该软件自带实时动态模拟的方式进行模拟，降低制作相关原件所需费用，确保工程顺利完成。3.采用了单片机esp8622有关技术。在其WIFI模块的基础上制造了一种四足爬行机器人，可由遥控设备简单地控制它来操作机器人执行一系列运动。4.利用手机app遥控来最终实现爬行机器人的操纵，利用遥控装置最终采用单片机esp8622进行精确控制，本发明实现机器人四足精准控制，使四足机器人由单纯孩童学玩具转变为可参加社会救灾和矿山勘探等工程机械装备，改变了原来只能靠按键来操控的局面，深度融合物联网。1.3.3创新点1.采用三维建模软件solidworks对四足爬行机器人进行硬件设计，改变传统零件加工方法。建模后输出stL文件格式并导入3D打印机中。采用3D打印的方式能够精确迅速的打印出少量的部件。2.采用esp8622芯片取代传统51单片机并充分利用esp8622自带WIFI模块并通过WIFI模块连接手机控制系统，为了实现手机远程控制功能和更贴合四足爬行机器人遥控要求。1.4课题研究思路研究方法本课题以esp8622为平台，采用了如下研究思路对四足爬行机器人展开了研究。1.分析阶段：对所设计主题进行选择，并了解其国内外研究开发现状及意义、宗旨。2.需求分析阶段：对所需硬件电子元件和配套设计软件进行选择，对筛选原因及优点进行了分析。3.设计阶段：分别设计和开发了作品所需的软硬件，使之达到了预期要求。4.总结阶段：对此过程中出现的问题和经验进行总结，做好积累工作，为下文进行设计提供了依据。1.5论文组织结构本毕业论文设计分为六大部分:第一部分：主要叙述本文所研究的设计作品在国内外的相关发展背景，研究意义与研究目的，毕业设计研究内容与创新点以及毕业设计研究的主要观点与方法。第二部分：介绍所要求的有关电气元件和功能。第三部分：本毕业设计中所用到的特定硬件和编程软件。第四部分：本文的核心内容，毕设的设计完成过程。第五部分：就毕业设计完成情况进行归纳总结。第六部分：致谢和参考文献。

第二章硬件设计选型2.1驱动舵机的选择舵机，又名伺服电机，它主要包括机壳、电路板、马达、减速齿轮和电位器。转向多应用于连续变角和可维持控制系统中，通常用于机器人的连接关节处的控制，由于舵机转角范围一般在0~180度之间，可通过电路控制来实现机器人各关节运动的控制以完成运动。2.2单片机型号的选择单片机属32位处理器，单核处理器ESP8266，运⾏频率为80MHz。该单片机有WIFI模块支持SPI、I2C、UART多种协议。该单片机引脚较多，能对同一个引脚进行多种功能分配，并且它有价格低廉、性能好、使用效率高的诸多优点，并且它能够满足设计中所需要的各项工作要求一切选用ESP8266为主控芯片对我机进行控制。2.3电源的选择由于ESP8266所能承受数字引脚输入电压最高不能大于3.3V模拟引脚可读电压0-1V以内，故不选用五号电池，为了达到其能同时达到被usb供电和出门随身携带的目的，便携式电源。所有采用锂电池供电方式，电池功率大、供电平稳。电路采用内部电压转换和降压处理的方法.REF_Ref14546\r\h2.4主控芯片的选择Esp8266（NodeMCU）是一款集成了WIFI功能的MCU开发板，可以直接连接WIFI。其发展环境多元化，是目前最为流行的物联网芯片。是一个成本较低的无线设备，它适用于TCP，IP，和微控制器。其工作电压在3V-3.6V之间，其先进的前面的速度处理和存储能力的必要条件。它能方便地与其它电子设备相连，仅需要最微小的调节，而又能放大以适用于其它部件。本装置占用空间少，便于与有效电路板适配，是一种能较好满足四足机器人设计所需的芯片。2.5WIFI模块的选择WIFI模块芯片选用ESP8266模块,ESP8266模块是乐鑫公司生产的一款物联网芯片，为超低功耗UART-WIFI模块，专门为移动设备和物联网应用而开发，可以把用户物理设备接入WIFI无线网络，在互联网或者局域网中进行通讯，从而达到联网的目的，具有性能稳定、价格低廉等特点。该芯片至今已经推出了许多不同的型号，鉴于本次的设计的电路功能不是很复杂，只需要选用早期的ESP8266芯片型号即可实现，故选用ESP8266的WIFI模块。2.6ESP8266的功能与基本参数ESP8266是由EspressifSystems（中国上海）推出的高性能无线SoC,它将控制器，存储单元及Wi-Fi控制模块、数据的信号接收器、发生器等硬件整合在一块小成本智能芯片上，以小成本实现功能强大。ESP8266集成了一个TensilicaL10632位MCU（微控制器单元），具有超低功耗16位RSIC（精简指令集），RTOS（实时操作系统）可以达到最高的160MHz时钟速率，启用和功能Wi-Fi堆栈，大约80%的处理能力仍可供用户应用程序编程和开发，从而以最低的成本提供最大的效用。另外，还将标准数字外围接口、天线开关、平衡变压器电感、功放、低噪声接收放大器、滤波器以及电源管理模块等均集成于小封装内部。本实用新型体积缩小，方便后续安装。其引脚图及实物图见附图.图2.1图ESP8266芯片引脚图2.3表2.1各引脚功能叙述序号Pin脚名称类型功能说明1RETI外部重置信号（低高频有效）复位模组2ADCIA/D转换管脚，输入电压范围0-1V，取值范围：0-10243ENI/O芯片使能端，高电平：有效，芯片正常工作：低电平：芯片关闭，电流很小4IO16I/O深度睡眠唤醒5IO14I/OGPIO14;HSPI_CLK6IO12I/OGPIO12;HSPI_MISO7IO13I/OGPIO13;HSPI_MOSI;UART0_CTS8VCCP模块电源；3.3V9CS0I/OGPIO11;SD_CMD;SPI;CS010MISOI/OGPIO7;SD_D0;SPI;MISO11IO9I/OGPIO9;SD_D2;PIHD;HSPIHD12IO10I/OGPIO10;SD_D3;SPIWP;HSPIWP113SCLKI/OGPIO6;SD;SPI_CLK14GNDPGND15IO15I/OGPIO15;TDO;HDPICS;UART0_RTS16IO2I/OGPIO2;UART1_TXD17IO0I/OGPIO0;SPI_CS218IO4I/OGPIO419IO5I/OGPIO520RXDI/OGPIO3;可用作烧制Flash时UARTRx21TXDI/OGPIO1;可用作烧制Flash时UARTTx22MOSII/OGPIO8;SD_D1;SPI_MOSI1表2.2引脚接口说明接口名称管脚功能说明HSPI接口IO12(MISO)，IO13(MOSI)，IO14(CLK)，IO15(CS)可外接4SPIFlash，显示屏和MCU等PWM接口IO12(R)，IO15(G)，IO13(B)demo中提供4路PWM（用户可以自行扩展至8路），可用来控制彩灯，蜂鸣器，继电器及电机等IR接口IO14(IR_T)，IO5(R)IRRemoteControl4接口由软件实现，接口使用NEC编码及调制解调，采用38KHZ的调制载波ACD接口TOUT可用于检测VDD3P3（Pin3，Pin4）电源电压和TOUT（Pin6）的输入电压（二者不可同时使用）可用于传感器等应用12C接口IO14（SCL），IO2(SDA)可外接传感器和显示屏等UART接口UART0;TXD(U0TXD)，RDX(U0RXD)，IO15(RST)，IO13(CTS)UART1:IO2(TXD)可外接UART接口的设备。下载：U0TXD+U0RXD或者GPIO2+U0RXT通信（UART0）：U0TXD，U0RXT，MTDO(U0RXT)UARTO在ESP8266EX上电默认会输出一些打印资料，对此敏感的应用，可以使用UART的内部引脚交换功能12S接口12S输入；IO12(12SI_DATA);IO13(12SI_BCK);IO14(12SI_WS);主要用于音频采集，处理和传输12S输出;IO15(12SO_BCK);IO3(12SO_DATA);IO2(12SO_WS)2.6.2ESESP8266的三种工作模式在ESESP8266模块中，存在如下3种工作方式:分别为STA模式、AP模式和STA+AP模式P8266工作模式。STA模式:STA模式以模块网络连接为主，即将ESP8266模块接入由接入点设置的Wi-Fi网络中。Station模式能够更容易地对Wi-Fi连接进行管理，当连接缺失时ESP8266会自动重连最终所用访问点，保证其可以再次使用，在物联网的联网系统中该模式使用最多。AP模式：接入点就是为其他装置提供Wi-Fi网络接入，并与有线网络相连。ESP8266也能提供相似的特性，只不过它并不具备与有线网络相连的接口，这一操作方式叫做软接入点。可同时连接AP的最大站数可设置为0~8。常用的AP模式可被认为在ESP8266接入STA模式的Wi-Fi前的中间环节。在SSID与网络密码无法事先得知的情况下,ESP8266会先激活AP模式，使我们用笔记本电脑或者手机与之相连，从而实现无线网络控制以及各个模块之间的通信STA+AP模式ESP8266模块可以作为一个独立设备运行，所以我们能够把它们接入Wi-Fi网络中。它还可以作为一个软接入点建立自己的Wi-Fi网络，当ESP8266模块作为软接入点运行时，我们可以将其他工作站连接到ESP8266模块。REF_Ref14745\r\h2.6.3硬件电路设计ESP8266电路本论文所设计之系统以ESP8266为控制器，可透过板上的GPIO与UART来接受传感器的资料，既可用作接入点（AP）又可用作站点（STA）。因此，在作为AP的时候，可以通过发送指令设置所连接Wi-Fi的名称与密码、输入云服务器IP地址、端口号等信息。这将使其接入Wi-Fi网络并且基于其在STA中被用作预定义参数来建立云服务器。在采集温度、湿度、光照强度、CO2浓度等信息后，将数据以OneNET指定格式进行上传。实际应用时，将ESP8266模块上电，引脚GPIO0接地，用串口刻录并编写引脚控制程序。CH340芯片实现了普通串口与USB之间的切换。以RXD,TXD为串口输入与串口输出，UD+和UD-对应USB数据线。由于在ESP8266模块中集成了上拉电阻，因此在电路中不涉及I2C上拉电阻。ESP8266整体设计电路见下图。图2.32.7充电模块tp4056TP4056是一种锂离子或者锂聚合物电池而设计的线性充电器电路，利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。通过外阻编程即可设定充电电流，不间断充电电流上限为1A,无需增加电流阻断二极管及电流检测电阻。TP4056含有两个漏极开路输出，充电状态指示端（CHRG）及电池故障（STDBY）状态指示输出端。芯片内功率管理电路在芯片结温高于145°C后，充电电流会自动减小，该功能能让用户将芯片功率处理能力发挥到极致，不需要担心芯片温度过高，会对芯片或外部元器件造成损害。TP4056引脚图及引脚功能图2.4TEMP(引脚1):用于检测电池温度的输入端。PROG(引脚2):恒流充电电流设定及充电电流监控端。GND(引脚3):电源接地VCC(引脚4)正输入端的输入电压。BAT(引脚5):电池的连接端。STDBY(引脚6):电池充电后指示端。CHRG(引脚7):充电状态指示端，用于漏极开路输出。CE(引脚8):芯片的始能输入端。2.8自锁开关自锁开关为常用的具有机械锁定功能，在自锁开关首次被按下后，该开关被接通并保持接通，即开关处于自锁状态，二次按动自锁开关后，开关切断，同时开关按钮弹起使开关进入切断状态。图2.5自锁开关实物2.9ESP-12E电机驱动扩展板叠插ESP12EDevKit的实物效果图图2.6ESP-12E的PCB板视图图2.7ESP8266参数说明电源输入：电机电源（VM）：4.5V-36V，可以单独供电。控制电源（VIN）：4.5V-9v（10VMAX），可单独供电；模块提供短路子（短路VM和VIN），可以方便地使用一路电源（必须4.5V-9V）同时完成电机的驱动与控制。逻辑工作电流Iss：≤60mA（Vi-L），≤22mA（Vi-H）;驱动部分工作电流1o:1.2A:最大耗散功率：4W（T-90℃）控制信号输入电平：高电平：2.3V<vTm≤VTN.低电平:-0.3VVIL≤1.5V工作温度：-25℃-41250ESPI2EDevKit控制端口：D1，D3(A电机)。D2.D4(B电机)模块重量:20g驱动形式：双路大功率H桥驱动各位置区域功能说明图2.82.10硬件设计的软件介绍此次利用solidworks软件设计机器人硬件需要的框架3D建模打印，利用solidworks制图具有如下优势1、全Windows界面、操作简单2、清楚、直观、整洁“全动感”用户界面(1）“全动感”用户界面使得设计过程非常简单：动态控件采用了不同的色彩和说明，以提醒设计师注意目前的运行情况，从而能够清晰地显示出自己目前在进行哪些工作(2）标注使设计师能够将有关具体功能的参数标记到图形区域中；鼠标确认以及丰富的右键菜单使设计部件极为简单；创建特征的时候，不管鼠标的位置是什么，都能很快确定特征建立3、灵活的草图绘制和检查功能(1）草图绘制状态和特征定义中状态之间存在明显区别，这使得设计师能够很容易地确定它们的运行状态；单击-单击式或单击-拖动式；单击及单击绘图与AutoCAD软件很相似(2）在草图绘制过程中进行动态反馈与推理可自动加入几何约束使得绘图变得十分清晰与方便；用不同颜色表现草图的各种状态；勤查草图的合理性4、强大的特征建立能力和零件与装配的控制功能(1）强大特征的实体建模功能。组件设计采用拉伸、旋转、薄壁功能、高级壳体、特征阵列及钻孔操作来实现零件的设计(2）采用零部件及装配配置，既可使用已有的设计构建企业产品库又能解决系列化产品的设计；配置的应用涉及零件、装配、技术图纸；轻量化装配方法能够对大型装配件进行快速有效的加工，改善系统的性能；动画式的装配和动态显示装配体运动5、快速生成符合GB的工程图(1）RapidDraft工程制图技术可以将工程图纸与3D模型分开进行计算，加速工程图纸计算，但是对于3D模型来说仍然具有适用性；(2）自动生成三维模型图纸，包括视图、尺寸和标注；(3）显示灵活操作，可制作各种投影视图、剖面视图及局部放大视图；(4）替代位置视图能够很容易地展示零件的各种位置，并且在相同视图中产生几种不同装配位置视图来理解动作顺序和降低硬件设计所导致的效率问题。2.12本章小结在这一章里给出该系统总体设计方案及硬件设计方案，并且利用软件实用化设计制作了一些在应用上的组件。充分注重实现高精度和低价格，因此选择了ESP8266的Wi-Fi模块，并系统介绍了其他各种硬件组件的选择要求。使其能与ESP8266芯片相适应并满足预期设计要求。第三章ESP8266软件设计3.1Arduino介绍Arduino是一个基于硬件与软件的开发平台，该系统由可编程电路板和ArduinoIDE（集成开发环境）软件组成。通过写计算机代码，上传至物理ArduinoCoreForESP8266,资源丰富。它兼容大部分库，有第三方库的支持。系统可直接批量调用硬件初始化、网络参数设置和计时器初始化接口功能。为了减少开发难度，库的各项功能均向用户公开透明，显然能实现更多可定制的功能。具体办法如下:（1）在Github官方网站上下载该软件；（2）获取ESP8266库文件及要求舵机库文件；（3）库文件ESP8266与库文件控制器一起置于IDE安装文件夹下面的“Hardware”夹内；（4）重启Arduino，查看工具界面-开发板-ESP8266Module3.2Arduino编程特点Arduino是一个开放性源码电子平台，具有灵活和用户友好的软件和硬件。Arduino能够接收多种传感器的输入信号对工作环境进行探测，并且通过控制光源，电机等的驱动对周围环境产生影响。板载微控制器采用Arduino编程语言和Arduino开发环境，Arduino可以独立运行也可以与计算机进行通信。软件结构中含有2个主函数，即Setup（）函数和Loop（）函数两种函数各自具有如下的特征:Setup（）函数软件开机会调用Setup（）函数并由其初始化变量；Setup函数开机库文件后才会在Arduino板上每上电或者复位一次即可运行。Loop（）函数例如，使用loop（）函数控制初始化，并设定初始值,loop（）函数使程序能够不断地循环往复地变化并做出反应。3.3控制程序的设计3.3.1程序设置步骤（1）导入ESP8266手机WIFI库中，打开手机WIFI功能，输入IP地址及端口，就可以通过手机app对四足机器人进行操控。输入舵机库中定义舵机对象并在不同地点设定舵机不同号码，便于后续调用舵机并设定舵机角度以完成不同的设计动作。（2）通过在机器人脚部连接处装伺服舵机，实现舵机两档切换up或者down,从而实现机器人各种动作需求。这里设计的机器人有前进、后退、抬起左脚和右脚的功能。（3）进行串口调试：写两个变量并通过局域网相连，得到相连服务器并从客户端读取数据，客户端用相连时进行如下操作，读出电池电量。电池电量小于900时会出现低电量。否则，将表现为电量过高。测试数据能否正常发送，进行串口测试以及调试检测。（4）读取客户端数据，直到读到设定值时停止。客户端在登录时退出循环并处于连接状态，输入用于if判断的数值，在符合前置条件的情况下自动停止后置条件，之后按app中的按键来操作，用不同按键来完成机器人前进、后退、左右、运动、停止、上下左右摇晃、摆腿、低头、舞蹈1，舞蹈2，舞蹈3等动作。机器人控制流程图图四足机器人的活动与舵机联系的研究四足机器人步态变化主要是靠舵机的齿轮以旋转不同角度驱动舵机及螺丝所操控之机器人四个独立工作的零件足。首先要知道舵机控制原理舵机控制就是由我们人为地把控制信号送到伺服器上，送出具体控制信号便可使舵机旋转到指定位置上，只需确保控制信号连续不动，则可实现舵机位置不动，便可以实现舵机位置的保持恒定，而当需要对位置进行改变时则只需要多输出信号进行改变就可以达到改变舵机旋转角度，进而达到控制机器人移动的目的。转向控制信号一般为PWM信号，简称脉冲宽度。是通过将一系列脉宽调制成所需波形（包括形状和幅值），借此对模拟信号电平进行数字编码以达到控制的目的，即通过调节占空比来改变信号、能量等参数。旋转角度与脉冲宽度之间的关系如图所示图3.3舵机的实物线路与主控对应表图3.4观察舵机查阅相关g9舵机相关资料我们可知舵机旋转角度每增加45°高电平时间则相应增加0.5ms，说明低电平的脉冲时间是总周期时间减去高电平脉冲时间的结果。设定总脉冲周期20ms,获得舵机旋转角度与高低电平之间的关系。首先为了实现机器人通电启动阶段，也就是启动阶段的站立状态，首先要做的就是将下载好的舵机库装入程序内，从而调用舵机程序，然后定义舵机对象并在电机驱动板中设定某个固定GPIO作为各舵机的固定的信号传输地址，并在此基础上以可循环方式调用Loop（）函数，在规定开机情况下设定舵机偏转角度，并通过设定值由0°-90°角度连续变化和暂停时间控制实现规定动作，通过舵机启动偏转角度设定为0°并设定0毫秒的暂停时间，即启动后立即暂停，实现启动机器人的自动站起，如程序所示：voidrunServoPrg(intservoPrg[][numberOfACE]，intstep){for(inti=0;i<step;i++){//LoopforstepinttotalTime=servoPrg[i][numberOfACE-1];//Totaltimeofthisstep//Getservostartpositionfor(ints=0;s<numberOfServos;s++){servoPos[s]=servo[s].read()-servoCal[s];}此后舵机初始化结束，之后就是对不同动作时的舵机进行单独的设计例如机器人的lie模式即机器人处于趴地状态，此状态下分别设置舵机的旋转角度为110,90,90,70,70,90,90,110,设置时间为500ms,编写的程序如下所示。//LieintservoPrg08step=1;intservoPrg08[][numberOfACE]PROGMEM={//P16，P05，P04，P00，P02，P14，P12，P13，ms{110，90，90，70，70，90，90，110，500}，//leg1，4up};之后的机器人动作设计步骤以此类推，程序见附录。3.4本章小结这一章主要是完成物联网信息采集系统软件设计，并引入Arduino这一开发平台，该平台具有资源丰富，兼容性强以及开发流程简单等优点，能够很方便地通过该平台来实现控制器的控制。以下介绍四足机器人编程基本过程与步骤，并对四足机器人步态控制装置即舵机控制与运动调整中的应用原理进行分析与解释，给出决定性舵机的旋转角度及站立状态的解释，程序运行逻辑明晰。

第四章控制小程序说明4.1控制小程序的选择App相较于微信小程序的优势：1从技术层面来说，小程序的体验不及APP众所周知，App建立在安卓与iOS这两个生态系统之上的应用程序；而小程序就是在微信生态基础上发展起来的一款应用。微信和其他App同属操作系统层级，只是微信用户比App用户少。2从功能上来说，小程序不及APP与App不同，小程序并不适用于承载重需求的场合，小程序中的小字在一定程度上已表明其体量不能很大，仅能充当一个小而实用的工具。3从开放性来说，小程序不及APP、除了在开发应用时遵循生态系统外，运营和推广可以遵循创业公司本身的思路（苹果比较严格），而小程序则是基于微信生态系统开发，使用独特的HybridApp（HTML5）开发语言，开发出来后只能在微信里面使用，离开就不能使用。如今，手机性能不断提升,Web技术演进速度不断加快，微信小程序的这一封闭性使得这一技术究竟能够在何种程度上向App地位发起挑战，还有待进一步研究。4.2App的操作界面与控制流程展示（1）开启esp8622启动键，开启开关后机器人指示灯点亮，处于站立停止状态。（2）连接名为esp8266的WIFI,输入WIFI密码12345678,开启控制机器人应用小程序。由于IP接口和端口是提前写好的，高度关注，应用程序是断开连接的。单击app界面右下方的连接按钮将四足机器人与app相连。此时机器人处于站立停止的待机等待指令状态。（3）单击app中相关按键，即可实现四足机器人操作。当相关的动作按键被按动时，机器人会始终处于动作状态，需要先执行暂停才能继续执行其他动作操作。4.3本章小结在这一章中，重点介绍了机器人硬件设备安装及软件程序烧录与检验。将程序烧录测试结果与操作实际机器人的舵机步态进行对比，可以更加方便地知道程序是有缺陷还是在安装时出现了误差，并造成舵机停、转方向反等问题，便于后续程序完善适应硬件，确保前期设计目标实现。第五章总结本文设计基于ESP8266的四足爬行机器人设计方案，该机器人使用了目前当前最为热门的是以物联网芯片ESP8266为核心的Wi-Fi模块，该模块以接收器与发生器，通过手机小程序为控制接口。用以控制四足爬行机器人爬行运动。它是利用智能硬件和远程运动控制结合起来，本实用新型使机器人操作复杂性得到简化，开发效率得到提高，为机器人方便操作提供了一种尝试。本文主要研究成果有：（1）利用solidwork3D建模制图软件对机器人相关零部件进行3D建模，首先是在该软件中完成建模，并且对其精确性进行验证，从而使部件在打印装配前，就已达到对应精度，方便后续机器人的安装操作，省去传统部件生产中因小问题反复生产导致效率低和材料浪费。其次3D打印建模这一新兴技术能够非常方便地建模和打印出技术要求低、性能和精度要求性不高的部件，从而提高该机器人制作效率、降低损耗、同时方便后续部件修改和更新。（2）选择ESP8266为主控芯片，利用芯片本身所携带的Wi-Fi模块完成硬件电路与传感器部分的连接控制，对ESP8266接入Wi-Fi进行一键式配置，完成ESP8266模块在AP模式下的参数设置和STA模式下的数据传输。并且利用SPIFFS文件系统帮助使用者更方便快捷地控制机器人。智能机器人自开发问世以来就引起了世界范围内的广泛关注，物联网和机器人控制的结合更使得该行业急速发展，不但可以实现万物互联，也可以让计算机技术与机器人技术结合的更加紧密，本课题通过在ESP8266设计Wi-Fi控制和小程序相结合的机器人联网智能控制系统，达到了用手机App来操纵机器人运动，但作为初期产品，他还存在较多不足与国外有关产品有很大差距。

参考文献周齐文,李俊兰.一种四脚爬行机器人的设计[J].数字技术与应用,2021(04):171+17