一種基于zigbee無線通信水下自重構(gòu)機(jī)器人

1、一種基于一種基于ZigBee無線通信水下自重構(gòu)機(jī)器人無線通信水下自重構(gòu)機(jī)器人耿圖李相龍張繼宇摘要本文以STM32W108——ZigBee無線通信控制器為核心，從水下自重構(gòu)機(jī)器人的個(gè)體連接方式、水下運(yùn)動(dòng)方式、水下近距離定位和自組網(wǎng)與群體智慧等方面對(duì)水下自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了機(jī)器人的連接機(jī)構(gòu)。不同個(gè)體之間以機(jī)械連接為主，配合微型接近開關(guān)和ZigBee的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)體之間的穩(wěn)定簡(jiǎn)潔連接。研究了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式，確定了

2、個(gè)體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所需的最小自由度的數(shù)量為二個(gè)，并根據(jù)所要完成的運(yùn)動(dòng)方式將兩個(gè)自由度的分布位置設(shè)計(jì)成兩個(gè)關(guān)節(jié)組合的方式。通過利用ZigBee的自組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的群體智慧運(yùn)算程序，并在多個(gè)機(jī)器人組合成一個(gè)整體時(shí)，通過多種群體運(yùn)動(dòng)方式檢驗(yàn)了該技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】水下自重構(gòu)機(jī)器人STM32W108ZigBee技術(shù)隨著互聯(lián)網(wǎng)與高科技的不斷發(fā)展，人們希望節(jié)省時(shí)間，越來越多的事情由機(jī)器完成。單臺(tái)機(jī)器人只適用于一些任務(wù)簡(jiǎn)單、環(huán)境相對(duì)固定的場(chǎng)合。然而，

3、對(duì)于一些不可預(yù)知的作業(yè)任務(wù)，就無法選擇機(jī)器人的最佳結(jié)構(gòu)，需要由許多具有不同運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的機(jī)器人來完成，這種做法往往耗資巨大，甚至于不可行。重構(gòu)機(jī)器人的研究正是針對(duì)此類應(yīng)用背景開始的，其主要思想是，利用模塊之間的連接性和互換性，以及模塊自身傳感器感知到的周圍環(huán)境信息，通過大量模塊之間的相互操作改變整體構(gòu)形，擴(kuò)展移動(dòng)形式，性的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)來設(shè)計(jì)水下自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)。單個(gè)系統(tǒng)主要有連接機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電路與控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、定

4、位傳感器五個(gè)部分組成，整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)是多個(gè)機(jī)器人組成的集群智能整體，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。2總體方案設(shè)計(jì)基于Zigbee通信的水下自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)包括連接機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)三個(gè)部分組成。本系統(tǒng)的示意圖如圖2所示。圖2包括三個(gè)部分：連接與定位系統(tǒng)、STM32W108核心控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。2.1連接與定位系統(tǒng)連接機(jī)構(gòu)是水下自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分之一，所以要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)器連接機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的傳動(dòng)設(shè)備。本文采用的是旋轉(zhuǎn)自鎖機(jī)構(gòu)

5、作為連接機(jī)構(gòu)的基本形態(tài)。該機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)部分簡(jiǎn)化為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，該轉(zhuǎn)動(dòng)副的移動(dòng)距離應(yīng)盡可能地小以方便傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝，并將零件簡(jiǎn)化到3個(gè)以內(nèi)，以方便利用實(shí)驗(yàn)室的3D打印機(jī)等工具制作。為滿足3D打印機(jī)的精度要求，每個(gè)零件的設(shè)計(jì)都應(yīng)該以1mm為最小單位。強(qiáng)度應(yīng)至少能偶承受2個(gè)機(jī)器人個(gè)體的自重拉力。同時(shí)配合以電感性接近開關(guān)為連接時(shí)的是否連接到位的指示傳感器。連接機(jī)構(gòu)大致設(shè)計(jì)方案如圖3所示。2.2STM32W108核心控制系統(tǒng)本文使用業(yè)界領(lǐng)先的STM3